地学空间分析范文1
关键词苏州古城图城市田园空间结构生命力
〔中图分类号〕K992.6〔文献标识码〕A〔文章编号〕0447-662X（2015）09-0091-09
现代意义上的城市空间结构，是城市要素的组合状态，可以分为物质空间和非物质空间两大类，是城市经济、政治、社会、文化结构的空间投影。分析城市空间结构，是了解城市发展特点的重要途径。考察现代城市如此，考察传统城市也是如此。
一般说来，对传统城市空间结构研究，主要依据三个方面的资料：历史文献、历史地图、城市遗址。就目前研究来说，人们大多是依据现存古代建筑、考古遗址，对照历史文献关于城市建筑、道路、河流、桥梁等的记载，判断其方位和距离，复原城市空间。因为古人对方位、距离的记载不够精准，据此作出的空间判断与实际存在必然存在距离；而古人记载多偏重于“建筑”，集中在城市建设的“点”或者“线”，而对处于“点”与“点”之间、“线”与“线”之间的城市空间则缺少记载，这些“点”“线”之间所包含的城市要素也就无从了解，而这些空间内涵恰恰是把握城市结构不可或缺的内容。和传世文献相比，地图自然具有其丰富、直观的特点，根据地图了解古代城市城市空间结构无疑具有其独特的优势。只是传世古代城市地图较少，就现有某一城市地图而言，大多不具有系统性，人们据以探索古代城市空间结构就有孤证的嫌疑；又因为古城图的绘制缺少现代的测绘标准和技术工具，所绘地图内容不太精准，据以研究空间结构时难免有着这样那样的局限。但是，近年来古代地图陆续出版，弥补了这一不足，苏州古城图就为我们提供了一个解剖古代城市空间结构的标本。
一
目前所见苏州古城地图最早的是南宋绍定二年（1229年）《平江图》，这也是中国现存最早的古城图，学者们曾予以充分研究，从不同方面揭示苏州古城三横四直水陆双棋盘格局的空间结构及其城市肌理。这是我们根据地图认识苏州古城空间结构的起点（见附图一，《平江图》）。
《平江图》是南宋绍定二年由平江府太守李寿朋主持绘刻在石碑上，石碑通高279厘米，其中碑额高76厘米，碑心高203厘米，宽138厘米，图中记述的各项建筑物之间的距离比例尚不一致，有的大一些，有的小一些，这一方面是因为当时还没有现在精准的比例概念，另一方面是李寿朋根据城池、衙署等重要性的不同有意为之，以示区别。但是，平江府城内的各项要素则一一反映出来，可以使我们对平江城内的空间结构有直观的了解。该图绘刻内外二重城垣及水陆五门和水陆平行、河街相邻、前街后河的双棋盘城市格局，城垣呈不规则长方形，大约按照一比两千的比例制图，南北长约九里，东西宽约七里，周长约三十二华里。城内刻有大的河道六纵十四横，而以三横四直为核心，总长度约82公里，均为水陆并行、河道相邻、前街后河的水陆双棋盘结构。城内刻有大街20条，巷264条，里弄24条，标出坊表65座，桥梁314座，佛教寺院和道教宫观67座，官府衙署38所，建筑物43座，其中的众多名称一直沿用至今。众多学者曾对这些内容有过丰富而深入的研究。《平江图》碑刻现保存在苏州碑刻博物馆，其拓片和线描图收入《苏州古城地图集》，古吴轩出版社，2004年出版。关于《平江图》绘刻时间和绘刻人，古今学者有不同意见，目前比较通行的看法是王謇在《宋平江城坊考》中考订的绍定二年即1229年。张维明先生力主绍定三年1230年说，见《宋〈平江图〉碑年代考》，刊《东南文化》1987年第3期。本文采用通行说法。图中所反映的内容，笔者除了根据原图之外，还参考了以下学者研究成果：杜瑜：《从宋〈平江图〉看平江府城的规模和布局》，《自然科学史研究》1989年第1期；汪前进：《〈平江图〉的地图学研究》，《自然科学史研究》1989年第4期；张勇坚：《〈平江图〉与古代苏州》，《档案与建设》1999年第12期。本文列举这些内容的目的是讨论苏州古城空间结构。
2015年第9期
地图所见古代城市空间结构的规划学分析
附图一《平江图》
若就《平江图》而论，平江府城可谓规划严整，功能分区明确，衙门官署、寺院道观之外，就是市肆与居民区，各种建筑栉次麟比，为水陆并举的河流和道路区分在不同的空间，而又形成完整的有机体，既是一幅繁华的市肆图，也是一幅优美的小桥、流水、人家的风景画，是别具特色的江南都市景观展。这是现代学者一致的看法。这个看法当然有其依据，极大地丰富了我们对苏州古城的认识。但是，从中国城市发生与发展的一般规律来看，我们对苏州古城的空间结构还要多一层思考，还不能完全按照根据《平江图》来解读苏州古城的空间结构和历史特点，因为《平江图》有其局限性，这就是虽然详细描绘了平江府城的河流、道路、官廨、寺院以及其他建筑的空间布局，我们从中可以清楚水陆双棋盘式的城市水陆交通系统，但是还不能进一步说明城内空间结构，不能据以说明社会经济情况。因为人们总是不自觉地根据现代城市知识解读《平江图》的城市内涵，面对《平江图》时，不自觉地联想到当时的衙署、市肆、宫观、寺庙、民居等栉次麟比的城市建筑，想象着摩肩接踵、挥汗成雨、挥袂成幕的繁华景象，不由自主地认为是商品经济发达的体现。但是，如果仔细考察，我们不难发现，在城内还分布着大大小小的地块，没有任何标志，尤其在城图南部即今天的十梓街、道前街以南的大片地块都没有任何建筑物和其他标记，在北城墙、东城墙内侧也有相连的大片地块。这些地块被河流和道路分割成大小不一的长方形或不规则方形，其用途和性质模糊不清。如果追问：这些地块所承载的内容是什么，有没有建筑，如果有为什么没有在图上标明；如果没有，这些空间是如何产生的，意义何在？到目前为止，还没有学者对此深究。显然，这是一个值得深入思考的问题，也是一个从《平江图》和传世文献不能获得明确说明的问题，需要根据其他资料予以探究。
苏州古城图，除了《平江图》之外，现存的自明代至清末的共有九幅，分别是崇祯十二年（1639）《苏州府城内水道图》、乾隆十年（1745）《姑苏城图》，嘉庆二年（1797）《苏郡城河三横四直图》，同治年间《苏城地理图》（同治三年至十二年，1864-1873年）和同治-光绪年间的《姑苏城图》（同治十一年至光绪七年，1872-1881年，下文简称同光《姑苏城图》）、光绪年间的《苏州城图》（光绪六年，1880年）、《苏州城厢图》（光绪十四年至二十九年，1888-1903年）、《苏城全图》（光绪二十二年至三十二年，1896-1906年）、《苏州巡警分区全图》（光绪三十四年，1908年）。苏州地方志编纂委员会办公室、苏州博物馆、苏州碑刻博物馆、古吴轩出版社：《苏州古城地图集》，古吴轩出版社，2004年。这些古城图不仅记录了苏州古城的水、陆交通和建筑分布，还比较详细地描绘了不同历史时期的苏州城内土地分布情况，为我们了解苏州古城空间结构提供了第一手资料，而为以往研究所未见，通过对这些地图的比较分析，可以了解苏州古城空间结构的特点，丰富我们的认识。
明崇祯十二年的《苏州府城内水道图》由四幅组成，是城内主要水道示意图，分别为：《苏州府城内西北隅吴县分治水道图》《西南隅吴县分治水道图》《城内东北隅长洲县分治水道图》《东南隅长洲县分治水道图》，记录水道同时，同时也记录了陆路交通布局，其三横四直的水陆双棋盘格局和《平江图》完全一致，所绘水道较《平江图》则多出五千米左右。比较两图不难发现，《苏州府城内水道图》显示交通最为集中的区域是中部，大约相当于现在桃花坞大街-西北街-东北街以南、干将路以北地区，说明明代苏州城的空间结构变化较大的也是在这一区域；其他区域的水道与空间结构和《平江图》基本相同，说明其空间结构没有大的变化。这就提出了这样一个问题：在现在干将路以南、桃花坞大街-西北街-东北街以北都有大片地块，没有被水道隔开，其性质从《平江图》和《苏州府城内水道图》无法显示，而清代的苏州城图则提供了说明。（附图二明崇祯十二年《苏州府城内水道图》）
