（地图学与地理信息系统专业论文）城市规划成果规则语义识别及函数化表达研究.pdf

摘要 摘要 城市规划成果规则是指用来校验城市规划g i s 成果数据的规则。城市规划成果 规则的来源主要是城市规划规范和图形数据标准等。它是用自然语言描述的，不利 于计算机的管理和应用。如何有效地构建计算机识别的城市规划成果规则是城市规 划成果规则应用面临的挑战之一。 针对城市规划规范标准多，用归纳总结方法难以提取大量城市规划成果规则这 一特点，本文研究了自动识别城市规划成果规则语义，基于语义提取、表达规划成 果规则。 城市规划成果规则比较复杂。一条城市规划成果规则可能不仅包含空间规则， 还包含属性规则。针对这一特点，本文把函数化表达方式引入城市规划成果规则的 表达中。函数具有逻辑性、动态性和重载性。一条复杂的规则可以用若干个子规则 函数组合而成。 首先本文分析了城市规划成果规则语义内容，使之应用到语义词典库的构建 中。城市规划成果规则的语义内容包括规划成果数据的描述语义、规则约束的空阃 关系和属性关系的语义以及规则约束的空间分析等操作语义。 其次，本文根据构建的语义词典库，利用前人研究的语义识别提取方法，从规 划规范或图形数据标准中识别规划成果规则语义，根据语义分解规则，用若干最小 规则活动单元来表示一条规则。然后，分析规则活动单元，提取各规则活动单元的 函数要素，建立可重用的规则活动单元函数并进行存储，即构建规则的函数库。最 后通过调用规则的函数，实现对规则的函数化表达。 关键词：语义识别城市规划成果规则语义词典库 函数化表达 摘要 a b s t r a c t u r b a np l a n n i n gd e c i s i o n d a t am l ei sw h i c hc a l lc h e c k o u tt h eu r b a np l a n n i n g d e c i s i o nd a t a t h es o n r c eo fu r b a np l a n n i n gd e c i s i o nd a t ar u l em a i n l yi su r b a np l a n n i n g s t a n d a r d ，d r a w i n gd a t as t a n d a r da n ds oo n i ti se x p r e s s e db yn a t u r a ll a n g u a g ea n di s d i f f i c u l tt ob ei d e n t i f i e db yc o m p u t e r i ti sr i g h th e r et h a tt h ec h a l l e n g eo fu r b a np l a n n i n g d e c i s i o nd a t ar u l ea p p l i c a t i o nl i e s ：h o wt oe f f e c t i v e l yc o n s t r u c tt h eu r b a np l a n n i n g d e c i s i o nd a t ar u l et h a tc o m p u t e r sc a nr e c o g n i z e b e c a u s eo f al a r g ea m o u n to f u r b a np l a n n i n gs t a n d a r d ，i ti sd i f f i c u l tt ol i s ta l lo f t h e s t a n d a r d i n t e g r a l i t y b y m e t h o d so f i n v e s t i g a t i o n , a n a l y s i s ，e p a g o g e a n d s u m m a r i z a t i o n s o ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e so nt h er e c o g n i t i o no ft h es e m a n t i co fu r b a n p l a n n i n gd i c i s i o nd a t ar u l ea u t o m a t i c a l l y ，a n de x p r e s st h eu r b a np l a n n i n gd e c i s i o nd a t a a c c o r d i n gt ot h es e m a n t i c 一 t h eu r b a n p l a n n i n gd e c i s i o nd a t ar u l ei sa l s oc o m p l e x a ni t e mo f r u l em a