基于街景圖片語義分割的郴州道路綠視率研究

文/中南大學建筑與藝術學院 曾祥平 陳亞萍

目前，我國對城市道路綠化質量評價的指標主要為綠地率、綠化覆蓋率和人均綠地面積。綠視率的發展為定量研究空間綠量提供了新途徑。綠視率最早由日本學者青木陽二提出，是指人們視野中綠色景觀所占的百分比。研究城市道路綠視率，有助于了解道路綠化的構成，體現“以人為本”理念。

肖希等通過總結日本學者近30年來對綠視率的研究成果，論述了綠視率的基本概念和常用計量方法，以及其對我國城市綠化建設的積極意義；李鴻雁等選取駐馬店市有代表性的道路為研究對象，研究道路行道樹的種類、胸徑、綠化模式、綠化覆蓋率等與綠視率之間的關系。

近年來，學者更多研究綠視率的計算方法，有學者以美國紐約曼哈頓東村為例，利用谷歌街景圖像測度綠視率；崔等基于街景圖像解譯寒地城市綠視率與道路等級的關系；郝新華等利用街景圖片分析街道綠化率對居民出行的影響及與道路等級、區位等因素的關系。本文以郴州為例，研究綠視率的空間分布情況，定量化分析道路自身因素和行駛速度對綠視率的影響，制定郴州市道路綠化策略。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本文的研究對象是郴州市中心城區有百度街景圖片的道路，總長度為242.5km（見圖1）。

圖1 研究區域百度街景路網

1.2 研究方法

通過百度地圖API爬取百度街景圖片，取代傳統的實地拍攝。為反映人在城市道路中對綠色的真實感受，每個取樣點取4個方向的街景圖片，分別計算各個方向的綠視率，取平均值作為該點的綠視率。道路以50m間距設置取樣點，去除無街景圖片的點，共獲取街景圖片25384張。

基于深度學習對街景圖片進行識別和語義分割，即輸入圖像數據，解碼器綜合環境、周邊要素和圖形本身特征，實現圖片要素智能分割。本文基于已有的訓練集，可將輸入的圖像數據識別為天空、車道、建筑、綠化等12類要素（見圖2）。

圖2 街景圖片分割示意

綠化的占比通過python代碼批量輸出。取樣點的綠視率Gi計算如式（1）所示：

道路綠視率G的計算如式（2）所示：

式中，Gi為道路各取樣點的綠視率，n為道路取樣點的數量。

計算得出郴州市中心城區道路綠視率的空間分布情況，定量化研究道路自身因素和行駛速度對綠視率的影響，其中道路自身因素包括道路寬度、道路綠帶數量、綠化配置形式和喬木體積。利用SPSS軟件進行分析，探究不同影響因素下行駛速度與綠視率的關系。

2 道路綠視率空間分布情況

綠視率主要集中在15%～25%的區間內，高于25%的路段占44%。整體來看，道路綠視率平均水平是25.78%，高于全球主要城市平均水平19.03%。日本學者青木陽二的研究表明，人在環境中所接收到的信息90%來源于視覺，而綠色在人的視野中達到25%時，人眼的觀察感知最舒適，指標越高越能對人產生積極的心理影響，讓人對周邊環境產生親近感。郴州市中心城區道路綠視率的整體水平較高，給人的感受較舒適。

從綠視率空間分布來看，研究區域內道路綠視率差異明顯，最高的是位于老城區的中行路，綠視率有58.1%；最低的是同樣位于老城區的燕子前路，綠視率僅有8.5%。老城區的北湖公園、烈士公園、南塔公園、駱仙嶺等區域的綠視率高，在40%以上，生態資源較好，道路綠化景觀層次相對豐富；老城區舊街巷的綠視率低于20%，建成時間早、綠化少，兩側基本都是建筑，東邊的白水片區和工業園區還在建設中，許多新建道路綠化還待生長，尚未形成良好的生態景觀，這些區域綠視率較低（見圖3）。

3 綠視率影響因素分析

3.1 道路自身因素

調查統計郴州市中心城區主要道路的寬度、綠帶數量、綠化配置形式和喬木體積，研究上述4個因素與綠視率的關系（見表1）。根據綠化的種植密度及景觀層次，將綠化配置劃分為疏林式、疏林灌木式和密林式；喬木體積是衡量喬木在視野中所占比例的指標，被劃分為高、中、低3個等級。表中的很多定性數據，在分析前，需將其轉變為定量數據來處理，例如密林式以3代替，疏林灌木式以2代替，疏林式以1代替；喬木體積的高、中、低分別用3、2、1來表示。

道路寬度、道路綠帶數量、綠化配置形式和喬木體積4個因素與綠視率的相關系數如表2所示，結果顯示4個因素都與綠視率顯著相關，其中道路寬度與綠視率呈負相關關系，道路綠帶數量、道路綠化配置和喬木體積與綠視率呈正相關關系，喬木體積與綠視率的相關系數最高。