清代八幅苏州城图中以乾隆《姑苏城图》和同光《姑苏城图》最为详细。乾隆《姑苏城图》中可辨的地名，有街巷620条、桥梁256座、寺庙128座、祠堂28座、衙署25座、仓库11处、城门6座，营寨、学校、会馆、园林、码头、坊、坛等总计1200多个，用文字注明为耕地、田园的地块有130余处，另有数10个池塘。虽然因为边界节点的模糊和缺乏，无法精确计算出当时苏州城内农田园地面积，但根据图中标注的农田、园地、荒基地地块，可以判定当时城中用于农业生产的农田、园地面积要超过城内总面积的三分之一。现在的葑门-十全街-胥门以南地块的五分之四是农田、园地和荒基地；现十全街以北、凤凰街以东、干将路以南地块约百分之六十是农田、园地；现在苏州大学十梓街校区及天赐庄以西地区全部是农田；现在的娄门-东北街-西北街-桃花坞大街以北地区约四分三是农田、园地和荒基地；东北街以南、平江路以东、干将路以北地块内约三分之一为农田和园地；在现在的观前街以南、十梓街以北、锦帆路以东、凤凰街以西地区也就是现在最为核心的地块也主要是园地。另外还有数量众多的小块园地、池塘散落在其他地块内。
附图二明崇祯《苏州府城内水道图》（根据四幅原图绘制拼接而成，原图见《苏州古城地图集》）
同光《姑苏城图》记录的内容稍简于乾隆《姑苏城图》，但是其标明的高墩31处“高墩”，则是乾隆《姑苏城图》所无，主要分布在中部和西部地区。高墩是城市建筑和河流疏浚、池塘清污的产物，中部和西部是衙署、市肆和人口聚集地区，建筑密度和水网密度远远大于东部和南部地区，高墩自然多于其他地块。但随着时间的推移，市政建设的需要，高墩的数量、分布也处于变化之中。光绪《苏州城图》标出的高墩为15个，《苏城全图》记录的高墩则为23个，这些高墩在民国时代依然一直存在。民国十年（1921年）的《最新苏州城厢明细全图》尚有高墩23个，主要集中于城市中部，见苏州历史博物馆、苏州地方志办公室编：《苏州古城地图集》，古吴轩出版社，2004年。根据笔者走访调查，古城内的高墩直到20世纪50年代初期还有保存，其构成内容多样，有的是一般的土堆，有的是建筑废弃物，有的是兼而有之。在采访过程中，一些老人回忆，高墩附近一般都是荒地，有的还是坟地，在民国时代，苏州城内就有好几处大片坟地，位于现在市中心的体育场、大公园地区就是较大的坟场。至于农田、园地、荒基地的面积及空间分布和乾隆十年《姑苏城图》比较，只是在面积上有盈缩，空间位置没有变化。（附图三同光《姑苏城图》）
附图三同光《姑苏城图》
高墩形成时间，无从查考。从城市发展的一般规律可知，这些高墩的形成，是城内建筑需要、土地开发的衍生物，自然是因时而异。但是，有一点可以肯定，高墩的存在，由来已久，并非清朝末年才出现，只是因为绘制地图的人以为是临时堆放物而没有标注而已。所以，我们有理由推论，这些高墩由来已久。除了高墩以外，苏州城内还有大大小小数量众多的水塘，这些水塘在清朝的八幅地图中标注的并不详细，而在民国时代的地图中有部分体现。根据老人回忆，民国时代苏州城内大小水塘20余处。笔者先后访问一直居住在苏州古城内的75岁老人两位、72岁老人一位、81岁老人两位，他们均对民国时代苏州古城内高墩、池塘记忆犹新，这些高墩、池塘在新中国建立以后还保留了一段时间。这些水塘并非私家园林的附属物，而是生产资料的组成部分，用作水产养殖，如现在的东采莲巷、西采莲巷就是因为该区域水塘盛产莲藕而得名。又如现在苏州大学本部西北角的读书湾就曾经是一个面积开阔的水塘，相当于一个小的湖泊，现在还依稀可见当年的痕迹。这些水塘、高墩、荒基地一般情况下都具有公共空间的性质。
二
明确记载城内农田、荒基地、园田、水塘空间分布的地图都是清朝绘制的。人们自然会产生这样的追问：这些地图固然表明了清朝苏州城的空间结构，可否据此推论以往苏州城的空间结构？答案是肯定的。因为清代苏州城的肌理是历史的延续，清代苏州城的水陆交通系统与《平江图》有着一致性，以三横四直为核心的水陆双棋盘格局、城墙周长、形制都没有变化，起码说明苏州古城的物理空间完全均延续下来，我们完全有理由逆推苏州古城空间结构的历史形态。
城市空间是一个生产过程，经济发展、政治变动、文化发展都影响着城市空间的生产，不同组织、不同集团、不同阶级、不同阶层因为经济地位和社会力量的不同均会导致空间生产的变化。反过来，我们通过变化了的空间结构即可逆推其历史形态。乾隆时期的苏州是苏州商品经济最为发达的时期，是学界关注的资本主义萌芽的代表，是商品经济的核心城市，其商品经济发展水平起码高于以往，其城市建设最为发达，其城市建筑密度也远远大于以往，其时的苏州城无论是物理空间还是社会空间，和以往相比都要复杂得多。地图表明，乾隆时代的苏州城内有大面积的农田、园地，说明当时苏州城内的产业结构和人口构成是以手工业、商业和工商业者为主的传统认识是并不符合历史实际――乾隆时期苏州城内居民有相当比例是以农为生的。乾隆时代如此，社会生产、在商品经济落后于乾隆时代的过去更是如此。由此上溯，时代越早，苏州城内农田所占的空间和农业人口的比例越大。这为我们认识苏州古城的建立和发展提供了新的起点。
现代研究苏州古城历史均以《吴越春秋》记载的伍子胥修建阖闾城开始，阖闾城是苏州古城的基础，苏州古城的繁华就肇始于阖闾古城。现在，对这一流行认识需要重新认识。《吴越春秋・阖闾内传》对伍子胥修建城池情况有详细记载：
阖闾曰“安君治民，其术奈何？”子胥曰：“凡欲安君治民，兴霸成王，从近制远者，必先立城郭，设守备，实仓廪，制兵库，斯则其术也。”阖闾曰“善！夫筑城郭、立仓库，因地制宜，岂有天气之数以威邻国者乎？”子胥曰：“有”。阖闾曰：“寡人委计舆子”。子胥乃使相土尝水，相天法地，造诸大城，周回四十七里；陆门八，以象天之八风；水门八，以象地之八聪。筑小城，周十里，陵门三，不开东面者，欲以绝越明也。立阊门者，以象天门通阊阖风也。立蛇门者，以象地户也。阖闾欲西破楚，楚在西北，故立阊门以通天气，因复名之曰破楚门。欲东并大越，越在东南，故立蛇门以制敌国。吴在辰，其位龙也，故小城南门上反羽为两鲵鳐以象龙角。越在巳地，其位蛇也，故南大门上有木蛇，北向首内，示越属于吴也。赵晔：《吴越春秋》，江苏古籍出版社，1992年，第25页。
《吴越春秋》成书于东汉末年，距离吴王阖闾的时代已经七百余年，记载的内容有些是后世的附会，有的则不合逻辑。如“吴在辰，其位龙也，故小城南门上反羽为两鲵鳐以象龙角。越在巳地，其位蛇也，故南大门上有木蛇，北向首内，示越属于吴也，”读来就很像小说。小城在大城之内，周长十里，只开了三个城门，唯独东城不开门，原因是“欲以绝越明也”。这在逻辑上是矛盾的，小城既在城内，与越之间有大城相隔，小城无论是否开门，都不存在“绝越”的问题。所谓“不开东面者，欲以绝越明也”恐怕不是伍子胥的设想，而是后人的附会。不过，尽管如此，人们还是把“相天法地，造诸大城，周回四十七里；陆门八，以象天之八风；水门八，以象地之八聪”作为苏州古城的指导思想和基本结构，为历代所延续。唐人陆广微《吴地记》记载：
罗城，作亚字形，周敬王六年丁亥造。迄今唐乾符三年丙申，凡一千八百九十五年。其城南北长十二里，东西九里，城中有大河，三横四直。苏州名标十望，地号六雄，七县八门，皆通水陆。郡郭三百余巷。吴、长二县，古坊六十，虹桥三百有余。地广人繁，民多殷富。陆广微：《吴地记》，江苏古籍出版社，1986年，第110～111页。
