城市色彩设计.docx
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城市色彩设计
绪论中部分内容
自改革开放以来，中国城市经历了二十几年的高速发展，经济体制由计划向市场转型，原有城市不断扩大，中小城镇迅速崛起，城镇化率高速增长，截止目前，我国的城镇化程度超过了50%，呈现出加速的趋势，涌现出了问题。
受全世界范围内占主导地位的单一的城市化进程模式和城市文化多样性的丧失的影响，我国现代城市发展的进程，也给城市环境带来了诸多难题。
在我国，城市规划是研究城市的未来发展、城市的合理布局和综合安排城市各项工程建设的综合部署与发展的总体蓝图，从整个规划体系来看，即是区域规划的子系统，也是详细规划的母系统（曹康，2006）当前，我国的色彩规划往往作为城市规划体系中的一类专项规划而存在，城市规划的总体思想和构思决定了色彩规划的布局与管控，而色彩规划亦形成对城市规划的反馈，为城市规划的空间实践提供必要的手段和依据，同时其规划成果，反过来又对新建、改造和保护的城市规划要素产生积极的影响。
从新型城镇化过程中应当应当基于“评估差距——树立目标——确立行动计划”的系统化思路（单卓然，2013）来看，如何实现规划内涵、规划目标、规划内容的有机统一，是十分值得探究的。
常见的色彩分类的基本方式有两种。
一种是郎科罗的经典色彩分类观点，通过对色彩视觉效果的调查与归纳，利用简化的技术手段处理复杂的色彩问题，并通过主辅色调进行量化分析（Jean-PhilippeLenclos，2004）。
从本质上说郎科罗的色彩分类方法是基于对象的固定——非固定的程度进行的。
另外一种是GalenMinah（2002）在对西雅图的色彩调查研究中对色彩的色相进行的分类方法，即把环境中居于同一色相或在色相环上分布靠近的几种色彩分成一类。
按照这种分类方法，衍生出色彩星座（ColorConstellation）概念的分类手段：
从较高的位置对城市拍摄全景照片，按照“星座”概念将相近或相似的色相类型进行分类，，并具有“纯度值越高则越明显”、“事物的几何结构不明显时色彩才能分离出来”、“色彩星座的色彩元素相近的大小面积和外形轮廓”等特征。
在日本，1978年神户地区出台了第一部城市色彩规范。
在接下来的几年，又对其进行了进一步完善，从不同的层面和角度提出了色彩应用的规则1995年，大阪市制作了该市的城市色彩景观计划手册，2004年，日本国土交通省通过了《景观法》（苟爱萍，2011），将城市景观设计中的色彩规范作为非常重要的强制性内容。
除日本以外，韩国也对色彩规划非常重视，出台了一系列与城市色彩有关的建筑设计指南。
（安平，2010b）。
人地关系一直是地理学领域研究的重要课题。
对于城市色彩而言，其形成与发展受到“人”、“物”、“空间”的影响，从地理学的视角上看，本质上属于人地关系研究的范畴。
西方地理学者从不同的角度探讨了人地关系的演化发展、空间分布及其内在逻辑，出现了以地理环境决定论、可能论与或然论为代表的早期理论思想，以及以“适应论”、“协调论”为代表的现代人地关系理论（图2）。
HarlanHBarrows（1923）在美国地理学者协会会刊上发表了《GeographyasHumanEcology》一文，认为地理研究的目的并不在于对客观自然现象的考察，而是在于对人类与地理环境的反应与互动关系的探究，并在此基础上形成对人地互为作用下时空规律的把握。
因此，这种观点又称为“适应论”，终极目标是在互为“适应”的基础上找到良好的人类生存方式。
此后，英国的著名地理学家罗士培（PMRoxbz，1930）在这种“适应”的基础上，进一步提出“人地协调”（Adjustment）的观点，指出虽然自然环境条件对人的活动起到了很大程度的限制作用，但人类活动与自然环境之间，还具有整体与对称，一致与有序的特点。
基于人地关系思想的地学信息图谱
（1）地学信息图谱的基本构想。
