三維街景數(shù)據(jù)在特大城市街區(qū)道路環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估中的應(yīng)用
——以北京市為例

關(guān) 麗，丁燕杰，陳品祥，熊 文，劉 璇，馮學(xué)兵

(1. 北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院城市空間信息工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2. 北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，北京100022)

三維街景數(shù)據(jù)在特大城市街區(qū)道路環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估中的應(yīng)用——以北京市為例

關(guān) 麗1，丁燕杰1，陳品祥1，熊 文2，劉 璇2，馮學(xué)兵1

(1. 北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院城市空間信息工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2. 北京工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，北京100022)

從特大城市街區(qū)單元的道路環(huán)境問(wèn)題入手，在明確了三維街景數(shù)據(jù)獲取方式與特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于三維街景數(shù)據(jù)的城市區(qū)域街區(qū)單元的評(píng)估模式。這種借助于傾斜攝影測(cè)量和車載移動(dòng)設(shè)備的三維街景數(shù)據(jù)，將大大提高城市區(qū)域評(píng)估的效率和準(zhǔn)確率，并高效擴(kuò)大評(píng)估的范圍。本文基于這種最新的城市區(qū)域評(píng)估模式，利用街區(qū)道路環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估模型對(duì)北京市典型區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了街道環(huán)境的評(píng)估。通過(guò)對(duì)街區(qū)單元的道路環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于三維街景數(shù)據(jù)的特大城市街區(qū)單元道路環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估模型對(duì)于提高評(píng)估效率和準(zhǔn)確率具有大幅幫助。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，北京市機(jī)動(dòng)車占道、綠蔽缺乏、欄桿惡劣、街道失落的情況仍很嚴(yán)重，街區(qū)單元道路環(huán)境的改善任務(wù)仍很重。研究成果將為城市精細(xì)化管理和城市設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐，為城市形象改善提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三維街景數(shù)據(jù)；街區(qū)單元；城市現(xiàn)狀評(píng)估；道路環(huán)境

目前，特大城市的街區(qū)單元道路環(huán)境問(wèn)題很多，包括機(jī)動(dòng)車占道、綠蔽缺乏、欄桿惡劣、街道失落等。對(duì)于街道單元環(huán)境現(xiàn)狀的有效評(píng)估，是量化街道環(huán)境問(wèn)題的有效解決方式，明確城市在該方面問(wèn)題的嚴(yán)重程度，以方便后續(xù)的街道環(huán)境改造和升級(jí)。因此，要解決街道單元環(huán)境問(wèn)題，首先要做好街道環(huán)境的評(píng)估工作[1-3]。街道環(huán)境評(píng)估方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者有較為豐富的研究，多集中在商業(yè)街區(qū)、居住區(qū)、開放式廣場(chǎng)公園等城市地區(qū)[4-6]。潘海嘯等提出了鼓勵(lì)街道中多樣化的活動(dòng)是提高街道吸引力的重要的方法[7]；卓健介紹了歐洲城市機(jī)動(dòng)性概念及人性化交通建設(shè)[6]；有作者整理了日本小城市居民在濱水環(huán)境的主要行為模式，提出應(yīng)在特定區(qū)域兼顧特定人群需求；有作者介紹了完整街道政策；有作者介紹了綠色街道景觀設(shè)計(jì)層次與步驟；有作者介紹了澳門的微綠地設(shè)計(jì)實(shí)踐。有作者曾指出，人行道越狹窄，孩子玩耍時(shí)對(duì)于車行道的騷擾就會(huì)越多[7-9]。這些研究主要基于理論層面，但目前仍沒(méi)有發(fā)現(xiàn)基于三維街景數(shù)據(jù)探索街區(qū)單元道路評(píng)估模式的研究。本文基于三維街景數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了全新的北京市街區(qū)單元道路環(huán)境的現(xiàn)狀評(píng)估研究。

1 三維街景數(shù)據(jù)的獲取與評(píng)估應(yīng)用模式

三維街景數(shù)據(jù)由于其高定位精度、紋理可視化強(qiáng)、可測(cè)量等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市精細(xì)化管理的各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。在明確三維街景數(shù)據(jù)的獲取原理基礎(chǔ)上，將詳細(xì)論述三維街景數(shù)據(jù)在城市街區(qū)單元道路評(píng)估中的應(yīng)用模式。

1.1 三維街景數(shù)據(jù)的獲取方式

三維街景數(shù)據(jù)的獲取方式總體上可分為基于車載激光掃描技術(shù)、基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和地空一體化混合建模技術(shù)等3種模式，技術(shù)成果如圖1所示。

圖1 不同技術(shù)手段獲取的三維街景數(shù)據(jù)

(1) 基于車載激光掃描技術(shù)。車載激光掃描技術(shù)是通過(guò)將激光掃描儀置于移動(dòng)平臺(tái)之上進(jìn)行作業(yè)的方式[10-12]。

