基于因子分析法的寧波慈城古鎮(zhèn)步行友好性評價

文／魏 薇 浙江大學建筑工程學院 副教授 博 士

傅瑩莉 浙江大學建筑工程學院 碩士研究生

引言

步行友好性是指建成環(huán)境對于步行的友好程度，是表征街道環(huán)境對于步行的鼓勵程度[1]。國際上較為成熟的步行友好性評價主要包括通過問卷獲得使用者直觀感受和通過一系列網(wǎng)絡(luò)開放數(shù)據(jù)進行分析評價，應(yīng)用最為廣泛的量化指標是步行指數(shù)[2]。國內(nèi)對于步行友好性的評價體系構(gòu)建側(cè)重對街道環(huán)境的評價，通過將街道環(huán)境拆分為不同的維度并在每個維度內(nèi)進行指標選取、權(quán)重賦值，最終形成對步行友好性的量化指數(shù)[3]。指標的來源主要是利用現(xiàn)有的公開統(tǒng)計數(shù)據(jù)、谷歌地圖或者現(xiàn)場調(diào)研所得數(shù)據(jù)，賦值方法主要為專家打分法、層析分析法[4]。近兩年有學者利用街景圖像識別構(gòu)建步行友好性的評價體系，研究對象集中在整體城市范圍、城市中心區(qū)、濱江步行區(qū)域、公園、綠道或具體街道，對于以步行空間為主的歷史街道、歷史古鎮(zhèn)目前研究較少[5,6]。本文將利用多源大數(shù)據(jù)對現(xiàn)有的評價體系進行改進，并采用軌跡數(shù)據(jù)進行評價模型的可靠性驗證，以期建立歷史古鎮(zhèn)街道步行友好性的綜合評價方法。

1 研究方案設(shè)計

1.1 研究對象

本文以慈城古鎮(zhèn)為研究對象，以慈城外護城河為界，總研究面積約2.0 平方公里（圖1）。慈城古鎮(zhèn)是慈溪縣的老縣城，位于寧波市江北區(qū)，至今已有1200 多年歷史，既是京杭大運河浙東運河主線節(jié)點之一，也是江南地區(qū)唯一保存最為完整的古縣城，享有“江南第一古縣城”美譽，并于2005 年列入中國第二批歷史文化名鎮(zhèn)[7]。

慈城古鎮(zhèn)仍保存著“三山一江”、背山面水的景觀格局以及街巷棋盤布局。全城以中街（解放路）為中軸線，以縣治為制高點[8]。格局方正，城外護城河環(huán)繞，城內(nèi)“三縱四橫”軸線體系呈井字交錯。城內(nèi)以唐、明、清代的大量官宦宅第群落、祠堂牌坊、學宮書院為主，有傳統(tǒng)建筑近60萬平方米，文物保護建筑33處。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預處理

1.2.1 路網(wǎng)數(shù)據(jù)

從Open Street Map 平臺導出研究范圍內(nèi)慈城古鎮(zhèn)道路中心線，結(jié)合實際調(diào)研完善古鎮(zhèn)路網(wǎng)。以50 米間距對古鎮(zhèn)路網(wǎng)進行分割取樣，形成共計796 個樣本街道。

1.2.2 POI 數(shù)據(jù)

選用2020 年9 月份高德地圖POI（Point of Interest）數(shù)據(jù)，獲取研究范圍內(nèi)共計1074個POI 點，用于后續(xù)評價指標計算。

1.2.3 街景圖片

于2020 年9 月利用Python 對接百度全景靜態(tài)圖API（Application Programing Interface）按照10米間距抓取前后左右四個視角的街景圖片，獲得共計10423 張街景圖片。再利用基于全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的視覺影像語義分割軟件對圖片內(nèi)容進行分類識別[9]。

1.2.4 軌跡數(shù)據(jù)

通過Python 爬取并整理了某熱門運動紀錄型移動端軟件2011 年2 月22 日—2020 年9月30 日含慈城古鎮(zhèn)關(guān)鍵詞共計2352 條軌跡、56.93 萬對經(jīng)緯度對。按研究范圍進行裁剪，得到最終有效軌跡2143 條，軌跡點6.75 萬個，用于后續(xù)對評價模型的驗證。