周敬王六年即吴王阖闾元年为公元前514年，到唐乾符三年即公元876年，距离1390年，《吴地记》谓“凡一千八百五十九年”系传抄刊印讹误。这儿的罗城就是伍子胥所筑的苏州古城，形状为“亚”字形，也就是南北长、东西窄的矩形，南北长12里，东西宽9里，周长42里，比《吴越春秋》记载的“周回四十七里”少五里。这个数字差别，有两种可能性，一是记录或者传抄讹误；一是唐朝苏州城垣有调整。陆广微是当时人记当时事，所说的苏州城规模和结构是其亲眼所见，我们应当以陆广微记述为是，说明到唐朝后期，苏州城基本上呈矩形，东西九里，南北十二里，八个水陆城门，均沿用旧名；城内有大河，三横四直；街巷三百余，大小桥梁三百多；有居民六十坊，分属吴县、长洲治下。“地广人繁，民多殷富”，这是自阖闾以来最为繁华的时期，关于阖闾城和平江城的周长，文献有不同记载，学界有不同理解，详细研究见杜瑜：《从〈平江图〉看平江府城的布局和规模》，《自然科学史研究》 1989年第1期。其空间结构并没有大的变化。
唐末五代时期，因为战乱，苏州城损坏严重。乾隆《苏州府志》卷三《城池》说至乾宁五年也就是898年，“十余年间，民困于兵火，焚掠赤地，唐世遗迹殆尽”。五代时期，苏州处于吴越钱氏治下，相对中原地区来说，虽然战火较少，但是，处于兵争时代，苏州城经济凋敝，民生困苦，残破状况没能得到大的改善。到了北宋，苏州才步入发展的快车道，经济繁盛，人口稠密，为东南之冠，宋徽宗政和三年（1113年），将苏州升为平江府。宋高宗建炎四年（1130年），金兵曾攻占平江府，烧杀掳掠，居民四散，建筑毁坏。政局稳定以后，因为苏州地理位置特殊，是临安北面最为重要的军事屏障，加上原来经济基础雄厚，南宋政府自然着力经营，一方面加固城防建筑，完善市政设施；另一方面发展经济，苏州城再度成为繁荣富庶之都。郡守李寿朋为形象直观保存平江府城风貌，与南宋理宗绍定二年（1229年）绘刻《平江图》。
如所周知，现代意义上的城市是指在交通便利地区、以非农业生产和非农业人口为主体、经济发达、人口密集、有不同于农村的管理制度、有一定规模的居民区。人们在讨论苏州古城演变时或多或少地受到现代城市概念的影响，以为苏州城的建立起码在一定意义上表示着苏州地区经济的发达特点，显示了工商业的发展。但是，城市是个历史形态，在不同的历史阶段，城市的人口构成、产业结构有着特定的内涵，体现在空间结构上也有着特定的特征。中国传统社会是农业社会，农业是社会经济的主体，农民占社会人口的绝大多数，对中国古代城市经济特点和空间结构的认识也离不开这个历史基础。中国早期的“城”和农业是合一的，并不是为了适应手工业发展、商业贸易的需要而建立，而是为了安全防卫的需要，最初是为了防卫猛兽的袭击，后来则是为了防止临近部落的攻击，再后则是为了防止敌国军队的进攻。也就是说，中国古代城的设立最初是出于政治、军事的需要，而不是因为经济发展自然形成的结果。以此作为出发点，考察阖闾古城的出发点可能更接近于历史的真实。
阖闾建城，是为了和越国战争的需要而兴建，首先考虑的是对吴国人力物力的保护，居住在城中的是阖闾治下的吴国国民，主体是农业人口，而不是现解的工商业者、官僚等非农业人口。当时吴地的经济水平落后于中原，还谈不上商业生产，手工业、商业均以国营为主，工商业者隶属于官府，人口有限。伍子胥建城是要通过“设守备，实仓廪，制兵库”，以实现 “安君治民，兴霸成王，从近制远”的目的，“相土尝水，相天法地，造诸大城，周回四十七里，陆门八，以象天之八风；水门八，以象地之八聪”是为了“天气之数以威邻国”，和当时的经济发展、社会分工根本没有关系。因为城内居住的主要是农业人口，城内必须有相当数量的农田，才能立于不败之地。和平时期，农民出城农耕渔采；在战争年代，城内大片的土地、池塘、排灌系统，可以保障城内军民的生产生活，可以抵御敌军的长期围困。同理，也应该从这个角度考察宋代苏州城的性质，宋代的苏州当然有着发达的手工业、商业，是当时地方经济都会，但是农业在平江城内怕有着举足轻重的地位，城内水道系统怕不是为了交通的便利，而是有着排灌的意义，有着满足农业生产的目的在内。这些在《平江图》内没有显示，是因为《平江图》并非现代意义上的城市地图，是为了表达其时城市发展的示意图，着眼于城市建筑主体结构，而不是为了完整、直观地记录当时经济情况，在当时的历史观念中，也不存在记录社会经济的土壤，其对城市空间的展现与实际存在有距离是情有可原的。所以，我们有理由推定，南宋加强平江府城建设的原因固然有适应当时经济发展的因素，衡以当时宋、金对峙的历史条件，更多的是出于军事和政治需要，不能以后世的工商业城市形态考量其性质。就目前所见从《平江图》分析苏州社会的研究成果来说，虽然直接叙述苏州市民社会的论著不多，但是都是直接或者间接地认为《平江府》反应了苏州市井的繁华，说明当时商品经济发达，而乌再荣先生则通过对《平江图》的市坊制度的空间分析，论证当时的苏州已经“城市化”，表现了“市井文化”和“市民文化”的兴起，参见乌再荣：《从〈平江图〉看南宋平江府之市坊制度》，《建筑学报》2009年第12期。
三
通过对上述苏州古城空间结构的历史考察，明白了即使在商品经济最为发达的乾隆时期，农田、园地所占空间依然在城市物理空间的三分之一左右，另有一定数量的荒基地、高墩、水塘，不仅为我们理解苏州古城空间结构提供了新的基础，同时也为我们了解中国古代城市空间的一般特点打开了一扇窗户。
首先，苏州古城并非如人们所理解的那样自古以来就是一个繁华的工商业都会，更不能以《姑苏繁华图》为依据理解乾隆时代的苏州经济结构和城市空间。《姑苏繁华图》是歌颂乾隆盛世的艺术品，并非当时社会的真实描摹，不能作为历史资料使用，不能视为苏州古城经济发达、市井繁荣、民生富足的真实写照，与《姑苏繁华图》同时的乾隆《姑苏城图》才具有历史价值。《姑苏城图》告诉我们，古代的苏州城，居民生活并非如人们认为的那样都是依靠手工业和商业，农业生产有着举足轻重的地位，城中居民，有相当一部分直接从事农业、经济作物种植、水产养殖业和园艺业，其时苏州城内的经济结构是农业、手工业、商业并举的格局。尽管无法对三者的比重作出精确的定量分析，在不同的历史时期农业、手工业、商业的比重也会有所不同，但是从空间结构上看，农业始终占有重要地位，只是在清朝社会最稳定、经济最繁荣的时候，农业生产的比重小一些而已。也就是说，从物理属性考察苏州古城空间结构，农业空间占有举足轻重的地位。在苏州古城研究中，运用《姑苏繁华图》说明苏州商业繁荣的学者以范金民为代表，参见范金民：《〈姑苏繁华图〉清代苏州城市文化繁荣的写照》，《江海学刊》2003年第5期；《清代苏州城是工商繁荣的写照――〈姑苏繁华图〉》，《史林》2003年第5期。
