К разработке графоаналитических методов оценки визуальной среды больших городов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 504.064(1-21)

К РАЗРАБОТКЕ ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ВИЗУАЛЬНОЙ СРЕДЫ БОЛЬШИХ ГОРОДОВ

А.В. Городков, С.И. Салтанова, Н.В. Волкова

Брянская государственная инженерно-технологическая академия, Брянск, Россия

Эл. почта: avg@online.debryansk.ru Статья поступила в редакцию 22.08.2010, принята к печати 29.10.2010

Предложены новые подходы к оценке эколого-визуальных качеств городской среды. На основе графоаналитических методов расчета, предложенных авторами, и социологических и градостроительных исследований разработаны методики оценки вредности агрессивных и гомогенных полей и разработан алгоритм построения зонально-территориальной структуры города по фактору состояния визуальной среды.

Ключевые слова: визуальная среда, видеоэкология, агрессивные гомогенные поля.

TOWARDS DEVELOPING OF GRAPHO-ANALYTICAL METHODS FOR ASSESSING OF URBAN VISUAL ENVIRONMENT

A.V. Gorodkov, S.I. Saltanova, and N.V. Volkova

Bryansk Academy of Engineering and Technology, Bryansk, Russia

E-mail: avg@online.debryansk.ru

Novel approaches to assessing of the visio-ecological characteristics of urban environment suggested by the authors based on grapho-analytical calculations are combined with sociological and town-planning evaluations to develop methods for assessing the hazardousness of aggressive monotonous vision fields and an algorithm for zoning of urban territories according to their visual conditions.

Keywords: visual environment, visio-ecology, visually aggressive homogenous fields.

Визуальная среда, характер и состав насыщающих ее зрительных элементов оказывает сильное воздействие на психофизиологическое состояние человека, находящегося в современном городе, формирует пространственно-планировочную среду жизнедеятельности человека и является экологическим фактором, во многом определяющим интегральный показатель благополучия человека. В связи с этим интенсивно развивается новое научное направление в экологии - видеоэкология, являющаяся областью знаний о взаимоотношениях человека с окружающей его видимой средой.

Видимая среда больших городов все больше отличается от естественной природной среды и во многих случаях находится в противоречии с законами зрительного восприятия человека. Качество визуальной среды ухудшается применением новых строительных материалов в градостроительстве, повышением высотного уровня застройки, нарушением масштабности зданий и окружающего ландшафта, уменьшением площадей озелененных пространств.

В связи с новизной проблемы количество опубликованных материалов, предусматривающих методику видеоэкологической оценки, очень ограничено. В.А. Филиным разработан метод записи автоматий саккад, который широко исследован им в гомогенных и агрессивных полях. Наиболее интересны фотометрические методы исследования, в которых фотоприемные камеры могут быть использованы для сканирования визуальной среды [5]. Фотометрическую оценку в этом случае

можно получить в виде спектра. Дальнейшие действия сводятся к сравниванию полученных спектров с эталонным, за который принимается набор частот при сканировании естественной среды. Критериями сравнения является отклонение полученного спектра от эталонного по амплитуде, ширине и др. Такой метод вполне заслуживает внимания при оценке загрязнения видимой среды города, и в дальнейшем он должен быть обязательно использован.

Для целей видео экологической оценки может быть также использован социологический метод [2]. Он основан на вопросах относительно суммарных оценок качества жизни в различных районах города, их эстетики и качества визуальной среды. Однако данный метод не лишен субъективности, объясняемой резко индивидуальными эстетическими оценками людей. В связи с этим он может применяться только в комплексе с другими методами.

В ходе экспериментальных и теоретических исследований нами предложен новый графоаналитический метод количественной оценки степени агрессивности отдельных элементов градостроительной среды. Агрессивное видимое поле - это поле, на котором рассредоточено большое число одних и тех же элементов. Типичным примером агрессивных видимых полей является, например, «перенасыщение» окнами больших городских зданий, полосы ленточного остекления, линии сблокированных балконов и других объектов.

