城市地理学3：城市地理学研究方法

3 城市地理学研究方法

地理学已经有几千年的发展，《周易·系辞》中就有“仰以观于天文,俯以察于地理”的论述。地理学是社会生产的体现，不同社会阶段的主要矛盾不同，因此，各阶段地理学有不同的前沿阵地，采取不同的研究手段和方法。我国地理学家吴传钧从历史演进的角度把地理学发展史归纳概括为古代地理学、近代地理学、现代地理学以及后现代地理学。古代地理学面向农牧业，以自然语言为主要工具，哲学基础不明显;近代地理学面向工商业，分门别类地描述地表现象，并对其间的关系做一般性解释；现代地理学面向信息社会，把人类居住的地球看做是统一的系统，采取定性与定量、实证与规范相结合的研究方法，并试图使其能给予未来预测。后现代地理学是面向当今社会发展的全球化趋势而建立的地理学。作为地理学的重要分支学科，在第二次世界大战后城市地理学有很大的变革，在此期间，最有影响力当推计量革命。计量革命的本意在于加强地理学的理论基础，把科学主义引进地理学，使具有描述传统的地理学能够定量研究，达到“科学化”的理论高度。这一运动以逻辑实证主义为哲学基础，假设地理现象之间存在客观的不以研究者本人的主观意志为转移的规律，并试图寻找出地理现象应有的空间规律或法则。虽然计量革命并没有从根本上解决地理学理论不足的问题，但它的发展确实引发了地理学的理论思考，使地理学开始走向“理论之路”。

发端于20世纪60年代的计量革命自兴起之日开始，就不断承受着来自地理学内部及以外的种种批判，甚至有人认为,西方人文地理学的发展，皆衍生于对计量革命的不满。这样的评论是非常尖锐的。相比之下较为温和的评价认为战后是地理学剧烈变革的时代。20 世纪60 年代的计量革命所引进的方法论,经过应用、评估和批评之后，有的找到了用武之地，有些则被人遗忘。耐人寻味的是成立于1964 年的“地理学计量方法委员会”也于1976年在莫斯科举行的第23 届国际地理学大会上被宣布解散,从此地理学的理论革命趋于沉寂。对于计量革命带来影响的评价众说纷纭，莫衷一是。因此，有必要对它进行重新审视，尤其是从方法论的角度进行分析。

3.1 城市地理推理的逻辑学基础

形式逻辑研究的是人类思维形式的科学，归纳和演绎是形式逻辑的两个最基本的方法，涉及人类能不能认识世界的大问题。归纳方法是人们由个别上升到一般的认识方法。归纳法由两大部分组成，一部分是归纳推理，如简单枚举法、类比法、统计推理和求因果等方法；另一部分是其他归纳方法，如观察、实验、比较、分类、分析、综合、统计中的选样、求平均数以及假说等。演绎方法是由一般到个别的认识方法。推理就是根据一个或一些判断得出另一个判断的思维过程。根据推理的前提与结论之间的联系特征可以把推理分成演绎推理和归纳推理两类。演绎推理就是前提与结论之间有必然性联系的推理，也就是前提与结论之间存在着蕴涵关系的推理，其推理过程是由一般到个别,结论断定范围并未超出前

提所断定的范围。归纳推理就是前提与结论之间有或然性联系的推理,其推理过程由个别到一般，结论断定的范围超出了前提断定的范围。二者相互依赖，缺一不可。演绎推理需要普遍性的判断作为前提，而普遍性的前提，归根到底要由归纳推理来提供。同时，归纳推理依赖于演绎推理，假说是要贯穿整个归纳过程中的重要方法，而假说就是明显地应用了演绎推理。要验证假说，就必须从假说推出一些结论，就是要应用演绎推理。另外，归纳推理要提高可靠性，就必须与已有的科学知识相结合，应用已经拥有的普遍的科学知识来分析个别性的现象。不同学科都需要有自己的理论思维，地理学也不应例外。作为科学的一个分支，地理学擅长的是对区域差异的研究，从空间层面研究世界，回答诸如区域个性之类的问题。从思维的形式来分析，地理学的推理方式也不外两个方向，即归纳方向的地理推理和演绎方向的地理推理。地理学的发展起源于对地理空间知识的点滴积累，在学科发展过程中有对地理知识进行总结的归纳，也有应用归纳总结出的普遍性规律的演绎。

在很多学科的专业研究领域，相当多的学者把数学的地位看得过重，认为应用了数学才能够摆脱经验的不足。其实，从本身发展来看,数学最基本的公理是来自经验的，在公理的基础上演绎出种种数学定理、推论。从科学方法论的角度看，公理化方法乃是亚里士多德科学解释的归纳—演绎方法的进一步发展与具体化。公理化方法的过程是：

