傳統聚落景觀基因信息單元表達機制

胡 最,劉沛林,申秀英,鄧運員,李伯華

(衡陽師范學院資源環境與旅游管理系,湖南衡陽421008)

傳統聚落景觀基因信息單元表達機制

胡 最,劉沛林,申秀英,鄧運員,李伯華

(衡陽師范學院資源環境與旅游管理系,湖南衡陽421008)

傳統聚落景觀基因信息單元的表達機制主要包含了邏輯表達機制、數據模型表達機制和自動提取機制。結合聚落景觀基因的相關理論和構建景觀基因信息圖譜的研究實踐,探討了傳統聚落景觀基因信息單元的表達機制,并以湘西鳳凰古城和江永女書為例,進行了表達機制的實驗。研究結果表明,表達機制對于構建景觀基因圖譜不僅具有重要科學意義,而且能極大地提高傳統聚落景觀信息管理的水平。

傳統聚落;景觀基因;信息單元;表達機制

0 引言

我國的傳統聚落是歷史先民適應環境、改造自然所形成的歷史文化的物質遺存,積淀了數百年乃至上千年古老的聚居文化和藝術,以其深厚的歷史淵源、純樸的民俗民風、如畫的自然和人文景觀[1]而著稱于世。國外學者從不同的角度進行傳統聚落的研究,如1979年Lew is提出利用基因研究和解釋景觀,Taylo r提出利用基因分析研究聚落空間布局規律,Conzen創立了著名的“康澤恩形態研究學派”。結合國外研究成果和我國傳統聚落的歷史文化,我國學者在生物學基因概念的啟發下,從“文化景觀基因”的角度開展了傳統聚落景觀的文化基因形態研究,并逐步引入了 GIS技術進行傳統聚落景觀文化基因的提取與分析[2-10]。劉沛林等在研究傳統聚落景觀基因概念及其特性的基礎上[3,4],建立了景觀文化基因信息單元[3-5],提出了傳統聚落景觀基因信息圖譜,劃分了圖譜單元模型并構建了原型系統[4,5]。景觀基因信息單元是依據傳統聚落某一特征文化因子(如建筑因子)而建立的基因信息結構,是構建景觀基因信息圖譜時不可再細分的基本單元。研究表明,構建景觀基因信息圖譜時必須建立準確的傳統聚落景觀基因要素指標體系,建立景觀基因信息單元模型[4]。景觀基因信息單元的表達機制及其在計算機中的實現方法則是建立基因信息單元模型的關鍵。

本文提出景觀基因信息單元表達機制的概念及其研究內容,從理論和實現方法上探討了景觀基因信息單元表達機制的一般問題,并結合湖南江永女書村落、湘西鳳凰古鎮等知名古村鎮中的景觀信息個案,開展了景觀基因信息單元構建工作。

1 表達機制的概念

1.1 景觀基因信息單元的表達機制

景觀基因信息單元是構建景觀基因信息圖譜的基本單位,也是圖譜平臺系統中建立的傳統聚落景觀實體?；蛐畔卧慕M織、存儲、運算、查詢和顯示過程的管理與實現構成了基因信息單元的表達機制?；蛐畔卧敲枋鰝鹘y聚落所包含的文化景觀因素的基本結構體,包含了主體基因、附著基因、混合基因和變異基因,此外還包含了基因指標要素的索引值、基因單元表達方式及查詢接口(圖1)?；騿卧谋磉_機制主要研究基因信息單元在圖譜系統中的定義與實現過程和方法;屬性信息的查詢與接口的定義及實現原理和方法;景觀基因內在表達機制和數理邏輯機制的定義與實現。

圖1 景觀基因信息單元表達機制Fig.1 Expressmechanism of landscape-gene-unit

1.2 表達機制的研究內容

景觀基因單元表達機制包括景觀基因信息單元模型的定義、建立與查詢和表達的基本原理與一般實現方法,研究內容主要有:1)傳統聚落景觀文化基因“形、數、理”的內在邏輯機制。景觀基因信息圖譜系統的主要特征是“形、數、理”一體化,傳統聚落所包含的景觀基因要素之間存在著內在的“形、數、理”之間的邏輯關系。2)景觀基因信息單元的數據表達機制?；騿卧臄祿蓡T構成及表現方式是用戶與圖譜系統之間的接口,了解景觀基因要素的存儲、管理和查詢方法非常必要。3)景觀基因的自動提取技術流程與方法。景觀基因特征要素的自動提取與識別是構建景觀基因圖譜系統的關鍵技術之一,提取實現方法與技術手段需要不斷完善。