yn o to n l y c o n t a i ns p a t i a lr u l e ，b u ta l s oi n c l u d ea t t r i b u t er u l e a c c o r d i n gt oi t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e s t h ef u n c t i o nw a yi n t ot h ee x p r e s s i o no f u r b a np l a n n i n gd e c i s i o nd a t a f u n c t i o n a l e x p r e s s i o nh a st h ec h a r a c t e r so f l o g i c a l ，d y n a m i ca n dr e p e a t e du s e f u l a ni t e mo f c o m p l e x r u l ec a l lb ec o m b i n e dw i t hs o m es t a t u r e sr u l ef u n c t i o n t h i sp a p e r , f i r s t l y , a n a l y s e st h es e m a n t i co fu r b a np l a n n i n gd e c i s i o nd a t ar u l e ，w h i t c h c a l lb eu s e di ns e m a n t i cd a t a b a s e t h es e m a n t i co fu r b a np l a n n i n gd e c i s i o nd a t ar u l e i n c l u d e st h es e m a n t i co fu r b a np l a n n i n gd e c i s i o nd a t a , t h es e m a n t i co ft h es p a t i a la n d a t t r i b u t e dr e l a t i o n so f p l a n m n ge n t i t yw h i c hc o n t r o l l e db yr u l ea n dt h es e m a n t i co fs p a t i a l a n a l y s i s s e c o n d l y , t h i sp a p e re s t a b l i s h e st h es e m a n t i cd i c t i o n a r yd a t a b a s eo ft h eu r b a n p l a n n i n gd e c i s i o nd a t ar u l ei nt h eb a s eo fa n a l y s i so ft h es e m a n t i co fu r b a np l a n n i n g d e c i s i o nd a t ar u l e i d e n t i l y i n ga n dc a r r y i n go u tt h es e m a n t i co f t h eu r b a np l a n n i n gd e c i s i o n d a t aw h i c he x p r e s s e db yn a t u r a ll a n g u a g ei nu s eo f i d e n t i f y i n gm e t h o d so f n a t u r a ls e m a n t i c w h i c hh a sb e e nr e s e a r c h e db yp r e d e c e s s o r d e s c r i b i n gt h er u l ef o r m a l l yi nt h ea c c o r d i n g o ft h es e m a n t i c e x p r e s s i n gt h er u l ew i t hs e v e r a lm o v a b l eu n i t so fr u l e ( m o v a b l eu n i to f i t 基于g i $ 技术的房产档案管理研究 5 ，i m p l e m e n t e d t h er e a le s t a t ea r c h i v e s v i s u a l i z a t i o n k e yw o r d s ：r e a le s t a l ea r c h i v e s ；g i s ；s p a d o t e m p o r a ld a t am