“图”主要是地图中反映出的形象化空间信息，也包含了图像解释等其他的图形化表达。
而“谱”则是对事物对象的秩序化排列，是按照空间特性与时间特性序列所构建的表述体系（廖克，2002）。
因此地学信息图谱兼有“图”与“谱”双重属性，从时间和空间这两个维度共同揭示地理要素的发展和变化，，并丰富了地理学术研究的研究理论框架和方法体系。
在地学信息图谱的研究过程中，地理信息单元、地理信息反演构成其主要思想（图4）。
而对于城市色彩的研究，地学信息图谱与数学模型都能揭示时空关系，两者不同在于前者直观，后者精确。
因此，地学信息图谱和数学模型需要结合在一起使用，更能有效的在色彩规划中发挥作用。
（2）以“地”为重点的地学信息图谱的建模与表达。
地理学一向对于“地”的格局、过程，以及尺度等方面有着广泛的研究。
在针对城市色彩的研究中，地学信息图谱的表现也多种多样，其类型划分的标准也应当服从城市色彩的研究目标与任务。
而地理信息系统的广泛应用（SheppardE，1995；SuiDZ，2004），在引发了地理学信息图谱的普遍关注。
因此，论文结合面向“地”的特征，在侯永平等（2009）对地学信息图谱分类（表6）的基础上，对城市色彩的地理信息系统（GIS）应用类型描述如下：
按城市色彩研究对象，分为宏观、中观、微观三种图谱类型。
虽然基于微观、中观、宏观的划分只是一种参考意义的研究尺度标准，但是在与MichalPacione（2010）总结的城市地理学中的“邻里”、“城市”、“区域”、“国家”与“全球”五个分析层次相结合后，可以得到城市色彩研究的明确的尺度特征。
因此，论文中的图谱类型，以尺度的划分可以表述为：
基于微观、体现邻里尺度上色彩空间单元的地学信息图谱，基于中观的、体现城市尺度上色彩结构性的地学信息图谱，以及在区域尺度及以上尺度的地学信息图谱。
（3）以“人”为重点的地学信息图谱的建模与表达
传统的地学信息图谱的研究是把“人”抽象化，更加注重人的群体表现，因而人的个体特征直接被忽略掉。
同时，“人”的定义是模糊的、抽象的，其粒度研究层次也比较粗。
人地关系在我国的地理研究中，注意“地”而忽视“人”（龚建华,2006）。
在地理信息系统软件的理念和表达上，“地”的部分往往得到了充分的展现，“人”的部分则往往被忽略。
遥感技术的不断完善所带动地理学研究的变革，此时人已经可以作为个体被识别，一部分学者的研究重点开始转向于人与地理位置之间的微观影响与作用，当前，人地关系中“人”的作用越来越受到重视，并体现出其强势地位，其人的个体、人的群体、人的组织关系和社会关系在以地理信息系统为代表的图谱应用中逐渐成为了可能（表7）。
而贝塔朗菲强调整体性，将其处理问题的核心，并以此作为把握事物的特点和规律的核心，从而科学研究的思维转化。
（Bertalanffy，1968）。
并引发了以耗散结构理论、协同学、突变理论、混沌理论为代表的自组织理论群（成思危，1999）。
此后法国哲学家莫兰（MorinE）进一步将这种复杂观念为所指引的科学研究范式统称为复杂性范式（赵珂，2007）。
适应性主体与环境的交互模型（“Echo模型”）
霍兰从遗传学的角度建立了适应性主体与环境间的交互模型，即“Echo模型”（回声模型）。
这是从微观研究向宏观研究转向的关键一步，也是复杂适应系统理论对系统科学的突破性贡献。
在适应的主体与外界环境的交互过程中有两个重要概念：
位置和资源。
位置是指主体所处的环境，以及生存和发展的空间；资源指代物质、以及非物化的能量或信息，并体现出“流”的发生。
主体通过选择合适的位置获取所需要的资源，以获得生存竞争优势。
在此基础上，“Echo模型”包含了基本模型与扩充模型两个方面。
（1）“基本Echo模型”。
在这个基本模型中，不同主体的位置和资源关系，通过“标识”形成资源和信息的交换，通过这种交换来获取自己生存的必要资源，以及用于存储的加工资源的资源库。
主体之所以存在的目的，就是为了在环境中寻找资源，并与其进行资源交流。
