CN113076580A - 一种公路景观视觉环境评价模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公路景观视觉环境评价模型构建方法，包括通过分析驾驶员主体的视觉需求、情感需求，公路景观的客体属性，构建公路景观视觉环境评价模型；制定评价标准细则；采用层次分析法与熵值法分别作为主观赋权法与客观赋权法的代表方法计算指标权重，组合赋权，得到公路景观视觉环境各级指标因子权重矩阵P；根据评价标准细则判定各指标因子对各评价等级的隶属度，构造评判矩阵R，得到模糊综合评价结果向量Q＝P·R；提出针对性设计优化策略。本方法实现了现有公路景观视觉环境的量化评价，对提高公路景观视觉环境设计的科学性与合理性具有重要意义。

Description

一种公路景观视觉环境评价模型构建方法

技术领域

本发明属于公路景观设计技术领域，特别涉及一种公路景观视觉环境评价模型构建方法。

背景技术

公路景观设计是从美学角度出发，结合城市规划、地理、生态、生心理等多种综合性学科进行的道路自身景观与路域景观设计。公路景观设计在满足交通功能的基础上，充分考虑道路空间的美观，与周围环境的和谐统一以及驾驶员的舒适性；良好的公路景观设计可以有效降低驾驶员驾驶疲劳频率，让使用者感觉安全、舒适、和谐。

公路景观形态的表达方式具有多样性，但驾驶员获取形态感受的主要方式是通过视觉。因此从驾驶员行驶过程中的视觉特性出发，探究公路不同景观形态对驾驶员视觉感知的影响十分重要。

但由于国内公路景观相对于国外起步较晚，公路的规划与建设主要以安全和经济为主要评判标准，而对生态协调性、驾驶员认知特性的重视程度相对滞后。在公路景观要素设计时，虽然考虑到驾驶员的视觉观感，但是缺乏对动态视觉特性的影响分析，驾驶员情感与视觉特性的联系不够紧密，公路景观形态特性的研究与分类不够全面。公路景观评价体系的指标单一，以功能、生态和人文特性为主，缺乏公路景观形态特性的研究。

发明内容

发明目的：针对现有公路景观视觉环境单一，公路规划建设对生态协调性、驾驶员认知特性重视程度相对滞后，景观评价体系指标单一的现状，提供了一种公路景观视觉环境评价模型构建方法，该公路景观视觉环境评价模型构建方法操作简便，实现了公路景观视觉环境的量化评价，参考价值高，补充了公路规划与建设时的评判标准。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种公路景观视觉环境评价模型构建方法，包括以下步骤：

(1)通过分析驾驶员主体的视觉需求、情感需求，公路景观的客体属性，确定公路景观视觉环境评价指标并逐层解析，构建多层次多元素公路景观视觉环境评价体系；

(2)根据所述公路景观视觉环境评价体系制定评价标准细则；

(3)采用层次分析法与熵值法分别计算指标权重，组合赋权，得到公路景观视觉环境各级指标因子权重矩阵P；

(4)根据评价标准细则判定各指标因子对各评价等级的隶属度，构造评判矩阵R，得到模糊综合评价结果向量Q＝P·R，评价结果为W＝Q·V^T＝P·R·V^T，V为评价指标的M种评价等级；

(5)根据评价结果对公路景观视觉环境提出针对性设计优化策略。

进一步的，所述公路景观视觉环境评价指标分解为一级评价指标、二级评价指标和三级评价指标；一级评价指标包括空间背景感受、视觉特性感受和视觉要素感受；二级评价指标为对一级评价指标的细化；三级评价指标为对二级评价指标的细化；

所述二级评价指标的具体细化过程为：将所述空间背景感受解析为公路背景空间尺度、公路背景天穹面积、背景景观处理方式；将所述视觉特性感受解析为视觉敏感特性和视觉空间特性；将所述视觉要素感受解析为视觉环境景观和环境形色质量；所述环境形色质量是指景观环境色彩的饱和度、相对变化、对比，材料的品质，景观的体量，与公路主体布设的符合程度及形色质量组合效果；

