三維GIS在農(nóng)村土地整治中的應(yīng)用

陳國(guó)強(qiáng)

（貴州省第三測(cè)繪院 貴州貴陽(yáng) 550000）

1 引言

人類生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，就是土地資源。以保證耕地?cái)?shù)量的動(dòng)態(tài)平衡，推動(dòng)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為目的，我國(guó)各級(jí)政府積極推動(dòng)農(nóng)村土地整治工作。因?yàn)榭臻g信息技術(shù)的發(fā)展與成熟，三維GIS技術(shù)被越來(lái)越多的應(yīng)用與農(nóng)村土地整治的工作中。農(nóng)村土地整治是區(qū)域規(guī)劃的重要組成部分，同時(shí)也是建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的重要工作內(nèi)容之一。農(nóng)村土地整治工作的科學(xué)有效對(duì)于區(qū)域土地使用規(guī)劃具有無(wú)與倫比的意義。如何科學(xué)開(kāi)展農(nóng)村土地整治是土地整治工作的一個(gè)重要課題，而隨著遙感技術(shù)日益成熟，基于遙感技術(shù)的三維GIS在農(nóng)村土地整治中的作用日益明顯。通過(guò)地理信息技術(shù)處理的土地利用圖是決策者進(jìn)行科學(xué)有效的土地利用與規(guī)劃決策的重要依據(jù)，同時(shí)還能夠是地圖的繪制工作更具效率。

2 三維GIS的構(gòu)建

通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件和硬件以及網(wǎng)絡(luò)支持，預(yù)處理、輸入、存儲(chǔ)、查詢、檢索、處理、分析、顯示、更新和提供與空間數(shù)據(jù)有關(guān)的應(yīng)用程序，并且能夠在不同用戶和終端之間傳遞地理信息，這樣的系統(tǒng)叫做GIS地理信息系統(tǒng)。而使用三維數(shù)據(jù)描述地理對(duì)象，即所有對(duì)象都由三維坐標(biāo)（x，Y，Z或緯度，經(jīng)度和高程）來(lái)表示。除了可以在視覺(jué)上再現(xiàn)真實(shí)3D場(chǎng)景之外，三維GIS還能夠?qū)⒁?guī)劃結(jié)果通過(guò)虛擬3D場(chǎng)景呈現(xiàn)出來(lái)，幫助決策者與其他方案進(jìn)行對(duì)比。同時(shí)，三維GIS技術(shù)還有更為重要的作用，那就是進(jìn)行空間分析，能夠?yàn)楣芾?，?guī)劃和決策提供數(shù)據(jù)分析的科學(xué)依據(jù)。

2.1 真實(shí)場(chǎng)景數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1.1 DEM和DOM的構(gòu)建

DEM是構(gòu)建三維可視化場(chǎng)景的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是生成DOM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。因此，生成高精度的DEM，即創(chuàng)建由特定區(qū)域內(nèi)的規(guī)則網(wǎng)格點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x，Y）和高程坐標(biāo)（z）的數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)集，從而能夠在數(shù)學(xué)領(lǐng)域科學(xué)的描繪該地區(qū)的地形，這對(duì)于構(gòu)建逼真的3D場(chǎng)景以及能夠進(jìn)行科學(xué)合理的視覺(jué)分析具有至關(guān)重要的作用。DEM生成方法包括：基于地形圖的等高線和高程點(diǎn)插值方法，即掃描、校正，量化等高線和高程點(diǎn)以及地形圖上的重要特征，構(gòu)建TIN生成DEM，并基于衛(wèi)星立體圖像，攝影成像數(shù)據(jù)由全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)生成，即獲得衛(wèi)星圖像立體影像或勘測(cè)航空攝影，進(jìn)行圖像控制測(cè)量，無(wú)空氣加密和特征線采集，構(gòu)建TIN從而生成DEM。如果使用的計(jì)算機(jī)帶有特定算法，則可以將DEM數(shù)據(jù)輕松轉(zhuǎn)換為等值線圖，透視圖和陰影圖。精度可以通過(guò)生成的TIN的密度來(lái)控制，DEM可以通過(guò)線性插值生成。為了確保最終生成的DEM縫合拼接，需要將生成的TIN劃分為DEM邊緣，如果需要提高精度，只要網(wǎng)格之間的距離減小，就可以實(shí)現(xiàn)想要的效果。

如果在欠發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)沒(méi)有現(xiàn)有的地形圖和立體像對(duì)，SRTM的全球高程數(shù)據(jù)可以使用。雖然其準(zhǔn)確度不高，變化較大，但足以滿足土地修復(fù)的基本需求，數(shù)據(jù)成本較低，而且使用方便。

DOM是使用DEM和地面控制點(diǎn)在逐像素基礎(chǔ)上（數(shù)字航空攝影數(shù)據(jù)）或遙感圖像上的遙感圖像執(zhí)行傾斜校正和投影差異校正，從而使這些圖像可測(cè)量，然后進(jìn)行重新采樣，并且將多個(gè)正射影像拼接在一起，在色彩平衡處理之后，按照?qǐng)D幅范圍剪裁生成帶有公里網(wǎng)、圖廓內(nèi)外整飾和注記的影像圖。該影像圖不僅數(shù)學(xué)基礎(chǔ)身后，并且還包含著更為豐富的信息。

DLG使用校正的衛(wèi)星正射影像來(lái)執(zhí)行圖像的矢量化以獲得地物和地貌的矢量數(shù)據(jù)。然后根據(jù)DLG處理要求得到DLG，并且也可以通過(guò)使用具有全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法的空中照片立體圖來(lái)獲得DLG。其主要用于二維和三維覆蓋分析。

2.1.2 準(zhǔn)備原始特征的三維建模數(shù)據(jù)

