張志軍，邱俊武，亢孟軍，毛海辰

(1. 天津市測(cè)繪院，天津 300381； 2. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079； 3. 靈寶市水利局，河南 靈寶 472500)

地址數(shù)據(jù)是空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(spatial data infrastructure，SDI)的重要組成部分，其形式為自然語言，是公眾交換空間信息最常用的方式[1]。隨著我國數(shù)字城市和智慧城市的開展，相關(guān)部門采集和積累了大量的空間數(shù)據(jù)，這其中也包含城市地址數(shù)據(jù)。但是，由于缺乏對(duì)地址及地址模型概念框架的有效研究，導(dǎo)致地址數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)五花八門，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理秩序混亂，應(yīng)用效率低下。因此，有必要對(duì)城市地址模型的概念框架進(jìn)行系統(tǒng)的研究，為地址標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一構(gòu)建、地址數(shù)據(jù)的采集及管理提供完備的理論基礎(chǔ)。

相對(duì)于其他類別的空間數(shù)據(jù)，國內(nèi)外對(duì)于地址模型的研究相對(duì)較少。在國內(nèi)，多數(shù)研究集中在地理編碼和地址匹配結(jié)果精度的提升上[2-4]，其關(guān)注的數(shù)據(jù)源由結(jié)構(gòu)化地址文本擴(kuò)展到非結(jié)構(gòu)化文本和泛在文本[5-6]，其研究的主旨是時(shí)空命名體的識(shí)別[7-8]，地址數(shù)據(jù)被看作是其數(shù)據(jù)類別中最簡(jiǎn)單的一種，故地址模型的作用未得到重視；而涉及地址模型的研究，大多是對(duì)已有的層次地址模型的簡(jiǎn)單增補(bǔ)[2，9-10]，這種增補(bǔ)往往是面向特定行業(yè)應(yīng)用、特定地域范圍的，未能從根本的理論基礎(chǔ)上對(duì)地址所涉及的本質(zhì)問題進(jìn)行討論；其他也有國內(nèi)學(xué)者對(duì)國外地址標(biāo)準(zhǔn)化情況進(jìn)行介紹，并對(duì)比國內(nèi)地址模型的建設(shè)提出改進(jìn)意見，但是這些意見往往點(diǎn)到即止，未能系統(tǒng)地定義地址模型概念框架的范圍和外延[11-13]。

相比國內(nèi)，國外學(xué)者對(duì)于地址模型的概念框架、標(biāo)準(zhǔn)化[1，14-19]，以及與基于地址數(shù)據(jù)的相關(guān)行業(yè)應(yīng)用研究較多[20]，甚至出現(xiàn)了基于地址系統(tǒng)的認(rèn)知過程的研究[21]，其他關(guān)于地址匹配算法效率、精度及不確定性的研究更是不勝枚舉[20，22-24]。充分的理論研究使得歐美發(fā)達(dá)國家地址規(guī)劃更為健全和規(guī)范。但是地址的形式載體為自然語言，其所具備的地域和文化特性決定了地址模型本地化的必要性[17]。因此，國外地址模型的研究為中文地址模型的建設(shè)提供了有益的借鑒，但是無法解決其本地化的特殊需求，因此對(duì)中文地址模型概念框架進(jìn)行系統(tǒng)的研究是非常必要的。

城市地址數(shù)據(jù)的混亂反映了城市規(guī)劃的滯后，如果這種混亂的局面得不到重視，沒有系統(tǒng)、規(guī)范的地址模型對(duì)地址規(guī)劃和建設(shè)進(jìn)行指導(dǎo)，今后通過國家和地方各種渠道采集的不規(guī)范地址數(shù)據(jù)將源源不斷地被生產(chǎn)出來，造成嚴(yán)重的人力和物力浪費(fèi)，并且降低了SDI整體的數(shù)據(jù)質(zhì)量，成為SDI數(shù)據(jù)類別中的瓶頸。本文對(duì)城市地址模型概念框架所涉及的關(guān)鍵問題進(jìn)行論述，包括地址的定義、地址的指代關(guān)系、地址的機(jī)構(gòu)管理和地址標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)狀，對(duì)地址模型的整個(gè)理論體系的研究提出設(shè)想，以推動(dòng)地址模型的研究，使之得到更多的關(guān)注。

