摘要：土地綜合整治是增加耕地數(shù)量、提高耕地質(zhì)量和土地利用效益、改善鄉(xiāng)村生態(tài)和促進鄉(xiāng)村振興的重要舉措。測繪與地理信息技術(shù)為土地綜合整治項目的立項、規(guī)劃設計、實施、后期管護和監(jiān)管提供了重要的數(shù)據(jù)支撐和高效的技術(shù)手段。文章主要闡述了衛(wèi)星遙感、航空攝影測量、機載激光雷達等測繪與地理信息新技術(shù)在土地綜合整治中的應用情況，詳細說明了這些新技術(shù)的特點和具體應用情況，分析了新技術(shù)應用存在的不足并提出了未來的改進方向。

關鍵詞：土地綜合整治；衛(wèi)星遙感；航空攝影測量；機載激光雷達；3S集成技術(shù)

中圖分類號：P237" 文獻標志碼：A

0 引言

近年來，隨著城鄉(xiāng)建設的不斷推進，用地需求持續(xù)增長，建設占用耕地不可避免，耕地“占補平衡”的任務十分艱巨。同時，鄉(xiāng)村耕地碎片化、空間布局無序化、土地資源利用低效化等問題并存。實施土地綜合整治是增加耕地面積、提高土地質(zhì)量和改善鄉(xiāng)村生產(chǎn)、生活條件的重要舉措。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，測繪與地理信息新技術(shù)的應用為土地綜合整治的地形圖測繪提供了高效與精確的技術(shù)手段，促進了項目可行性分析、規(guī)劃設計、施工進度監(jiān)測、工程復核、后期監(jiān)測監(jiān)管等環(huán)節(jié)實施方式方法的改進，提升了各階段工作的數(shù)字化、信息化程度，在提高完成各項工作的效率與質(zhì)量的同時也降低了作業(yè)的成本［1-2］。然而，隨著優(yōu)質(zhì)的耕地后備資源潛力地塊逐漸減少，新實施的土地綜合整治項目地塊呈現(xiàn)出布局分散、地勢不平坦、位置偏遠、地表植被覆蓋茂密等特點，增加了地形圖測繪和外業(yè)調(diào)查的作業(yè)難度。同時，由于地方建設發(fā)展的需要，同步推進多個項目的立項、規(guī)劃設計、施工建設愈加常見，并且引入了EPC項目模式，項目的實施進一步提速，設計變更更加頻繁。以上變化趨勢，對土地綜合整治項目從立項到實施的作業(yè)效率提出了更高的要求。充分利用好測繪與地理信息新技術(shù)對實現(xiàn)更加高效、精準和高質(zhì)量完成土地綜合整治涉及的測繪、調(diào)查、數(shù)據(jù)處理與分析、規(guī)劃設計等工作以及減少設計變更具有重大意義。為此，本文對當前測繪與地理信息新技術(shù)的特點及其在土地綜合整治中的應用情況進行了總結(jié)與詳細闡述，分析了新技術(shù)應用存在的不足并提出了改進的建議，以期更好地發(fā)揮其對土地綜合整治的數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐作用。

1 測繪與地理信息新技術(shù)在土地綜合整治中的應用

1.1 土地綜合整治中測繪與地理信息技術(shù)的應用概況

土地綜合整治項目的實施主要包含整治潛力地塊篩查與項目區(qū)選址、可行性研究、規(guī)劃設計、施工建設、竣工驗收、后期管護與效果評估幾個階段，都涉及測繪與地理信息數(shù)據(jù)的應用。土地綜合整治中包含多項傳統(tǒng)的測繪工作［3］，如測繪1∶10000及更大比例尺的地形圖以便用于可行性研究，測繪1∶1000或更大比例尺的地形圖以及工程測繪以便用于規(guī)劃設計，通過地籍測量確定實施地塊的土地權(quán)屬邊界，以及后續(xù)的施工放樣測量、竣工圖測繪、工程復核測量等測繪工作。測繪工作內(nèi)容的不同對精度要求也不同，需結(jié)合項目規(guī)模大小、項目區(qū)現(xiàn)狀情況及各階段測繪工作的特點，選擇合適的測圖比例尺與測繪技術(shù)手段，可以有效地節(jié)約測繪時間、降低測繪成本［4］。常用的地形圖測繪技術(shù)包括了全野外數(shù)字化測圖、GPS-RTK技術(shù)、數(shù)字攝影測量技術(shù)，以及新興的基于實景三維模型的地形圖測繪、機載激光雷達測繪等技術(shù)。除了傳統(tǒng)的地形測繪數(shù)據(jù)，基于3S技術(shù)獲取的多源地理信息數(shù)據(jù)在土地綜合整治中也具有重要應用，如利用國土變更調(diào)查數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)、高分辨率衛(wèi)星影像進行項目選址分析，通過無人機航空攝影進行項目施工建設進度的及時監(jiān)測，利用高分辨率遙感影像進行工程的復核對比［1］。