o d d ：s p a t i o q e m p o m l d a t a b a s e ；s p a t i o - t c m p o r a l d a t a q u e r y ：o b j e c t - o r i e n t e ds p a f i 0 4 e m p o r a l d a l a m o d e l 1 1 1 图目录 图2 1 规划范围内出现空白1 1 图2 - 2 从语义学角度看待城市规划成果规则1 2 圈2 - 3 城市总体规划成果数据1 3 图2 - 4 空间对象的几何抽象模型1 8 图3 1 语义词典在规则语义识别中的作用2 7 图3 2 城市规划成果规则词典语义类2 9 图3 - 3 词名和标准名称关系3 2 图3 4 语义知识之间的关联3 3 圈3 - 5 城市规划成果规则语义的识别过程3 4 图3 6 语义描述3 5 图3 7 语义关联分析3 6 图4 一l 规则与规则活动单元的关系3 7 图4 2 规则活动单元的扩展3 8 图4 3 城市规划成果规则的形式化表达3 9 图4 4 规则活动单元函数要素4 0 图4 - 5 规则活动单元函数名4 0 图4 6 规则活动单元的函数化：4 1 图5 1 道路红线和建筑红线4 2 图5 - 2 建筑后退道路红线规则形式化表达4 4 图5 3 建筑后退道路红线规则函数的获取4 5 图5 4 建筑后退道路红线规则的函数化表达4 6 表目录 表2 1 城市规划相关技术标准和规范，9 表2 - 2 修规地上建筑物图层设置1 4 表2 3 规划类型对应表1 4 表2 - 4 要素类代码表1 5 表2 5 规划数据实体划分表1 5 表2 - 6 居住类要素编码1 6 表2 7 规划道路中心线属性信息表1 7 表2 - $ 点、线、面地理实体之问可能的组合关系2 0 表2 - 9 规则约束的拓扑关系2 1 表2 - 1 0 规则约束的方向关系2 2 表2 11 规则约束的属性关系2 3 表3 - 1 规划实体语义词典3 0 表3 2 规划实体语义角色的存储方式3 0 表3 - 3 城市规划实体间拓扑关系语义角色3 l 表3 - 4 规则操作词表，3 2 表3 - 5 不设在上语义角色3 5 表3 6 获取停车场出入口操作语义3 6 表3 7 获取主干路操作语义3 6 表3 - 8 判断判断停车场出入口是否不设在主干路上操作语义3 6 表4 1 规则活动单元表3 7 表4 2 面包含点规则活动单元扩展3 8 表5 一l 语义描述4 3 表5 - 2 建筑高度、后退距离和判断值之间的属性关系4 3 表5 3 规m 0 操作词4 4 i i 学位论文独创性声明 本人帮重声弱； 1 、坚持以。求实、创新。的科学精神从事研究工作 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果 3 、本论文中除引文井，所有实验、数据和有关材料均是真实的 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发表 或撰写过的研究成果 作者签名：熟啦 日期：琏惮 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅；有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索l 有权将学位论文的标题和摘要 ：j 编出版保密的学位论文在解密后适用本规定 作者签名： 日期： 雏 掣阡 第一章绪论 1 1 选题背景 第一章绪论 城市规划成果规则是城市规划成果编制的准则，规范城市规划编制管理t 作，它可用 来校验城市规划成果数据。城市规划成果数据是规划实施的依据，是城市未来建设发展的蓝 图，对现状数据以及办公数据有指导性意义。用户对城市规划成果数据的准确性要求越来越 高，而且希望能够对规划成果数据及时做出高水平的分析。因此我们需要根据城市规划的相 关规范和标准，提取城市规划成果规则，运用计算机对城市规划成果进行高效检验，保证城 市规划成果的质量。城市规划成果规则构建一直是城市规划相关行业学者研究的难点课题， 也是迫切需要解决的问题。 城市规划成果规则的来源是城市规划规范标准，规范标准涉及行业广，内容多，是用自 然语言描述的。用归纳总结的方法难以提取大量的城市规划成果规则。所以需研究识别城市 规划成果规则语义，提取城市规划成果规则。 城市规划成果规则复杂。一条城市规划成果规则可能不仅是对规划实体空间关系的约束， 还可能约束着规划实体的属性关系。针对城市规划成果规则的复杂性，本论文把函数化表达 引入规划成果规则的表达中，以期能探索出一条适合城市规划成果规则表达的道路，并借此 推动城市规划成果管理的发展，促进城市规划成果的编制和管理水平提高。 函数化表达可以把一条复杂的规则用若干个子规则函数有机组合来表达。函数的重载性 和动态性为规则的构建和修改提供方便。 