“3S”技术在土地整理项目管理中的应用研究
(国土资源部土地整理中心，北京，100035)
土地整理项目管理是一项涉及面广、理论性和技术性都很强的挑战性工作，客观上需要先进的科技手段的支持。3S技术作为高效获取和管理空间信息的技术手段，正广泛应用于国民经济的各个领域，发挥着越来越重要的作用，为加强土地整理项目监管、提高项目管理科学化水平提供了新思路。分析了“3S”技术在土地整理项目管理中的应用需求。
关键词:“3S”技术；土地整理；实践；前景
新土地管理法实施以来，大规模的土地整理在全国各地蓬勃开展。近年来，国土资源部一直致力于土地整理政策法规研究，为促进土地整理稳步发展、促进耕地总量动态平衡、促进粮食增产、农民增收和农村发展发挥了重要作用，取得了很大成效。然而，土地整理是一项复杂的系统工程，是一项综合性很强的工作，涉及许多政策性、理论性和技术性问题。因此，从理论上讲，科学地做好土地整理工作，仅仅依靠规章制度是不够的。
党的十六届五中全会审议通过的《中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》，发出了“搞好土地整理”的号召，开启了我国土地整理发展的新篇章。土地整理是我国建设社会主义新农村的重要内容和必然选择，责任重大、使命光荣、前景广阔。新形势下，为了更快、更稳地推进土地整理工作，有必要加大高新技术的应用研究，建立较为完善的技术支撑体系，提高土地整理工作的科技含量。其中，积极推广应用“3S”技术对提高土地整理的科学化水平具有重要意义，是当前和今后一个时期高新技术应用研究的重点。
1“3S”技术在土地整理项目管理中的应用需求分析
土地整理项目包含大量的地理空间信息，如项目区的地理位置、坡度分布、高程变化和地物分布等。正确解释这些空间信息是对项目做出科学判断的基础。一般来说，用常规手段解释项目有两个技术难点:一是现有的项目信息载体不能提供足够有价值的信息；二是处理和解读信息的手段不够先进，导致一些重要信息被遗漏或不被理解。“3S”技术作为一种高效的信息收集、处理和分析手段，可以帮助识别项目的真实面目，监控项目的“水分”，使项目决策更加科学、及时，为加强项目监管、提高项目管理的科学化水平提供了新思路。其中，遥感(RS)技术可以快速获取工程区域内的各种地物信息，是地物信息收集的主要手段。全球定位系统(GPS)可用于快速定位重要特征并协助实地侦察。激光技术结合GPS技术，可以快速准确地采集工程区域的三维空间信息；地理信息系统(GIS)可以对多源空间数据进行综合处理、集成管理和各种空间分析，辅助项目决策。
在土地整理项目前期准备阶段，可在土地整理潜力调查、土地清查、地形测绘、辅助设计等基础技术工作中运用“3S”技术，提高前期工作的质量和效率。从项目监理的角度来看，“3S”技术的应用贯穿于从项目评估审查、监督检查、竣工验收到项目后评价的全过程。
在项目评估和审查阶段，要对一个项目做出科学的判断，至少需要回答三个问题:一是项目的真实性，如项目区域的地理位置是否正确，申报的土地利用类型是否与实地一致，是否具备项目实施所必需的道路、水、电等基本条件；二是基础数据的准确性，如申报的建设规模是否准确，各类用地面积是否准确，新增耕地潜力计算是否准确；三是基础技术方案的合理性，如场沟、道路、山林、水渠等工程布局是否符合实际地形，土地平整方案是否合理。要回答这些问题，仅仅研究项目申报材料是不够的。“3S”技术为这些问题提供了切实可行的解决方案。
