城市公园绿视率对人体身心健康的影响*——以杭州为例

金 慧，罗川西，金荷仙

引言

随着城镇化的发展，快速的现代城市生活节奏及较大的竞争压力促使国民更加重视生理和心理健康问题。2020 年新冠疫情爆发，打乱了人们生活节奏，也使部分人群出现敏感、抑郁、焦虑等精神方面症状[1]，国民健康再度成为关注热点。注意力恢复理论证实了自然环境能使注意力得到恢复[2]；压力缓解理论提出绿色环境可以使个体精神放松，促进其身心健康[3]。城市公园在改善城市环境、增进公众健康方面具有重要作用；在户外环境中，人们更偏爱绿色与水体，它们对于人体身心恢复具有一定潜力[4]；环境中绿色部分（即绿视率）影响尤为重要[5]，不同的环境绿视率产生的健康效益也有所差别。因此，拓展和深化环境绿视率对人体健康的影响研究，对促进健康中国、美丽中国建设具有重要意义。

绿视率作为三维绿量评估指标，由日本学者青木阳二首次提出，并将其定义为“在人的视线范围内绿色面积所占的百分比”[6]。目前国外学者研究发现较高的环境绿视率可以缓解人的心理焦躁、紧张的情绪，放松心情[7]；较高绿视率环境还可以有效提升居民的生活满意度[8]。国内学者对于绿视率的研究起步较晚，研究对象主要聚焦于街道绿视率[9，10]、居住区绿视率[11，12]等，研究角度有绿视率的影响因素[13]、环境感知[14]等方面。其中徐磊青等通过VR 模拟全景街景，实验中最高绿视率值为25%，发现绿视率与街景疗愈作用具有正相关[8]。姜斌等通过对二维街景图像的研究发现，绿视率与压力纾解呈倒U 型关系，绿视率为34%的街景对人体压力舒缓最有效[10]。

基于上述研究，目前关于城市绿色空间对人体身心健康影响的研究主要集中于城市街道、居住区等，鲜少涉及公园空间；研究方法多为二维图像或三维模型；实验样本绿视率范围较狭窄。本研究以城市公园绿色空间实地全景图像采集为切入点，于实验室内借助VR 设备还原实景，通过POMS 简式量表与语义分析量表衡量城市公园环境中绿视率对人体心理主观感受的影响，通过生理记录系统（采集皮电信号值）反映人体生理变化。实验方法与研究结果可为创新和延续绿视率的调查与应用，对城市公园、绿地的规划设计，恢复与提升城市公共空间绿化品质提供参考。

1 杭州城市公园绿视率状况调查

基于杭州城市公园进行实地绿视率调查。杭州作为国家生态园林城市，城市公园配置较完善，截止2020 年底，杭州市区建成绿地率达37.02%，人均公园绿地面积达13.6m2，公园绿地服务半径覆盖率达90%。通过对杭州主城区10 处公园的前期调研考察，最终确定以曲院风荷、花港观鱼、西湖区丰潭城市文化公园（以下简称丰潭公园）及嘉绿苑公园四座公园作为调查对象。按照城市绿地分类标准[15]，前两者为综合公园，后两者分别为带状游园与社区公园。与其他公园相比，这四座公园类型、规模各异，建设年限跨越近百年（20 世纪60 年代～21世纪10 年代），市民使用率高、设施较完善，能较好地反映杭州城市公园发展水平。

1.1 调查方法

通过实地走访拍照获取场地照片，以量化现场绿视率值。基于后续实验研究需要，使用网格法按公园占地面积将四座公园进行网格划分[16]；将曲院风荷、花港观鱼用50m×50m 的等面积网格划分，丰潭公园、嘉绿苑公园为15m×15m 的等面积网格划分。根据每个网格中场地活动类型、人群喜好等选择拍摄中心点，最终共计112 个有效拍摄点。为确保绿视率量化过程的一致性，忽略时间因素对城市公园绿视率变化的影响，选取2020 年9 月1 0日～2 02 0年9 月12 日3 天进行实地拍摄。因人眼对照片色彩感觉（色调、饱和度、亮度）具有一定的生理及心理反应，为避免对后期人体健康实验的主观性和客观性产生影响，照片拍摄时间皆为天气晴朗日的上午9：00 ～11：30，下午2：00 ～4：00 之间。拍摄工具为Insta 360 ONE X 双镜头版全景相机，并用手持三脚架始终固定1.6m 视角水平拍摄6080×3040 分辨率的全景照片。