所述三级评价指标的具体细化过程为：将所述视觉空间特性解析为视域范围、视线相对高度位置、地形起伏感受、视线焦点与视角；将所述视觉环境景观解析为地形、植被、水体与特色景观。

进一步的，所述公路背景空间尺度的具体评价方法为：参考城市道路设计宽高比的设计理念，根据公路带状空间特性，拓展公路背景空间尺度概念，除公路主体宽高比外，评价公路两侧形体间距离与高度之比与宽长比；

所述公路背景天穹面积的具体评价方法为：基于架设于视线高度的行车记录仪的截图设置问卷调查得到驾驶员对公路背景天穹面积的偏好排序，根据一元线性回归分析，得到最佳天穹面积占比，从而评价公路背景天穹面积。

进一步的，所述视觉敏感特性的具体评价方法为：

首先结合视线夹角与注视点距离划分不同的注视区域，根据室内仿真驾驶试验与室外实车试验，得到驾驶员视觉敏感特性数据，标定不同注视区域的敏感程度；

根据不同行驶速度下的最近可视距和最大视野深度及不同注视区域的敏感程度，结合对视野运动过程中景观在最佳注视区域内时长的判断与比较，划分视觉敏感区域的等级并计算得到不同行驶速度下不同等级视觉敏感区域的断面宽度；

结合不同景观要素的敏感程度，评价不同敏感程度的视觉敏感区域与景观要素的布置与适配性：敏感度由高到低景观分别布置在一二三级视觉敏感区域。

进一步的，步骤(3)得到公路景观视觉环境各级指标因子权重矩阵P的具体方法为：

首先根据层次分析法，通过专家打分法，按照矩阵元素标度的方式，对各评价元素之间进行相互比较，对指标重要程度做出判断，得到判断矩阵A并进行一致性检验；通过求解判断矩阵特征根，获得相对权重，并根据层级采用层层递推的方式计算各层级对总目标的权重，各层级的指标权重值即形成了各层级指标对应的权重矩阵u₁；

接着根据熵值权法，采集关于评价指标的m份问卷调查，用于评价的指标打分集记为X＝[x_i1 x_i2 … x_in]，其中x_ij表示第i份问卷中第j个指标的原始权重值，n为评价指标的个数；将x_ij做正向化处理，并计算第i份问卷中第j个指标所占的权重ω_ij，公式为：

各层级的指标权重值即形成了各层级指标对应的权重矩阵u₂；

再根据组合赋权法，通过线性方程式求解权重系数α_k,k＝1,2，方程为：

其中u₁表示利用层次分析法得到的权重矩阵，u₂表示利用熵值权法得到的权重矩阵，将权重系数归一化处理后得到组合赋权后的权重值：

即得到最终的各级指标因子权重矩阵P，由各级指标因子组合赋权后的权重值形成。

进一步的，步骤(4)采用模糊综合评价法，在步骤(2)的基础上采用M个评价等级，评判各指标对各个评价等级的隶属度r，从而构成评判矩阵R；M个评价等级的相应分数为1-M；用模糊权向量对评价对象的各因素对各等级模糊子集隶属度进行综合，得到模糊综合评价结果向量Q＝P·R；当模糊综合评价结果向量不存在下一层指标时，直接通过求分数平均值获得评价结果向量Q：

其中，x_i为问卷调查中针对该指标计i分的人数，N为调查总人数；

评价结果为W＝Q·V^T＝P·R·V^T，V＝[1 2 3 … M]。

有益效果：与现有技术相比，本发明在现有技术的基础上解决了现有公路景观设计及后评价未考虑生态协调性、驾驶员动态视觉特性与情感特性的不足，同时本发明公开的方法简单、方便，获得的结果弥补了现有技术对该领域的空白，实现了公路景观视觉环境的量化评价，参考价值高，补充了公路规划与建设时的评判标准。另外根据评价结果对公路景观视觉环境提出针对性设计优化策略，为后期景观设计优化方案提供了依据和数据支撑。

