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深度学习,街景识别 | 基于深度学习的城市道路景观意向识别

时间:2018-9-16 10:37 0 1158 | 复制链接 |
基于深度学习的城市道路景观意向识别

参与本研究的成员包括:马琦伟、耿艳妍、马亚龙、段金肖、于沛洋、郝灵强、孟凡武、阚长城等。

前言

在联合国人居署发布的《作为公共空间的街道对城市繁荣的促进作用》报告中指出,街道对城市的社会生产率、生活品质、配套设施等6个方面存在重要影响,这标志着我们对街道的认识已经有了深刻的变化:街道不再仅仅是交通空间,而是城市公共空间的重要组成部分,提升街道空间品质与促进城市繁荣和宜居息息相关。



与许多西方国家相比,我国在快速城市化进程中对城市空间缺乏精耕细作,街道品质在多个方面存在不足,制约了其作用的发挥。在城市发展模式由“规模增长”向“质量增长”转变的今天,优化街道品质的重要性不言而喻。

认识街道是优化街道的第一步,了解城市中各条街道的景观特征和优缺点,可以帮助我们快速获得城市街道系统的整体景观意向,为后续的治理工作打下坚实的基础。但一个现实的问题是:随着城市规模日益增长,百万、千万级人口城市在我国比比皆是,这些城市中街道数量庞大。例如,北京市城区内各级道路总里程达到2132.8公里以上,相当于北京至广州的里程。在此情况下,传统的人力调查方法显得细致有余,而效率不足。

百度街景图片数据为我们提供了一种足不出户而认识城市每一条街道的可能性。在本文中,我们通过深度神经网络来对采集自北京各条街道的共计278624张街景图片进行要素语义分割,较精确的提取城市中大多数街道上的树木、天空、路面、建筑等各类景观要素,进而从中透视出不同街道的不同景观“个性”及其空间分布特征。



识别城市道路景观空间意向

在识别各条街道中各类景观要素的占比后,我们首先可以在地图上标识出每条道路上各类要素的占比。例如下图展示了北京市中心城区所有主次干道的天空可视度。从此图中我们已能大致看出,四环外的地区相对天空比较开阔,而四环内的道路天空郁闭度相对较高。



然而从单纯的要素占比图中我们难以直接看出清晰的城市意象来。为此我们使用热点分析的方法,从空间上提取出每一类景观要素的分布“热点”和“冷点”地区。分析结果如下所示:

(1)建筑要素的空间意向

建筑要素占比相对较高的地区几乎完全集中在凸字形城墙以内的地区,这一地区城市肌理致密,街道两侧建筑高度与街道宽度的比值D/H值较高,是最能体现北京城传统风貌的地区,同时也存有大量棚户区、老旧小区。




(2)路面要素的空间意向

路面占比较高的地区在城市中分布广泛,特别是沿环路及其它城市主干道、五环外的城郊地区分布较多。东南五环外的亦庄开发区一带的道路路面占比普遍较高,反映了此处作为新开发地区绿化建设未成熟、城市尺度较大的特征。

此外,老城区是路面要素分布的“冷点”地区,这与建筑要素分布的空间意向较为一致。



(3)天空要素的空间意向

与道路要素空间意向较为类似的是,除二环和北三环外,各条环路和其它主要道路两侧是天空占比较高的“热点”地区,亦庄开发区街道景观较为空旷、城市尺度不够宜人的问题再次得到印证。相对的,老城区及其与北三环之间的地区均为“冷点”地区,表明这些地区的天空可视度相对较低,城市道路界面的郁闭度比较高。



(4)树木要素的空间意向

城市道路绿化最好的地区主要位于两条带上:一是动物园-人民大学-万柳-颐和园-西山山前地区一带,该带上云集了大量的高校、城市公园、历史文化遗产、自然资源要素,可谓是首都的“绿色大动脉”;另一条则是太阳宫-五元桥-温榆河-首都机场一带,该带是首都发挥国际大都市和国家中心职能的门户绿带,是首都的“迎宾绿道”。



