1、3S技术在土地整治中的应用 主讲人：罗睿(2013)一、遥感技术及其应用一、遥感技术及其应用 3、遥感技术：是从传感器接受信息到遥感信息应用的全过程。如下图：4、遥感技术的优越性：六字概括：广、快、短、少、低、大。5、遥感技术的应用：资源勘探、动态监测、有关部门规划决策、防灾、救灾、环境监测等 利用飞机或卫星等平台，传感器从遥远的地方感知的众多信息，最后要是能为我们所用，还最后要是能为我们所用，还得用得用GISGIS，即地理信息系统。而为遥感信息提供精确的三维坐标的是地球定位系统（GPS）下面我们来学习这两种现代化技术在土地整治中的应用。1.概念 以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下
2、，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和演示，并以地理模型分析方法为手段，适时提供多种空间和动态的地理信息，这就是地理信息系统。4 4 应用应用3 应用特点应用特点能对地理空间数据进行输入、管理、能对地理空间数据进行输入、管理、分析和表达。分析和表达。三、全球定位系统三、全球定位系统GPSGPS全全球定位系统是以卫星球定位系统是以卫星为基础的无线电导航系为基础的无线电导航系统，设计全球定位系统统，设计全球定位系统的最初目的主要是用于的最初目的主要是用于导航、收集情报等军事导航、收集情报等军事目的。现在，它的应用目的。现在，它的应用面越来越广，它已经广面越来越广，它已经广泛应用于海陆空
3、导航、泛应用于海陆空导航、导弹制导、大地测量和导弹制导、大地测量和工程测量等工程测量等。GPS美国从上世纪美国从上世纪7070年代开始研制，历时年代开始研制，历时2020年，耗年，耗资资200200亿美元，于亿美元，于19941994年全面建成，具有在海、年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。目前的全球覆盖新一代卫星导航与定位系统。目前的全球覆盖率为率为98%98%。它能够实时测量它能够实时测量“四度四度”：经度、纬度、高度、：经度、纬度、高度、速度。速度。 返回返回Global Positioning
4、SystemGPS组成 2 2、全球定位系统的组成、全球定位系统的组成 1）GPS地面控制部分地面监测系统 2）GPS空间部分GPS卫星星座（2424颗）颗） 3）用户设备部分GPS接收机 3 3、全球定位系统的特点、全球定位系统的特点 全能性、全球性、全天候、连续性、实时性 4.用途用途（功能功能）能为各类用户提高精密的三维坐标、速度和时间。能为各类用户提高精密的三维坐标、速度和时间。5.应用应用领域领域大地控制测量、航空摄影测量、海洋测绘、交大地控制测量、航空摄影测量、海洋测绘、交通指挥调度、航海导航、航空导航等。通指挥调度、航海导航、航空导航等。为了减少误差，一般要求四颗卫星，用于定位的
5、为了减少误差，一般要求四颗卫星，用于定位的四颗卫星称为定位星座。四颗卫星称为定位星座。返回返回空间部分大地控制测量、航空摄影测量、海洋测绘、大地控制测量、航空摄影测量、海洋测绘、交通指挥调度、航海导航、航空导航等。交通指挥调度、航海导航、航空导航等。GPS应用GPS应用大地控制测量、航空摄影测量、海洋测绘、大地控制测量、航空摄影测量、海洋测绘、交通指挥调度、航海导航、航空导航等。交通指挥调度、航海导航、航空导航等。2、列表比较RS、GIS、GPSDTM（Digital Terrain Model）是通过地表点是通过地表点集的空间直角坐标（集的空间直角坐标（x，y，z）并使需要进一）并使需要进一