附图说明

图1为本发明实施公路景观视觉环境评价方法的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的阐明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明所述一种公路景观视觉环境评价模型构建方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)通过分析驾驶员主体的视觉需求、情感需求，公路景观的客体属性，确定公路景观视觉环境评价指标并逐层解析，构建多层次多元素公路景观视觉环境评价体系；

公路景观背景是公路景观的重要组成部分，由公路主体、两侧景观、地形地貌和天穹共同组成。结合驾驶员主体的动态视觉特性、视觉需求和情感需求，对所述公路景观视觉环境评价指标分解为一级评价指标、二级评价指标和三级评价指标，所述一级评价指标包括空间背景感受、视觉特性感受和视觉要素感受，所述二级评价指标为对一级评价指标的细化，三级指标为对二级评价指标的细化。

所述二级评价指标的具体细化过程为：将所述空间背景感受解析为公路背景空间尺度、公路背景天穹面积、背景景观处理方式；将所述视觉特性感受解析为视觉敏感特性和视觉空间特性；将所述视觉要素感受解析为视觉环境景观和环境形色质量；所述环境形色质量是指景观环境色彩的饱和度、相对变化、对比，材料的品质，景观的体量，与公路主体布设的符合程度及形色质量组合效果；二级评价指标可进一步拓展。

所述三级评价指标的具体细化过程为：将所述视觉空间特性解析为视域范围、视线相对高度位置、地形起伏感受、视线焦点与视角；将所述视觉环境景观解析为地形、植被、水体与特色景观。随着研究的深入，三级评价指标可进一步拓展。

(2)根据所述公路景观视觉环境评价体系制定评价标准细则；

分析公路驾驶者视觉特性理论和背景，从动态视觉和视觉注意与吸引机制出发，以长宽高比例和天穹面积比例作为研究对象，探讨其对于公路景观背景空间感受的影响：

所述公路背景空间尺度的具体评价方法为：参考城市道路设计宽高比B/H的设计理念，根据公路带状空间特性，拓展公路背景空间尺度概念，除公路主体宽高比外，评价公路两侧形体间距离与高度(以主要形体计算)之比与宽长比；

所述公路背景天穹面积的具体评价方法为：基于架设于视线高度的行车记录仪的截图设置问卷调查得到驾驶员对公路背景天穹面积的偏好排序，根据一元线性回归分析，得到最佳天穹面积占比，从而评价公路背景天穹面积。

空间背景感受评价指标的评价标准细则如表1所式。

表1 空间背景感受评价指标

所述视觉敏感特性的具体评价方法为：首先结合视线夹角与注视点距离划分不同的注视区域，根据室内仿真驾驶试验与室外实车试验，得到驾驶员视觉敏感特性数据，标定不同注视区域的敏感程度；根据不同行驶速度下的最近可视距和最大视野深度及不同注视区域的敏感程度，结合对视野运动过程中景观在最佳注视区域内时长的判断与比较，划分视觉敏感区域的等级并计算得到不同行驶速度下不同等级视觉敏感区域的断面宽度；结合不同景观要素的敏感程度，评价不同敏感程度的视觉敏感区域与景观要素的布置与适配性：敏感度由高到低景观分别布置在一二三级视觉敏感区域，景观敏感度匹配高。低敏感度景观布置在高视觉敏感区域内，对重要景观信息造成干扰，影响驾驶判断；高敏感度景观布置在低视觉敏感区域内，易造成驾驶员重要信息获取缺失。

视觉特性感受评价指标的评价标准细则如表2所式。

表2 视觉特性感受评价指标

视觉要素感受评价指标的评价标准细则如表3所式。

表3 视觉要素感受评价指标

(3)采用层次分析法与熵值法分别作为主观赋权法与客观赋权法的代表方法计算指标权重，组合赋权，得到公路景观视觉环境各级指标因子权重矩阵P；具体方法为：

首先根据层次分析法，通过专家打分法，按照矩阵元素标度的方式，对各评价元素之间进行相互比较，对指标重要程度做出判断，得到判断矩阵A并进行一致性检验；通过求解判断矩阵特征根，获得相对权重，并根据层级采用层层递推的方式计算各层级对总目标的权重，各层级的指标权重值即形成了各层级指标对应的权重矩阵u₁；