Суть данного метода оценки заключается в том, что на плоскости исследуемого объекта, изображенного на

521

biosphere#2_42.indd 521

10.12.2010 18:20:00

фото, накладывается сетка, и затем определяется коэффициент агрессивности, зависящий от общего количества ячеек сетки и от числа ячеек, в которых оказалось более двух одинаковых видимых элементов. Эти параметры основываются на результатах исследований В.А. Филина, согласно которым при фиксации глазом более двух одинаковых объектов в области ясного видения, равной 2°, человек испытывает затруднения [5]. Данную методику оценки степени агрессивности видимых элементов можно применять не только для существующих зданий и сооружений, но и на стадии проектирования. В настоящее время при проектировании повсеместно используются компьютерные программы (АгсЫСАО), позволяющие строить трехмерные модели объектов нового строительства и их фотоизображения.

Первым этапом при проведении оценки визуальной агрессивности исследуемого объекта является выбор видовых точек, производимый в ходе натурных исследований бассейна видимости данного объекта. Видовые точки следует определять в местах массового сосредоточения и прохождения людей, воспринимающих данный объект. К примеру, для здания, стоящего вдоль улицы, это могут быть точки проезжей части, тротуара или остановочных комплексов общественного транспорта. Для проектируемых зданий и сооружений видовые точки должны быть реальными, т.е., из них будет возможно восприятие объектов нового строительства после возведения. Из видовых точек для существующих зданий и сооружений производится их фотофиксация, а для проектируемых строится фотоизображение проектируемой модели.

Предлагаемый метод оценки позволяет учесть особенности восприятия исследуемого объекта, такие как разница уровней, на которых стоят наблюдатель (исследователь) и объект, их взаимное расположение, а также характер перспективного искажения воспринимаемого объекта. Все эти особенности учтены в соответствующих расчетных формулах и схемах, ведущих к определению количества ячеек разбивочной сетки по вертикали и по горизонтали. При определении количества ячеек округление следует осуществлять в большую сторону. Поскольку размеры области ясного видения (центральной ямки), в которой острота зрения максимальна, составляют 1,5-2° [4], а в расчетах мы берем 2°, округление в большую сторону соответственно будет изменять угловые размеры ячеек в указанных выше пределах.

Коэффициент агрессивности визуальной среды Кагр определяется по формуле:

К =Н /Хн

агр п'

где: Нп - число ячеек, в которых оказалось более двух одинаковых видимых объектов;

Хн - общее число ячеек [1, 3, 4].

Численное значение коэффициента агрессивности визуальной среды находится в пределах 0<Кагр<1. При этом агрессивной визуальной среде соответствует значение коэффициента К =1, а при приближении значения коэффициента к нулю визуальная среда является неагрессивной.

Число ячеек сетки по горизонтали N и по вертикали N определяется по следующим формулам: Кг=аг/ф,

Кв=аБ/ф

где: аг и а® - горизонтальный и вертикальный углы обзора исследуемой плоскости (фасада объекта);

ф - угловой размер области ясного видения, 2о.

Горизонтальный угол обзора исследуемой плоскости можно определить на основании расчетной схемы, показанной на рис. 1, по формуле:

аГ=агссоз ((С12 + С22 -Ь2ф) / 2*С1 * С2)

где: С1 и С2 - расстояния от видовой точки до

крайних границ плоскости фасада исследуемого объекта, м;

Ь - длина исследуемого фасада, м.

Вертикальный угол определяется на основании трех возможных условий взаимного положения уровней, на которых стоят исследуемый объект и наблюдатель (расчетные схемы приведены на рис. 2), по соответствующим формулам:

[3е - агссЩ

Н-кт

рв = атсвт

рв = агссЩ

+ аг

Н

К

]} + {й + кг)2

и

где:

Ь - горизонтальное положение от видовой точки до вертикали плоскости исследуемого объекта, от которой будем начинать разбивку сетки, определяемое по картографическим материалам, м;

Н - высота здания, м;

кг - уровень линии горизонта равный уровню глаз наблюдателя;

й - модуль разности высотных отметок уровня поверхности земли в месте, где стоят наблюдатель и исследуемый объект.