表1 郴州市道路相關數據調查統計（部分）

表2 郴州市道路影響因素的相關系數

將綠視率劃分為＞40%、20%～40%、10%～20%和＜10%4個等級，研究不同綠視率等級下不同因素道路的占比情況。道路寬度與綠視率等級的關系如圖4a所示，綠視率大于40%的道路寬度均在24m以內，12m以下的占75%；綠視率小于10%的道路寬度在12m以下的比例也很高，占68%。道路越窄，綠量高低對綠視率的影響就越顯著。隨著綠視率等級降低，寬度大于24m的道路所占比例逐漸升高。綠視率在10%～20%和20%～40%的道路，4種類型的道路寬度都存在，其中綠視率在10%～20%時，道路寬度主要為12～18m，占60%。

道路綠帶能豐富視野中綠色所占面積，提高綠視率。綠視率大于20%的道路，其中有綠帶的道路所占比例要明顯高于無綠帶的道路；綠視率小于20%時，則相反，其中綠視率小于10%的道路均無道路綠帶（見圖4b）。

在城市空間方面，景觀層次越豐富，所體現的綠色越多。綠視率小于20%的道路中，疏林式所占比例要明顯高于其他形式，其中綠視率小于10%的道路均為疏林式；綠視率大于20%的道路中，疏林灌木式所占比例較大，綠視率大于40%時，疏林灌木式所占比例最大，綠視率在20%～40%時，3種植物配置形式占比相對均衡（見圖4c）。

道路中喬木體積對綠視率有顯著影響。綠視率大于40%的道路以中高喬木為主，其中高喬木占78%；綠視率在20%～40%的道路，高、中、低喬木比例較均衡；隨著綠視率降低，低喬木在道路所占比例急劇增加，高喬木則相反，綠視率在10%～20%的道路，以低喬木為主，未出現高喬木；綠視率小于10%時，道路中全部為低喬木（見圖4d）。

圖4 不同綠視率等級下不同因素道路的占比

3.2 行駛速度與綠視率的相關分析

隨著行駛速度提高，駕駛員的視點位置往前移動，視野的水平角減小使其范圍變窄（見圖5）。

如圖6所示，不同影響因素下行駛速度對綠視率的影響會有顯著差異，本文研究了道路寬度、道路綠帶數量、綠化配置形式和喬木體積4個因素下綠視率與行駛速度的關系。

如圖6a所示，在道路寬度不同，其他因素相同情況下，綠視率與行駛速度呈明顯的負相關關系。道路寬度為12m時，行駛速度大于80km/h后，綠視率保持穩定；道路寬度為18m時，綠視率隨行駛速度增加持續減小；道路寬度為28m時，行駛速度大于60km/h后，綠視率才開始減小。可以發現，道路寬度較小時，行駛速度對綠視率的影響大，而道路寬度較大時，行駛速度在60km/h以內，綠視率變化較小。

在道路有2條綠帶、1條綠帶和無綠帶3種情況下，綠視率與行駛速度呈明顯的負相關關系，隨著行駛速度增加，綠視率減小，道路在有綠帶情況下的綠視率降低程度要高于無綠帶（見圖6b）。

如圖6c所示，在疏林式、疏林灌木式和密林式3種綠化配置情況下，綠視率與行駛速度呈明顯的負相關關系。疏林灌木式道路的綠視率變化程度更大；對于疏林式和密林式的道路，綠視率隨行駛速度均勻增加，減小程度越來越低。

如圖6d所示，喬木體積不同，行駛速度對綠視率的影響不同，高喬木的道路，綠視率隨行駛速度增加而減小；中喬木的道路，隨行駛速度增加，綠視率先減小后增加；低喬木的道路，行駛速度小于40km/h時，綠視率隨行駛速度增加而降低，行駛速度大于40km/h后，綠視率保持相對穩定。

圖5 視野大小隨車速變化示意

圖6 不同影響因素下綠視率隨行駛速度增加的變化

4 結語

隨著視覺生態理論和以人為本理念的發展，綠視率的重要性越來越突出，郴州市中心城區道路的綠視率整體水平較好，給人的感覺較舒適。本文定量研究了道路自身因素和行駛速度對綠視率的影響，分析得出綠帶數量、綠化配置形式、喬木體積與綠視率呈正相關，其中喬木體積對道路綠視率的影響最大，道路寬度與綠視率呈負相關且影響程度較小。行駛速度對綠視率的影響也受這4個因素影響，道路中喬木體積為中或低時，綠視率與行駛速度不存在明顯的相關關系，其他情況的道路，綠視率隨行駛速度增加而減小。

針對本次研究得出的結論，為提高道路綠視率，可采取以下綠化策略：降低道路寬度，增加道路綠帶寬度和數量，增加喬木數量，充分利用生態資源，合理布置道路綠化的景觀層次。