基于街景图像的可解释性城市感知模型研究方法

理解城市环境对人类感知的影响,对城市合理规划及布局具有重要的人文参考价值。城市环境是一个动态变化的复杂系统,具有空间异质性的特点。由于研究方法的限制,在复杂的城市环境中,以往基于街景图像的城市感知研究难以全面精细地分析环境关键要素对人类感知的影响。本研究以武汉市中心为研究区,首先利用全卷积神经网络将街景图像分割为城市地物类型,耦合感知打分数据和随机森林算法建立6类城市感知模型;然后基于沙普利值方法分解在随机森林模型中各类城市地物对人类感知的影响,并识别城市环境关键要素;最后结合分解结果,探究在非线性模型中沙普利值方法的适用性和优势。结果表明：沙普利值方法能够有效考虑环境异质性,精确地定量表示在不同场景中各类地物对人类感知的影响;城市高楼、天空、绿地空间是对人类感知影响最大的3类地物,且地物的体积和分布与其对人类感知的影响有关,图像占比大、分布连续的地物对人类感知的影响比图像占比小、分布离散的地物对人类感知的影响大;受城市环境空间异质性的影响,主要地物类型对各类感知的影响程度和形式有显著不同;高楼与人类感知为非线性关系,且具有明显的单调递增或递减的形式;绿地空间与积极感知呈非线性关系,与...     

基于街景图像的旅游地街道空间视觉品质评价方法

街道空间是旅游者在旅游地的主要接触空间,良好的街道视觉品质对旅游产业的可持续发展至关重要,而如何建构视觉品质评价方法则需要进一步探索。本文以厦门市鼓浪屿作为研究区域,首先建立街道空间视觉品质量化模型,采用人工模拟旅游者行进的方式采集街景数据,进行成像参数校正和图像编码;其次,采用全卷积网络进行图像语义分割和视觉要素提取,获得街道环境视觉参数;最后,根据量化模型将视觉参数聚合到地理要素中,建立地理信息数据库进行街道空间视觉品质评价。结果表明：(1)鼓浪屿街道空间视觉品质存在明显的空间分异性;(2)建筑密度、街道宽度与植被小品是塑造街道空间视觉品质的基础视觉要素;(3)植物类公园、主要交通枢纽、主要商业设施的分布对街道空间视觉品质产生显著影响。本文为街道视觉品质评价工作提供了可供迁移应用的数据采集方式和研究方法,基于全卷积网络的街景图像语义分割精度较高,能够为街景图像以及其他类型的图像数据分析提供参考。在管理实践上,本文可以为旅游地街道空间的管理与规划、资源整合与配置、人流引导与调控等工作提供有价值的借鉴。     

街景图像与机器学习相结合的道路环境安全感知评价与影响因素分析

准确识别影响环境安全感知的视觉因素,对于改善城市交通环境与提升行人出行安全具有重要支撑作用。然而,既有研究难以对复杂场景下的环境安全感知进行大规模定量化研究。因此,本文利用图像语义分割和目标检测技术从街景图像中提取视觉要素,通过人工评分结合深度学习的方式构建道路安全感知数据集;再基于轻量梯度提升机和SHAP解释框架,识别出影响环境安全感知的视觉因素;最后,选取道路环境特殊的峡谷性城市兰州市安宁区高校聚集地为例进行实证研究。结果表明：(1)高校及商业街的安全感知评分较高,城市道路的普遍偏低;(2)天空、人行道、道路和树木的图像占比值是对环境安全感知影响最大的四类要素,其中,天空的图像占比值为线性关系,人行道和树木的图像占比值近似对数函数,道路的图像占比值则类似二次函数;(3)视觉要素占比和个数存在交互影响作用,合理的要素分布有助于形成良好的空间视线,以及营造合适的行为活动空间,从而提升环境安全感知。     

基于街景图像的厦门本岛环境特征对住宅价格的影响研究

住宅价格的空间分异是城市空间资源配置不均衡的外在表现,理解住宅价格的主导影响因素及其空间分异特征对于住区规划及房价调控政策的制定具有重要意义。既有研究较少考虑环境品质对住宅价格的影响和影响因素的作用尺度差异,针对以上问题,本文引入街景图像,在特征价格模型的基础上拓展环境特征,构建多尺度地理加权回归（MGWR）模型,研究环境特征对住宅价格的影响效用,并通过分析其他控制变量的系数空间格局,总结各变量的空间分异特征规律。主要结论为：(1)街景图像测度的环境特征更符合人们对居住环境的真实感知,研究结论可为居住环境品质提升提供更加精细化的设计策略;MGWR模型对变量的空间分异现象具有更接近于真实值的拟合效果,可描述不同变量的作用尺度差异,这有助于为特定地区制定针对性规划策略。(2)厦门本岛住宅价格呈现显著的聚类特征,并沿城市核心发展轴呈“带状”结构分布。(3) 3个环境特征变量对于住宅价格均为显著的正向影响,且作用接近全局尺度,街景绿视率的影响最强,其次是天空开敞度和相对步行指数。(4)总结各变量的系数空间分异规律,发现不同特征地区住宅价格的主导影响因素不同,核心地区主要受交通、教育因素的影响;...     

