城市公园景观感知效应动态评价方法——基于景观视觉与热舒适性的叠加研究

韩贵锋

王运鑫

程晓雪

城市公园作为城市开敞空间的重要组成部分，其优美、秀丽的景色往往通过视觉感知传递至人脑，给人以美的享受，从而提高景观感知效应[1]。然而，游客的观景感受不仅受到公园中景观质量高低的影响，与城市公园热环境的舒适度也有直接关系：舒适的热环境可以增加游客驻足赏景的时间，恶劣的热环境则会大大降低游客的游兴[2-3]。此外，景观感知主体(人群)对于物质环境中的景与热的感知程度也会因其鉴赏能力、思维水平及身体状况的差异而有所不同。

景观评价中，视觉景观评价研究开展较早，多数学者倾向于用“视觉景观”这一术语突出景观的视觉属性[4]。视觉景观的研究可追溯至20世纪60年代中期，随着欧美发达国家在环境保护方面研究的不断深入，风景园林学、地理学、生态学和旅游美学等不同领域的专家学者陆续加入视觉景观评价的行列中，使该领域呈现出学派林立的局面。随后诞生了基于主观人为评价打分的方法体系，如环境评判模型[5]、美景度评估法[6]和语义差异法[7]等。随着信息技术的发展，视觉景观研究也与GIS技术相结合，以求建立更加科学的评价体系[8]。

热舒适性评价中，国外学者最早通过直接观测法来评价周围的环境，之后通过统计分析大量数据总结出简单的经验模型指标[9]。直到1970年，结合生物学与物理学的热平衡模型受到了普遍认可，开创了采用机理模型指标进行舒适度评价的先河[10]。近年来，人体热舒适性评价指标研究趋于成熟，逐渐被更多学者应用于城市街道、公园及广场等各种公共活动空间的实践之中[11-12]。大量研究表明，空气温度、相对湿度、风速和太阳辐射等小气候因素均会影响热舒适性[13]。热舒适感受也会对人们的游览行为产生影响[14]。有学者在不同的季节对城市公园不同景观区进行了主观调查和实地测量，结果表明，城市公园热环境具有空间差异性，并对人群游览活动行为有重要影响[15]。诚然，较好的景观视觉对人群具有较大的吸引力，但综合视觉美感与人体热舒适性才能客观测度人群对公园空间的使用满意度。对城市公园景观视觉及热舒适性进行综合评价时，如何结合二者进行全面的综合考量，是值得研究的问题。

目前，单独针对景观视觉评价[16-17]或热舒适性[18-19]的研究较多，但在以往的研究中，城市公园景观空间的设计更多聚焦于景观视觉质量，较少考虑景观空间产生的热舒适性，这可能导致某些景观场所的潜力无法完全被激活。除此之外，大部分研究将景观感知主体(人群)视为标准的、无差别的对象进行评价，忽视了个体感知景观的差异性。景在一年四季中有序变换，热舒适性在不同季节的早中晚也有明显差异，因此不同人群对景观视觉与热舒适性的综合感知需要进行动态评价。基于此，本文提出将GIS空间分析与微气候数值模拟结合，分别量化评价城市公园一年四季景观视觉质量高低、不同季节一天内早中晚舒适性的好坏，针对不同人群构成，提出精细化动态评价城市公园景观综合感知效应的方法。不同季节的舒适性对人们的户外活动有着重要影响，秋季户外活动的人群数量和人群结构丰富多样，有利于获取较全面的样本，故选择秋季进行调研。本文以重庆市沙坪公园为研究区域，主要研究对象为公园中的中老年群体，对视觉景观评价和热舒适性进行动态评价，获得了沙坪公园景观感知效应的结果并验证其可靠性。该方法能科学评价城市公园景观视觉及热舒适性综合感知的时空分布，期望更好地指导公园内公共服务资源的配置、引导游客选择游览时间和空间，提高游客的观景体验，也能为城市公园景观空间环境的规划设计、定量评价城市公园综合景观感知的时空效应及动态制图提供新的思路[20]，便于揭示和理解城市公园中“景观-环境-人”之间的相互作用与感知传递关系。