1 地址定義

明確地址的定義是整個(gè)地址模型概念框架的基礎(chǔ)，相關(guān)文獻(xiàn)和規(guī)范對(duì)地址有多種定義。①牛津大辭典：是個(gè)人或組織所處的具體位置；②南非國家標(biāo)準(zhǔn)1883-1(South African National Standards，SANS 1883-1)：是能夠送達(dá)服務(wù)的、具體明確的點(diǎn)位；③是一種用來幫助用戶確定位置的描述方式，包括位置的名稱及其他補(bǔ)充信息[25]；④FGDC (Federal Geographic Data Committee) ：是個(gè)人或組織居住或者進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的位置，這種聯(lián)絡(luò)不包括電子通信方式；⑤是一種重要的、根據(jù)空間上下文提供的空間參考方式[26]；⑥是公眾對(duì)位置的一種概念化表達(dá)[27]；⑦具有地名的某一特定空間位置上自然或人文地理實(shí)體位置的結(jié)構(gòu)化描述[28]。

通過對(duì)上述定義的分析，可以得出地址定義的一些重要特征，包括：①是一種表達(dá)位置的符號(hào)(location identifier)；②主要用來進(jìn)行空間信息溝通或交換(spatial communication)；③地址的用戶是公眾、組織或計(jì)算機(jī)，包括人和機(jī)器；④采用自然語言的表達(dá)形式(natural language)，并且空間表達(dá)邏輯符合公眾的認(rèn)知習(xí)慣(spatial cognition)。

綜上所述，本文給出如下地址定義：

定義1：地址是一種采用自然語言組織、描述個(gè)體地域空間位置的抽象編碼方法，其具有一定的生命周期[4]。

地址的形式化表達(dá)為

A={(xi,t)∈V×T|P(xi,xj)≠?,xi≠xj,

i≠j,0≤i≤N，t∈T}

式中，A表示地址；V表示空間詞匯集合；xi表示組成地址的元素；N表示地址元素(address component)的最大個(gè)數(shù)；t表示地址的生命周期，其有效期為T；P(xi,xj)表示地址元素間存在的空間約束關(guān)系，且不為空。

狹義地址強(qiáng)調(diào)地址的抽象編碼方法的本質(zhì)，其作用等同于坐標(biāo)，都用于描述地理要素的空間位置，區(qū)別在于：坐標(biāo)是位置的數(shù)字形式表達(dá)，其數(shù)學(xué)約束更為嚴(yán)格，適用于計(jì)算機(jī)運(yùn)算；而地址是模擬形式表達(dá)，具有簡(jiǎn)單的空間約束關(guān)系和拓?fù)溥壿?，常用于公眾的空間信息溝通。圖1描述了以地理要素(geographical feature)為中心的地名、地址等相關(guān)概念的關(guān)系。地理要素是這些概念的核心，地名表達(dá)的是地理要素叫什么的問題，在一定程度上揭示了地理要素的本質(zhì)。地名與地址最易產(chǎn)生混淆，現(xiàn)實(shí)中確實(shí)存在很多以地名表示地址的現(xiàn)象，但是兩者存在根本區(qū)別。地名是地理要素的靜態(tài)屬性，地址通過特定的編碼方式表示地理要素的空間位置，并且通過其簡(jiǎn)單的空間約束關(guān)系描述了地理要素的整個(gè)尋址過程，而基于地名的尋址是由先驗(yàn)空間知識(shí)構(gòu)建地址的過程。