(2) 基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)?；趦A斜攝影測(cè)量技術(shù)獲得的三維街景數(shù)據(jù)，是從高空俯瞰的模式獲得的數(shù)據(jù)，主要用于獲取城市道路和建筑頂部及側(cè)部的紋理[13-15]。

(3) 地空一體化混合建模技術(shù)。地空一體化混合建模技術(shù)屬于三維街景模型的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，是將基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲得的俯瞰紋理與基于車載激光掃描技術(shù)獲得的平行視覺(jué)紋理進(jìn)行一體化拼合處理，通過(guò)高精度對(duì)接，最終形成自動(dòng)化三維建模手段。此種技術(shù)由于對(duì)車載激光掃描技術(shù)要求高，目前仍處于試驗(yàn)階段。

1.2 三維街景數(shù)據(jù)的應(yīng)用模式

在明確三維街景數(shù)據(jù)的獲取方式之后，三維街景數(shù)據(jù)的應(yīng)用模式就比較明顯。在沒(méi)有應(yīng)用三維街景數(shù)據(jù)的城市區(qū)域評(píng)估模式中，往往是采用基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)+外業(yè)人工屬性獲取的方式去獲得城市區(qū)域的現(xiàn)狀，耗費(fèi)大量人力物力。當(dāng)引入三維街景數(shù)據(jù)之后，取代了外業(yè)人工核查的方式，節(jié)省了人力物力。同時(shí)，快速更新的三維街景數(shù)據(jù)可對(duì)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行更新和校核。

圖2 基于三維街景數(shù)據(jù)的城市區(qū)域評(píng)估模式

2 街區(qū)單元道路環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估模型

街區(qū)單元道路環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估模型是為了解決在街區(qū)這個(gè)層面上道路環(huán)境的現(xiàn)狀評(píng)估問(wèn)題，主要指街道環(huán)境評(píng)估模型。

街道環(huán)境評(píng)估模型將街道分為城市道路和非城市道路，非城市道路包括居住區(qū)道路、胡同等，對(duì)于城市道路和非城市道路采用不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。本文重點(diǎn)評(píng)估城市道路，包括人行道寬度、自行車道寬度、機(jī)動(dòng)車占道停車等幾個(gè)指標(biāo)，街道環(huán)境評(píng)價(jià)模型指標(biāo)體系見表1。

表1 街道環(huán)境評(píng)價(jià)模型指標(biāo)體系(城市道路)

3 應(yīng)用案例

本文選擇典型區(qū)域進(jìn)行街道網(wǎng)絡(luò)道路環(huán)境的評(píng)估試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果看到北京市街區(qū)單元道路環(huán)境還存在需要改善的空間。對(duì)北京市某區(qū)域道路路段的人行道寬度、自行車道寬度、機(jī)動(dòng)車占道停車情況、機(jī)非隔離形式、人行道綠化遮蔽率等5方面內(nèi)容及9項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)評(píng)估了解本區(qū)域內(nèi)街道網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境情況。其中，以人行道斷面寬度和人行道有效通行寬度為例，講述詳細(xì)評(píng)估過(guò)程。

3.1 數(shù)據(jù)處理

基于三維街景數(shù)據(jù)和傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)業(yè)測(cè)量得到人行道斷面寬度和人行道有效通行寬度。首先，基于傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)得到初步寬度，然后通過(guò)三維街景影像數(shù)據(jù)進(jìn)行陰影的核實(shí)，去除由于樹木遮擋造成的寬度誤判情況，其他指標(biāo)采用同樣的辦法進(jìn)行采集和判斷。這相對(duì)于傳統(tǒng)的外業(yè)核查方法，節(jié)省了大量的人力物力。

3.2 指標(biāo)計(jì)算

對(duì)人行道斷面寬度和人行道有效通行寬度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估，得到指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，如圖3、圖4所示。根據(jù)人行道斷面寬度評(píng)價(jià)結(jié)果，若參照人行道斷面寬度不小于1.5 m的最低建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，則北京中心城各區(qū)中除大興區(qū)外均高達(dá)50%以上，其中，最高的為石景山區(qū)，其次為海淀區(qū)，最低的為大興區(qū)；若參照人行道斷面寬度不小于3.0 m的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，則北京市中心城各區(qū)均低于41%，其中最高為豐臺(tái)區(qū)，其次為西城區(qū)，最低為大興區(qū)。根據(jù)人行道有效通行寬度評(píng)價(jià)結(jié)果，若參照人行道有效通行寬度不小于1.5 m的最低建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，則北京中心城各區(qū)中除大興區(qū)外均為40%以上，其中，最高的為石景山區(qū)，其次為海淀區(qū)，最低的為大興區(qū)；若參照人行道通行寬度不小于3.0 m的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，則北京市中心城各區(qū)均低于30%，其中最高為東城區(qū)，其次為石景山區(qū)，最低為大興區(qū)。

