超越距離:基于路線的城市公園可達性的計算框架
《Computers, Environment and Urban Systems》:Beyond distance: A computational framework for route-based urban park accessibility
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時間:2026年03月01日
來源:Computers, Environment and Urban Systems 8.3
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城市公園可達性研究提出計算框架,整合語義分割(DeepLabV3+)量化街道環境質量,結合多目標優化(Google OR-Tools)生成效率與環境平衡路徑。在首爾高密度與新興混合區驗證,顯示休閑步行可接受21%-35%繞行以提升植被曝光,而功利性步行優先效率。為識別低效人行道和規劃綠色基礎設施提供決策支持。
李大妍|金正玉|李在鎬
韓國首爾大學景觀建筑系
摘要
城市公園的可及性是可持續城市系統的關鍵組成部分,然而傳統的評估方法主要依賴于基于距離的指標,這些指標忽略了行人路線的體驗質量。本研究提出了一個計算框架,通過將街道層面的環境質量納入行人路徑規劃中,重新定義了公園可及性作為一種連續的、基于路線的體驗。利用DeepLabV3+模型對街道層面的圖像進行語義分割,量化了步行環境的視覺特征,并將其整合到一個多目標路徑規劃框架中,該框架使用Google OR-Tools來實現旅行效率與環境偏好的平衡。
該框架應用于首爾兩個對比鮮明的城區,以考察不同城市環境下的表現。結果顯示,優先考慮綠化的路線在適度繞行的情況下,植被暴露量增加了47.83%;而優先考慮安全的路線則在增加最短距離的同時,持續改善了環境質量。一項受控用戶實驗(N = 101)提供了實證證據,表明根據目的不同,人們對繞行的容忍度也不同:休閑步行者為了改善環境質量可以接受更長的繞行距離,而實用型步行者則更看重距離的接近性。
通過將可及性分析從靜態的接近度測量轉向基于路線的環境評估,并通過實證研究繞行閾值,本研究推進了可及性的計算方法。此外,它還提供了一個決策支持框架,有助于識別表現不佳的行人通道并確定綠色基礎設施投資的優先級。
引言
隨著全球城市尋求可持續交通解決方案以減緩氣候變化和提升生活質量(Brand等人,2021年;McKenzie,2020年),城市流動性正在經歷深刻變革。“宜居城市”和“15分鐘步行可達社區”的概念在城市規劃討論中日益受到重視,這些概念強調創建對行人友好的環境,以減少對汽車的依賴并促進積極出行(Moreno等人,2021年)。城市公園作為這一理念下的重要基礎設施,提供了包括空氣凈化、熱島效應緩解和生物多樣性保護在內的生態系統服務,同時支持城市居民的身體和心理健康(Liao等人,2023年;Wang等人,2022年)。最新研究表明,建成環境直接影響人們的活動模式,這種影響獨立于個人動機,這意味著環境設計的改進可能比單純的行為改變策略更為有效(Althoff等人,2025年)。然而,只有當市民能夠方便地進入和使用這些空間時,公園的好處才能真正實現,因此公園的可及性成為可持續城市系統的基本組成部分。越來越多的人認識到,傳統的基于距離的可及性指標無法捕捉到影響行人行為和公園使用模式的復雜因素,尤其是在城市面臨優化有限綠地資源和基礎設施投資的壓力時(Chan等人,2021年;Chan & Li,2022年)。
目前對公園可及性的評估方法主要依賴于基于距離的指標,如歐幾里得距離、旅行時間和服務區緩沖區,這些指標往往無法反映行人環境的體驗質量(Collins等人,2025年;Killea等人,2025年)。越來越多的證據表明,客觀上的可及性改善并不一定導致步行活動的增加(Chan & Li,2022年;Orrego-O?ate & Marquet,2025年)。研究表明,感知到的可及性——即由路線環境質量、安全感知和心理舒適度塑造的主觀接近感——獨立于客觀距離影響步行行為(Chan等人,2021年)。此外,環境質量的影響因步行目的而異:休閑步行對美學特征的響應更為強烈,而實用型步行與路線美學之間的關聯較弱(Chan等人,2021年;Mirzaei等人,2018年;Sugiyama等人,2012年)。傳統的基于GIS的分析方法仍然局限于基于點的評估,忽略了從起點到終點沿途連續且累積的環境體驗(Nagata等人,2020年)。這一局限性也體現在城市規劃實踐中,關于行人基礎設施投資的政策決策缺乏關于環境偏好及其空間分布的實證依據,導致資源分配不夠理想。
