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基于绿视率的街道绿地暴露公平性研究

   2025-10-07 潘雪宇0
核心提示:绿地是重要的资源福祉,与健康服务联系紧密,是促进健康服务重要的一环。基于绿视率的街道绿地暴露公平性研究对保证绿地资源的公平分配具有重要意义。基于百度街景地图数据,
基于绿视率的街道绿地暴露公平性研究
 
潘雪宇,许砚梅*(中南大学建筑与艺术学院,湖南长沙410000)
 
摘要:绿地是重要的资源福祉,与健康服务联系紧密,是促进健康服务重要的一环。基于绿视率的街道绿地暴露公平性研究对保证绿地资源的公平分配具有重要意义。基于百度街景地图数据,利用图像语义分割技术测算长沙市天心区绿视率。在此基础上,结合天心区人口指标,采用基尼系数以及洛伦兹曲线,对长沙市天心区展开绿地暴露公平性研究。结果表明,长沙市天心区绿视率水平在5%以下的点位数量占比1%;5%~15%的点位数量占30%;15%~25%的点位数量占50%;25%~35%的点位数量占14%;绿视率在35%以上的点位数量占5%,整体绿地暴露水平一般。长沙市天心区总体绿地暴露基尼系数为0.55,绿地暴露分配差异较大。
 
在城市化进程不断加速的今天,绿地空间的研究愈发受到关注。城市绿地不仅为居民提供了休闲娱乐空间,而且在增强城市生态系统的健康和可持续性方面也发挥着重要作用。绿地暴露(Greenspaceexposure)是一些学者依据“环境暴露科学”的概念提出的衡量绿地效应的新方式,指居民在城市环境中实际接触和体验绿地的程度,属于环境暴露科学的分支[1]。早期研究者通常以绿化率和人均绿地面积作为评价城市绿地暴露的标准。但之后的研究表明,这些指标只能从宏观层面反映城市绿地的面积、数量,而不能从微观层面反映居民的视觉感知和实际的城市体验。2009年,YangJ等[2]基于街景图片中绿色所占比率提出了绿视率(GVI)的概念,并以此作为评估城市绿化的标准。绿视率表示站在某个位置的人能看到的绿地面积所占比例,可以反映行人实际的绿地暴露水平。早期,研究者们通过人工拍摄获取街景图像,并利用Photoshop提取街景图像中的绿色像素。2015年,就有学者开始使用Google地图采集街景图像,使用光谱分析计算绿视率。目前,绿视率的计算已经从手动Photoshop和光谱分析发展到监督分类和语义分割,计算方式更加高效和精准。
 
绿地暴露公平性,即衡量不同地方的居民能接触绿地,并享受绿地环境所带来健康效应的机会。已有不同国家和地区的研究证据发现,城市和社区尺度的绿地供给存在着显著差异。2021年,Song等[3]研究表明中国城市绿地暴露的平均基尼系数为0.669。在303个城市中,207个城市全天基尼系数超过0.6,表明我国城市绿地暴露的不平等程度较高。城市绿地资源分配是否公平与社会正义息息相关,而绿地暴露公平性研究有助于完善城市公共资源的合理配置,为城市规划和环境正义提供支持。基于此,本研究以长沙市天心区为研究范围,结合街景图像、人口数据、深度学习、空间分析、基尼系数以及洛伦茨曲线等数据和技术方法,对长沙市天心区展开绿地暴露公平性研究,旨在为后续长沙市天心区绿地系系
 
1研究区域与数据方法
 
1.1研究区域
 
长沙市天心区地处长沙市南部,得名于著名地标天心古阁。全区总面积141km2,坐拥57.65km2长株潭城市群生态绿心,是长沙“山水洲城”魅力的最佳展示区域,也是长株潭融城的核心区。
 
1.2数据获取与处理
 
1.2.1数据来源。使用的数据包括街景图像、人口数据、街道路网数据。街景图像来源于百度地图2022年全景静态地图,人口数据来源于WorldPop2020年数据集,街道路网数据来源于开源网站OpenStreetMap。行政区划来源于标准地图服务系统。
 
