街景数据环境下的传统街区建筑构成要素定量研究——以大理古城为例

街景数据环境下的传统街区建筑构成要素定量研究 ——以大理古城为例

王招鑫 张春明

云南艺术学院，昆明 云南 650505

【摘要】传统街区是某种特定历史文化下发展出的一种特有的空间形态。文章以大理古城为研究案例，利用语义分割分析街景图像数据分析其要素客观构成。对商业性街道的底层界面设计提出指引与建议，为云南少数民族优秀建筑文化的传承和发扬提供一种新的思路。

【关键词】传统街区；语义分割；构成要素；

ABSTRACT:Traditional block is a special spatial form displayed under a specific history and culture. This paper takes Dali ancient City as a case study and uses semantic segmentation to analyze street image data to analyze its objective composition. This paper puts forward some guidelines and suggestions for the design of the bottom interface of commercial streets, which provides a new idea for the inheritance and development of the excellent architectural culture of yunnan ethnic minorities.

【Keywords】Traditional block; Semantic segmentation; Constituent elements;

1 研究背景：

图像语义分割是图像分割和图像语义识别相结合的图像处理方法，对目标提取，判断其种类，图像处理分析有重要作用。十九大报告提出“进一步加强文物保护利用和文化遗产保护传承”的总体要求。本文研究运用百度地图的街景数据，采用图像处理算法进行分析，保证后续特征提取的有效性和科学性。分析大理古城的历史文化性，将传统建筑与现代商业化街道融合。

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1 街景数据与机器学习算法相结合的新可能 图2 案例城市区域图

（图源自作者自绘） （图源于百度地图）

2 大理古城文化价值与数据分析

2.1 大理古城概况

本次研究以云南省大理市大理古镇为案例。大理古城始建于公元1382年，是1982年2月8日国务院公布的中国首批24个历史文化名城之一，古城内有14处市级以上的重点文物保护单位，是大理旅游核心区，因此成为传统街区研究的主要对象，故大理古镇附近的街景数据研究有重要意义。

2.2 大理古城建筑特征分析

大理古城是汉族、白族等众多少数民族文化的汇集的地方，是古代南方丝绸之路和 “茶马古道”必经之地 ，有深厚的历史文化价值。大理古城保留明清时期的建筑三千余栋。

大理古城的店面和进深蕴藏着丰富的历史文化内涵,代表了大理的一种特色经营。其窗户多为“丁工花”样式，壁面颜色以大面积白色为底，用黑灰色与石青色线条进行装饰，整体建筑呈现出一种秀丽典雅的风格。传统街区建筑层数包括一层、一层半、二层和三层,以二层为主，下高上低，一层为统一的铺板门，二层通过挑檐、悬挑等形成入口灰空间，增加空间的层次感。立面形制主要包括一体式、挑廊式、悬挑式、挑檐式、柱廊式。

2.3大理古城文化要素剖析

大理古城的特色在于其民族文化的多样性。大理是全国唯一的白族自治州。白族文化具有鲜明的地方色彩和民族风格，壁画、扎染、刺绣，展示了少数民族人民的手工技艺，作为当代设计工作者要保护这些少数民族特色文化^[1]。

在对历史建筑进行保护时，应挖掘传统文化中的设计因素，将其用于现代设计之中，使传统文化在现代生活中获得新生。传统元素对于提升街道空间感知有积极的促进作用，应注重传统建筑的保护，对历史建筑积极维护整修，在保留历史建筑原真性的前提下，为游客营造出具有地域特色的街道氛围，以期为民居建筑在现代旅居建筑设计中提供理论支持。

3 数据分析与结果

3.1街景图片获取与程序处理

本文通过语义分割对街景图像的构成要素进行研究。为了提高程序运行的准确性，所有图像都经过裁剪和标准化处理。首先，将输入图像随机裁剪为500像素×500像素。其次在photopshop中进行人工样本处理，对各个要素进行不同色彩的划分。最后将处理好的标签图片放入程序中运行，可以得到语义分割数据以及各个要素在街景图片中的占比。

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3利用photoshop对街景图片进行颜色划分处理（图源于作者自绘）

本文对大理古城周边街景数据进行研究，获取了2021年街景数据共500张百度街景图片，其中还选取部分典型特征样本，包约900多个建筑轮廓的矢量地图数据（jpg 格式）。每张街景影像分辨率为500×500像素，相邻两张影像实地距离为10~30 m，运用Photoshop将绿植、建筑、 天空、行人等 10 个类别细分，采用人工标注生成500张影像的Photoshop样本集。