城市街道景观色彩对游客情感感知影响——基于街景图像的研究

街道是城市旅游的重要吸引物,探讨街道景观色彩特征对游客情感感知的影响,对城市街道景观合理规划和布局具有重要的参考价值。本研究以西安市主要建成区为案例地,运用全卷积神经网络（FCN）和随机森林（RF）算法,构建街景图像情感感知数据集,基于街景图像利用机器学习对街道景观的色彩特征进行提取,构建色彩量化指标并将其进行空间可视化;最后,运用随机森林回归算法探讨街道景观色彩特征与游客情感感知之间的关系,并得出最佳色彩特征参数。结果表明：(1)游客情感感知具有明显的空间分布格局,美丽和活泼情感由中心区域向外逐渐增加,安全和富有在主城区外二环以内区域得分较高,无聊在该范围内则较低,压抑情感由中心区域向外逐渐降低,游客在非惯常环境中的情感感知与居民在惯常环境中的情感感知在空间分布上具有一定的同质性;(2)街道景观色彩特征与游客情感感知呈现出复杂的非线性关系。色彩复杂度对美丽和活泼的影响小于色彩协调度,对无聊、压抑、安全、富有的影响大于色彩协调度,当色彩复杂度取值为0.86,色彩协调度取值为0.84时,游客在六个维度可以获得较好的情感感知;(3)一般情况下,街道景观色彩特征越显著,越能够带给游客较好的情...     

基于百度街景的SVF计算及其在城市热岛研究中的应用

SVF（Sky View Factor）是描述城市辐射和城市热环境的有效指标之一,是研究城市热岛的重要几何参数,如何快速准确地计算大规模的SVF对城市形态和城市气候研究具有重要意义。已有研究发现,SVF与热岛强度具有强烈关系,但以往研究存在争论和局限性。本研究采用百度全景静态图,基于深度学习,使用Deeplabv3+模型对天空范围进行探测,提出一种SVF自动计算方法,并用该方法计算上海市中心城区的SVF分布。本研究引入局地气候分区（Local Climate Zones, LCZ）,将大规模、精确的SVF结合每个地块具体的土地利用和建筑情况进一步用于SVF与热岛强度的关系研究。实验结果表明,在不同场景下,Deeplabv3+模型都能对天空范围进行有效探测（MIOU=91.64%）;本文方法计算的SVF与鱼眼照片计算的SVF具有令人满意的一致性（R²=0.8869）;在不同区域,SVF与热岛强度的关系不同,对于LCZ5开敞中层建筑,最高相关系数为0.68,对于LCZ1紧凑高层建筑,最高相关系数为-0.79。本文SVF计算方法在上海市中心城区的成功应用,验证了在中国高密度和复杂的城市环境中使用街景图像计算大规模SVF的可行性,此外本文基于区域化研究思想进一步研究了SVF与城市热岛的关系,弥补了以往此类研究的不足。     

基于贝叶斯逻辑回归模型研究百度街景图像微观建成环境因素对街面犯罪的影响

街面犯罪对公众的生活安全构成一定的威胁。以往对于公共盗窃和寻衅滋事等街面犯罪的研究往往停留在社区甚至更宏观的层面,难以向微观尺度深入,它们忽略了通过环境设计预防犯罪(Crime Prevention Through Environmental Design,CPTED)理论中所主张的地址级的建成环境的精确特征。地址级的微观建成环境被广泛认为对各类犯罪的发生有着直接或间接的影响,然而对微观建成环境的度量一直是一个挑战。先前的大多数研究都是通过调查样本来表征建成环境,会受到两方面的限制:(1)建成环境特征描述不完整的限制;(2)数据在空间覆盖方面具有稀疏性的限制。百度街景图像作为一个新的数据来源,可以被用来提取地址级的微型环境的建成特征,从而使犯罪研究可以聚焦在更微观的尺度中。本研究使用深度学习全卷积图像分割算法从百度街景图像中提取地理位置的环境变量,共选取树木、通车道路、人行道等8种变量来表现研究区微观建成环境的差异。在控制了与街面犯罪有关的其他因素后,采用贝叶斯逻辑回归模型来评估微观建成环境影响因素对公共盗窃和寻衅滋事案件的影响。结果表明加入了微观建成环境物理特征之后的模型表现更好。对...     