本文研究在“常州市武进区规划成果入库”项目支撑下，对城市规划成果理解的基础上， 对城市规划成果规则的语义内容进行了分析。研究了如何从城市规划规范标准中识别城市规 划成果规则语义并提取面向函数化表达城市规划成果规则的信息，构建函数对城市规划成果 规则进行表达，便于计算机的管理和应用。 第一章绪论 1 2 相关研究概述 1 2 1 城市规划及相关领域规则研究现状 对于规则的研究，e s r i 在其推出的g e o d a t a b a s e 数据模型中提供了2 5 个规则，如点点 重合、点线连接，线线相交、面面包含等，它们从点、线、面三者之间关系抽象出来，反映 了点、线、面之间的规则。 目前，城市规划规则的研究比较少，主要集中在研究城市建模方向，王丽英( 2 0 0 6 ) “”一 文研究的是构造规则用来迭代生成道路网络和建筑布局。还有如黎夏、叶嘉安等( 2 0 0 6 ) 研 究的c a 模型研究，是利用一些简单的规则模拟出城市系统的复杂结构。 城市管线规则研究颇多。国外对城市管线g i s 的规则提取比较早”1 ，a r c f m ，a c t i v e f r a m m e ，d es m a l lw o r l d 等适合管线行业使用的a m f m g i s 软件平台中通常都包含一定的规 则库。这些规则库提取了管线应用领域中设备设施的共性，使a 硎g i s 系统的构建更简捷、 快速”。规则库主要包括强制的拓扑联结：需要关联要素在拓扑上真正地连接，而不是仅仅 在图形上假似连接；引用一致性：包括g i s 数据和相关关系型数据及关系数据之间；属性合 法性：包括属性本身和属性问的组合。a r c f m 还包括规则库引擎( r b e ) 一种容易而又 深入定制系统的数据结构。该数据库设计支持所有的应用而不专指某一数据库，这样公用事 业机构可自由地定制数据库系统，恰如其分地满足实际业务需求。规则库引擎( r b e ) 是定 义和管理业务需求的工具，以与技术手段无关的表格形式提供给a m f m g i s 应用。规则库 引擎( r b e ) 存储了三种对象类型的定义： 数据对象：实体、属性以及定义数据模型的关系。 控制对象：确定拓扑要求、地图图素放置和质量保证要求的规则。 界面对象：确定菜单、符号、注记、输出格式及用户界面选项的规则l ”】。 但是规则库自身也存在问题，主要表现在：规则库的创建更偏向于设备设施关系的构造， 偏向于数据模型的表达，对设备设施领域中功能性需要涉及甚少。 近年来，国内有些学者在g i s 支持下，对城市管线行业规则开始提取研究。从1 9 9 9 年开 始，南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室在基于知识与规则的城市管线g i s 上也做 了较深入的研究。马国春等研究了城市配电网g i s 应用数据模型，提炼和利用了该行业的部 分知识与规则；龚敏霞等研究了a m f i i g i s 领域模型，提出了管线行业的规则库建设理念： 文斌等研究了基于知识与规则的路灯管理g i s 应用模型，提取了路灯行业的部分知识与规则； 2 第一章绪论 许婷等从城市管线行业标准文本规范中挖掘出了部分城市管线行业的知识，建立了基于规则 组件的城市管线g i s 应用系统。 但是，因为城市规划成果规则比城市管线规则复杂，城市管线规则主要是空间规则，城 市规划成果规则不仅涉及空间规则，还包含属性规则。所以，不能直接用城市管线规则的构 建或表达方法来表达城市规划成果规则。目前对于城市规划成果规则的研究和构建，便于计 算机管理和应用研究比较少。 1 2 2 语义识别研究现状 自然语言是知识的主要载体“1 。从6 0 年代起，计算机的自然语言理解问题就一直是计算机 科学家和语言学家面对的一个巨大挑战经过长期的研究，人们逐渐认识到目前全面解决计算 机的自然语言理解尚有非常大的难度，但在个别的应用系统中形成突破却具有较大的可能性。 语义理解是自然语言处理最核心的部分，是研究自然语言处理所不能回避的问题。语义 就是具有意义的信息，语义也有领域区别的含义。语义研究是现代自然语言处理研究中的重 中之重。以语义研究的对象和范围来划分，现代语义研究大致可以分为三个层面“”： ( 1 ) 词汇语义层：主要研究词的义素组成、多义性以及词义之间的相互关系。 ( 2 ) 句内语义层：主要研究在上下文无关的假设下，句内语义的表达和逻辑推理。 ( 3 ) 句间语义层：主要研究在上下文环境中，句子语义的相互影响关系。 前两个层面的研究是语义研究的主流。 在总结早期研究成果和实验经验基础上，7 0 年代随着认知科学的兴盛，学者们纷纷从语 义角度出发，提出语义理论，在自然语言处理中大量引进语义、语境以及语用的分析技术。 2 0 世纪6 0 年代末期，m r q u i l i a n 提出了语义网络理论，用于描述概念之间的关系。 