基于街景圖像的歷史風貌區建筑色彩研究

摘 要：建筑色彩保護是城市規劃和文化遺產保護中的重要議題，然而，目前在實踐中存在著色彩認識不足、保護不夠的問題。本文旨在利用街景圖像和深度學習的方法進行建筑色彩分析從人本角度研究外灘歷史文化風貌區建筑色彩現狀特征。本文的研究成果對于建筑色彩保護問題具有重要的理論和實踐意義。

關鍵詞：街景圖像；外灘歷史文化風貌區；建筑色彩保護

Abstract： Color protection is an important issue in cultural heritage protection. However， there are some problems， such as insufficient understanding and protection of color. The purpose of this paper is to use the method of street view image and deep learning to analyze the architectural color， and to study the current characteristics of architectural color in the historical and cultural area of the Bund. The results of this paper have important theoretical and practical significance for building color protection.

Keywords： Street view images；Shanghai bund historical and cultural area； architectural color preservation

在城市規劃和設計中，建筑色彩是城市景觀的重要組成部分，能夠對城市的視覺形象、氛圍和文化價值產生深遠影響。《上海市外灘歷史文化風貌區保護規劃》中提到了城市及建筑色彩保護方面內容，要求“風貌區內新建、改建建筑的建筑色彩應與周邊歷史建筑色彩相和諧”，但關于如何構建協調美觀的建筑色彩總體風貌，相關文件缺乏具體指標和參數的界定，這使得上海歷史文化風貌區目前存在色彩雜亂、失真、無序等問題。目前對建筑色彩的調研主要依靠人工調查和樣本采集，如通過數碼相機和GPS設備的輔助開展圖像采集，在色彩校準之后運用孟塞爾色彩體系，量化得出城市及建筑色彩總譜及色相、頻次等信息。[1]隨著計算機視覺和圖像處理技術的發展，利用街景圖像進行建筑色彩分析逐漸成為一種新的研究方向。

街景圖像是指通過街道上的攝像設備或無人機等采集到的連續、全景的圖像數據。這些圖像數據包含了大量的城市環境信息，可以提供全面、客觀的視覺數據來源。本研究目的為通過深度學習與街景圖像分析技術，從人視角度，提取并分析外灘歷史文化風貌區的建筑色彩特征，探究人本視角下，歷史文化風貌區建筑色彩與歷史文化脈絡之間的關系，為歷史文化風貌區建筑色彩保護和風貌規劃提供技術支持和實踐意義。

1 基于街景圖像的建筑色彩分析方法

近年來，隨著計算機視覺和圖像處理技術的發展，越來越多的研究開始利用街景圖像來分析城市相關問題，包括建筑物功能識別和分類、城市景觀分析與評價、交通流量分析、城市歷史研究等。新技術的發展為城市分析帶來了新的可能性，街景數據與機器學習的結合為分析城市色彩提供了新的工具和方法。街景數據是指通過車載攝像頭或無人機等設備采集的大量城市街道的圖像數據。機器學習是一種人工智能的分支領域，通過訓練模型從數據中學習規律和模式，并做出預測和決策。在分析城市色彩方面，街景數據可以提供豐富的視覺信息，這些視覺信息可以用于識別和提取建筑物的色彩特征，而機器學習算法主要應用于街景數據的處理和分析過程中，來實現高效、精準的圖像數據處理和要素識別。本文將通過對街景圖像進行處理和分析，提取歷史文化風貌區建筑物的顏色特征揭示建筑色彩的分布規律、演變趨勢以及與城市環境和歷史文化的關系。

2 外灘歷史文化風貌區城市色彩分析應用

2.1 外灘歷史文化風貌區概況

外灘歷史文化風貌區是上海中心城區12個歷史文化風貌區之一，涉及黃浦、虹口2個行政區，范圍為由黃浦江—延安東路—河南中路—河南北路—天潼路—大名路—武昌路所圍合的區域，總面積為101公頃。風貌區的建筑面貌基本形成于1930年代，以金融貿易建筑為代表。

2.2 外灘歷史文化風貌區的歷史沿革

外灘是上海中心城十二個歷史文化風貌區中發展較早、最具亮點和世界級知名度、優秀歷史建筑最為密集、建筑最為精彩絕倫的風貌區。在1843年，上海正式成為通商口岸，外灘作為黃浦江畔的重要地區開始吸引著來自世界各地的商人和移民。1844年，外灘一帶被劃為中國的第一個租界——英租界，外灘成為上海十里洋場的真實寫照，也是舊上海租界區以及整個上海近代城市開始的起點，這也奠定了外灘作為國際貿易中心的基礎。隨后的幾十年里，各國租界相繼成立，包括法租界、美租界、日租界等，使外灘逐漸成為一個多元文化的匯聚地。由于這些歷史緣由，外灘歷史文化風貌區的建筑充分展示了當時的歐洲建筑風格和中式傳統元素的融合，成為了上海城市發展的標志性建筑群之一。二戰時期，外灘曾遭受嚴重的破壞和損失。但隨著改革開放政策的推進，外灘得到了修復和保護，并逐漸恢復了其歷史文化風貌。如今的外灘成為了上海市的重要旅游景點之一，吸引著大量的游客和觀光者。