地址的重要性在于其廣泛的用戶群，包括公眾、政府、組織和商業(yè)行為。隨著地理編碼的發(fā)展，對(duì)地址的應(yīng)用模式逐漸演化為兩種：一種是公眾對(duì)空間位置信息的交換，以自然語言方式進(jìn)行；第二種是采用計(jì)算機(jī)處理的、地址數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、匹配和應(yīng)用。隨著第二種地址應(yīng)用模式的迅速發(fā)展，人們往往忽略了第一種應(yīng)用模式的重要性和頻繁性。城市地址模型概念框架的研究，必須重視第一種模式，要充分顧及公眾對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)的認(rèn)知規(guī)律，并結(jié)合城市規(guī)劃的特點(diǎn)，構(gòu)建易于形成公眾城市空間結(jié)構(gòu)知識(shí)的地址模型?；谏鲜鲈瓌t構(gòu)建的城市地址模型將極大地提高地址數(shù)據(jù)的質(zhì)量，減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的異構(gòu)負(fù)擔(dān)，對(duì)地址匹配質(zhì)量的提升大于從算法層面的改進(jìn)。

圖1 地理要素、地名、地址等的關(guān)系描述

地址的定義同時(shí)與地理編碼(geocoding)、地址匹配(address matching)和地址標(biāo)準(zhǔn)化(address standardization)有緊密的關(guān)聯(lián)，幾個(gè)概念經(jīng)常被混淆或錯(cuò)誤使用，本文結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，給出幾個(gè)概念的定義如下：

定義2：地理編碼是指按照一定的規(guī)則賦予個(gè)體地域唯一、可識(shí)別的編碼，建立個(gè)體地域與標(biāo)準(zhǔn)地址、空間坐標(biāo)的映射關(guān)系，從而可將地址與空間坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換的過程。

定義3：地址匹配是指輸入地址字符串，經(jīng)過算法匹配數(shù)據(jù)空間坐標(biāo)的計(jì)算過程；由輸入空間坐標(biāo)求解地址字符串的過程稱為逆地址匹配(reverse address matching)。

定義4：地址標(biāo)準(zhǔn)化是指對(duì)于輸入的任意地址字符串按照本地地址約束規(guī)則進(jìn)行解析，并輸出符合規(guī)則的地址字符串的過程。

4個(gè)定義之間的關(guān)系如圖2所示：①地址是后3個(gè)概念的數(shù)據(jù)操作對(duì)象，地址的定義決定了后 3個(gè)定義的具體實(shí)施方式；②地理編碼是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及地址數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和管理、本地化地址規(guī)則的解譯、地址匹配算法的設(shè)計(jì)、地址編碼數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)估和管理，以及地理編碼產(chǎn)品的輸出和基于行業(yè)的推廣應(yīng)用等；③地址匹配是地理編碼的核心，根據(jù)本地化地址規(guī)則，借助自然語言處理(natural language process，NPL)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)地址的高效、精確檢索；④地址標(biāo)準(zhǔn)化是地址匹配的子過程，一般待匹配的地址都是非規(guī)則的，進(jìn)行實(shí)際匹配之前，地址匹配算法模塊會(huì)進(jìn)行一個(gè)規(guī)則化的過程，以解析輸入地址字符串的語義，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的重組織，以待實(shí)施匹配算法。

圖2 地址、地理編碼、地址匹配、地址標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)系

2 地址的指代關(guān)系

在多數(shù)SDI數(shù)據(jù)庫中，地址都是作為地理要素的一個(gè)屬性而存在，其假設(shè)的前提是一個(gè)地理要素具有唯一的地址。這種錯(cuò)誤的假設(shè)是造成當(dāng)前地址數(shù)據(jù)混亂的一個(gè)重要原因，是地址指代關(guān)系不明確的主要表現(xiàn)。