圖1 研究范圍示意圖

1.3 步行友好性評價指標體系構(gòu)建

根據(jù)不同學者提出的評價指標，結(jié)合歷史古鎮(zhèn)的特點，本文基于步行便捷性、服務(wù)性、舒適性、安全性原則，選取了共計8 項指標對古鎮(zhèn)的步行友好性進行量化分析?！氨憬菪浴边x取了穿行度和接近度兩項指標[10]；“舒適性”選用了街道綠視率和街道開敞度兩項指標[11]；“安全性”選用了機動車安全度和街道人流密度兩項指標[11]；“服務(wù)性”選用了街道功能密度和街道文保影響力兩項指標。其中選取指標的具體屬性見表1。

1.4 步行友好性評價方法

1.4.1 評價方法

采用因子分析法確定各級指標權(quán)重進而建立評價模型。借助SPSS 軟件對8 項指標進行KMO 和Bartlett 檢驗得出：KMO 值為0.649，大于0.6，同時數(shù)據(jù)通過Bartlett 球形度檢驗（p ＜0.05），說明數(shù)據(jù)適合進行因子分析。本研究使用最大方差旋轉(zhuǎn)法進行旋轉(zhuǎn)因子，4個因子旋轉(zhuǎn)后的方差解釋率分別是26.177%、22.038%、18.196%、14.091%，旋累積方差解釋率80.502%，能解釋原指標的絕大多數(shù)信息。

表1 指標屬性

表2 旋轉(zhuǎn)后因子載荷系數(shù)

圖2 綜合步行友好性指數(shù)直方圖及分級圖

圖3 綜合步行友好性指數(shù)分布圖

圖4 步行通暢性因子及其主要相關(guān)指標分布圖

1.4.2 主要影響因子命名

分析表明8 個慈城古鎮(zhèn)步行友好性評價指標共提取出4 個因子。因子1 主要解釋了穿行度、接近度、街道人流密度，是對各個道路的到達難易程度、道路連接可理解性的綜合表征，命名為步行通暢性因子；因子2 主要解釋了街道開敞度和綠視率，命名為步行環(huán)境舒適度因子；因子3 主要解釋了街道功能密度以及機動安全度，是街道的服務(wù)提供能力以及步行安全性的體現(xiàn)，由于機動安全度因子載荷系數(shù)為負，命名為步行服務(wù)與危險性因子；因子4 主要解釋了文保影響力命名為步行文保影響因子。

1.4.3 步行友好性綜合評價模型

各因子方差貢獻率占總方差貢獻率的比例，作為各個因子的權(quán)重，得到慈城古鎮(zhèn)步行友好性綜合評價模型，計算古鎮(zhèn)的綜合步行友好性指數(shù)。

式中fz為綜合步行友好性指數(shù)，f1為步行通暢性因子，f2為步行環(huán)境舒適度因子，f3為步行服務(wù)與危險性因子，f4為步行文保影響因子。

2 結(jié)果分析

2.1 綜合步行友好性評價

2.1.1 綜合步行友好性指數(shù)分級評價——整體較差

慈城古鎮(zhèn)綜合步行友好性指數(shù)的平均值為0.291。數(shù)據(jù)分布集中在0.2 ～0.4。將其分為5 個等級，得到分級情況（圖2）。可看出綜合步行友好性極低的占路網(wǎng)總長度的29.17%，綜合步行友好性較低的占51.54%，而步行友好性一般及以上的僅占19.29%，綜上古鎮(zhèn)整體步行友好性較差。

2.1.2 綜合步行友好性指數(shù)空間分布特征——雙中心結(jié)構(gòu)、東高西低、主高次低

慈城古鎮(zhèn)的綜合步行友好性指數(shù)分布呈明顯的雙中心結(jié)構(gòu)（圖3），分別為中部的“三縱”街道周邊以及慈湖周邊。從全城來看古鎮(zhèn)東側(cè)整體的綜合步行友好性較西側(cè)高，“三縱四橫”的主要道路較街巷支路的綜合步行友好性高。

2.2 慈城古鎮(zhèn)步行友好性因子分維評價

2.2.1 步行通暢性因子評價

（1）綜合評價

慈城古鎮(zhèn)步行通暢性因子平均值為0.298。數(shù)據(jù)分布呈“右偏”單峰現(xiàn)象，集中在0.1 ～0.3，整體的步行通暢性較差。

（2）空間特征——單中心結(jié)構(gòu)、“內(nèi)高外低”

