（地图制图学与地理信息工程专业论文）基于gis的城市历史街区保护评价应用模型研究.pdf

北京建筑工程学院硕士论文 摘要 摘要 城市历史街区是宝贵的文化遗产，但随着城市化迅速发展和旧城的快速改造， 它的保护面临着巨大挑战。本文从城市历史街区的空间环境出发，通过综合评价对 其保护产生影响的多种因素，建立了基于g i s 的城市历史街区保护评价模型，为城 市历史街区的保护规划提供依据。 本文以北京城市历史街区为研究对象，使用模糊数学确定城市历史街区保护评 价等级，为每项影响因素制定了评价标准以界定分级阈值；建立了评价因素的层次 递进结构体系，运用层次分析法( a h p ) 计算出评价指标的权重值；利用g i s 技术 实现综合评判过程和结果的可视化，并对研究区域进行了模型应用检验。取得的主 要成果： ( 1 ) 针对城市历史街区保护评价难以划定等级界限的特点，应用模糊数学解 决定性与定量的统一。筛选和确定了1 5 项评价指标，如地块类型、人口密度、建 筑质量、建筑高度、建筑风貌等。划分出四级评语：微弱影响、轻度影响、中度影 响和严重影响，据此为每项评价因素制定了评价标准。 ( 2 ) 尝试建立了科学可行的北京历史街区保护评价指标体系，构造了指标体系 中各层的权重判断矩阵，用目前适用程度最高的a h p 计算得到了各评价指标的权重 系数。 ( 3 ) 运用g i s 技术实现了评价过程和评价结果的可视化。以矢量数据为主构造 评价模型是本文的特色，代替栅格数据实现了模糊综合评判的可视化表达，建立了 基于g i s 的应用模型。 城市历史街区保护评价模型的应用价值体现在：分析历史街区保护的影响因素， 探究文物遭受破坏的原因；比较不同历史街区的保护形势，优先配置保护资金；分 析同一历史街区的保护动态，及时制定应对措施。 关健词：地理信息系统模型层次分析法模糊综合评判历史街区可视化 北京建筑工程学院硕士论文 a b s t r a c t c i t ym 吼o r i c a ld i s 乜j c ti s 缸i m p o r t a n t 勰s e t ，、v i t h1 1 l e 瑚i p i dd “d o p m e n to f l b 狮i z a t i o na n dt h et r a n s f o 删o no ft h co l dc i 戗i t s o t e c t i o ni sf a c i n g 嘶n d o 璐 c h a l l 锄g 鹤b a s e do n 山e 鲫州n m e n t ，t h ep a p e rb u i l dag i s & 删酬删o n m o d d c o n t a i n i n gm 锄yf a c t o r s ，t op r o v i d e 洳t i f i cd e c i s i o n - m a k i n gf o rt h ep m t t i 彻o fc i t y h i s 州c a ld i s 砸c l ht h ep a p e r , t h ef u z z ym c 山o dw 笛u s e dt od c t e r m i n er a d i 岫l 研髓c hf a c t o r s ，t 1 1 e a n a l 妒ch i e r a r c h yp r o c a 器$ ( a h p ) w 嬲u s e dt 0c a l c i l l a t em c 谢雪l 乜o fm & t o m ，g i s w a su s e dt oa c b i 甜ec 0 删e n s i v e 酬嘣加o f 血e p r o c e s sa n dr e s u l m i n l l o 删i s t h em a i np o i m ： ( 1 ) b e c a u s eo f 恤砌rc i 】1 _ 妙o fd a s s i n $ 1 h ef u z z ym a t hw a sm a d e t of u s et h e q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i 僦v e 1 5i n d i c a t o r s r e l 叠d e c t e d , s u c h a sb l o c kt y p e s , p o p u l 蜘 d e n s i t y c o 船咖c 6 0 nq i l a i i b m l d i n gh 矗g 吣 喇t 删 s t y l e t h e e v a l l l a t i d a s s e sw e d i v i d e dm m 向l 玳f a i n ti m p a c t ，m 丑dh n p a c t m o d e r a t ei 加删 a n ds e 嚣ei l n p a c t ( 2 ) as c i e n t i f i ca n dp r a c t i c a la s s e s s m ti n d e x 町劬锄w 玎ee s t d b l i s h e d ，u s i n g a h