观察—归纳、直觉—公理—演绎—定理观察

一般认为，数学区别于物理学、化学、生物学、天文学和地学的主要之点在于其对经验依赖程度的不同。数学被称为是拟经验科学或非经验科学，而其余的基础学科则被统称为经验科学。“数学的发展往往给人一种错觉，似乎数学是天才头脑的自由创造，是纯粹智慧活动的结晶。还是在古希腊，几乎所有的学者都相信心灵能认识真理，而学者的任务就是找出一些本身便是真理的公理。”其实，数学公理是离不开它的经验基础的。数学实质上是现实世界的高度抽象和概括。计量地理学和传统地理学不同的特点之一就是它的思维方式不同, 它的哲学基础是逻辑实证主义。《理论地理学》和《地理学中的解释》是这一时期的典型代表。他们强调理论标准的明晰性、简单性、普遍性、精确性和可预测性，试图使现代地理学走上物理学曾经走过的路。这一时期,经济学中的区位论、中心地理论也被引入地理学，并得到高度评价，如中心地理论的创始人克里斯塔勒被称为“理论地理学之父”。传统地理学把现实世界分成系统，经过观察、分类、比较、综合、描述，由直观的类推得出现实世界的结论。而计量地理学是对现实世界建立假说，进行模式化，然后应用现实的资料进行检验，而且解释检验的结果，并导出有关现实世界的结论,再经过反复推敲形成理论。这实际上是公理化方法在地理学中的应用。存在的困难来自需要定量的空间指标难以选取和对选取指标怎样进行定量两个方面，尤其是在人文因素的定量化研究方面还存在较大分歧。其实，从思想方法上看,地理学仍然没有打破归纳和演绎两种推理方式，所不同的是进行推理所运用的手段和方式的变革。这体现在地理信息的获取、处理、管理、存储、传输、显示以及知识的发掘等诸多方面。

3.2 城市地理学研究方法

如果说方法论是科学研究的导师,研究工具、研究方法就是相应的武器装备。关于这一点古人早有论述：“工欲善其事必先利其器”。在界定了研究范围,确立了研究目标的基础上,选取适当的研究方法是非常必要的。国内城市地理研究方法的专著还不多见,可供借鉴的、

比较有影响的是吴传钧、刘建一、甘国辉主编的《现代经济地理学》，以及张超、杨秉赓主编的《计量地理学基础》。李小建等编著，由高等教育出版社出版的大学教材《经济地理学》对经济地理学的新方法、新领域进行了重新审视和概括。

3.2.1 系统分析和实地调查

研究问题的第一步是对课题的性质进行思考，明确研究的目的，对研究方法进行选择。这是一个关键的步骤。采取的方法是系统分析方法，从系统的角度来分析选择区域的特征，对已有资料、所需要的资料、设备状况、人员状况、工作力度等进行初步估计，设计出可行的技术路线。然后对所研究的区域进行系统分析，包括对研究区域的社会的系统分析和区域背景及特征的系统分析。系统分析有利于扬弃研究问题细枝末节，抽象出事物的结构和功能，把握问题的实质。尽管遥感等现代技术有广泛的应用，但实地考察方法仍然还是地理学观察认识世界的重要手段。路线调查法和典型点调查法是经济地理工作中经常采用的方法。系统分析对于调查线路和典型点的选取具有指导性意义。

3.2.2 问卷调查、座谈会和社会统计学方法

城市地理学研究的主要对象是人与城市地理环境的关系,城市地理学的许多内容要涉及人的行为研究,如商业活动、交通运输、旅游活动、资源利用问题、区位选择、全球经济区域化、城市化、种族问题以至于女权运动等。因此,借助于社会科学的研究方法是必要的。

社会学的问卷调查、座谈会以及社会统计学方法在人文地理学中已经有很长的应用历史。通过预先设计的调查问卷、座谈会可以获得研究所需要的原始数据,对这些数据进行量化处理和分析就要求助于数理统计。在开始分析之前一定要对将要进行的统计假设检验心知肚明,了解它的性质和适用范围。对诸如两相邻地区的某地理要素如气温、降水、作物产量等平均值之类的问题,需要对未知母体的参数或分布情况先做出某种假设,再根据抽样理论选取适当的统计量,然后根据样本来对所做的假设进行检验,从而判断原假设是否正确。3.2.3 描述法和比较法

对地表各种现象的分布进行记载和描述是地理学最古老的传统，描述有文字描述、数字和图形描述等方式，古老的地方志和近代的区域地理就是这一传统的产物。比较就是比较两个或两类事物的共同点和差异点，通过比较能够更好地认识事物的性质，通过空间上的比较,区域差异和区域个性可以比较生动形象地显现出来，通过时间上的比较，区域过程和空间动态特征得以刻画。但是，地理比较法的应用首先必须注意研究的问题有可比性，无论是时间序列还是空间系列方面，如第二次世界大战期间，美国曾经出现这样的统计报道，说在战场的死亡率是0.9% ，比在美国本土的死亡率还低，鼓励参军，实际上它们之间是不可比的，它忽略了两地的人口构成的差异，是一种误导；其次，要对对象的实质进行比较，不要因为某种表面上的相同而忽略实质上的差异，也不要因为表面上的差异就忽略了实质上的相同。传统描述法和比较法在人文地理学研究中应用最早，现在仍然有生命力，甚至可以认为现代地理信息技术中某些空间分析技术，如专题属性图层、叠加分析、缓冲区分析等，从本质上讲是描述和比较方法的新形式和进一步发展。