因此，主体能够“适应”的关键在于，只有在收集了外界环境足够的资源与信息的时候才能繁殖，因而主体的适应度隐含在其“收集能力”中。
（2）“扩充的Echo模型”。
由于前面论述的基本“Echo模型”过于简单，无法精确描述较为复杂的适应性行为，因此霍兰对这个模型又进行了扩充（Holland,1996），形成了“扩展的Echo模型”（图5），扩充后可以描述更加复杂的主体与环境交互情况。
新加入的机制包括：
选择性的交互机制，粘着机制，以及条件机制。
这些条件与机制的设计，从总体上看，包括了环境参数与因子，适应性参数与因子，以及作为适应的结果三部分。
适应性主体的“内部模型”（“Internal模型”）
在复杂适应系统理论中，主体是具有主动的适应性特征。
因此必须明确具有主动性的个体是怎样适应和学习的，需要对适应性主体的基本行为模型对此加以理解和描述。
从单一主体的适应性行为来看，从“规则建立”，到“规则的信用分派”（CreditAssignment），再到“新规则的形成”成为主要的三个阶段（Holland,1996）（图6）。
（1）建立基本的“刺激-反应”（if-then）规则。
“刺激-反应”规则是主体内部的简单的行为规则，是对主体基本性行为的一般性列举。
但是从“适应”的角度出发，这种列举缺乏对多样性的关照，因此，还需要在建立刺激-反应（if-then）规则的基础上，通过信用分派机制为这些规则做出改良。
（2）对基本“刺激-反应”规则的“信用分派”（CreditAssignment）。
即借助类似生物的遗传的特性，为既有的刺激-反应规则赋值，数值越大表明规则的适应性更强，信用度越高，更加有利于主体的生存和发展。
（3）新规则发现。
主体在适应过程中，对若干具体规则的高信用度（适应度）部分进行重组所形成新的规则，可以提高主体对环境的适应能力。
在这个过程中，通过“标识”的作用，进一步加强主体与环境的信息交流，从而丰富微观适应性主体的行为模型。
人本主义的城市设计途径
城市设计（UrbanDesign）在1950年代被引入到国内，《中国大百科全书》条目称：
“城市设计是对城市体形环境所进行的设计，也称为综合环境设计。
城市设计的任务是为人们各种活动创造出具有一定空间形式的物质环境。
”（中国大百科全书，1988）一般来看，所谓人本主义的城市设计，是指在城市三维空间内，对城市形体与状态的设计成果需要考虑到人的实际感受，同时设计的过程亦需要充分引导公众参与，即从人的角度出发，满足个体的心理、生理，以及人类群体组织与社会发展的需要所进行环境设计。
（1）自然地理环境
自然地理环境是指自然状态下中的地形地貌、气候、水文、土壤、植被的要素综合。
在其要素间的互相影响和相互作用下，条件、资源、环境功能成为城市色彩发展演化的载体，促使城市色彩表现出不同的风貌特征。
在城市化快速进行的今天，绝大部分自然生态都受到了人工不同程度的影响。
与普通的自然环境不同，城市系统中的自然环境大多是以人工为主导的半自然环境。
如果说纯粹的自然环境是以气候、动植物分布、土壤分布为中心，那么城市自然环境就是人为改变了的、长期受人类活动影响的、以人为中心的陆生环境，而更加强调自然要素作用于城市空间而带来对城市结构、形态、色彩等各方面活动的影响。
（2）人工建成环境
城市是人类活动的中心，随着人类群体与社会组织关系的演化变迁，城市作为一种聚落空间得以出现并逐渐扩展，决定着城市的色彩。
而城市中的人工建成环境中承载了“资源、生产、流通、分配、交换、消费”等多个环节。
城市中的建筑、基础设施和交通可以归总为城市人工环境中的物化要素，构成了承载城市色彩要素与物化实体的硬件。
其中，建筑环境作为各类人工构筑物的总和，是在不同时期的科学规律、美学思想及风水观念的影响下逐渐形成的。
而城市建成环境中的基础设施则侧重于各种管线和公共服务设施；交通在此侧重于狭义上“人与物的运输与流通系统，包括各种现代的交通运输方式”。