其次，丰富对《周礼・考工记・匠人》所记的营国制度的理解，即营国制度只是说明西周建城立邑有着等级限制，并不能说明城市兴建以工商业发达为基础，等级规定的是城邑空间范围，而没有考虑到其空间结构的经济属性的历史特点。《周礼・考工记・匠人》记载“匠人营国，方九里，旁三门，国中九经九纬，经涂九轨，左祖右社，面朝后市，市朝一夫”。“国”即城呈正方形，边长九里，每面三个城门，四面共有十二个城门，周长三十六里，总面积为八十一平方里。国内分为九经九纬，呈方格网状结构，官署区、贸易区、祭祀区等各有专属空间。所谓“左祖右社，面朝后市，市朝一夫”，就是在“朝”――朝廷的左面为周天子祭祀祖先的地方、右面为周天子祭社神的地方；朝在南面，市在朝北面，祖、朝、社在东西中轴线上，市、朝在南北中轴线上，市、朝的面积均为“一夫”――一百亩。按当时度制，六尺为步，百步为亩，一步宽、百步长为一亩，三百步为里，方里而井，井九百亩。当时的尺是周尺，一尺约合现代23厘米强，一步约为140厘米，一里约为420米。也就是说，周天子的国――都城，在设计上边长是3780米左右。这是当时能够允许的最大的城池，其他诸侯国的都城要根据身份高低依次缩减。《左传》隐公元年记载郑国大夫祭仲对郑庄公说过这样的话：“先王之制：大都不过三国之一；中，五之一；小，九之一”。所谓“大都”是指大的诸侯国都城，不能超过周天子都城的三分之一；中等诸侯国国都大小只能限定在周天子都城的五分之一；小的诸侯国国都只能是周天子都城的九分之一。祭仲说这番话的时间是在公元前722年，这里的“先王之制”是西周制度。这说明，西周到春秋初年，建城立邑，都是按照身份高低确定规模的，经过严格的规划，有明确的等级限制，而不是根据经济发展、社会分工需要进行。当时城中的居民，手工业者、商人是少数，农业人口是多数，所谓的城实际上就是有围墙的农村，和现代意义上城市的性质是不同的。苏州古城空间结构为我们这一理解提供了实例。
第三，有助于我们对古代建城思想多样性的理解。人们研究古代城市时，往往不自觉地把《周礼・考工记・匠人》的营国制度作为建城立邑的标准思维，实际上没有注意到其适用范围和地理限制，忽视了其他建城思想的实践意义。营国制度是以西周分封制的等级制度为基础的，是礼制秩序的物化反映，在等级变动的条件下，其秩序的权威性必然改变；若从空间生产的角度看问题，如果在水网、丘陵地带建城立邑，这种以王宫寝殿为核心的以中轴对称为特点的设计理念显然难以变成现实。有学者曾经根据《匠人》的营国制度解读《平江图》，认为平江图是中华王都的体现，既不符合营国制度的礼制内涵，也不符合《平江图》的历史实际。曹林娣先生认为阖闾城是按照周天子的营国制度规划设计的，是“礼制”的体现，明确以“王都文化”代指阖闾古城，见曹林娣、殷虹刚：《中华王都文化的化石――苏州古城文化的价值》，《苏州大学学报》2005年第2期。
其实，除了《匠人》营国制度的设计思维之外，《管子・乘马》还有另一种设计思维：“凡立国都，非于大山之下，必于广川之上。高毋近旱而水用足，下毋近水而沟防省。因天材，就地利，故城郭不必中规矩，道路不必中准绳。”这里说的“国都”是诸侯国国都。诸侯建城考虑的是依山就水，因地制宜，安全第一，建筑方便。用现代通行的观念表述，《匠人》的营国理念是宇宙思维，城市建筑模仿天地四方的对称与尊卑，《管子》所述是有机思维，因地制宜，为我所用。就实践而言，像后来作为王朝都城的偏重于宇宙思维模式，而地方性城市，特别是因为经济发展由小到大形成的地方性城市则偏重于有机思维模式；在发展过程中，无论什么级别的城市，都是你中有我，我中有你。苏州古城初建之时，作为吴国首都，自然有其礼制色彩，但是坐落于水网地带，面临着越国的军事威胁，显然不能照搬“营国”的理念，而需要因地制宜地灵活应用。以《平江图》而言，既有规划的对称性，以官府衙署为核心，但更具突出的有机性。苏州古城如此，其他同级别的城市也是如此。
地学空间分析范文2
【关键词】地铁 环境设计 趋势
城市轨道交通作为一种便捷、快速、大众化的交通模式已经在世界范围内快速扩展。以中国为例，从20世纪中后期至今，伴随着经济的腾飞以及城市化进程的大力推进，城市轨道交通进入了一个全面发展的黄金期。而北京作为中国的首都堪为这方面的表率。北京的第一条地铁修建于1965年，截止到2013年5月，共有17条运营线路、16条地铁线路、1条机场轨道，覆盖北京11个辖区。近十年来，中国的二线城市继北京、上海、广州之后也相继大力修建并发展自己的城市轨道交通，一股风潮已然兴起。作为后起的中国轨道事业单就空间环境设计的美学高度上与先进的国家、发达的城市还有一定距离。但正是这个契机给了专家们研究国内外优秀案例，即“站在巨人肩膀上”的机会。
一、地铁内空间环境的设计
地铁内的空间环境设计其实是空间设计下属的细化类别，确切的说是城市公共空间设计的一部分。中央美术学院城市设计学院副院长、北京地铁新线艺术主设计者王中说过：“城市公共艺术的建设，是一种态度、一种眼光、一种体验，甚至是一种生活方式。”而他同时也承认，在整个北京地铁新线的空间环境设计过程中，我国的设计方式与国外的设计方式相比还是有所欠缺。王中说道：“最大的遗憾是我们的机制还是垂直体系，搞规划的只负责规划，搞艺术设计的只管艺术设计，规划、设计与艺术很难在一开始就成为有机整体，既缺乏了美学上讲究的和谐，也使得后续艺术对互动媒体的需求等难以实现。”
对于大部分中国人而言，地铁内的空间印象是冰冷、类似的简单建筑形态与指示信息的结合体。然而笔者认为，这种说法完全是一种误会，只是中国的地铁建设从初期以来因为各种综合因素形成了以实用、极简为目标的建设模式。其实世界上优秀的地铁空间环境设计是丰富且多变的，就像王中所说的“是一种态度、一种眼光、一种体验，甚至是一种生活方式”，更是一种人文的映射。而中国是如何迈上实用、极简的道路的呢？这与苏联地铁的发展有极其紧密的联系。
二、莫斯科地铁内空间环境设计的发展及对中国的影响
简言之，莫斯科地铁内空间环境设计的发展足以体现苏联地铁内空间环境设计的发展。截至2014年12月8日，莫斯科地铁共有196个车站，运营里程为327.5公里。其中有44个站列入俄国文化遗产。地铁站竟然也能成为文化遗产，这个事件对国人来说可能会相对陌生。但是其对莫斯科来说，那些美丽的地铁站既是文化的传承，同时也是人们不断追求的目标。
总的说来，莫斯科地铁经过4个时期而慢慢演变成今天华丽而低调的风格。下面我们以不同领导人执政时期来定义这个几个时代。
（一）斯大林时期
众所周知，在斯大林时代，苏联作为无产阶级执政的国家在世界舞台上备受瞩目，需要做出表率。斯大林把目光放在了准备修建的地铁项目中。当时，苏维埃领导人希望把地铁建造成地下宫殿。奢华的工程向世界宣示着苏联的强大（图1）。
（二）赫鲁晓夫时期
赫鲁晓夫上台以后提出了新的要求，即“以后的地铁站尽量低成本、尽量修得快”。这个要求的提出不同于斯大林时期奢华的风格，一切从简、实用优先。这是因为当时苏联国内的经济实力与政治倾向所决定的。这个时期的莫斯科地铁内空间环境设计对中国的影响最为深远。1956年4月，北京市都市规划委员会第一次提出了《北京市近期及远期地下铁道路网规划草案》。而在当时，国内的工程技术人员对此也了解得很少。同年10月，苏联地下铁道专家组来到北京。在苏联专家的帮助下，我国制定出了地铁建设的初步方案。这个时期，中国第一条地铁的建设处在“实用主义”的大潮下，加之新中国成立初期，我国的国力相对贫弱，最终，多方合力形成了现在的这种局面，即中国地铁内的空间环境设计长期以来都是以实用主义为核心，一切从简、功能至上。
（三）勃列日涅夫至戈尔巴乔夫时期
地铁内的空间环境设计随着苏联意识形态的发展而发展。在设计风格上部分设计回归了斯大林时期，但是却更加抽象化、现代化。这在戈尔巴乔夫时期体现得更为明显。随着社会意识形态的动摇，人们的思想环境进一步松动，艺术与设计也就变得更加富有想象力且更加多样化。
（四）上世纪90年代到21世纪初期
这一时期以1991年苏联解体为开端。莫斯科的地铁设计翻开了划时代的新篇章，设计不再为意识形态服务，更多的艺术、时尚与尖端的科技融入其中。随着俄罗斯经济的复苏，更多新奇的设计通过地铁表现出来，且展示着俄罗斯人民崇尚的自由态度。