В практической работе углы обзора исследуемой плоскости объекта могут быть определены без промежуточных промеров, расчетов и с меньшей погрешностью электронным тахеометром, для чего достаточно только установить его в видовой точке и снять показания. В своих же исследованиях мы использовали электронный дальномер, картографические материалы и приведенные выше формулы.

В итоге были определены коэффициенты агрессивности для ряда зданий города Брянска. Например, для фасада административного здания коэффициент определен из трех видовых точек (табл. 1).

Гомогенные поля города представлены плоскостями фасадов зданий, сооружений, ограждений и дорожных покрытий. В.А. Филин, впервые рассмотревший видимую среду в качестве экологического фактора, отмечает вредное воздействие гомогенных полей на человека. При восприятии гомогенных полей происходит нарушение физиологических процессов, таких как работа автоматии саккад, системы включения и выключения рецепторов (оп- и off-системы), бинокулярного аппарата глаз, аппарата аккомодации, регуляции размера

522

Ыобр1кге(й_42.тсМ 522

10.12.2010 18:20:00

А.В. ГОРОДКОВ И СОАВТ.

зрачка. Кроме того, вся зрительная система в гомогенной видимой среде вынуждена работать не в экономном режиме, а буквально на износ [3].

Но, несмотря на актуальность данной экологической проблемы - загрязнения визуальной городской среды гомогенными полями, методов оценки степени их вредного воздействия до настоящего времени не существовало.

Нами разработан метод оценки степени вредности отдельно взятого гомогенного поля. Предлагаемый метод оценки основывается на следующих соображениях.

Степень вредности отдельно взятого гомогенного поля зависит не только от его размера, но и от окружающей градостроительной ситуации, определяющей возможности его восприятия. Например, восприятие может быть ограничено растущими деревьями или соседними зданиями и сооружениями. Т.е. степень вредного воздействия видимого поля при этом снижается за счет сокращения области восприятия гомогенной плоскости. Поэтому предлагаемая методика предполагает получение количественной оценки вредности гомогенного поля с учетом градостроительной ситуации.

В.А. Филин рассматривает влияние видимой среды на человека исходя из теории автоматии саккад, амплитуда которых варьируется до 15° [5], следовательно, можно предположить, что этот интервал соответствует оптимальным условиям восприятия, а при больших угловых значениях человек будет испытывать дискомфорт. Т.е. при угле до 15°человек без особых затруднений совершит очередную саккаду и «избавится» от негативного поля, переведя свой взор на другой объект.

Восприятие объектов в большинстве случаев осуществляется в ходе движения, что предопределяет необходимость оценки по выбранным траекториям. Выбор отдельных точек на этих траекториях позволяет проанализировать динамику восприятия пространственной среды.

В городской застройке большинство объектов находится на небольшом расстоянии друг от друга, особенно торцевые фасады, за исключением площадей. Следовательно, направления передвижения потока людей, воспринимающих негативное воздействие гомогенных объектов, расположены в основном на близком расстоянии. При таких условиях восприятие всего объема сооружения по высоте не представляется возможным. Поэтому при анализе гомогенных полей в качестве оцениваемого параметра берем горизонтальный угол обзора.

Таким образом, оценку следует производить по намеченным в зависимости от градостроительной ситуации маршрутам, исходя из длины определяемых отрезков маршрутов с углом обзора плоскости по горизонтали, превышающим критическое для амплитуды саккад зна-

Рис. 1. Расчетная схема к определению угла обзора объекта по горизонтали.