首先使用人工从百度街景地图上进行截图的方式获取街景图片，将获取的街景图片在photoshop进行样本标签的制作，根据固定的RGB颜色制作色板，利用油漆桶工具进行人工建筑要素的分割处理。其次，为了使每个颜色对应一维向量里的对应值，要对图片中的颜色进行编码，将三维降为二维，可以将BGR颜色视为256进制的三位数转换为十进制表示的数字。将colormap转为二维矩阵并去掉重复数字，就是颜色表。最后将处理好的标签图片与街景图片分类并在文件夹中对应，投入python中运行。实验所采用的计算硬件配置为 Intel 8 GB CPU，RadeonTm520 2GB GPU，算法由Python 3.8实现，机器学习框架利用python库，图像处理通过pycharm库，最终从程序运行得出结果。

3.2数据分析与结果

技术路线包括数据搜集、建筑提取、程序运算和语义分割分析四个主要步骤。程序可以有效识别图片中的天空、人、车道、建筑、绿化等要素类型并得到各要素抠图和占比情况。如图四所示，程序对街景图片进行处理后，可以得街景各个构成要素的抠图和各个构成要素在街景图片中的占比情况。综合实验所用的500张图片，可以看出，在建筑构成要素中，当门、窗等传统装饰要素占比增加时，街景中人的占比也在增加，所以得出建筑变量是影响人逗留活动的关键因子，如街景图片中的立面、窗户以及店面密度对于吸引人们逗留具有积极影响。

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4：程序对街景图片的处理示例

（图源于作者自绘）

4 结论与建议

历史街区在延续城市传统记忆时不可避免地需要面对现代空间重塑与功能转型，新建建筑与原始建筑在整体风貌上要具有一致性。可以在大理古城设置民俗博物馆和工艺品商街，使民俗工艺的生产、展示和销售完美结合起来。与传统街区特色文化相对应的特色文化创意作品有助于传统街区的复兴，也有利于传统民族文化的传播，使传统文化在现代设计中得到继承与发展^[2]。

本文以云南省大理古城附近区域街景影像为研究对象，探究建筑区域要素的匹配方法。通过街景数据与机器学习，解决了以往数据难以批量采集的问题。该研究的亮点在于利用机器学习来实现街景数据的大规模获取，又受限于街景数据与软件程序^[3]。在未来仍需进一步提高要素分类精度，结合少数民族传统文化去发展传统街区的建筑装饰，在推广少数民族特色文化的同时吸引人流量，达到文化和经济共同发展，避免大理古城的商业化，从而有效推进旅游与少数民族本土文化的协同可持续发展。

参考文献：

1. 唐旭，李东禧，吴佳，张华，李成成.中国传统建筑解析与传承 云南卷[M].北京:中国建筑工业出版社，2015.12.

[2]许婵.基于文化生态学的历史文化名城保护研究——以大理古城为例[J]. 安徽农业科学，2008（08）：12465-12467

[3]敖雷，郑炘.传统与现代：历史街区的建筑空间创新与景观空间整合研究——以常州青果巷历史街区更新改造为例[J]. 风景园林实例,2015(09):54-59

[4] 龙瀛 , 周垠 . 图片城市主义 : 人本尺度城市形态研究的新思路 [J]. 规划师 ,2017,33(2):54-60.

[5]高瑜.临界空间的转变———云南大理古城的个案研究[J].西北民族研究，2017（09）：200-207

[6]叶宇 , 张灵珠 , 颜文涛 , 曾伟 . 街道绿化品质的人本视角测度框架 : 基于百度街景数据和机器学习的大规模分析 [J]. 风景园林 , 2018(8): 24-29.

[7] 叶宇 , 张昭希 , 张啸虎 , 曾伟 . 人本尺度的街道空间品质测度 : 结合街景数据和新分析技术的大规模、高精度评价框架 [J]. 国际城市规划 , 2019(1): 18-27.

[8] 叶宇，仲腾，钟秀明.城市尺度下的建筑色彩定量化测度——基于街景数据与机器学习的人本视角分析[J]. 规划设计，2019(05):7-12.

王招鑫（1999.11—），女，汉族，籍贯；河北省石家庄市人，云南艺术学院设计学院，21级在读研究生，硕士学位，专业：环境艺术设计，研究方向：环境艺术设计。

云南省教育厅科学研究基金资助 ，项目名称：多源数据融合下的历史古镇街道空间活力研究，2022J0574

1^]

许婵.基于文化生态学的历史文化名城保护研究——以大理古城为例[J]. 安徽农业科学，2008（08）：12465-12467

2^[] 敖雷，郑炘.传统与现代：历史街区的建筑空间创新与景观空间整合研究——以常州青果巷历史街区更新改造为例[J]. 风景园林实例,2015(09):54-59

3^[] 叶宇，仲腾，钟秀明.城市尺度下的建筑色彩定量化测度——基于街景数据与机器学习的人本视角分析[J]. 规划设计，2019(05):7-12.