如今的莫斯科地铁站还延续着传统的奢华风格，同时又完美地融合了现代风格，那种简约、精致的美令人神往（图2）。
三、地铁内空间环境设计的发展趋势
一方面，原始的地铁设计无法满足不断进化的城市需求；另一方面，随着物质文化以及欣赏水平不断提高，地铁站的内部空间导视设计也有了更多的可能性。纵观全球地铁设计的发展，可以看出近年来逐渐呈现出出多样化的趋势，其中最为主流的趋势大体可分为以下三类：
（一）延续与传承
莫斯科地铁站便是其中的佼佼者。从传统中来，继而又一步一步地结合了时代风格。从斯大林时期的地铁一期工程开始，地铁就以地上的建筑形式作为借鉴且修建了“地下宫殿”。立柱、穹顶、雕花等元素的运用都延续了当时的建筑形式，具有浓烈的民族风格。经历四个时期莫斯科的地铁延续着传统的奢华风格，抽象的立柱、穹顶在继承着民族精神的同时又增加了时代的烙印，简洁又具自身独特理念。
（二）返璞归真
近几年，无论是在地理杂志、旅游推荐还是设计网页上，都能看到关于瑞典斯德哥尔摩的地铁推荐。瑞典斯德哥尔摩的地铁站保留着原始岩洞形态，用原始而繁复的壁画装点，神秘的地下空间给都市人一份独特的艺术感受以及艺术震撼，让人不禁停下脚步，仔细琢磨起眼前的美景。瑞典旅游局甚至专门提醒到斯德哥尔摩旅行的游客，一定要抽出一天时间专门游览斯德哥尔摩的地铁站。
斯德哥尔摩是一个旅游城市，人们为它的自然美景而来。然而“最美地铁站”的名号无疑带动了更多人去这座美丽的城市游玩、观光。也正是他们的城市属性如此，斯德哥尔摩的政府才能够支持如此的设计方案面市，而事实证明这是一个睿智的选择。地铁的设计中利用了当地岩洞的自然景观，让人在视觉享受的同时宣传了当地风光以及人文风情，这实在是一举多得的巧妙设计。
（三）简洁清新的现代风范
东京地铁站和中国香港地铁站整体情况与北京地铁站类似，都是一批20世纪在实用主义原则下修建起来的地铁项目，更加注重实用性，弱化了装饰性。但是，它们在整体空间的设计和具体导视信息的设计上也能适时地加入明亮的色彩，起到了协调空间、点亮空间的作用。
中国香港地铁的空间环境设计很有特色，每个站用不同颜色的马赛克做墙壁贴面，既省钱又醒目，如湾仔站的绿色、铜锣湾站的紫色、中环站的红色、金钟站的橘黄色……让人过目不忘。显然，中国香港地铁看似简单的装修，实际却融合了美学和心理学元素。
总之，无论是莫斯科地铁站的历史积淀、斯德哥尔摩的地铁站的原始情节，还是中国香港地铁站的鲜艳明亮、东京地铁站的冷静干练，都是当下地铁环境设计在世界各地的表现。极繁或极简的设计风格更多是对环境空间设计的重视。这些国家做出了与城市属性相对应设计，同时也重视了公共环境中人的体验感。
结语
发达国家已经开始把地铁的设计作为城市景观的一部分，其根据想要传达主题的不同（主要是跟城市性质或地铁站的周边环境相关）展现给我们不一样的地铁空间。北京的城市轨道交通在原始功能上已经可以和发达国家的城市轨道交通相比，但在设计上却有一定差距。国内对于地铁环境设计的重视程度不够，没有把地铁站整体作为城市景观的一部分去考量，也缺少符合自身气质的地铁站设计方案。但是我们的尝试仍在继续，北京地铁前门站、鼓楼站等地铁站设计者尝试着把一些中国元素加入其中。在新修的地铁线路中更有王中等一批人在不断尝试做一些“有态度”、体现中国当代人生活方式的公共空间设计。
参考文献：
[1]王中.地下交通空间公共艺术概论[M].北京：北京大学出版社，2007.
[2]郭晓阳，王占生.车站空间环境设计：程序、方法、实例[M].北京：中国水利水电出版社，2014.
地学空间分析范文3
0 引言
空间统计学（spatial analysis）起始于20世纪60年代左右，经过五十几年的发展，已广泛应用于人类生活和发展的各个领域。空间现象不同于传统的统计对象，它们之间存在不同方向、不同距离成分等相互作用。传统的数理统计方法无法有效地解决空间样本点的选取、空间估值和两组以上空间数据的关系等问题。空间统计学的一些基本理论都是在传统统计学的基础上发展起来的。空间统计分析主要用于研究与地理位置有关的数据之间的空间关系，基于空间地理位置利用空间统计分析模型计算空间数据的关联度。它不仅能够进行数值计算，将数据分析与地理位置相结合，既考虑到样本值的大小，又弥补传统统计分析忽略空间方位的缺陷，更能描述和揭示空间数据中所蕴涵的独特的空间信息、关系、格局和过程。
空间统计分析主要分析的内容有基本统计量、探索性空间统计分析、分级统计分析、空间插值、空间回归和空间分类。空间统计数据在地方、区域和全国各级水平的经济发展分析过程中都发挥着重要作用 。城市的建设和发展与周边的环境是相互联系和影响的，因此城市布局的空间规律可以运用空间统计分析方法进行系统的计算。基于空间统计分析，可以通过对人均GDP的空间分布模式研究以探讨区域经济发展状况。利用GIS系统开发一个分析空间关联的功能模块，运用度量空间自相关、空间关联的一些空间统计分析方法，可将其应用于区域经济分析的各个方面。
本文首先分析了空间统计学中的基本原理，概念与经典分析方法，介绍了空间统计分析在区域社会经济分析各方面的应用实例，最后展望了空间统计分析的应用前景。
1 空间统计分析方法
空间数据基本上都具有定位、定性、时间、空间依赖、空间自相关等特征。数据间的空间关联对传统统计分析中相互独立的基本假设不成立，故在处理离散的区域社会经济数据时，需要引入空间统计分析方法。空间连续数据分析方法包括反距离加权法、简单克里格方法、普通克里格方法以及泛克里格方法。本文探讨了面状数据空间模式分析方法，研究地理位置数据间的空间依赖、空间关联或空间自相关。介绍空间权重矩阵，空间地物其位置邻近关系、确定空间权重矩阵的两个简单标准以及空间自相关的几种最著名的方法。
1.1 空间权重矩阵
通常情况下，为体现空间自相关指数，反映空间链接和空间邻近关系，常定义一个二元对称空间权重矩阵W来表达个位置的空间邻近关系。
空间权重矩阵的建立规则可以分为三类：一是根据相邻关系；二是根据距离关系；三是选择最近的个点（不论距离远近）。空间权重矩阵可以用来衡量空间位置之间的空间关联程度。
1.2空间自相关度量
空间自相关指同一变量在不同空间位置上的相关性。与区域社会经济相关的各方面因为受到地理分布上具有连续性的过程所影响而在空间上具有自相关特征。空间自相关指数能够对变量空间分布的自相关强度进行检验，空间自相关分析可以包括全程空间自相关分析和局部空间自相关分析。全程空间自相关用于分析整体范围内某一属性是否具有自相关性。局部空间自相关用于分析局部地区某一理现象或某一属性值是否具有自相关性。
1.2.1全局空间自相关
全局空间自相关一般用Moran系数和Geary比率来度量。
Moran I指数反映的是空间邻接或空间邻近的区域单元观测值的相似程度，其公式为
Moran指数I值取值一般在之间，小于零表示负相关，大于零表示正相关，等于零表示不相关。
Geary系数等方法也是可选择的统计指标，它与Moran指数是负相关关系。
对于Moran指数，可计算检验统计量标准化值Z来判断n个区域是否存在空间自相关性，如公式（4）所示。
当Z值为正且显著时，表明存在正的空间自相关，即相似的观测值趋于空间集聚；当Z值为负且显著时，表明存在负的空间自相关，即相似的观测值趋于空间分散；当Z值为零时，则呈随机的空间分布。
1.2.2局部空间自相关
一般而言，全局Moran系数可以很好的反映观测值全局的空间相关情况。而观测值的局部特征往往在全局评估中被掩盖了。当需考虑局部特征时，就需要引入局部空间自相关指标。常见的指标包括：空间联系的局部指标、G统计、Moran散点图。这里主要介绍Moran图和LISA。