pt oc a l c i l l a t cm e w d g h 忸o f v e c t o r s ( 3 ) t r y 删e v e1 1 1 ef u z z y 唧r e 】1 s i v e 酬u a t i o n 璐啦v e c t o rd a t a c i t yh i s t o r i c a ld i s 砸c t 髂s e s 咖e n tm o d di so fg 嘲tv a l u e ：a n a l y s ct h ec a r r y i n g c a p a c i wf o r 也e t o r i c a la n dc l l l t 删h 甜m g e ，s t u d ym c 鲫删f b r c i l l t u r a lh 耐t a g c ； f i n dd i 丘b r c 嚣b e t w e e nt h es i m i l 盯d i s 砸c t ；a n a l y t h ed y m m i cc h a n g 船f o rt h ec u l t u r a l h c r i m g e k e y w o r 凼：g i s ，m o d d i n 舀a h p ，f u z z yc 伽珊触i v ce v a l u a l i o n ，h i s t 丽cd i s 扛i c t s u a l i z a t i 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：i 1 厂+ 1 5 0 天，生长期平均气温华氏 6 5 - 7 0 度，降水量 1 5 英寸。第二等：生长期 1 5 0 天，生长期平均气温华氏6 0 - 6 5 度， 降水量 1 5 英寸；或生长期 1 5 0 天，生长期平均气温华氏6 5 7 0 度，水量 1 5 英寸；或生 长期 1 5 0 天，生期平均气温华氏6 0 - 6 5 度，降水量 1 5 寸；或生长期1 2 0 - 1 5 0 天，生 长期平均气温华氏6 5 7 0 度，降水量 1 5 英寸。不适宜地区：生长期 1 2 0 天，生长期 平均温低于华氏6 0 度，降水量为任意等级；或生长期1 2 0 - 1 5 0 天，生长期平均气温 华氏6 0 _ 7 5 度，降水量 1 5 英寸。 ( 3 ) 资源控制与社会等级分化 通过对遗址与环境资源关系的讨论，揭示社会等级分化的过程和原因。研究分 5 北京建筑工程学院硕士论文 第一章绪论 析了对遗址周围与农业生产有关的环境因素，如土壤，地形、气候条件等，根据与 农业生产相关的因素，如土壤的成分、物理特征、土壤的深度、水土保持情况等， 将土壤划分为2 0 个类型，从最具开发潜力的类型一直到不适宜简单农业生产的土 壤类型。以边长5 0 0 米为一个单位面积，分别计算这一单位面积内地区古典时期遗 址分布的面积，以及这一单位面积内所属的环境因素组合类型中遗址分布的期望值 面积。二者相减差值较大的地区都分布在土壤相对肥沃和坡度相对较缓的核心地 区，说明遗址的集中分布并与直接控制农业生产的资源相关，可能更多的与社会和 政治因素相关。 计算过程：第一步，将土壤划分为2 0 个类型，坡度划分为5 个类型，海拔高度 按5 0 米为一个单位划分为2 8 种类型，以上三种不同的环境类型可能产生的组合为 2 8 0 0 种；第二步，计算出在每一种环境类型组合中，古典时期遗址分布的面积；第 三步，用古典时期遗址总面积除以研究地区的总面积，得出古典时期遗址占地面积 的百分比；第四步，用每一种组合中古典时期遗址面积除以该种组合的总面积，得 出每一种环境组合中古典遗址所占面积的百分比，也可称为该种环境组合中古典遗 址分布的期望值；第五步，将研究区域划分为若干边长为5 0 0 米的块，计算出在每 一块中不同的环境类型组合的面积；第六步，将每一块中某一种环境类型组合的面 积乘以第四步中计算出的该种组合中古典遗址分布所占面积的百分比，得到在这一 块中，该种环境类型组合中古典遗址分布面积的期望值；第七步，将每一块中不同 环境类型组合中古典遗址分布面积的期望值相加，得到在这个块中古典遗址分布面 积的期望值；第八步，将每一块中实际调查发现的古典时期遗址的面积与在第七步 中计算出的期望值相减，即可得出哪些地点古典时期遗址分布的面积远远超出期望 值，哪些地点远远低于期望值 1 3 研究内容 文物分布具有很强的地域性，因而对其保护进行的评价受到多种因素的影响。 相对而言，在某一地域环境中总会存在文物保护的“最佳因素组合”，包括必要的 因素类别和具体状态，各种因素的作用性质不同，不能停留在单因素分析上，只有 综合分析文物保护影响因素的类型及影响大小，才能对历史街区的保护状况作出可 靠的判断。 6 北京建筑工程学院硕士论文第一章绪论 多指标综合评价是一大类综合测量结果、主观感受形成全面评价的方法，目前 国内外建立的多指标综合评价数学模型有数百种之多，其中使用较多的有加权求和 法、层次分析法( a h p ) 、模糊综合评价、多元统计方法、综合指数法、数据包络法、 t o p s i s 法等数十种滔】。