辨析道路景观的“性格”

在此基础上,我们进一步使用聚类方法,根据每条道路上各类景观要素的占比不同,将道路分为交通主导型、建筑密集型、空间空旷型、要素均衡型、绿化优良型、绿树成荫型共6个类别,体现了北京市街道的6种“性格特征”。

(1)交通主导型道路

主要景观要素依次为天空、路面和树木,其余四类要素的占比微乎其微。这种道路上路面要素的占比高于其他类别,反映出其偏重交通职能的特点。综合其空间分布,表明此类道路多为城市的交通性干道。





(2)建筑密集型道路

主要景观要素为建筑,其次是少量的天空要素和树木要素,但占比都比较低。此类道路一般分为两种,一种是老城区传统街巷,其虽植被较少、天空不开阔,但一般道路尺度近人,适度整治后人居环境品质较高;另一种可以视为经过不适当缩放的现代式“混凝土街巷”。在这种道路中,尽管各类要素占比与传统街巷比较接近,但失却了步行尺度的街道氛围,代之以裸露而缺乏绿化的路面、沿街如墙林立的现代化建筑,是帝都景观品质最差的道路。





(3)空间空旷型道路

主要景观要素依次为天空和树木,两侧间杂有部分建筑,而其余要素的占比较少。这种道路一般沿线树木和建筑都比较低矮,城市空间的围合感不强,街道的可步行性不足,此类道路在四环以外的城郊地区及开发区等地分布较多。





(4)要素均衡型道路

此类道路上建筑、天空、道路等各类景观要素分布相对均衡,周边建筑物占比较多、天空开阔度和道路绿化率也较优良。这种道路属于市区内常见的道路类型,一般道路两侧的建筑多为低层的居住小区或者商业写字楼。三环以内大量分布有此类道路。





(5)绿化优良型道路

这种道路中几乎完全由树木和天空要素构成,绿化和天空开阔度都比较优良,且道路两侧的建筑物很少。此种道路也可分为两类,一类是植被建设较好、绿化带宽度较大的机动车道,另一类则是依托河流、公园、林地等建设的景观路,常分布于城市郊区和边缘地带,适合自驾游和骑行。





(6)绿树成荫型道路

与绿化优良型道路相比,此类道路的绿化度更高,树木要素占据了道路景观中的绝大部分比例。这种道路绿化极好,栽种大量较高的树木,道路景观中的其他要素所占比例都较小。这种道路常分布在城郊地区、公园和风景区周边,以及建筑高度受政策约束的老城区。





结语

最后,送上上述6类道路的“全家福”。从整体的空间分布来看,城市的快速路、主干路基本形成了各自的景观特质,构成了城市道路景观的框架。



同时,我们也可以识别出北京市街道系统的系统的一些主要问题:

(1)各类次干路、支路的空间分布比较杂乱,大量城市地区尚未形成鲜明的街道空间意向,临近的街道和地区之间缺乏充分的呼应和协调,整体景观风貌存在“破碎化”的缺憾。在交通“畅通工程”广受关注的今天,应当认识到,畅通的不应只是路面,也需要包括城市的景观意向。通过街道景观的精心协调,形成千年古都连续的街巷空间意向,对于提升北京文化中心职能的建设具有重要的意义。


(2)四环以外的经济开发区、新城地区有大量道路的景观建设工作仍有较大的提升空间,特别是在强化道路绿化、增加沿街建筑对街道空间的围合等方面仍需提高力度。在前一阶段的城市建设中,为迅速拉开建设框架、疏解市中心的压力,外围新城建设在空间质量上精耕细作显得不足,未来需及时调整建设模式,做到“内外兼修”,通过优化城市街道风貌来进一步提高人居环境品质,增强人口和产业吸引力。

(3)老城区,特别是老城东部地区的绿化建设不足,加之近年来新增的多层建筑数量较多,部分街巷空间感受偏压抑,需要通过拆墙透绿、开放街区等手段予以缓解。

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