基于街景圖片語義分割的安康老城區(qū)街道品質(zhì)測(cè)度研究

師小燕 徐 緣

（1.中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710043；2.陜西自然資源勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，陜西西安 710043）

隨著城市精細(xì)化管理不斷推進(jìn)，依托大數(shù)據(jù)的城市體檢與城市問題研究日益受到關(guān)注。信息精度高、覆蓋范圍廣、搜集成本低的街景圖像數(shù)據(jù)成為城市空間品質(zhì)研究的重要數(shù)據(jù)源[1]。葉宇等[2]結(jié)合街景數(shù)據(jù)，構(gòu)建以“品質(zhì)評(píng)價(jià)”與“可達(dá)性分析”的街道空間品質(zhì)測(cè)度體系。戴智妹等[3]進(jìn)一步深化基于街景圖像研究街道空間品質(zhì)的測(cè)度方法，增加街景圖像采集的準(zhǔn)確性和可信度。樊鈞等[4]通過街景數(shù)據(jù)對(duì)街道的慢行品質(zhì)進(jìn)行測(cè)度研究，在實(shí)踐上具有普適性和易用性。本文以安康老城區(qū)街道空間為研究對(duì)象，基于百度街景圖像，從主觀和客觀兩個(gè)維度構(gòu)建街道空間品質(zhì)測(cè)度體系，總結(jié)和探究安康老城街道空間品質(zhì)測(cè)度結(jié)果，提出街道空間品質(zhì)提升策略，為街道空間品質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與管理提供參考。

1 測(cè)度體系構(gòu)建

1.1 數(shù)據(jù)獲取

本研究利用Python語言編寫代碼，利用百度地圖API接口爬取街景圖片。外部空間研究尺度宜為20～25 m，按照街道視覺尺度20 m選點(diǎn)，選取661個(gè)坐標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)，每點(diǎn)從90°、180°、270°、360°截取人視街景圖片，獲取百度平臺(tái)2020年收集的安康老城區(qū)有效街景圖片2 440張，缺乏街景圖像的51個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行人工拍攝，補(bǔ)充圖像204張，共2 644張街景圖片[5]。

1.2 指標(biāo)選取

從街道空間品質(zhì)評(píng)價(jià)角度分析，對(duì)前人的研究進(jìn)行總結(jié)歸納，同時(shí)基于安康老城區(qū)街道空間實(shí)際概況，從街道客觀建成環(huán)境和人的主觀感受出發(fā)，選取相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

街道空間品質(zhì)測(cè)度指標(biāo)體系如表1所示。

表1 街道空間品質(zhì)測(cè)度指標(biāo)體系

機(jī)動(dòng)車通行指數(shù)由機(jī)動(dòng)車道所占比例表征；街道步行指數(shù)由人行道所占比例表征；設(shè)施便利指數(shù)由座椅、路燈、花架等設(shè)施所占比例表征[6]。機(jī)動(dòng)車干擾指數(shù)主要由機(jī)動(dòng)車所占比例表征；交通標(biāo)識(shí)指數(shù)主要由交通信號(hào)燈所占比例表征；街道綠視指數(shù)主要指街道樹木所占比例；天空可視指數(shù)主要由天空所占比例表征；人群聚集指數(shù)主要由行人所占比例表征[7]。

2 品質(zhì)測(cè)度分析

2.1 街道基本特征

安康市位于陜西省東南部，地處秦巴腹地，下轄1個(gè)區(qū)、8個(gè)縣和1個(gè)縣級(jí)市，總面積23 529 km2。本文研究區(qū)域?yàn)榘部凳欣铣菂^(qū)，地處漢濱區(qū)中心城區(qū)中部，北臨漢江，總面積203 hm2。對(duì)安康老城片區(qū)進(jìn)行實(shí)地踏勘，獲取空間建筑基底與街道路網(wǎng)，街道空間具有路網(wǎng)密集、等級(jí)多樣、均勻分布、方正平直、街道業(yè)態(tài)豐富等特點(diǎn)，選擇59條路段進(jìn)行研究。

2.2 指標(biāo)量化分析

以2 644張安康市老城區(qū)街景圖像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在Arcgis平臺(tái)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以及各類物質(zhì)像素提取分析，分別對(duì)8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行量化分析。

3個(gè)客觀要素指標(biāo)的指數(shù)結(jié)果如圖1～圖3所示。

圖1 機(jī)動(dòng)車通行指數(shù)

圖2 街道步行指數(shù)

圖3 設(shè)施便利指數(shù)

5個(gè)主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的指數(shù)結(jié)果如圖4～圖8所示。

圖4 機(jī)動(dòng)車干擾指數(shù)

圖5 交通標(biāo)識(shí)指數(shù)

圖6 街道綠視指數(shù)

圖7 天空可視指數(shù)

圖8 人群聚集指數(shù)

2.3 總體量化特征

本研究引入正向指標(biāo)服務(wù)能力值和負(fù)向指標(biāo)服務(wù)能力值，正向指標(biāo)主要包含街道步行指數(shù)、設(shè)施便利指數(shù)、交通標(biāo)識(shí)指數(shù)、街道綠視指數(shù)、天空可視指數(shù)、人群聚集指數(shù)7項(xiàng)單因子；負(fù)向指標(biāo)主要指機(jī)動(dòng)車干擾指數(shù)。在Arcgis軟件中利用已獲取的安康老城區(qū)街景圖片，對(duì)8大影響指標(biāo)進(jìn)行分析，得到各影響指標(biāo)的品質(zhì)指數(shù)，求和得到每條路的品質(zhì)指數(shù)。指數(shù)值大表明街道品質(zhì)高。在量化前對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化整合處理，將正負(fù)向指標(biāo)轉(zhuǎn)換為無量綱的純數(shù)值數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)復(fù)雜程度較低，選擇易于操作的min-max標(biāo)準(zhǔn)化整合方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[8]。