Рис. 2. Расчетные схемы к определению вертикальных углов обзора при оценке агрессивности вертикальных видимых поверхностей:

а) при нахождении наблюдателя и объекта на одном уровне;

б) и в) при расположении уровня глаз наблюдателя выше и ниже уровня поверхности земли в месте стояния объекта соответственно. УГ - уровень глаз наблюдателя;

УПЗО - уровень поверхности земли в месте стояния объекта; УПЗН - уровень поверхности земли в месте стояния наблюдателя.

Табл. 1.

Определение коэффициента агрессивности визуального поля фасада здания (административное здание, Брянск)

эН о Исходные данные Расчетные данные

№ видов точки точки С, м С г м Ь^ м ф Ь, м Н, м кг м d, м аг, град. а", град. N Н п X« К агр.

1 117 103 103 2,6 14,2 7 20,1 11 65 77 0,84

2 75,5 61,5 30, 6 61,5 37,6 1,5 2,1 23 12 31,3 16 157 192 0,82

3 81,3 97,5 81,3 0,6 17 9 24,8 13 56 117 0,48

523

Ъш5рЬеге#2_42.Мё 523

10.12.2010 18:20:01

Рис. 3. Определение степени гомогенности объекта (жилой дом): а) расчетная схема; б) фотофиксация объекта.

дистанция,м

Рис. 4. График изменения угла перекрытия поля зрения объектом: а) по маршруту № 1, б) по маршруту № 2, в) по маршруту № 3.

Изменение горизонтального угла перекрытия поля зрения

Табл. 1.

№ точки измерения 1 2 3 4 5 6 7

Длина маршрута, м 0 5 10 15 20 25 30 Ь , м марш' отр К гом

№ маршрута Угол обзора, град.

1 29 33 36 33 0 - - 20 17,72 0,89

2 36 59 75 66 43 25 15 30 30 1

3 30 78 110 95 43 18 9 30 26,67 0,89

524

Ыо8рИеге#2_42.таа 524

10.12.2010 18:20:01

А.В. ГОРОДКОВ И СОАВТ.

Рис. 5. Схема зонирования территории г. Брянска по состоянию визуальной среды.

чение (15°). Оценку проводим в следующем порядке:

1. Определяем вблизи исследуемого объекта маршруты, наиболее важные с точки зрения массового передвижения людей. На каждом маршруте с выбранным интервалом намечаем видовые точки. При этом количество точек должно быть достаточным для оценки динамики восприятия объекта. Крайние видовые точки должны фиксироваться в местах маршрута, в которых начинается и заканчивается обзор объекта. Пример разбивки маршрутов приведен на рис. 3а.

2. Из каждой г-й видовой точки определяем горизонтальный угол обзора исследуемой плоскости аГ.. Угол

можно получить путем натурных промеров, к примеру, электронным тахеометром или нивелиром, либо путем математических вычислений по формуле

аГ=агсо ((С\2 +С^-Ь2) /2*С1 * С) (1)

где:

С1 и С2 - расстояния от видовой точки до край-

них границ плоскости фасада исследуемого объекта, м; Ьф - длина исследуемого фасада, м. Значения С1, С2 и Ьф можно определить по картографическим материалам либо в ходе натурных промеров.

525

Ыо8р1кге(й_42.тсМ 525

10.12.2010 18:20:01

3. По результатам определения горизонтального угла обзора выделяем участок маршрута, в пределах которого значения угла обзора превышают 15°.

4. Степень гомогенности исследуемой плоскости при движении наблюдателя по маршруту Кгом определяем по формуле:

К =

гом

Tl ¿—i <

отр

(2)

марш.

где:

SL

общая длина отрезков маршрута со зна-

чением угла обзора исследуемой плоскости более 15°, м;

LMapm - длина исследуемого маршрута, м. 5. Полученные для каждой i-й видовой точки значения угла обзора гомогенного поля наносим на развертку маршрута и соединяем непрерывной линией. Таким образом, получаем график, отражающий динамику изменения гомогенности поля по маршруту. Пример построения зависимости «длина маршрута - угол перекрытия» приведен на рис. 4.