c j f i l l m o r e 提出了格语法，用语义格和深层格框描述句义；1 9 7 3 年，r o g e rs c h a n k 提出 了概念依存理论，描述句义和言语义；1 9 7 5 年，m a r v i nm i n s k y 提出了框架理论，用于描述 事物或概念状态。这些理论经过各自的发展，逐渐开始趋于相互结合“”。语义理解的首要要 求是能够以某种形式表示语义，因而其核心问题是知识表示的问题。从8 0 年代开始，借鉴国 外的自然语言语义表示理论、汉语的各种信息在语义网络中的表示法等。1 9 8 6 年吴谦光在语 义学一书中探究了语义学的发展和总体框架 1 9 8 8 年毛茂臣从语义学跨学科的特点阐述了语 义学的理论和应用；1 9 9 8 年蒋严等介绍了形式语义学的基本内容、主要技巧和方法；2 0 0 1 年何自然等收集了关于语用和认知之间的关联理论的文章，集中反映了我国学者对关联理论 3 第一章绪论 的研究成果。 互联网的创始人t i m b e m e r s - l e e 在2 0 0 0 年提出了语义w e b 的概念和体系结构。随着语 义w e b 中o w l 本体语言标准的确定，从语义层次上开展信息的分析和处理已愈来愈受到人 们的关注。 语义识别是指从某一领域相关的非结构化信息( 文本、图片等) 、半结构化语义信息和结 构化信息( d b m s ) 中进行语义实体和语义关系的实例抽取。对于结构化和半结构化的信息， 通过建立原有结构和语义类以及属性之间的映射关系，可以进行批处理。 从自然语言中识别领域语义是许多信息应用系统智能化的重要手段，它在智能人机交互、 空间查询、智能动画模拟等领域有着广泛地宜用。因此如何准确高效地从自然语言文本中识 别出复杂的语义是首要任务。在语义识别方面，前人也做了很多研究。唐培丽( 2 0 0 4 ) 研究 了基于语义的汉语文本主题词提取算法研究与实现，对如何从大量中文文献中自动提取主题 词进行了深入研究。乐小虬等( 2 0 0 6 ) 。研究了非受限文本中深层空间语义的识别方法，乐 小虬从实体、空间关系、空间过程入手，通过扩展n l u 中的语义角色以及采取分级信息提取 与过滤等手段从非受限文本中识别出较深层的空间语义。 以上所述语义识别研究比较多，在面向特定领域和空间概念的语义识别提取以及g i s 语 义研究方面已取得了一些成果，但城市规划规则语义及其识别提取研究目前比较少。根据目 前语义识别的研究现状，我们研究城市规划成果规则语义识别具有可行性。 1 2 3 规则表达的研究现状 规则是一种可以追问其是否正当的、普遍的人类行动规范“。规则也是指一种行为的描 述，这种行为对应于一定的输入，可以引用各种形式的知识库，并按照对应的逻辑条件产生 一定的结果，如特征造型、参数计算、指定种类的选择或是违反约束时产生警告等。 规则的表达方式影响着人们的理解力，也制约着规则的执行，选择合理的规则表达方法十 分重要。规则可以用语言、文字、各种符号的逻辑组合、图形、物理的方法等表示，为人类所 认识和理解。正是因为规则具有可表示性，它才具备了可存储性( 可记忆性) ，可传递性和可 处理性。规则表示方法的选择与具体的专业领域和规则的特点有密切的关系。 一般，非形式化的自然语言表达方式比较普遍，也容易让一般用户理解。但它没有精确的 逻辑结构。自然语言的各个层次上都含有巨大的不确定性。非形式化的自然语言不利于计算机 管理和应用。 4 第一章绪论 形式化的表示方式，如产生式规则表示法。产生式规则表示法是由美国数学家e p o s t 于 1 9 4 3 年提出来的，该方法用类似于文法的规则对符号进行置换运算，将每一条符号置换规则称 为一个产生式。每个规则都是一独立知识块，从而易于建立和修改；且每个规则的形式致并 与专家表述的方法相同，从而易于表达与理解。其基本形式为：i f c o n d i t i o nla n d c o n d i t i o n2 a n dc o n d i t i o nnt h e nr e s u l t 。 在g i s 领域对于规则的表达和构建积累了丰富的经验。e s r i 公司在推出的g e o d a t a b a s e 数据 模型中，提出了空间事物的规则，对对象的操作加以规则的限制。它采用面向对象技术将现实 空间世界抽象为由若干个对象类组成的数据模型，每一个对象类均有其属性、行为和规则，对 象类之间又有一定的联系。用户可以在已有的空间数据模型基础之上，建立符合应用需求的扩 展模型。g e o d a t a b a s e 中设计了特征、特征类、关系类、网络、特征行为、特征类行为、有效规 则等大量的新的对象，这些都是规则的体现。所以，g e o d a t a b a s e 用数据模型表达了空间事物的 规则。 许婷( 2 0 0 5 ) 等在研究城市管线规则时用基于规则组件驱动知识的方式表达城市管线规 则。一条管线规则的知识和规则组件区分，通过改变知识来修改规则。 上述几种方法都不适合城市规划成果规则的表达。因为城市规划成果规则比较复杂。