正確的地址模型必須要基于4個(gè)基本準(zhǔn)則：①地址的作用是定位和指導(dǎo)尋址；②地址必須被視為獨(dú)立的實(shí)體(entity)；③地址與地理要素為多對(duì)多(many-to-many)的指代關(guān)系；④地址指代地理要素的通路，而非地理要素本身的幾何形態(tài)。地理要素與地址一對(duì)一的關(guān)系是比較常見的情況，但是考慮到地理要素的幾何形態(tài)和空認(rèn)知的尺度效應(yīng)，情況就變得異常復(fù)雜，以武漢大學(xué)相關(guān)地址為例進(jìn)行說明，如圖3所示。

圖3 武漢大學(xué)校門(底圖來源百度地圖)

武漢大學(xué)目前常用的地址有3個(gè)：①武漢市武昌區(qū)八一路299號(hào)(武漢大學(xué)官方認(rèn)可地址)；②武漢市洪山區(qū)珞瑜路129號(hào)；③武漢市武昌區(qū)東湖路115號(hào)。這3個(gè)地址是武漢大學(xué)合校前原武漢大學(xué)、武漢測(cè)繪科技大學(xué)和湖北醫(yī)科大學(xué)的地址，分別對(duì)應(yīng)圖3中D、A和O3個(gè)校門。武漢大學(xué)作為一個(gè)獨(dú)立、完整的地理要素，3個(gè)地址都指向了武漢大學(xué)，即武漢大學(xué)地址是一對(duì)多的關(guān)系(one-to-many)。而對(duì)于地址的主次，地址關(guān)聯(lián)主體可根據(jù)需求選擇設(shè)定。

隨著新的規(guī)劃建設(shè)，原主校門D已不具備車輛通行條件，而新增了校門E替代D的作用，D地址指導(dǎo)尋址的作用已嚴(yán)重削弱，而E的通行功能得到強(qiáng)化，但是目前E還沒有標(biāo)準(zhǔn)的地址，其指導(dǎo)尋址的功能未得到充分發(fā)揮，反映了地址規(guī)劃的滯后。地址被視為獨(dú)立的實(shí)體表現(xiàn)在：①在SDI數(shù)據(jù)庫邏輯模型中的實(shí)體形態(tài)(如圖4所示)；②地址是獨(dú)立的城市景觀個(gè)體，它依附于城市的空間通行結(jié)構(gòu)。在城市空間通行結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的前提下，地址是客觀存在的，不因城市建筑形態(tài)或宗地權(quán)屬的改變而改變，處于非激活狀態(tài)。在校門E開通后，地址的配置是激活該空間位置上的地址，并建立E和該地址的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

校門A對(duì)應(yīng)的地址是武漢市洪山區(qū)珞瑜路129號(hào)，其對(duì)應(yīng)的更具體的地理要素是武漢大學(xué)信息學(xué)部，即地址2既對(duì)應(yīng)武漢大學(xué)，又對(duì)應(yīng)武漢大學(xué)信息學(xué)部。從空間尺度或粒度上而言，一個(gè)地址可指代多個(gè)地理要素，即地址和地理要素的關(guān)系是一對(duì)多的關(guān)系(one-to-many)。

武漢大學(xué)作為獨(dú)立的地理要素，其幾何形態(tài)為多邊形(multi-polygon)，而地址表示的是通向地理要素的入口，其幾何形態(tài)為點(diǎn)，如武漢大學(xué)地址1表示校門D的坐標(biāo)，該地址的語義就是通過地址要素的空間描述，到達(dá)地址的點(diǎn)位，即可找到該地址關(guān)聯(lián)的地理要素，這也是現(xiàn)實(shí)中以門址作為地址主要形式的原因。

