城市本體理論的發展綜述

董 君 張 卓

(1.東北林業大學土木工程學院，黑龍江哈爾濱 150040;2.哈爾濱工業大學建筑學院，黑龍江哈爾濱 150000)

近年來，本體理論得到突飛猛進的發展，并在多種領域被廣泛應用，針對城市學科的本體研究也逐漸成為熱門。本體理論在知識的交流和共享方面具有很大的優越性，自提出以來，主要被應用于計算機和人工智能等領域。本文對當前國際上城市本體理論的發展現狀進行概述，為城市學科的發展提供新的研究思路。

1 概述

人們開始關注本體在城市規劃中的應用，最初是為實現數據庫之間的互操作性而帶來的技術難題所引發的。隨著城市的發展和信息全球化的推進，往往需要將不同區域的數據庫連接起來，執行更為復雜的任務。而原有的城市信息數據庫建立的時間、方法、目的各不相同;不僅如此，城市在不斷的發展中逐漸形成了自己的特色，這導致在不同地區的城市建設中，使用的規劃手段發生了改變，特別是使用的專業術語開始產生分歧。因此，人們迫切的需要建立一種城市規劃和設計的平臺，它必須能夠將所有與城市相關的參與要素和要素之間的關系集合起來。此外，這一平臺本身包含的信息，還可以隨著時代的發展而不斷變化，并因地點的不同而有所差異。這種綜合性極強的城市系統模型被稱為“城市本體”。

2 城市本體理論的發展

2.1 早期探索階段

2002年，INSA-Lyon大學城市規劃和計算機專業的學生合作，成功構建了包含了800個概念的街道規劃數據庫，首次證實了城市本體理論的可行性，被視為城市本體研究的起點。2005年，“城市知識平臺(UKA)”項目啟動，并成功地探索和開發了一種跨學科、多專業人員合作的知識平臺。UKA項目主要解決兩方面的問題，一是將眾多有著不同教育背景、工作環境、法律體制的個人、團體、專業結合起來共同解決復雜的城市問題;二是將參與了該項目的專家及城市開發的利益相關者各自具備的知識、經驗、專業技能集合起來，共同研究城市問題。

2.2 初步形成階段

2005年，為促進本體在城市規劃中的應用，改善信息系統、利于參與者及城市規劃專家之間的交流，“城鎮本體”項目啟動。項目首次提出了城市本體的概念，并圍繞“本體如何實現城市系統的互操作性”“如何利用現有資源構建城市本體模型”以及“本體在城市領域的應用”這三個主題展開。項目主要針對城市市政工程領域，更強調實用性，隨后構建的一系列城市本體都基于此展開，因此都可以被統稱為UCE本體。

2007年，Métral等綜合以往經驗，依據概念分類的層次關系，確定了自下而上、自上而下、綜合補充的本體設計方法，并廣泛用于城市本體的設計和編輯。

2.3 理論實踐階段

隨著城市本體研究的深入，UCE本體模型相繼構建，這些本體初步實現了不同系統之間的互操作性。這個階段是城市本體從理論向實踐的過渡，人們開始關注城市本體的應用價值。主要的城市本體案例包括:道路系統本體:最早構建的城市本體，主要用于輔助規劃師掌握道路規劃知識。道路系統本體的結構相對簡單，它包括1 000多條道路的相關術語及關系，并以語義網絡的形式呈現(見圖1)。當用戶對某一概念進行查詢時，可以搜索到與之相關的所有概念，從而較為全面的了解知識含義。在未來的開發中，隨著數據的增加，減少新增近義詞之間的語義歧義成為道路系統本體需解決的主要問題。URMOPRO:即城市形態變遷本體，主要用于構建描繪城市演變過程的歷史數據庫，積累形態學知識。URMOPRO對現有的形態學概念進行分類，并從形態變化的時間、空間和聚合程度三個方面研究概念之間的關系。除了幫助用戶了解不同的城市形態，URMOPRO還希望用戶運用自身的經驗開發出新的形態關系，今后將在形態學知識的可視化管理方面進行完善。

圖1 道路系統本體結構示意圖

2.4 理論發展階段

2009年，城鎮本體項目閉幕，閉幕式圍繞“城市本體在未來的發展”這一主題展開。會議肯定了本體在城市規劃項目中的作用，并詳細探討了現有的城市本體如何適應城市的發展等問題。為了更好地指導城市建設，研究人員希望將GIS，3D城市模型、CIM等現有的數據系統與城市本體結合，為城市規劃提供更加全面的技術支撐。

如今，越來越多的國家參與到城市本體的研究中，為實現不同國家城市信息的共享和交流，人們已經著手構建一種可視的多語言本體平臺。隨著用戶需求的增多，城市本體的內容將得到進一步的完善和豐富，城市將會向著更加多元化的角度不斷推進。

3 城市本體的現狀問題

國外的城市本體研究在很多方面為中國提供了借鑒，對比國內外研究現狀，可以看出中國的城市本體研究仍然存在一些不足:

1)研究成果分散。國內本體的研究機構數量雖多，但不同的機構基本為獨立研究，彼此之間缺少溝通，不能即時共享研究資料和成果，雖然在城市相關領域取得一些成就，研究成果卻比較分散，尚未形成較為完整的城市本體研究體系。

2)學科特色不夠突出。城市本體具有指導城市規劃和建設的作用，因此需要大量具有城市學科專業知識的研究人員。目前的研究多以計算機專業為主，城市學科的人員很少參與，所以在數據的推理及異構集成等技術層面相對突出，但缺少城市學理論支撐，難以在城市規劃和設計活動中真正發揮作用。

3)研究時間短，經驗不足。城市本體可以協調城市規劃和設計活動中不同學科以及不同利益參與者之間的矛盾，在實踐應用中往往需要根據用戶需求不斷做出調整。然而中國的本體研究經驗尚淺，少數與城市學科相關的本體雖然得以構建，但時間短，用戶反饋少，使用中可能出現的問題尚未被發現，因此難以保證本體進一步的更新和維護。

4 結語

當前中國正處于城鎮化深入發展的關鍵時期，城市的形態布局規劃、城鄉一體化、可持續發展等問題越來越受到人們的重視。然而，中國各區域的發展還存在一定差異，且缺乏協調性。未來的城市發展應更加注重科學合理性，以增進不同地區間的協調聯動。城市本體理論推動了城市規劃和設計的信息化進程，它從跨學科知識融合和多專業人員交流兩方面解決了城市知識的共享，為未來城市的多元發展提供新的思路。

［1］劉紅閣，鄭麗萍，張少方.本體論的研究和應用現狀［J］.信息技術快報，2005，3(1):1-12.

［2］崔 巍.用地理本體實現地理信息系統互操作［J］.測繪信息與工程，2004，29(1):20-22.

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