非 形式化自然语言表示不适合计算机的管理。产生式规则表示法是每个规则一独立知识块，一 条城市规划成果规则是由好几个知识块组成的，如果把一条规则封装为一知识块，规则很难 修改、构建效率低。同理，许婷( 2 0 0 5 ) 研究的规则组件驱动知识的表达方式，也是每个规 则一个规则组件，用此方法表达城市规划成果规则表达，规则很难修改。 所以，本文根据城市规划成果规则特点，引入函数化表达方式。函数化表达规则可把复 杂的规则通过若干子规则函数通过关系串联或并联有机地组合起来对它进行表达。函数可通 过传入不同参数值而表达不同的规则功能。当规则表达出现错误时，只需要修改错误部位的 函数，不需要修改整个规则。因此，用函数化表达规划成果规则可提高规则修改和构建的效 率。 1 3 研究内容、意义和技术路线 1 3 1 研究目标和内容 ( 1 ) 研究目标 第一章绪论 本文在“常州市武进区规划成果数据入库”项目支持下，通过对城市规划规范和图形数 据标准的研究、城市规划成果数据的理解以及自然语言语义识别提取方法的研究，提出并研 究了城市规划成果规则的语义内容以及如何从自然语言描述的城市规划规范标准语句中识别 城市规划成果规则的语义，并基于语义用函数化方式表达该规则，便于计算机自动识别的规 划成果规则的高效定制，实现城市规划成果的自动校验，为城市规划成果的管理和应用服务。 ( 2 ) 研究内容 本文研究重点是城市规划成果规则语义内容的分析，从自然语言描述的城市规划规范标 准中识别提取面向函数化表达的城市规划成果规则的语义、城市规划成果规则函数库的建立， 因此论文的研究内容主要着眼于以下三个方面： 1 ) 城市规划成果规则语义内容分析 分析城市规划成果规则的语义组成及各部分所包含的语义内容，包括城市规划成果数据 的描述语义和规则约束的空间关系和属性关系语义以及规则约束下的空间分析等操作语义。 2 ) 研究面向函数化表达的城市规划成果规则语义的识别提取 针对城市规划成果规则的语义内容和规范标准的描述特点，建立了城市规划成果规则语 义词典库。基于前人研究的语义识别提取理论和方法，针对城市规划成果规则特点，研究从 规划的规范标准中识别提取城市规划成果规则语义。 3 ) 研究城市规划成果规则函数的函数化表达 根据提取的城市规划成果规则语义，把规则解析为若干个规则活动单元。基于语义分析 规则活动单元的函数要素，构建规则活动单元的函数并存储。通过调用这些规则活动单元函 数可实现规则的函数化表达。 1 3 2 研究意义 ( 1 ) 研究城市规划成果规则语义的自动识别方法为挖掘大量城市规划成果规则提供有效 途径。 城市规划行业广，规范多，用人脑归纳总结的方法难以完整地提取所有规则。采用自然 语言语义自动识别的方法可快速有效地识别提取大量的城市规划成果规则。 ( 2 ) 研究函数化方式表达城市规划成果规则适合城市规划成果规则的特点，便于规则的 高效定制和计算机管理应用。 城市规划成果规则比较复杂，它不仅包括规划成果的空间规则，还包括其属性规则。一 条规划成果规则可以既包含空间规则，又包含属性规则。函数化方式表达城市规划成果规则。 6 第一章结论 不仅把复杂的城市规划成果规则分解为若干个小规则，便于分析，函数的重载性还可使规则 的定制高效。用若干个函数表达规则，当规则表达中出现某个错误时，只需要修改对应规则 活动单元的函数，而不要重新修改整个规则。其研究结论也可为其它规则构建和类似研究提 供借鉴。 ( 3 ) 城市规划成果规则的函数化表达研究是城市规划成果管理的重要内容和有力支持。 一个完善的城市规划成果管理系统必须具备高质量的城市规划成果数据。城市规划成果规则 可用来校验城市规划成果，保证城市规划成果的质量。研究如何提取城市规划成果规则并表 达成计算机可识别和管理的方式，是城市规划成果管理的重要内容和有力支持。 1 3 3 技术路线 国内外相关文献的检索和阅读准备城市规划规范标准 i l 一_ l 一一一一一一一一一一一一一r 一一一一一 研究城市规划成果规则和其城市规划成果规则来源特点 表达方式及语义识别 分析 提出城市规划成果规则语义识别和函数化 表达的方法和步骤 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一 城市规划成果规则 城市规划成果规则 语义内容分析语义词典库建立 l1 基于语义对城市规划成 城市规划成果规则 果规则进行函数化表达 语义识别 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一 实例验证 7 准备工作 研究分析 研究内容 与成果 实例验证 第一章绪论 1 4 论文组织结构 论文共分六章： 第一章为绪论，阐述本文选题背景，并在参考国内外相关文献的基础上，阐述了当今自 然语言处理和语义以及城市规划相关领域规则的研究现状，并分析了规则的主要表达方式。 介绍了论文的研究目标、内容、意义和技术路线。最后给出了论文的组织结构。 