古鎮(zhèn)的步行通暢性分布呈現(xiàn)單中心結(jié)構(gòu)（圖4）。中心為“三縱”街道及其周邊，規(guī)模較綜合步行友好性的中心規(guī)模小。從古鎮(zhèn)全城來看古鎮(zhèn)內(nèi)部的步行通暢性較外圍高有“內(nèi)高外低”的趨勢。

對路網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行研究后發(fā)現(xiàn)，古鎮(zhèn)主要道路的可達性都較好，但行人的步行選擇卻有針對性。從接近度分布圖上可看到除北部慈湖、東北角尋芳園外，古鎮(zhèn)整體的接近度都較高，即街道的可達性相近。但從穿行度分布圖上看，穿行度最高的道路集中在三條主要縱向街道：中華路、民生路-東鎮(zhèn)橋街、竺蘭東路的鎮(zhèn)中部分，因此在接近度相近的情況下，高穿行度的道路其步行通暢性更高。人流密度分布圖進一步印證了行人步行選擇的針對性，只是街道人流密度與穿行度的核心分布相比整體向東偏移，主要是由于東部太湖路周邊是古鎮(zhèn)目前修繕的歷史文化街區(qū)所在人流密度較大。

2.2.2 步行環(huán)境舒適度因子評價

（1）綜合評價

慈城古鎮(zhèn)步行環(huán)境舒適度因子平均值為0.440，數(shù)據(jù)分布呈“一高一低”的雙峰現(xiàn)象，數(shù)據(jù)主要集中在0.2 ～0.6 和0.8 ～1.0 之間，整體的步行環(huán)境舒適度一般。

（2）空間特征——“一環(huán)雙中心”結(jié)構(gòu)、外高內(nèi)低空心化

古鎮(zhèn)的環(huán)境舒適度分布呈現(xiàn)：“一環(huán)雙中心”結(jié)構(gòu)（圖5），即古鎮(zhèn)外環(huán)路與北部慈湖周邊、東南角尋芳園周邊；同時還呈現(xiàn)古鎮(zhèn)外圍高內(nèi)部低的空心化的特征。

慈城古鎮(zhèn)環(huán)境舒適度受現(xiàn)有的山水要素和建筑環(huán)境影響顯著?，F(xiàn)有的山體、水體、綠化，主要有慈湖、尋芳園、外圍護城河。從街道綠視率分布圖可以看到慈湖周邊的街道綠視率最高，接著是南部的尋芳園公園周邊，其余街道綠視率普遍較低（圖5）。護城河周邊環(huán)城路僅東北段古城墻周邊，綠化豐富環(huán)境舒適度較高；街道開敞度除外圍慈湖以及外環(huán)路較高外，中部解放路、人民路進行了道路的展寬，因此也較高。古鎮(zhèn)內(nèi)部的建筑密集、街巷寬度小，因此街道開敞度與綠視率都呈現(xiàn)外高內(nèi)低的空心化特征。

圖5 步行環(huán)境舒適度因子及其主要相關(guān)指標分布圖

圖6 步行服務(wù)與危險性因子及其主要相關(guān)指標分布圖

圖7 步行文保影響因子分布圖

圖8 實際到訪強度與綜合步行友好性指數(shù)分布對比圖

表4 Spearman 相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果

2.2.3 步行服務(wù)與危險性因子評價

（1）分級評價

慈城古鎮(zhèn)步行服務(wù)與危險性因子平均值為0.208，數(shù)據(jù)呈“右偏”單峰現(xiàn)象，主要集中在0.1 ～0.2?？梢姽沛?zhèn)整體的服務(wù)水平較差而步行的安全性較高。

（2）空間特征——“一路單中心”結(jié)構(gòu)、北高南低

古鎮(zhèn)服務(wù)與危險性分布呈現(xiàn)“一路單中心”結(jié)構(gòu)（圖6），即人民路周邊、中部十字相交的民主路和解放路周邊。

將古鎮(zhèn)的街道功能密度和機動安全度分布進行對比發(fā)現(xiàn)，兩者的空間分布近乎相反。從功能密度圖上看，古鎮(zhèn)功能密度的高值空間主要集中在解放路南側(cè)和民生路東側(cè)，該區(qū)域是古鎮(zhèn)主要的商業(yè)服務(wù)區(qū)域，聚集大量的市場、各類金融機構(gòu)、商鋪、酒店等。且解放路南側(cè)是目前古鎮(zhèn)的主要入口之一，又是中軸線道路，寬度較大更利于行車，因此形成了功能密度高而機動安全度低這一“矛盾”的現(xiàn)象。類似的還有古鎮(zhèn)另一主入口人民路，其街道的機動安全度也較低。由于古鎮(zhèn)內(nèi)停車空間缺乏，存在較多沿街停車。因此機動安全度還存在低值多點散布的形態(tài)。