1.2 绿视率调查结果及特征

通过网格法确定112 个地点共计采集到127张有效照片，经过整理最终被记录、分析的有112 张。绿视率计算方法采用像素计算法，计算工具为Photoshop与Excel 软件。绿视率计算公式为：

式中，VGI（Visible Green Index）即绿视率（%）；Sg代表照片中植物绿色部分的面积；Sa指代照片总面积。

通过像素计算法确定112个城市公园场景的绿视率。为后续研究需要，参照日本学者折原夏志的绿视率五级分类标准[17]，根据现场调研所得实际绿视率值（最低1 0%——曲院风荷C4，最高7 9%——嘉绿苑公园B1），将绿视率分为：绿视率低（5%～15%）；绿视率较低（16%～25%）；绿视率一般（26%～35%）；绿视率较高（36%～50%）；绿视率高（＞50%）5 个等级。对每个绿视率等级进行颜色赋值，根据前期网格法对公园场地的划分，将代表绿视率等级和分布的色块（设定一定透明度）叠加在场地卫星遥感地图上，以图示直观反映该场地的绿视率水平（图1）。

图1 （1a：曲院风荷；1b：花港观鱼；1c：丰潭公园；1d：嘉绿苑公园）

根据图1 可得，四座城市公园整体植物资源丰富，绿视率较高，平均绿视率值达46%。其中曲院风荷公园北侧为岳湖景区，以湖泊景观为主；公园中部为风荷景区，以水湿生植物为主；公园西南侧为湖滨水杉密林区，使曲院风荷形成了从北至南绿视率等级由低至高的阶梯分布。花港观鱼公园与曲院风荷公园类似，园内分布有大面积水景、草坪空间，以及园中园蒋庄、魏庐等；公园整体绿视率值位于10%～60%区间，空间绿量可视性效果差异较大[18]。丰潭公园是典型的带状游园，西侧临近滨河，东接主路，公园以中部活动广场为中心向两侧延展；公园北侧滨河步道与河面为栏杆分隔，而南侧步道与河面有绿化带相隔，因此总体绿视率南侧高于北侧。嘉绿苑公园是围绕中心水面布局的社区公园，公园平均绿视率达51%，园内植被丰富，植物配置有层次，植物后期养护良好。

2 基于绿视率的城市公园空间恢复性效益的研究

综合考虑各公园场地的绿视率基本情况与现场问卷调研时总结的人群活动与喜好特征，根据绿视率等级分布的普遍性与显著度，筛选出15 个绿视率值呈阶梯分布的场景作为本研究的典型场景，以进行心理、生理恢复性效益实验，并对各场景内除绿视率外的其他景观元素占比进行统计，见表1。

表1 15 个典型场景景观元素比例汇总表

表2 POMS 简式量表心境维度与其对应二级指标

表3 城市公园不同等级绿视率场景恢复性感受的语义描述

实验原设计将生理与心理实验同时进行，但预实验时发现被试在对每个场景进行主观语义量表评价时，会影响生理仪器的数据记录；且同时进行会增加实验时间，长时间佩戴VR 设备也会使被试产生不适感，因此本研究将心理、生理实验分开进行。

实验场地都设在浙江农林大学校内实验室进行，在每次实验前室内都进行充分通风，实验中保持室内弱光环境，并关闭部分门窗保持室内安静。

实验用视频素材使用Mars 软件将实拍全景照片制作成全景视频，并且设计一组绿视率为0%的城市建筑景观视频作为空白对照；每个实验场景的体验视角为仰视、平视（水平面环绕360°）和俯视，场景初始视域绿视率值见表1；通过iMovie 软件对16 组视频进行剪辑，视频顺序随机，以减少由于绿视率场景递增、递减或突变的影响，每组场景之间设置闭目休息时间。实验借助VR 眼镜向被试展现360 度场景视频（VRG Pro 一体式VR 眼镜）。

2.1 心理实验方法

2.1.1 实验对象

心理实验对象为浙江农林大学48 名在校生，其中男生21 名，女生27 名，年龄均在18 ～25 岁之间。实验被试均无重大精神及躯体疾病，视力良好，无弱视、色盲等情况，实验前2h 内无饮酒、抽烟、剧烈运动等情况，精神状态良好。

2.1.2 实验器材

实验材料为时长38.5 min、文件大小2.45GB 的全景视频，每个场景展示时间为60s，每段场景间隔为90s，其中60s 为语义量表展示时间，30s 为被试闭目休息时间；被试通过口述将语义量表评分告知实验者。

实验前后被试心理指标测定使用简式心境状态量表（Profile of Mood States，以下简称POMS 量表），见表2。不同场景对人体心理的影响采用语义分析量表评测。