第二章分析了城市规划成果规则的语义组成和内容，包括城市规划成果数据的描述语义、 规则约束的城市规划成果数据间的空间关系以及规则分析执行过程中对成果数据的空间分析 等操作语义。 第三章基于前人研究的自然语言语义识别提取的理论与方法，针对城市规划成果的特点 及城市规划的规范和标准的描述特点和函数化表达的要求，研究面向函数化表达的城市规划 成果规则的语义识别与分析 第四章根据提取的操作语义把规则分解为若干个规则活动单元，并对规划成果规则的活 动单元进行分析，然后基于规则活动单元对规划成果规则进行形式化表达。并基于函数的思 想和语义内容分析规则活动单元的函数要素并构建其函数，最后实现规则的函数化表达。 第五章在前文研究的基础上，介绍了建筑后退道路红线规则的函数化表达实例。 第六章阐述论文研究的结论和创新点、不足之处以及下一步研究的重点。 8 第二章面向函数化表达的城市规划成果规则语义内容 。第二章面向函数化表达的城市规划成果规则语义内容 2 1 城市规划成果规则来源 2 1 1 城市规划成果规则 城市规划成果规则是一种行为指导，它约束着城市规划成果的编制、管理。它是城市规 划成果编制过程中需遵循的准则，也可以理解为规划实体对象需遵循的规则，它约束了规划 实体内和规划实体间的各种关系。该规则可用来校验城市规划成果。 2 1 2 城市规划成果规则主要来源 城市规划成果规则的来源主要是城市规划的技术规范和城市规划图形数据标准。 ( 1 ) 城市规划的技术规范 国内外城市建设的实践经验证明，城市规划需要技术规范来指导和监督。为实现城市规 划管理规范化和法制化，保证科学、合理、经济地利用城市土地，配置城市公共设施，更好 地发挥城市的综合效能，国家和各地方根据中华人民共和国城市规划法等有关法律制定 了城市规划的一系列技术标准和规范( 如表2 - 1 所示，城市规划相关技术标准和规范) 表2 - l 城市规划相关技术标准和规筢 嚣羲；礁燕瀚稼。r 量= 罢篡：三i 纛a 城市居住区规划设计规范g b 5 0 1 8 0 9 3 城市用地分类与规划建设用地标准g b j1 3 7 9 0 城市用地分类代码c j j4 6 9 l 城市绿地分类标准c j j t8 5 - - 2 0 0 2 城市道路设计规范c j j 3 7 9 0 城市给水工程规划规范g b5 0 2 8 2 - - 9 8 城市工程管线综合规划规范g b 5 0 2 8 9 9 8 城市工程管线综合规划规范g b 5 0 2 8 9 9 8 城市电力规划规范g b5 0 2 9 3 1 9 9 9 城市排水工程规划规范g b 5 0 1 3 8 - - 2 0 0 0 城市道路绿化规划与设计规范c j j 7 5 9 7 城市热力网设计规范c j j3 4 9 0 防洪标准g b5 0 2 0 1 9 4 公园设计规范c j j4 8 9 2 9 第二章面向函数化表达的城市规划成果规则语义内容 风景名胜区规划规范g b 5 0 2 9 8 1 9 9 9 乡镇集贸市场规划设计标准c j j t 8 7 2 0 0 0 城市规划基本术语标准g b t 锄2 8 0 9 8 城市规划制图标准c j j t 9 7 2 0 0 3 江苏省控制性详细规划编制导则( 试行) 江苏省城市规划管理技术规定( 2 0 0 4 版) 南京市城市规划地域划分及编码规则n j g b b co i 一2 0 0 5 南京市城市用地分类和代码标准n j g b b c0 2 2 0 0 5 f 南京市控制性详细规划；i 算机辅助制图规范n j g b b c0 3 2 0 0 5 规划编制成果验收、归档操作n j g b b a0 3 2 0 0 5 南京市城市规划地域划分及编码规则n j g b b c0 2 2 0 0 5 城市规划规范涉及内容多，使用频率最高的是城市用地分类与规划建设用地标准g h 1 3 7 9 0 ，它对城市的用地分类和代号、规划人均建设用地指标、规划建设用地结构和城市建 设用地平衡表都做了规定。各个地方根据自身的特点，制定的城市用地分类和规划建设用地 标准规范值会不同，但必须满足国家的规范标准。同时，在城市规划各层次中土地使用的规 范也会不一样。 这些规范和技术标准，统一了城市规划成果的技术内容和数据格式，为城市规划成果顺 利应用到城市规划管理信息系统中奠定了技术基础。在编制成果验收时，除需进行严格的内 容验收外，还需进行数据验收，并在验收合格后导入规划成果数据库“。 ( 2 ) 城市规划成果数据的图形标准 为了完整的表达出图形要素所表示出来的信息，城市规划成果对图形具有较高的标准， 否则在成果处理过程中会因图形的不规范而处理失败，入库后信息表达错误或不完整等，故 此提出了城市规划成果数据的图形标准，下面介绍部分图形数据标准： 1 ) 道路控制点必须位于道路中线交点处。 2 ) 道路中线层的数据必须是道路边线层相应数据的中线，位置不得偏移。 3 ) 道路边线、河流边线必须与相邻地块的边界线完全吻合，不得有缝隙，道路边线、河 流边线也不得穿过地块。 