1.2 高分辨率光學衛(wèi)星遙感技術(shù)的應用

我國的民用高分辨率光學衛(wèi)星遙感技術(shù)近年來得到了快速發(fā)展，衛(wèi)星遙感影像來源更加豐富，影像的空間分辨率已達到0.5 m，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍內(nèi)季度和月度的影像更新。影像的高空間分辨率和高時間分辨率較好地滿足了前期土地整治潛力地塊篩查、項目選址、可行性研究、初步工程設計等工作的需要。設計人員基于最新的高分辨率衛(wèi)星遙感影像和土地利用調(diào)查、地理國情監(jiān)測等數(shù)據(jù)，通過人機交互方式來獲取地表土地利用真實情況，進而進行土地整治的適宜性分析和潛力地塊的篩選［5］。在土地綜合整治項目的可行性研究階段，結(jié)合面積、形狀、空間分布、地形坡度、水源、交通等因素確定項目地塊選址，進而在影像圖上進行灌溉與排水、田間道路等工程初步的布局設計。在項目完成建設后，可以通過對高分辨率衛(wèi)星影像的影像解譯、變化檢測來快速和有效地實現(xiàn)土地整治工程實施情況的遙感監(jiān)測，輔助項目建設管理［6］。

1.3 航空攝影測量技術(shù)的應用

航空攝影測量分為有人機載航空攝影測量與無人機航空攝影測量。其中，無人機航空攝影測量技術(shù)具有受天氣影響相對較小、空間分辨高、機動靈活性高、成本低等諸多優(yōu)點，在土地整治中的應用越來越普遍［7-9］，尤其適用于比較分散的整治地塊遙感影像的快速獲取。對無人機航空攝影獲取項目區(qū)土地整治前后的高分辨率影像進行幾何與輻射處理后得到的正射影像，可以用作規(guī)劃設計和工程復核的底圖以及滿足項目可行性研究階段立項備案的需要。無人機航空攝影獲取的影像現(xiàn)勢性較好，還可以為項目施工進度監(jiān)測、項目建設成效評估提供最新的項目區(qū)現(xiàn)狀信息［10］。近年來，發(fā)展起來的傾斜航空攝影測量可以拍攝地表地物多個方向的影像，獲取的地物信息更完整。傾斜航空攝影測量主要通過影像匹配、區(qū)域網(wǎng)平差、地面三角網(wǎng)生成等數(shù)據(jù)處理過程構(gòu)建DSM數(shù)據(jù)，進而制作正射影像以及生成實景三維模型［11］。利用無人機進行傾斜航空攝影測量，可以進一步基于實景三維模型實現(xiàn)1∶500大比例尺地形圖的測繪［12-13］，大大減少了外業(yè)測繪工作量，測圖效率顯著提高，為土地綜合整治項目地形圖的快速和高精度測繪提供了十分有力的技術(shù)手段。

除了測繪地形圖，實景三維模型還能夠輔助設計人員更好地量測與分析現(xiàn)實場景，提高了規(guī)劃設計的科學性、合理性和作業(yè)效率。設計人員可以在實景三維模型上進行距離、高差、面積、體積等三維空間量測以及進行路線通過分析、土石方挖填分析，有效減少現(xiàn)場調(diào)查與勘測的工作量。此外，近年來興起的實景三維軟件系統(tǒng)及三維規(guī)劃設計技術(shù)可以融合實景三維模型、多源測量數(shù)據(jù)、設計模型數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)三維立體場景下規(guī)劃設計和規(guī)劃效果的三維可視化［11，14-15］，可以更直觀、便捷地呈現(xiàn)給公眾。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，基于實景三維的規(guī)劃設計將成為傳統(tǒng)基于CAD的二維規(guī)劃設計之外另一項重要的技術(shù)手段，可以充分發(fā)揮GIS強大的分析和顯示功能，進而實現(xiàn)半自動/自動化的動態(tài)規(guī)劃。

