俯视状态下高层住区户外空间绿化形态特征与人群感知偏好的相关性.pdf
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1、成实,张潇涵,程子倩,张冠亭俯视状态下高层住区户外空间绿化形态特征与人群感知偏好的相关性J风景园林,2023,30(8):72-79俯视状态下高层住区户外空间绿化形态特征与人群感知偏好的相关性成实 张潇涵 程子倩 张冠亭*摘要:【目的】住区景观与人们的日常居住与生活感受密切相关,现阶段高层住区中人群俯视状态下对住区绿地的感知偏好将作为指引住区户外空间绿化设计的重要参照之一,亟须探讨不同俯视高度下人群感知偏好特征与住区户外空间绿化形态间的联系。【方法】以南京市 3 个典型高层住区为例,借助无人机航拍、激光雷达扫描、三维视觉模拟等多种技术方法及数学决策手段厘清人群处于不同高度下的俯视感知偏好特征与
2、俯视绿化形态特征各项指标间的相关性。【结果】研究发现:户外空间中绿化复杂度及绿化三维可视体积大小显著影响人群俯视感知及偏好,其中宁静度、自然度是反映高层住区中人群俯视偏好的关键感知特征。【结论】研究结果对于完善住区规划设计相关法规,塑造符合人群全方位感知偏好的高品质住区户外空间环境具有积极作用。关键词:数字景观技术;俯视偏好;高层住区;户外空间;绿化形态特征;三维点云数据基金项目:国家自然科学基金青年科学基金“基于动态漫游感知技术的滨江城市天际线评价方法研究以南京市为例”(编号 52108045);中国博士后科学基金特别资助“基于老年心理健康实景监测的社区公园空间形态量化评估方法研究”(编号
3、2022T150115);中国博士后科学基金资助“老年人群心理健康视角下的老旧住区绿化空间量化分析及评价方法研究”(编号 2021M700767)中图分类号:TU986文献标识码:A文章编号:1673-1530(2023)08-0072-08DOI:10.12409/j.fjyl.202208310514收稿日期:2022-08-31修回日期:2023-06-14开放科学(资源服务)标识码(OSID)1 研究背景在城市人口剧增和居民对环境要求不断提高的今天,人群对住区内部绿地空间的需求显著提升,对住区内部尤其是高层住区户外绿地空间的研究意义愈发凸显。既往针对绿地空间与人群健康关联性的诸多研究均
4、表明绿地对人群健康存在积极影响,接触更绿色、更自然的环境对心理健康有积极的作用,同时指出合理的绿地空间布局及绿化量、绿视率、三维绿容比等可有效缓解住区内部人群焦虑、抑郁等心理问题1-3,尤其在应对后疫情时代人群长期处于紧张、抑郁、焦虑等负面心理的情况下,绿地空间更显现突出优势4-8。1.1 高层住区人群俯视偏好的相关研究既往研究表明高层住区户外空间形态特征对人群偏好具有显著影响,但相关研究主要聚焦于地面视点下邻里交往空间9、户外活动空间10、公共开敞空间11中绿地空间形态的考量。当人处于高视点俯瞰地面时,对于绿地景观会形成不同的视觉感知,主要体现在空间尺度12、景观结构13和景观层次143 个
5、方面。近年来部分学者也指出户外绿地的绿视效果对于人群俯视状态下的感知偏好存在积极影响15-16。1.2 高层住区人群俯视偏好的影响因素由于目前针对俯视状态下住区户外空间绿化形态特征对人群偏好的影响机制尚不明确,因此,本研究尝试从人群俯视状态下所观察到的户外空间绿化形态以及相应感知特征 2 个层面入手,系统探讨上述两者间的关联机制及影响高层住区人群俯视偏好的主要绿地空间因素。1.2.1 俯视状态下户外空间绿化形态特征植物作为高层住区户外绿地中的主要组成要素之一,不同植物种类及种植方式直接影响绿地的空间形态。目前对于俯视状态下住区户外空间绿化形态的解析多以二维图像分析为主,难以全面、精确地描述绿化
