基于遙感分析的城市綠色空間布局耦合重構系統

萬婷 曲忠捷

摘? 要： 針對傳統空間布局重構系統無法準確定位城市綠色空間的問題，設計基于遙感分析的城市綠色空間布局耦合重構系統。設計由遙感圖像采集模塊和數據傳輸模塊組成的系統硬件部分。在硬件部分的基礎上，軟件部分對壓縮后的圖像做預處理。使用遙感分析技術，分析提取圖像特征，獲取綠色空間布局信息。根據分析結果，對城市綠色空間布局重構，完成系統設計。通過與傳統布局重構系統的對比測試，驗證了基于遙感分析技術設計的系統能夠更準確地定位城市綠色空間。

關鍵詞： 布局耦合重構; 系統設計; 城市綠色空間布局; 遙感分析; 圖像處理; 對比測試

中圖分類號： TN911.73?34; TU986? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）08?0049?03

Urban green spatial layout coupling reconstruction system based on

remote sensing analysis

WAN Ting， QU Zhongjie

（School of Civil Engineering， Northeast Forestry University， Harbin 150040， China）

Abstract： An urban green spatial layout coupling reconstruction system based on remote sensing analysis is designed to deal with the problem that the traditional spatial layout reconstruction system cannot locate urban green space accurately. The hardware part of the system is designed， which is composed of the remote sensing image acquisition module and data transmission module. On the basis of the hardware part， the compressed images are preprocessed in the software part. The image features are analyzed and extracted by means of the remote sensing analysis technology， so as to obtain green spatial layout information. The urban green spatial layout is reconstructed according to the analysis results to complete the system design. The comparison testing results verify that， in comparison with the traditional layout reconstruction system， the system designed based on the remote sensing analysis technology can locate urban green space more accurately.

Keywords： layout coupling reconstruction; system design; urban green space layout; remote sensing analysis; image processing; comparison testing

0? 引? 言

城市綠色空間是為了解決城市化所帶來的一系列影響城市居民健康等新問題而提出的全新概念。隨著城市的不斷發展，城市綠地面積不斷減少，改變了原有綠色空間布局的同時，也加重了生態環境的負擔。合理的城市綠色空間布局不僅能夠改善生態環境，保護和維持生態多樣性，還能調節現今社會的快節奏生活[1?2]。因此，城市綠色空間的合理布局有利于城市的發展。

本文將設計基于遙感分析的城市綠色空間布局耦合重構系統，設計的目標是對城市綠色空間合理布局，并對已經改變的空間布局耦合重構。本文設計的系統由硬件和軟件兩部分組成，利用遙感分析方法處理系統硬件部分采集的二維城市空間布局圖像，在軟件部分使用小波分解等算法實現對城市綠色空間布局的耦合重構。下面對系統的硬件和軟件部分分別詳細說明。

1? 城市綠色空間布局耦合系統硬件設計

1.1? 空間布局遙感圖像采集模塊設計

為保證采集的城市綠色空間布局圖像的準確性，采用多個不同遙感傳感器采集模塊。首先利用遙感傳感器生成地面建筑及植反射圖像，結合攝像式成像傳感器和掃描式傳感器保證圖像細節，并使用無人機搭載相機在高空對空間布局信息進行分區采集[3]。經過圖像壓縮模塊處理后，實現城市綠色空間布局耦合重構系統的設計。具體使用遙感傳感器的相關參數數據如表1所示。

1.2? 遙感圖像數據傳輸模塊設計

遙感圖像數據傳輸模塊由傳輸總線、數據傳輸卡和控制器組成。由于遙感圖像中包含數據信息較多，要求傳輸模塊需要具有較好的性能。因此，傳輸模塊的總線選擇傳輸速率為132 MB/s的PCI總線，數據傳輸卡選擇支持PCI總線協議的通用PLX9052芯片[4?5]。PLX9052的連接示意圖如圖1所示。

由于遙感圖像尺寸過大，對其分析時需要具有較大空間的處理器，因此需要對傳輸的遙感圖像壓縮處理。

1.3? 遙感圖像壓縮硬件設計

遙感圖像數據壓縮模塊包括發送端、接收端、壓縮和解壓縮3個部分。圖2所示為遙感圖像數據壓縮模塊框圖。

為了在保證遙感圖像質量，采用實現JPEG壓縮的ADV212芯片，將圖像轉換為RAW格式的灰度遙感圖像[6?7]。再將圖像輸入至ADV212芯片編碼后，再由FPGA芯片將輸出的遙感數據流發送至ADV212芯片解碼，輸出壓縮處理后的遙感圖像[8]。