1 评价方法

1.1 评价模型

通过计算城市公园中不同视点的视觉元素和视觉敏感度，量化游客的视觉感受，得到景观视觉的空间分布。通过模拟公园内游客对热环境的感受(包括温度、湿度、风速和太阳辐射等)，得到热舒适性的空间分布。景观视觉和热舒适性均会随时间的变化而变化。从季节维度来看，在景观视觉方面，春季的百花齐放与冬季的白雪皑皑相比，是完全不同的景象，给人带来不一样的视觉观感；在热舒适性方面，春季宜人的气温较之于夏季火热的天气，公园内的热舒适性将有极大改善。从一天的时间维度来看，景观视觉是较为稳定的，而早、中、晚不同时段的热舒适性有较大变化。此外，不同特征的人群(如性别、年龄、教育背景、经济水平等)对相同的景观视觉或热舒适性也有着不同的敏感度[21-22]，因此在视觉和生理感受上存在差异。综上，感知主体(人群)的景观感受受到多元、复杂因素的综合影响(图1)。

图1 城市公园景观视觉和热舒适性加权叠加过程

景观视觉和热舒适性会受到时间因素(t)的影响，不同人群结构(p)对二者的感知程度也不尽相同。为了测度景观视觉与热舒适性的加权叠加结果(Q)，采用如下计算公式：

Q＝a(p)·f(V，t)+b(p)·f(T，t)

式中，Q为景观视觉与热舒适性加权叠加的结果；f(V，t)、f(T，t)分别为不同时间(t)对应的景观视觉值与热舒适性值；a(p)、b(p)为不同人群结构(p)对应的景观视觉与热舒适性的权重。针对不同人群所处的不同时间，a、b的值可以根据公园具体的类型和地域，通过问卷调查统计获得。时间变换可导致景观视觉与热舒适性产生较大变化，不同人群对景观视觉感性认识的差异，以及对热舒适性生理感受的不同也是较为明显的。以年龄构成为例，结合季节和早中晚时段，可以大致得到不同年龄段人群对景观视觉与热舒适性的偏好(表1)。

表1 不同年龄人群在不同时间的a、b值关系

春季，气温回暖，万物复苏，早、中、晚的气温都适宜人们进行户外活动。对于各年龄段的人群，百花齐放、生机勃勃的景色相比热舒适性更加吸引人，因此春季的景观视觉权重大于热舒适性。夏季，天气炎热，特别是正午时段的高温使人体不适，游人会避免在该时段赏景，热舒适性权重大于景观视觉；而夏日早晨与晚间的温度明显下降，人们愿意外出，此时各年龄段人群的景观感受更多取决于景观视觉。秋季，气温波动较大，具有不稳定性：中午由于日照充足，热环境质量较佳，适宜人们外出赏景；体质相对较差的中老年群体对早、晚较低的温度较为敏感，中老年群体在赏景之时更关注热环境的舒适性；对于青年人来说，景观视觉和热舒适性都是他们相当关注的；除非是极差的天气条件，少年群体一般不太关注热舒适性的好坏，吸引他们注意的往往只是具有观赏性、趣味性等的景观或设施。冬季，一天的气温都较低，大多数人都不愿暴露在这样的热环境中，热舒适性的权重大于景观视觉；但冬季对于少年群体来说有所不同，严寒并不能阻挡他们对于雪景的好奇，景观视觉权重可能大于热舒适性。

1.2 评价过程

1.2.1 景观视觉评价

从视觉景观的综合定量评价角度出发，利用ArcGIS平台，将公园的DEM根据“移步换景”的实际情况进行网格化处理，并设计了基于基本视觉元素与视觉景观敏感度的综合评价指标体系[23-24]。

1)基本视觉元素。

(1)视域(V)：测度视野范围，用可见的视域面积表达；(2)视线(S)：景观点与观测点的视线连通性，用可见的景观点数量表达；(3)天空开敞度(SVF)：测度天空的开阔程度，用观测点所在穹顶面中可视天空面积的占比表达。

2)视觉敏感度。

(1)相对距离敏感度(Sd)：测度景物产生的视觉效应随距离的变化。基于游客正常的生理视觉能力，结合公园的实际尺度，将能够较清楚地识别景观细部的景观点作为近景；能大致看清景观结构特征的景观点作为中景；能大概看到景观整体轮廓的景观点作为远景。通常情况下，城市公园中的近景产生的视觉效应大于远景。对近、中、远景的景观点数量(N1、N2、N3)赋予权重3、2、1，即Sd＝3×N1+2×N2+1×N3。