從結(jié)果分析看，對(duì)于人行道斷面寬度指標(biāo)，參照人行道斷面寬度不小于1.5 m的最低建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，則北京市中心城區(qū)的城市道路人行道斷面寬度達(dá)標(biāo)率為66.7%，舊城(二環(huán)內(nèi))和外圍區(qū)(二環(huán)—五環(huán)內(nèi))差別不大。若參照人行道斷面寬度不小于3.0 m的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，則北京市中心城區(qū)城市道路達(dá)標(biāo)率僅為18.5%，偏低，其中舊城比外圍區(qū)稍高。對(duì)于人行道有效通行寬度指標(biāo)，若參照人行道有效通行寬度不小于1.5 m的最低建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，則北京市中心城區(qū)僅有不到半數(shù)(48%)的城市道路人行道有效通行寬度能夠達(dá)到1.5 m以上；若參照人行道有效通行寬度不小于3.0 m的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，則北京市中心城區(qū)城市道路達(dá)標(biāo)率僅為5.3%，偏低。

圖3 人行道網(wǎng)絡(luò)有效通行寬度評(píng)估

圖4 人行道寬度評(píng)估分區(qū)結(jié)果

自行車道寬度、機(jī)動(dòng)車占道停車等方面的指標(biāo)的評(píng)估圖和分區(qū)結(jié)果圖如圖5、圖6所示。從結(jié)果分析看，北京市總體街區(qū)單元的道路環(huán)境現(xiàn)狀仍有待改善。

圖5 道路環(huán)境指標(biāo)評(píng)估

圖6 道路環(huán)境分區(qū)結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

本文從特大城市街區(qū)單元的道路環(huán)境問(wèn)題入手，在明確三維街景數(shù)據(jù)獲取方式與特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于三維街景數(shù)據(jù)的全新城市區(qū)域街區(qū)單元的評(píng)估模式。這種借助于傾斜攝影測(cè)量和車載移動(dòng)設(shè)備的三維街景數(shù)據(jù)，不僅提高了城市區(qū)域評(píng)估的效率和準(zhǔn)確率，而且高效地?cái)U(kuò)大了評(píng)估范圍，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域評(píng)估的同步性和實(shí)時(shí)性。最后基于這種全新的數(shù)據(jù)，利用街區(qū)道路環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估模型對(duì)北京市典型區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了街道環(huán)境的評(píng)估。通過(guò)對(duì)街區(qū)單元的道路環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于三維街景數(shù)據(jù)的特大城市街區(qū)單元道路環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估模型對(duì)于提高評(píng)估效率和準(zhǔn)確率具有革命性變化。同時(shí)，這種城市區(qū)域的評(píng)估模式還可用于城市區(qū)域其他專題的評(píng)估，具有廣闊的發(fā)展空間。

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Applicationof3DStreetscapeDatainBlockStreetEnvironmentAssessmentofMegactity——TakeBeijingasanExample

GUAN Li1，DING Yanjie1，CHEN Pinxiang1，XIONG Wen2，LIU Xuan2，F(xiàn)ENG Xuebing1

(1. Beijing Key Laboratory of City Spatial Information Engineering, Beijing Institute of Surveying and Mapping, Beijing 100038，China； 2. School of Architecture and Urban Planning, Beijing University of Technology, Beijing 100022,China)

This paper starts with the problem of the street environment of block unit. Based on making clear the acquisition mode and characteristics of 3D streetscape data，the paper designs the assessment model of regional block unit based on 3D streetscape data. The 3D streetscape data, with the aid of oblique photogrammetry surveying and mobile equipment，will greatly improve the efficiency and accuracy of urban regional assessment，and expand the assessment scope. Based on the latest urban regional assessment model, with the street environment assessment model of the current situation, this paper analyzes the street environment assessment of current situation in the typical area of Beijing. Through the street environment assessment of block unit, we find that in the megacity street environment assessment model of block unit based on 3D streetscape data has greatly help to improve the assessment efficiency and accuracy. At the same time, motor vehicle lane, green shade deficiency, bad railings and street lost situation are still very serious in Beijing, the street environment improvement of the block unit is still a heavy task. The research results will provide data support for urban fine management and urban design, and provide a solid foundation for the improvement of city image.

the 3D streetscape data；block unit；urban current situation assessment；street environment

2017-03-02；

2017-05-16

城市空間信息工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究課題(2016102)

關(guān) 麗(1980—)，女，博士，高級(jí)工程師，主要從事遙感與GIS應(yīng)用方法等方面的研究。E-mail：binger02600@163.com

關(guān)麗，丁燕杰，陳品祥，等.三維街景數(shù)據(jù)在特大城市街區(qū)道路環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)估中的應(yīng)用——以北京市為例[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(12)：122-126.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0393.

P208

A

0494-0911(2017)12-0122-05