2 邏輯表達機制

2.1 景觀基因的特點

景觀基因是對傳統聚落所包含的文化特征和物質形態特征的抽象與概括,是描述傳統聚落特征最有效的工具。各種景觀要素均存在于傳統聚落中,通過有機的排列方式體現出精彩紛呈的聚落景觀特色。聚落景觀基因要素的確認,可以從構成形式和基因形態兩方面加以分析(表1)。從景觀基因的構成看,可以分為主體基因、附著基因、混合基因、變異基因;從景觀基因的表現形態看,可以分為顯式基因(主要有民居景觀、街區形態、平面布局、立體空間結構)和隱式基因(主要有圖騰、儺戲、神話傳說、語言文字等)。聚落景觀基因的構成要素與形態特征相互依存(圖2)。

表1 聚落景觀基因的分類Table 1 Categories of landscape-gene

圖2 景觀基因的內在關系Fig.2 Internal relationship of landscape-gene

2.2 景觀基因單元表達

根據文獻[2],景觀基因在聚落中的表現形式主要有二維、三維、視覺、結構。對于特定的傳統聚落,主要從民居特征、圖騰標志、主體性公共建筑、環境因子、布局形態5方面進行景觀基因要素的識別與提取。結合筆者構建的景觀基因信息單元模型[4],可以通過建筑特色(民居特征、布局形態、主體性公共建筑)、文化特征、環境因子等指標體系實現景觀基因單元的屬性在圖譜中的表達。但該方法存在一定的不足,即無法建立多個在某一景觀基因上有空間關聯的傳統聚落(區)的相關性,顯然不能滿足傳統聚落空間特征的分析應用。為此,本文試圖通過如下方法實現上述目標:1)定義并實現基因單元的屬性查詢接口,接口定義了基因單元在數據庫中的檢索方式,查詢結果包含主體基因的類型、表現方式等;2)劃分基因要素之間的邏輯關系,建立編碼指標體系;3)通過圖層復合機制允許跨圖層之間進行基因單元的拷貝、復制與粘貼等操作;4)采用散點圖、柱狀圖、離散曲線圖等輔助表達方式完善表達方法。

2.3 邏輯表達機制

將傳統聚落按照景觀基因特征劃分不同的群落與區系是構建傳統聚落景觀基因圖譜的前提。研究表明,構建景觀基因圖譜數據庫需要根據傳統聚落區劃的特點建立景觀基因的邏輯表達機制。結合已有研究基礎,本文借助數理邏輯方法說明景觀基因的邏輯機制。

設G是已經提取的景觀基因要素的所有元素的集合,對于任意的i(i∈N),都有 gi∈G。令 G′是G的一個子集,則G′可以表達一個傳統聚落。

設L是由l1,l2,…,ln構成的一個集合,每個元素都代表集合G的一個子集。顯然,對于區域A,每個子區域Ai都可以包含一個集合L,即{Ai(L)|Ai∈A,i∈N,L∈G}。所以,對于某個區域 A內的傳統聚落進行區劃,其實質就是找到一組規則 R,使得基于R的每一組劃分LM都是集合G的一個子集。

規則R的定義與標準的選取,對于傳統聚落的區劃至關重要。根據文獻[7],劃分規則R可以定義為在某一定義域上的函數f。顯然,f是一個多值函數,在不同的區間有不同的取值,每個區間上的取值都是一個值集LM(圖3)。

圖3 景觀基因的邏輯機制Fig.3 Logicalmechanism of landscape-gene

2.4 “圖”與“形”表達機制

“圖”的表達機制指通過構建圖形或特定的圖形符號來描述傳統聚落景觀基因,在表現形式上可以是二維平面圖形、三維立體圖形?！靶巍钡谋磉_機制指針對某一特定的傳統聚落,對其立體空間結構進行描述而采用的表達方法,如立面圖、透視圖、正面圖、景觀照片等。建立“圖”與“形”的基因表達機制的目的在于充分利用 GIS軟件的空間分析功能,對區域范圍內的傳統聚落的空間分布模式或者空間關聯特征進行分析。筆者認為,通過識別單一傳統聚落的特征景觀基因要素,從中分離出主體基因、附著基因、混合基因、變異基因等特征要素,然后通過一定的分析評價方法,建立景觀基因指標層次體系,對基因要素進行聚類與合并,據此設計適當的圖形符號進行表達。具體技術流程如圖4所示。

