三維GIS在農村土地整治中的應用

陳國強

（貴州省第三測繪院 貴州貴陽 550000）

1 引言

人類生存與發展的物質基礎之一，就是土地資源。以保證耕地數量的動態平衡，推動農田基礎設施建設為目的，我國各級政府積極推動農村土地整治工作。因為空間信息技術的發展與成熟，三維GIS技術被越來越多的應用與農村土地整治的工作中。農村土地整治是區域規劃的重要組成部分，同時也是建設社會主義新農村的重要工作內容之一。農村土地整治工作的科學有效對于區域土地使用規劃具有無與倫比的意義。如何科學開展農村土地整治是土地整治工作的一個重要課題，而隨著遙感技術日益成熟，基于遙感技術的三維GIS在農村土地整治中的作用日益明顯。通過地理信息技術處理的土地利用圖是決策者進行科學有效的土地利用與規劃決策的重要依據，同時還能夠是地圖的繪制工作更具效率。

2 三維GIS的構建

通過計算機軟件和硬件以及網絡支持，預處理、輸入、存儲、查詢、檢索、處理、分析、顯示、更新和提供與空間數據有關的應用程序，并且能夠在不同用戶和終端之間傳遞地理信息，這樣的系統叫做GIS地理信息系統。而使用三維數據描述地理對象，即所有對象都由三維坐標（x，Y，Z或緯度，經度和高程）來表示。除了可以在視覺上再現真實3D場景之外，三維GIS還能夠將規劃結果通過虛擬3D場景呈現出來，幫助決策者與其他方案進行對比。同時，三維GIS技術還有更為重要的作用，那就是進行空間分析，能夠為管理，規劃和決策提供數據分析的科學依據。

2.1 真實場景數據準備

2.1.1 DEM和DOM的構建

DEM是構建三維可視化場景的重要基礎數據，也是生成DOM數據的基礎。因此，生成高精度的DEM，即創建由特定區域內的規則網格點的平面坐標（x，Y）和高程坐標（z）的數據組成的數據集，從而能夠在數學領域科學的描繪該地區的地形，這對于構建逼真的3D場景以及能夠進行科學合理的視覺分析具有至關重要的作用。DEM生成方法包括：基于地形圖的等高線和高程點插值方法，即掃描、校正，量化等高線和高程點以及地形圖上的重要特征，構建TIN生成DEM，并基于衛星立體圖像，攝影成像數據由全數字攝影測量系統生成，即獲得衛星圖像立體影像或勘測航空攝影，進行圖像控制測量，無空氣加密和特征線采集，構建TIN從而生成DEM。如果使用的計算機帶有特定算法，則可以將DEM數據輕松轉換為等值線圖，透視圖和陰影圖。精度可以通過生成的TIN的密度來控制，DEM可以通過線性插值生成。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，只要網格之間的距離減小，就可以實現想要的效果。

如果在欠發達的農村地區沒有現有的地形圖和立體像對，SRTM的全球高程數據可以使用。雖然其準確度不高，變化較大，但足以滿足土地修復的基本需求，數據成本較低，而且使用方便。

DOM是使用DEM和地面控制點在逐像素基礎上（數字航空攝影數據）或遙感圖像上的遙感圖像執行傾斜校正和投影差異校正，從而使這些圖像可測量，然后進行重新采樣，并且將多個正射影像拼接在一起，在色彩平衡處理之后，按照圖幅范圍剪裁生成帶有公里網、圖廓內外整飾和注記的影像圖。該影像圖不僅數學基礎身后，并且還包含著更為豐富的信息。

DLG使用校正的衛星正射影像來執行圖像的矢量化以獲得地物和地貌的矢量數據。然后根據DLG處理要求得到DLG，并且也可以通過使用具有全數字攝影測量方法的空中照片立體圖來獲得DLG。其主要用于二維和三維覆蓋分析。