1.2.2街景图像采集。首先在OpenStreetMap中获取天心区路网数据,然后使用ArcGIS按照100m的采样距离在路网中生成样点。获取采样点后,输出带有经纬度坐标的采集点文件,作为街景图像采集的依据。以各点的经纬度坐标数据为基础,发送HTTP请求访问百度地图全景静态图服务,通过百度地图服务所提供的API接口获取采样点相应的街景图像。为全面反映街道环境,对于每个采样点,分别从0°、90°、180°、270°4个水平方向获取4张街景图像,最终共采集到天心区11127张街景图像。
 
基于绿视率的街道绿地暴露公平性研究
 
1.2.3人口数据处理。国家统计局第七次人口普查数据显示,2020年长沙市天心区全区常住人口为836157人。而WorldPop2020年数据集统计的长沙市天心区人口数为600501人,两者相差20多万人,差距较大。为了提高人口数据的准确性,本研究依据2020年七普数据对WorldPop数据进行矫正,最终得到相对准确的人口数据。最后,通过构建500m×500m的天心区渔网,将长沙市天心区人口进行可视化展示(见图1)。
 
1.3街道绿视率计算

基于绿视率的街道绿地暴露公平性研究
 
参考其他学者的研究内容,本研究使用基于ADE_20K数据集训练的深度学习全卷积神经网络(FCN)对街景图像进行语义分割。该网络在训练数据集的像素对比精度为0.814426,在测试数据集的像素对比精度:0.66839,在提取绿色像素方面精度较高。首先使用Pillow批量读取街景图像数据,然后初始化一个绿色像素计数器,用以统计街景图像中绿色像素的数量,以便后续的绿视率计算。绿视率计算的核心在于对像素的分析。本研究定义了一个布尔掩码用于筛选出绿色像素。这个掩码会选择出所有的绿色像素,并将其他像素设置为黑色(见图2)。
 
在获取了所有绿色像素后,按绿视率公式:绿视率(%)=(图像中的绿色面积/图像的视野面积)×100,得到图像的绿视率。针对每一个采样点,分别对其4个水平方向的图像进行绿色像素提取和绿视率计算,最终整合数据得到该点整体的绿视率。按上述步骤计算,即可得到所有采集点的绿视率数据。将各个采集点的绿视率数据导入ArcGIS中,在渔网上可视化绿视率的空间分布情况,为后续公平性评价奠定基础。
 
1.4公平性评价方法
 
1912年,意大利经济学家科拉多·基尼根据洛伦茨曲线计算出一个反映收入分配平等程度的指标,称为基尼系数(GiniIndex)。基尼系数公式为:
 
式(1)中,Wi和Pi是指将调查户按收入由低到高进行排序,计算第i户代表的人口的收入占总收入比重(Wi)和第i户所代表的人口占总人口比重(Pi)。
 
基尼系数通常用于衡量收入差距,但也可以检测其他不平等现象,例如绿地资源和交通资源分配的不平等。基尼系数的实际数值只能介于0~1之间,基尼系数越趋近于0,表示分配越平等,反之,则表示分配越不平等。国际上通常认为当基尼系数小于0.2时,表示分配绝对平均,0.2~0.3表示分配较为平均,0.3~0.4表示分配比较合理,0.4~0.5表示分配差距过大,而当基尼系数超过0.5时,则表示收入分配悬殊,需要政策干预。基尼系数和洛伦兹曲线作为经典的经济学工具,能够有效衡量财富分配的不平等程度。近年来,这一方法被逐渐引入环境公平的研究中,成为评估绿地资源分配公平性的重要指标。本研究旨在利用基尼系数和洛伦兹曲线,对长沙市天心区整体绿地暴露进行评价,以探讨该地区在绿地资源分配方面的公平性现状。
 
 
2结果与分析
 
2.1长沙市天心区街道绿视率量化分析结果
 
根据日本学者对绿视率水平的划分标准,绿视率可以被细分为5个等级。绿视率低于5%表示区域绿地感知差。在这样的空间内,由于植物覆盖率极低,居民无法享受自然环境带来的诸多好处,甚至会感到压抑与焦虑。绿视率5%~15%虽然比极低的水准有所改善,但仍被归类为绿化感知较差。
 
