基于街景和POI 數據的街道空間品質評價

李有鵬，劉國棟

（1.重慶交通大學 智慧城市學院，重慶 400074）

良好的街道空間不僅能滿足居民的日常出行、購物等活動，還能在視覺、心理等多種感官上有舒適的體驗[1]。本文遵循“以人為本”的發展理念，使用深度學習及空間句法等空間分析方法從街景影像、POI以及路網數據中提取評價指標，構建層次分析模型對渝中半島街道空間品質展開評價。

1 研究區及數據獲取

1.1 研究區概況

渝中區是重慶主城九區之一，與江北區、沙坪壩區、九龍坡區、南岸區相鄰，位于長江、嘉陵江交匯地帶，由于兩江環抱，形似半島，又名渝中半島，是重慶市的城市核心地區。全區水陸域面積為23.24 km2,其中陸地面積20.08 km2，下轄解放碑街道、朝天門街道、大溪溝街道等11個行政街道。

1.2 數據獲取與預處理

1）OSM 路網。OSM 路網數據來源于OpenStreet-Map（https://www.openstreetmap.org/），對研究區路網經過簡化、拓撲檢查，并在交叉點處分割為路段處理后共得到道路604條。根據30 m間隔對路網增密獲取采集點，以此作為街景圖片采集的基礎數據。

2）街景影像。街景圖片數據從百度地圖(https://map.baidu.com/)獲取，根據百度開發文檔調用API 服務接口，設置視場角參數為360°（fov = 360），使用Python編寫程序獲取全景圖，最終獲得有效街景圖片為7 844張。

3）POI 數據。POI 數據通過調用百度地圖API 獲取，對原始數據經過清洗、投影變換及矢量化處理，根據其作用功能重分類，再將各類別POI數據連接到鄰近道路上，設置連接距離為100 m。

2 研究方法

立足居民在街道空間中的感受對街道空間品質進行評價，首先搭建基于深度學習的PSPNet（pyramid scene parsing network）網絡提取街景要素，并將街景數據經過投影轉換得到魚眼圖，計算太陽輻射比例。隨后計算道路100 m 范圍內各類別POI 數據的密度以及多樣性。再使用空間句法獲取路網的網絡特征信息，并將各項評價指標使用空間連接的方法鏈接到對應路網。最后構建層次結構模型，根據指標權重計算街道空間品質綜合得分。

2.1 評價指標體系構建

在密集的城市三維空間中，居民生活體驗不僅受到建筑界面、可步行空間等建成環境的影響，還與街道空間服務設施的便捷程度以及安全保障息息相關。因而根據居民在街道空間中的主觀感受，結合空間數據以及街景影像特征，構建舒適度、安全性、便捷性以及活力度4個維度的街道空間評價指標體系（表1）。

表1 層次結構模型指標組成及權重

2.2 評價指標量化

2.2.1 語義分割

借助語義分割技術，搭建經Cityscapes數據集訓練的金字塔場景解析網絡PSPNet語義分割模型提取各類街景要素，并計算各類要素比值。與全卷積網絡FCN（fully convolutional network）相比，PSPNet可以更好地獲取場景全局信息，從而提高精度[2]。最終得到道路、車輛、行人、綠植、建筑物等19種要素的像素數占比及位置信息，將識別結果分類計算得到界面圍合度、車輛通行指數、路面可行性、綠視率、天空可見度5 項指標，并使用Simpson指數計算街道空間的色彩豐富度。

2.2.2 太陽輻射比例

太陽輻射會影響城市熱環境[3]，對居民舒適體驗產生影響。通過投影轉換將街景全景圖轉換制作魚眼圖，并根據道路與正北方向的偏轉角度將魚眼圖的正上方調整為正北方向，以6 min為間隔計算太陽高度角和天頂角，可得到任意一天（北京時間）內的太陽運動軌跡。將太陽運動軌跡與魚眼圖重疊，若與天空要素重合，則判定該時間點陽光可照射到地面，從而可得到觀測點接收的太陽漫輻射比例PF 與直接輻射比例PD[4]。因在不同天空視域因子值條件下直接輻射均值明顯大于漫輻射均值，且在輻射總量中占較大比重[5]，故使用直接輻射比例（式1）代表觀測點太陽輻射強度。

式中，h1為日出時間；h2為日落時間；θh為太陽對應時刻的天頂角；Bh為太陽軌跡被否與天空要素重合的布爾變量，若與天空要素重合則為1，否則為0。

2.2.3 空間句法

空間句法以拓撲關系為基礎，將社會網絡的分析方法引入到城市物質空間，適用于城市街道空間的精細尺度研究[6]。在sDNA 中接近度(式2)反映了城市區域對交通流的吸引力，吸引力越高則交通越便捷[7]。

式中，W(y)為路段權重；P(y)為搜索半徑內節點的權重，在連續空間取值為[0,1]；nqp dn 與nqpdd 取值為1。

2.3 基于層次分析法的評價方法

層次分析法(The analytic hierarchy process, AHP)，是一種解決多指標復雜問題的定性與定量相結合的決策分析方法。根據目標將影響要素分為不同的聚類，組成多層次的結構模型，再判斷各組成指標的重要程度，獲得各指標的權數?；趯哟畏治龇嫿ㄊ孢m度、安全性、便捷性和活力度4個感知維度為準則層的層次分析模型對渝中區街道空間品質進行評價的主要步驟為：