6、形态特征,且利用二维图像的方式分析得到的绿视率与人群真实感受间存在一定的误差17。随着三维点云技术等空间数据采集与分析方法的发展,为精确量化景观空间形态提供了基础。考虑到俯视状态下户外空间绿化形态与植被平面分布、植被竖向变化、楼层高度以及居民楼分布方式直接相关,为全面反映不同维度下绿化形态的变化,本研究结合相关文献,选用常见形态指标来描述俯视状态下高层住区户外空间绿化形态特征。1.2.2 俯视状态下人群对户外空间绿化形态的感知特征Graphn 等18通过对瑞典 953 位居民进行问卷调查,总结归纳出 8 种城市绿地感知特征,并发现人们更喜欢宁静(serene)、空间(space)充足、自然(n
7、ature)、物种丰富(rich in species)这 4 个特征。董禹等19通过问卷调查,发现居民在城市住区绿地感知特征的偏好度排序中,秩序、自然、安静以及尺度排名靠前。由于目前还没有对高层住区户外绿地感知特征的相关研究,笔者通过初次开放性问卷调查并结合文献梳理,最终选取自然、秩序、丰富、宁静 4 项俯视景观感知特征与偏好度(preference)作相关性研究20-21。综上,在高层住区户外空间设计中,除了在地面视点对绿化形态进行系统分析,还应考虑到俯视状态下户外空间绿化形态对人群感知偏好的影响,将有利于住区绿地更高程度地促进居民健康福祉。针对既有研究成果在研究视角、量化方式等方面的局限
8、,本LandscapeArchitecture 2023/08Beijing Landscape Architecture Journal Periodical Office Co.,Ltd.Published by Landscape Architecture Journal.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license.72研究旨在探讨 3 个方面的议题:1)借助技术手段量化探析不同俯视高度下人群所观察到的户外空间绿化形态特征及相应感知偏好变化;2)厘清俯视状态下住区户外空间绿化形态特征与人群感知偏好间的相关性及具
9、体影响效应;3)立足于人群俯视状态下对住区户外空间绿化形态的感知偏好,探索研究结果对于后续住区规划设计及政策制度制定的作用。2 研究方法2.1 研究路径设计首先,基于实地调研,综合考虑到人群俯视状态下的视域范围及住区绿地空间形态的变化特征,结合过往景观学、地理学、生态学等相关领域中的常用绿化指标及其对应量化方式,选取绿化三维可视体积、绿化紧凑度、绿化延伸度、绿化视野占比、绿化复杂度 5 项形态指标来描述俯视状态下户外空间绿化的多维度形态变化;其次,采用自然度、秩序度、丰富度、宁静度 4 个感知指标以及偏好度综合描述人群相应俯视感知偏好;再次,对上述各项指标进行量化解析后,再进行相关性分析,建构
10、俯视绿化形态特征和俯视感知偏好两个维度间各项指标的关联机制并厘清具体影响效应,从而判断出其中的关键影响指标。最后,根据本研究的分析结果探讨主要研究发现、实践应用价值以及未来研究方向。2.2 研究案例与数据获取本研究选取南京主城区 30 个人口密度较高的典型高层住区作为研究样本。经过实地调研,综合考虑影响高层住区户外绿化形态特征的关键空间因素,选取绿地率40%,建筑高度约为 90 m,容积率为 2.2 左右的 3 个典型高层住区开展详细调查研究(图 1)。利用手持式 LiDAR 点云扫描设备获取住区完整点云数据,作为后续俯视绿化形态指标计算的基础。为切实模拟居民在不同楼层高度下所观察到的住区绿地