1.4 機載激光雷達技術(shù)的應用

在很多低丘緩坡區(qū)域?qū)嵤┑耐恋鼐C合整治項目中，由于地形復雜和植被遮擋，難以通過航空攝影測量來獲取高精度的大比例尺地形圖。機載激光雷達（LiDAR）航測技術(shù)能很好地克服植被遮擋的不利因素。機載激光雷達航測技術(shù)是一種主動式的測量技術(shù)，通過向地面發(fā)射激光脈沖并接收反射的激光來獲取瞬時地面目標高分辨率的距離、坡度和反射率等信息，通過飛機上搭載的導航定位系統(tǒng)、IMU（慣性測量單元）來獲取飛機實時的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過地面信息處理后得到地物表面的高程值，絕對高程精度在0.30 m以內(nèi)［16］。由于部分激光能夠穿透植被冠層枝葉之間的縫隙到達地面，反射回來被激光接收器接收，機載激光雷達測量系統(tǒng)能夠同時測量地面與非地面層到飛機的距離，因此可以獲取被植被遮擋區(qū)域地表的三維點云數(shù)據(jù)，進而處理得到DSM、DEM。激光雷達具有很強的穿透能力，不受植被遮擋的影響，可用于植被茂密和地形復雜區(qū)域的大比例尺地形圖測繪［16-17］，從而為實現(xiàn)精確的土地平整挖填土方量計算提供數(shù)據(jù)支撐。機載激光雷達技術(shù)由于其測繪精度高、效率高，還可以用于項目完成建設后梯田田埂尺寸和新增耕地面積的精確測算［18］。

1.5 3S集成技術(shù)的應用

3S集成技術(shù)是指將遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）以及全球定位系統(tǒng)（GPS）的相關技術(shù)與其他領域的技術(shù)進行有機結(jié)合的技術(shù)。通過將3S技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、移動終端進行結(jié)合產(chǎn)生的智能移動終端軟硬件設備，集成了3S技術(shù)與移動終端的優(yōu)點?；谥悄芤苿咏K端軟硬件設備，作業(yè)人員可以實時獲取精確的位置信息和軌跡數(shù)據(jù)、在遙感影像上查看地物特征及周邊環(huán)境、即時量測與標注、編輯要素屬性、導入規(guī)劃設計數(shù)據(jù)、進行帶定位和拍攝角度信息的拍照，以及通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的及時更新和共享等［19］，在外業(yè)調(diào)查、輔助土地整治規(guī)劃設計、土地整治動態(tài)監(jiān)測等方面具有廣泛的應用。以奧維互動地圖、國土調(diào)查云等為代表的移動端地圖軟件為外業(yè)調(diào)查、現(xiàn)場分析與初步設計提供了極大便利，避免了攜帶測量儀器和大量圖紙的不便，能有效提高外業(yè)工作的效率和降低作業(yè)成本［20-21］。將3S集成技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，以數(shù)據(jù)處理中心為基礎，集成智能移動終端，可以構(gòu)建“天、地、網(wǎng)”一體化的土地整治移動監(jiān)管平臺，實現(xiàn)對項目立項、實施、驗收、管護階段的全周期監(jiān)測監(jiān)管，能夠極大地提高遠程監(jiān)測監(jiān)管的能力［1］。

2 新技術(shù)應用存在的不足與改進分析

2.1 基于多源遙感數(shù)據(jù)的土地現(xiàn)狀調(diào)查與量化分析的應用潛力有待挖掘

目前，土地利用現(xiàn)狀的相關信息主要通過實地調(diào)查來獲取，需要耗費較多的人力物力?；诙喙庾V遙感影像、高光譜遙感影像、微波遙感影像、激光雷達數(shù)據(jù)等多源遙感數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)土壤類型、含水量、肥力、土壤污染以及植被的種類、高度、生長狀況等要素的調(diào)查與量化分析，在土地綜合整治領域具有巨大的應用潛力。利用多源遙感數(shù)據(jù)實現(xiàn)待整治土地的物理化學性質(zhì)、地表植被生長現(xiàn)狀、生態(tài)環(huán)境信息等情況的調(diào)查與量化分析，以少量的外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)為補充，可以更高效地完成調(diào)查與分析，從而更好地輔助土地綜合整治規(guī)劃設計。為了更充分地發(fā)揮多源遙感數(shù)據(jù)的應用價值，需要進一步降低多源遙感數(shù)據(jù)獲取、應用的成本和提高遙感反演模型的精度。

2.2 遙感數(shù)據(jù)處理的精度和效率不高

盡管遙感影像在土地綜合整治中應用越來越普遍，但基于軟件自動處理影像得到的信息提取結(jié)果仍然不夠精確，主要還是通過人工方式在GIS軟件中去識別、分析、處理和統(tǒng)計，數(shù)據(jù)處理效率較低。為此，發(fā)展基于多源遙感數(shù)據(jù)的高精度、智能化處理技術(shù)很有必要，以便實現(xiàn)快速、準確地解譯與提取不同類別地物現(xiàn)狀的信息。例如，結(jié)合可見光遙感影像與激光雷達測繪數(shù)據(jù)的特點，通過人工智能技術(shù)來實現(xiàn)待整治區(qū)域內(nèi)不同樹木的快速、準確分類及數(shù)量的精確統(tǒng)計。

