ITC-YOLO：一种改进的YOLOv8模型，用于复杂森林环境中单棵树冠的分割

《Ecological Indicators》：ITC-YOLO: An improved YOLOv8 model for individual tree crown segmentation in complex forest environments

中国356个城市绿色空间可达性受自然地理约束（屏障比例、非凸性）与社会经济因素（人口结构、GDP、教育水平）的交互影响。基于改进3SFCA模型与高分辨率数据，研究发现：自然地理约束在特定条件下可提升可达性（如非凸性降低步行时间β=-1.176），但中小城市受地形破碎影响更大；经济水平高的城市能通过基础设施优化缓解地理限制（弹性半径下GDP每增1万提升可达性1.52）；步行可达性Gini指数达0.90，显著高于驾驶（0.76）。空间异质性表明，东部沿海城市非凸性效应更强，而西北部地形复杂导致可达性更低。研究建议将地理约束视为可利用的规划资源，需结合经济能力制定差异化绿地供给策略。

　　### 城市绿地可达性的地理影响

城市绿地可达性是构建健康、可持续和包容性城市的关键要素之一。它不仅影响居民的生活质量，还与城市的社会公平和生态效益密切相关。然而，尽管已有大量研究关注社会经济不平等对绿地可达性的影响，但自然地理因素，如山地和水域等，如何塑造绿地可达性仍然缺乏深入探讨。本研究通过对中国356个城市的绿地可达性进行全国范围的评估，填补了这一研究空白。研究结合了地理和经济因素，利用高分辨率的公园位置、住宅社区和道路网络数据，通过改进的三步浮动捕获区域（3SFCA）模型估算步行和驾驶的可达性。同时，研究引入了两个地理约束指标：障碍物比例（share of barriers）和非凸性（nonconvexity），用于衡量自然地理障碍的范围及其形态复杂性。

研究结果表明，自然障碍在某些条件下可以增强绿地可达性。例如，较高的非凸性与较短的步行时间到公园（β = -1.176, p < 0.001）和较高的可达性（β = 3.348, p < 0.1）存在显著正相关。然而，这些效应在不同城市间存在差异：小型城市通常表现出更好的可达性，因为它们的城市形态较为紧凑；而超大城市则面临更长的出行距离和更高的不平等。地理与经济能力之间的相互作用也十分显著，经济实力较强的地区更有能力通过基础设施和规划来缓解地理约束带来的影响。

本研究提供了新的实证证据，表明地理因素在影响绿地可达性公平性方面具有根本性作用。同时，研究结果也为在地形多样化的地区发展可持续的城市设计和政策策略提供了新的见解。通过综合考虑自然地理和经济因素，城市规划者可以更好地理解如何在不同城市环境中实现公平的绿地可达性，从而推动社会的可持续发展。

### 地理因素对城市绿地可达性的影响

城市并非在均质的景观上发展，其空间形态和可达性模式受到自然地理约束的显著影响，如河流、山脉和海岸线等。这些自然特征不仅分割了城市用地，还限制了城市扩张，并塑造了交通网络，从而影响居民如何到达公共设施。例如，著名的山城重庆就表明，地形的异质性增加了绿地可达性的不平等，尤其是在弱势群体中，他们需要更长的步行时间或绕行才能到达公园。类似地，美国的波士顿海岸城市也显示，非凸形的城市结构会导致路线选择的低效，并阻碍就业与住房的可达性。

在中国，研究发现，地理障碍对不同城市的绿地可达性有显著影响。一些城市，如云南、福建和湖北的部分地区，显示出较高的障碍物比例和非凸性。这表明，这些地区的自然地理特征对城市空间的可达性构成了较大挑战。然而，值得注意的是，这些模式反映了城市整体的空间特征，并不意味着小型城市在所有发展方面都更具碎片化或限制性。

此外，研究还发现，地理障碍对绿地可达性的正向影响在不同城市规模和经济条件中表现出显著差异。小型城市由于城市形态紧凑，通常能够更好地利用自然地理特征来提高绿地可达性，而超大城市由于人口密度高和城市面积大，面临更长的出行距离和更高的不平等。这提示我们，经济实力较强的地区更有能力通过基础设施建设来缓解地理障碍带来的影响。

### 地理约束的测量方法

为了量化自然地理约束的影响，研究引入了两个指标：障碍物比例和非凸性。障碍物比例指的是城市周围一定范围内（通常以城市中心为基准）被河流、湖泊或陡坡等不适合开发的自然特征所占据的比例。这些自然特征可能会阻碍直接的移动，降低居民到达公园等设施的有效性。而非凸性则衡量城市内部因自然障碍而形成的不规则性，反映了城市空间的碎片化程度。