4 ) 相邻地块之间的边界线必须完全吻合，不得有缝隙，线段问也不得相交。 5 ) 公共设施点必须落在相应地块的范围线之内。 6 ) 规划范围内不得出现没有规划地块的空白区域，如图2 - 1 所示： i o 第二章面向函数化表达的城市规划成果规则语义内容 圈2 - l 规划范围内出现空白 7 ) 用地面层中不同性质的地块不得相互压盖。 8 ) 所有的道路线必须位于规划范围面以内。 9 ) 高压线必须严格位于两侧高压走廊外边线的中心线位置。 1 0 ) 用地区域面必须完全包含水系面、地上建筑物面、地下建筑物面、绿地面、室外停车 场面以及道路广场用地面。 2 2 面向函数化表达的城市规划成果规则语义概述 2 2 1 语义含义 “语义”一词来源于语义学，属于语言学范畴。关于语义的定义很多，这里语义的意思 就是具有意义的信息，是人类对客观世界本质特征与规律正确认识后形成的一种概念。语义 表示的是概念的极端，即通过对自然的认知过程形成的对自然的认识。 若将现实世界看成由实体组成，则我们所关心的与实体有关的领域语义有“9 】： ( 1 ) 实体描述的语义 包括实体的标识、类型、属性、功能、结构、状态等语义信息。 ( 2 ) 实体操作规律的语义 包括施加在实体上的各种操作集合的定义。 ( 3 ) 实体内部和实体间联系的语义 包括层次联系、同属联系、角色联系、因果联系和逻辑蕴涵联系等。 现实世界领域语义对设计、应用数据库解决现实世界问题具有重要意义。需要指出的是， 我们不可能用有限的形式化手段表达全部的现实世界的如此丰富的语义。因此，对现实世界 领域的语义的应用与提取应遵循下列方法： 第二章面向函数化表达的城市规划成果规则语义内容 ( 1 ) 根据需要解决的问题进行现实世界领域的语义的挖掘、筛选和归类。 ( 2 ) 通过预先的分类定义和计算机辅助手段进行现实世界领域的语义的描述。 ( 3 ) 对现实世界领域的语义进行抽象、归并、分类等预处理后形式化成某种数据结构的 存储。 2 2 2 面向函数化表达的城市规划成果规则的语义组成 对规划成果规则进行函数化表达是基于g i s 二次开发平台，把规则构建成能被计算机识 别的表达方式。城市规划成果可看成是由规划实体构成的。城市规划成果数据的规划实体的 表现形式。 根据上述分析的现实世界的实体的领域语义，基于g i s 思想，可把城市规划成果规则的 语义分为三部分( 如图2 - 2 所示) 。 圈2 2 从语义学角度看待城市规划成果规喇 ( 1 ) 城市规划g i s 成果数据的描述语义，即城市规划成果数据的信息，例如城市规划成 果数据的分类编码、图层设置和属性设计所表达出来的语义； ( 2 ) 规划成果规则约束的规划实体之间关系的语义，例如建筑物和道路之间关系规则所 表达出来的语义； ( 3 ) 规则约束下对实体间关系进行判断操作语义，包括空间分析和属性关系判断等。 1 2 第二章面向函数化表达的城市规划成果规则语义内容 2 3 城市规划成果数据描述的语义 本文研究的城市规划成果就是城市规划的g i s 成果。城市规划成果实体要素是城市规划 成果的数据内容，数据信息越详细、越完整、越全面，实体要素的语义知识越丰富。城市规 划成果数据描述的语义可以理解为城市规划成果数据的标准。即城市规划成果数据描述的语 义是标准约束下其所包含的语义，包括数据的分类信息、编码信息、图层信息和属性信息等。 2 3 1 城市规划成果数据的分类信息 根据城市规划的体系，城市规划成果包括总体规划成果、分区规划成果，控制性详细规 划成果、修建性详细规划成果、专项规划成果。各层次规划的内容和目的不一样，对实体要 素的分类也不一样。对实体要素的分类还需要按对成果数据处理的要求( 奁询、分析、统计 等) ，以及按照一定的用户目的，根据g i s 分类原则和分析方法对规划数据进行分类。图2 - 3 所示为城市总体规划成果要素类。 罔罔罔闷 陶旧两陶 脯7 t t t 圈2 _ 3 城市总体规划成果数据 1 3 第二章面向函数化表达的城市规划成果规则语义内容 2 3 2 城市规划成果数据的图层信息 ( 1 ) 图层划分 g i s 一般是按图层来组织矢量数据的。根据数据组织的需要，将复合的图形数据分成不 同的图层。因此，图层划分合理与否将直接影响到数据分析应用的效率1 。所以，城市规划 成果数据包含着图层信息。 在g i s 管理中，为了方便数据的处理，还需对实体进行点、线、面和注记的细分。如修 建性详细规划中地上建筑物就可分为地上建筑物建筑基底面、地上建筑物建筑垂直投影面、 地上建筑物注记等。具体分类如表2 2 所示。 表2 2 謦规地上建筑物图层设置 规划地理要素规埘地理要素数掂予集特玎 幽层代码说哦 ；人类名娄名名称类壁 地上建筑物建主层 j z j d - a 筑基底( j z j d ) 面地上建筑物建筑基底范围 地上建筑物建主层 j z l k 地上建筑物建筑垂直投影 筑垂直投影面 范围 地上建筑物 ( j z l k ) ( d s j