基于街景數(shù)據(jù)的城市街道景觀視覺評價
——以福州主城區(qū)為例

張家瑜 范偉程 朱里瑩*

(1.福建農(nóng)林大學 園林學院，福建 福州 350002;2.廈門市市政工程設計院有限公司，福建 廈門 361008)

隨著人們生活質(zhì)量的提升和城市的發(fā)展，城市街道逐漸從單一交通空間轉為綜合城市生態(tài)、街道交通、景觀美感等因素的復合空間[1]，其沿線植物、建筑、道路車輛等要素構成的街道景觀，已成為提升公眾生活幸福感與城市宜居水平的重要組成。探究街道的景觀視覺評價，能夠從多元視角了解街道環(huán)境現(xiàn)狀，有助于通過改善街道景觀的方式提升城市人居環(huán)境質(zhì)量。

景觀視覺評價始于20世紀60年代，各國學者通過對景觀資源審美價值的研究，逐漸形成了不同風景分類系統(tǒng)和分類方法[2, 3]，并根據(jù)不同類型的景觀資源制定了相應的評估體系[4]。隨后景觀視覺研究開始與心理學、生態(tài)學、道路交通等領域結合，豐富了景觀視覺評估的理論[5]。隨著城市化進程的加快，景觀視覺的研究重點轉向了城市，街道作為城市空間規(guī)劃的重要載體，其景觀視覺評價逐漸受到重視?？梢岳谜掌琜6]、幻燈片、錄像等工具作為評價媒介，通過收集受訪者對圖片中街道景觀的評分，了解公眾對街道景觀的偏好程度與感知評價。近年來，GIS[7]、眼動儀[8]、虛擬現(xiàn)實[9]等技術也逐步應用于景觀視覺評估中，如通過GIS和遙感數(shù)據(jù)可以對城市景觀資源的特征、質(zhì)量、敏感性[10]等方面進行評估，便于后續(xù)對城市空間進行合理規(guī)劃與利用。

目前，街道景觀視覺評價研究仍以問卷調(diào)查等傳統(tǒng)數(shù)據(jù)調(diào)查方法為主，評價方法多使用層次分析法(AHP)、美景度評價法等主觀方法，亟需引入能提升客觀準確性的評價方法及新興數(shù)據(jù)。因此，本文以福州市主城區(qū)為例，結合街景數(shù)據(jù)和問卷調(diào)查構建城市街道景觀視覺評價體系，并運用熵權法構建街道景觀評價模型，對評價體系的結果進行分析比較，以期為提升優(yōu)美宜居的城市街道環(huán)境提供參考。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

作為福建省省會，福州市擁有濱江濱海生態(tài)園林城市、全國文明城市等多個“城市名片”，在建設城市生態(tài)文明環(huán)境、創(chuàng)造宜居街道景觀方面有良好的環(huán)境基礎。本文以福州市主城區(qū)為研究區(qū)域，包含晉安、臺江、鼓樓、倉山4個市轄區(qū)，東西長18.5km，南北寬24.9km，面積約402km2。該區(qū)域位于福州城市中心，有完善的交通體系和道路系統(tǒng)，城市化水平較高，因此對其開展街道景觀視覺評價較有意義。

1.2 數(shù)據(jù)收集與預處理

1.2.1 街景數(shù)據(jù)

通過OpenStreetmap開源地圖網(wǎng)站爬取福州市路網(wǎng)數(shù)據(jù)，以街道100m為間隔生成均勻分布的采樣點14 488個。通過Python調(diào)用百度地圖URL鏈接下載街景數(shù)據(jù)，水平視角以60°為間隔，即1個采樣點爬取6張60°街景圖片。研究區(qū)域內(nèi)街景數(shù)據(jù)更新時間為2019年6月16日—2020年8月17日。由于福州處于亞熱帶氣候，街道以常綠樹種為主，主城區(qū)冬季無降雪[11]，因此可以忽略季節(jié)變化引起的街道景觀差異，最終共爬取86 928張街景圖片數(shù)據(jù)。通過deeplabv3+深度神經(jīng)網(wǎng)絡模型實現(xiàn)對Cityscapes數(shù)據(jù)集的迭代訓練，并對爬取的街景數(shù)據(jù)進行圖像分割與識別，共識別出19種要素(圖1)。

圖1 街景圖片識別結果及19種要素示意圖

1.2.2 問卷數(shù)據(jù)

