基于图像技术的京西村落街巷绿视率研究

潘明率，张铁松 （北方工业大学，北京 100144）

1 概述

1.1 研究背景

近年来，实施乡村振兴战略，坚持人与自然和谐共生，学者越来越关心乡村生活空间的治理，在生态文明建设指引与青山绿水文明实践中，村落生态环境的不断好转，美丽宜居乡村不断得以实现。其中，村落中的空间绿量是一个重要的衡量指标。通常计算空间绿量的相关指标以“绿地率”和“绿化覆盖率”为主要，这两个指标统计计算相对容易，从二维的角度直观表述了研究地块的绿化强度。“绿视率”从日本进入，从三维的计算出发，以人眼观察的角度，计算绿量的大小，突出了人在其中的重要作用。

从现有研究成果看，学者们在城市中道路和社区的绿视率研究取得了一定的研究成果，并且通过百度街景数据、图像识别等方法，对绿视率的取值方式做了进一步研究，而对于村落街巷的研究相对较少。这些研究成果，为本文的研究提供良好的测量记录与数据分析方法[1]。

1.2 研究目的

鉴于京西村落街巷界面形态的地域性与复杂性，本文采用基于全卷积网络的视觉影像语义分割软件的图像技术。以京西的两类村落为样本，对京西村落的绿视率进行量化分析，而不是用传统的定性的方法对其进行分析。通过量化分析可以更加直观地表现出其村落的地域性特点，以期为京西村落的保护与提高其中居民的舒适率提供客观有效的指导与参考。

2 研究方法与意义

2.1 绿视率

“绿视率”这一概念首先由日本的青木阳二于1987年提出，是指在人的视野中绿色所占的比率。后由日本环境也理学研究专家大野隆造教授于2002年提出的。“绿视率”理论目前已被国际上许多国家认可[2]。

2.2 研究方法与绿视率的量化计算

2.2.1 全卷积网络的框架

David H.Hubel和Torsten Wiesel在上个世纪50年代末在猫和猴子上面做了一系列实验，在视觉皮层上方面得出了关键的结论，并在1981年获得了诺贝尔生理学或医学奖。他们发现，视觉皮层的很多神经元都有一个小的局部点，也就意味着，神经元只对有限区域的局部点上的刺激物做出反应。后来的人们根据这项发现，通过类似推自然的对象级分割结果。全卷积网络会将一幅街景图像分成多个子场景，每个子场景关注车辆、道路、树木或其他自然物体，多达151个类别。目前麻省理工学院的ADE20K网站记录了所有151个类别的完整描述。

2.3 数据的采集与整理

在研究对象的选取上，主要考虑到村落的代表性。京西地区有着特殊的地域文化，京西地区的生态山水、古道商旅、宗教寺庙、民俗习俗、琉璃煤业等文化，交织形成了该地区不同的村落形态。京西地区入选第一至第五批中国传统村落文化有12个，入选北京市首批市级传统村落名单14个。同时，这里由于产业发展，又形成了新兴的村落。本文研究选取了以三家店、琉璃渠作为传统村落代表，以龙泉务、麻峪作为新兴村落的代表。

图1为对京西新兴村落与传统村落进行调查走访的数据采集与编号的过程，对收集的图像进行归纳总结，并为每个图像分别编号。

图1 数据采集与编号

在用视觉影像语义分割的技术对采集的数据进行解析，可以在一张图像中得出大概151个类别的分组数据，分别代表着不同的意象在整个图像中的所占比例的比重。从中挑选出重要的我们需要的数据。

在采集的数据中选择树，草和植物的数据，并将其相加可得其绿视率。然后将两个不同类型的村落的不同街巷的绿视率依次分类归纳。其后对这两个京西村落的绿视率的量化结果进行对比分析研究。

2.4 结果与分析

2.4.1 京西村落街巷绿视率特征

整体来看；选中的两个京西村落的平均绿视率为8.33%，远低于全球主要城市绿视率平均值19.03%，绿视率小于15%的取样点占比较高，根据日本学者折原夏志对绿视率水平的划分标准，一般而言，会将绿视率划分为5个等级：0～5%（绿化水平差）、5%～15%（绿化水平较差）、15%～25%（一般绿化水平）、25%～35%（绿化水平较高）、大于35%（绿化水平高）。

目前调研的街道人视点中，绿化水平差（0～5%）的点占65.3%，绿化水平较差（5%～15%）的点占20.0%，一般绿化水平（15%～25%）的点占9.5%，绿化水平较高（25%～35%）的街道占5.3%，绿化水平高（大于35%）的街道占0%.可以看出绿视率小于5%的街道占到了65.3%，超过一般绿化水平的人视角内绿视率极低，拉低了整体平均值，是由于京西新兴村落的主干道道路较短，而次干道和支路则是数量多、绿视率低。主要体现出了部分新兴村落绿视率普遍偏低的现象，这方面有待改善。

2.4.2 不同等级道路绿视率分析

下面为对京西村落实地调研后，分析不同道路等级下绿视率的情况。有研究表明，大部分人所认可的绿视率的最低限为15%。当绿色占据人视野的25%时，它是最舒适的。而且在绿视率达到25%时对人的视力和健康也最有利。但是在京西村落除少数的路段，其他很少有足够的绿视率。

表1为龙泉务村不同等级道路绿视率分析表，由表1可以看出，龙泉务村主干路绿视率平均值最高，其次为次干路，支路绿视率最低。这是由于主干路两边有时会种植有乔灌木行道树，次干路与支路巷道的绿化大多为远景或居民自种小盆栽，面积较少。在不少巷道甚至出现绿化率低于5%的情况，是由于这些取样点位于建筑山墙面且周边视野较为狭隘，绿化植物较少，以苔藓为主。尤其是龙泉务村的街巷相较于其他的村落，一些小的街巷的宽度更加狭窄，导致人的视角下，可能只有两面山墙，极度降低整个村落的绿视率水平。

龙泉务村不同等级道路绿视率分析表 表1

表2为三家店村不同等级道路绿视率分析表。三家店村为经过国家认证的第一批入选国家传统村落名录的京西村落，它经过长时间的发展与改造，变为现今的样子。由于笔者在三家店村调研的期间内，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数据有可能存在一定的偏差。即使是存在一定的偏差，三家店村的绿视率还是优于京西地区新兴的龙泉务村。处于一般绿化水平左右的观测点也有一小半。

三家店村不同等级道路绿视率分析表 表2

3 结语

通过对京西村落的街巷进行量化分析，在两个京西村落中的绿视率进行了总结。其中，通过大量调查走访的数据，总结出京西村落的人的视角下的各种参数区间。其中重点研究结果表明，此两个京西村落的绿视率的平均数值仅在8.33%左右，说明是京西村落的绿视率是远远低于正常水平的，有待改善。而京西传统村落的绿视率又普遍优于京西新兴村落。说明京西新兴村落改善的需求更大一点。如果提高京西村落的绿视率，有可能会提高居民的舒适度。

本研究所得到的基础数据和量化分析得出的结论在村落的保护与发展中具有重要的理论基础的作用。使得之后的京西村落的保护与开发时拥有重要的依据。而且在绿视率方面进行了具体的分析，提出了绿视率不足的问题，希望可以通过解决这个问题来提高居民的舒适度。但是本文只是对京西村落的物理形态空间进行了量化分析，并没有对村民，游客对街巷形态的主观认知与行为活动方面进行探究。此外，由于村落的复杂性很高，量化街巷形态的方法得出的结论只是其中的一个因素，在其实际的更新中还应该考虑其他的相关因素。