圖4 “圖”與“形”表達技術處理流程Fig.4 Procedure of graph&figure expressing

3 數據模型表達機制

3.1 多媒體表達機制

多媒體數據在電子地圖和GIS軟件中的應用較為廣泛[11-14]。目前,GIS軟件中已經開始集成超媒體視頻數據[12-14]。多媒體數據直觀形象,表現能力強,構建傳統聚落景觀基因信息圖譜時,恰當地運用多媒體數據可以更好地描述傳統聚落的特征。但視頻、音頻、動畫等多媒體數據占有較大的存儲空間,且在GIS軟件中嵌入這些多媒體數據的播放器會耗費較大的內存?？梢酝ㄟ^選取表現傳統聚落主體文化特征的景觀圖片進行展示,如云南著名民居“一顆印”就可使用空中俯瞰的照片展示其特色。

3.2 時空表達機制

傳統聚落具有豐富的歷史文化底蘊與民族特色,跨越了較大尺度的時空。因此,建立完整的時間和空間特征具有較大的難度。一般采取以下方法進行補充性描述:1)查閱歷史文獻資料,對于某些廣泛分布的特殊景觀特征要素進行標注,記錄其發生、發展和遷移變化的時間跨度和空間范圍,如馬頭墻建筑風格的變化即可建立其遷移和變化的時間和空間范圍;2)參考歷史地理資料劃定某些特征文化要素的大致空間分布范圍,如苗族、佤族都是崇尚牛的民族,在其村寨民居建筑中都有以牛為特色的建筑裝飾,參照其分布范圍可大致劃定這一文化因子的空間范圍;3)建立某些聚落景觀文化因素的空間分布特征對比數據,如伊斯蘭教在傳入我國的過程中出現了漢族建筑風格與伊斯蘭建筑風格結合的清真寺,可建立這一景觀要素的空間對比特征。

3.3 尺度依賴表達機制

尺度是指對地理空間的觀測粒度或者約束,是數據表達空間范圍的相對大小和時間的相對長短。尺度是空間數據的重要特性,在不同的尺度條件下可以觀察到空間數據的不同特征。對于傳統聚落及其景觀基因要素,在微觀尺度條件下主要是觀測某項主要景觀特征指標要素,在中觀尺度條件下則是識別某個區域內傳統聚落的景觀基因,在宏觀尺度條件下就是按照某種標準進行傳統聚落景觀的區劃并建立其區劃體系及群系圖譜。在景觀基因信息圖譜系統中,多尺度表達是其基本特征。景觀基因的尺度依賴特性主要表現在隨著GIS空間數據的尺度由小變大,傳統聚落由群系表達逐漸變為以某項或某些主要的特征景觀要素指標表達。顯然,景觀基因的尺度變化并不是嚴格依賴于 GIS的尺度變換,而是取決于圖譜系統對于景觀基因尺度的定義與約束條件,在尺度變換中表現出來的要素分布、基因包團、斑塊、區劃、群系等特征形態也不是一種嚴格的尺度變化特征。結合前期研究[3-5],筆者認為景觀基因的尺度依賴機制是“景觀基因要素→基因包團→斑塊→聚落區劃→聚落群系”(圖5)。其中,基因包團是借助生物學中細胞的概念,用于描述一定區域內某幾種景觀特征要素并列分布的結構體;斑塊則是借用景觀生態學中的斑塊的概念,用于描述區域內景觀特征基因并列分布的結構體,是基因包團與聚落區劃的過渡結構。

圖5 景觀基因的尺度依賴機制Fig.5 Detail of how to rely on scale transformation for landscape-gene

3.4 數據庫機制

傳統聚落不同于 GIS中的普通空間對象,是歷史文化的物質載體。傳統聚落除像普通空間對象那樣具有空間位置特征、時間特征之外,還具有唯一性、不可復制性。在構建景觀基因信息圖譜系統時,傳統聚落所包含的景觀特征要素及其基因是最主要的屬性特征,也是進行聚落區劃與群系劃分的依據。因此,數據庫設計非常重要。結合已有研究基礎,筆者認為在數據庫中表示一個傳統聚落實體,可以將幾何圖形屬性與空間位置數據存儲于地理數據庫,將景觀特征要素按照顯式要素與隱式要素分類,分別存儲于顯式基因庫與隱式基因庫中;數據庫中的傳統聚落實體,可以通過相關字段與其對應的景觀基因符號圖形的關聯,達到表示一個圖譜單元的目的(圖6)。