3.2.4 地图方法

地图被称为是地理学的第二语言，地图实质上是地理空间的模型化。地图方法对经济地理学和各分支都是重要的基本方法，通过编制地图可以发现研究对象的地理分布规律和有关对象之间的相互关系。与语言文字不同，它用符号、图标按照一定的规则(如比例尺、

投影、坐标) ，通过制图信息来反映地理空间特征。随着计算机技术，尤其是计算机图形学的突破，纸质地图逐渐有了新的形式——电子地图，而且20 世纪60 年代发展起来的地理信息系统技术通过空间数据库，把可以更新的专题属性以“图层”的形式存贮起来,可以对各种主题的专题属性进行任意的组合和叠加，改变了人对纸质地图的被动局面。值得注意的是任何地图都有其目的性，制图信息均按照目的有选择取舍。无论是在制作地图还是去用由专家制作的地图时，不能仅仅对地图显示的格局进行解释，还要体会地图的言外之意。

3.2.5 数学模拟和经济分析法

早在古希腊时期，著名学者艾拉托塞尼就运用古代几何的成就对地球的周长进行了量算，可以说是数量地理学的先驱。经济学中的区位论，如杜能的农业区位论、韦伯的工业区位论、克里斯塔勒的中心地理论、廖什的市场区位论以及艾萨德的区域经济方法等被移植到地理学中，开创了地理学运用数学分析的新时代。20 世纪60 年代经过美国的华盛顿小组、英国的剑桥学派和瑞典的隆德学派的学术活动，把这些方法引入地理研究的各个领域，采用模式化的方法，使地理学从单纯的归纳过渡到以理论演绎为主，通过实验反馈来丰富完善地理学的科学内涵。对地理学进行实验模拟的难点在于面对的是复杂巨系统，目前还没有更加完善的数学工具产生，经济地理现象或过程的复杂性和要素之间的不确定性严重影响了模型的真实性和可靠性。或许这正是计量革命遭受种种责难的原因之所在。因此，在城市地理学研究中应用模型要谨慎行事。

3.2.6 地理信息技术、多媒体技术和网络技术

计算机技术的发展改变了信息处理、信息交流的方式。进入20 世纪90 年代，多媒体技术的发展改变了地理信息描述的形式，在计算机屏幕上实现了文字、图形、动画、图像、音频、视频等，形象生动地展现丰富多彩的地理信息。地理信息技术从数据的采集、存储、分析、显示等侧面加强了地理数据处理能力，尤其是能够作为统计信息、地图信息、遥感信息、全球定位信息等多种信息源的集成平台，使地理信息时空分析成为可能。地理信息系统（GIS）的强大功能是毋庸置疑的，而且它的前期发展相当迅猛,但是进入20 世纪90 年代，人们对地理信息系统热情有所减退，其中原因很多，从某种意义上是因为吹嘘过度和接踵而来的用户过高期望，结果是发现有时运用GIS 并没有节约时间和金钱。最大的问题恐怕不是来自于软件和硬件，GIS 已经被成功地移植到微机的平台上，数据的搜集和输入被证明是瓶颈，数据的准确性以及数据的标准问题亟待解决。另外，GIS 还远没有达到“所见即所得”的简略程度。网络通信技术的迅速发展改变了地理信息交换的方式，改变人们的行为方式，消除了人们的空间限制，使以研究空间格局而著称的地理学变得似是而非，但是如果地理学者和其他研究机构不借助国际互联网的研究，它将失去很多发展机遇。3.2.7 地理计算

20 世纪90 年代中期，国外学者正式创立了“地理计算”一词，作为数量地理学的深层次发展，地理计算学对整个地理科学尤其是对人文地理学的理论模型和应用研究，已经产生并将继续产生深远的影响。地理计算的出现与发展，得益于计算机技术和计算机理论方法的大发展，也得益于复杂科学研究的兴起和深入。复杂科学属于横断科学，发展了一套解决复杂系统问题的方法，如神经网络模型、元胞自动机模型、遗传算法模型、多智能体等。神经网络法、遗传算法、细胞自动机等在地理计算学中占有重要地位。这些方法在空间决策、城市模拟、农田保护、交通运输等传统地理问题研究中均有所尝试，取得良好

的效果。还有人用相似性匹配技术对环境和地理问题的复杂性进行尝试性探讨，不一而足。显然，城市地理学是实践的科学，在社会实践的需求和推动下城市地理学研究的领域在不断拓展，研究的方法论和技术必将随时间的推移会进一步发展变革。不过，还应该看到的是学科发展和探索的道路未必平坦，需要科学工作者不断地尝试和坚持不懈地努力。