(2)相对坡度敏感度(Sa)：对景物的观感受观赏角度的影响，用观测点至景观点位置的相对距离与水平距离间夹角的正弦值来表达，其值越大，带给游客的视觉冲击就越大，视觉景观敏感度就越高。

(3)景观醒目度(Sn)：景观点与其所在环境的对比度越高，越吸引游客的注意，视觉景观敏感度就越高(该指标需通过问卷调查确定)。借助于Python编程，计算得出各视觉因子数值，并进行标准化处理。多个视觉因子对视觉景观的重要性权重通常使用层次分析法(AHP)、模糊层次分析法(FAHP)等来确定。用得到的视觉景观综合指数的数值高低评价公园内每个网格的景观视觉优劣程度，再使用等间距法将公园景观视觉等级分为最佳视觉区域、较好视觉区域、一般视觉区域和较差视觉区域4类。

1.2.2 热舒适性评价

使用生理等效温度(PET)度量热舒适性，它被定义为在某一室内或户外环境中，人体皮肤温度和体内温度达到与典型室内环境同等的热状态所对应的气温。PET值越大表示天气越热，越不舒适[25]。将公园内采集的各测点的小气候数据，以及针对代表性人群的热感觉问卷调查结果作为基础数据，考虑研究区域的蓝绿空间、植被形式和建筑布局，使用微气候模拟软件ENVImet模拟公园区域内的PET空间分布。因各地气候、季节和人群的差异，PET与实际的热感知对应关系有较大差异[26]，为使结果更符合实情，结合热感觉调查结果，对PET对应的热感知范围进行适应性调整，并对进行适应性调整后的PET分布结果进行重分类：热感觉为“不冷不热”视为令人舒适的标度；热感觉为“凉”和“暖”视为较舒适；热感觉为“冷”和“热”视为使人稍感不适；热感觉为“非常冷”和“非常热”视为极不适。

1.2.3 叠加评价结果

首先，量化景观视觉与热舒适性的评价分类结果。参照景观评价中使用最为广泛的心理物理学方法[27]，对已分为不同等级的景观视觉与热舒适性区域进行赋值。对于景观视觉，最佳视觉区域赋值为2，较好视觉区域赋值为1，一般视觉区域赋值为-1，较差视觉区域赋值为-2。对于热舒适性，舒适赋值为2，较舒适赋值为1，不适赋值为-1，极不适赋值为-2。然后，基于不同时间因素和人群结构的权重(a，b)，在ArcGIS软件中将景观视觉与热舒适性进行空间叠加，得到不同时间针对不同人群的景观感知效应评价结果，即动态评价图谱(图2)。

图2 动态评价图谱

2 重庆市沙坪公园评价实践

2.1 数据获取

沙坪公园位于重庆市主城九区之一的沙坪坝区中心西侧(图3)，属于城市综合性公园，整体地势东低西高，中心区域地形凸起，相对高差约为30m。公园占地面积约18.07hm2，绿地率76%，园内有一处人工湖，面积约为14 370m2。兼顾均匀分布与可进入性，布设26个测量点(图3)，满足空间类型多样、下垫面与植被组合多样、遮阴类型多样等代表性条件，其中，湖面测点乘坐公园游船到达。根据气象台天气预报，选择2019年11月16日作为测量日，当日热舒适性较好，全天为晴天，利用Kestrel5500手持式气象仪，在人群活动较多的7：00—17：00时段开展测量，采样间隔2h，获取观测点的空气温度、空气相对湿度、风速和太阳辐射等气象数据。从测量点中选择15个人流量较大的点，在测量时对测点附近人群进行同步问卷调查，每个点发放10份问卷，共收集有效问卷136份。主要调查两方面内容：1)公园内的景观点及其引人注目的程度(高、中、低)；2)受访者对小气候的热感觉，采用美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)规范中的7级标度进行热感觉投票(Thermal Sensation Vote，TSV)。

图3 沙坪公园区位及测量点分布(底图引自百度地图)