11、俯视景观效果,以便于后续人群俯视感知偏好分析,笔者借助无人机在不同楼层高度下的住房阳台位置进行俯视环拍,经由拼合处理形成俯视状态下的完整景 象 效 果,其 中 拍 摄 控 制 在 2021 年 5 月67 日内(期间天气和气候条件均相似)完成。由于高层住宅的高度普遍在 90 m 左右,综合考虑不同俯视高度下人眼可视画面差异及分析实验的可操作性,以 3 层(约 9 m)为一个测试单元对各高层住宅予以划分,可将高层住宅划分为 10 个测试单元。2.3 住区户外空间绿化形态特征量化人群俯视状态所观测到的住区户外空间绿化形态特征受到人群视点高度与俯视视角的综合影响。区别于过往绿化指标的量化途径,本研究
12、对于高层住区俯视绿化形态指标的计算,将依托于所采集的住区户外空间三维点云模型以及 ArcGIS 平台模拟展开。首先,在 ArcScene 软件中以各楼层视点为起点,发射出水平及垂直视角间隔均为 5、300 m 长的构造视线,从而形成完整的视线罩面。根据俯视视野范围,提取出各视点所对应的俯视视线,单个视点提取俯视视线1 608 根,共计 90 048 根。其次,利用 ArcGIS平台三维分析模块中的通视分析功能计算各构造视线中的可视视线及不可视视线,确定该视点下的人眼可视范围以及所视空间要素的编号信息,再通过要素编号明确各可视视线所观看到的具体空间要素(图 2)。最后,分别计算绿化三维可视体积、
13、绿化紧凑度、绿化延伸度、绿化视野占比、绿化复杂度5 项形态指标数值。2.3.1 绿化三维可视体积VG本研究所提出的绿化三维可视体积指在不同楼层高度的特定观察点,在人群俯视状态下可见范围内的绿化要素所占的空间体积,其指数可直接反映俯视状态下不同楼层可视三维绿量。绿化三维可视体积是基于可视视线进行计算的,其计算式为VG=mi=0Vi,(1)Vi式中:为第 i 根绿化要素可视视线所代表的三维空间体积;m 为所有绿化可视视线的数量。2.3.2 绿化紧凑度CG本研究所提出的绿化紧凑度指在不同楼层高度下特定俯视点的可视视线(针对绿化要素)平均长度。通常可视视线平均长度越短,表明在俯视范围内的绿化紧凑程度越
14、高,空间越局促;反之则空间越开敞。绿化紧凑度的计算式为CG=r,(2)r式中:为所有可视视线的平均长度。2.3.3 绿化延伸度EG本研究所提出的绿化延伸度针对住区中绿化植被要素,指在不同楼层高度下特定俯视点的平均视线距离与最远视线距离的比值,反映住区户外空间中绿化要素在人眼视域范围内的延伸效应。绿化延伸度的计算式为EG=r/rmax,(3)rmax;r式中:为最远视线距离为所有可视视线的平均长度。2.3.4 绿化视野占比PG本研究所提出的绿化视野占比指在不同楼层高度下特定俯视点的可视绿化景物在人眼视域投影立面中的二维占比情况。通常在特定俯视点下绿化视野占比越高,住区中绿化密度则相应越高。绿化视
15、野占比计算式为PG=Ni/N,(4)Ni;N式中:为投影立面上景物 i 的像素数量为投影立面总像素数量。1 研究案例三维点云数据3D point cloud data of research cases艾菲国际B区鲁能公馆一期保利樾公馆建筑绿化地面1研究/Research732.3.5 绿化复杂度SG本研究所提出的绿化复杂度指在不同楼层高度下特定俯视点所视绿化景物的视觉障碍点数量与视域范围内景观空间的视觉障碍点总数间的比例。通常在特定俯视点下植被复杂度比重越高,表明俯视状态下植被形态变化越丰富。绿化复杂度的计算式为SG=OG/O,(5)OG式中:为绿化景物的视觉障碍点数量;O为景观空间视觉障碍