2.2.4 步行文保影響因子評價

（1）分級評價

慈城古鎮(zhèn)步行文保影響因子的平均值為0.183。數(shù)據(jù)分布呈“右偏”單峰現(xiàn)象，主要集中在0 ～0.4，整體的文保影響處于較差水平。

（2）空間特征——雙中心結(jié)構(gòu)、北高南低

古鎮(zhèn)文保影響分布呈現(xiàn)雙中心結(jié)構(gòu)，且古鎮(zhèn)北側(cè)文保影響整體高于南側(cè)（圖7）。

文保影響力分布主要受現(xiàn)狀文保的等級和分布影響。文保影響分布的雙中心分別是兩個全國性文保慈城古縣衙和馮俞宅周邊，并圍繞兩個中心向外圍遞減。南側(cè)目前主要是以現(xiàn)代風貌為主，因此文保分布較多且風貌更完整的北側(cè)文保影響力更高。

2.3 軌跡數(shù)據(jù)與綜合步行友好性指數(shù)關(guān)系研究

利用GIS 對軌跡數(shù)據(jù)進行核密度分析并與綜合步行友好性指數(shù)分布圖進行對比，兩者在空間分布上存在一定同步性（圖8）。進一步驗證兩者相關(guān)性，用古鎮(zhèn)街道中心線30 米緩沖區(qū)范圍內(nèi)的軌跡點數(shù)量除以街道長度，計算街道實際到訪強度，再利用SPSS 軟件進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：相關(guān)系數(shù)值為0.520，并呈現(xiàn)0.01水平的顯著性，因此兩者有著顯著的正相關(guān)關(guān)系（表4），驗證了綜合步行友好性指數(shù)與行人實際到訪的直接聯(lián)系。

結(jié)語

通過對研究區(qū)步行友好性的分析，得出以下結(jié)論：從方差貢獻率上看，慈城古鎮(zhèn)的步行友好性受步行通暢性因子的影響最大；其次是步行環(huán)境舒適度、步行服務(wù)與危險性；最后是文保影響力?？梢娂词故俏幕δ芡怀龅臍v史文化名鎮(zhèn)，對步行友好性影響最大的依然是最基本的通暢性；在接近度相近的情況下，高穿行度的街道其步行通暢性更高，步行友好性更強。

由于慈城古鎮(zhèn)整體的步行友好性整體較差，根據(jù)以上研究，為未來古鎮(zhèn)的步行友好性提升提出以下建議：

（1）支路巷道梳理，提升路網(wǎng)通暢。古鎮(zhèn)中部的穿行度較外圍高，通過對古鎮(zhèn)外圍區(qū)域支路巷道的梳理提升與其相接的主要道路的穿行度，進而提升整體的路網(wǎng)通暢性。

（2）見縫插綠，完善綠化系統(tǒng)。結(jié)合古建筑修繕、街道改造、危房違建拆除對古鎮(zhèn)進行空間梳理，見縫插針地布置口袋公園，完善古鎮(zhèn)的綠化系統(tǒng)。

（3）設(shè)施分層完善，車行入口管控?，F(xiàn)有的服務(wù)設(shè)施集中在中軸線附近，構(gòu)建5-10-15分鐘生活圈，提升步行服務(wù)性。主要入口在外環(huán)路周邊設(shè)多個小型分散停車場減少進鎮(zhèn)的車輛，同時滿足居民停車需要。

（4）挖掘慈城特色，平衡人文建設(shè)?，F(xiàn)有的歷史建筑修繕主要集中在東北側(cè)，挖掘西側(cè)的名人故事、修繕傳統(tǒng)民居并進行功能置換，與東側(cè)官宦文化的歷史街區(qū)錯位互補。

圖表來源：

文中圖片、表格均由作者自繪