2.2 沙坪公园景观视觉评价

2.2.1 公园网格划分

依据数字高程模型的分辨率，将沙坪公园划分为12.5m×12.5m的网格，共计1 064个。通过问卷调查汇总得到公园内大部分人认可的景观点24处(图4)，根据其引人注目的程度划分为高敏感、中敏感和低敏感等级，分别赋值3、2、1。选择基本视觉元素与视觉敏感度两方面共6项指标，利用模糊层次分析法得到视觉指数值。

图4 网格划分及景观点分布

2.2.2 景观视觉评价结果

沙坪公园的视觉指数介于0.06～0.79，网格的视觉指数越大，表明该位置的视觉景观效果越好或质量越高。在ArcGIS软件中生成景观视觉空间分布图(图5)，并等间距划分为4级：0.6～0.8，最佳视觉区域，即最适宜观赏的区域；0.4～0.6，较好视觉区域，观赏效果较好的区域；0.2～0.4，一般视觉区域，观赏效果较为普通的区域；0～0.2，较差视觉区域，观赏效果较差的区域。4个级别的视觉区域面积比例分别为10%、50%、30%、10%。较好视觉区域面积占比最大，其次是一般视觉区域，最佳视觉区域和较差视觉区域占比较小。随着季节的变换，景物色彩会发生变化；随着人工景物或建构筑物的增加或减少，景观视觉也会发生改变，但是相对于热舒适性，景观视觉的时空分布较为稳定。从空间分布上看，最佳视觉区域有4处(图5)：公园入口附近的集散广场(A)、公园西北侧的听雨廊和听雨池(B)、湖中的盆景园(C)、全园地势较高处(D)。最佳视觉区域基本上由较好视觉区域围合，向外随着视野内景观点的集聚状态变化，逐渐过渡至一般视觉区域，最外围则是较差视觉区域(公园南北边缘地带)。

图5 景观视觉空间分布

2.3 沙坪公园热舒适性评价

2.3.1 热舒适性模型

沙坪公园长宽约为650m×450m，为兼顾ENVI-met模型的分辨率和运算速度，建模时X、Y、Z方向的网格大小统一为4m×4m×4m，参考高分辨率影像图将地表划分为土壤、铺装、水域、建筑和植被等覆盖类型。地表粗糙程度根据德国风能协会对地表粗糙程度的描述，结合公园的地表形式比例估算获得，天空长波辐射由软件根据地理坐标自动获取。模拟起止时间与实测时间一致，开始时间为7：00，结束时间为17：00，模拟时长10h，模拟间隔时间设置为2h。空气温度、风速、风向、相对湿度和太阳辐射等气象参数的初始值及每小时的输入值为每个时段多点位实测气象数据的平均值。由Biomet模块得出间隔2h共6个时段的模拟结果，热舒适性选择PET表达，垂直高度设定为1.5m。

2.3.2 热舒适性模拟

公园中活动人群的热感觉问卷调查结果显示：秋季热感觉为中性(TSV＝0)的比例为21.2%；热感觉为“凉”(TSV＝-1)的占比最高，为35.1%。参考刘滨谊等的研究方法[28]，将问卷调查获得的TSV与相应时段的PET建立回归方程：TSV＝0.136×PET-3.997(R2＝0.824，p＜0.001)。通过该方程可以计算得出：当TSV＝0，即人们感觉“不冷不热”时，PET为29.4℃；当TSV介于-0.5～0.5，PET热中性范围为26～33℃。相应地，可以计算出“暖”(TSV＝1)的PET为34～40℃；“凉”(TSV＝-1)的PET为19～25℃；“冷”(TSV＝-2)的PET为12～18℃，“非常冷”(TSV＝-3)的PET＜11℃。根据ENVImet模拟的PET即可获得6个时段对应的热舒适性空间分布(图6)。

图6 不同时段的热舒适性分布

公园热舒适性主要受温度的影响，秋季的沙坪公园7：00和17：00 2个时段由于太阳辐射量不足而温度偏低，从这2个时段的热感觉投票也可看出，热感觉为“冷”(TSV＝-2)的占比最高，达57.7%，热舒适性差，公园内游人数量明显减少；9：00—13：00，随着太阳辐射量的增加，温度逐渐上升，至13：00为全时段温度的峰值，15：00以后温度又有所降低，遮蔽区的温度低于开敞区。

