分段量化门牌编码方法研究

于焕菊，李云岭，蔡永宁

（山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛266590）

一、引 言

门牌号又被称为“本地人的脸、外地人的眼”，这既是一个城市形象的表达，也是一个城市管理水平的体现。为了方便市民的工作、生活，以及便于城市管理，城市管理者通常要对城市院落、建筑物等空间实体位置给予一个唯一的编码，即门牌号码。传统编号方式一般采取顺序编号法，即沿街道两旁以自然数作为序号从街道始端往末端顺序编号，序号从小到大的排列暗含了街道的方向。这种编号沿用了几十年，曾给市民出行、户籍管理、邮政递送、消防应急等带来诸多便利。随着城市发展和城市格局的不断变化，该编码系统的稳定性出现了问题，断号、跳号、重号、错号的现象极为普遍，门牌号的权威性受到了损害［1］。目前，邮递员根据邮件地址在实地找不到地方，工商人员按照注册地址找不到企业，110、120、129等应急指挥中心因门址不能精准定位而采用道路和标志性地名进行粗略定位，这一切都说明了门牌号空间位置标识功能问题严重。

美国是门址编码应用最早、最广泛的国家，早在20世纪70年代就建立了全国的地址编码标准，成功地应用于Tiger数据库系统，在历次全国人口普查统计中发挥了巨大作用［2］。Esri公司的 Street Geocoding模型较好地解决了街道规则门址插值的问题，Geocoder已成为全美广泛使用的门址查询系统。反观我国，如火如荼的数字城市建设背后是严重的门址乱象，没有统一的地址编码基础，难以实现部门间数据的共建共享，门址编码整治迫在眉睫。

抛开我国门址管理方面法律法规有待健全，门址乱象的背后是门址系统缺乏科学性和稳健性。现行的门牌往往与单位绑定在一起，而随着城市拆迁和新增建筑物的变化，系统容易混乱。有人曾尝试距离编号等新方法［3-6］，其虽能解决编码跳号、重号问题，但由于编号过大和不便记忆等原因而得不到推行。

二、国内外门址编码现状

门牌编号一般是根据城市空间特征选择不同的编码方式。世界上主流的编码是基于街道的顺序编码方法，也有基于街区进行编码的城市。尽管都是基于街道编码，但也有多种编码规则。

基于街区的编码方式主要在日本、韩国，以及欧洲部分城市。日本多采取“都道府县+区市町村+町名+街区编号+楼房号”的编码结构，“都道府县”和“区市町村”都是地方自治区域。如东京都台东区东上野3丁目19番6号的具体含义为:都道府县(东京都)+区市町村(台东区)+町名(东上野3丁目)+街区编号(19番)+楼房编号(6号)，省略表示为“东京都台东区东上野3-19-6”。原则上“町名”指大马路围成的大街区，“番”则是小巷围成的小区块，“号”则指小区块中的建筑物。地址查询时，找完“町名”后就要找“街区编号(番)”。日本许多地方自治区的小街区编号按照“S”形顺序编号，如图1所示。

图1 日本街区的编号轨迹

在确定了“街区编号”后，接下来找楼房编号，楼房编号的规则是每十几公尺编一个号，常采取顺时针的方式顺序编码，如图2所示。街区编号方法的缺点是弱化了地址查询过程中街道的作用，但是对街区内部及街道拐角处的门牌编码排除了二义性。

图2 街区内楼房的编号规则

在巴西、阿根廷及法国的一些乡村，采取距离编号的方法命名门牌号，即测量门牌位置与街道起点间的距离，将这个距离值作为门牌的号码［7］，编码的规则如图3所示。该方法的优点是保证了街道中所有的门牌编码的唯一性，但是号码可数性较差，一条街道上的门牌号除了具有距离意义外无任何规律，当距街道始端较远时号码变得非常大，不便于记忆和使用。

图3 距离编号法

在19世纪中期或更早些时候，英国普遍采用一种往返式顺序编号法，即号码从始端先沿街道的一侧往末端连续编号，到末端后再沿另一侧返回始端，如图4所示。该方法虽然保证了街道一侧的编号连续性，但街道两侧相对位置的号码相差甚大，不能保证两侧门牌号同步递增，在街道一侧某位置不能预测对面的门牌号大体范围。该方法现在已很少使用。