3.3 GIS在城市地理学中的应用

3.3.1 GIS在城市地理领域的应用为城市地理学研究方法提供新的视角

研究对象本身的复杂性及系统性决定了城市地理学从其产生之日起便需要广泛吸取其他学科的理论、方法和技术。多学科的交叉研究是城市地理学活力之源，因此，以交叉学科思想为出发点，拓展城市地理学的研究方法是城市地理学持续发展的重要保证。同样对于GIS 来说，作为信息化社会的重要成员之一，GIS 联系着地理空间和社会空间，是未来城市地理学研究的信息主要来源之一，也是城市地理学的主要分析工具之一和新的研究方法的技术支持之一。而GIS 的建设需要相应领域学科理论的支撑，引导方向，才能更好地避免或减少信息基础设施的重复建设，充分利用信息资源。由于城市地理学和GIS 二者的研究对象和作用对象有一定的共同性，以及各自的相互需求，决定了二者的交叉发展具有广阔的前景。城市地理学研究方法在经历了“多元化”的徘徊之后，不同学派将可能通过GIS找到共同的“对话方式”，寻找各自研究方法上新的出路。GIS 与城市地理学理论和方法的相互渗透、交叉发展，可在城市地理研究的各派系之间架起沟通的桥梁，探讨社会人文研究与空间数量研究相结合的城市地理研究方法，推动城市地理学向微观的社会、行为、心理研究与宏观的外部空间作用效果研究相结合；静态的城市现象与动态的演化相结合；定性的描述、判断、总结与定量的归纳、分析、模拟相结合的方向发展。

3.3.2 地理技术手段促进城市地理学的方法论丰富与发展

(1)城市地理学方法论的发展和面临的挑战

任何学科的发展都离不开哲学和方法论的指导。方法论的革命往往是随着新的社会问题和政治问题的出现，而传统方法难以应对，以及科学技术发展出现大的突破的背景下发生的，方法论革命提供了理论源泉，带来了新的研究方向和领域。战后国外的主要城市问题可以概括为三个方面：城市内部贫富差别问题、内城问题、生态和自然灾害问题。战后西方的主要哲学思潮可以概括为三种：实证主义、人文主义和结构主义。受三种哲学思潮的影响，城市地理研究中出现了实证主义方法、人文主义方法和结构主义方法。实证主义的研究方法重点是检验空间格局，探求空间法则，提出“理论—假设—检验—重新评价理论”的研究程序。受实证主义的影响，应用数学方法建立空间模型，形成了将人地关系物化的空间分析学派。人文主义的研究方法强调以人为中心进行研究，强调意义、价值和目标的重要性，强调非经验手段获取知识的重要性，阐明地理环境、场所或区域中人类经验的结构形态。受人文主义的影响,形成了将人地关系人性化的人文主义学派。结构主义的研究方法认为应把空间格局与社会结构及产生这种社会结构的过程和深层机制联系起来，以正确地解释城市的空间格局。受结构主义的影响，形成了考虑整个社会结构和社会制度的激进学派。然而，随着信息科技的迅猛发展，随着人类社会进入后工业社会或信息社会，上述三种研究方法和流派从各自特定的角度和层次研究主体和客体，对后工业社会城市出现的新问题已显得力不从心。实证主义过于强调“科学性”，某些假设往往偏离事实，无法

解释复杂的社会、经济问题；人文主义则过于注重人的微观反应及行为，而忽视了理论的抽象与概括，理论上少有建树；结构主义也仅就影响城市的某些侧面加以研究。因此，新的社会经济形态孕育着新的方法论革命。

(2)城市地理学研究急需新技术手段的介入

城市地理学研究在不同地理环境下，城市形成发展、组合分布和空间结构变化规律的科学。作为人类文明的象征、信息化浪潮首卷之地，城市将首当其冲地迎接信息时代的传统的研究方法，研究手段及结论面临新的挑战，亟待新技术手段的介入。与此同时，“科学的”数学模型及预测手段因经不住事实的检验而渐渐失去原有的作用。在经历了数量革命之后，数量化的反对者们往往走入另一极端：抛弃数量分析而过分地潜心于微观的行为、心理等分析，理论上难有发展。因此，城市地理的研究需走定量与定性、静态与动态、微观与宏观相结合的发展道路。强调其研究方法的动态性、社会性和反馈性。借助新技术手段，包括GIS 技术、系统分析、计算机网络技术等研究居民微观行为(包括人的决策、心理、行为等) 的宏观反应及其与社会制度、社会结构的相互反馈关系，融合实证主义、人文主义和结构主义的传统研究方法，取长补短，建立城市人地关系的作用与反馈循环系统。

3.3.3 国内外GIS的发展及其在城市领域的应用前景

(1)国内外GIS 的发展

GIS 自1960 年由加拿大测量学家罗杰·汤姆森博士提出把地图变成数字形式，以便于计算机处理和分析的思想及其随后于1963 提出地理信息系统这一术语并建立世界上第一个GIS 之后，短短的几十年里,GIS得到了迅速的发展。特别是近年来，随着计算机、网络技术及交叉学科的发展，GIS 在理论领域、技术领域和相应的应用领域都有较大的发展。在理论方面，目前GIS 理论研究的发展趋势包括模型化集成(与其他学科的交叉发展) ，分布式GIS，多维、时态GIS 等。技术方面，包括网络GIS 技术，逐步采用客户–服务器的组织形式，在服务器端，服务器由GISAPI 通过ODBC 与一般关系数据管理系统直接集成，客户端则着重于为用户提供既完整高效又易使用的且独立于计算机平台的合成工具，目前已有若干技术和方法被用于研制Web GIS，包括CGI，Server API，Plugins，Java，Activex 技术及综合方法等；组件式GIS 技术，即将GIS 的一些主要功能作为一个个的“元件”(控件)；时态GIS 的超图链技术等。一些国家GIS 基础设施建设起步较早，GIS 的应用领域已不仅局限于政府、科研等部门，而且服务于更广大的市场，广泛服务于社会，包括土地资源管理、城市规划与城市管理、交通管线管理、信息咨询服务、城市与区域问题分析与决策、企业选址及产品配送、精细农业等领域,取得巨大的经济和社会效益，成为信息化社会中必不可少的一员。与发达国家相比，我国GIS 的发展还有很大差距。尽管目前已有些城市建立或初步建立一批城市地理信息系统，诸如城市规划管理、土地管理、地下管网、交通管理等信息系统，但主要用于信息查询,而GIS 强大的信息整理、分析、评价、辅助决策等功能尚未很好地利用。