2.4 叠加评价

以秋季为例，将公园中数量最多的中老年群体作为景观感知主体，根据问卷调查统计结果确定景观视觉和热舒适性的权重a，b值。早上：a＝0.4，b＝0.6；中午：a＝0.7，b＝0.3；傍晚：a＝0.3，b＝0.7。按照该权重，对景观视觉与热舒适性分类赋值图进行空间叠加，再将叠加结果按等间距法划分为高(Q≥1.5)、中(1≤Q＜1.5)、低(0.5≤Q＜1)、差(Q＜0.5)4个等级(图7)。

图7 针对中老年人群景观视觉与热舒适性的叠加(7-1 早上；7-2 中午；7-3 傍晚)

秋季早晚，整体热舒适性较差，与景观视觉叠加后发现，叠加效果差的区域在早上时段占65.1%，傍晚时段占72.8%。早上时段的高水平叠加区域为听雨廊和集散广场：较为开阔的听雨池环绕着听雨廊，部分中老年人喜爱在此闲坐观赏小桥流水；集散广场的人数较多，因为这里不仅有充足的空间、醒目的设施，还有舒适的热环境。傍晚时段的高水平叠加区域仅为听雨廊，因为四周的构筑物和低矮茂密的植被可阻挡冷空气。中水平叠加区域面积较小，早上时段占18.9%，傍晚时段仅占5.2%。秋季，沙坪公园早晚的热舒适性偏低，对游客观赏游览产生明显的消极影响，叠加结果较差。

秋季中午，热舒适性较好，与景观视觉叠加的结果明显优于早晚(图7-2)。总体上看，具有高、中水平的区域超过公园面积的60%，其中，高水平叠加区域面积占21.7%，主要分布在集散广场-百花园-摄影楼小广场线路、听雨廊一带、半坡草坪，以及管理楼广场，这些区域较为开敞，有充足的日照，热舒适性较好；盆景园和西山长廊处于树荫的遮蔽之下，游人闲走于波光粼粼的湖畔，虽然会有丝丝凉意，但眼前“天高肃景澈”的景致提升了整体感受。中水平叠加区域的面积最大，占41.2%，这些区域位于高水平叠加区域的外围，景观视觉上没能占据最好的观景位置，观感较差，且多为遮掩区域，热环境相对凉爽，给人的观景体验较为平庸。低水平叠加区域面积占26.9%，主要位于公园的北部、西部，以及南部的部分区域，由于视野局促且景观较少，多为游人过路的区域。此外，景观视觉与热舒适性叠加后效果差的区域面积仅占10.2%，主要分布在公园西、南、北侧边缘地区。

3 结论与展望

结合景观视觉和热舒适性提出了城市公园景观感知效应的动态评价模型，该模型能针对不同季节的不同时间，运用于各种人群结构，动态评价城市公园空间环境中景观视觉与热环境作用于人群的综合感知效应。选取秋季的沙坪公园对中老年群体的景观感知效应进行验证，结果显示：中午时段，景观视觉与热舒适性叠加效果较好，景观感知效应最优，有较好景观感知效应的区域面积占比为63.4%；早上和傍晚时段，景观视觉与热舒适性叠加效果不佳，早上有较好景观感知效应的区域面积仅为25.2%，傍晚则低至8.5%。通过现场调研发现，该方法较好地反映了中老年群体对于城市公园不同区域景观感知效应的好坏，具有可靠性与科学性。研究结果有助于公园管理者基于游客的感知安排公园内不同区域的游览指引，为城市公园景观价值提升、空间优化和公共服务绩效评估提供了客观的参考依据。

本文针对沙坪公园的实证也存在一定局限：1)在时间层面上只考虑了单一季节的早、中、晚时段；2)在人群构成上仅考虑了中老年群体，未考虑其他群体；3)景观感知效应仅针对景观视觉和热舒适性，而感知还涉及更多方面，但本研究仍可为城市公园景观设计及公共设施配置提供一定参考。鉴于不同人群对景观视觉与热舒适性的感知差异，在后续研究中，还需考虑人群性别、职业、收入和健康水平等因素，将季节细化为月份，早、中、晚细化为小时。此外，景观感知效应中，除景观视觉和热舒适性的感知外，还可加入文化、幸福度、归属感等感知内容以完善景观感知效应的评价体系，进而获得全年全时段的多样化人群多重感知的动态评价图谱，为城市公园综合感知制图和服务效能评估提供一种新的途径。

注：文中图片均由王运鑫绘制。