在2021年9月16—24日，通過詢問街道行人及發(fā)放網(wǎng)絡問卷2種方式收集公眾對街道景觀中各指標影響程度的評價，便于后續(xù)構建城市街道景觀視覺評價模型。共發(fā)放問卷200份，回收175份，有效率87.5%。問卷主要針對街景數(shù)據(jù)可識別出的要素及相關指標進行詢問，了解公眾主觀感知下各指標對街道景觀的影響程度，采用李克特5級量表法，按照“非常影響”5分、“影響”4分、“一般影響”3分、“不影響”2分、“非常不影響”1分的差值對指標賦值。

2 城市街道景觀視覺評價模型

使用主成分分析法和熵權法等方法構建城市街道景觀視覺評價模型。首先，使用頻次分析法對各類文獻中提出的街道景觀影響因素進行整合，再結合機器可測度算法進行指標初步篩選。其次，向公眾發(fā)放問卷收集各指標對街道景觀影響程度，采用主成分分析法提取公因子構建評價體系。最后，采用熵權法計算指標體系的客觀權重得分，構建基于街景數(shù)據(jù)的城市街道景觀視覺評價模型。

2.1 城市街道景觀評價指標體系構建

2.1.1 指標選取

城市街道景觀視覺評價指標體系的構建既要全面反映城市環(huán)境與街道景觀的質(zhì)量，又能重點反映城市街道在景觀方面的內(nèi)涵與主要特征。在篩選指標時，除遵循系統(tǒng)性、層次性、可操作性等原則外，還需綜合考慮能夠反映城市街道景觀的視覺影響因素，因此用頻次分析法對景觀視覺相關研究文獻進行統(tǒng)計，篩選國內(nèi)外認可度較高的景觀視覺經(jīng)典文獻12篇、基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)進行街道景觀研究的文獻16篇、基于新型數(shù)據(jù)進行街道景觀研究的文獻17篇，并對文獻中評價指標出現(xiàn)的頻次進行統(tǒng)計。

接下來，對上文已識別的19種街景要素中可支持測算的內(nèi)容展開研究，排除難以轉化為具有可操作性的指標如歷史文化氛圍、環(huán)境協(xié)調(diào)性，最終在頻次分析的基礎上選取了能夠支持機器算法測度的指標共10個。

2.1.2 構建指標體系

使用主成分分析法提取一級指標，以實現(xiàn)城市街道景觀評價指標體系的構建。借助主成分分析法的因子降維原理，將多種指標通過標準化處理、正交變換等步驟轉化為少數(shù)綜合指標，探尋各指標的內(nèi)在聯(lián)系。使用SPSS軟件對收集的問卷數(shù)據(jù)進行因子降維分析，通過旋轉后得到各因子相關荷載矩陣，對其進行公因子(即準則層)提取(見表1)。

表1 主成分旋轉后因子荷載矩陣

第1個準則層指標由步行安全指數(shù)、機動車干擾指數(shù)、路面可行指數(shù)、道路面積指數(shù)決定，反映了街道車輛與道路的安全程度；第2個準則層指標由綠色視覺指數(shù)、天空開闊指數(shù)、空間圍合指數(shù)決定，反映了街道各景觀元素帶來的空間舒適程度；第3個準則層指標由視覺熵、功能多樣指數(shù)、色彩豐富指數(shù)決定，反映了街道的空間豐富性與功能多樣性。根據(jù)準則層的特點及前人的研究成果，分別為3個準則層命名 (見表2)。

表2 城市街道景觀視覺評價指標體系與測算方法

2.2 確定指標權重

熵權法是基于各指標提供的信息熵大小實現(xiàn)權重賦值。目前已有研究表明，熵權法在評價街道景觀時在準確性方面更具優(yōu)勢，是客觀測算指標權重的重要方法[12]，因此本文選取熵權法確定指標權重。由于各指標代表的含義不同，因此對問卷收集的數(shù)據(jù)進行熵權法計算之前，需分別對正向指標和負向指標進行數(shù)據(jù)無量綱化處理，公式如下：

對無量綱化處理后的數(shù)據(jù)，使用熵權法進行權重計算，具體步驟如下：

表3 基于熵權法的城市街道景觀視覺評價指標體系權重

3 結果分析

3.1 信效度分析

在城市街道景觀視覺評價研究中，為確保數(shù)據(jù)的真實可靠，及檢驗能否使用主成分分析法及熵權法，需對問卷收集結果進行信度及適宜性分析。結果表明：信度0.861，適宜性測度KMO為0.843，當KMO處于0.8—0.9表示主成分分析較好；Bartlett球形檢驗的近似卡方為824.754，顯著性概率Sig為0.000，Sig<0.001說明達到顯著性水平要求，證明數(shù)據(jù)可信度與準確性較高，適宜進行主成分分析及熵權法分析。

