【摘要】歷史地理信息系統(歷史GIS)興起于20世紀90年代中期，近年來在規劃學科得到了廣泛應用。基于GIS平臺，整合時空數字信息，為城市形態的研究提供了新的技術方法和研究視角。在提高城市形態研究的科學性和準確性的同時，也將提高研究成果在城市更新中的參考和依據價值。因此，本文關注歷史GIS支持下的城市形態研究進展，剖析數字化技術對形態研究的影響。通過對“中國知網”中近二十年的相關文獻檢索，進行“歷史GIS支持下的城市形態研究”的知識梳理，并在案例研究的基礎上，提出了技術框架，以期為該領域的縱深研究提供基礎性技術支撐。

　　【關鍵詞】歷史GIS ;城市形態 ;知識圖譜 ;技術框架

　　1 引言

　　《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》明確提出，城市更新行動是面對城市發展的新階段、新形勢和新要求做出的重大戰略決策部署，也是“十四五”以及今后一段時期我國推動城市高質量發展的重要抓手和路徑。城市形態學從三個維度描述城市，即時間演進、形態特征以及層級結構[1]，對其精確的描述有利于形成未來城市空間布局調整的判斷和依據。

　　傳統的城市形態研究基于歷史圖學，即以歷史資料和古籍地圖、口述歷史為基礎數據進行研究，數據處理過程存在數據收集難度大、不同時期數據對應性差等問題。因此，本文關注歷史 GIS 在城市形態學的研究進展，梳理其技術框架，試圖為該領域的縱深研究提供基礎性支撐。

　　2 基于歷史 GIS 的城市形態研究知識圖譜

　　2.1 數據來源及研究方法

　　在中國知網中進行數據檢索，生成知識圖譜以廓清該領域研究的基本狀況[2]。分別將“GIS”與“城市形態”、“歷史 GIS”與“城市形態”為關鍵詞在CNKI進行檢索，時間區間設置2000年至2021年，共檢索出的 330 篇論文，經人工篩選后得到有效文獻307篇。首先利用“知網”分析功能對文獻發表的時間 、來 源 進 行 詞 頻 分 析 和 分 類 統 計 ，然 后 借 助Citespace軟件對文獻進行合作分析與關鍵詞共現，以可視化的方式分析、解讀當前的研究現狀、知識結構，從而預測未來的發展趨勢[3]。

　　2.2 總體研究

　　現狀文獻的發文量年度分布統計和論文學科分布統計，形成了對歷史GIS與城市形態研究的初步認知。2000 年~2021 年期間，該領域的相關文獻量呈增長態勢，其中2012和2019出現了波峰。經過對文章內容的進一步分析發現，這兩次波峰反映了學科研究受“事件”影響的結果。如2012年是GIS引入地理學十周年，大量作者借此契機對研究進行回顧和梳理，使2012年發文內容和數量激增。

　　由于本文聚焦的研究內容是“城市形態”，從論文的學科分布來看有較大的工學屬性，主要集中在建筑工程學科、自然地理學和測繪學、計算機軟件及應用等學科，其中居于首位的建筑工程學科(涵蓋了建筑學與城市規劃兩個方向)以 60.17% 的占比，處于絕對優勢，也體現出目前“城市形態”研究偏向物質空間的屬性特征。

　　3 歷史GIS在城市形態研究的應用

　　經過前文對歷史 GIS 研究的分析，已經對其研究的內容和方向有了初步的廓形，下面將討論技術的應用場景。基于形態研究的尺度差異，分別從宏觀區域、中觀城市、微觀地塊三個層面展開。

　　區域尺度的城市形態研究主要關注城市形態的演變過程及規律，多源于歷史地理學的研究，這個尺度的研究表現為時間跨度大、空間范圍廣，能充分發揮GIS平臺數據收集和處理的優勢。中觀的城市形態研究，多關注城鄉歷史聚落研究的影響因素。由于研究尺度的縮小，數據量有了很大縮減，可以對城市中更加具體空間信息要素進行分析，如山水系統、城垣城池的位置、街巷系統、府衙學宮等。通過將歷史信息要素在現狀城市空間進行坐標定位，對空間要素進行橫向、縱向分析，發現和總結城市演變過程與發展規律 ，明晰歷史空間要素對城市格局的作用[4]。

　　地塊及其內部的建筑構成了城市形態描述的最小單元，也是城市更新的基本單元。面對我國城市建設中大量的更新項目，如何在歷史研究和規劃建設工作之間形成有效的對接和轉換，使歷史形態得以保護和延續，是基于地塊尺度的形態研究所面對的問題。相對中、宏觀的研究，微觀地塊研究形態周期短、結構要素變化微弱。

　　4 基于歷史 GIS 的城市形態研究技術框架

　　歷史GIS作為一種技術方法已經較好地實現了城市形態研究中的應用，其在數據收集、處理和分析方面扮演著越來越重要的作用，突破以往靜態且不直觀的數據模式，將數據與空間和時間的演變結合起來，有效地廓清城市的面貌[5]。在未來的研究中，必將發揮更加積極的作用。本文遵循研究的思路，將技術路框架分為數據采集與處理、空間數據庫構建和城市空間形態分析[6]三個部分，同時對應地域、城市、地塊三個不同尺度的研究[7]。

