基于街景数据的城市街道景观视觉评价——以福州主城区为例

张家瑜 范伟程 朱里莹*

(1.福建农林大学 园林学院，福建 福州 350002;2.厦门市市政工程设计院有限公司，福建 厦门 361008)

随着人们生活质量的提升和城市的发展，城市街道逐渐从单一交通空间转为综合城市生态、街道交通、景观美感等因素的复合空间[1]，其沿线植物、建筑、道路车辆等要素构成的街道景观，已成为提升公众生活幸福感与城市宜居水平的重要组成。探究街道的景观视觉评价，能够从多元视角了解街道环境现状，有助于通过改善街道景观的方式提升城市人居环境质量。

景观视觉评价始于20世纪60年代，各国学者通过对景观资源审美价值的研究，逐渐形成了不同风景分类系统和分类方法[2, 3]，并根据不同类型的景观资源制定了相应的评估体系[4]。随后景观视觉研究开始与心理学、生态学、道路交通等领域结合，丰富了景观视觉评估的理论[5]。随着城市化进程的加快，景观视觉的研究重点转向了城市，街道作为城市空间规划的重要载体，其景观视觉评价逐渐受到重视。可以利用照片[6]、幻灯片、录像等工具作为评价媒介，通过收集受访者对图片中街道景观的评分，了解公众对街道景观的偏好程度与感知评价。近年来，GIS[7]、眼动仪[8]、虚拟现实[9]等技术也逐步应用于景观视觉评估中，如通过GIS和遥感数据可以对城市景观资源的特征、质量、敏感性[10]等方面进行评估，便于后续对城市空间进行合理规划与利用。

目前，街道景观视觉评价研究仍以问卷调查等传统数据调查方法为主，评价方法多使用层次分析法(AHP)、美景度评价法等主观方法，亟需引入能提升客观准确性的评价方法及新兴数据。因此，本文以福州市主城区为例，结合街景数据和问卷调查构建城市街道景观视觉评价体系，并运用熵权法构建街道景观评价模型，对评价体系的结果进行分析比较，以期为提升优美宜居的城市街道环境提供参考。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域概况

作为福建省省会，福州市拥有滨江滨海生态园林城市、全国文明城市等多个“城市名片”，在建设城市生态文明环境、创造宜居街道景观方面有良好的环境基础。本文以福州市主城区为研究区域，包含晋安、台江、鼓楼、仓山4个市辖区，东西长18.5km，南北宽24.9km，面积约402km2。该区域位于福州城市中心，有完善的交通体系和道路系统，城市化水平较高，因此对其开展街道景观视觉评价较有意义。

1.2 数据收集与预处理

1.2.1 街景数据

通过OpenStreetmap开源地图网站爬取福州市路网数据，以街道100m为间隔生成均匀分布的采样点14 488个。通过Python调用百度地图URL链接下载街景数据，水平视角以60°为间隔，即1个采样点爬取6张60°街景图片。研究区域内街景数据更新时间为2019年6月16日—2020年8月17日。由于福州处于亚热带气候，街道以常绿树种为主，主城区冬季无降雪[11]，因此可以忽略季节变化引起的街道景观差异，最终共爬取86 928张街景图片数据。通过deeplabv3+深度神经网络模型实现对Cityscapes数据集的迭代训练，并对爬取的街景数据进行图像分割与识别，共识别出19种要素(图1)。

图1 街景图片识别结果及19种要素示意图

1.2.2 问卷数据

在2021年9月16—24日，通过询问街道行人及发放网络问卷2种方式收集公众对街道景观中各指标影响程度的评价，便于后续构建城市街道景观视觉评价模型。共发放问卷200份，回收175份，有效率87.5%。问卷主要针对街景数据可识别出的要素及相关指标进行询问，了解公众主观感知下各指标对街道景观的影响程度，采用李克特5级量表法，按照“非常影响”5分、“影响”4分、“一般影响”3分、“不影响”2分、“非常不影响”1分的差值对指标赋值。

2 城市街道景观视觉评价模型

使用主成分分析法和熵权法等方法构建城市街道景观视觉评价模型。首先，使用频次分析法对各类文献中提出的街道景观影响因素进行整合，再结合机器可测度算法进行指标初步筛选。其次，向公众发放问卷收集各指标对街道景观影响程度，采用主成分分析法提取公因子构建评价体系。最后，采用熵权法计算指标体系的客观权重得分，构建基于街景数据的城市街道景观视觉评价模型。

2.1 城市街道景观评价指标体系构建

2.1.1 指标选取

城市街道景观视觉评价指标体系的构建既要全面反映城市环境与街道景观的质量，又能重点反映城市街道在景观方面的内涵与主要特征。在筛选指标时，除遵循系统性、层次性、可操作性等原则外，还需综合考虑能够反映城市街道景观的视觉影响因素，因此用频次分析法对景观视觉相关研究文献进行统计，筛选国内外认可度较高的景观视觉经典文献12篇、基于传统数据进行街道景观研究的文献16篇、基于新型数据进行街道景观研究的文献17篇，并对文献中评价指标出现的频次进行统计。

接下来，对上文已识别的19种街景要素中可支持测算的内容展开研究，排除难以转化为具有可操作性的指标如历史文化氛围、环境协调性，最终在频次分析的基础上选取了能够支持机器算法测度的指标共10个。

2.1.2 构建指标体系

使用主成分分析法提取一级指标，以实现城市街道景观评价指标体系的构建。借助主成分分析法的因子降维原理，将多种指标通过标准化处理、正交变换等步骤转化为少数综合指标，探寻各指标的内在联系。使用SPSS软件对收集的问卷数据进行因子降维分析，通过旋转后得到各因子相关荷载矩阵，对其进行公因子(即准则层)提取(见表1)。

