高向军 范树印 贾文涛
（国土资源部土地整理中心，北京，100035）
摘要：土地整理项目管理是一项牵涉面广、理论性和技术性都很强的富有挑战性的工作，客观上需要先进科技手段的支撑。“3S”技术作为一种高效获取和管理空间信息的技术手段，目前正在被广泛地应用到国民经济各个领域，发挥着越来越重要的作用，为加大土地整理项目监管力度，提高项目管理的科学化水平提供了一种新思路。本文对“3S”技术在土地整理项目管理中的应用需求进行了分析。
关键词：“3S”技术；土地整理；实践；展望
自新《土地管理法》实施以后，大规模的土地整理在全国蓬勃开展起来。几年来，国土资源部一直致力于土地整理政策及规章制度的研究工作，在推进土地整理事业的稳步发展，促进实现耕地总量动态平衡、促进粮食增产、农民增收、农村发展方面发挥了重要作用，取得了巨大成绩。但土地整理活动是一个复杂的系统工程，是一项综合性很强的工作，涉及的政策、理论、技术性问题很多。因此，从理论上讲，要真正科学地搞好土地整理工作，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《中共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，揭开了我国土地整理事业发展的新篇章。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，因此责任重大、使命光荣、前景广阔。在新的形势下，为更快、更稳健地推进土地整理工作，必须加大高新技术应用研究的力度，建立一套比较完善的技术支撑体系，提高土地整理工作的科技含量。其中，积极推动“3S”技术的应用对提高土地整理的科学化水平具有十分重要的意义，是当前和今后一段时间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，如项目区地理位置、坡度分布、高程变化、地物分布等，正确解读这些空间信息是对项目做出科学判断的基础。总的来说，用常规手段解读项目在技术上有两方面的困难：一是现有的项目信息载体能够提供的有价值的信息不够；二是处理和解读信息的手段不够先进，导致对一些重要信息漏“读”或“读”不懂。“3S”技术作为一种高效的信息采集、处理、分析手段，可以辅助识别项目的真实面目，监测项目的“水分”，使项目决策更具科学性和时效性，为加大项目监管力度，提高项目管理的科学化水平提供了一种新思路。其中，遥感（RS）技术可用于大面积、快速获取项目区各种地物信息，是地物信息采集的主要手段；全球定位系统（GPS）可用于重要地物的快速空间定位，辅助外业踏勘；激光技术结合GPS技术可以用于快速、精确地采集项目区三维空间信息；地理信息系统（GIS）可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，“3S”技术可用于土地整理潜力调查、土地清查、地形测绘、辅助设计等基础技术性工作，提高前期工作质量和效率。从项目监管的角度看，“3S”技术的应用贯穿于从项目评价与审查、实施监督检查、竣工验收到项目后评价的整个过程。
在项目评价与审查阶段，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，如项目区的地理位置是否正确，申报的土地利用类型是否与实地相符，是否具备项目实施所必需的路、水、电等基础条件等；二是基础数据的准确性，如申报建设规模是否准确，各种地类面积是否准确，新增耕地潜力计算是否准确等；三是基本技术方案的合理性，如田块布置及沟、路、林、渠等各项工程的布置是否与实际地形相符，土地平整方案是否合理等。要回答上述问题，仅靠研究项目申报材料是不够的，“3S”技术为解答这些难题提供了一个切实可行的解决方案。
在项目实施管理阶段，为了及时了解项目的实施进展情况，防患于未然，必须跟踪项目的实施过程，监测项目是否按预期进度施工，是否按规划设计方案施工。“3S”技术已广泛应用于国土资源监测的各个领域，也必然成为土地整理项目动态监测的最实用、最高效的辅助工具，可以将“3S”技术与到项目区实地检查相结合作为项目动态监测的日常手段。
在项目竣工验收阶段，验收的主要内容包括资金使用情况和工程任务完成情况两个方面，工程任务完成情况要求从工程数量和工程质量两个角度评价。竣工验收，除了对项目成果进行定性地评价外，更重要的是定量化验收，看完成了多少建设任务，提高统计数据的可信度。要获得这些数据，采取实地人工测量的方式是不现实的，可以借助于“3S”技术。
土地整理要坚决杜绝“重建轻管”的现象，做好建设成果管护工作。通过定期获取项目区的最新遥感图像，可以直接分析项目区土地利用现状，农田基础设施是否遭到破坏等。并将不同时相的图像进行前后比较，就可以达到监测项目成果运行管护情况的目的。
综上所述，“3S”技术应用于土地整理项目监管的核心问题是项目区遥感数据的获取与分析。因此，遥感影像分辨率和应用成本成为“3S”技术应用研究关注的重点。
2 “3S” 技术在土地整理项目管理中的应用实践