研究表明,这一等级的绿视率对于居民的心理健康影响几乎微乎其微,人们在这样的环境中生活,可能会感受到一定的安全感,但缺乏足够的美感及放松的可能性。绿视率15%~25%为绿地感知一般,这一等级的绿视率开始显现出一定的生态效应,但仍然无法满足居民对生活质量和环境美感的更高追求。绿视率25%~35%表示区域绿地感知较好,经过实证研究表明,这一等级的绿视率对人们的心理状态及生理健康有着积极的影响,居住在这些区域的居民普遍反映出更高的幸福感和满意度。
 
最后,绿视率≥35%为绿地感知好,这一等级意味着城市绿化程度较高,居民生活品质较好。目前,以25%作为良好绿视率目标线已经得到了相关研究和官方文件的广泛认可,即绿视率在25%以下的空间客观绿地可感知水平不佳,25%以上的空间客观绿地可感知水平优良[4]。

基于绿视率的街道绿地暴露公平性研究
 
由图3可知,长沙市天心区绿视率水平在5%以下的点位数量占1%;绿视率水平位于5%~15%的点位数量占30%,绿视率水平位于15%~25%的点位数量占50%,绿视率水平位于25%~35%的点位数量占14%,绿视率水平达到35%以上的点位数量仅占5%。长沙市天心区平均绿视率19.67%,总体而言,绿地暴露水平一般。其中,坡子街一带的绿视率相对较低;天心经济开发区一带绿视率水平相对较高;坡子街一带紧邻市中心区域,周围商业用地密集,道路绿视率较低。天心经济开发区一带为近郊区,本身具有一定的生态优势,且新建成区比老城区更加注重绿地规划,道路绿视率较高。以上结论也基本符合其他城市和地区已有相关研究的结论及常规认知。
 
2.2基于基尼系数及洛伦兹曲线的绿视率公平性评价

基于基尼系数及洛伦兹曲线的绿视率公平性评价
 
采用基尼系数与洛伦兹曲线,对天心区绿地暴露公平性进行评估。将人口数据与绿视率数据进行耦合,利用基尼系数评估区域绿地暴露的不平等程度,并绘制洛伦兹曲线,以直观展示绿地暴露情况(见图4)。计算得到长沙市天心区整体绿地暴露基尼系数为0.55,按照联合国对基尼系数的划分标准,基尼系数位于0.4~0.6,表示该地区绿地资源分配差距较大,供需关系比较不平衡。说明长沙市天心区绿地暴露存在一定的不平等现象。
 
 
完全平等线是洛伦茨曲线中最理想的状态,其斜率为1,意味着同等比例的居民人口拥有同等比例的绿地暴露。距离完全平等线越远,表明区域绿地暴露与居民人口之间的失配程度越高。这种失配意味着一些居民享受到了较高的绿视率,而另一些居民则可能面临绿地资源的不足。由图4可知,长沙市天心区实际绿地暴露分布曲线距离绝对平等线相对较远,也更直观地反映了长沙市天心区绿地暴露分布差距较大。
 
3结语
 
本研究以长沙市天心区为研究区域,通过综合利用百度街景地图、人口数据、道路数据,并结合图像语义分割技术,计算出长沙市天心区街道空间的绿视率。在获取绿视率数据的基础上,运用经济学指标,深入分析长沙市天心区绿地暴露公平性程度。结果表明,长沙市天心区绿视率水平在25%以上的占比较少,绿视率水平较低。
 
长沙市天心区整体绿地暴露基尼系数为0.55,绿地暴露分配差距较为悬殊。本研究揭示了长沙市天心区的绿地资源在居民感知层面存在一定的不公平性,说明在城市规划中,仅凭传统的宏观设计思路已经不足以应对复杂的绿地资源分配问题。随着居民对生活品质要求的提升,政府在城市绿地规划中应更加关注居民的感知与需求,探索更具人性化的绿地布局方式,以促进绿地分配的公平性及可持续性。
 
 
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