1）根據目標及評價指標建立層次結構模型。

2）構造判斷矩陣，采用相對尺度方法將各層次指標的重要程度兩兩對比，減少不同性質指標在比較時的困難。

3）層次單排序及一致性檢驗，獲得同層次因素對上一層次因素的重要性，并引入判斷矩陣，保證判斷矩陣滿足一致性要求。

4）層次總排序及一致性檢驗，得到各層次指標對于目標層次的相對重要性權重。

5）權重與指標值疊合，得到目標層次綜合評分。

由于獲得的多項指標間的量綱和數值均存在差異，故使用max-min 方法將各項指標標準化處理，使其值在[0,1]范圍內。再將標準化后值與指標的權重對應，得到各街道的綜合品質得分（式3）。

式中，ai為指標歸一化后的結果；wi為對應的權重。

3 結果與分析

3.1 街道空間品質總體特征

計算得到渝中區街道空間品質平均分為0.47，使用自然間斷法將計算結果分為5個等級（圖1），發現各區域空間品質特征差異性較大，且呈散狀分布，說明建成環境復雜的渝中半島街道空間品質雖整體良好，但多樣性和差異性并存。

圖1 街道空間品質結果

對各行政街道空間品質得分進行統計（圖2），結果表明得分聚集區間為0.47～0.48、0.48～0.53，平均得分基本與整體保持一致。在0.48～0.53 得分區間內，化龍橋街道占比最大，達到了50.00%，南紀門街道在得分區間為0.47～0.48 內占比最大為58.62%，大溪溝街道占比最小為35.19%。而在綜合得分為0.33～0.40 區間內，化龍橋街道占比最大為2.56%。由此可得出渝中半島內街道空間品質特征雖高低品質并存，但以較高品質為主，未出現明顯的兩極分化現象。

圖2 各行政街道自然間斷法分類區間占比

渝中區有深厚的歷史文化底蘊，且作為重慶市的城市核心區域，各類生活配套設施較為完備。將評價結果與實際結合發現，渝中區東部區域的解放碑商業步行街、洪崖洞民俗風貌區及眾多歷史人文景點極大地滿足了居民在街道中的生活體驗感，民族路、新華路、長江濱江路等街道空間品質較高，但江家巷、白象街等街道空間內由于道路較窄且綠化較少，是街道空間品質較低的主要原因。中部李子壩正街區域，鄰近嘉陵江以及李子壩抗戰遺址公園等景點，街道空間品質較好。西部區域隨著大坪商業圈的不斷發展，該區域也正在成為居民和游客所青睞的地方，但時代大道受到密集建筑物的影響品質相對較低。

3.2 多感知維度街道空間品質特征

根據圖3 及表2 可知在舒適度、安全性、便捷性和活力度4 個感知維度，渝中半島品質差異性較大，且不同行政街道各感知維度品質也存在較大差異。

圖3 各感知街道空間品質特征分布

表2 各行政街道不同維度感知評分平均值

舒適度得分區間為[0.11，0.64]，平均得分0.41。整體上東西部區域差異明顯，東部區域解放碑街道、朝天門街道和七星崗街道3個行政街道內道路舒適度得分均較低，而西部區域僅石油路街道內的時代大道區域舒適度較低。該部分區域建筑物密集，天空可見度較低，綠化設施相對較少是使舒適感較低的主要原因。

安全性得分區間為[0.12，0.68]，平均得分0.34。由于建筑物等物體對行人視線的遮擋，以及密集的車流量限制行人的可步行空間，影響人群在街道中的安全感，但由于解放碑及大坪商業街范圍內部分道路少有或限制機動車輛通行，行人可步行空間較大，街道空間內安全感較高。

便捷性得分區間為[0.04，0.52]，平均得分0.27，表現為中等水平。各街道空間的連通與公共服務設施為街道空間中生活的居民提供了便利。由于渝中區極具山地城市特征，在地形因素的影響下，區域內道路密度分布不均，且地勢不平坦，使得各街道空間的便捷性存在差異。

活力度平均得分為0.70，密集的商業設施以及功能的多樣性促進了街道活力，吸引較多行人參與街道空間生活，洪崖洞、十八梯、李子壩等眾多旅游景點也吸引了大量的游客，從而使各街道的活力度較高。中部區域受到地形因素影響商業設施較少，但鵝嶺公園以及佛圖關公園為居民休閑提供場所，因此鄰近的鵝嶺正街以及長江二路街道活力度較高。

3.3 道路等級空間品質對比

對不同等級道路的空間品質進行對比分析（圖4），發現渝中區各等級道路空間綜合品質基本保持一致，且在不同感知維度中活力度得分較高，但便捷性分值較低，與各行政街道多維度品質感知結果一致。舒適度隨著道路等級的升高而升高，主要原因在于支路與次干道大多處于城市空間內部，周圍高大的建筑物遮擋了行人的可視空間，而主干道不僅提供開闊的視野環境，寬敞的路邊空間也為綠色植物提供了生長空間；同時由于城市支路對車行速度的限制以及行人可步行空間的提高，安全性隨著道路等級的降低而升高。

圖4 不同等級道路空間品質

4 結 論

結合街景圖像和POI 數據對渝中區街道空間品質進行評價，發現渝中區各街道空間品質雖存在差異，但整體表現較好，且未出現明顯的兩極分化現象。通過對各行政街道和不同等級道路的舒適度、安全性、便捷性、活力度4 個感知維度空間品質分析發現，在建成環境和設施布局的影響下，各感知維度品質均不相同。為進一步提高街道空間品質，應根據實際需求適當提高綠化率，增加公共服務設施數量以及多樣性，提升街道空間色彩多樣性，改善街面圍合度、車輛通行指數以及路面可行性，使居民在街道空間中有更好的感知體驗。