自2001年全国土地开发整理项目管理培训班上提出土地整理信息化构想以来，“3 S”技术的应用逐步提上日程，受到业内越来越多人的关注，重点是针对以“3S”技术为核心的信息技术在土地整理项目管理各个阶段的应用展开研究，旨在探索一种辅助土地整理项目管理工作的先进手段，提高项目决策水平，实现对项目实施过程的动态监测和项目竣工验收的定量化，总结出一套检查项目的真实性、监控项目“水分”的方法体系。研究成果对推进土地整理项目的规范化、科学化管理具有重要意义。
2.1 实验数据
研究中使用了北京市顺义区北小营镇、房山区长沟镇、大兴区西红门、海淀区农大地区、苏家砣地区5个实验区的遥感影像数据。所选实验区涵盖了平原和丘陵两种地貌类型以及农用地、建设用地、未利用地三种土地利用类型，因此具有较强的代表性。从影像分辨率上看，涵盖了从10 m、5.8 m、2.5 m、1 m到0.61 m的各种分辨率、全色和多光谱遥感影像数据，以对不同分辨率影像应用效果进行对比分析，针对不同的应用目标提出合理的建议方案。
根据第一阶段研究得出的结论，第二阶段研究选择的是IKONOS1 米全色影像数据，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了监测评价。
第三阶段主要是开展了IKONOS立体像对在大比例尺测图中的应用研究以及GPS和激光相结合的快速测图系统研究。IKONOS立体像对应用实验区域应具有一定的覆盖面积，涵盖多种地貌类型，覆盖至少两个条带的影像数据，因此选择了地貌类型多样、山区与城区相结合的石景山门头沟交界地区作为试验区。试验区覆盖九幅1∶10000地形图，面积近240km2，包括两个条带的影像，共四个立体像对。
2.2 研究结论
经过四年时间的深入研究，得出如下几点结论：
（1）土地整理项目监测要求遥感影像几何分辨率不低于2.5m 单纯从影像分辨率角度考虑，1 m彩色IKONOS和0.61 mQuickBird等高分辨率卫星影像为当前最佳选择。通过解译高分辨率影像可以清晰勾绘项目区各地类界线，比较精确地统计各地类面积（根据本课题实验结果，面积解译误差在3%以内），清晰辨识项目区内农田水利、农村道路、防护林等农业基础设施，能够充分反映项目区真实状况。
（2）“3S”技术可以作为土地整理项目管理的辅助手段，能帮助管理者获取项目的真实、准确的信息，有助于对项目做出科学判断。
• 通过解译项目区遥感影像，可以反映项目申报信息的真实性和准确性。因此“3S”技术可以辅助项目审查人员掌握项目的真实情况，避免虚假项目、重复申报项目套用资金的现象，提高审查人员对项目真实性的识别能力。
• 将项目区遥感影像和DEM模型叠加，可以构建起项目区三维影像图，从而可以对项目的地貌特征、坡度坡向、土地利用类型和基础设施的分布等情况进行分析。运用可视化飞行技术则可以直观、动态、多角度、全方位地观察项目区，在模拟三维环境中执行显示、查询和分析操作。将项目规划图与三维影像图叠加，可以检验规划设计方案是否符合实地情况，还可以辅助进行工程量的审查。这种不同数据源的叠加分析，可以提高项目审查的效率和审查人员对项目合理性、可行性的判断能力。
• 可以利用“3S”技术解译项目实施过程中不同时相的遥感影像，进行前后对比，因此可以对项目是否按设计施工及工程进度进行动态监测，实时了解项目实施进展情况。
•可以利用“3S”技术实现对项目完工后的定量评价，确认工程任务完成情况，检验项目实施单位上报数据的真实性，辨别工程建设数量中存在的虚假成分，使竣工验收定量化、科学化。
• 将项目实施前的影像和竣工后的影像进行对比分析，还可以计算实际新增耕地面积，辅助开展项目影响评价等。
（3）通过对IKONOS卫星立体像对测图（三维信息获取）精度进行分析，认为在有控制点的前提下，完全可满足1∶5000、1∶10000矢量图测绘；无控制点定向情况基本可满足1∶10000图线状地物的修测。通过对IKONOS卫星立体像对测图成本分析，认为较传统全野外测量和航空摄影测量而言，在内业和外业工作中都能够明显地节省工作量和测图费用。因此，采用高分辨率卫星立体像对测图是一种可行的方式。随着遥感技术的迅速发展，采用卫星立体像对测图将是一种重要的发展趋势。
（4）从遥感影像数据的可获取性看，当前还受到一定的制约。一是数据获取周期较长。遥感数据分为存档数据和编程数据。存档数据从订购到收到数据一般不会超过1个月，但存档数据主要集中在城市。编程数据需要提前预订，从预订到收到数据一般需要3～4个月。二是受气候条件影响较大。遥感影像最佳时相为春末至秋初，农田作物已经基本覆盖地面，容易识别农田。我国大部分地区雨热同期，这段时间通常多云雨天气，这对于可见光遥感摄像不利。通常，一景影像中有20%的面积被云层覆盖，则认为该影像不能为地物判别所使用。我国受气候条件影响较大的地区主要是南部和西南部。遥感技术的迅速发展有望解决数据获取的缺陷，如IKONOS Block－Ⅱ双星双分辨率卫星系统，分辨率为0.47m和0.27m，其产品类型和提供方式与Block－Ⅰ一样，但数据采集能力、技术、效率将大大提高。拟于2007年发射的IKONOS Block－Ⅲ卫星系统，为能够全天候采集数据的合成孔径雷达卫星（SAR），可以弥补可见光遥感的不足，星下点分辨率为1m。我国新研制成功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，可快速获取地表高分辨率影像，成本低，操作灵活，特别适用于多云多雨、气候多变和地质条件、地貌环境复杂地区。