外灘歷史文化風貌區街景圖像的獲取與處理。本研究的街景圖片主要通過百度地圖開放平臺的全景服務獲取，并通過現場調研拍攝補充圖片，最后，共獲取了1681張街景圖片。在街景圖片獲取方面，首先根據外灘歷史文化風貌區的范圍通過OSM獲取路網數據，獲取指標為每隔30m生成一個街景點，通過調用百度地圖全景服務API來獲得全景圖。為了保證圖像質量和可視化效果，需要對圖像進行預處理，包括圖像去噪、亮度調整、對比度增強等操作。

為了分析外灘建筑色彩，下一步我們需要將街景圖像中的建筑立面提取出來。在建筑要素提取方面，本研究采用PSPNet在ADE20K數據集上對街景圖像進行語義分割并提取建筑要素。PSPNet是一種用于圖像語義分割的深度學習模型。它通過利用金字塔池化的思想來獲取多尺度的上下文信息，從而有效地捕捉圖像中的全局和局部特征。語義分割及提取建筑要素結果如圖所示（圖1）。對所有街景圖片進行語義分割和建筑提取之后，通過模型所得的各類要素占比，剔除建筑占比過小的圖片，最終得到1387張符合條件的街景圖片。

2.3 外灘歷史文化風貌區建筑立面主導色提取

通過對街景圖片進行語義分割和建筑立面提取，得到了相對真實的反應建筑色彩的建筑立面部分像素。為了更加直觀地表示外灘歷史文化風貌區建筑色彩，下一步需要對街景圖像中建筑立面色彩的主導色進行識別并提取。參考葉宇[2]、江浩波[3]等人的研究，本研究在MATLAB中，可以使用kmeans函數來實現K-Means聚類分析。在建筑色彩聚類中，樣本點可以是圖像中的像素點，圖像中每個像素的顏色值可以廣泛用于城市色彩研究的色調、飽和度、明度（HSV）三個指標表示。如此，每個像素都可視為三維色彩空間中一個點，HSV為其坐標。[4]本研究對每張經過處理后的建筑部分圖進行色彩聚類，得到每張街景圖的8個主導色彩。（圖2）最后，將每張圖片的色彩聚類匯總起來，得出整個歷史文化風貌區的建筑色彩主導色。

3 分析結果

3.1 總體色彩特征

外灘風貌區中高明度建筑色彩占據60%以上，色調在高低明度和冷暖色調上的分布較為均勻，從其建筑立面總體色彩來看，以灰白色和灰度較高的黃紅色系建筑占比較多，色彩豐富度較高。通過對比不同功能建筑的色彩，可以看出建筑功能與建筑色彩特征有較強的相關性。

3.2 外灘歷史文化與建筑色彩的關系

外灘風貌區總面積約101公頃，從1844年起，被劃為英租界，開啟了舊上海租界區及上海近代城市發展的起點，到1930年代，外灘的建筑風貌基本形成，并延續至今，其中匯聚了不同時期、不同風格以及不同國家的建筑，見證了上海租界的歷史變遷，也是上海十里洋場的真實寫照。

外灘共有52幢風格不同的古典大樓。外灘1號（亞細亞大樓）是英國新古典主義風格代表性建筑，該建筑與上海總會（今東風飯店）、匯豐大樓等均為鋼筋混凝土框架結構的建筑，他們的成功建造推動了外灘近代建筑向更高層次發展。此類風格建筑立面色彩以灰白色和灰黃色為主，面為橫三段、豎三段式。底段與上段均為巴洛克式造型，中段為現代主義建筑風格，大樓氣派雄偉，被稱為“外灘第一樓”。日清大樓（海運大樓）是一座將日本近代西洋建筑與古典建筑風格相糅合的建筑，其建筑立面以灰白色為主，被人們稱為“日猶式”。旗昌洋行大樓外觀仿文藝復興式樣，底層為石砌外墻和拱形門窗，上面兩層是清水紅磚墻，有雙柱外廊，是外灘建筑群中歷史最悠久、風格最獨特的一棟。其建筑立面顏色以磚紅色和灰褐色為主。

外灘的建筑風格從浪漫的巴洛克風格到莊重的新古典主義，再到前衛的現代主義，每座建筑都展示了不同時代和文化的精華。因此北起蘇州河外白渡橋，南至中山東一路金陵東路的這一片建筑群，被譽為“萬國建筑博覽”，成為了上海的象征。