1） 空间联系的局部指标LISA
LISA包括局部Moran指数和局部Geary指数。局部Moran指数I 被定义为：
式中，。当I>o时表示该区域单元周围相似值的空间集聚，当I
空间联系的局部指标满足下列两个条件：（1）每个区域的LISA是描述其周围显著的相似值区域空间集聚程度的指标；（2）所有LISA总与全局空间联系指标成正比。
局部指数Local Moran’s I可以将空间关联模式为四种类型，分别与MORAN散点图中的四个象限相对应。正的空间关联包括两种类型：“高-高”关联和“低-低”关联。而负的空间关联也有两种类型：“高-低”关联，或者相反的“低-高”关联。
2）Moran散点图
Moran散点图以（，）为坐标点，常用来研究局部空间的不稳定性。对相邻域单元观测值的空间加权平均值（又称为“空间滞后”向量）和数据（所有观测值与均值之间的离差组成的向量）进行了可视化的二位图示，构成散点图。对Moran指数以及外值具有强烈影响的区域，可通过标准回归诊断出来。
Moran散点图中第一、三象限代表正的空间联系，第二、四象限代表负的空间联系。“Moran显著性水平图”可以由将Moran散点图与LISA显著性水平相结合得到。
1.3空间统计分析与GIS集成
地理信息系统数据库中存储了海量的数据及信息，如能与空间统计分析方法有效集成，提高其空间分析的能力，必将大大拓宽GIS数据库的知识发现和在GIS分析决策上的应用。从而更深入地探索、分析、处理和解释与经济发展相关的各地理特征之间的相互关系。完成空间统计分析与 GIS的集成，要在现有成熟的GIS系统中，嵌入空间统计分析功能模块，充分的利用GIS强大的可视化和交互功能，实现区域社会经济数据的空间化统计。
2 应用实例
人均GDP是反映区域经济发展整体水平的重要指标，故在探讨区域经济发展水平时，多采用GDP数据以了解经济发展水平的好坏。经济持续增长是一个国家和地区长期追求的目标，也是区域经济持续发展、社会福利增进和政治稳定的前提条件，历来受到各国和地区政府、学术界长期关注和普遍重视。随着理论和实践的发展，有关的理论研究也日益深化。利用空间统计学知识对经济学和经济地理学从不同的角度对经济增长和区域差异的理论做研究已成为重要应用之一。
研究区域经济差异可通过对个地域年平均GDP增长速度进行分析。这里作者将给出两个研究实例以帮助分析应用的过程与技术关键。根据计算出的全局Moran系数各个区域的MC可以大致说明空间统计分析方法计算经济区域内存在的空间关联的有效性。首先需要按要求生成一个空间权值矩阵，再计算数据集中的空间自相关性质和强度。同时进行显著性检验 （一般取0.05）。又称可进一步分析得到局部区域的Moran系数以考察各个区域之间存在的局部空间经济关联模式。
2.1 分析湖南省长沙市经济增长速度及区域差异
实验数据为1988～2009年长沙市内五区的GDP数据。实验方法为：计算各个区年平均GDP增长速度，在计算全局的Moran系数、各县市的局部MC系数，并借助局部Moran系数散点图来确定空间显著特征点。
在生成空间权值矩阵的过程中，首先采用邻近多边形列表来表示区域单元空间邻近关系。在生成邻近多边形列表后，可计算数据的Moran系数、均值及检验统计量标准化值Z，得到数据集中的空间自相关。可以得到1988～2009 年长沙市各区 GDP年平均增速之间存在显著的正的空间自相关。再计算各个区局部Moran系数及检验统计量可以考察区域经济的局部空间关系。通过与GIS集成，可将上述的空间统计方法集成到一个ArcView中使用的一个模块，为经济决策提供一个种灵活方便的、交互式的可视化支持工具。
2.2 分析1978―2001年全国各省区人均GDP水平
实验数据选取1978～2001年中国大陆31个省区的人均GDP（可比价）统计数据，采用自然对数变换方式，对人均GDP进行数据变换以减小变幅来用于空间数据统计分析。
实验方法为：先各省份的人均GDP数据计算Moran I指数，检验建立在正态分布假设之上，分析各省份人均GDP水平的空间聚集特征，再计算Moran散点图以分析对样本全局相关性影响较大的几个省份及各省份空间自相关性的正负，揭示全国经济发展区域分异的空间格局及演变过程。最后，由LISA分析来进一步探究显著性水平较高的局部空间集聚指标。
实验结果可以得到东部发展水平高，西北、西南发展水平低，且它们在空间上都趋于集聚。集聚的发达地区主要集中在以北京和天津为核心的环渤海区域，以上海为核心的长江三角洲地区，和以广州、深圳为核心的珠三角地区。
2.3 分析湖南省县级及以上城市人均GDP分布的空间分布模式
实验数据位为湖南省县级及以上85个城市的“人均GDP”的统计数据。实验方法为先提取数据总体特征，再分析分布的局部特征。
首先用spss软件对实验数据镜像快速聚类并结合标准化z分数将人均GDP指标分为5个级别，使用ArcGIS查看分类结果。计算人均GDP统计数据的Moran I指数值，随机选择999中变化进行检验，接受零假设-空间自相关性不显著的概率仅为0.0010，即认为拒绝零假设，表明全局分布具有较强的正自相关，有显著的空间聚集。再将Local Moran系数的显著水平较高的空间单元计算空间关联类型，最后得到湖南省东部、中部和西部区域城市存在的或正或负的空间关联模式。
3 应用前景
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【关键词】数据结构 地理信息科学专业 教学内容改革
一、前言
数据结构是计算机专业的一门综合性专业基础课，算法和数据结构是计算机科学的两大支柱。地理信息系统（GIS）是在计算机硬、软件系统支持下，对地理空间数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。作为计算机专业核心课程的数据结构是GIS专业的核心课程。然而，计算机专业和GIS专业学生专业背景不同，学习重点也不同。因此，在GIS专业数据结构教学过程中，根据本专业的需求，并结合专业特点，设计合理的教学内容是十分必要的。
二、GIS专业数据结构课程教学存在问题
通过数据结构的学习，要求学生掌握：数据的各种逻辑结构和物理结构，包括线性表、栈、队列、串、树、图等；基于各种数据结构的各种运算，如插入、删除、检索等；基于各种数据结构的算法，例如基于图的最短路径分析、查找算法等；分析算法的效率，主要指算法的时间和空间复杂度[1]。
GIS专业是一门集地理学、计算机、遥感技术和地图学于一体的新型专业。GIS专业的学生不仅要有深厚的计算机功底，而且还应该具有较强的空间思维能力，能够处理和分析二维/三维的地理空间数据。然而教师在当前的数据结构教学过程中，普遍重视非空间数据的处理，较少涉及空间数据的组织和管理。同时，学生对于数据结构与GIS专业的关系非常疑惑，特别是常规的教学内容与方法，不能与专业相结合，学习起来就比较困难。
通过近几年的教学研究，笔者在数据结构教学过程引入空间数据存储、空间数据管理、空间关系、空间分析等与GIS专业关系密切的教学内容，使得学生对数据结构有了更好的理解，对GIS的学习也有了很好的促进作用。
三、GIS专业的数据结构教学内容改革实践
（一）数据结构用于空间数据存储和运算