三維GIS中各種原始特征的三維模型數(shù)據(jù)必須通過(guò)DLG數(shù)據(jù)或特征設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及特征高程數(shù)據(jù)采用一定的建模方法生成三維模型，同時(shí)也可以使用三維激光掃描裝置建立三維模型?？梢允褂煤娇樟Ⅲw圖像對(duì)快速提取特征紋理數(shù)據(jù)，或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)攝影或視頻快速獲取特征紋理數(shù)據(jù)。原始特征的三維建模數(shù)據(jù)也是保留歷史變更，拆除預(yù)算和項(xiàng)目數(shù)量的基礎(chǔ)。

2.1.3 規(guī)劃和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的三維建模

將規(guī)劃結(jié)果的三維建模導(dǎo)入三維GIS平臺(tái)，分析比較三維方案，確定最佳設(shè)計(jì)方案，指導(dǎo)施工。

2.2 真實(shí)三維空間GIS的構(gòu)建

真正的三維空間GIS必須支持真正的三維矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)模型以及基于它的三維空間數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)關(guān)鍵的DEM數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合原始地形數(shù)據(jù)庫(kù)，地名數(shù)據(jù)庫(kù)和海拔數(shù)據(jù)庫(kù)，生成數(shù)字地面模型（DTM），滿足地理信息產(chǎn)品的高質(zhì)量要求。通過(guò)分析土地利用現(xiàn)狀和農(nóng)村土地整治決策與規(guī)劃，為實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)作出積極貢獻(xiàn)。

3 三維GIS在土地整理中的應(yīng)用

3.1 三維GIS輔助土地整理規(guī)劃和管理

利用獲取的DEM等三維建筑模型，道路模型，樹(shù)木模型，地下水輸送和防滲管道數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中建立三維空間GIS。通過(guò)常規(guī)測(cè)量方法獲得的數(shù)據(jù)全部從點(diǎn)和線觀察開(kāi)始，收集大量數(shù)據(jù)后，難以描述區(qū)域的基本特征，同時(shí)還具有不可見(jiàn)的特征。三維型的建立幫助了土地整治管理和設(shè)計(jì)者的各種整備方案，為最終決定者提供科學(xué)的有效的援助，以科學(xué)的方式進(jìn)行計(jì)劃審查的工作，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)，直觀，快捷的方式，同時(shí)提高了科學(xué)合理的土地計(jì)劃方案的規(guī)劃效率。同時(shí)，該模型具有三維交互式瀏覽和漫游，三維搜索查詢，空間測(cè)量統(tǒng)計(jì)計(jì)算，斜率分析，洪水分析，安全分析等功能。利用三維地理信息系統(tǒng)，可以直觀地分析特定地區(qū)的地理信息特征，真實(shí)反映特征之間的關(guān)系，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合理的規(guī)劃布局，真正實(shí)現(xiàn)土地，樹(shù)線，道路通道，渠道連接，可以對(duì)水和能源進(jìn)行排序，在虛擬三維模型中進(jìn)行比較，通過(guò)這種方法獲得最優(yōu)方案，從而為建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村做出貢獻(xiàn)。

3.2 基于三維GIS的項(xiàng)目預(yù)算與成本控制

根據(jù)三維GIS，可以輕松計(jì)算出土地修復(fù)開(kāi)挖和填方量，還可以計(jì)算出道路和溝渠地面長(zhǎng)度、材料投入量、鋪路材料厚度拆遷補(bǔ)償預(yù)算和拆遷工程量預(yù)算。而且，可以方便地監(jiān)控項(xiàng)目建設(shè)，大大提高科學(xué)高效的成本預(yù)算，避免盲目決策，有效指導(dǎo)投資合理布局，為道路、渠道設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)的技術(shù)支持。使用這一系統(tǒng)能夠大大縮短現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的時(shí)間，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，確保人身安全，降低測(cè)量成本，所獲得的數(shù)據(jù)也是傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量無(wú)法比擬的。同時(shí)，該系統(tǒng)不僅能反映項(xiàng)目的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)，也可以重現(xiàn)道路、渠道建設(shè)的各個(gè)階段。利用這一系統(tǒng)還能夠進(jìn)行科學(xué)合理的坡度與路況分析，幫助人們?cè)谝?guī)劃時(shí)減少不合理的路段設(shè)計(jì)，諸如急轉(zhuǎn)彎和坡度較大的斜坡。簡(jiǎn)而言之，這一系統(tǒng)為工程設(shè)計(jì)、施工和管理人員提供了直觀的操作方式，并且可以將遙感數(shù)據(jù)與其他測(cè)量方法進(jìn)行比較，以更新速度優(yōu)勢(shì)，及時(shí)提供豐富的數(shù)據(jù)源，及時(shí)發(fā)現(xiàn)哪些道路、渠道需要加大整治力度，可以有效提高農(nóng)村土地整治的效率和效果。

4 結(jié)論

由于歷史的原因，農(nóng)村居民的地區(qū)建設(shè)配置分散，用地粗糙，由于使用地不集中，基礎(chǔ)設(shè)施整備困難，成為農(nóng)村土地浪費(fèi)的重要原因。對(duì)于農(nóng)村土地整治，不僅釋放了建設(shè)用地，而且提高土地資源的利用效率，增加了耕地面積，在農(nóng)村中，可以更好地保護(hù)耕地，引導(dǎo)農(nóng)村地區(qū)城市化建設(shè)的良性發(fā)展。隨著三維GS技術(shù)的發(fā)展和完善，其在農(nóng)村土地整治中的應(yīng)用在新世紀(jì)的發(fā)展中前景光明，也提出更多的學(xué)習(xí)和研究任務(wù)。