計算機視覺和深度學習的最新進展為大規模量化行人環境質量提供了機會(Nagata等人,2020年;Wu等人,2024年)。通過對街道層面圖像進行語義分割,可以自動提取影響步行舒適度和路線選擇的視覺元素,如植被覆蓋、建筑密度、交通暴露和安全設施(Li等人,2022年;Ki & Lee,2021年)。多目標優化算法可以將個人的環境偏好與空間約束相結合,生成兼顧效率和環境質量的路線,超越了現有路徑規劃系統中僅關注效率的范式(Quercia等人,2014年;Wang等人,2021年)。然而,現有的路線推薦系統仍未考慮個人偏好和情境因素(Campigotto等人,2017年;Zhang等人,2024年)。更根本的是,目前沒有框架系統地整合了三個關鍵要素:環境評估、基于偏好的路線生成和規劃應用。為了解決這一整合問題,本研究提出了一個由三個互補部分組成的框架:(1)一種連續的基于路徑的環境質量評估方法,超越了基于點的設施分布分析;(2)一個計算上可行的框架,能夠考慮個人的環境偏好,并根據綠化、安全和安靜等不同優先級生成多樣化的路線選項,以優先考慮綠化的路線作為休閑步行場景的概念驗證;(3)在此框架的基礎上,將個體層面的優化轉化為可操作的規劃建議,為基礎設施投資優先級提供依據。本研究整合了一個計算框架,該框架量化了視覺環境,并將其與基于偏好的路線優化相結合,以支持城市規劃中關于公園可及性和行人基礎設施的決策。本研究有三個目標:(1)利用DeepLabV3+對街道視圖圖像進行語義分割,量化行人路線上的視覺環境特征,將傳統的基于點的可及性分析擴展到基于路徑的環境體驗評估;(2)使用Google OR-Tools中的多目標優化算法生成環境優化的路線,系統地平衡旅行效率與環境偏好;(3)通過受控實驗驗證用戶在休閑步行場景中對路線效率和環境質量之間權衡的接受度和感知閾值,為實際規劃標準提供依據。該框架應用于首爾兩個對比鮮明的案例研究:江北區(代表綠地有限且社區結構成熟的住宅區)和松東區(代表快速現代化的混合用途區,環境質量和行人基礎設施處于不斷發展中)。
本研究的主要貢獻有三方面:(1)它提出了一個可擴展的計算框架,通過量化整個路線上的行人環境質量,而不是在離散的終點處,實現了客觀可及性和感知可及性之間的區分;(2)它提供了實證證據,表明環境質量的改善可以為休閑步行提供合理的繞行理由,挑戰了僅關注效率的路徑規劃范式,并揭示了不同步行目的下的行為差異;(3)它提供了一個決策支持工具,使城市規劃者能夠根據量化后的環境偏好評估和優化行人環境,直接應用于識別表現不佳的行人通道、優先考慮綠色基礎設施投資以及評估擬議開發項目對步行質量的環境影響。本研究通過計算創新,對現有的可及性分析方法進行了方法論上的擴展,納入了以前只能通過小規模定性研究獲得的體驗因素。
本文的其余部分組織如下:第2節回顧相關文獻,第3節描述所提出的方法論,第4節展示研究結果,第5節討論研究的意義和局限性,第6節總結全文。
章節片段
客觀可及性與感知可及性
本研究的理論基礎建立在最近的可及性學術研究中出現的區分之上,即客觀可及性(定義為到目的地的可測量物理距離)和感知可及性(定義為受環境質量、安全性和心理舒適度影響的主觀接近感)(Chan等人,2021年;Orrego-O?ate & Marquet,2025年)。這一區分得到了證據的支持,表明客觀可及性的改善
方法論
本研究開發了一個計算框架,整合了環境評估、基于偏好的路線優化和用戶驗證,以實現研究目標。圖1總結了該框架,它包括四個主要組成部分:(1)行人網絡的構建,在街道中心線每隔20米生成一個節點;(2)街道層面圖像處理,在每個節點收集了四方向的Google Street View圖像并進行處理
環境質量評估性能
環境質量評估通過分割量化了街道層面的屬性,揭示了兩個研究區域之間的系統差異。江北區區域的建筑覆蓋率較高(48.49% vs 45.12%),植被覆蓋率較低(10.19% vs 11.19%),而松東區區域的建筑覆蓋率較高(23.05% vs 20.43%),反映了更復雜的街道網絡。兩個區域的步行道覆蓋率一直較低
討論
本研究的結果為客觀可及性和感知可及性之間的理論區別提供了實證驗證,并表明環境質量對步行行為的影響程度取決于步行目的。大約65%的參與者更喜歡那些長度增加了21%–35%的路線,即使物理距離增加了,感知到的接近感也降低了
結論
本研究開發并驗證了一個計算框架,該框架將視覺環境量化與基于偏好的路線優化相結合,以支持公園可及性規劃。研究結果表明,環境質量的改善可以抵消與較長旅行距離相關的感知成本,因為65%的參與者更喜歡那些長度增加了21%–35%的路線。這些結果為這一理論提供了定量支持
CRediT作者貢獻聲明
李大妍:撰寫——初稿、可視化、方法論、數據分析、概念化。金正玉:撰寫——審閱與編輯、資源獲取、方法論、調查。李在鎬:撰寫——審閱與編輯、監督、項目管理、概念化。
資助
本研究得到了韓國政府(MSIT)資助的韓國國家研究基金會(NRF)(RS-2025-00517967)的資助。
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