接着根据熵值权法，采集关于评价指标的m份问卷调查，将评价指标集记为B，本实施例中，指标集B表示如下：

用于评价的指标打分集记为X＝[x_i1 x_i2 … x_in]，其中x_ij表示第i份问卷中第j个指标的原始权重值，n为评价指标的个数；将x_ij做正向化处理，并计算第i份问卷中第j个指标所占的权重ω_ij，公式为：

各层级的指标权重值即形成了各层级指标对应的权重矩阵u₂；

再根据组合赋权法，通过线性方程式求解权重系数α_k,k＝1,2，方程为：

其中u₁表示利用层次分析法得到的权重矩阵，u₂表示利用熵值权法得到的权重矩阵，将权重系数归一化处理后得到组合赋权后的权重值：

即得到最终的各级指标因子权重矩阵P，由各级指标因子组合赋权后的权重值形成。

各赋权法下权重值如表4所示。

表4

(4)根据评价标准细则判定各指标因子对各评价等级的隶属度，构造评判矩阵R，得到模糊综合评价结果向量Q＝P·R，评价结果为W＝Q·V^T＝P·R·V^T；具体为：

采用模糊综合评价法，在步骤(2)的基础上采用五个评价等级，评判各指标对五个评价等级的隶属度r，从而构成评判矩阵R；五个评价等级的相应分数为1-5；用模糊权向量对评价对象的各因素对各等级模糊子集隶属度进行综合，得到模糊综合评价结果向量Q＝P·R；当模糊综合评价结果向量不存在下一层指标时，直接通过求分数平均值获得评价结果向量Q：

其中，x_i为问卷调查中针对该指标计i分的人数，N为调查总人数；

评价结果为W＝Q·V^T＝P·R·V^T，V为评价对象的各个指标的M种评价等级，本发明采用五种评价等级，即，V＝[1 2 3 4 5]。

空间背景感受评价指标结果如表5所示。

表5

视觉特性感受评价指标结果如表6所示。

表6

视觉要素感受评价指标结果如表7所示。

表7

(5)根据评价结果对公路景观视觉环境提出针对性设计优化策略。

公路景观视觉环境评价指标结果如表8所示。

表8

综上所述，采用本发明实施例的公路景观视觉环境评价方法和评价模型，在现有技术的基础上解决了现有公路景观设计及后评价未考虑生态协调性、驾驶员动态视觉特性与情感特性的不足，同时本发明公开的方法简单、方便，获得的结果弥补了现有技术对该领域的空白，实现了公路景观视觉环境的量化评价，参考价值高，补充了公路规划与建设时的评判标准。另外根据评价结果对公路景观视觉环境提出针对性设计优化策略，为后期景观设计优化方案提供了依据和数据支撑。

Claims (6)

1.一种公路景观视觉环境评价模型构建方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)通过分析驾驶员主体的视觉需求、情感需求，公路景观的客体属性，确定公路景观视觉环境评价指标并逐层解析，构建多层次多元素公路景观视觉环境评价体系；

(2)根据所述公路景观视觉环境评价体系制定评价标准细则；

(3)采用层次分析法与熵值法分别计算指标权重，组合赋权，得到公路景观视觉环境各级指标因子权重矩阵P；

(4)根据评价标准细则判定各指标因子对各评价等级的隶属度，构造评判矩阵R，得到模糊综合评价结果向量Q＝P·R，评价结果为W＝Q·V^T＝P·R·V^T，V为评价指标的M种评价等级；

(5)根据评价结果对公路景观视觉环境提出针对性设计优化策略。

2.根据权利要求1所述的公路景观视觉环境评价模型构建方法，其特征在于：所述公路景观视觉环境评价指标分解为一级评价指标、二级评价指标和三级评价指标；一级评价指标包括空间背景感受、视觉特性感受和视觉要素感受；二级评价指标为对一级评价指标的细化；三级评价指标为对二级评价指标的细化；