在项目实施管理阶段，为了及时了解项目实施进度，防患于未然，需要跟踪项目的实施过程，监控项目是否按照预期进度和规划的设计方案进行建设。“3S”技术已广泛应用于国土资源监测的各个领域，必将成为土地整理项目动态监测最实用、最高效的辅助工具。“3S”技术与项目区现场检查相结合，可作为项目动态监测的日常手段。
在工程竣工验收阶段，验收的主要内容包括资金的使用和工程任务的完成情况，工程任务的完成情况需要从工程数量和工程质量两个角度进行评价。竣工验收，除了对项目成果的定性评价，更重要的是定量验收，看完成了多少建设任务，提高统计数据的可信度。为了获得这些数据，在现场采取人工测量是不现实的，我们可以使用“3S”技术。
土地整理要坚决杜绝“重建设、轻管理”的现象，做好建设成果的管理和保护工作。通过定期获取项目区的最新遥感影像，可以直接分析项目区的土地利用现状，以及农田基础设施是否遭到破坏。通过对比前后不同阶段的图像，达到监控项目成果运行管理的目的。
综上所述，“3S”技术在土地整理项目监理中应用的核心问题是项目区遥感数据的获取和分析。因此，遥感图像的分辨率和应用成本成为“3S”技术应用研究的焦点。
2“3S”技术在土地整理项目管理中的实践
自2001全国土地开发整理项目管理培训班提出土地整理信息化的理念以来，“3 S”技术的应用逐渐被提上日程，越来越受到业内的重视。重点是以" 3S "技术为核心的信息技术在土地整理项目管理各阶段的应用，旨在探索一种辅助土地整理项目管理的先进手段，提高项目决策水平，实现项目实施过程和项目竣工验收的动态监控。研究成果对推进土地整理项目规范化、科学化管理具有重要意义。
2.1实验数据
选取顺义区北小营镇、房山区长寿镇、海淀区西红门和苏家台区五个实验区的遥感影像数据进行研究。所选实验区涵盖平原和丘陵两种地貌类型，农用地、建设用地和未利用地三种土地利用类型，因此具有代表性。从影像分辨率的角度，涵盖了从10 m、5.8 m、2.5 m、1 m到0.61 m的各类分辨率、全色和多光谱遥感影像数据，从而对比分析不同分辨率影像的应用效果，针对不同的应用目标提出合理建议。
根据第一阶段研究的结论，第二阶段研究选取IKONOS 1m全色影像数据，对福建省莆田市荔城区黄石镇土地整理项目、北京市密云县巨各庄镇土地整理项目、湖北省英山县土地整理项目等三个国家投资项目进行监测评价。
第三阶段主要开展IKONOS立体影像对在大比例尺测图中的应用和GPS与激光相结合的快速测图系统。IKONOS立体影像对于应用实验区应该有一定的覆盖面积，覆盖多种地貌类型和至少两个波段的影像数据，所以选择了地貌类型多样、山区与城区结合的石景山门头沟交界地区作为实验区。实验区覆盖9幅1∶10000地形图，面积近240km2，包括2幅带状影像和4幅立体影像对。
2.2研究结论
经过四年的深入研究，得出以下结论:
(1)土地整理项目监测要求遥感影像的几何分辨率不低于2.5m单纯从影像分辨率的角度来看，1 m彩色IKONOS、0.61 mQuickBird等高分辨率卫星影像是目前最好的选择。通过对高分辨率影像进行解译，可以清晰地绘制出项目区内各类别的边界，更准确地统计出各类别的面积(根据本项目的实验结果，面积解译误差在3%以内)，清晰地识别出项目区内的农田水利、农村道路、防护林等农业基础设施，全面反映项目区的真实情况。
(2)“3S”技术可以作为土地整理项目管理的辅助手段，帮助管理者获得真实、准确的项目信息，对项目做出科学的判断。
通过对项目区的遥感影像进行解译，可以反映项目申请信息的真实性和准确性。因此，“3S”技术可以辅助项目审查员掌握项目的真实情况，避免虚假项目和重复申请项目资金的现象，提高审查员鉴别项目真实性的能力。