圖4 地理要素和地址的數(shù)據(jù)庫邏輯關(guān)系

大量存在的城中村是城市地址規(guī)劃的另一難點(diǎn)，如圖5所示的武漢市某社區(qū)。A為該社區(qū)主要入口，出入道路為一條無名小路。使用這類地址的尋址目標(biāo)一般是社區(qū)內(nèi)的樓棟，線性參考系統(tǒng)(linear referencing system，LRS)難以適用這種樓棟分布情況的編碼。這類地址的表達(dá)主要使用行政區(qū)劃，如該社區(qū)樓棟地址表示為武漢市洪山區(qū)卓刀泉街道關(guān)公社區(qū)15棟，這種方式嚴(yán)重削弱了地址指導(dǎo)尋址功能，因?yàn)楣妼?duì)街道行政級(jí)別空間位置的認(rèn)知度已經(jīng)很低?；谇笆鲈瓌t，借助LRS良好的指導(dǎo)尋址的作用，應(yīng)對(duì)此類入口進(jìn)行門牌編號(hào)，增強(qiáng)其指路功能。

圖5 武漢市洪山區(qū)卓刀泉街道關(guān)公社區(qū)

在地址規(guī)劃中合理利用地址指導(dǎo)尋址的功能，還可有效引導(dǎo)交通流量，如圖6所示，圖中方形區(qū)域?yàn)橐恍⌒蜕痰昙袇^(qū)，其地址為“1324 State Street”，其中State Street為該市的主干道路，右側(cè)的Arlington Avenue為次干道。該區(qū)域的地址采用主干道地址編號(hào)，并在此處設(shè)置“Entrance Only”入口，而才Arlington Avenue設(shè)置“Exit Only”出口。通過該地址的設(shè)置，引導(dǎo)前往此處的交通由主干道進(jìn)入，次干道出，反之會(huì)增加次干道的交通流量，從而增加交通擁堵的可能性。

圖6 良好地址設(shè)計(jì)引導(dǎo)交通流量

3 城市地址的管理機(jī)構(gòu)

在我國，尚未有明確、統(tǒng)一的地址規(guī)劃、建設(shè)和管理機(jī)構(gòu)。如武漢大學(xué)信息學(xué)部所在的地址武漢市洪山區(qū)珞瑜路129號(hào)，其采用的地址結(jié)構(gòu)為“市|區(qū)|道路|門牌號(hào)”，相關(guān)部分分別由民政地名部門、城市規(guī)劃部門和公安部門管理。通過查閱相關(guān)政府部門網(wǎng)站，表1匯總了國內(nèi)可查閱到的省、市發(fā)布地址管理規(guī)定的機(jī)構(gòu)，可見國內(nèi)尚未有自上而下統(tǒng)一的地址管理機(jī)構(gòu)和規(guī)定。

表1 國內(nèi)發(fā)布城市地址管理規(guī)定的機(jī)構(gòu)匯總

城市規(guī)劃部門是進(jìn)行地址統(tǒng)一規(guī)劃和管理的理想機(jī)構(gòu)，雖然公安部門和民政地名管理部門是很多城市地址管理規(guī)定的制定者，但是本身的職能范圍和業(yè)務(wù)特長決定了其無法全面考量地址規(guī)劃的細(xì)節(jié)及城市長期發(fā)展對(duì)地址規(guī)劃的要求。隨著空間信息在各行業(yè)和部門的廣泛應(yīng)用，更多的部門依賴地址數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)生產(chǎn)和管理，如衛(wèi)生管理部門，他們同公安部門和民政部門一樣，應(yīng)當(dāng)作為地址數(shù)據(jù)的應(yīng)用部門，通過不斷提出適合其業(yè)務(wù)開展的需求，推動(dòng)城市地址管理的優(yōu)化。

城市規(guī)劃部門作為地址管理首選機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：①參與并實(shí)施城市的勘察測(cè)量，積累豐富的城市空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)；②組織制定有關(guān)城市規(guī)劃，負(fù)責(zé)城市景觀環(huán)境的規(guī)劃管理，便于將城市地址規(guī)劃納入城市整體規(guī)劃；③負(fù)責(zé)城市建設(shè)用地規(guī)劃管理，審批城市建設(shè)工程的報(bào)建，便于推動(dòng)城市地址與城市建筑配置。