数据结构研究内容包括线性表、栈、队列、串、树、图等结构。它们不仅能够对非空间数据进行表达，也能够对空间数据进行表达。在数据结构教学过程中，对数据结构存储的内容进行扩展，数据结构中存储的不再是整型、浮点型、字符型等简单类型，还可以是各种各样的空间数据。
在数据结构课程教学中，要求学生能够独立设计点、线和面等不同维度的矢量和栅格空间数据、影像空间数据的结构体（或类），并实现线性表、栈、队列、串、树、图等结构的定义和运算，使数据结构能够处理各种类型的空间数据。
（二）树结构用于空间数据管理
在数据结构课程教学中，要求学生能够利用树结构，设计典型的空间数据索引。空间数据的一个非常重要的特性是其海量特征。海量的空间数据管理，需要设计相应的空间索引。作为一种辅的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间对象之间，它通过筛选作用，排除大量与特定空间操作无关的空间对象，从而提高空间操作的速度和效率。比较有代表性的空间索引有格网索引、四叉树索引、R树和R+树索引、CELL树索引。
空间索引的设计需要树结构的支持。例如，四叉树空间索引的构建可以用树结构进行描述。通过建立树结构表示，表达地理空间对象，能够实现对空间数据的快速检索。
（三）图结构用于空间关系表示
GIS不仅关心空间目标自身的几何特征及属性，还必须能够处理其与所处环境间的关系。因此，在数据结构课程教学中，要求学生掌握空间关系的基本理论并设计相应的图结构，使图数据结构能够对各种空间关系进行计算机表达。
空间关系是GIS的核心研究内容之一，主要包含拓扑、方位和度量空间关系。拓扑关系描述了空间对象在拓扑变换下的拓扑不变量；方位关系描述了空间对象之间的相对位置信息；度量空间关系是用某种度量空间中的度量来描述对象间的关系。因此，数据结构支持空间关系的计算机表达，也是数据结构教学过程中的重点。
空间关系可以通过图数据结构来表达。图G是由集合V（G）和E（G）组成，记为G=（V，E），其中V（G）是顶点的非空有限集合，E（G）是边的有限集合，边是点的无序对或有序对。在空间关系的表达过程中，采用顶点表示地理空间对象，边表示地理空间对象之间的空间关系。V（G）表示地理空间对象集合，E（G）表示地理空间对象关系的集合。然而，地理空间对象之间存在多种空间关系，例如，地理空间对象A和B之间的拓扑关系为相离、方位关系为东、度量关系为10米。这就需要定义多种子图，分别表达不同的空间关系，然后将各种子图进行合并，形成一更高级别的图集合。可以定义图的集合：，其中，表示图的集合，分别表示各种子图。
（四）数据结构应用于空间分析
GIS包含很多空间分析方法，如叠置分析、网络分析、地形分析等。其中，网络分析通过研究网络的状态以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，对网络结构及其资源的优化问题进行研究。在数据结构课程教学中，要求学生掌握空间分析的基本理论并设计相应的图结构和改进的Dijkstra算法进行路径选择、资源分配和网流量分析。
网络分析可以通过图数据结构实现。例如，基于图数据结构和改进的Dijkstra算法能够进行网络分析。进行网络分析，能够选取一条最优的路径，也可以选择合理的资源配置中心，同样可以选择最佳的布局中心。
四、结论和展望
空间数据存储、空间数据管理、空间关系、空间分析是GIS专业的核心研究内容。教师结合GIS专业特色，对数据结构课程内容进行适当调整，强调数据结构在GIS方面的应用，使教学内容更具有针对性，既有利于增强GIS专业学生学习数据结构的兴趣，又有利于GIS专业人才培养。
【参考文献】
[1]严蔚敏，吴伟民.数据结构（C语言版）[M].北京：清华大学出版社，1997.
[2]胡学钢，张晶，周红鹃，等.数据结构实践教学体系设计[J].吉林大学学报（信息科学版），2005，23（S2）：138-141.
[3]姜跃.《数据结构》课程的教改与实践探索[J].云南师范大学学报（自然科学版），2011，31（03）： 71-73.
地学空间分析范文5
1.提高对地理空间格局的觉察力
对地理空间格局的觉察力,是在观察确定地球表层各种事物的空间位置关系、空间展开范围和空间排列状态等学习过程中形成的一种学科能力品质,是认识空间位置、空间分布格局所应具备的基本能力。从一定意义上说,这种能力是地理科学素养的基本组成成分。因此,基础地理教育应致力于提高学生对地理空间格局的觉察力,使之较为顺利地确定范围,进行空间上的定位,评价位置的形势,理解地理事物空间分布的有序性规律。
(1)在教学内容的组织上,教师要高度关注有关地球表层各种地理事物的空间位置关系的辨识与分析、空间排列状态的观察与归纳等内容的教学。
①针对不同的地理空间位置问题,确定其讲解与训练的侧重点。
例如,对于某区域的纬度位置,着重让学生观察辨识某区域与特殊纬线(如赤道、南北回归线、极圈等)的空间关系,辨识某区域所跨的纬度范围;对于某区域的海陆位置,着重让学生辨识与分析该区域濒临的海洋、距海远近、位于大陆的的部位;对于点状要素,如城市,着重评述在它影响所及范围内的区位特征;对于线状要素,如山脉、河流、交通线等,着重于其空间延展特征的影响,等等。另外,教师要多采用比较的方法,通过比较,让学生归纳共性,进一步深入了解区域的属性和特征,收到举一反三的效果。
②针对不同类型的地理空间分布问题,确定进行观察与分析概括的侧重点。
例如,对于地形的空间分布,着重让学生从空间方位、空间排列方式(如中国山脉的网格状分布规律,南美洲平原、高原相间分布规律等)进行观察与分析概括;对于气候类型区的分布,着重让学生观察分析它们在水平和垂直延伸方向上的有序性更替规律,与纬度、海陆之间的位置关系等。工农业的区域分布、城市的分布、自然资源的分布等都有其观察分析的侧重点,在教学中都需要加以分析确定。
(2)在教学策略上,教师要注意用略图、模式图等直观手段呈现或揭示地理事物空间分布格局和规律,运用地图,布置相应的读图探究作业,让学生自己观察归纳地理事物空间分布的格局。
2.发展学生对地理过程的分析、想象与简单预测能力
地理学习对象经常涉及地理过程,主要包括在一定空间领域内,按一定的时间周期周而复始的运动或变化的地理循环过程、在时间上重复出现的地理节奏性变化过程、随时间的推移而出现的新旧更替与盛衰消长的地理演变过程、地理事物的数量在一定时间尺度内持续变化的地理波动性变化过程、地理事物或现象由某一中心向四周发散的地理扩散过程等基本类型。由于一些地理现象或发生在地球内部,如地质过程,或空间范围广大,如水循环、人口迁移,或经历的时间尺度长如地壳运动、岩石风化,该类教学内容的学习,需要想象、猜测与类比,因此,教师可以用来作为训练学生分析、想象与简单预测能力的载体。在有关地理过程的教学中,教师应鼓励学生大胆地猜测和想象,提出与众不同的见解,通过直觉领悟与逻辑方法并用,使学生养成逻辑思维与非逻辑思维相结合的思维习惯。
3.提升学生的地理信息加工能力
信息加工能力的发展,要求教师培养学生搜集、选择、整理和分析地理信息的能力,并针对问题,重组、应用已有地理信息独立解决。
在教学中,地理教师要创造机会让学生参与收集、整理、分析地理信息的活动,引导学生利用地图、图表、图片、图解,以及进行实地观察、观测,调查访问等形式去获得资料,进行地理探究,培养和发展学生的地理信息加工能力。