图4 往返式顺序编码

目前常见门址编码是沿街道“奇偶式”顺序编号法，即单双号门牌各占街道一侧，从始端往末端由小到大编排，编码规则如图5所示。该方法要求街道两侧编号同步前进，保证了两侧号码的齐次性。

图5 奇偶式编码

当街道很长时，顺序编号的值会变得很大，因此在许多国家和地区往往采取“对街道进行分段”的办法，降低门牌号的长度。特别是在美国、加拿大，由于这些国家比较重视街道和门址的规划，有些城市不但对门牌进行了编号，对街道也编号管理。美国纽约通过与某街道相交的其他道路编码即可判定该道路内门牌号码的范围［8］。

三、门牌系统的空间特征分析

1.门牌的空间框架

门牌是关于空间实体的编码标识，编码的行进路线与城市空间格局有关，也与人们查询定位空间实体位置的习惯有关。不同的行进路线决定了编码的组织方式，也影响着编码的稳健性［9］。门牌编码的基本空间框架主要有街区框架和街道框架两大类。

以街区为单位实施门牌编码的城市，前提是城市结构属于区块结构，每个街区具有功能上的同构性。这些城市弱化了城市街道的贯通作用，强化了小范围的区域功能。该框架下编码的最大优点是不管街区内建筑物是面向街道还是位于街区内部，它们的编号属于同一编码体系，编号之间具有连续性。由于街区编码是大区域套小区块，编码的组织管理适合采用层次模型。

基于街道的门牌体系是一种线性特征编码规则，它体现了人们沿街查询定位的思维模式。街区内建筑物被划分为临街和不临街两类，临街建筑物各有街道归属，不临街建筑一般根据主大门便捷通达的原则划分街道归属，一旦确定了所有建筑的街道归属，便可按照相应的街道编码规则进行门牌的编码。基于街道框架编码最大的优点是便于沿着街道查询地址，不足之处是街区内部的门牌编号会对整个编码系统产生影响。如图6所示的东风大街11号和福寿大街30号两栋建筑，它们是街区内相邻建筑物，但根据可通达原则分属于不同的街道，因此其编码体系也不相同。

图6 相邻建筑物具有不同编码系统

一个影响街道编码系统稳健性的原因是编码路线不是一直沿着街道前进，而是经常性出现“拐弯”。如图7所示，在东风大街9号东侧，有个向北的胡同，门牌号跟进去转了一圈出来时，在胡同口的另一侧已经到了27号，形成了沿街门牌号的跳号。

图7 胡同口的跳号

正是因为门牌编号轨迹与街道前进方向的不一致，才对街道门牌系统的线性连续分布造成了影响。为了保证街道框架下门牌系统的稳健性，本文设计了两种方案避免主干街道门牌号的拐弯:一种方案是副号编码法，即将沿胡同进入街区内部的建筑以胡同口处门牌号的副号进行编码，如胡同处编号为11号，则胡同内的编号为11(1)、11(2)…;另一种方案是复合编号法，即将胡同进行命名或编号，然后对胡同内建筑物重新编号，如东风大街张家胡同1号，即将张家胡同与东风大街主干线上的门牌号同等看待，在此基础上再针对胡同内建筑物进行编号。两种方法虽有不同，但相同之处是取直了东风大街门牌号的编号轨迹，保证了主干街道上沿街门牌号的连续性，如图8所示。

图8 胡同(虚线)内的门牌编号不影响街道直线编号

2.门牌的空间指位特征

门牌号之所以受到大家的认可，主要是因为它具有较强的空间指位特征，人们不需要记住烦琐的位置描述，利用简洁的门牌便可快速、准确地进行定位。最初，统治者因征兵、治安、税收等目的需要［10］，给每家每户一个编号，即将门牌固定在各家的门口，那时门牌号的空间指位是住户;随着城市建筑物形式及空间格局的变化，门牌号的空间指位特征也在悄悄地发生着变化，院落是一组建筑物的集合体，多家共享相对独立，院落的出现使门牌号由单户独有变成了多户共享;后来又出现了高楼大厦等大型建筑，许多单位和住户共享大厦的立体空间，门牌又成为大型建筑体的编号。从门牌号的英文翻译也可以看到这样的变化，一开始门牌号译为house number，现在许多地方翻译为 building number。