2.1.2 準備原始特征的三維建模數據

三維GIS中各種原始特征的三維模型數據必須通過DLG數據或特征設計數據以及特征高程數據采用一定的建模方法生成三維模型，同時也可以使用三維激光掃描裝置建立三維模型。可以使用航空立體圖像對快速提取特征紋理數據，或通過現場攝影或視頻快速獲取特征紋理數據。原始特征的三維建模數據也是保留歷史變更，拆除預算和項目數量的基礎。

2.1.3 規劃和設計數據的三維建模

將規劃結果的三維建模導入三維GIS平臺，分析比較三維方案，確定最佳設計方案，指導施工。

2.2 真實三維空間GIS的構建

真正的三維空間GIS必須支持真正的三維矢量數據和柵格數據模型以及基于它的三維空間數據庫。通過關鍵的DEM數據庫，結合原始地形數據庫，地名數據庫和海拔數據庫，生成數字地面模型（DTM），滿足地理信息產品的高質量要求。通過分析土地利用現狀和農村土地整治決策與規劃，為實現社會主義新農村建設作出積極貢獻。

3 三維GIS在土地整理中的應用

3.1 三維GIS輔助土地整理規劃和管理

利用獲取的DEM等三維建筑模型，道路模型，樹木模型，地下水輸送和防滲管道數據及相關數據庫等基礎數據，在網絡環境中建立三維空間GIS。通過常規測量方法獲得的數據全部從點和線觀察開始，收集大量數據后，難以描述區域的基本特征，同時還具有不可見的特征。三維型的建立幫助了土地整治管理和設計者的各種整備方案，為最終決定者提供科學的有效的援助，以科學的方式進行計劃審查的工作，實現了科學，直觀，快捷的方式，同時提高了科學合理的土地計劃方案的規劃效率。同時，該模型具有三維交互式瀏覽和漫游，三維搜索查詢，空間測量統計計算，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，可以直觀地分析特定地區的地理信息特征，真實反映特征之間的關系，便于及時發現不合理的規劃布局，真正實現土地，樹線，道路通道，渠道連接，可以對水和能源進行排序，在虛擬三維模型中進行比較，通過這種方法獲得最優方案，從而為建設社會主義新農村做出貢獻。

3.2 基于三維GIS的項目預算與成本控制

根據三維GIS，可以輕松計算出土地修復開挖和填方量，還可以計算出道路和溝渠地面長度、材料投入量、鋪路材料厚度拆遷補償預算和拆遷工程量預算。而且，可以方便地監控項目建設，大大提高科學高效的成本預算，避免盲目決策，有效指導投資合理布局，為道路、渠道設計和施工提供科學的技術支持。使用這一系統能夠大大縮短現場測量的時間，減少勞動強度，確保人身安全，降低測量成本，所獲得的數據也是傳統現場測量無法比擬的。同時，該系統不僅能反映項目的總體規劃和設計，也可以重現道路、渠道建設的各個階段。利用這一系統還能夠進行科學合理的坡度與路況分析，幫助人們在規劃時減少不合理的路段設計，諸如急轉彎和坡度較大的斜坡。簡而言之，這一系統為工程設計、施工和管理人員提供了直觀的操作方式，并且可以將遙感數據與其他測量方法進行比較，以更新速度優勢，及時提供豐富的數據源，及時發現哪些道路、渠道需要加大整治力度，可以有效提高農村土地整治的效率和效果。

4 結論

由于歷史的原因，農村居民的地區建設配置分散，用地粗糙，由于使用地不集中，基礎設施整備困難，成為農村土地浪費的重要原因。對于農村土地整治，不僅釋放了建設用地，而且提高土地資源的利用效率，增加了耕地面積，在農村中，可以更好地保護耕地，引導農村地區城市化建設的良性發展。隨著三維GS技術的發展和完善，其在農村土地整治中的應用在新世紀的發展中前景光明，也提出更多的學習和研究任務。