4 外灘歷史文化風貌區建筑色彩的保護建議

4.1 健全色彩管理機制

健全色彩管理機制是保護歷史文化風貌區建筑色彩和城市環境美感的重要手段。在進行色彩保護規劃時，首先應該對該歷史文化風貌區的歷史文化價值進行準確的定位和理解，深入研究區域的歷史和文化背景，分析其色彩的演變和特征。其次，建立健全的色彩管理機制需要編制明確的規范和準則。這些規范應當包括顏色搭配、比例關系、色彩鮮艷度等方面的指導，明確建筑外立面、廣告牌、標識等各個方面的色彩選擇范圍和要求，以確保整體色彩的協調與和諧。最后，加強監督力度。制定嚴格的監督措施，及時糾正違反色彩規范的建筑，并定期進行巡查和評估，確保色彩管理的長期有效性。

4.2 智能高新技術應用

技術手段在色彩保護中起著重要的作用。在色彩識別方面，可利用色彩測量儀器對建筑立面顏色進行精確測量和記錄，也可如本文所用技術手段，通過街景數據和深度分析技術提取并分析建筑立面色彩。在色彩保護方面，可通過數字修復技術、色彩還原算法等方法，對受損或褪色的建筑色彩進行修復和還原，來實現對建筑色彩的保護和恢復。在色彩保護監測方面，可綜合利用智能數字技術，建立色彩保護監測系統，歸納歷史保護建筑色彩數據庫，記錄并監測建筑物色彩的變化和損傷情況。這些技術可以幫助保護文化遺產的色彩價值，使其得以傳承和展示，同時也促進了色彩保護工作的科學化和可持續性發展。

4.3 推動公眾參與

在外灘歷史文化風貌區色彩保護中，公眾參與起著至關重要的作用。在建筑色彩保護的過程中可以通過舉辦展覽、講座、研討會等形式，向公眾介紹外灘的歷史背景、建筑色彩的重要性以及保護的意義，引發公眾的興趣和關注。也可以從社區參與為切入點，以社區為單位，鼓勵居民參與色彩保護的決策過程和實施工作。同時，也可建立社區志愿者團隊，參與外灘色彩保護的巡查、監督和宣傳工作。這些措施可以增加居民和游客對色彩保護的認知和理解，鼓勵普通市民共同參與到歷史文化風貌保護管理的工作中去。

5 結論

本文通過街景圖像分析技術和深度學習的方法研究了外灘歷史文化風貌區的建筑色彩特征。研究發現，街景圖像在城市分析中具有重要的作用，街景圖像從人本角度以細致入微的方式展現了城市的可視環境，為我們提供了豐富的視覺信息。通過深度學習與圖像識別技術，能夠量化分析街景圖像中的色彩要素，這為城市的精細化設計和管理提供了寶貴的參考依據。在外灘歷史文化風貌區的色彩保護方面，可以通過健全色彩管理機制，從根本上把控外灘的總體建筑色彩風貌；通過智能高新技術的應用，促進了色彩保護工作的科學化和可持續性發展；通過公眾參與，廣泛動員社會力量，提高色彩保護意識，共同營造良好的保護環境。

本文的研究存在一定的局限性。在數據獲取和處理方面，數據收集的成本、隱私問題以及數據質量都會提高數據獲取的難度，大批量的街景圖片的處理也需要更為高效的計算算法的支撐。在色彩識別與分類方面，建筑物的形狀、光照條件和背景等因素都會對最終結果產生影響。從百度地圖平臺獲取的街景圖像在拍攝過程的時間和天氣的變化都會對結果產生影響，需要統一調整圖片色值，同時街景圖片中建筑陰影也會使得分析結果中黑色系顏色占比過大，需要人工識別并去除。在結果分析方面，本文僅從街景分析技術方面對建筑色彩進行了初步識別，因時間和技術問題，沒有將建筑色彩放到空間上進行分析，后續將考慮將色彩結果導入GIS分析工具，研究色彩空間分布。

6 參考文獻

[1]吳澤宇，張愚.基于大規模街景圖像的城市色彩量化方法研究[C]//共享與品質——2018中國城市規劃年會論文集（05城市規劃新技術應用）.中國城市規劃學會，杭州市人民政府，2018：252-259.

[2]葉宇，仲騰，鐘秀明.城市尺度下的建筑色彩定量化測度——基于街景數據與機器學習的人本視角分析[J].住宅科技，2019，39（5）：7-12.

[3]江浩波，盧珊，肖揚.基于街景技術的上海歷史文化風貌區城市色彩評價方法[J].城市規劃學刊，2022（3）：111-118.

[4]郭俊平.基于街景影像的歷史街區建筑色彩和諧度評價——以廣州市歷史街區為例[J].居舍，2023（1）：155-158.

劉鈺（1998.04），女，漢，河北衡水棗強人，碩士，上海大學，研究方向：城鄉空間營造與地方重塑。