本文研究中，由于影响因素的数值难以精确表示及评价等 级界限不明确，采用传统的精确计算方法很难得到满意的结果，所以尝试使用模糊 综合评判来解决定量和定性结合的不确定性问题，并辅以层次分析法求解影响因子 的权重，建立基于g i s 的综合评判模型，提供一种简便、有效、易行的历史街区保 护评价方法。 论文的研究思路：从历史街区的属性特征分析出发，阐述基于模糊数学和层次 分析的综合判断原理；获取影响历史街区保护的信息，建立和完善评价体系；研究 影响因素的内在联系，根据相对重要程度确定评价指标的权重系数；建立基于g i s 的保护评价应用模型；选定研究区域，以实例应用来验证评价模型的可行性与可靠 性。 建立基于g i s 的城市历史街区保护的评价模型，旨在通过对评价理论和方法的 研究，探讨针对历史街区保护状况、适合城市规划特点的评价体系，提供较为科学 的、规范的决策依据。建模过程涉及数据统计、评价指标选择、评价分析和评价结 果展示等，核心内容包括建立历史街区保护评价指标、计算评价指标权重系数以及 可视化评价过程和结果，最后构造出历史街区保护评价的模型。通过对影响因素的 评价，得到历史街区保护的评价等级，并实现数据和图形的交互表达，由此可划定 特定的文物资源敏感区。 1 4 组织结构 第一章绪论介绍历史文化遗产、历史街区、文物的概念，分析我国文物保 护的形势、存在的问题，总结了当前研究的现状，提出论文的研究思路并介绍了论 文的研究内容。 第二章城市历史街区保护评价基础从评价模型的功能和机理出发，介绍建 立模型过程中涉及的理论和方法，为下一单元理论模型的构造作好铺垫。 第三章城市历史街区保护评价模型首先介绍了怎样构建历史街区保护评价 体系，其次计算出评价指标的权重系数，最后介绍了建立评价模型的步骤。 7 北京建筑工程学院硕士论文 第一章绪论 第四章评价数据处理本章以理论模型为指导进行空间数据处理，运用g i s 的叠加分析实现评价过程和结果的可视化。 第五章评价模型的应用实验本章以北京市景山西街历史文化保护区为研究 对象，应用评价模型进行检验并分析评价结果。 第六章结论和展望总结全文并对今后工作提出展望。 北京建筑工程学院硕士论文第二章城市历史街区保护评价基础 第二章城市历史街区保护评价基础 我国具有种类繁多的城市文物，它们不仅有历史价值、艺术价值、科学价值， 还有考古价值、人类学价值、社会学价值、建筑学与城市规划价值、环境与生态价 值等。为了更好地保护这些文物，并从对个别文物的保护转向对历史文物的群体保 护，我国对一些重要的、文物比较集中的历史城市进行了相应的保护控制，并划定 了大量的历史街区。从1 9 8 2 年至今，国务院已经公布了4 批共1 0 3 座历史文化名 城的名单汹1 。历史街区作为历史文化名城中最具代表、最具规模的历史文化遗产， 如今已经逐渐成为文物保护的重点和亮点。挖掘影响历史街区保护的因素并探讨其 影响大小，是本文实行评价的基础，使人们更加全面认识历史街区，按照文物保护 规律制定规划和措施，发挥历史街区更大的价值。 2 1 历史街区保护评价 评价是按照一定规则与方法，依据归类的指标对评判对象的某一方面或综合状 况做出优劣的评定，也即是评价者针对评价对象的具体方面，根据评价标准进行量 化和非量化的测量过程田1 。常用于综合评价的数学方法有加权求和法、模糊数学方 法、灰色系统方法、层次分析方法等噙1 。 我国的城市化发展和旧城的快速改造使城市历史街区保护面临巨大挑战。历史 街区保护评价是通过分析和预测一定空间范围内的社会、经济和环境等影响因素， 从客观、公开、公正的角度综合评价历史街区的保护现状或项目实施后可能造成的 影响，对历史街区所处的环境状态作出判断汹1 。根据此评判可提出预防或减轻不良 影响的对策和措施，为城市历史街区保护规划决策提供科学依据。 研究城市历史街区保护的目的是解决经济发展与文物保护的矛盾，从而实现历 史街区的可持续发展。评价服务于历史街区保护，始终坚持以可持续性、协调性、 公平性为指导，其中协调性和可持续性是城市历史街区可持续发展的基本原则和核 心内涵，没有协调性和可持续性，就不可能实现公平性和共同性。 9 北京建筑工程学院硕士论文第二章城市历史街区保护评价基础 历史街区保护的影响因素具有多层次、多因素、不稳定等特点，针对影响因素 的不确定性和等级界限模糊性，模糊综合评判可以相对较好的解决定性和定量难以 结合的问题。影响指标的权重大小直接关系到评价结果的精度，目前使用的多种方 法中，层次分析法逻辑缜密、权重计算合理可靠，故本文选用此法计算评价指标的 权重系数。 2 2 地理信息系统( g i s ) 地理信息系统是采集、存储、管理、描述、分析地球表面及空间和地理分布有 关数据的信息系统，该系统可将地理信息自动转换成图形信息，实现数据和图形的 交互联动，具有很强的可视化功能e r a 3 。g i s 的核心功能在于空间数据管理和空间信 息分析，因而它能够快速有效地编辑、查询、管理和分析数字化地图及与其相连的 属性数据，提高了工作的科学化、规范化水平，保证了资料的完备性、现实性，促 进了信息的共享。 2 2 1g i s 的特点 ( 1 ) 强大的图形处理功能 g i s 兴起的初始目的是使用计算机技术处理地图，其核心是便于计算机处理和 网络传输的数字化地图。