基于圖像技術(shù)的京西村落街巷綠視率研究

潘明率，張鐵松 （北方工業(yè)大學(xué)，北京 100144）

1 概述

1.1 研究背景

近年來，實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，堅(jiān)持人與自然和諧共生，學(xué)者越來越關(guān)心鄉(xiāng)村生活空間的治理，在生態(tài)文明建設(shè)指引與青山綠水文明實(shí)踐中，村落生態(tài)環(huán)境的不斷好轉(zhuǎn)，美麗宜居鄉(xiāng)村不斷得以實(shí)現(xiàn)。其中，村落中的空間綠量是一個(gè)重要的衡量指標(biāo)。通常計(jì)算空間綠量的相關(guān)指標(biāo)以“綠地率”和“綠化覆蓋率”為主要，這兩個(gè)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)計(jì)算相對(duì)容易，從二維的角度直觀表述了研究地塊的綠化強(qiáng)度。“綠視率”從日本進(jìn)入，從三維的計(jì)算出發(fā)，以人眼觀察的角度，計(jì)算綠量的大小，突出了人在其中的重要作用。

從現(xiàn)有研究成果看，學(xué)者們?cè)诔鞘兄械缆泛蜕鐓^(qū)的綠視率研究取得了一定的研究成果，并且通過百度街景數(shù)據(jù)、圖像識(shí)別等方法，對(duì)綠視率的取值方式做了進(jìn)一步研究，而對(duì)于村落街巷的研究相對(duì)較少。這些研究成果，為本文的研究提供良好的測量記錄與數(shù)據(jù)分析方法[1]。

1.2 研究目的

鑒于京西村落街巷界面形態(tài)的地域性與復(fù)雜性，本文采用基于全卷積網(wǎng)絡(luò)的視覺影像語義分割軟件的圖像技術(shù)。以京西的兩類村落為樣本，對(duì)京西村落的綠視率進(jìn)行量化分析，而不是用傳統(tǒng)的定性的方法對(duì)其進(jìn)行分析。通過量化分析可以更加直觀地表現(xiàn)出其村落的地域性特點(diǎn)，以期為京西村落的保護(hù)與提高其中居民的舒適率提供客觀有效的指導(dǎo)與參考。

2 研究方法與意義

2.1 綠視率

“綠視率”這一概念首先由日本的青木陽二于1987年提出，是指在人的視野中綠色所占的比率。后由日本環(huán)境也理學(xué)研究專家大野隆造教授于2002年提出的。“綠視率”理論目前已被國際上許多國家認(rèn)可[2]。

2.2 研究方法與綠視率的量化計(jì)算

2.2.1 全卷積網(wǎng)絡(luò)的框架

David H.Hubel和Torsten Wiesel在上個(gè)世紀(jì)50年代末在貓和猴子上面做了一系列實(shí)驗(yàn)，在視覺皮層上方面得出了關(guān)鍵的結(jié)論，并在1981年獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。他們發(fā)現(xiàn)，視覺皮層的很多神經(jīng)元都有一個(gè)小的局部點(diǎn)，也就意味著，神經(jīng)元只對(duì)有限區(qū)域的局部點(diǎn)上的刺激物做出反應(yīng)。后來的人們根據(jù)這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，通過類似推自然的對(duì)象級(jí)分割結(jié)果。全卷積網(wǎng)絡(luò)會(huì)將一幅街景圖像分成多個(gè)子場景，每個(gè)子場景關(guān)注車輛、道路、樹木或其他自然物體，多達(dá)151個(gè)類別。目前麻省理工學(xué)院的ADE20K網(wǎng)站記錄了所有151個(gè)類別的完整描述。

2.3 數(shù)據(jù)的采集與整理

在研究對(duì)象的選取上，主要考慮到村落的代表性。京西地區(qū)有著特殊的地域文化，京西地區(qū)的生態(tài)山水、古道商旅、宗教寺廟、民俗習(xí)俗、琉璃煤業(yè)等文化，交織形成了該地區(qū)不同的村落形態(tài)。京西地區(qū)入選第一至第五批中國傳統(tǒng)村落文化有12個(gè)，入選北京市首批市級(jí)傳統(tǒng)村落名單14個(gè)。同時(shí)，這里由于產(chǎn)業(yè)發(fā)展，又形成了新興的村落。本文研究選取了以三家店、琉璃渠作為傳統(tǒng)村落代表，以龍泉?jiǎng)?wù)、麻峪作為新興村落的代表。

圖1為對(duì)京西新興村落與傳統(tǒng)村落進(jìn)行調(diào)查走訪的數(shù)據(jù)采集與編號(hào)的過程，對(duì)收集的圖像進(jìn)行歸納總結(jié)，并為每個(gè)圖像分別編號(hào)。

圖1 數(shù)據(jù)采集與編號(hào)

在用視覺影像語義分割的技術(shù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，可以在一張圖像中得出大概151個(gè)類別的分組數(shù)據(jù)，分別代表著不同的意象在整個(gè)圖像中的所占比例的比重。從中挑選出重要的我們需要的數(shù)據(jù)。

在采集的數(shù)據(jù)中選擇樹，草和植物的數(shù)據(jù)，并將其相加可得其綠視率。然后將兩個(gè)不同類型的村落的不同街巷的綠視率依次分類歸納。其后對(duì)這兩個(gè)京西村落的綠視率的量化結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析研究。