(2)GIS的发展等待着其他学科理论的支撑

如上所述,近年来GIS 在其本身的理论和技术方面已取得巨大的成就,在应用领域却还有待拓展,而这种拓展有赖于相关领域学科的介入和支持。GIS 是一门应用性极强的技术和新兴学科,应用支撑才能使它长足发展。然而,纵观近年来GIS 在城市问题研究方面的发展,可以发现,这一方面远远滞后于技术本身的发展。GIS 软件业往往一味追求纯技术性、专业

性，似乎在追求一种高、精、尖的凌驾于应用层面之上的理想化技术模式。尽管近几年来GIS 正不断地向应用领域扩展，其触角已经深入到很多应用部门，但也常常只停留在诸如信息存储、查询、辅助管理等层面上。GIS 的过分技术化使其似乎成为只有行内人士才能把握和应用的工具，而将急需这一工具的其他专业的人员拒之门外，使他们往往将GIS 视为一门神秘的工具，国外GIS 专家曾表露出“GIS 是否已到终极”的充满危机感的担忧，可见GIS 只有借助其他学科理论工作的支撑，才能更加充满生机和活力。

(3)在城市研究和服务领域,城市地理研究为GIS 发展提供理论支撑和需求

城市不仅是物资、能源、资金、人才的高度集中地，更是各种信息流及相应的信息产业的高度聚合点，“数字城市”建设已成为未来城市发展的最主要的基础设施建设之一，以提高城市规划效率及其前瞻性、科学性和及时性,提高城市建设的时效性，提高政府决策的科学性、规范化和民主化水平, 促进城市可持续发展。“数字城市”的建设离不开GIS，而使GIS 在城市研究和服务领域的作用更有效、少走弯路，又离不开城市地理理论的支撑。

3.3.4 城市地理学与地理信息系统的结合促成了城市地理学研究方法的创新

GIS 在城市地理学中的介入,不仅为城市地理学研究提供有效工具,更重要的是,通过GIS 与原有城市地理研究方法的结合,可在城市地理研究的各大派别之间建立联系,进行方法的整合,探讨社会人文研究与空间数量研究相结合的城市地理研究方法。

(1)传统研究方法和理论与GIS 相结合是城市地理发展的主要趋势之一

美国地理学家协会1993 年关于城市地理学与其他学科专业组的交叉关系统计显示,城市地理专业组成员跨专业组活动趋势明显,城市地理学者参加活动最多的前十位其他专业组分别是:地理信息系统、区域发展、人口、应用研究、妇女问题研究、工业、交通、社会学、政治、地理教育。很明显,城市地理与GIS有密切的关系,并不断向GIS寻求发展空间。

(2)国内外城市地理学领域结合GIS探讨新的研究方法的发展现状及特点。

城市地理与GIS 结合推动了城市地理研究方法的发展,为传统的实证主义、人文主义和结构主义的综合架起了桥梁。主要体现在将传统的城市地理理论及模型在GIS 上实现和拓展,以及将相关学科理论和方法通过GIS 进行方法上的创新等方面上。

①传统的城市地理理论及模型在GIS上实现和拓展。将GIS 空间分析与20世纪50、

60 年代的数量模型集成化，形成了城市建模等研究方法，如Batty和Xie利用GIS 实现了著名的劳瑞模式(Lowry - Type models)。Anselin 和他的伙伴利用SpaceStat 软件和ARC/ INFO软件研究城市空间依赖关系,空间分异性及利用回归模型研究城市犯罪问题。除了学术上的探讨和研究外，城市分析模型与GIS 集成在商业GIS 软件开发中也是一种发展趋势。如新近推出的S - Plus/ GIS，SAS/ GIS，TransCAD和TransPlan 等专业GIS 软件，便是以传统的GIS为平台，辅以专业模型分析的软件。

②将相关学科理论和方法通过GIS 进行方法上的创新。在学科交叉方面，形成了空间统计学、空间扩散与演化、城市形态过程(动态的演化过程)等研究方法领域。如混沌理论(Chaos theory)、神经网络理论(Neural Networks)、平行作业理论(Parallel processing)、基因算法(Genetic aglorithms) 等理论和方法的借用与发展，并与GIS 结合，产生了一系列新的城市地理研究思路和方法。