人视街景图像和机器学习结合的城市街道适老性水平空间效应研究

城市街道与老年人的日常活动密切相关,探讨街道环境适老性水平的空间分布特征及其关键影响因素,对老年友好型城市公共空间建设有重要指导作用。然而,既有研究难以贴近真实的人本视角、快速、大规模且精准地评估街道适老性水平的地理空间效应。因此,本研究从人行视角采集街景图像,结合语义分割和目标检测技术提取环境要素,利用人机对抗众包评价与残差神经网络50(ResNet50)技术测度街道环境适老性水平,采用莫兰指数（Moran’s I）、普通最小二乘回归模型（OLS）、空间滞后模型（SLM）和空间误差模型（SEM）综合分析街道适老性水平的地理空间异质性及其影响因素;最后,选取了老龄化程度明显、街道环境多样的广州天河核心区为例进行实证研究。研究发现：(1)本研究结合了人视街景图像、机器学习和空间统计学方法,能够快速、有效地开展街道适老性水平评价,揭示其空间效应特征和关键影响因素;(2)街道适老性水平指标在研究区存在中等偏高程度的空间聚集性,商业型街道和靠近住宅区的街道、滨水街道差异大。水平较高的是商业型街道和靠近低密度住宅区的街道,较低的是靠近高密度住宅区的街道。老年人在滨水街道的活动性和安全感高,但愉悦...     

基于街景图像的“三生空间”识别方法研究

从生产-生活-生态功能角度划分城市空间格局,不仅是国土空间结构优化的基础,也能反映城市用地的内在功能形态和空间组合模式。然而,以往城市“三生空间”的识别主要利用遥感图像、兴趣点和土地利用数据进行,缺少城市内部的立体信息。街景图像可以体现城市内部街道特征,实现街道内部物理环境近距离大规模高分辨率的客观测量。因此,本文基于街景图像提取场景语义特征,提出一种中心城区“三生空间”的识别和特征重要性分析的方法。以成都市四环内为研究区,使用梯度极限提升算法识别城市“三生空间”,进行模型精度对比检验,从道路、格网和交通分析区3个尺度分析研究区“三生空间”的格局分布特征,并引入沙普利加和解释(SHAP)方法探索“三生空间”的特征重要性。结果显示：(1)本文提出的基于街景图像识别“三生空间”方法具有较好的效果,模型识别生产、生活和生态空间的R²均达到0.6,表明使用街景图像识别“三生空间”具有可行性;(2)分析研究区内的“三生空间”分布格局,研究区内以生产-生活空间为主,数量多且在区域内呈片状分布,以生态空间为主的单元数量少,主要分布在大型公园处;(3)分析7维场景层语义特征的重要...     

国内外城市地质环境评价方法浅析

随着世界尤其是发展中国家城市化进程的不断加快，城市对粮食、水、建筑材料以及能源的需求日益增大，人类活动已强烈地参与到自然地质作用中。与城市土地利用、资源开发、废物处理、环境保护和灾害防治等有关的地质环境问题日益突出，城市地质环境受到的影响与压力与日俱增，甚至直接影响和制约着城市的发展和改造，从而引起城市规划和管理及学术界的广泛重视，城市地质环境研究已成为全球性关注的热门课题。环境地质工作已成为当前地质工作的重要内容，肩负着推动地质科学发展的重任，是地质科学发展的生长点。     

基于街景影像的城市道路空间舒适度研究

城市道路空间舒适度是综合刻画城市道路环境的量化指标之一,可为城市道路规划建设、城市交通优化、城市环境评估等提供参考.本文以街景影像为基础数据,从空间视角阐述了城市道路空间舒适度内涵,构建了城市道路空间舒适度量化指标,建立了以语义分割和等距采样为基础的城市道路空间舒适度测度方法和空间插值方法,最后以南京市局部城区为样区进...     