　　4.1 數據的采集與處理

　　城市形態研究的原始數據包括矢量數據、柵格數據[8]及屬性數據。不同尺度的研究需要收集的資料也有區別。宏觀區域尺度從全國性地圖資料或歷史數據平臺中查找相關歷史資料，如中國歷史地理信息系統(CHGIS)[9]、浙大學術地圖發布平臺等[10]。通過將區域交通路線、里程、網絡中的節點(府、州、縣、驛站等)以及和山川河流的關系整合到一起，形成歷時性的全局觀念。中微觀研究需要收集片區、地塊尺度等更多詳細數據，如路網、土地利用強度等信息。

　　紙本數據多為柵格數據，需要對其進行矢量轉換，才能進入數據平臺。紙本資料匯總后，再通過現場調研甄別資料的準確性。尤其是中小尺度的研究，通過實地走訪，可以獲取現場地形地貌、建筑質量與環境特征等空間信息，以及文化習俗、居民類型等社會信息。調研可以對文獻中尚未記錄或不方便記錄的各類資料進行補充，作為建立歷史 GIS 的基礎數據。

　　4.2 空間數據庫構建

　　首先要對基礎數據進行校準。由于計算機分析的數據格式、類型比較嚴格，為了避免偏差度較高的數據對研究結果產生干擾，影響分析的準確性，故需對資料進行“去偽存真”。先剔除一些明顯謬誤的數據，再進行人工識別，最后借助 SPSS、ORIGIN 等計算機數據統計分析軟件進行進一步的篩選。然后再進行研究范圍輪廓和結構的繪制。

　　篩選數據之后利用Google earth網站對當前城市的衛星影像圖，結合歷史文獻繪制出具有實際尺寸城市的輪廓和主要道路[11];再將其與歷史地圖在AutoCAD軟件中進行疊加、校驗，證實歷史地圖的準確性;經過校核的地圖，可以作為底圖，繼續添加所需要的信息，最終形成一幅具備查詢和分析功能的地圖。最后使用Arc MAP軟件，將Auto CAD格式的dwg文件中的各個要素導入，加入相關的研究要素，轉換成GIS數據，構建城市歷史空間的GIS數據庫[12]，再進行比較分析。

　　4.3 城市空間形態分析城市空間形態的分析

　　針對不同的研究目標，從宏觀、中觀、微觀三個尺度進行研究分析。宏觀尺度的研究與歷史地理研究比較接近，通過空間統計分析、緩沖區分析、網絡分析、領域分析、核密度分析等工具，對區域空間的形態演變過程進行分析，如中心區、擴張范圍和方向等等。中觀尺度在城市范疇進行通過道路、城墻等形態元素的演變，發掘空間演變的影響因素。

　　通過對數據庫屬性字段增加名稱、類型、地址、創建人、始建時間等信息，對研究范圍內各時期影響因素進行賦值并利用相應模塊進行分析操作，有助于獲得城市發展規律性認識;微觀尺度的研究著眼于城市地塊，通過對路網等級化、空間結構性要素、建筑肌理的分析，進一步錨定“城市意象”，即城市形態中具有顯性價值的空間要素，為城市更新中，歷史空間的保護提供依據。微觀尺度的研究多服務于地塊更新的前期分析，通過建成環境的演變過程、建筑、景觀、行為要素的疊加，識別形態中的“記憶”信息，為建筑的保留、景觀的提升、公共活動空間的激活提供有力的依據。

　　5 結論與展望

　　面對我國城市更新的背景，在拆除和增容的壓力下，如何保留城市形態的內在邏輯，有效識別城市形態中的歷史要素，是未來城市規劃研究中的重要命題。城市形態演變過程中會受到大量人文、地理、事件性要素的影響，如何以直觀、可視化的方式得以呈現，蘊含在城市空間的內在演變規律如何進一步指導未來的城市建設，需要量化分析結果的支持。

　　文本研究局限于數據的有限性，無法全面客觀地發揮作用，歷史 GIS 的運用可以有效提高分析結果的準確性和科學性，必將在未來的城市形態研究中發揮更加積極的作用。不同尺度的形態研究如何與國土空間規劃的框架銜接、發揮更大的應用價值是未來研究的方向。如宏觀尺度與城鎮體系規劃結合、中觀尺度與城市總體規劃結合、微觀尺度與城市詳細規劃結合，以便進一步促進數據支持下城市形態研究在城市建設中價值的實現。

　　參考文獻

　　[1] 劉鵬，董衛，馬庫斯· 尼珀.基于地塊的形態—類型分析框架——以南京城南歷史城區的演變為例[J].城市發展研究，2020，27(4)：62-71.

　　[2] 侯劍華，胡志剛 .CiteSpace 軟件應用研究的回顧與展望[J].現代情報，2013，33(4)：99-103

　　.[3] 陳悅，陳超美，劉則淵，胡志剛，王賢文 .CiteSpace 知識圖譜的方法論功能[J]. 科學學研究，2015，33(2)：242-253.

　　[4] 陳饒，董衛.基于歷史地圖的城市歷史環境保護研究——以當涂老城為例[J]. 現代城市研究，2014(2)：64-71+109.

　　[5] 楊宇振.圖像內外:中國古代城市地圖初探[J].城市規劃學刊，2008(2)：83-92.

　　[6] 呂哲.基于GIS和空間句法的城市設計探尋[D].張家口：河北建筑工程學院，2019.

　　作者：鄧元媛，張傳芳，周雪