圖6 數據庫邏輯結構Fig.6 Logical structure of dataset

4 自動提取機制

4.1 提取思路

景觀基因的自動提取是實現在圖譜數據庫中查詢傳統聚落景觀屬性和景觀分析的前提。在前期研究中[4],主要考慮了運用建筑因子、生態因子和文化特征要素指標體系進行景觀基因的自動提取,不足之處在于:首先是考慮的指標要素太少,劃分聚落景觀區劃時不能明顯區別某些聚落所屬的區劃;其次是可使用的提取方法有限,對于圖案提取、文字提取等方法不適用,如鳳凰神鳥圖案可以作為湘西鳳凰古城的主體基因,而前述方法無法完成景觀的準確提取?？紤]到傳統聚落的主體景觀基因表現形態的多樣性,本文在改進文獻[4]提取方法的基礎上提出傳統聚落景觀基因要素自動提取思路(圖7)。其中,內在機制主要是指傳統聚落或聚落區所包含的所有景觀特征因子間的關系;數理邏輯則是這些景觀特征因子所呈現的邏輯關系、包含關系、相似關系等。在把握景觀總體特征的基礎上,構建景觀基因信息單元模型,結合指標特征要素體系,綜合運用指標要素編碼法、特征圖案法、形態結構法等方法進行基因提取,并將結果存儲到景觀基因數據庫中。

圖7 景觀基因自動提取機制Fig.7 Mechan ism of self-extracting landscape-gene

4.2 提取方法

在景觀基因信息圖譜系統中,可以采用圖形、照片、符號、文本等方式表達傳統聚落的景觀基因。因此,可以通過指標要素編碼方法、特征圖案法、形態結構法、文本描述法、多因子矩陣法提取景觀基因要素。指標要素編碼方法是指根據構成傳統聚落的生態環境、建筑結構、文化特征分離出相關特征因子,然后按照一定的規則編碼,從而達到表示景觀基因的方法。特征圖案法是針對某些以圖騰為主要識別標志的傳統聚落,在構建其景觀特征描述時直接采集圖騰圖案標志的方法。形態結構法指根據傳統聚落建筑的外觀形態進行提取的方法,如福建南靖的土樓群中,土樓呈現方形、圓、橢圓等空間形態,對此分別以正方形、圓和橢圓等平面幾何圖形加以提取。文本描述法是對某些景觀成分復雜、難以直接進行單要素或者主體特征識別的傳統聚落直接以簡短的文本描述其特征。多因子矩陣法是根據傳統聚落所呈現的多個景觀要素特征因子,依據一定的計量方法(如專家打分法)確定每個特征因子的權值,由此構建特征值矩陣(其中每個元素的值都是固定的),矩陣便于參與數值運算與比較,對于某些在景觀特征要素上具有空間自相似關系的傳統聚落的對比分析比較適用,以我國貴州、湖南、上海、內蒙古的城隍廟為例,考慮城隍廟的建筑外觀、布局形態、環境因子、建筑材料、建筑立面等因素,可構建特征矩陣(表2)。

表2 基于多因子矩陣法的城隍廟景觀基因提取Table 2 Extracting landscape-gene of Chenghuang Temple usingmulti-element′smatrix

5 研究實例分析

5.1 研究實例概述

本文選取湖南省鳳凰古城和江永女書作為研究實例[10],識別其景觀主體基因與附著基因并建立景觀指標要素體系。鳳凰古城位于湖南省鳳凰縣城,為國家歷史文化名城,交通便利,風景秀麗,歷史悠久,名勝古跡眾多,古建筑保存較完好。江永女書所在的古村落位于湖南省江永縣,地處嶺南山脈和萌諸嶺山脈的山谷深處,相對較為閉塞。江永在歷史發展過程中逐步形成了獨特的習俗和文化,形成了“女書”,這是世界上唯一的女性專用文字,現已成為中國非物質文化遺產。