将项目区的遥感影像与DEM模型叠加，可以构建项目区的三维影像图，从而分析项目的地貌特征、坡向坡向、土地利用类型、基础设施分布等。利用可视化飞行技术，可以直观、动态、多角度、全方位地观察项目区域，并在模拟的三维环境中进行显示、查询和分析操作。将工程规划图与三维影像图叠加，可以检查规划设计方案是否符合现场情况，还可以辅助检查工程量。这种不同数据源的叠加分析，可以提高项目评审的效率，提高评审人员判断项目合理性和可行性的能力。
利用“3S”技术，可以对项目实施过程中不同阶段的遥感影像进行解译，并进行前后对比，从而可以动态监测项目是否按照设计、施工、进度进行，实时了解项目实施的进展情况。
利用“3S”技术可以实现项目竣工后的量化评估，确认项目任务的完成，检验项目实施单位上报数据的真实性，识别项目工程量中的虚假成分，从而使竣工验收量化、科学化。
对比分析项目实施前后的影像，还可以计算实际新增耕地面积，辅助项目影响评价。
(3)通过分析IKONOS卫星立体影像的成图(三维信息获取)精度，认为在有控制点的前提下，完全可以满足1∶5000、1∶10000的矢量成图；无控制点定向基本能满足1∶10000地图上线状地物的测量需要。通过对IKONOS卫星立体影像对成图成本的分析，认为与传统的外业调查和航空摄影测量相比，无论是内业还是外业都可以明显节省工作量和成图成本。因此，利用高分辨率卫星立体影像进行制图是一种可行的方法。随着遥感技术的快速发展，利用卫星立体影像进行制图将是一个重要的发展趋势。
(4)遥感图像数据的可用性仍然受到限制。第一，数据采集周期长。遥感数据分为存档数据和编程数据。存档数据从下单到收到数据一般不超过1个月，但存档数据主要集中在城市。编程资料需要提前预订，从预订到收到资料一般需要3 ~ 4个月。二是受气候条件影响较大。遥感影像的最佳时间是春末秋初，农田作物已经基本覆盖地面，很容易识别农田。我国大部分地区雨热同期，此期间通常为阴雨天气，不利于可见光遥感相机拍摄。通常，一幅场景图像的20%被云覆盖，因此认为该图像不能用于地面物体辨别。我国受气候条件影响较大的地区主要是南方和西南地区。遥感技术的快速发展有望解决数据采集的缺陷。比如Ikonos Block-II双星双分辨率卫星系统，分辨率为0.47m和0.27m，产品类型和交付方式与Block-I相同，但数据获取能力、技术和效率会有很大提高。将于2007年发射的Ikonos Block-III卫星系统是一颗合成孔径雷达卫星，可以全天候收集数据，可以弥补可见光遥感的不足。卫星下点的分辨率为1m。我国最新研制的无人飞艇遥感监测系统将无人飞艇技术与遥感技术紧密结合，能够快速获取地表高分辨率图像，成本低廉，操作灵活，特别适用于气候多变、地质条件和地貌环境复杂的阴雨地区。
(5)鉴于遥感影像尤其是高分辨率影像的应用成本较高，为降低土地整理项目的监管成本，可根据不同的项目管理目标采取不同的方案。没有遥感技术，我们也可以做很多工作，发挥很大作用。
GIS应用方案:GIS已广泛应用于土地整理项目的设计、审查和日常管理中。从项目审核的角度来看，仅利用GIS至少可以完成以下工作:一是根据项目现状图的矢量数据(假设申报材料属实)，重新计算项目面积规模和各类用地类型，以验证申报数据的准确性。第二，根据项目规划图的矢量数据，重新统计项目内容和数量，验证是否存在虚报工程量的问题。第三，基于项目区的地形图，构建项目区的DEM模型。与矢量规划图叠加后，可以帮助分析项目区域的地貌特征，判断场区地块和沟、路、林渠的布置方案是否合理可行。根据场地布置方案和设计标高，可以判断土方计算是否合理、准确。研究结果表明，利用GIS可以提高土方计算的效率。