表1 主成分旋转后因子荷载矩阵

第1个准则层指标由步行安全指数、机动车干扰指数、路面可行指数、道路面积指数决定，反映了街道车辆与道路的安全程度；第2个准则层指标由绿色视觉指数、天空开阔指数、空间围合指数决定，反映了街道各景观元素带来的空间舒适程度；第3个准则层指标由视觉熵、功能多样指数、色彩丰富指数决定，反映了街道的空间丰富性与功能多样性。根据准则层的特点及前人的研究成果，分别为3个准则层命名 (见表2)。

表2 城市街道景观视觉评价指标体系与测算方法

2.2 确定指标权重

熵权法是基于各指标提供的信息熵大小实现权重赋值。目前已有研究表明，熵权法在评价街道景观时在准确性方面更具优势，是客观测算指标权重的重要方法[12]，因此本文选取熵权法确定指标权重。由于各指标代表的含义不同，因此对问卷收集的数据进行熵权法计算之前，需分别对正向指标和负向指标进行数据无量纲化处理，公式如下：

对无量纲化处理后的数据，使用熵权法进行权重计算，具体步骤如下：

表3 基于熵权法的城市街道景观视觉评价指标体系权重

3 结果分析

3.1 信效度分析

在城市街道景观视觉评价研究中，为确保数据的真实可靠，及检验能否使用主成分分析法及熵权法，需对问卷收集结果进行信度及适宜性分析。结果表明：信度0.861，适宜性测度KMO为0.843，当KMO处于0.8—0.9表示主成分分析较好；Bartlett球形检验的近似卡方为824.754，显著性概率Sig为0.000，Sig<0.001说明达到显著性水平要求，证明数据可信度与准确性较高，适宜进行主成分分析及熵权法分析。

3.2 视觉安全性指标分析

视觉安全性反映城市街道景观的基础需求，发展街道景观应以公众安全出行为基础。在准则层中，视觉安全性(0.276 4)排名第三。由于街道的通行安全是最基础的保障，因此在提升街道景观时需先营造安全、有序的街道出行环境，才能吸引行人驻足街道空间。

在指标层中，道路面积指数(0.071 5)、路面可行指数(0.070 8)、步行安全指数(0.069 1)和机动车干扰指数(0.065 0)4个指标的影响权重相当，在街道景观提升与设计时要综合协调各指标，如合理划分车行道与人行道流线、制定安全有序的车辆行驶措施等，营造安全可靠的城市街道步行环境。

3.3 景观舒适性指标分析

景观舒适性反映城市街道景观的核心内涵，彰显街道内涵要以舒适的环境体验为目标。在准则层中，景观舒适性(0.351 1)排名第二，但与景观丰富性权重相当，说明景观舒适性与景观丰富性是街道景观的协同性影响因素，这是因为营造多样街道景观的最终目的是为公众提供舒适的城市人居环境。

在指标层中，空间围合指数(0.181 6)是影响公众对街道景观评价的焦点因素，反映了公众对街道最直观的感受，若街道空间围合程度过高会导致环境压迫感增强，使公众产生压抑感，因此提高感知舒适性需要合理规划街道空间尺度。天空开阔指数(0.123 8)反映了街道的视线通透性，对公众体验城市景观特色有重要作用。因此在提升天空开阔程度时，一方面要注重视觉效果中天空的比例设计，保证视线的开阔性；另一方面要配合周边的建筑轮廓，提升天际线的层次感，达到丰富街道景观的作用。绿色视觉指数(0.045 7)是评价体系中影响最小的因素，由于公众对使用植物绿化提升城市环境方式的认可度较高，因此问卷中收集到关于绿色视觉指数的评分所包含的无序信息量低，使得该指标权重影响较小。

3.4 景观丰富性指标

景观丰富性反映城市街道景观的整体形象，提升街道质量应注重营造丰富的景观层次。在准则层中，相比视觉安全性、景观舒适性，景观丰富性(0.372 5)的影响权重最高，说明景观丰富性是城市街道景观视觉质量最重要的影响因素。

在提升城市街道景观水平时，应均衡、综合考量视觉熵、功能多样性和色彩丰富性等指标，其中色彩丰富指数(0.169 1)的影响最大，色彩是公众视觉感知最直观的因素，因此在街道景观设计中，要重视街道色彩的营造与搭配，通过合理的色彩组织保障景观丰富度，提升公众对高品质街道的形象感知。视觉熵(0.103 6)也是影响景观丰富性的重要因素，反映了街道中景观要素的复杂性与多样性，因此在街道设计时可考虑增设不同要素类型，或对同一类型要素进行差异化设计，如高低错落、色彩协调的建筑群落。功能多样性(0.099 9)是城市街道区别于乡村的主要体现，通过多样的街道功能提升公众对城市高品质人居环境形象的感知，合理规划城市用地与建筑性质，提高街道景观丰富性，凸显城市环境的现代化氛围。

4 结语

城市街道景观视觉评价有利于精细化识别城市空间现状，其评价方法的改进有助于及时准确了解城市环境现状并提出优化策略。由于以往进行城市街道景观评价研究时多以传统数据和主观方法为主，亟需引入街道景观客观评价方法及新兴数据。本研究以福州主城区为例，将研究区域的街景数据和问卷数据结合，从视觉安全性、景观舒适性、景观丰富性3个方面构建街道景观视觉评价体系，并引入熵权法测算指标权重，完成对街道景观视觉的评价。后续可基于城市街道景观评价模型进行量化评估，识别城市中需要提升优化的街道，为营造优良人居环境和实现城市空间精细化管理提供参考。