地理信息系统可以对空间数据进行处理、分析、输出、可 视化等，用图形的方式展现地理要素的复杂关系，构造符合实际的模拟空间。 ( 2 ) 独特的空间分析功能 空间分析是地理信息系统区别于其它信息系统的主要特征，利用其空间数据库 和属性数据库，结合高效的算法进行空间分析。常用的空间分析方法有叠置分析、 缓冲区分析、网络分析等，这些分析功能在现实中已得到广泛应用。 ( 3 ) 空间数据和属性数据的完美结合 g i s 的数据范围不仅包括空间数据，也包括这些要素的属性数据。空问数据和 属性数据通过对应关系形成了有机的整体，可以实现空间数据和属性信息的交互检 索，避免了图形与相应的图表数据完全分离的现象，给应用带来了极大的方便口“。 1 0 北京建筑工程学院硕士论文第二章城市历史街区保护评价基础 2 2 2g i s 应用模型 2 2 2 1 应用模型及分类 模型是对于现实世界的事物、现象、过程或系统的简化描述。在规划中应用最 多和最广泛的是数学模型，它通过方程式定量地描述系统或过程中各变量之间的相 互关系，是分析、设计、预测和控制实际系统的基础池1 。任何地理信息系统都是为 一定的应用目的而建立的，必须根据具体需要采用适当的分析模型来指导地理信息 系统总体设计。 地理信息系统的模型分类旧】：( 1 ) 按应用模型结构分为数学模型( 又称理论 模型) 、统计模型和概念模型( 又称逻辑模型) ；( 2 ) 按应用模型空间特性分为空间 模型和非空间模型两大类；( 3 ) 按应用模型的对象类型分为基于域的模型和基于对 象的模型；( 4 ) 按应用模型开发特点分为系统提供模型和二次开发模型；( 5 ) 按应 用模型内容及所解决问题分为基础模型和专业模型；( 6 ) 按模型空间过程模拟方法 分为动力学过程模拟模型和随机过程模拟模型。 2 2 2 2 应用模型的建立方法 建立模型的目的是把源域简单化和抽象化。源域的内容转到目标域后，在目标 域中进行分析和处理，一个模型是否实用，就要看它模拟源域的效果及它在两个域 间转换的程度。 图2 - 1 建模的抽象过程 f i g 2 - it h ea b s t r a c tm o d e l i n gp r o c e s s 北京建筑工程学院硕士论文 第二章城市历史街区保护评价基础 上图表示了建模的抽象过程，建模函数m 作用在源域d 上，源域中的变量t 转 换目标域后成了m ( t ) 在目标域的转换结果，通过函数的反交换i n v ( m ) 再回到d 中 进行解释。如果模型精确地反映了源域d 中变量t 的转换，那么这个建模过程就是 有效的。建模过程可表示为： i n v ( m ) m ( t ) m = t ( 2 1 ) 模型的建立过程可由下式表示： x ( ) y = m( 2 - 2 ) 其中，x 表示某个体系，可以看做是地理信息系统中被主观选取的一个局部；y 表示某种介体，具体讲就是某种模型化方法；0 代表y 对x 产生的作用；m 是体系x 通过介体y 产生的作用0 所建立的模型啡1 。 2 2 3g i s 在历史街区保护评价中的应用 文物保护是一个复杂的系统，评价体系涉及大量指标，如大气、水土、噪声、 建筑工程、人口移动等都会对其保护产生影响。为了更直观地表现结果，还需要大 量地形图、道路交通图件、遥感图像等矢量数据和栅格数据。g i s 可以采集、存储、 管理、检索、分析和应用与地理空间分布有关的各种数据，以多种形式输出数据或 图形产品，在历史街区保护评价中有着广阔的应用前景，其优势主要体现在啪1 ： ( 1 ) 拓展了评价的工作范围 在评价体系中，g i s 特有的空间和属性数据的管理及空间分析提供了丰富的文 字、数据、图形、图像和声音等信息，使决策者能够详细地掌握评价区域的自然、 社会、经济等信息。 ( 2 ) 提高了评价的质量和精度 在历史街区保护评价中，g i s 的定量、快速、动态、模拟分析等特点，是常规 评价方法难以达到的。历史街区保护评价涉及到的许多影响因素，如人口密度、气 候条件、水体条件、道路交通等具有复杂的空间变异特性，人为综合工作量大、周 期长，而g i s 技术的应用可以快速完成任务，并且能够避免人为综合可能出现的误 差，提高评价结果的质量和精度。 1 2 北京建筑工程学院硕士论文第二章城市历史街区保护评价基础 ( 3 ) 减轻了评价的工作强度 利用g i s 建立应用评价模型，可以加快评价因子的分析、计算、评价和成果输 出，大大减少了手工工作量，加快了评价工作进程，缩短了工作时间。 ( 4 ) 有利于资源共享和成果发布 由于地理信息数据参照同一空间坐标，数据具有通用性，不同领域、不同部门 可以共享。系统兼容性和扩展性强，为评价的进一步完善打下了良好的基础。计算 机网络技术和g i s 结合形成的w e b g i s ，可以实现远程数据共享和地理空间数据分析， 利用g i s 管理调查资料，通过现代通讯技术可有效地实现区域间的信息资源共享。 2 3 模糊综合判断 2 3 1 原理 在自然科学或社会科学研究中，存在着许多定义不严格或者具有模糊性的概念， 即所谓模糊现象，具体指客观事物之间难以用分明的界限加以区分的状态m 1 。模糊 数学的研究对象即为不确定性事物。 