Для наглядности можно построить линейный график при угле равном 15° разграничивающий график изменения угла обзора на участки со значениями углов менее и более 15°. Точки пересечения этих двух графиков будут границами определяемых отрезков маршрута. Естественно, эти точки будут занимать промежуточное положение на маршруте. Поэтому при их определении следует пользоваться методом интерполяции.

Степень гомогенности исследуемого объекта находится в пределах 0<Кгом<1. Т.е. при значениях близких к нулю гомогенную плоскость можно считать неопасной для человека. И, наоборот, при значениях Кгом близких к единице исследуемое гомогенное поле особо опасно для человека и требует проведения мероприятий по снижению или полному устранению его вредного влияния. Т.е. в данном случае на протяжении всего пути следования взор человека будет перекрыт гомогенным полем, и, следовательно, человек будет вынужден испытывать на себе его негативное воздействие.

Разработанная методика уже апробирована на ряде объектов города Брянска. Ниже приводим оценку сте-

пени вредности гомогенного поля торцевого фасада жилого здания.

Из приведенных данных (рис. 3, 4, табл. 1) видно, что данный фасад имеет высокие значения степени гомогенности и нуждается в оздоровлении.

Вышеописанная методика не только позволяет количественно оценить степень вредности гомогенного видимого поля, но и обозначить зону визуального дискомфорта, в которой гомогенность максимальна. Следовательно, результаты представленных здесь исследований могут служить основой при определении мероприятий по снижению негативного воздействия гомогенного поля. Мероприятия, проводимые в зоне повышенной вредности, будут наиболее эффективными по устранению гомогенности видимой среды.

По имеющимся на данный момент результатам исследований (анкетного опроса, определения коэффициента агрессивности, натурного обследования) составлена карта-схема зонирования территории города Брянска по состоянию визуальной среды. Схема наглядно демонстрирует масштабы и характер распределения загрязнения и предусматривает следующую классификацию территорий по качеству визуальной среды: с благоприятной визуальной средой, формируемой многоэтажной и малоэтажной усадебной застройкой, с эстетически непривлекательной видимой средой, с неблагоприятной средой, а также зоны с высокой степенью загрязнения. Кроме того, на схеме показаны отдельные градостроительные объекты - как улучшающие качество видимой среды, так и образующие агрессивные видимые поля (рис. 5).

Карта-схема зонирования территории города имеет практическое значение, поскольку в перспективе ее можно будет использовать, например, при выборе местоположения учебных и медицинских учреждений, жилых и офисных помещений, рекреационных территорий людьми, заинтересованными в благоприятной окружающей среде, в том числе и визуальной.

В перспективных направлениях работы - разработка закона о визуальной среде Брянска, исследования в малых исторических городах области, а также выработка научно обоснованных рекомендаций по эко-реконструкции гомогенных и агрессивных полей в структуре города и др.

Литература

1. Городков А.В., Федосова С.И. Методика оценки агрессивности визуальных полей городской среды // Вестник МАНЭБ. 2006. Т. 11. № 3. С. 30-35.

2. Федосова С.И. Рекомендации по оценке и формированию визуальной среды крупного города. -Брянск: Брянская государственная инженерно-технологическая академия, 2008. - 128 с.

3. Федосова С.И. Оценка степени вредно-

сти гомогенных визуальных полей городской среды // Вестник МАНЭБ. 2008. Т. 13. № 2. С. 100-103.

4. Федосова С.И., Городков А.В. Совершенствование методики исследования и оценки городской визуальной среды // Известия вузов. Строительство. 2007. № 8. С. 101-108.

5. Филин В.А. Видеоэкология. Что для глаза хорошо, а что - плохо. - М., 2006. - 512 с.

526

biosphere#2_42.indd 526

10.12.2010 18:20:01