16、点总数。2.4 人群俯视感知偏好评价心理学研究中“图像-优势效应”(picturesuperiority effect)指明“使用图像任务进行偏好选择被认为是增强现实的一种潜在方法,可提高调查数据的有效性”,而全景图片则被证明比静态照片和幻灯片在景观感知与偏好研究中更为有效22-23。故本研究将通过无人机航拍所采集到的不同楼层高度下的俯视绿地景象加以拼合,构建出 56 张不同楼层高度下各视点的动态全景照片作为实验样本,并由此建立了一个动态全景观看网站,用于评估不同受众在高层住区不同楼层高度下的俯视偏好差异。网站中各样本照片均可以垂直和水平移动,可避免全景照片静态扩展的透视失真;每一张动态全景照
17、片下对应宁静度、自然度、偏好度、秩序度、丰富度5 个俯视偏好问题,使用从“1(非常差)”到“7(非常好)”的李克特 7 级量表作为人群俯视偏好评估依据。同时,将全景电子问卷以链接的方式向公众开放并收集评估数据,并根据Daniel 等24提出的美景度评价(scenic beautyestimation,SBE),将标准化评级的平均值作为每个样本单元的的美景度分值。3 结果与分析3.1 不同俯视高度下绿化形态特征分析对量化结果进行计算分析,发现在高层住区中人群俯视状态下所观察到的住区绿化形态特征变化与其俯视高度息息相关(图 3)。为便于比照不同俯视高度下各项俯视绿化形态指标的变化情况,本研究将各项
18、俯视绿化形态指标的计算结果进行了归一化处理。结果表明,人群俯视高度与绿化三维可视体积、绿化复杂度、绿化紧凑度呈反比,即随楼层高度逐渐提升,绿化三维可视体积、绿化复杂度、绿化紧凑度均逐渐减小,随之对于人群视觉的影响也逐渐减弱。当人群处于 18 m(6 层)时,由于视点位置趋近于树冠部分,因此所观察到的绿化三维可视体积反而会小于人群处于 36 m(12 层)时的俯视感受。反之,绿化延伸度、绿化视野占比指标与楼层高度呈正比。即随着楼层高度提升,所视植被与被试点间的距离越远,人群可感知到的住区户外空间绿化范围也随之越广。3.2 不同俯视高度下人群感知偏好特征分析3.2.1 调研问卷人群信息统计本次调研
19、共采集到 156 份相关问卷数据,排除 5 份填写不完整的问卷,保留 151 份有效问卷。这些问卷数据经 SBE 评级的内部可靠性系数为 0.900,表明 151 名被试者的评价数据相对可靠。根据目前所获取样本来看,性别方面,男性占比 48%(72 人),女性占比52%(79 人);年龄方面,20 岁以下占比为5%(8 人),2130 岁 占 比 最 高,为 40%(61 人),其次是 3140 岁,占比为 28%(43 人),4150 岁占比为 14%(21 人),512 调研样本制作思路Ideas for research sample productionLiDAR点云无人机航拍二维俯视
20、图像三维点云模型步骤 4步骤 3步骤 1步骤 2=5=5=30=50ooo=180角度划分依据垂直角度划分水平角度划分俯视视线提取o视点提取zyxzyxzyx1-722图像编号LandscapeArchitecture 2023/087460 岁占比为 3%(4 人),60 岁以上占比为10%(14 人);学历方面,高中及以下占比为 31%(47 人),本科占比为 42%(63 人),硕士占比为 26%(39 人),博士占比为 1%(2 人)。综合来看,被试者在性别、年龄及学历 3 个方面均呈现出较为均衡的分布特征。3.2.2 人群俯视感知偏好变化特征分析从调研数据得出的俯视感知偏好指标变化来