模糊综合评判是对受多种因素影响的事物作出全面评价的一种十分有效的多因 素评判方法，它的理论基础是模糊映射与模糊变换、模糊综合评判的数学模型及其 应用啪1 。模糊综合评判法具有定性与定量因素结合的优点，它综合考虑评判对象的 各项技术指标，兼顾评判对象的特性和因素，将各项指标进行量化，并根据不同指 标对评判对象的影响程度分配权系数，从而对各评判对象给出一个定量的综合评判 值，得到理性、客观的评判结果。 2 3 2 权重 权重是评价因子在整体评价过程中的相对重要程度，是评价对象不同方面重要 性的定量分配汹】，对整个评价的结果至关重要。确定权重的主要原则：( 1 ) 系统优 化原则。在评价指标体系中，每个评价指标对系统都有一定的作用和贡献，即对系 统都有其重要性。在确定权重系数过程中，既不能平均分配，也不能片面强调某个 指标的最优化，应当遵循系统优化原则，把整体最优化作为出发点；( 2 ) 主观与客 观相结合原则。评价指标权重反映了评价者对评价工作的引导意图和价值观念，例 北京建筑工程学院硕士论文第二章城市历史街区保护评价基础 如，某些指标具有特殊性或者为了突出该指标的作用，就要加大其权重。同时，还 需综合考虑评价指标的历史状况和现状以及评价对象之间的平衡。因此，要掌握主 观意图与客观情况相结合的原则。 权重的赋值在一定程度上具有主观性，它将随最终评价结果不断调整以达到最 佳。确定权重的方法有专家定权法、历史资料法、特征向量法、层次分析法和主成 分分析法等，层次分析法是目前较好的计算权重的方法。 2 3 3 判断方法 模糊综合评判的基本步骤可分为：确定因素集、确定评语集、单因素评判、确 定权重、综合评判e 4 0 。若评判对象的有关因素比较多，难于真实地反映各因素在整 体中的地位或难于合理确定权数分配，需采取多级评判。所谓多级综合评判就是把 因素集按照其性质的不同划分为k 类，对每一类进行初级单因素综合评判。然后， 将其评判结果看成另一个单因素评判，而这k 类因素每一类看成一个单因素并赋予 权重，进行二级综合评判。综合评判的一般步骤”“： ( 1 ) 建立评判对象因素集u = ( u ，u 2 c , u ) 。因素就是对象的各种属性或性 能，在不同场合，也称为参数指标或质量指标，它们能综合反映出对象的质量，因 而可由这些因素来评价对象。 ( 2 ) 建立评判集v = t v ，v ，v 。) 。评判集是评价者根据预期目标设定的评 定等级，如等级的集合、程度的集合、类型的集合等。 ( 3 ) 建立模糊评价矩阵。根据隶属函数和评价标准建立因素集u 到评语集v 的单因素模糊评价矩阵。因素论域u 和评价论域v 之间的关系用r 来表示，即 r = ，i i ，i 2 ，k 眨l 勃 l ，肼 ( 2 3 ) ( 4 ) 确定权重。计算因素集中各因素的相对重要程度，得到评价因素的权重 向量。在下一节中将详细说明。 ( 5 ) 综合评判。由于对u 中各个因素有不同的侧重，需要对每个因素赋予不 1 4 北京建筑工程学院硕士论文第二章城市历史街区保护评价基础 同的权重，它可表示为u 上的一个模糊子集a = ( a ，a ：，a ) ，在r 与a 求出之后， 则综合评判模型为： b=a o r = ( 口1 ，口2 ，d 。) 。 ，i l 2 屹i 饧 r ir 2 = ( 6 ，b 2 ，以) ( 2 - 4 ) b 是所有评判因子的综合评判结果，即各因子对评价对象的综合隶属度空间矩 阵，根据最大隶属度原则判定影响程度。 2 4 层次分析法 层次分析法( t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r i c e s s ，简称a h p ) 是由美国运筹学 家、匹兹堡大学萨第( t l s a a t y ) 教授于2 0 世纪7 0 年代提出的一种定性与定量 分析相结合的多因素决策分析方法m 1 。其基本原理是排序，即将相互关联、相互制 约的多因素构造从高到低的递阶层次结构，形成最高层、中间层、最低层，然后各 因素两两比较确定相对重要性，将各方法( 或措旌) 最终捧出的优劣次序作为决策 的依据 2 4 1 递阶层次结构的建立 层次分析的基础是建立层次结构。在确定目标后概化系统问题，根据评价因素 问的关联和约束条件建立概念逻辑关系。然后，把目标问题所包含的各种因素按类 别和属性分为目标层、准则层和指标层。 目标层( 最高层) ：指解决问题的预定目标，即应用a h p 所要达到的目标。 准则层( 中问层) ：指采用某种措施和政策来实现预定目标所涉及的中间环节， 即影响目标实现的准则。 指标层( 最低层) ：指促使目标实现的措施，表示解决问题的措旌或政策。 1 5 ；k 北京建筑工程学院硕士论文第二章城市历史街区保护评价基础 图2 - 2 递阶层次结构示意图 f i g 2 - 2t h eh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e 递阶层次结构常用结构图表示上下层元素之间的关系。如果某一个元素与下一 层的所有元素均有联系，则称这个元素与下一层次存在完全层次的关系；如果某一 个元素只与下一层的部分元素有联系，则称这个元素与下一层次存在不完全层次关 系。