城市本体理论的发展综述

董 君 张 卓

(1.东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150040;2.哈尔滨工业大学建筑学院，黑龙江哈尔滨 150000)

近年来，本体理论得到突飞猛进的发展，并在多种领域被广泛应用，针对城市学科的本体研究也逐渐成为热门。本体理论在知识的交流和共享方面具有很大的优越性，自提出以来，主要被应用于计算机和人工智能等领域。本文对当前国际上城市本体理论的发展现状进行概述，为城市学科的发展提供新的研究思路。

1 概述

人们开始关注本体在城市规划中的应用，最初是为实现数据库之间的互操作性而带来的技术难题所引发的。随着城市的发展和信息全球化的推进，往往需要将不同区域的数据库连接起来，执行更为复杂的任务。而原有的城市信息数据库建立的时间、方法、目的各不相同;不仅如此，城市在不断的发展中逐渐形成了自己的特色，这导致在不同地区的城市建设中，使用的规划手段发生了改变，特别是使用的专业术语开始产生分歧。因此，人们迫切的需要建立一种城市规划和设计的平台，它必须能够将所有与城市相关的参与要素和要素之间的关系集合起来。此外，这一平台本身包含的信息，还可以随着时代的发展而不断变化，并因地点的不同而有所差异。这种综合性极强的城市系统模型被称为“城市本体”。

2 城市本体理论的发展

2.1 早期探索阶段

2002年，INSA-Lyon大学城市规划和计算机专业的学生合作，成功构建了包含了800个概念的街道规划数据库，首次证实了城市本体理论的可行性，被视为城市本体研究的起点。2005年，“城市知识平台(UKA)”项目启动，并成功地探索和开发了一种跨学科、多专业人员合作的知识平台。UKA项目主要解决两方面的问题，一是将众多有着不同教育背景、工作环境、法律体制的个人、团体、专业结合起来共同解决复杂的城市问题;二是将参与了该项目的专家及城市开发的利益相关者各自具备的知识、经验、专业技能集合起来，共同研究城市问题。

2.2 初步形成阶段

2005年，为促进本体在城市规划中的应用，改善信息系统、利于参与者及城市规划专家之间的交流，“城镇本体”项目启动。项目首次提出了城市本体的概念，并围绕“本体如何实现城市系统的互操作性”“如何利用现有资源构建城市本体模型”以及“本体在城市领域的应用”这三个主题展开。项目主要针对城市市政工程领域，更强调实用性，随后构建的一系列城市本体都基于此展开，因此都可以被统称为UCE本体。

2007年，Métral等综合以往经验，依据概念分类的层次关系，确定了自下而上、自上而下、综合补充的本体设计方法，并广泛用于城市本体的设计和编辑。

2.3 理论实践阶段

随着城市本体研究的深入，UCE本体模型相继构建，这些本体初步实现了不同系统之间的互操作性。这个阶段是城市本体从理论向实践的过渡，人们开始关注城市本体的应用价值。主要的城市本体案例包括:道路系统本体:最早构建的城市本体，主要用于辅助规划师掌握道路规划知识。道路系统本体的结构相对简单，它包括1 000多条道路的相关术语及关系，并以语义网络的形式呈现(见图1)。当用户对某一概念进行查询时，可以搜索到与之相关的所有概念，从而较为全面的了解知识含义。在未来的开发中，随着数据的增加，减少新增近义词之间的语义歧义成为道路系统本体需解决的主要问题。URMOPRO:即城市形态变迁本体，主要用于构建描绘城市演变过程的历史数据库，积累形态学知识。URMOPRO对现有的形态学概念进行分类，并从形态变化的时间、空间和聚合程度三个方面研究概念之间的关系。除了帮助用户了解不同的城市形态，URMOPRO还希望用户运用自身的经验开发出新的形态关系，今后将在形态学知识的可视化管理方面进行完善。

图1 道路系统本体结构示意图

2.4 理论发展阶段

2009年，城镇本体项目闭幕，闭幕式围绕“城市本体在未来的发展”这一主题展开。会议肯定了本体在城市规划项目中的作用，并详细探讨了现有的城市本体如何适应城市的发展等问题。为了更好地指导城市建设，研究人员希望将GIS，3D城市模型、CIM等现有的数据系统与城市本体结合，为城市规划提供更加全面的技术支撑。

如今，越来越多的国家参与到城市本体的研究中，为实现不同国家城市信息的共享和交流，人们已经着手构建一种可视的多语言本体平台。随着用户需求的增多，城市本体的内容将得到进一步的完善和丰富，城市将会向着更加多元化的角度不断推进。

3 城市本体的现状问题

国外的城市本体研究在很多方面为中国提供了借鉴，对比国内外研究现状，可以看出中国的城市本体研究仍然存在一些不足:

1)研究成果分散。国内本体的研究机构数量虽多，但不同的机构基本为独立研究，彼此之间缺少沟通，不能即时共享研究资料和成果，虽然在城市相关领域取得一些成就，研究成果却比较分散，尚未形成较为完整的城市本体研究体系。

2)学科特色不够突出。城市本体具有指导城市规划和建设的作用，因此需要大量具有城市学科专业知识的研究人员。目前的研究多以计算机专业为主，城市学科的人员很少参与，所以在数据的推理及异构集成等技术层面相对突出，但缺少城市学理论支撑，难以在城市规划和设计活动中真正发挥作用。

3)研究时间短，经验不足。城市本体可以协调城市规划和设计活动中不同学科以及不同利益参与者之间的矛盾，在实践应用中往往需要根据用户需求不断做出调整。然而中国的本体研究经验尚浅，少数与城市学科相关的本体虽然得以构建，但时间短，用户反馈少，使用中可能出现的问题尚未被发现，因此难以保证本体进一步的更新和维护。

4 结语

当前中国正处于城镇化深入发展的关键时期，城市的形态布局规划、城乡一体化、可持续发展等问题越来越受到人们的重视。然而，中国各区域的发展还存在一定差异，且缺乏协调性。未来的城市发展应更加注重科学合理性，以增进不同地区间的协调联动。城市本体理论推动了城市规划和设计的信息化进程，它从跨学科知识融合和多专业人员交流两方面解决了城市知识的共享，为未来城市的多元发展提供新的思路。

［1］刘红阁，郑丽萍，张少方.本体论的研究和应用现状［J］.信息技术快报，2005，3(1):1-12.

［2］崔 巍.用地理本体实现地理信息系统互操作［J］.测绘信息与工程，2004，29(1):20-22.

［3］李 阳，翟 军，陈 燕.用本体实现智能交通系统的语义集成［J］.信息技术，2005(6):10-14.