在测量过程中，研究采用了两种不同的缓冲区标准：一种是固定的20公里半径缓冲区，另一种是根据城市建成区面积计算的弹性缓冲区。这两种方法确保了对城市空间特征的全面捕捉，既考虑了现有的建成区域，也涵盖了通常沿城市扩张轨迹提供的绿地。此外，研究还通过100、200和400个随机点的敏感性测试，验证了非凸性指标的稳定性（R > 0.9），进一步提高了研究的可靠性。

### 经济因素与绿地可达性的关系

研究还探讨了经济因素对绿地可达性的影响。通过普通最小二乘法（OLS）和多尺度地理加权回归（MGWR）模型，研究分析了地理约束与社会经济变量对绿地可达性的综合影响。结果显示，经济实力较强的地区能够更好地利用地理障碍来提高绿地可达性，例如通过建设连接性的基础设施和规划，使居民能够更便捷地到达公园。相反，经济实力较弱的地区往往缺乏足够的资源来应对自然地理障碍，导致绿地可达性较差。

此外，研究还发现，高教育水平的人群在某些地区（如中国南方）可能面临较低的绿地可达性。这一现象可能与城市快速扩张和土地利用挤压有关，导致高教育群体集中在城市中心，而这些区域的绿地资源相对匮乏。因此，政策制定者需要在不同城市和地区采取差异化的绿地分布策略，以确保所有社会经济群体都能公平地享受到城市绿地带来的益处。

### 研究结果与讨论

研究结果表明，自然地理障碍不仅是物理上的限制，还可能在特定条件下增强绿地可达性。许多以往的研究将自然地形特征主要视为影响可达性的障碍，强调其在增加出行成本、创造间接路线和加强空间分隔中的作用。然而，本研究发现，在某些空间和规划条件下，地理障碍实际上可以提高可达性。这种现象在小型和中型城市中尤为明显，因为这些城市的城市形态紧凑，居民与自然特征的空间距离较短，从而促进了更高效的可达性。

相比之下，超大城市通常面临更长的出行距离和更高的不平等，这反映了城市扩张和基础设施发展不均的双重影响。这一发现挑战了传统的观念，即自然障碍会降低可达性。研究指出，城市可以将自然障碍转化为绿色资产，通过合理的规划和投资，实现公平的绿地可达性。

### 未来研究方向与建议

尽管本研究在理解自然地理障碍与城市绿地可达性的关系方面取得了重要进展，但仍存在一些局限性。首先，研究依赖于第三方空间数据源，如OpenStreetMap（OSM）用于道路和公园，Baidu和Amap用于兴趣点（POI）和路线查询。虽然这些数据源在以往研究中已被广泛采用，但它们可能存在更新延迟、区域不一致和偶尔的数据缺失。例如，小型城市在西部地区可能面临更严重的数据不完整问题，而公园数据也可能因城市规模不同而存在差异。

其次，研究的导航API查询仅在特定的时间窗口内执行（工作日的上午10点至下午4点），这可能引入时间采样偏差，特别是在驾驶模式中，高峰时段的交通拥堵可能显著延长出行时间。因此，未来的研究可以考虑在多个时间段（如高峰时段、周末和不同季节）收集出行时间数据，以减少异常值的影响。

最后，研究仅涵盖了步行和驾驶模式，未考虑自行车和公共交通等其他出行方式。在中国，自行车、电动自行车和公交地铁是许多城市居民主要的出行方式，尤其是对低收入群体和老年人而言。因此，未来的研究可以进一步纳入这些出行方式，以更全面地评估绿地可达性的不平等现象。

### 结论

本研究首次对中国城市绿地可达性进行了全国范围的地理意识评估，填补了环境公平研究与自然地理影响之间的空白。研究结果表明，自然地理因素，如山脉、河流和海岸线，不仅是城市背景的一部分，更是影响空间不平等的重要因素。这些发现扩展了传统的绿地公平性理解，表明自然约束与社会经济条件在塑造谁能够受益于城市绿地方面同样重要。

研究还挑战了自然障碍会降低可达性的普遍观点，指出在特定条件下，自然障碍可以促进紧凑型城市开发，并保护周边绿地，从而提高可达性和降低不平等。非凸性等指标的引入，有助于更深入地解释这些差异。

总体而言，研究结果为城市规划者和政策制定者提供了新的视角，表明地理复杂性在合理的规划和投资下，可以成为促进绿地可达性公平性的优势，而非仅仅是限制因素。这些见解为构建更加包容、宜居和可持续的城市提供了新的方向。