本研究的对象为城市公园，根据其自身的环境特点和受众（城市居民）的健康需求，并结合卡普兰夫妇提出的恢复性环境四项特征：远离（Being away）、魅力（Fasination）、延展（Extent）和兼容（Compatibility）[2，19]，确定四项语义描述维度，即：轻松的感觉、美好的环境、有内涵的景观和沉浸的体验。“轻松的感觉”对应“远离”特征，当个体处于不同绿视率的城市公园场景中时，或引发个体产生轻松感，使得疲劳感得到缓解或暂时停滞，以使得减轻压力感成为可能。“美好的环境”对应“魅力”特征，可代表不同绿视率的城市公园场景对个体的吸引力，使个体产生美好的审美体验与愉悦的情绪。“有内涵的景观”对应“延展”特征，指的是不同绿视率等级下的城市公园场景所具有的不论是空间尺度还是文化内涵层面得到延伸性轻松的、可探索性，可以为个体创造联想的空间，使其有意愿在此环境下长久地停留感受，同时为环境的恢复性提供时间增益。“沉浸的体验”对应四项特征中的“兼容”，针对个体与不同绿视率场景的相容性，当个体觉得与环境处于和谐状态时，可以使个体的环境探索、体验行为更加投入，自然也会增益环境的健康恢复作用（表3）。并根据研究内容和语义描述维度的特点，筛选确定了8 组对应的形容词，以进行不同绿视率等级的城市公园场景的健康效益的主观评价实验（表4）。

表4 语义分析量表

图2 心理主观实验流程图

图3 生理实验流程图

2.1.3 实验流程

实验前，实验人员先介绍实验流程与目的，讲解实验过程中的注意事项，被试了解完毕后签署《实验知情同意书》、实验前POMS 量表。实验人员为被试佩戴VR 眼镜，并进行焦距调节、适应。随后被试闭目静坐休息5min 后，VR 眼镜开始播放心理实验视频，播放间隔被试需通过口述将视频画面中语义分析量表评价选项告知实验人员，语义量表填毕有30s 的闭目休息时间。视频全部播放完毕后，被试填写实验后POMS 量表（流程图见图2）。

2.1.4 实验指标

POMS 量表包含16 个形容词用以描述个体心境状态，16 个二级指标涉及4 个心境维度：紧张感、愤怒感、慌乱感、放松感。使用总情绪纷乱值（TMD，Total Mood Disorder）反映个体心理状况，TMD 值由三个消极情绪（紧张感、愤怒感、慌乱感）得分之和减去积极情绪（放松感）得分所得。TMD值越高，则表明个体心理健康状况越差[20]。

语义量表由8 组形容词对组成，采用正负双向5 个等级量度。语义量表得分越高表明个体认为该场景所带来的恢复性感受越好，反之则越差。

2.2 生理实验方法

2.2.1 实验对象

生理实验对象为浙江农林大学18 名在校生，其中男性8 人，女性10 人，年龄均在21 ～25 岁。被试要求同心理实验。

2.2.2 实验器材

实验材料为全长18.5min、文件大小为1.15GB 的生理实验视频，每段场景时长60s，场景切换间隔15s 用于闭目休息。用于记录实验中被试生理信息的器材是由北京津发科技仪器有限公司研发的人机环境同步测试云平台（ErgoLAB），根据实验内容与目标，选取皮电测试模块（EDA）进行被试生理指标的采集、记录和分析。人指腹部位汗腺分泌旺盛，可以较为灵敏地反映各种刺激对人体的影响，因此皮电反应测量部位为被试右手食指、中指指腹部位，并保持与皮肤接触。

2.2.3 实验流程

首先由实验人员介绍实验流程与目的，讲解实验过程中的注意事项，被试了解完毕后签署《实验知情同意书》。实验人员为被试佩戴VR 眼镜与生理采集仪器。确定各传感器佩戴正确且数据传输稳定后，被试开始闭目静坐休息，5min 后播放生理实验视频。实验中，被试需尽量保持端坐姿态，身体距离桌面30cm 左右，不随意晃动。实验设定三组空白对照组，对照组需佩戴VR 眼镜、生理记录设备静坐相同的时间。实验流程见图3。

2.2.4 实验指标

当个体受到刺激，情绪紧张时，皮肤腺发汗增加将导致个体皮肤电导性升高，使皮电反应相较平静状态而上升；反之，在放松愉悦状态下皮电反应值下降。

2.3 数据分析

实验测量的指标有心理指标：POMS 量表TMD 分值，以比较绿色场景体验前后个体心理的变化；语义分析量表，用于测定不同绿视率值的场景带来的恢复性感受差异。生理指标：皮电信号均值（Mean of SC Signal）。生理数据由皮电、心电传感器通过无线蓝牙传输到配套的ErgoLAB 人机环境同步测试云平台，剔除每个场景体验前5s、后5s 数据，取中间50s内的平均值。由于生理信号存在个体差异，于是采用皮电反应率（rsc）作为研究指标，其计算公式为：