GPS应用方案:GPS在土地整理项目管理中的应用主要体现在其定位功能上，可以作为外业踏勘、定位分析、鉴定申报数据真实性的辅助工具。GPS也可以用来测量简单地形条件下的陆地面积。
3.建设“3S”技术支持系统的战略构想
综上所述，近年来“3S”技术在土地整理项目管理各阶段的应用研究成果表明，“3S”技术是提高项目决策质量、加强项目监管、提高行业工作水平和效率的有效手段。今后，应在加大现有研究成果推广应用的基础上，进一步研究并逐步构建成熟的“3S”技术支撑体系。系统结构如下:
(1)快速成图系统成图是土地整理项目规划设计前必须进行的一项基础性技术工作。目前常用的制图方法普遍效率低、成本高，因此有必要开发一种能够满足土地整理规划设计精度要求、成本较低、使用方便、在土地整理领域具有推广应用价值的全数字化三维信息采集制图系统。目前，国土资源部土地整理中心和中国农业大学精细农业研究中心正在合作开发基于激光和GPS技术的快速成图系统，利用GPS采集二维坐标信息，利用激光采集高程信息。
(2)土地整理三维决策系统这里所说的“决策”是指项目管理各个环节的决策。目前，土地整理项目的规划设计、项目评估评审、成果展示、经验交流等都是基于传统的二维平面决策模型。通过建立该系统，可以建立业务处理的数学模型，提高项目决策的智能化水平。可以利用最新的GIS技术、三维建模技术和图像处理技术实现三维辅助设计，让设计师在三维可视化场景中直接实现自己的规划思路。三维空间分析技术可以进行坡向分析、土方量计算、表面积计算、工程内容和工程量统计、空间查询等。可以利用三维场景、模拟飞行和多媒体技术，为项目评审、决策、成果汇报等提供直观的现场展示手段。，可以获得比现场踏勘更好的结果；可以建立土地整理综合数据管理平台，实现图形、图像数据、文本数据和多媒体数据的一体化、系统化管理。
(3)土地整理项目遥感影像数据库遥感影像数据库的建立是“3S”技术应用的基础和关键。建成的影像数据库应能满足土地整理项目监测和评价的需要，因此需要定期更新，实现资源共享。通过建立遥感影像数据库，主要用于两个方面:一是用于项目前期验证和评估；二是用于项目实施的监督检查。
(4)GPS辅助野外调查系统经过多年的研究，遥感技术的应用思路已经比较成熟，应用效果显著。但是，由于各种条件的制约，遥感技术的应用仍然有很大的局限性。在实际工作中，我们经常去项目区进行实地考察。但场地勘探也存在诸多困难，尤其是地形复杂的丘陵山区，难以达到预期效果。因此，迫切需要开发一套GPS辅助的野外调查系统。核心目标是融合PDA技术和GPS技术，将工程矢量地图导入PDA，利用GPS定位导航功能实现地图与实地的联动，指导调查人员开展实地调查和实地信息采集，提高调查质量和效率。GPS辅助外业调查系统在土地整理项目的前期核查和实施监督检查中具有广阔的应用前景。有了这个系统，相当于建立了一个“天上看，地上查”的立体监管体系，将大大提高各级国土资源管理部门的监管能力。
(5)国家土地整理综合知识库综合知识库包括自然、资源条件、农业气象数据、水文地质数据、土壤数据等相关基础数据，以及相关规划、政策法规、技术规范等。综合知识库的建立是进一步提高土地整理决策水平的基础。
构建" 3S "技术支持系统是当前土地整理项目管理的迫切需要，也是未来土地整理决策的发展方向，对促进土地整理的可持续发展具有重要意义。
参考
、贾、陈远，等。土地整理项目管理与决策支持系统的构建。农业工程学报，2002，18 (3)
贾，朱德海，杨。“3S”技术在西部退耕还林(草)中的应用探讨。中国地理信息协会第六届年会论文集，2001.3。