所述二级评价指标的具体细化过程为：将所述空间背景感受解析为公路背景空间尺度、公路背景天穹面积、背景景观处理方式；将所述视觉特性感受解析为视觉敏感特性和视觉空间特性；将所述视觉要素感受解析为视觉环境景观和环境形色质量；所述环境形色质量是指景观环境色彩的饱和度、相对变化、对比，材料的品质，景观的体量，与公路主体布设的符合程度及形色质量组合效果；

所述三级评价指标的具体细化过程为：将所述视觉空间特性解析为视域范围、视线相对高度位置、地形起伏感受、视线焦点与视角；将所述视觉环境景观解析为地形、植被、水体与特色景观。

3.根据权利要求2所述的公路景观视觉环境评价模型构建方法，其特征在于：所述公路背景空间尺度的具体评价方法为：参考城市道路设计宽高比的设计理念，根据公路带状空间特性，拓展公路背景空间尺度概念，除公路主体宽高比外，评价公路两侧形体间距离与高度之比与宽长比；

所述公路背景天穹面积的具体评价方法为：基于架设于视线高度的行车记录仪的截图设置问卷调查得到驾驶员对公路背景天穹面积的偏好排序，根据一元线性回归分析，得到最佳天穹面积占比，从而评价公路背景天穹面积。

4.根据权利要求2所述的公路景观视觉环境评价模型构建方法，其特征在于：所述视觉敏感特性的具体评价方法为：

首先结合视线夹角与注视点距离划分不同的注视区域，根据室内仿真驾驶试验与室外实车试验，得到驾驶员视觉敏感特性数据，标定不同注视区域的敏感程度；

根据不同行驶速度下的最近可视距和最大视野深度及不同注视区域的敏感程度，结合对视野运动过程中景观在最佳注视区域内时长的判断与比较，划分视觉敏感区域的等级并计算得到不同行驶速度下不同等级视觉敏感区域的断面宽度；

结合不同景观要素的敏感程度，评价不同敏感程度的视觉敏感区域与景观要素的布置与适配性：敏感度由高到低景观分别布置在一二三级视觉敏感区域。

5.根据权利要求1所述的公路景观视觉环境评价模型构建方法，其特征在于：步骤(3)中得到公路景观视觉环境各级指标因子权重矩阵P的具体方法为：

首先根据层次分析法，通过专家打分法，按照矩阵元素标度的方式，对各评价元素之间进行相互比较，对指标重要程度做出判断，得到判断矩阵A并进行一致性检验；通过求解判断矩阵特征根，获得相对权重，并根据层级采用层层递推的方式计算各层级对总目标的权重，各层级的指标权重值即形成了各层级指标对应的权重矩阵u₁；

接着根据熵值权法，采集关于评价指标的m份问卷调查，用于评价的指标打分集记为X＝[x_i1 x_i2 … x_in]，其中x_ij表示第i份问卷中第j个指标的原始权重值，n为评价指标的个数；将x_ij做正向化处理，并计算第i份问卷中第j个指标所占的权重ω_ij，公式为：

各层级的指标权重值即形成了各层级指标对应的权重矩阵u₂；

再根据组合赋权法，通过线性方程式求解权重系数α_k，k＝1，2，方程为：

其中u₁表示利用层次分析法得到的权重矩阵，u₂表示利用熵值权法得到的权重矩阵，将权重系数归一化处理后得到组合赋权后的权重值：

即得到最终的各级指标因子权重矩阵P，由各级指标因子组合赋权后的权重值形成。

6.根据权利要求1所述的公路景观视觉环境评价模型构建方法，其特征在于：步骤(4)采用模糊综合评价法，在步骤(2)的基础上采用M个评价等级，评判各指标对各个评价等级的隶属度r，从而构成评判矩阵R；M个评价等级的相应分数为1-M；用模糊权向量对评价对象的各因素对各等级模糊子集隶属度进行综合，得到模糊综合评价结果向量Q＝P·R；当模糊综合评价结果向量不存在下一层指标时，直接通过求分数平均值获得评价结果向量Q：

其中，x_i为问卷调查中针对该指标计i分的人数，N为调查总人数；

评价结果为W＝Q·V^T＝P·R·V^T，V＝[1 2 3 ... M]。

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