图4 绿色场景VR 体验前后4 个情绪因子均值及TMD 均值差异分析

图5 （5a：绿色场景轻松感的评价；5b：绿色场景美好的环境的评价；5c：绿色场景有内涵的景观的评价；5d：绿色场景沉浸的体验的评价）

图6 （6a：绿视率值与对应语义评价；6b：绿视率等级与对应语义评价）

式中，rsc——皮电反应率；

Asc——不同绿视率场景变量刺激下的被试皮电均值；

Acalm——被试静坐状态下的皮电信号均值。

实验数据均通过IBM SPSS Statistics 24 软件进行分析。

3 结果与分析

3.1 心理指标结果与分析

3.1.1 绿色场景体验前后POMS 量表评分变化

根据所有被试实验场景体验前后POMS 量表4 个因子得分均值以及TMD 均值可知（图4），在进行城市公园绿色场景VR 体验后，被试的消极情绪分值均有明显下降，其中愤怒感下降最显著，达到了-0.7；积极情绪从1.48上升至2.33；TMD 值显著下降，差值达1.87。

3.1.2 不同绿视率值场景的语义量表评分差异

对8 组形容词所测量的绿色场景的恢复性均值进行计算，可以得出每个绿视率等级场景在“轻松的感觉（远离Being away）”、“美好的环境（魅力Fasination）”、“有内涵的景观（延展Extent）”、“沉浸的体验（兼容Compatibility）”4 个方面的评价结果，见图5。由图中可以发现，当城市公园空间绿视率值大于35%时，被试对于场景4 个方面的评分均高于低绿视率场景。

细化探究八组形容词对测定的绿色场景的恢复性感受均值，结果见图6。空白对照组（绿视率为0%）在4个维度的环境指标评价中得分均为负值；绿视率等级为低的场景评价分虽均为正值，但在“喜爱—讨厌”、“积极—消极”方面评分普遍偏低；绿视率等级为高的场景4个维度得分均较高，稳定在0.8 及以上。

表5 场景绿视率与形容词对均值的相关性分析

表6 独立样本Kruskal-Wallis H 检验

表7 场景绿视率数值与皮电反应率均值的相关性分析

依据被试对16 个场景的语义评价得分均值进行双因素相关性分析，结果见表5。按照绿视率数值进行分类，16 个场景与语义量表评分均值存在显著相关（p＜0.05），其中场景绿视率数值的变化与“喜爱—讨厌”词对存在极显著相关（p＜0.01），与“新奇—枯燥”词对存在显著相关（p＜0.05），与其他词对无显著相关性。当将实验场景的绿视率按照等级划分（5 个绿视率等级场景+1个绿视率为0%的空白对照），相关性探索结果表明，场景绿视率等级与语义量表评分均值无显著相关，但与词对“喜爱—讨厌”呈显著相关。

3.2 生理指标结果与分析

生理数据处理时，为保证结果的相对准确，均剔除异常增大或减小的数值后再进行统计学分析。实验中，有两位被试EDA 模块蓝牙由于客观因素中途断连，故皮电相关试验仅统计16 位被试的实验数据用于研究。将场景的绿视率数值作为因子，皮电反应率为因变量，使用多个独立样本比较的克鲁斯卡尔—沃利斯H 检验（Kruskal-Wallis H）进行分析，分析结果见表6，组间差异具有显著性（显著性0.000＜0.050），表明以绿视率数值为变量，组间皮电反应率值至少有两组具有显著差异；同时进一步分析每个绿视率值分组下被试皮电反应率的秩平均值，如图7 所示；秩平均值反映被试皮电反应率的高低，人体越舒缓放松，皮电指标越趋于平缓，即皮电反应率下降，相应秩平均值也降低。

根据克鲁斯卡尔—沃利斯H 检验结果，被试皮电反应率具有显著差异，可以使用皮电反应率均值作为研究指标。于是将场景绿视率数值与皮电反应率均值进行相关性分析探索，结果见表7。空白对照组的皮电反应率均值未通过显著性差异检验（p＞0.05），说明静坐时间与皮电反应值变化无显著联系，消除时间因素的影响。实验组的场景绿视率数值与皮电反应率呈显著负相关（P＜0.01），随着场景绿视率值增加，被试的皮电反应率显著下降，即皮电反应值显著下降。