③基于GIS 研究城市地理问题新方法的特点。目前，借助GIS进行城市地理问题研究主要特点表现在：将传统规划、地理理论与行为、心理等社会因素有机结合之上，从深层

次揭示人地内部关系，既保证了微观的人文研究的充分性，又从整体上揭示其宏观的外在表现，将空间分析与城市地理传统的分析方法相结合，利用GIS 检验和研究城市经济、行为等理论使城市地理向客观性、科学性与社会性相综合的方向发展。例如，利用GIS，将城市形态与各种社会过程建立相关关系，探讨基于人类决策、心理等社会、行为影响下的城市形态过程(动态的演化过程)。又如，城市细胞自动机模拟(又称元胞自动机或单元自动机) 也是近年来借助GIS进行城市地理研究的前沿之一，主要借用冯·诺依曼(Van Neumann) 在20世纪40年代所提出的细胞自动机的非线性模型，针对城市系统的复杂性，借助GIS，模拟城市发展演变，从而理解其发展演变的动态性和揭示城市微观行为(如人的活动)与宏观结果(如城市空间形态发展演变)的关系。如Kirtland等通过基于栅格数据的GIS，建立CA 模型，构造模拟了San Francisco海湾地区的受人类活动影响下的土地利用情况研究，Y. Xie 提出借助GIS技术和CA 模型对法罗市(Buffalo)城市土地利用变化的模拟等。

3.3.5 基于GIS 的城市地理学研究方法革新的展望

面对各种哲学思潮和相邻学科理论方法的大量使用的状况，面对交通基础设施和信息网络发展出现城市区域化的趋势，我们应积极进行城市地理学方法论基础研究，对城市的地位和作用进行明确的定位。目前，尽管国内外在GIS与城市地理的结合方面作了不少尝试，也认识到城市地理三种传统的研究方法各自存在的优缺点，但在研究方法的整体框架和对信息网络的指导思想上还有待不断的完善。因此，需要对实证主义、人文主义、结构主义三种哲学思潮进行重新评价，将三种哲学思潮的积极部分保留并结合起来，从一个综合的角度和层次去认识主体和客体，探讨一种综合的方法。这种综合方法主要体现在借助新技术手段进行微观与宏观、静态与动态、时间与空间、自然与人文相结合，进行城市的多维度研究上。

(1)基于系统观及信息反馈观的指导思想上的分析方法创新。基于综合方法的思想，从系统的角度研究城市问题，并注重信息的反馈性，引入信息反馈机制，采用非线性的思维方式。具体而言，该方法的研究框架有如下指导思想：

①通过反馈机制，综合实证主义、人文主义和结构主义三种研究方法。利用GIS 地理空间与社会属性空间的交互性，研究微观的社会、心理、行为的宏观外在反应及静态的存在与动态的演变过程，实现实证主义与人文主义的融合。

②通过模型化研究人地关系，得出相应的信息，将信息通过公众参与和不断反馈的形式增加实证模型化中的人文主义色彩，并依此形成相应的规划方案，指导决策。

③通过决策反馈的方式吸取结构主义的方法，探讨影响人地关系的深层次的社会结构、社会制度，实现与结构主义的融合。

(2)基于网络GIS 的城市地理方法论发展展望。GIS 强大的信息存储及数据的实施更新功能，为城市地理研究提供数据支持。同时，随着网络GIS 的发展,使数据来源更加广泛，分别从城市中的居民及该城市以外的第三只眼睛看城市问题，开阔了城市问题研究的视野。例如，基于WebGIS(网络GIS) 的网上居民意见调查将成为城市地理研究数据采集方法的另一种革新。目前，WebGIS 技术正迅速地发展起来,给城市规划网上调查提供了可行的技术支持。通过WebGIS，可以将空间信息与居民意见统一起来，便于分析，也有助于及时发现问题，实现规划的“动态性”，及时根据社会经济发展的需要,做必要的规划修编。同时，从社会和心理的角度分析，这种数据采集方法具有一定的可行性。据国际数据集团预测，亚

洲各国(日本除外) 的网民在未来4年内将增加近3倍，达9 500 万人。另外，正如西伯拉罕·马斯洛提出的人类需要五层次论所言，随着经济、社会的发展，城市居民的生活水平将得到提高，在生存与安全的基本需求得到满足后，人们将追求更高层次的生活，即希望参与社区建设与管理(被社会接受) 和体现自身的价值(自尊、自爱、自豪感与自我实现)，通过网络进行城市居民关于城市规划建设方面的调查，顺应了人们的精神需求,是有较大的可行性的。随着生活水平的提高，人们的需求层次也在提高，在较低一层的需求得到满足后，人们的需求便会向更高一级迈进。获1999 年美国APA 规划奖新泽西州Hillsborough镇网上居民意见调查便是一例。通过网络，将在政府和居民之间架起沟通的桥梁,特定地点居民意见的整理和分析是通过微观行为研究宏观结果的方法，同时，通过政府和居民之间的相互沟通，可强化研究的反馈性。

(3)基于GIS 的城市意向分析。林奇早期主要采用问卷调查方式，通过居民购买力将独特要素、路径、体验等绘制到城市平面中去，并统计不同要素在城市意向中的出现率。受绘图能力的影响，后来有学者采用照片、幻灯或用文字记录引出视觉等方法弥补受绘图能力的限制。利用基于GIS 的居民调查，可更广泛地收集居民的城市意向，并通过GIS 的叠加、网络分析等功能进行意向分析。