层次之间可以建立子层次，子层次从属于主层次中的某一个元素，它的元素与 下一层的元素有联系，但不形成独立层次。 2 4 2 判断矩阵的构造 任何系统分析都以一定的信息为基础，a h p 的信息基础主要是对评价指标相对 重要性的判断，以判断矩阵形式表示。判断矩阵表示针对上一层某因素，本层次与 之有关的各因素之间的相对重要性，对每一层次各个元素的相互重要性给出判断， 并以矩阵形式表达所作判断的数值m 。 构建判断矩阵的依据是表2 - 1 所示的重要性标度。 1 6 北京建筑工程学院硕士论文 第二章城市历史街区保护评价基础 表2 - i 重要性标度含义表 t a b 2 - 1t h ei m p o r t a n c eo fs c a l i n gm e a n i n g 重要性标度含义 l 表不两个元素相比，具有同等重要性 3 表示两个元素相比，前者比后者稍重要 5 表示两个元素相比，前者比后者明显重要 7 表示两个元素相比，前者比后者强烈重要 9 表示两个元素相比，前者比后者极端重要 2 ，4 ，6 ，8 表示上述判断的中间值 倒数 若元素i 与元素j 的重要性之比为a l j ，则元素j 与元素 i 的重要性之比为a s = l a | j 判断矩阵的构造方法：设某层有n 个因素x = ( x ，x ：，x ) ，每次取两个因素 知和x j 进行比较，用a 。表示它们对上一层某因素的影响程度之比，全部比较结果用 矩阵a = ( a - ) 表示，a 称为成对比较的判断矩阵，形式如下所示： a = 判断矩阵具有如下性质： 。 ( 1 ) a 。j ) 0 ( 2 ) a j t = l a “ ( 3 ) a 儿= 1 1 7 ( 2 5 ) ( 2 - 6 ) ( 2 - 7 ) ( 2 - 8 ) ； 北京建筑工程学院硕士论文第二章城市历史街区保护评价基础 2 4 3 判断矩阵权重向量计算 层次分析法的重要任务是求解判断矩阵的最大特征根及其所对应的特征向量。 理论上可以用线性代数求得高精度的结果，但判断矩阵本身就是定性问题定量化的 结果，允许存在一定的误差范围，因此，判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向 量的计算并不需要太高的精度。求解方法主要有幂法、方根法、和积法等“” ( 一) 幂法 ( 1 ) 任取与判断矩阵a 同阶的正规的初值向量酽； ( 2 ) 计算w k + l = a w l ，k = o l 2 ； ( 3 ) 令卢= 喜铲，计算= 古两，k - 0 l 2 ，； ( 4 ) 对于预先给定的精确度e ，当 得： j w i k + l 一碉 占( 2 啕) 对所有i = l ，2 ，n 成立时，则霄= w n - 为所求特征向量。丑。可由下式求 a 一= 善n 寿k + l 式中，n 为矩阵阶数；w 。为向量矿的第i 个分量。 ( 二) 方根法 ( 1 ) 计算判断矩阵每一行元素的乘积 ( 2 ) 计算m 。的r 1 次方根 ( 2 - 1 0 ) m 。兀b ；j ( i = l ，2 ，) ( 2 1 1 ) j - i 面i - 正( i = l ，2 ，n ) ( 2 1 2 ) ( 3 ) 将向量面= _ 一w 2 ，_ 7 归一化 l s 北京建筑工程学院硕士论文第二章城市历史街区保护评价基础 卟篪川，n ) q 。1 3 则w = e w 。，w 2 ，蹦即为所求的特征向量。 ( 4 ) 计算最大特征根 k = 孝等( i = l 加，n ) ( 2 - 1 4 ) 式中，( a w ) ；表示向量a 霄的第i 个分量。 ( 三) 和积法 ( 1 ) 将判断矩阵每一列归一化： a 日= a q a 崎 ( i = 1 ，2 ，n )( 2 1 5 ) k = l ( 2 ) 对按列归一化的判断矩阵，再按行求和： 两= 窆a i ( i - - 1 2 ，n ) ( z - 1 6 ) i - i ( 3 ) 将向量_ = 一w 2 ，一w , 3 归一化 瓦2 轰衅螅，n ) q 。1 力 则骷 w 。，吼，w - 7 即为所求的特征向量。 ( 4 ) 计算最大特征根： k = 喜等( i = l 加，n ) ( 2 _ 1 8 ) 式中，( a w ) 表示向量a w 中的第i 个分量。 2 5 基于g i s 的模糊评价模型 建立基于g i $ 的模糊评价模型思想：以模糊综合评判为基础，运用层次分析法 1 9 北京建筑工程学院硕士论文第二章城市历史街区保护评价基础 计算权重向量，使用g i s 技术实现评价过程和评价结果的可视化。其流程如图2 - 3 所示： 图2 - 3 评价模型建模过程 f i g 2 - 3e v a l u a t i o nm o d e l i n gp r o c e s s 北京建筑工程学院硕士论文第三章城市历史街区保护评价模型 第三章城市历史街区保护评价模型 历史街区保护综合评价是一项系统性研究工作，涉及自然、经济、社会及人文 等学科的许多领域，其中建筑学、环境科学及社会科学的理论与方法对指导保护评 价具有重要意义。由于此综合评价是多层次、多目标、多任务的系统工程，还要遵 循城市规划、人口政策、文物保护的多项原理。 