图7 Kruskal-Wallis H 检验的秩平均值

图8 场景绿视率数值与皮电反应率的离散性分析

利用标准差对16 个场景下被试的皮电反应率进行离散性分析，结果见图8。高绿视率场景的数据相对统一（标准差均低于0.030），说明个体对高绿视率场景的恢复性感受差异相对一致；由最大值、最小值可知，当绿视率值低于35%时，场景对部分被试的皮电值下降起到抑制作用，当绿视率高于35%时，场景对被试的皮电值下降均为促进作用。

4 结论与讨论

4.1 结论

研究通过心理和生理指标来判断基于绿视率的城市公园空间对人体健康的影响。首先在实验材料方面，使用全景相机对城市公园空间进行实地测度绿视率，在实验环境中借助VR 眼镜模拟实地场景，将传统二维方式拓展为三维层面。在研究城市公园空间绿视率对人体的影响机制方面，综合考虑对人体心理及生理的影响及其差异性，对现有的研究进行了补充。由于实验场景均为实地拍摄场景，场景最高绿视率值为66%，除去空白对照组外（绿视率0%）场景最低绿视率值为10%，因此在此范围以外的绿视率对人体健康的影响还有待研究。研究的主要结论有：

（1）处于城市绿色空间中能促进个体心理恢复、精神放松。通过实验室模拟的绿色场景VR 体验，证实个体处于绿色空间中对其心理恢复起到促进作用，增加其积极情绪，削弱消极情绪。而低绿视率环境（绿视率0%）对个体心理恢复起到明显抑制作用。

（2）个体心理、生理恢复程度与城市公园空间绿视率呈正相关，环境绿视率越高（实验中绿视率范围为10%～66%），个体身心恢复效果愈好。从心理指标（量表评分）来看，随着城市公园空间绿视率升高，个体积极情绪评分明显增加，消极情绪评分降低；根据语义分析量表评分，环境绿视率与个体对环境的喜爱度呈极显著正相关，是个体对环境喜爱度的重要参考指标，即绿视率值越大个体对环境的喜爱度越高。根据生理指标（皮电反应率）相关性及离散性分析结果，个体对于环境绿视率变化产生的生理恢复效应较为统一；随着城市公园空间绿视率升高，个体越放松、舒缓，紧张和亢奋减少。

（3）城市公园空间中环境对个体的影响受多因素（绿视率、蓝色空间面积、空间开敞度、硬质场地面积等）协同作用。根据标准差分析结果，当城市公园空间绿视率值低于35%时，环境中其他因素对个体心理、生理健康影响较大；蓝色空间对个体心理、生理健康恢复也具有正向促进作用，使其放松；硬质空间面积过高或过于开敞的空间会使人产生一定消极情绪，使人紧张亢奋。当城市公园空间绿视率值高于35%时，绿视率为环境对个体身心影响的主导因子；且相较于一般绿视率及以下等级的绿色空间，此时个体身心放松、恢复度有显著提升。当空间绿视率大于50%（高绿视率等级）时，个体身心恢复效果更佳，但个体间的恢复性感受差异较大。

4.2 讨论

研究还存在不足：①基于实地测度城市公园空间，绿视率数值分布不均较为分散，在实验范围（10%～66%）以外的绿视率对人体健康的影响还有待研究；②城市公园实景作为实验材料，空间类型、其他景观元素等会对实验结果产生影响；③在实验环境下，被试对环境的体验为持续、静态的被动体验，而在现实生活中人与环境为互动关系如人在环境中锻炼、走动经过等；④实验中仅刺激人体视觉，对于绿视率变化造成人体嗅觉、触觉等感受变化也有待研究[21]。在后续研究中将对上述问题进行完善。

本研究通过心理、生理指标测定，证实城市公园绿色环境对人体心理和生理健康具有积极促进作用；并且随着环境绿视率值增加，该促进作用越显著，对人体心理、生理健康恢复效应最突出的是高绿视率场景（＞50%）。上述结论对城市公园绿地的规划建设及管理具有一定的参考价值。在城市公园规划中，人群活动空间设计应适当提高环境绿视率（35%以上为宜），如通过增加草坪、树木等植物种植，树木还可对场地起到围合作用，降低空间开敞度。同时在场地条件限制无法提高绿视率时，可考虑设置水池、水溪、引入湖面景观等方式，增加环境蓝色空间占比，也能对人体健康起到一定促进作用。

图、表来源

图1：作者基于网站https://map.baidu.com/地图信息进行整理绘制；

其余图、表均由作者绘制。