6、步伴随若干专题特征来表示地形表面的步伴随若干专题特征来表示地形表面的,它是它是构成地形、地理构成地形、地理分析的基础。分析的基础。DEM（ Digital Elevation Model）是地表单元是地表单元上高程的集合，是地貌形态的离散表示。上高程的集合，是地貌形态的离散表示。DEM是构成是构成DTM的基础，的基础，DTM的其他元素均的其他元素均有有DEM导出，显然，导出，显然，DEM的质量好坏直接决的质量好坏直接决定着定着DTM的精确性。的精确性。地貌类型的自动化分类；地貌类型的自动化分类； 极值高程和最大高差；极值高程和最大高差； 相对高程和平均高程；相对高程和平均高程；坡度和坡向；坡度
7、和坡向；求地表面积；求地表面积； 地表粗糙度；地表粗糙度；谷脊特征分析；谷脊特征分析；形剖面分析；形剖面分析；淹没损失估算；淹没损失估算；地形的立体显示。地形的立体显示。DTMDTM的数据采集的数据采集数据源决定采集方法：数据源决定采集方法：（1 1）航空或航天遥感图像为数据源）航空或航天遥感图像为数据源（2 2）以地形图为数据源）以地形图为数据源 （3 3）以地面实测记录为数据源）以地面实测记录为数据源（4 4）数字摄影测量方法）数字摄影测量方法（5 5）其它数据源）其它数据源 DTMDTM的表示方法的表示方法 主要有规则格网（主要有规则格网（GRIDGRID）表示法和不规则）表示法和不规则
8、三角网三角网(TIN , (TIN , Triangulated Irregular Triangulated Irregular NetworkNetwork) )表示法（此外还有离散点表示法、表示法（此外还有离散点表示法、等高线法和数学分块曲面表示法）。等高线法和数学分块曲面表示法）。 （1 1）规则格网（）规则格网（GRIDGRID） 表示法结构简单、计算方便，但有时有表示法结构简单、计算方便，但有时有大量冗余数据，不能精确表示地形的关键大量冗余数据，不能精确表示地形的关键特征。特征。数字地面模型的应用（1）等高线绘制（2）透视图的绘制（3）渲染图的制作（4）坡度坡向图的制作（5）通视/
9、可视域分析DEM三维可视化中国人口众多，人均耕地面积不足世界人均耕地面积的三分之一，人地矛盾相当尖锐。再由于经济的快速发展，城市扩建、工业园区建设，对建设用地需求量迅速增加。一方面是经济增长要求建设用地供给量增加，一方面人口增加要求耕地增加，而土地的总量不会变，即土地自然供给固定不变。为了保证中国粮食安全和经济的发展，就需要开发荒地并改善耕作条件。开荒一度被认为是增加耕地的好方法，却带来了许多环境问题。在过去开荒工程中，没有系统的指导规范，也没有兼顾生态环境的保护，导致水土流失，洪灾泛滥。围湖造田则破坏了水域生态环境，引起了相当严重的问题。为保证经济的稳定发展和保障国家粮食安全，国家实施“耕地
10、占补平衡”制度，土地整治是实现这一制度的重要环节。土地整治包括：农地整治、土地复垦、宜农未利用地开发、建设用地整治、区域性综合整治。结合刘黎明、胡振其的描述，可将土地整治定义为：在一定的区域范围内在一定的区域范围内，按照土地利用总体规划和土地利用的要求，并根据区域，按照土地利用总体规划和土地利用的要求，并根据区域的特点，采取一定的技术手段，对宜农未利用土地、废弃的特点，采取一定的技术手段，对宜农未利用土地、废弃地等进行开垦，对田、水、路、林、村等实行综合整治，地等进行开垦，对田、水、路、林、村等实行综合整治，以增加有效耕地面积，改善耕作条件的一种行为以增加有效耕地面积，改善耕作条件的一种行为。
11、“十二五”期间，我国土地整治以保护国家粮食安全为首要目标，以推进新农村建设及统筹城乡发展为根本目标，满足发展用地需求，切实保护农民合法权益。“3S”是目前对地观测系统中空间信息获取、存贮管理、更新、分析和应用的三大支撑技术。“3S”的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS则是综合处理与分析多源时空数据的理想平台，并且反过来指导RS和GPS数据采集，它们是一个整体。3S技术制作地形图流程l在土地整理过程中涉及大量空间信息的获取、存储、分析、管理和应用。如整理区范围的确定, 整理潜力分析, 整理区田块高