本章通过研究北京城市历史街区保护现状，筛选和确定出对城市历史街区保护 具有重要影响的1 5 项指标，构建了递阶层次结构体系，计算出各评价因素的影响 程度值，以模糊数学的方法构造评价模型，客观反映了历史街区的保护状况，为城 市人口、资源、旅游的协调发展提供支持 3 2 综合评价的体系结构 评价指标的选取过程，实质就是对历史街区保护系统进行理论分析和概括的过 程。评价的主体是人，客体是城市历史街区保护系统，评价目标是对城市历史街区 可持续发展状况和进程做出判断。建立科学可行的城市历史街区保护评价指标体系 是评价的基础，评价标准和测度模型的设计则是实施评价的关键。 3 2 1 构建原则 为了对文物保护与社会、经济、环境的协调程度进行评价，需建立能够反映城 市历史街区保护状况的评价指标体系，这是正确评价的前提。构建指标体系时遵循 了以下原则： ( 1 ) 科学性原则评价指标的选择和设计建立在可持续发展理论、经济理论、 环境生态理论以及统计理论基础上，能够客观反映对城市历史街区保护现状。指标 含义要明显、测算方法要标准、统计计算方法要规范，还要反映出文物保护的本质 特点和规律。 ( 2 ) 典型性原则选取与城市历史街区保护密切相关、具有普遍影响的稳定 2 1 北京建筑工程学院硕士论文第三章城市历史街区保护评价模型 因素。影响意义随时间、地区变化显著的指标即使性能再好也要剔除。 ( 3 ) 系统性原则保护评价是多因素、多指标的综合作用，单因素选择不能 遗漏任何对城市历史街区保护产生较大影响的因素。因素边界要分明，避免互相包 含，还要体现指标体系的最优化结构，能够全面反映整体状态和相互关系。 ( 4 ) 可操作性原则选择的评价指标应具有典型性、独立性、可量化性和通 用性，指标要意义明确、方法规范且容易获得，能直观、简便地说明问题。 ( 5 ) 可比性原则评价体系的指标要满足不同城市历史街区保护的横向比 较，还能按时间进程对同一历史街区的进行纵向比较，灵活反映动态变化 ( 6 ) 简洁性原则要选择与历史街区保护评价相关的关键指标，构建的指标 体系应当简单明确、层次清晰、有代表性，能准确、清楚地反映问题，体现出与现 实状况的相关性。 3 2 2 评价指标体系 历史街区遭受破坏的原因很多，归纳起来主要是两个方面：自然因素和人为因 素呻】。一切物质都在新陈代谢，文物的构造材料也会自然的侵蚀、老化、生锈、糟 烂，自然破坏是客观规律，虽然地震、风暴、雷电、洪水等自然力量难以控制，但 只要我们采取科学的保护措施能够减少或防止其破坏程度；古往今来在人为破坏下 化为灰烬的高台楼阁、玉宇琼楼、雕栏玉砌、弥山别馆、跨谷离宫以及梵刹宫观、 坛庙、陵园等数不尽数，人为因素破坏是历史街区遭受破坏的主要原因。防止人为 破坏是城市历史街区保护的重要工作，由此评价指标选择时侧重了人为影响。 城市历史街区保护内涵广泛、规律独特、影响因素众多，可控因素和不可控因 素、自然因素和人为因素纵横交错。须全面综合筛选。构造评价指标体系时遵循了 我国的文物保护条例、北京城市规划、历史街区保护政策法规( 见附录b ) 的相关 规定，按照历史街区的三个核定标准一一历史真实性、生活真实性和风貌完整性， 兼顾历史街区保护和旅游价值的合理开发，在广泛咨询专家意见的基础上，通过比 较、分析和综合方法，确定了1 5 项对历史街区保护有重要影响的评价指标，尝试 建立了基于北京历史街区保护的评价体系，概括为经济、社会和环境三个层面。指 标体系表述如下： ( 一) 目标层以城市历史街区保护影响( a ) 为研究目标，表现区域文化遗产 北京建筑工程学院硕士论文第三章城市历史街区保护评价模型 空间环境的质量和影响程度。 ( 二) 准则层采用经济影响( 毗) 、社会影响( b 2 ) 和环境影响( b 3 ) 作为准则层， 表征影响历史街区保护主要因素的内部差异。 ( 三) 指标层评价体系的指标层由1 5 项可度量的指标构成，是进行量化、动 态评价与实时调控的基本单元和要素，也是度量历史街区所处环境的最有效、最直 接、最基层元素。在拟定的评价指标体系中，从1 5 项指标的综合分析中反映历史 街区保护的内部规律，对识别城市历史街区的保护环境提供数据支持。 ( 1 ) 地块类型土地使用类型包括住宅用地、医疗卫生用地、工业用地、绿 化用地、行政办公用地、教育科研用地、仓储用地、贸易咨询用地、宗教用地、文 化娱乐用地、文物古迹用地、厕所清洁站用地及水域等。不同的土地使用类型其使 用人员差别很大，并伴随着相应的人员流动量，由此产生不同程度的环境承载力， 如公园绿地、行政办公用地、医疗卫生等用地类型的影响较小，而工业用地、文化 娱乐用地、仓储用地对历史街区保护的负面影响较大。选择此项指标的依据是历史 街区保护的生活真实性。 ( 2 ) 人口密度人口密度是衡量土地承载力的重要指标，人口越密集，历史 街区保护的难度越大。人口密集地区要逐步向外疏散，使居住人口达到合理规模， 以还原历史街区的历史真实性。 计算人口密度时需要两个指标：人口数量和土地面积 人口密度= 人口数量土地面积( 3 - 1 ) ( 3 ) 道路临近城市道路分不同级别，道路级别越高车流量越大。