式（1）為正相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式，式（2）為負(fù)相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式。

式中：xmin(j)——指標(biāo)值中最小的值；xmax(j)——指標(biāo)值中最大的值；i——樣本編號(hào)；j——指標(biāo)序號(hào)。

各級(jí)指標(biāo)權(quán)重統(tǒng)計(jì)如圖9所示。

圖9 街道空間品質(zhì)指數(shù)分布

由圖9可知，安康老城片區(qū)的59條街道空間品質(zhì)指數(shù)為0.613～2.023，平均值為1.052。安康老城的街道空間品質(zhì)水平相當(dāng)，差距不明顯。其中，空間品質(zhì)指數(shù)最高的街道是東內(nèi)環(huán)路北端，空間品質(zhì)指數(shù)最低的街道是金州北路北端。

2.4 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)街道空間品質(zhì)的測(cè)度影響程度不同，總體量化后采用權(quán)值法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行合理的權(quán)重配比計(jì)算。各級(jí)指標(biāo)權(quán)重統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 各級(jí)指標(biāo)權(quán)重統(tǒng)計(jì)

根據(jù)權(quán)重計(jì)算各指標(biāo)的實(shí)際數(shù)值，求和得到綜合評(píng)價(jià)得分，將得分映射到對(duì)應(yīng)的街道，使用ArcGIS自然斷點(diǎn)法分級(jí)，將街道空間品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)得分分為高、中、低三個(gè)等級(jí)。結(jié)果表明，本研究指數(shù)為0.089～0.131的街道屬于高品質(zhì)街道空間，街道數(shù)量為10條；指數(shù)為0.046～0.063的街道屬于低品質(zhì)街道空間，街道數(shù)量為15條；其余街道為中等品質(zhì)街道。

街道空間品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)得分如圖10所示。街道空間品質(zhì)指數(shù)等級(jí)分布如圖11所示。

圖10 街道空間品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)得分

圖11 街道空間品質(zhì)指數(shù)等級(jí)分布

3 品質(zhì)提升策略

3.1 路面可行策略

街道空間中機(jī)動(dòng)車道易發(fā)生擁堵情況，可以加大路面執(zhí)勤力度，對(duì)人流、車流進(jìn)行有效疏解，確保道路交通秩序；需合理設(shè)置人行道寬度，滿足《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50220—95）的人行道設(shè)置要求，結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)拓寬人行道寬度；設(shè)置禁止占用人行道的明顯標(biāo)志，劃定非機(jī)動(dòng)車?？繀^(qū)域，為行人營(yíng)造良好的步行空間環(huán)境。

3.2 設(shè)施便利策略

完善街道空間設(shè)施，基礎(chǔ)設(shè)施包括路燈、滲水性強(qiáng)地磚、無障礙設(shè)施等；街道應(yīng)迎合居民的生活方式，適當(dāng)增設(shè)座椅、共享充電樁、垃圾箱、公共衛(wèi)生間等設(shè)施，為街區(qū)帶來活力。

3.3 步行安全策略

街道空間是居民生活最易到達(dá)、使用率最高的公共空間，車輛、環(huán)境是影響居民在城市街道空間的日常安全的主要危險(xiǎn)來源?；诰用裥睦戆踩枨螅梢约訌?qiáng)城市街道植物景觀和照明景觀設(shè)計(jì)；基于行為安全需求，為人行道設(shè)計(jì)一定的高差，減少機(jī)動(dòng)車干擾，進(jìn)一步完善交通標(biāo)識(shí)。

3.4 空間舒適策略

街道空間舒適度主要通過提高綠視率和天空可視率實(shí)現(xiàn)。安康老城區(qū)綠視率不高且難以進(jìn)行樹木增植，可以利用建筑立面或橋梁隧道立面進(jìn)行垂直綠化。違建現(xiàn)象會(huì)阻礙景觀視線，應(yīng)加大違建建筑的管理力度，整理街道界面，提高天空可視率。

3.5 場(chǎng)所社交策略

街道空間是城市的會(huì)客廳，日常通行、購(gòu)物、休憩娛樂和交往活動(dòng)集中在街道空間，而街道空間活力源自居民在空間中進(jìn)行活動(dòng)。將街道空間中存在安全隱患、發(fā)展?jié)摿^小的低效空間改造為街頭口袋公園或廣場(chǎng)，供市民進(jìn)行娛樂和信息交換。

4 結(jié)語

本研究依托百度街景圖像，通過深度學(xué)習(xí)全卷積網(wǎng)絡(luò)（FCN）技術(shù)對(duì)街道空間中150個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行語義分割識(shí)別，提取影響街道空間品質(zhì)的關(guān)鍵元素，從主觀和客觀兩個(gè)維度上分別篩選測(cè)度指標(biāo)，計(jì)算街道空間品質(zhì)系數(shù)，能夠提高數(shù)據(jù)的可獲得性和準(zhǔn)確性。圖像語義分割法對(duì)街道空間中大面積像素的識(shí)別精度較高，但街道空間環(huán)境要素通常較復(fù)雜，識(shí)別偶爾會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，研究結(jié)果具有一定的局限性，后續(xù)研究可以針對(duì)此項(xiàng)技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行深化和提升，進(jìn)一步提高識(shí)別精度和研究的準(zhǔn)確性。