2.4 結(jié)果與分析

2.4.1 京西村落街巷綠視率特征

整體來看；選中的兩個(gè)京西村落的平均綠視率為8.33%，遠(yuǎn)低于全球主要城市綠視率平均值19.03%，綠視率小于15%的取樣點(diǎn)占比較高，根據(jù)日本學(xué)者折原夏志對(duì)綠視率水平的劃分標(biāo)準(zhǔn)，一般而言，會(huì)將綠視率劃分為5個(gè)等級(jí)：0～5%（綠化水平差）、5%～15%（綠化水平較差）、15%～25%（一般綠化水平）、25%～35%（綠化水平較高）、大于35%（綠化水平高）。

目前調(diào)研的街道人視點(diǎn)中，綠化水平差（0～5%）的點(diǎn)占65.3%，綠化水平較差（5%～15%）的點(diǎn)占20.0%，一般綠化水平（15%～25%）的點(diǎn)占9.5%，綠化水平較高（25%～35%）的街道占5.3%，綠化水平高（大于35%）的街道占0%.可以看出綠視率小于5%的街道占到了65.3%，超過一般綠化水平的人視角內(nèi)綠視率極低，拉低了整體平均值，是由于京西新興村落的主干道道路較短，而次干道和支路則是數(shù)量多、綠視率低。主要體現(xiàn)出了部分新興村落綠視率普遍偏低的現(xiàn)象，這方面有待改善。

2.4.2 不同等級(jí)道路綠視率分析

下面為對(duì)京西村落實(shí)地調(diào)研后，分析不同道路等級(jí)下綠視率的情況。有研究表明，大部分人所認(rèn)可的綠視率的最低限為15%。當(dāng)綠色占據(jù)人視野的25%時(shí)，它是最舒適的。而且在綠視率達(dá)到25%時(shí)對(duì)人的視力和健康也最有利。但是在京西村落除少數(shù)的路段，其他很少有足夠的綠視率。

表1為龍泉?jiǎng)?wù)村不同等級(jí)道路綠視率分析表，由表1可以看出，龍泉?jiǎng)?wù)村主干路綠視率平均值最高，其次為次干路，支路綠視率最低。這是由于主干路兩邊有時(shí)會(huì)種植有喬灌木行道樹，次干路與支路巷道的綠化大多為遠(yuǎn)景或居民自種小盆栽，面積較少。在不少巷道甚至出現(xiàn)綠化率低于5%的情況，是由于這些取樣點(diǎn)位于建筑山墻面且周邊視野較為狹隘，綠化植物較少，以苔蘚為主。尤其是龍泉?jiǎng)?wù)村的街巷相較于其他的村落，一些小的街巷的寬度更加狹窄，導(dǎo)致人的視角下，可能只有兩面山墻，極度降低整個(gè)村落的綠視率水平。

龍泉?jiǎng)?wù)村不同等級(jí)道路綠視率分析表 表1

表2為三家店村不同等級(jí)道路綠視率分析表。三家店村為經(jīng)過國家認(rèn)證的第一批入選國家傳統(tǒng)村落名錄的京西村落，它經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展與改造，變?yōu)楝F(xiàn)今的樣子。由于筆者在三家店村調(diào)研的期間內(nèi)，三家店村的老街主干道正在更新改造。因此，三家店村的主干道的數(shù)據(jù)有可能存在一定的偏差。即使是存在一定的偏差，三家店村的綠視率還是優(yōu)于京西地區(qū)新興的龍泉?jiǎng)?wù)村。處于一般綠化水平左右的觀測點(diǎn)也有一小半。

三家店村不同等級(jí)道路綠視率分析表 表2

3 結(jié)語

通過對(duì)京西村落的街巷進(jìn)行量化分析，在兩個(gè)京西村落中的綠視率進(jìn)行了總結(jié)。其中，通過大量調(diào)查走訪的數(shù)據(jù)，總結(jié)出京西村落的人的視角下的各種參數(shù)區(qū)間。其中重點(diǎn)研究結(jié)果表明，此兩個(gè)京西村落的綠視率的平均數(shù)值僅在8.33%左右，說明是京西村落的綠視率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常水平的，有待改善。而京西傳統(tǒng)村落的綠視率又普遍優(yōu)于京西新興村落。說明京西新興村落改善的需求更大一點(diǎn)。如果提高京西村落的綠視率，有可能會(huì)提高居民的舒適度。

本研究所得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和量化分析得出的結(jié)論在村落的保護(hù)與發(fā)展中具有重要的理論基礎(chǔ)的作用。使得之后的京西村落的保護(hù)與開發(fā)時(shí)擁有重要的依據(jù)。而且在綠視率方面進(jìn)行了具體的分析，提出了綠視率不足的問題，希望可以通過解決這個(gè)問題來提高居民的舒適度。但是本文只是對(duì)京西村落的物理形態(tài)空間進(jìn)行了量化分析，并沒有對(duì)村民，游客對(duì)街巷形態(tài)的主觀認(rèn)知與行為活動(dòng)方面進(jìn)行探究。此外，由于村落的復(fù)雜性很高，量化街巷形態(tài)的方法得出的結(jié)論只是其中的一個(gè)因素，在其實(shí)際的更新中還應(yīng)該考慮其他的相關(guān)因素。