基于街景影像多特征融合的广州市越秀区街道空间品质评估

全面准确地描述街景影像的多层次特征在基于街景影像对街道空间品质进行评估的研究中具有重要意义。以广州市越秀区为例,获取前后左右各视角街景影像中手工设计的特征（SURF特征、HOG特征）和基于深度学习的特征（语义特征）,基于单一特征和多特征融合采用支持向量机（Support Vector Machine, SVM）、随机森林（Random Forest, RF）训练各视角的评估模型。结果表明,以基于SVM建立的单特征模型为例,基于HOG特征（73.03%）、语义特征（72.28%）的模型平均精度优于SURF特征（56.00%）,基于SVM前后左右各视角模型的最优分类精度为82.8%（前）、81.7%（后）、76.6%（左）、76.6%（右）,而基于RF各视角模型的最优分类精度为82.8%（前）、85.0%（后）、78.1%（左）、70.3%（右）。前后视角的模型精度略优于左右视角。各视角最优模型均为多特征融合模型,最优模型平均分类精度和Kappa系数可达80.6%和0.62。利用街景影像评估街道空间品质时,各算法之间性能差异微弱,而特征选择及组合方式是提升精度的关键。越秀区街道空间品质存在明显空间分异,其西南部的街道空间品质亟待提升。本研究构建了基于街景影像多特征融合的大规模高精度街道空间品质测度方法,实现了对越秀区街道空间品质的评估,研究结果可为相关部门进行街道环境综合整治提供参考。     

城市总体规划环境影响的GIS模拟与评价分析

城市环境影响评价是城市规划与可持续发展中的一个重要问题.从规划部门对设计方案进行分析比较、定量评估的实际需求出发,采用地理信息数据处理与模拟等技术,归纳了GIs的评估指标体系.针对城市总体规划方案,将GIs数据引人气象模型,建立城市规划气象GIs论证评价技术路线;对规划方案进行空间概化、划分并识别单元特征,通过土地利用...     

基于多尺度特征感知网络的城市植被无人机遥感分类

目前城市植被分类受特征相近、光谱相似影响导致植被漏分、错分。因此,设计了一种多尺度特征感知网络（MFDN）结合高分辨率无人机可见光影像对城市植被分类。该网络针对漏分、错分问题,通过在输入层引入坐标卷积减少空间信息的丢失;构建并行网络增强多尺度特征信息并在网络之间引入重复多尺度融合模块使整个过程保持高分辨率表示,减少细节特征的丢失;同时添加分离特征模块扩大感受野,获取多尺度特征,从而有效缓解了城市植被错分、漏分现象。结果表明,MFDN方法在仅使用无人机可见光影像条件下主要是通过空间模式而不是光谱信息促进了城市植被分类,平均总体精度为89.54%,平均F1得分为75.85%,平均IOU为65.45%,分割结果准确完整。因此,所提方法与易于操作的低成本无人机系统相匹配,适用于城市植被快速调查,可以为城市空间利用和生态资源调查提供技术支持和科学依据。     

基于城市园林树木景观三维模拟的绿视率估算方法

城市生态景观功能主要是绿色植物对人的视觉作用。绿视率被认为是一种比较好的衡量绿色空间视觉感受的描述因子。目前绿视率的估算主要基于静态的图像或者街景数据,而绿视率是一种动态的量,不同视点有不同的值,且植物是生长变化的。因此,本文提出一种基于数据和模型综合驱动的园林树木三维模拟景观的绿视率计算方法,其利用虚拟地理环境、虚拟植物等技术,通过道路、建筑物等硬质景观数据和树木模型驱动,建立城市园林树木三维景观;根据视觉成像原理,构建虚拟相机,模拟不同视点园林景观的视觉图像,然后识别表征植被信息的像素,从而计算绿视率。本文研发了园林树木景观三维模拟及绿视率估算原型系统,并以城市道路树木景观为例,模拟分析了机动车道中车辆乘客可获得的绿视率,与街景图像提取的绿视率值相近。该方法和系统可用于包含时间变量的不同生长阶段园林树木景观的绿视率评估,支持交互设置不同的视点参数,估算城市任意位置和任意方向的绿视率,评价过去、现在和未来的园林景观绿化质量,以人的视觉感知角度为城市绿地规划提供参考。     

基于空间分析技术的城市土壤污染评价

结合地理信息系统技术,提出了空间分析技术评价城市土壤污染的技术路线并探讨了与之相关的数据处理方法、评价单元的划分、评价指标体系的建立以及各指标的权重设定,借助GIS软件Arcview的空间分析模块,编程实现了用空间分析方法对城市土壤污染的评价。利用该方法对北京市城区及近郊区土壤污染进行了评价,结果表明,空间分析技术是一种在可视化条件下对城市土壤污染进行评价分析的有效方法,评价结果真实可信。