21、看,在不同高度下人群的俯视感知偏好存在一定变化规律:秩序度、丰富度与楼层高度呈正比,即随楼层高度提升,人群所感知到的住区外部植被丰富度及秩序度会随之增强;而宁静度、自然度、偏好度则与楼层高度呈反比,即随楼层高度提升,上述俯视感知偏好会随之减弱。具体而言,在俯视高度处于 36 m 时人群各项感知指标均相对较高,而俯视高度处于72 m(24 层)时人群偏好则会有所降低。进一步分析发现,自然度指标与楼层高度变化的 关 联 最 为 紧 密,当 楼 层 高 度 处 于 1854 m(618 层)时人群所感受到的住区绿地空间自然度普遍较高,但是随着楼层高度继续提升而减弱;而对于宁静度、秩序度、丰富度 3
22、项指标,在不同楼层高度下会呈现出波段性变化,比较而言,当人群处于 36 m 及90 m(30 层)俯视时所感受到的绿化秩序度与丰富度会相对较高,处于 1854 m 俯视时所感受到的绿化空间宁静度则相对较强(图 4)。3.3 人群俯视感知偏好与俯视绿化形态特征间的关系对人群俯视感知偏好及俯视绿化形态特征 2 个维度的各项指标进行相关性分析(图 5),发现在各项俯视感知偏好指标中,宁静度、自然度、偏好度与俯视绿化形态指标间存在较强相关性。反之,秩序度、丰富度 2 项俯视感知指标则与俯视绿化形态指标相关性最弱。其中,自然度与 5 项俯视绿化指标间关联性最强,其与绿化三维可视体积、绿化复杂度、绿化视野
23、占比 3 项指标均呈正相关关系,相关系数分别为 0.41、0.69、0.30;与绿化延伸度、绿化紧凑度 2 项指标则呈负相关关系,相关系数分别为0.49、0.31,表明人群在俯视状态下所感受到的户外绿化的绿化体积越大、形态变化越复杂,且植被间存在较为疏朗的布局变化,其自然度则越强。宁静度、偏好度则与绿化三维可视体积及绿化复杂度 2 项指标呈现出中等程度相关性,相关系数分别为 0.29(宁静度与绿化三维可视体积)、0.54(宁静度与绿化复杂度)、0.41(偏好度与绿化三维可视体积)、0.41(偏好度与绿化复杂度)。进一步以绿化三维可视体积、绿化复杂度为自变量,以偏好度为因变量进行逐步回归分析,发
24、现绿化三维可视体积是独立影响因素,与偏好度呈正相关关系,即人群处于俯视状态下所观察到的户外绿化三维可视体积会对人群偏好度产生明显影响。结合实地调研来看,通常情况下随俯视视点高度的提升,绿化三维可视体积随之减少,相应地人群俯视偏好度也会同步降低。4 讨论4.1 住区户外空间绿化形态影响人群俯视感知偏好特征本研究发现俯视感知偏好与俯视户外空间绿化形态特征存在很强的相关性。自然度与绿化复杂度、绿化延伸度以及绿化三维可视体积这 3 个户外空间绿化形态指标相关性较强,宁静度也与绿化复杂度具有较强相关性,表明人们倾向于在窗外看到更加绿色且底层绿地在垂直方向高度变化较为丰富的环境。在既往仅从绿化要素数量出发
25、探讨如绿视率等指标与人群感知偏好相关性的研究基础上15-16,本研究的结果进一步揭示了绿地中植被的三维分布特征对人群俯视感知偏好的影响。绿化延伸度和绿化紧凑度 2 个指标与人群俯视感知偏好相关性较弱,推测是因为当人距离底层绿地较远时,对绿地这两个形态特征的差异辨析度不高。秩序度、丰富度与空间绿化形态指标的相关性较低,一定程度上表明人群在高层住区俯视感知中对秩序度与丰富度的感知较弱。值得一提的是,本研究同时考虑了住区布局形式及楼层高度两个维度变量与人群俯视感知偏好的关联。经计算,发现在不同布局形式的住区中,若所测试楼层高度一致,则各住区样本的人群各项俯视感知偏好数值与所视户外空间绿化形态特征数值
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