3.4 数字城市与城市地理信息系统

数字地球(Digital Earth) 这一概念是1998年1 月美国副总统戈尔在《数字地球——认识21 世纪我们这颗星球》的报告中提出的。它建立的是一种可运行的、网络化的地理信息系统，一个全球性的综合信息体系。数字城市是数字地球的科学工程项目之一，它从整体性的角度整合、集成城市自然、环境、资源、社会等各方面信息，是数字地球技术在城市领域的集中应用。现代城市是区域政治、社会、经济、文化活动的中心，是自然、社会、经济构成的综合性动态系统。城市的建设和可持续发展要有科学准确的信息支持。数字城市是对城市及其相关现象的统一数字化认识，利用多媒体和虚拟现实(VirtualReality, VR) 技术进行动态、立体表达，具有空间化、数字化、网络化、智能化、可视化的特征，其在城市管理建设、信息化服务等方面的作用正迅速被人们认识。当前，国际上数字城市的建设已拉开序幕，如新加坡提出了智能城市(数字新加坡) 的设想；美国有数十个城市提出建设数字城市；在我国，一些城市已完成数字城市的总体框架与设想，有的已开始启动。北京市拟定了“数字北京”的总体框架和发展规划，计划通过“十五”期间的规划和建设，建成城市空间信息基础设施，以及基于这些设施的信息资源开发利用体系，初步建立“数字北京”的空间基础数据框架。个别县级市如浙江省义乌市也编制了“数字义乌”的设计方案，启动了“数字义乌”的建设。

当前, 城市地理信息系统(Urban Geographic Information System ，UGIS) 是城市信息领域的研究热点。数字城市对UGIS 的发展提供了一个整体性的思路，是UGIS的深化与发展。UGIS要以数字城市思想为指导，在开发建设中面向UGIS。

3.4.1 数字城市是城市地理信息系统的发展延伸

(1)城市地理信息系统现状

UGIS主要对城市空间各种信息按地理坐标空间位置的形式采集、存储、管理、更新、分析，是为城市信息管理、规划、建设、科学决策提供服务的先进的科技手段。目前，全

国许多城市都建成了城市地理信息系统。多数城市是首先建设城市基础地理信息系统的，然后根据需要建设专业地理信息系统，如城市规划、地下管线、电信等地理信息系统，都取得了很好的经济和社会效益。随着城市信息化进程的不断推进，人们对城市地理信息系统提出了新的要求。如UGIS服务于各行各业、各个层次，需要地理信息数据能共享和互操作；人们对地理信息的认识、理解和需求越来越高，要求提高地理信息的可视化水平，加快三维地理信息系统(3D - GIS)、虚拟地理信息系统的开发。UGIS 正迫切需要向集成化和整体化方向发展。

(2)数字城市的内容与特点

数字城市是通过把城市的基础设施和功能设施数字化，利用计算机技术把数字信息连接起来进行管理与调控的信息系统。其内容包括数字化、网络化、智能化、可视化等方面。数字化是指在统一标准与规范基础上，对城市设施建立数据库,数字化内容包括城市基础地理数据和各种专题地理信息。数字城市通过网络化可实现分布式数据库、信息的相互连接，建立互操作平台、处理平台、共享平台，使数字化的信息为社会各部门、各领域所应用，为全社会提供一个畅通、方便、快捷的交流机会。智能化是信息与知识应用的自动化。包括网上商务、电子金融、网上政务、办公自动化、网上教育、网上医院、网上娱乐等。可视化把数据转换为图形、图像的形式，易于人们理解信息和数据的意义。数字城市的可视化依赖三维图形技术和虚拟现实技术。目前，人们正研究将城市地理信息系统与它们结合起来，建设真三维地理信息系统、虚拟地理信息系统。3D–GIS 是数字城市可视化首先要解决的问题。数字城市将空间性、数字性、整体性统一起来，使城市信息数据最大限度地得到利用及更好地管理与处理。

(3)数字城市对UGIS 提出了新的挑战

数字城市是知识与技术创新的结果，它的建设与实施依赖多项技术作为支撑。首先它需要数字地球的一系列关键技术。如空间数据获取、空间数据的存储与管理、超媒体空间信息系统、地理信息的分布式计算、无级比例尺数据库、空间数据融合、虚拟现实技术、元数据(Metadata)等。此外，它还应侧重于下列技术：真三维地理信息系统、虚拟现实地理信息系统、数字城市的结构与体系模型、数字城市的运行管理技术、数字城市的功能体系等。就当前来说，数字城市依赖城市信息科学发展的一系列技术，如遥感技术、空间定位技术、遥测技术、UGIS技术等，而且对它们具有新的要求。如要求UGIS 建立时空多维、多媒体动态的数据模型，统要具有较强的开放性和互操作能力。因此，UGIS 应在数字城市的指导、促进下，抓住契机，不断向纵深发展。