2.3 面向地形復雜和植被茂密區(qū)域航測的高程測量精度有待提高

在面對地形起伏變化多且植被茂密區(qū)域的地形圖測繪時，基于傾斜航空攝影測量和實景三維模型測繪地表高程的誤差往往較大，甚至因為植被遮擋而無法獲取地面點的高程，對土地平整挖填土方量計算結(jié)果的準確性影響較大，需要使用實測高程點來進行校正、補充。為了獲取地形復雜且植被茂密區(qū)域更精確的地形圖，同時為了降低航測成本，需要進一步引入機載激光雷達測繪與航空攝影測量相結(jié)合的航測技術(shù)，充分利用激光雷達測繪能穿透植被獲取地表高程點的優(yōu)點，從而實現(xiàn)同時獲取高精度的平面、高程測量數(shù)據(jù)以及高分辨率影像。

2.4 機載激光雷達測繪技術(shù)的應用成本偏高

機載激光雷達測繪技術(shù)目前已在丘陵山區(qū)的土地綜合整治項目中得到了應用，但尚未得到大規(guī)模的推廣。相對于常規(guī)的航空攝影，機載激光雷達測繪的硬件設備更為昂貴，設備不夠輕便，數(shù)據(jù)采集效率相對遙感影像獲取更低且后續(xù)的數(shù)據(jù)處理相對復雜，對技術(shù)人員的要求較高。因此，機載激光雷達測繪技術(shù)還有待進一步改進與完善，如加強無人機機載激光雷達測繪技術(shù)、激光雷達與光學相機集成技術(shù)、激光雷達數(shù)據(jù)與遙感影像數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)的發(fā)展，以提高數(shù)據(jù)獲取能力、降低應用成本、簡化數(shù)據(jù)處理，從而使其在土地綜合整治項目中的應用更加便利和高效。

2.5 三維規(guī)劃設計技術(shù)尚不能滿足精細化和多樣化設計的需要

現(xiàn)階段基于實景三維的三維規(guī)劃設計技術(shù)的應用仍主要在于快速實現(xiàn)宏觀和粗略的設計、設計效果的展示等方面。該項技術(shù)需要使用三維建模軟件來設計和制作三維單體模型，再將單體模型放置在實景三維模型上并進行接邊處理［11］。這種處理方法為了模型的協(xié)調(diào)與美觀通常會忽略工程結(jié)構(gòu)的精確性，難以準確和精細地表示復雜、多樣的工程結(jié)構(gòu)，尚不能滿足不同現(xiàn)實條件下復雜、多樣的土地整治工程設計與工程量精確計算的需要。設計并制作各種工程精細的三維單體模型是一項繁重的工作，對設計人員提出了更高的技術(shù)要求，同時投入的時間、人力、物力成本也將會增加。因此，基于實景三維的三維規(guī)劃設計技術(shù)在精細化和多樣化工程設計方面需要進一步改進以便更加實用、簡便，才能更好地發(fā)揮其實現(xiàn)自動/半自動化設計的優(yōu)勢。

3 結(jié)語

隨著我國土地管理尤其是耕地保護的管理愈加嚴格和精細化，土地綜合整治也在朝著精準化的方向發(fā)展。當前，不斷發(fā)展的各種測繪與地理信息新技術(shù)為土地綜合整治項目實施的各個階段提供了豐富的基礎數(shù)據(jù)以及高效的技術(shù)手段。然而，測繪與地理信息新技術(shù)在土地綜合整治中的應用還存在應用成本偏高、數(shù)據(jù)處理精度和效率不夠高、應用不夠便利等不足，需要進一步在這些方面加以改進，同時多源測繪地理信息數(shù)據(jù)的綜合應用潛力還有待深入挖掘，從而為土地綜合整治項目的建設提供更有力的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

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（編輯 姚鑫）

Application analysis of new technologies of surveying and mapping and geographic information in comprehensive land consolidation

JIANG" Linjun

（Guangxi Huayao Space Information Technology Co.， Ltd.， Nanning 530031， China）

Abstract：" Comprehensive land consolidation is an important measure to increase the quantity of farmland， improve the quality of farmland， enhance land use efficiency， improve rural ecology and promote rural revitalization. Technologies of surveying and mapping and geographic information have provided important data support and efficient technical means for project establishing， planning and design， implementation， post-management and supervision. This paper mainly expounds the applications of new mapping and geographic information technologies in comprehensive land consolidation， such as satellite remote sensing， aerial photogrammetry and airborne LiDAR. Features and specific application situation of these new technologies are described in detail. Finally， shortages of these new technologies are analyzed and future improvement are presented.

Key words： comprehensive land consolidation; satellite remote sensing; aerial photogrammetry; airborne LiDAR; 3S integrated technology

作者簡介：蔣林軍（1990—），男，工程師，碩士；研究方向：測繪地理信息工程，土地整治工程。