（5）鉴于目前遥感影像尤其是高分辨率影像应用成本较高，为了降低土地整理项目监管成本，可以根据项目管理目标的不同而采取不同的方案。在不用遥感技术的情况下，同样可以做很多工作，发挥很大作用。
• GIS应用方案：GIS已经广泛应用于土地整理项目的设计、审查及日常管理。从项目审查的角度看，单纯使用GIS，至少可以完成以下几项工作：一是根据项目现状图矢量数据（假设申报的材料是真实的），可以重新量算项目区规模和各种地类面积，验证申报数据的准确性。二是根据项目规划图矢量数据，可以重新统计工程内容和工程量，验证是否存在虚报工程量问题。三是以项目区地形图为基础数据源，构建项目区DEM模型，与矢量规划图叠加后，可以辅助分析项目区地貌特征，判断田块布置及沟路林渠的布置方案是否合理、可行；可以根据田块布置方案和设计高程，判断土方量计算是否合理、准确。研究结果表明，利用GIS计算土方量可以提高土方量计算效率。
• 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，可以作为实地踏勘的辅助工具，进行定位分析，识别申报资料的真实性。GPS还可以用于简单地形条件下的地块面积量算。
3 构建 “3S” 技术支撑体系的战略构想
综上所述，这几年开展的“3S”技术在土地整理项目管理各个阶段的应用研究成果表明，“3S”技术是提高项目决策质量、强化项目监管力度、提高行业工作水平和效率的一种有效手段。今后，在加大已有研究成果推广应用力度的基础上，应进一步深入研究，逐步构建起一套成熟的“3S”技术支撑体系。体系构成如下：
（1）快速测图系统 测图是开展土地整理项目规划设计前必须开展的一项基础技术性工作。目前常用的测图方法普遍效率较低，成本较高，因此很有必要研制一种能满足土地整理规划设计精度要求、成本更低、使用方便、在土地整理领域具有推广应用价值的全数字三维信息采集及成图系统。目前，国土资源部土地整理中心与中国农业大学精细农业研究中心正在合作开发一种基于激光和GPS技术的快速测图系统，其中GPS用于二维平面坐标信息采集，激光用于高程信息采集。
（2）土地整理三维辅助决策系统 这里所说 “决策” 是指项目管理的各个环节的决策。目前土地整理项目规划设计、项目评价与审查、成果演示、经验交流等都是基于传统的、二维平面决策模式。通过建立该系统，可以构建业务处理数学模型，提高项目决策的智能化水平；可以运用最新的GIS技术、三维建模技术、影像处理技术，实现三维辅助设计，让设计人员直接在三维可视化场景中实现自己的规划构想；可以运用三维空间分析技术，进行坡度坡向分析、土方量计算、表面积计算、工程内容及工程量统计、空间查询等；可以运用三维场景、模拟飞行和多媒体技术为项目审查、决策、成果汇报等提供直观的现场展示手段，获得比现场踏勘更好的效果；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、多媒体数据的一体化、系统化管理等等。
（3）土地整理项目遥感影像库 建立遥感影像库是 “3S” 技术应用的基础和关键。所建影像库应能满足对土地整理项目进行监测、评价的需要，因此需要定期更新，并实现资源共享。通过建立遥感影像数据库，主要是用于两方面：一是用于项目前期核查、评审工作；二是用于项目实施监督检查工作。
（4）GPS 辅助现场调查系统 经过多年的研究，遥感技术的应用思路已比较成熟，应用效果显著，但由于受到各方面条件的制约，遥感技术的应用还有较大的局限性。在实际工作中，更多地还是到项目区实地进行现场察看。但到现场踏勘也面临很多困难，尤其是在地形比较复杂的丘陵山区，很难达到预期的效果。因此，迫切需要研制一套GPS辅助现场调查系统，核心目标就是把PDA技术和GPS技术融合在一起，将项目矢量图件导入PDA，利用GPS的定位、导航功能，实现图件与实地的联动，引导调查人员开展现场调查和野外信息采集工作，提高调查的质量和效率。GPS辅助现场调查系统在土地整理项目前期核查和实施监督检查工作中具有广阔的应用前景。有了这个系统，就等于建立起了“天上看、地上查”的立体监管体系，必将大大提高各级国土资源管理部门的监管能力。
（5）全国土地整理综合知识库 综合知识库的内容包括全国各地自然、资源条件、农业气象资料、水文地质资料、土壤资料等相关基础资料，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”技术支撑体系，是当前土地整理项目管理工作的迫切需要，也是未来土地整理决策的发展方向，对促进土地整理事业的可持续发展具有十分重要的意义。
参考文献
高向军，贾文涛，陈原等.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）
贾文涛，朱德海，杨永侠.“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参评论文集，2001.3