道路交通 给历史街区保护带来的影响是综合性的，过多的车流量会影响历史街区的管理和资 源的合理开发，表现为道路级别越高、距离道路越近影响越大。 ( 4 ) 市政设施市政设施系统包括排水设施、供水设旌、供热设施、供气设 旄、通信设施、供电设施及市政管道等。它们关系到历史街区的安全防护，是能否 消除火灾隐患、及时泄洪、通信通达的重要保证。 ( 5 ) 建筑质量历史街区保护规划范围内的建筑物按质量标准分为：文物建 筑、质量较好建筑、质量一般建筑、质量较差建筑。建筑质量是潜在的对历史街区 保护产生影响的指标，历史街区不仅需要具有突出价值的一个或多个古建筑，还要 北京建筑工程学院硕士论文 第三章城市历史街区保护评价模型 求整个区域有较高的保护价值，满足历史街区保护的历史真实性和风貌完整性。保 护区应根据建筑质量及与整个地区的风貌是否协调分类整治：建筑质量较好且风貌 不协调的多层住宅应予以整饰；平屋顶的多层建筑特别是居住建筑应将平屋顶改造 成坡屋项，颜色以青灰色调为主：新审批的建设项目均应严格控制建筑高度，采用 坡屋顶( 青灰色调) 的形式，并不得滥用琉璃瓦c 4 7 3 。 图3 - 1 评价指标体系结构 f i g 3 - ie v a l u a t i o ns y s t e ms t r u c t u r e 北京建筑工程学院硕士论文第三章城市历史街区保护评价模型 ( 6 ) 建筑高度历史街区内的建筑物按高度大致分为平房、两层建筑、三至 五层建筑、七至九层建筑、九层以上建筑。历史街区的古建筑高度一般不高，为了 保持整体风格的一致及维护保护地区传统的平缓、开阔的空间形态，以使其不影响 通视性、不破坏观赏美感，须对历史街区的建筑高度严格控制。卜2 层的传统平房 四合院建筑，建筑高度应按照原貌保护的要求进行改造更新，禁止超过原有建筑的 高度；3 层以上建筑改造更新时，新的建筑高度必须低于9 米；停止审批3 层及3 层以上的楼房及与传统风貌不协调的建筑h ”。 ( 7 ) 建筑风貌历史街区的建筑按风貌大致分为：文物保护单位、与传统风 貌比较协调的一般建筑、与传统风貌不协调的建筑、与传统风貌比较协调的现代建 筑、有一定历史文化价值的传统建筑和近现代建筑。选择此项指标依据了历史街区 保护的历史真实性和风貌完整性，要求建筑式样、色调和风格协调一致。 ( 8 ) 建筑产权建筑产权可分为私房、房管所公房、单位自管房。建筑产权 对历史街区保护的影响主要是管理权限、建筑风格和式样的变更。选择此项指标的 依据是历史街区的生活真实性。 ( 9 ) 历史价值历史街区是具有历史的价值或历史意义，历史价值能反映所 产生社会的当时情况，如政治、军事、经济、生产力发展水平、科学技术水平，或 当时的文艺特点、人民的生活习俗、宗教信仰和国际关系等。有价值的历史建筑和 院落范围，统指那些尚未列为文物保护单位，但建筑形态或院落空间反映了典型的 明清四合院格局或近代建筑特征的、具有真实和相对完整的历史信息的传统建筑。 应按照文物的保护要求进行保护，并挂牌明示。对占用有历史文化价值的建筑但不 具备保护和合理利用条件的单位和居民，采取措施予以外迁，修缮、腾退并改善其 使用环境。依据历史街区生活真实性原则选择此项评价指标。 ( 1 0 ) 更新方式历史街区内建筑的保护与更新方式一般分为6 类：文物类 建筑、保护类建筑、改善类建筑、保留类建筑、更新类建筑、整饰类建筑。文物类 建筑，指国家级、市级、区级以及普查登记在册文物，这类建筑必须严格按照国家 或省市文物保护的相关法规进行保护和管理；保护类建筑，指有一定历史文化价值 的建筑或院落，这类建筑应参照国家或省市文物保护的相关法规进行保护和管理， 以修缮、维护为主；改善类建筑，指街坊中一般的平房、四合院建筑，这类建筑应 以修缮和按原貌翻建为主，对具有传统四合院空间形态的建筑，应保持四合院的空 间肌理；保留类建筑，指街坊中和传统风貌较协调的新建筑，这类建筑大部分为新 北京建筑工程学院硕士论文第三章城市历史街区保护评价模型 建的仿四合院建筑，与传统风貌较协调，应予以保留：更新类建筑，指建筑质量差 又没有传统风貌特征的破旧平房或对皇城传统空间具有破坏作用的多层或高层建 筑。对破旧平房可采用改造的方式，恢复传统四合院的形态；对破坏性的多、高层 建筑有条件时应予以拆除；整饰类建筑，指一时无条件拆除的多、高层建筑或沿主 要街道、胡同分布的一些被广告牌、墙面砖、色彩所充斥的平房。对这类建筑应通 过统一的设计规则，对屋顶、墙面材料、色彩等要素统筹考虑，进行整饰c 4 7 。 ( 1 1 ) 三废污染指废物污染、废水污染、废气污染。 废物污染主要指固体废弃物污染，包括居民的生活垃圾、建筑废弃物、工业固 体废弃物等。它们不仅污染环境，而且破坏市容市貌，对历史街区旅游价值的合理 开发起到消极影响；废水污染主要指工业废水和生活废水；保护区内的废气污染主 要指工业废气和居民生活废气。它们带来了不同程度的负面影响，如冬季燃煤产生 的灰尘附着在古建筑表面会影响外表美，还会加速这些建筑体的腐蚀，并且增加大 气污染指数而污染环境。 凡三废污染严重的企事业单位和个人要限期治理，危害特别严重的要结合经济 调整，实行关、停、并、转或搬迁：正在建设的工程，凡有损于历史街区保护的要 妥善处理；凡是安排较大的基本建设项目，必须经过充分考虑，按照规定