此时，城市人工环境中的用地、建筑、基础设施、交通是适应性环境的外在表现形式，结合了城市系统的文化、社会、经济、以及人与环境之间的关系后，集中地表现在城市系统的功能结构、形态特征、景观特色以及色彩风貌上。
（3）文化环境
城市是人及人类集团的空间承载，同时绝不仅仅是许多单个人的集合体和简单聚集，更是一种心理状态，是各种文化和传统构成的整体，这种文化和传统对城市色彩的形成与发展具有无可估量的作用：
人的活动与城市空间密不可分，作为人类行为的结果，在人类及人类社会群体的社会组织关系形成过程中，城市空间中的色彩被有意识或无意识的创造出来。
从关于城市文化环境的具象推演来看，台湾学者张丽堂学者对于文化的定义，将城市文化看作是人类在都市社会组织中所获得的各方面能力与习惯，以及所具备的知识储备、宗教信仰、道德规范、风俗习惯以及艺术修养。
因此，色彩作为人类的行为与生活方式的产物，无时不刻被城市内在与外在的文化环境所“形塑”着。
几种适应性机制
（1）“标识”（Tagging）机制
在色彩规划中引入标识的概念，可以认为色彩是经由心理投射物化为文化、自然、城市功能组织的空间符号。
在复杂适应系统理论中，适应性的主体与所处环境之间需要信息的沟通交流，但不能盲目的信息流动。
“标识”正是为了解决这个问题，提供了主体在环境中进行信息的搜索、接受、传递交换的具体实现方法（Holland,1996）。
而在城市色彩规划中，进一步看这种标识机制，由于城市色彩规划的价值取向必须克服色彩影响因素的多样性和不稳定性带来的弊端，因此，标识的概念更需要以拟人化的角度去理解：
由于城市中不同人群（以观察者区分的常住人群、旅居者人群、少数族群，或以规划参与者所区分的公众、专业人员、政府机构）的经历的差异，不同人的价值标准会大不一样，城市人群按照其行为特征与文化背景的不同体现为一些亚文化的圈层。
即使同一类人群的内部在对色彩的感受也不相同（曹晖，2007），色彩本质上之于人的群体与个体作为一种可识别性的存在，而标识概念真正起到的作用是它能够为不同的人群提供一种稳定的色彩视觉符号，有助于形成社会群体的共同记忆与可识别特征。
因此，这种“可识别”的色彩标识是形成城市色彩规划的关键（图9）。
（2）“积木”（BuildingBlocks）机制
现实中的城市色彩研究往往建立在一个有限的样本之上，因此需要复杂适应系统中的积木机制和内部模型（“Internal模型”）一起加强层次的概念（Holland,1996），它们提供了把不同城市空间层次中的要素与规律“封装”起来。
而城市就像是由很多类似的积木搭建而成的，而这些积木如同生物学中的细胞一样含有细胞核以及各种各样必备组织，每一类组织都必不可少。
此时，细胞核及其它必备的组织作为一个个独立存在的、小的自适应体系，通过积木搭搭建，构成了大的、适应性的城市系统（仇保兴，2009）。
因此，在城市色彩的适应性研究中，可把城市中基于文化、功能、自然等个层次的色彩规律与要素构成，理解为经由一个内部的模型“封装”起来；有了邻里尺度、城市尺度的“细胞”，才有了区域尺度中城市整体的色彩面貌（图11）。
（3）“集聚”（Aggregation）特征
在复杂的适应系统中，较高层次的个体由低层次个体通过一定的方式相结合而形成（Holland,1996）。
城市系统也体现了这种动态聚集：
由较小的、低层次的、微观的物化特征，通过某种一定的方式相结合，形成较大的、高层次的、宏观的色彩特征（图12）。
满足特定的环境条件后，所形成的集聚体即像一个单独的主体那样在系统中行动，这通常也是色彩的宏观性质产生变动的转折点，也是适应性主体的降低成本、共享信息、提高生存能力的一种方式（李明，2016）。
在城市色彩规划中，集聚这个概念正是以另外一个角度理解其适应性：
它不是简单的将色彩进行合并与色彩外在载体的互相吞并，而是通过聚集与整合，为了在不断适应新环境中得到改进和更好的发展。
同时，受人为干预的影响，色彩的物化实体在城市空间中的集聚行为凝集了了大量的“智能化”因素，经由色彩要素微观上的聚集聚集，形成了宏观演化与发展的非线性机制。