在获取地理信息的技能的培养上,教师要重视让学生多种方式搜集信息,如阅读地图、各种图表、访谈、实地调查与观测、去图书馆查阅、上网查询等。其中,教师创造机会让学生练习查阅地图、查阅期刊文献、进行野外观察观测是该项能力训练的重点。在整理地理信息技能的培养上,教师应重视教给学生从各种有效信息中选择最有价值的信息的方法,注意让学生把搜集的信息资料归类整理、写成短文、制成表格、绘制成图表和简单地图等作业,用以发展学生的读写能力、绘图能力、图解能力和口头表达能力。在分析地理信息的技能的培养上,教师应注意引导学生运用统计等方法分析地理信息资料,运用地图等手段进行推理和得出结论,指导学生从各种信息源
中选择地理信息进行分析、综合、评价、预测等思维活动。
4.培养运用地理学解决实际问题的能力和意识
运用所学的地理知识、方法和技能解决地理问题能力的培养,在提高学生地理科学素养方面具有举足轻重的作用,地理教师对此应予以高度重视。
在实际教学中地理教师应注意从如下几个方面努力,培养学生的问题意识和提出地理问题的能力:要注意向学生呈现探究性问题,将学生置于探索者的位置,鼓励学生之间为促进学习而进行的各种讨论,鼓励学生质疑,鼓励学生利用信息传播、思辨、实践等技能去探究现实世界的地理问题,与教师进行平等的对话与交流;让学生在观察、调查、阅读等情境中发现问题,尝试提出可以通过科学探究来解决的问题,领会提出问题的途径和方法,理解提出问题对科学探究的意义;确定学生解决地理问题的重点领域,发展解决相应地理问题的能力。主要包括:
(1)解决有关空间位置定位的问题。着眼解决地理事物空间位置关系和分布在哪里的问题,学会对地理位置作出分析与评价。
(2)解决有关空间有序性的问题。着眼解决有关地理事物的空间排列状态、空间格局等问题,学会辨识地理空间结构。
(3)解决有关地理因果联系的问题。着眼解决有关地理事物空间上的成因联系问题,学会由果追因、由因追果的推理。
(4)解决有关解释空间效应的问题。着眼解决自然地理要素的变化是怎样导致其它要素发生变化的?地是怎样影响人的?人是怎样影响地的等问题,学会综合分析解决地理问题的方法。
(5)解决有关地理过程的问题。着眼解决地理事物随时间推移而出现的动态变化问题,发展学生对地理过程的分析、想象与简单预测能力。
学科能力是学生智力、能力与特定学科的有机结合,是学生智力、能力在特定学科中的体现。我们通过上述四个方面的有目的的教学培养,将会显著提高学生的归纳、比较、分析能力,这一过程也是学生获得地理知识,提升地理能力的过程。
参考文献:
[1]任红.实施素质教育发展地理能力.地理教育,2001,3.
[2]褚亚平.地理学科教育学.上海教育出版社,1991,9.
地学空间分析范文6
（上海电力学院，上海 200090）
摘要：利用空间分析理论研究了西安市市区内13个环境监测点的空气污染物空间相关关系。经计算莫兰指数，发现各监测点污染物不存在空间相关关系。由此得出的结论是市区内的空气污染物并非产生于局部地点。
关键词 ：空气污染；分布；空间自相关
中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）23-0216-02
作者简介：倪小雨（1993-），女，陕西咸阳人，上海电力学院数理学院，大学在读。王玺（通讯作者）（1962-），男，辽宁锦州人，副教授，研究方向为决策分析。
0 引言
本文利用空间分析理论研究空气污染物在一个区域内的分布规律。空间分析理论是研究空间数据的技术。空间数据与空间位置相关联，对其分析的目的是提取隐含在数据中的地理空间信息，为决策提供帮助。空间统计分析需要对地理实体的性质、空间分布和空间相互关系进行统计分析。空间数据的运算方法不仅包括代数运算，还有逻辑运算。空间自相关分析则是空间统计分析的方法之一。与经典统计方法中的相关分析不同的是空间自相关需要利用空间位置数据。
1 全局空间自相关分析模型
莫兰I（Moran I）是一个普及的空间自相关量测，由下式计算
ωij表示空间权重矩阵中第i行第j列元素，用来表示空间对象的相互邻接关系。结合空间权重矩阵，将空间的有关属性数据放到所研究的地理空间上来对比分析。空间权重矩阵中的元素有多种表示方法，根据对象的特点，N个对象的临近关系可以用空间二进制的空间权重矩阵来表示，可以采用邻接标准或距离标准。如果选用邻接标准，当区域i和区域j相邻时空间权重矩阵的元素ωij为1，其他情况为0。类似，如果选用距离标准，空间权重矩阵的元素当区域和区域的距离在给定距离之内时为1，其他情况为0。ωij也可以设置为空间距离的倒数，因为空间作用会随距离的增加而减弱。但是，空间过程的研究经验表明，权重有时并非和距离倒数成正比关系，和多空间关系的强度随着距离的减弱程度要强于线性比例关系，因此也经常采用平方距离的倒数作为权重。
如果邻近区域属性值相似，莫兰指数为正；如果邻近区域属性值明显不同，莫兰指数为负；如果属性值随机排列，则趋于0。莫兰指数取值趋于-1到1变幅之间。根据空间数据分布可以计算Moran I的期望值。对于正态分布
式中ωi·和ω·i分别表示权重矩阵中i行和i列之和。
计算空间自相关系数的目的之一是讨论变量在所讨论空间是否呈随机分布。以“变量不存在自相关关系”为原假设进行显著性检验。采用“近似正态法”进行检验，将Moran I指数标准化，得到的统计量服从标准正态分布。
取显著性水平为10%进行双侧检验，查正态分布表得临界值为正负1.65。然后将Z的值与临界值相比较，当Z>1.65时，变量为显著正空间自相关；当Z<-1.65时，变量为显著的负相关；当-时，变量没有显著相关关系。
2 西安市13个环境监测点的空气污染物空间相关分析
2.1 数据采集
本文数据采自西安市环境监测站网站（xianemc.gov.cn/）公布的空气质量日报。西安市共有高压开关厂等13个监测点（如图1），每个监测点每天对西安市空气污染物进行检测。本文为研究污染物浓度的空间分布规律，截取了2014年10月15日到11月15日个监测点的PM2.5浓度数据（见表1）。因为需要考察各监测点之间的污染浓度空间相关性，所以不需要太多样本，本文只计算了10天数据的相关性。
为计算Moran I的数值，通过百度地图测量了每两个监测点之间的实际距离（见表1），这些测量数据作为计算Moran I指数时权系数的依据。
2.2 运用空间数据分析理论建立模型
利用百度地图测量各监测点之间的相对距离，构造空间权重矩阵W=（wij）13×13。权重矩阵中的元素wij=1/dij，dij为监测点i与j之间的距离。这样设置权重矩阵的理由是空间作用关系会随着距离的增加而减弱。
Moran’s I可按如下公式计算
在显著性水平为10%时，进行双侧检验。然后将的值与临界值相比较。上述计算过程得到，介于-1.65和1.65之间，说明各监测点PM2.5浓度值之间不存在空间自相关。
3 空气污染物空间相关分析的结论
上述显著性检验表明各个监测点PM2.5浓度值之间不存在显著空间自相关，因此不存在某个监测点的PM2.5浓度影响其它监测点的情况。可以认为，PM2.5污染源不是个别地点产生的，而是整个市区存在广泛分布的多种污染源，或者有来自城区外部的污染源。广泛分布的污染源很可能来自燃油机动车，为了检测燃油机动车对空气污染的影响，建议设置公路附近和远离公路的监测点，进一步对检测指标进行空间相关分析，从而为治理污染提供依据。
参考文献：
[1]中国GIS 协会理论与方法专业委员会.空间信息分析引论[J].地理信息世界，2004，2（5）：6-10.