城市地址模型所設(shè)定的原則一旦確立并實(shí)施，推翻重建的代價(jià)非常大，因?yàn)楣娊⒊鞘械刂房臻g認(rèn)知結(jié)構(gòu)需要較長的時(shí)間，一般會(huì)很抵觸重新學(xué)習(xí)的過程。因此，完善標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)庫的較好辦法還是盡可能地利用已有的地址模型中合理的內(nèi)容，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充完善，并確立規(guī)范的地址管理辦法，重新梳理地理要素，對(duì)已有而無地址的地理要素進(jìn)行地址分配，而新的地理要素按照新的地址管理辦法進(jìn)行地址分配并入庫(如圖7所示)。相關(guān)政府部門通過地址數(shù)據(jù)服務(wù)層接入地址數(shù)據(jù)服務(wù)，而地址數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理主要由城市規(guī)劃部門負(fù)責(zé)。

圖7 城市地址數(shù)據(jù)庫構(gòu)建流程及其部門應(yīng)用

4 城市地址標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)狀

城市地址的標(biāo)準(zhǔn)化包括制定和貫徹實(shí)施城市地址標(biāo)準(zhǔn)的全部活動(dòng)過程，表2列舉了我國目前發(fā)布的跟地址相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，反映了以下特點(diǎn)：①無專門的城市地址標(biāo)準(zhǔn)；②標(biāo)準(zhǔn)制定單位類型多，有國家和地方的，涉及不同行業(yè)；③國家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)少，無強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)以上標(biāo)準(zhǔn)按照術(shù)語定義準(zhǔn)確、邏輯框架清晰、地址規(guī)范相關(guān)度、地址規(guī)劃參考價(jià)值4個(gè)層面評(píng)價(jià)，其結(jié)果如圖8所示。這些標(biāo)準(zhǔn)存在的共同問題是對(duì)地址等術(shù)語定義不夠嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確，以及對(duì)地址模型的概念框架理解不清晰，從而導(dǎo)致其地址的指代關(guān)系、層級(jí)結(jié)構(gòu)定義混亂，削弱了其標(biāo)準(zhǔn)化的作用，其中GB/T 18521和GB/T 14395在4個(gè)層面都有較好的評(píng)分，參考價(jià)值高。

圖8 國內(nèi)地址相關(guān)規(guī)范評(píng)價(jià)

總體而言，地址標(biāo)準(zhǔn)化惠及行業(yè)多，但是并未得到足夠的重視，因此，迫切需要一個(gè)統(tǒng)一的部門對(duì)地址模型進(jìn)行規(guī)范定義，整理現(xiàn)有的地址數(shù)據(jù)，發(fā)布完善的地址管理方法，進(jìn)而為社會(huì)提供標(biāo)準(zhǔn)的地址數(shù)據(jù)服務(wù)。

表2 國內(nèi)城市地址相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

5 結(jié) 語

地址以自然語言的形式傳遞空間信息，是人和數(shù)字處理進(jìn)行空間信息傳遞的重要形式，行業(yè)應(yīng)用對(duì)規(guī)范地址數(shù)據(jù)的需求愈加強(qiáng)烈。本文認(rèn)為對(duì)地址模型理論框架研究不足是造成當(dāng)前地址相關(guān)規(guī)范雜亂、無法適應(yīng)城市規(guī)劃和行業(yè)應(yīng)用的主要原因。在分析國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，本文提出了地址的定義及形式化表達(dá)，并對(duì)地理編碼過程涉及的概念進(jìn)行區(qū)分，同時(shí)明確了地址與地理要素是多對(duì)多的指代關(guān)系；指出城市規(guī)劃部門是最適合進(jìn)行城市地址模型設(shè)計(jì)、地址數(shù)據(jù)管理和規(guī)劃的機(jī)構(gòu)；最后對(duì)國內(nèi)地址相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行匯總和評(píng)價(jià)。

城市地址模型概念框架設(shè)計(jì)的內(nèi)容還很多，本文只是對(duì)其最基本、核心的概念進(jìn)行了討論，其他內(nèi)容將有待進(jìn)一步研究。