2? 城市綠色空間布局耦合系統軟件設計

2.1? 遙感圖像預處理

遙感圖像壓縮由ADV212芯片中的控制器控制，經過解壓縮處理后，完成對遙感圖像的壓縮。經系統硬件部分采集、壓縮處理后的遙感圖像需要在軟件部分進一步處理。由于采集圖像的遙感傳感器和采集過程有一定程度上的失真[9]，這種畸變會影響遙感圖像與真實目標匹配的準確度。因此需要對遙感圖像做幾何校正處理。本文采用三次多項式校正函數，將遙感圖像整體做平移、旋轉、縮放等變形處理[10]。對遙感圖像幾何校正后，對遙感圖像數據融合。

通過遙感圖像數據融合將單一傳感器獲取的數據融合，來增強遙感圖像分析時的可靠性。為明確遙感圖像融合目標，對遙感灰度圖像按照波段進行如下的小波分解。

式中：i為小波分解的層數;R，G，B分別為按照光譜分解的三個波段;[LLR4]，[LLG4]，[LLB4]為三個波段對應的低頻系數;[HLi]，[HIi]，[HHi]為小波分解后的遙感圖像高頻系數[11?12]。取小波分解后的高頻和低頻系數，進行小波合成，實現對遙感圖像的融合，并增強圖像中的細節邊緣。利用遙感分析技術提取處理后遙感圖像的綠色空間分布特征。城市綠色空間主體由于其光學效應與其他人造物體不同，故可以從遙感圖像中獲取城市綠色空間布局信息，實現對綠色空間布局耦合重構。

2.2? 實現綠色空間布局耦合重構

考慮到我國多數城市的綠色空間主體特點，以河流為布局耦合主要聯系媒介，道路為輔助媒介。如圖3所示，采用圖中的兩種空間布局耦合方式。

根據確定的耦合關系，對綠色空間布局重構，并對城市中不同分布的區域分別進行改造，來實現城市綠色空間的耦合重構設計。

3? 系統性能測試

本文設計的基于遙感分析的城市綠色空間布局耦合重構系統，能夠對不合理的空間分布進行耦合重構。為了測試本文設計系統的性能，設計對比實驗，通過與傳統的空間布局重構系統的對比，驗證本文設計的系統的優越性能。

3.1? 測試內容

如圖4所示，從該城市隨機劃分出5個總面積相同但綠色空間布局不同的區域作為實驗對象。本文設計的系統作為實驗組，傳統的布局重構系統作為對照組，通過對比兩組系統對實驗對象中的綠色空間的識別程度，來驗證兩個系統的性能。

重構系統對綠色空間的定位精確程度，影響對綠色空間耦合關系的確定。準確對城市綠色空間布局定位，精準地劃分綠色空間與其他空間，使耦合重構系統能夠根據劃分后空間之間的功能關系，確定空間耦合方式。因此，本次測試采用對比兩個系統定位綠色空間準確程度，來驗證性能。

3.2? 測試結果

測試結果如圖5所示，圖中虛線框為兩組系統對實驗對象區域綠色空間的定位，分析圖5得出結論。

分析圖5可以得出如下結論。兩組系統都能對實驗對象區域中的綠色空間定位，但是實驗組方法的定位明顯更接近測試前框定的實驗區域，對照組的定位區域與實際實驗區域有重合，但是誤差較大。說明實驗組系統定位更準確。由于傳統的空間布局系統是通過歷史數據為依據，來實現對綠色空間定位，忽略了城市發展對綠色空間布局的影響。而實驗組系統是通過對遙感圖像的分析，完成定位，所以準確程度更高。綜上所述，本文設計的系統能夠解決傳統系統對城市綠色空間布局定位不準的問題，能夠更好地實現對空間布局的耦合重構。

4? 結? 語

本文設計了基于遙感分析的城市綠色空間布局耦合重構系統，利用遙感分析技術對采集的城市綠色空間布局圖像分析，使用相關算法對圖像處理，根據分析結果完成對空間布局的耦合重構。通過對比實驗，證明了本文設計的系統具有極佳的性能，能夠實現對城市綠色空間布局耦合重構。

注：本文通訊作者為曲忠捷。

參考文獻

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