5.2 表達機制構建

5.2.1 基因的識別 根據景觀基因的相關理論,基因的識別從民居特征、圖騰、主體性公共建筑、環境因子、布局形態5個層面進行。鳳凰古城的得名源于當地關于天方國神鳥“菲尼克司”的神話傳說,確定其主體基因為鳳凰神鳥。江永女書主要文化特征為獨特的女書文字,確定其主體識別基因為女書文字。兩者的基因識別結果如表3所示。

5.2.2 指標體系 根據分離和識別的景觀基因,以建筑因子、環境因子和文化因子為例,采用指標要素編碼方法進行四級編碼,結果如表4所示。本文定義編碼法則為:一級指標按建筑因子、環境因子、文化因子3個大類劃分,分別編碼為01、02、03;在一級指標下劃分二級指標,二級指標下按照基因的特性再劃分出三級指標;三級指標再根據基因的構成劃分為各種特征要素;每級劃分按照劃分順序進行編碼。按照上述法則,如女書屬于文化因子中的主體文化標識中的女書文字,其編碼結果為03010303。這種編碼方法的優點在于每個編碼都對應唯一的景觀基因特征要素,編碼直接反映出景觀基因類別與屬性,便于進行查詢和管理。

表3 研究實例的基因識別Table 3 The landscape-gene identifying of study cases

表4 研究實例指標要素體系Table 4 Indices system of gene-element of the study cases

6 結論與展望

本文結合前期研究,從景觀基因信息單元的組織、存儲、運算、查詢過程的管理角度,提出了景觀基因信息單元表達機制的概念,討論了其研究內容。以此為基礎,從基因單元的邏輯機制、數據模型表達機制與自動提取機制三方面研究了景觀基因單元表達機制的特點和技術方法。研究結論有:1)景觀基因單元的表達機制是解決景觀基因信息圖譜系統中基因單元的組織和管理的關鍵技術,景觀基因單元的屬性查詢與可視化是表達機制應用的重要體現; 2)景觀基因單元的“形”和“理”特征決定了景觀基因單元的邏輯表達機制和數據模型的組織與存儲特點;3)傳統聚落的景觀基因要素識別、指標要素體系的建立是基因自動提取的重要前提,指標要素編碼方法、特征圖案法、形態結構法、文本描述法、多因子矩陣法是進行基因提取的有效方法。

我國的傳統聚落在經濟社會發展中發揮著越來越重要的作用,其景觀基因的研究是目前文化地理學的研究熱點之一,在 GIS技術、地學信息圖譜、數理方法等影響下日益成為多學科交叉滲透的綜合性課題。深入解決景觀基因在圖譜系統中的傳播、表達機制具有重要的科學意義。本研究的不足之處在于尚未解決景觀基因的自動識別問題。今后將結合區域傳統聚落群系基因信息圖譜系統及其數據庫的建立,深入探討景觀基因單元的自動識別與分析應用問題。

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Abstract:In this paper,the concept of Exp ression Mechanism of Landscape-Gene Information Unit of Traditional Settlement (EMLGIU TS)is put fo rward based on p revious researches.EMLGIUTS is composed of three parts:exp ression mechanism of logic,exp ression mechanism of data model,mechanism of auto-extracting elements of gene,respectively.This paper goes deep into EMLGIU TSw ith the autho r′s creative research of constructing Landscape-Gene Information A tlas System and the theo ry of landscape-gene.In o rder to demonstrate the EMLGIU TS,Xiangxi Phenix Tow n and Jiangyong Women′s Language have been taken for an experimental examp le of EMLGIU TS.The experiment results show that EMLGIUTS is very important to construct Landscape-Gene Information A tlas System.

Key words:traditional settlement;landscape-gene;info rmation units;exp ression mechanism

Expression Mechan ism of Landscape-Gene Information Un it of Traditional Settlemen t

HU Zui,L IU Pei-lin,SHEN Xiu-ying,DENG Yun-yuan,L IBo-hua
(Department of Resources&Environment and Tourism M anagement, Hengyang N ormal University,Hengyang 421008,China)

TP283.1

A

1672-0504(2010)06-0096-06

2010-06-26;

2010-08-30

國家自然科學基金項目(40771050);國家科技支撐計劃項目(2008BAJ08B18-01);湖南省哲學社會科學2010年度重大招標項目;湖南省人文地理學重點建設學科項目;湖南省科技創新團隊項目和湖南省教育廳一般項目(08C153)

胡最(1977-),男,講師,研究方向為地學圖譜。E-mail:fuyanghuzui@163.com