（4）“流”（Flows）的特征
城市色彩与人产生有的心灵的沟通，构成了一个“流”的反馈回路。
色彩形式的“流”作为一种视觉心理认知形态、一种隐性的价值判断体系的抽象和演绎。
在复杂适应系统中，可能相互作用的主体依靠流的特征进行连接。
此外，这种流的性质会随着主体相互之间、或主体与环境之间的适应程度的不同加强或减弱。
以此同时，流所构成的的网络也伴随时间的流动及主体经验的增加，体现出适应性的形式。
当把色彩的反馈回路纳入到人的价值判断体系时，就在特定区域内促成特定的城市意象。
从当代城市意象研究开始，人对城市环境知觉的、感觉的形式一直是城市与城市规划理论关注的核心：
城市色彩的意象形成于观察者与观察对象在空间或形态上的联系，经由这种联系，色彩要素与实体需要成为观察者情感的某种精神，而这种精神联系是完全不同于空间和形态的物化关联，论文姑且把它称之为一种“流”的关系。
研究的技术手段
（1）经典色彩调研取色手段
经典的以“色彩地理学”（Lenclos，1989）为代表的的取色手段可概括为两种：
比色卡取色法，即采用人工肉眼与色卡进行比较，从而进行判断与取值。
仪器测色法，即采用用专业的测试仪器进行色彩测试与读值，同时也包括数字相机拍照等手段。
比色卡取色法（Jean-PhilippeLenclos，2004）。
首先进行的是现场的材质取样，当遇到无法取样的材质时，可以用色卡对比将其数值复制。
目前，对于色卡的选择较多，有如美国的潘通PMS色卡（PantoneMatchingSystem）、瑞典的NCS色卡（NaturalColorSystem），德国的RAL色卡。
二是仪器取色法（Sakahare,2000）。
仪器取色法获得的CIE读值可以转换表换算成相应的Munsell读值，按照是否与被测物体接触，其取色方式主要分为接触式与非接触式两种，接触式价格较低且方便携带。
还附带色彩校正管理软件
（2）Itti显著性模型
Itti显著性模型基于RGB色彩模型进行，通过定义r、g、b分别对应于基于原色相混原理中的红、绿、蓝三个色彩通道，并转换为四个通道，分别是：
红色通道R=r-（g+b）2
绿色通道G=（r+b）2
蓝色通道B=b-（r+g）2
黄色通道Y=（r+g）2-r-g2-b（负值置为零）
由高斯滤波方法设定4个不同的方向θ，θ∈{0°，45°，90°，135°}
然后将图像按照人类的视觉特征形成不同像素组合尺度的高斯金字塔，形成颜色、方向、强度等方面的图像特征图：
颜色Rg（c,s）=（R（c）-G（c））Θ（G（s）-R（s））,By（c,s）=（B（c）-Y（c））Θ（Y（s）-B（s））
强度 I（c,s）=I（c）ΘI（s）
方向O（c,s,θ）=O（c,θ）ΘO（s,θ）
Θ为不相同的像素组合尺度空间特征图里与之对应点的差值，c表示画面像素的中心尺度，取值为c∈{2，3，4}；s=c+δ表示该像素四周的相应尺度，而δ∈{3，4}。
通过线性插值将标准化之后的特征图设置到同一大小后，相加算出强度、颜色和方向上的显著性图。
最后将标准化各显著性图，通过线性相加得到图像的显著性图。
该模型能够行之有效地计算复杂自然场景（尤其是数码相机图像）的视觉显著性区域。
（3）空间数据库技术
在城市环境中，适应性城市色彩规划的过程中，色彩呈现为一些稳定的视觉符号。
因此，色彩的空间数据库的建立，是以城市空间单元的数字化图像为输入对象，通过计算分析和认知学习过程，研究色彩感知的心理和生理的标识特性，实现对色彩标识的语义解释、分类、存储。
在此基础上构建的空间数据数据库不但可以归纳出简明的现状城市色彩谱系，还能客观、形象地反映城市内部的自然规律和文化发展的规律。
Geodatabase空间数据库是ESRI公司在其新一代GIS平台软件ArcGIS集合了面向对象数据模型技术，用户可以按照相关需求构建出不同的综合应用。
而Geodatabase则是这种构建的结果，运用开放的结构，将矢量地图、栅格影像、三维地形及其空间属性进行统一封装。