3.2 視覺安全性指標分析

視覺安全性反映城市街道景觀的基礎需求，發(fā)展街道景觀應以公眾安全出行為基礎。在準則層中，視覺安全性(0.276 4)排名第三。由于街道的通行安全是最基礎的保障，因此在提升街道景觀時需先營造安全、有序的街道出行環(huán)境，才能吸引行人駐足街道空間。

在指標層中，道路面積指數(shù)(0.071 5)、路面可行指數(shù)(0.070 8)、步行安全指數(shù)(0.069 1)和機動車干擾指數(shù)(0.065 0)4個指標的影響權重相當，在街道景觀提升與設計時要綜合協(xié)調(diào)各指標，如合理劃分車行道與人行道流線、制定安全有序的車輛行駛措施等，營造安全可靠的城市街道步行環(huán)境。

3.3 景觀舒適性指標分析

景觀舒適性反映城市街道景觀的核心內(nèi)涵，彰顯街道內(nèi)涵要以舒適的環(huán)境體驗為目標。在準則層中，景觀舒適性(0.351 1)排名第二，但與景觀豐富性權重相當，說明景觀舒適性與景觀豐富性是街道景觀的協(xié)同性影響因素，這是因為營造多樣街道景觀的最終目的是為公眾提供舒適的城市人居環(huán)境。

在指標層中，空間圍合指數(shù)(0.181 6)是影響公眾對街道景觀評價的焦點因素，反映了公眾對街道最直觀的感受，若街道空間圍合程度過高會導致環(huán)境壓迫感增強，使公眾產(chǎn)生壓抑感，因此提高感知舒適性需要合理規(guī)劃街道空間尺度。天空開闊指數(shù)(0.123 8)反映了街道的視線通透性，對公眾體驗城市景觀特色有重要作用。因此在提升天空開闊程度時，一方面要注重視覺效果中天空的比例設計，保證視線的開闊性；另一方面要配合周邊的建筑輪廓，提升天際線的層次感，達到豐富街道景觀的作用。綠色視覺指數(shù)(0.045 7)是評價體系中影響最小的因素，由于公眾對使用植物綠化提升城市環(huán)境方式的認可度較高，因此問卷中收集到關于綠色視覺指數(shù)的評分所包含的無序信息量低，使得該指標權重影響較小。

3.4 景觀豐富性指標

景觀豐富性反映城市街道景觀的整體形象，提升街道質(zhì)量應注重營造豐富的景觀層次。在準則層中，相比視覺安全性、景觀舒適性，景觀豐富性(0.372 5)的影響權重最高，說明景觀豐富性是城市街道景觀視覺質(zhì)量最重要的影響因素。

在提升城市街道景觀水平時，應均衡、綜合考量視覺熵、功能多樣性和色彩豐富性等指標，其中色彩豐富指數(shù)(0.169 1)的影響最大，色彩是公眾視覺感知最直觀的因素，因此在街道景觀設計中，要重視街道色彩的營造與搭配，通過合理的色彩組織保障景觀豐富度，提升公眾對高品質(zhì)街道的形象感知。視覺熵(0.103 6)也是影響景觀豐富性的重要因素，反映了街道中景觀要素的復雜性與多樣性，因此在街道設計時可考慮增設不同要素類型，或對同一類型要素進行差異化設計，如高低錯落、色彩協(xié)調(diào)的建筑群落。功能多樣性(0.099 9)是城市街道區(qū)別于鄉(xiāng)村的主要體現(xiàn)，通過多樣的街道功能提升公眾對城市高品質(zhì)人居環(huán)境形象的感知，合理規(guī)劃城市用地與建筑性質(zhì)，提高街道景觀豐富性，凸顯城市環(huán)境的現(xiàn)代化氛圍。

4 結語

城市街道景觀視覺評價有利于精細化識別城市空間現(xiàn)狀，其評價方法的改進有助于及時準確了解城市環(huán)境現(xiàn)狀并提出優(yōu)化策略。由于以往進行城市街道景觀評價研究時多以傳統(tǒng)數(shù)據(jù)和主觀方法為主，亟需引入街道景觀客觀評價方法及新興數(shù)據(jù)。本研究以福州主城區(qū)為例，將研究區(qū)域的街景數(shù)據(jù)和問卷數(shù)據(jù)結合，從視覺安全性、景觀舒適性、景觀豐富性3個方面構建街道景觀視覺評價體系，并引入熵權法測算指標權重，完成對街道景觀視覺的評價。后續(xù)可基于城市街道景觀評價模型進行量化評估，識別城市中需要提升優(yōu)化的街道，為營造優(yōu)良人居環(huán)境和實現(xiàn)城市空間精細化管理提供參考。