3.4.2 UGIS 建设应具备数字城市的发展思路

(1)UGIS 是数字城市的基础,可以从以下几方面作以简单分析

数字城市初级阶段的技术手段。数字城市的发展是分阶段的，它是由低级向高级发展的，在不同时期具有特定的目标。目前数字城市处于起步阶段，它的主要技术手段是集成。以UGIS技术和成果为基础，把已建立的UGIS发展为时空数据库，并把各种专题地理信息加载在空间基础数据框架上；把各分布式空间地理信息系统进行网络集成，包括建立Web 服务站点，建立异构数据库的动态访问、查询、决策系统，建立元数据库和网络标准化等。

数字城市空间数据框架的建立。数字城市的建设首先要建立空间基础数据框架，作为其他地理数据的基础参考框架，以加载、融合各种专题信息。空间基础数据框架包括框架

数据和框架服务，框架数据基本来自城市基础地理信息数据库。城市基础地理信息数据库是建立城市各种专题地理信息系统空间定位、空间分析的基础。数据包括利用航空影像、卫星遥感影像与地图数据制作DEM数字高程模型DRG数字栅格地图，DLG数字线划地图等4D产品。这些数据经改造可用于建立数字城市的空间数据框架。

UGIS的相关技术。数字城市在数据的采集、管理、分析等许多方面都需要UGIS 的相关技术，而且在城市基础地理信息系统中一些领先研究的课题如城市三维技术、城市虚拟现实技术、WebGIS等，其研究进展与成果对数字城市的实施与建设有促进作用。

(2)UGIS的建设要考虑到数字城市的需要

在当前UGIS建设中，由于缺乏统筹规划、统一标准,管理立法、标准和规范制定比较落后，UGIS 成果难以满足数字城市建设的需要。实际上,数字城市中的许多思路与工作在UGIS中已加以考虑或付诸实施，但其中有许多困难，有许多地方不能令人满意，有许多问题有待解决。其更主要的原因是缺少数字城市这样的高层次发展思路和战略目标。目前从城市整体的层次上整合城市地理信息的时机已成熟，UGIS在其中充当基础工作，在自身发展的同时要考虑到数字城市的需要，有些问题应首先考虑解决。

数据和系统的标准化、规范化数字城市要求分布式的、不同源的数据能在网络环境中共享和互操作。因此，信息的分类、数据格式、系统配置、技术流程等方面要做到标准化、规范化。UGIS经过多年的发展、建设，已采集、积累了大量地理信息数据，建立了许多专题地理信息系统。由于缺乏统一的地理数据标准、规范，各专业部门在开发建设GIS系统时，多着眼于本部门的应用，在系统软件选用、数据建模方法、数据格式、数据组织结构等方面各不相同，所采集的数据与建立的系统呈信息孤岛状态，不能共享和互操作。

三维地理信息系统的建设以三维技术为支持，在计算机上建立城市三维景观模型，对地理空间数据的理解和接受变得直观、容易，在工程设计、现场模拟、决策支持等方面具很高的实用价值。目前所采集的GIS数据及其存储、分析表示方法多数是二维的，也有少数为二点五维的，不能满足用户有更多信息用于恢复重现地物特征的要求。要重视三维技术研究，包括三维GIS的数据结构、空间查询、分析方法等的研究，并与UGIS相结合，建立三维城市地理信息系统。

数据的动态维护与更新。UGIS建成后，就必须对它进行动态维护与更新，包括软硬件的改进、升级、数据的更新等。如果系统建成后保持不变，系统就会老化,提供误导的信息数据，甚至失去生命力。因此，保持系统的现势性是关系到持续发展的问题。当前地理信息的更新问题已成为系统建成后的核心问题，所以要对更新机制、更新方法等进行研究。

元数据库的建立。元数据用于描述地理空间数据的内容、定义、空间参照、质量、条件和其他特征，有助于用户了解空间数据和信息。数字城市整合、集成城市各个方面的空间信息、非空间信息，数据量非常大。目前很多UGIS的开发建设不重视元数据问题，元数据的内容过少，甚至没有元数据。这样的数据加载或融入数字城市，将使人难以理解空间数据的内容并难以对其进行应用、操作。

历史数据的保存。历史数据为科学研究、策略研究提供向前或向后的时间序列。现代城市建设快速发展，地理数据变化更新较快。历史数据必须加以保存，以便对它们恢复、查询、分析，否则在数字城市应用中难以实现时空模拟、仿真及时空事件的反演。目前UGIS 的数据更新在处理新的信息和过时的信息时，新的信息添加到数据库中，而过时的信息则

往往被删除或替换，或每隔一定时间保存一种版本的数据，这不符合数字城市对数据的要求。在数据更新时，应重视历史数据的保存，建立专门的历史数据库，将过时的信息保存起来。这样既避免不同版本数据造成的大量数据重复，也能实现连续信息的实时变化。

UGIS发展至今，在技术与应用方面已逐渐成熟，数字城市为它跃上新台阶提供了契机。建设数字城市是UGIS发展的必然趋势，是UGIS 的深化与提高。探讨数字城市与UGIS 的关系，有助于UGIS在开发建设中，面对数字城市提出的新挑战和更高要求，及早具备数字城市这样高层次的思路，用数字城市整体战略思想指导自己的发展，并抓住数字城市拓展的城市地理信息产业化的新机遇，在产业化的进程中求发展、求创新，为早日建成数字城市,实现城市信息化打好基础。