另外，Geodatabase管理数据的方式与Windows中的资源管理器十分相似，它通过特殊的图标来表达Geodatabase中各种元素的角色，并揭示地理数据库的结构（图16）。
所有的地理数据可以跨一个或多个Geodatabase存储，也可以被组织成大的专题类别，如土地、交通、环境、公共基础设施。
元素包括：
（1）要素（Feature）和对象。
要素是具有空间信息的对象，对应于关系表中的行。
（2）要素类（Featureclass）和对象类。
要素类是几何特征相同、属性字段相同、空间参考（坐标系、投影）相同的要件的集合。
（3）要素数据集合（FeatureDataset）。
（4）关系和关系类（RelationshipClass）。
关系类是作为一种表格，用于储存多个要素类中对象和要素之间的相互关系，可以定义在要素数据集内，也可以在要素数据集之外。
（4）层次分析技术
采用层次分析法可以确定来自外部环境的色彩影响因子的权重。
在论文中，指标体系构建后，明确研究目的，设计调查表，然后
在相关研究领域甄选的若干位专家进行打分，分别构造得到A—B（二级指标层因素相对一级指标层的比较判断矩阵）；B1—C，B2—C，B3—C；C1—D，C2—D，……，判断矩阵，依次计算得到四级指标权重值（表1）。
从而可进行单因素指标估算、分类和综合评价。
数学表达为：
第一步，将判断矩阵每一列进行标准化：
第二步，每一列经标准化后的矩阵按行相加：
第三步，对向量标准化求特征向量W，W是权重
第三步，对向量标准化求特征向量W，W即权重：
第四步，计算判断矩阵的最大特征根λmax
式中：
（AW）i表示向量AW的第i个元素。
第五步，判断矩阵进行一致性检验（29）：
式中：
CI为平均随机性指标，当CI=0时，判断矩阵具有完全一致性。
为了检验判断矩阵是否具有满意的一致性，需要将CI与同阶平均随机性指标RI进行比较。
CR=CI/RI
（5）空间敏感性评价技术
空间敏感性评价是一种定量描述输入变量对输出变量的重要性程度的方法（蔡毅，2008）。
由于城市中色彩要素与实体在时空中的混沌运动，无论是离散的或连续的，低维的或高维的，均具有一个基本特征，即系统的运动对初值（可认为是时间维度上的某个基点的值）的极度敏感度。
这种敏感度，一方面反映出城市色彩的随机性运动趋势非常明显；另一方面也导致了城市色彩演化与发展的不可预测性（房艳刚，2006）。
空间敏感性分析的数理模型可以简单的表示为：
y=f（x_1,x_2,…x_n）
式中y可以较为笼统的表述为城市色彩规划中体现出的色彩要素与物化实体的秩序性内容，xi表述为若干色彩要素所指代的空间属性值。
从心理学家库尔特•勒温（KurtLewin）的行为公式B=f（PE）（库尔特•勒温著，1987）可以看到，人对城市色彩的视觉感受是“心”与“物”两者相互间关系升华的产物，同时，由于城市可以看做是由一些相互叠加的“层”所组成（UngersOM，1997；陈少明，2012），因此色彩规划中的空间敏感性的评价，依赖于心物关系影响下的外部环境的属性叠加综合，进而形成形成空间敏感性评价的判断依据如下：
第一个判据是，色彩要素的转换能力与人能够理解到的自然规律相关，此时x1表述为自然环境所指代的空间属性值。
人们对色彩的感受通常来源于对物理规律的认知原始的人类在与环境斗争中积累和培养了这种对简单色彩的视觉反映能力。
第二个判据是，色彩要素的转换关键在要素和实体的变化之处，此时x2表述为人工建成环境所指代的空间属性值。
即由城市功能变化导致的色彩变化，而不是色彩现象本身，而是涉及涉及色彩要素所指代的城市功能。
也就是说，色彩的视觉上的变化不足以引起注意力的变化，能引起注意力的地方仅在于色彩的视觉变换之处。
第三个判据是，人有一种与生俱来的对外界环境的认知框架，此时
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