山地人居环境空间信息图谱—理论与实证

【摘要】：人居环境研究，尤其是完整的山地区域人居环境研究是一项庞大的系统性工程，在语义层面几乎涉及了人类知识系统的各个方面。如何科学的界定人居环境的语义对象、探寻人居环境的内在矛盾、建立系统性人居环境认知模型并进而开展实例化验证是真正建立人居环境科学的重大课题。论文从理论、技术、实证三位一体，自然、社会、人工三位一体两个基本学术观点出发，在充分融合“人居环境科学”和“地学信息图谱”基本理论的基础上，提出了（山地）人居环境信息图谱的基本理论框架，建立了相应的技术方法体系并进行了重庆市区域层面的实例验证。论文以人居环境科学的系统观剖析了山地人居环境的内在矛盾、以空间信息图谱作为认知模型表达了山地人居环境的外部识别性、以数值建模和空间分析方法试验了人居环境系统模拟的可行性、以实证研究的模式校验了信息图谱方法的有效性。经过理论建构和实例验证过程，人居环境信息图谱被演绎为一种人居环境研究的系统性方法论。论文共分8章，总体上前4章属理论研究，中间3章为实证研究，最后1章为理论总结。现把主要内容分述如下： 1）理论建构研究——探讨山地人居环境信息图谱的理论基础进而构建其理论框架（第2章至第4章）。该部分重点探析人居环境信息图谱的理论基础，明晰了（山地）人居环境的语义对象（人居环境是指什么?）、揭示了人居环境系统的内在矛盾（人居环境状态怎样?）、提出了人居环境的系统认知及表达模型（人居环境怎样表达?），相应地建立了（山地）人居环境语义模型（第2章）、（山地）人居环境适应性状态模型（第3章）和（山地）人居环境信息图谱模型（第4章）。以此为基础，提出了人居环境信息图谱的理论架构（第4章）。理论研究揭示：人居环境的符号含义是指在一定时空维度中，自然环境、社会环境、人工环境与动态人活动网络叠加而成的广义居住空间，而山地人居环境是空间尺度、语法不受限，但逻辑受限，同时其自然要素构成对应的变量值域受限的人居环境子类；人居环境的状态受制于人居环境主、客体之间的二元适应性关系，是人居环境的核心内在矛盾；人居环境信息图谱的理论框架由三大模块（自然、社会、人工）、三大层次（宏观、中观、微观）、三种类型（征兆、诊断、实施）、三种维度（时间、空间、时空综合）构成。 2）技术方法研究——建立山地人居环境空间信息图谱数量化分析的技术方法体系（第4章至第7章）。该部分研究以地理信息系统（GIS）为基础技术平台，综合应用遥感、空间统计与分析、数值建模等方法，实现了人居环境空间信息图谱的原型设计并得以实例验证。论文提出了（山地）人居环境征兆图谱（第5章）、诊断图谱（第6章）和实施图谱（第7章）的技术原型模型，建立了对应的指标体系和数据集成算法（第4章至第6章）。技术方法研究过程揭示：以地理信息系统（GIS）和遥感（RS）为代表的开放性空间分析工具体系是建构人居环境信息图谱的有效技术平台；该技术方法平台可以方便的纳入诸如人居环境适应性诊断模型、人居环境持续性诊断模型等数量化分析模型；人居环境空间征兆信息图谱、诊断信息图谱和实施信息图谱的形态分别表现为图—形—图的回归模式；在人居环境空间信息图谱中，地理信息系统（GIS）的核心功能是空间数据模型分析和可视化表达、遥感（RS）的核心功能是空间数据采集。 3）实例验证研究——以典型山地区域为例系统性校验上述理论框架及技术方法系统（第5章至第7章）。该部分以重庆直辖市为实证对象，以人居环境语义分析模型、适应性状态模型和信息图谱表达模型为理论基础，以人居环境征兆图谱、诊断图谱和实施图谱技术原型为模板，建立了重庆市人居环境征兆图谱（第5章）、重庆市人居环境诊断图谱（第6章）和重庆市人居环境实施图谱（第7章）。图谱模型揭示：重庆市人居环境的适应性特征表现明显，地形适宜度的高低会主导性的决定社会环境发育度和人工系统发育度的高低，但部分适宜度高的区域人类聚居的规模和密度偏低，部分低的区域反而其规模和密度偏高，形成空间对偶格局并进而派生极化趋势；在西南山地区域，形成这种格局和趋势的内在机制是“二力主导平衡律”，二力分别指地形阻力和社会区位动力；山地人工要素的空间特征和密度规模是二力平衡的结果，如果前者大于后者则人工环境不发育，单元趋向表达自然属性，演化为自然生态空间（或农业空间），如果前者小于后者则人工环境发育，单元趋向表达人工属性，发展为人居聚集空间（城镇空间），如果前者等于后者则取得均势，单元维持既有稳定状态。 4）基于上述研究，总结关于（山地）人居环境研究和建设的基本规律，提出山地人居环境研究和建设的新模式（第7章至第8章）。该部分以人居环境征兆图谱和诊断图谱为依据，提出了人居环境空间规划新模式，表述为“区-点-轴-带”人居环境空间规划模型，其本质是一种适应性空间配置策略（第7章）。最后，论文对人居环境空间信息图谱的理论框架、技术方法体系和实证结果进行了总结，归纳了关于山地人居环境研究和建设的10条基本规律（第8章）。 总体而言，信息图谱是一种表达外部识别性的系统认知模型，（山地）人居环境是信息图谱的表达对象。对人居环境的认知即为理论，信息图谱的构建机制即为技术、对两者的分析及综合的步骤即为方法，三者实为一体，而该“一体”即是人居环境信息图谱。