从每户一牌到多户一牌，从单户住宅点到院落面再到大厦体，门牌的空间指位对象在不断升级，这种变化使门牌从每家每户的指位功能中解脱出来，从而更加专注于标识完整的空间实体。

门牌与其空间框架之间的关系是衡量门牌系统合理性、稳健性的关键。在以街道为框架的门牌系统中，街道可看做是门牌号的容器。由于街道呈线状空间特征，并且门牌数量是可数的，因此门牌号所标识空间实体在街道中呈现出的空间特征只能是线段，如同将院落、大厦等投影到街道上，如图9所示。

图9 建筑物在街道中的一段位置

完全按照现状计算空间实体在街道上的投影，投影段之间恐怕长短不齐，若能预先将街道划分段落，然后将门牌号与各分段绑定，则无论是否有建筑物，街道上某个位置的门牌号已经确定了，这就是量化编码法。而距离编号测度的是门牌位置点与街道始端之间的距离，理论上这样的点在街道中可定出无数个，即使距离值取整数，门牌号的数量之多、数值之大也是很难被接受的，建议有关城市慎重使用。图10是两种编码在街道上的空间特征。

图10 距离编号与量化编号空间特征比较

四、分段量化编码技术

Dale L Zimmerman认为街道越长，门牌号编号越大，门址编码的匹配误差越大［11］，因此从头到尾对一条街道顺序编码的传统做法并不可取。借鉴美国纽约市分段编码的做法，对量化编号方法进行改造，笔者提出了门牌的分段量化编码方法。

1.两个前提条件

1)只有临街单位、建筑物才允许分配整数门牌号，拐入胡同或在临街建筑后面的建筑物只能使用副号，如东风大街11(2)。

2)沿街每栋建筑只能有一个整数门牌号，其他附属于该建筑的门店只能使用支号，如东风大街11-1。

2.街道分段的划分

这里所说的分段是指利用街道(包括规划未建)之间的交叉关系，将完整的街道划分成不同的区段，量化编码时基于每个区段分别进行，如图11所示。

图11 街道区段划分

3.分段量化规则

按照奇偶序号编码规则，假定每个区段门牌编号有2N个，则街道两旁单数和双数的门牌数量分别为N个。

设第i个区段的长度为Si，则在第i路段每个门牌号的量化长度Li=Si/N。

理论上，在该区段从起端往终端每量取Li的长度，便可设置一个门牌号。

结合城市道路密度的规划要求，杨佩昆教授结合公交运行、交通信号控制系统的要求，得出适宜的干路交叉口间距为500 m左右的结论［12］。笔者统计了潍坊中心城区街道的区段长度(如图12所示)，可以看到400～1000 m之间的区段占绝大多数，大于1500 m的区段很少，只是在外环等交通外围主干街道上偶尔出现。

图12 潍坊市城区街道区段长度分布

因此，若设每个区段分配100个门牌号，区段长度以500 m和1500 m分别计算量化距离，则每侧各50个门牌的量化长度应为10～30 m，完全能够满足门牌标识大厦的要求。

分段量化门牌编码由区段号与量化序号两部分构成，后两位是段内编号，后两位之前的部分则为区段编号。若区段编号从零开始，按照2N为100进行量化，则形成的编号规则如图13所示。

该编码在形式上与传统编码看起来非常相似，编码小且符合人们使用顺序编号的习惯，即使街道过长分段数大于10，编码最多也就4位，这些优点是距离编码不能比拟的。

图13 分段量化编码规则

五、结束语

分段量化编码法的提出，较好地解决了门址系统缺乏稳健性的问题，并且门牌号的有序性、指位功能得到进一步强化。对比传统的序号编码法，该系统具有更强的稳健性，在保留了原序号规则的基础上，实现了门牌号与街道分段的绑定，系统不会因城市建筑物的增减、易主而产生门牌号的混乱;对比距离编码法，该系统更符合序号编码规则，便于记忆和使用。借用一句古话“铁打的营盘流水的兵”，分段量化街道就是打造了门牌的营盘，道路两旁的建筑形式、使用单位可能经常变化，但门牌号却不会随之改变。

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