12、程、水系、水工建筑物、道路、村庄和土地利用类型等要素数据的获取, 规划图的编制, 项目验收、评价等。常规的测量及分析评价方法达不到应有效果。l遥感(RS) 可用于快速获取整理区的各种地物要素; 全球定位系统(GPS)可用于土地整理重要地物的空间定位; 地理信息系统(GIS)技术可用于项目规划设计、分析评价、专题制图等，可以做到项目申报、审批、实施、检查实时监管。特别是利用WebGISWebGIS技术实现土地开发整理数据网络上报、审批、检查，实现网络化、可视化管理。l虽然3S技术在土地开发整理中都可以独立发挥其作用，但只有通过将3S3S技术集成应用技术集成应用，才可以实现对土地开发整理项目基础数
13、据的获取到数据分析、评价、决策等工作，实现土地开发整理工作的 “天上看、地上查、网上管”的全方位管理。1、提供土地利用现状基础数据遥感技术在大面积土地资源调查方面已有大量成功实例, 对于土地开发整理，利用，辅以其他背景资料，通过自动和人机交互解译自动和人机交互解译，便可将现状土地利用信息快速准确地提取出来，并能较高质量地绘制土地利用现状图，为满足工程设计需要补测一些高程点，这样就可以为土地开发整理提供基础资料。2、提高土地开发整理地形测绘效率 在实地踏勘时使用最新动态遥感影像,准确标注测区范围及测区已有控制点位置,室内根据该影像布设控制点、优化设计控制网。实地地形测绘过程中利用影像分配任务,标
14、注地名及勾画复杂地形的草图。外业测绘结束和图形初步编辑后，将线划图（DLG）与该测区的正射影像图（DOM）套合进行实地复核调整修改。部分困难地的方法可以提高土地整理项目地形测绘工作效率、减少外业工作量，且测量精度能够达到11000 地形图的精度要求。3、实现土地开发整理项目实时监管 利用不同时相的遥感影像能够清楚地识别土地开发整理施工过程中、竣工后与施工前的变化情况，确定工程进度与工作质量。较准遥感影像较准遥感影像由于遥感影像在采集过程中受传感器自身及气候、温度等外界因素影响，刚采集的影像误差较大，不易判读，需进行校正处理。这时可利用GPS 采集地面数据，作为像控点，对遥感影像进行纠正。准确判
15、读图斑边界、定位，提高工作效率l在计算机和人机交互都不易判读的图斑位置边界，以RS 影像上分类图斑为引导，利用正射影像图初步确定变更图斑，参考土地利用现状图和土地变更资料，实地验证图斑的地类和范围，对部分边界不易判读的图斑采用手持式GPS 接收机，可以快速准确地获取必要的土地信息。l在项目检查时，可以帮助调查人员很容易地确定自己所在的位置和行走方向，识别项目区的确切边界，判断项目建设地点和范围是否发生了变化，工程布局是否符合规划设计，从工程数量看是否完成了批复的建设任务等。l在可行性研究和规划设计阶段，可以现场绘制规划草图，确保田块规划和工程布局方案符合实地情况，提高前期工作质量，避免实施过程
16、中项目区范围调整或大量工程易位等设计变更行为。1、自动量算和分析项目地类面积、高程及坡度 建立土地利用信息数据库进行土地开发整理，必须要有基础数据库，即土地利用信息数据库。通过对遥感影像的判读，利用GIS 提取地物信息，通过点、线、面的矢量数据的组织，或直接从数字化测量图转入GIS, 构建土地利用信息数据库，对整理前后的土地利用现状各地类面积能自动量算和分析，大大提高土地开发整理工作的效率。土地开发整理项目立项现场踏勘过程中，如何确认地块坡度往往带有很大的主观性，通过将坡度图与项目区红线图进行叠加分析，就可以科学准确地剔除坡度大于相关要求的区域。2、计算土地开发整理工程量在土地开发整理项目中，
17、传统计算填挖土方量的方法，采用现场施测，由于客观条件限制，使得工作量大、工作效率低、误差较大。利用DEM辅助计算，则可提高计算的精度和工作效率。对于土地平整中所需建立的数据高程模型（DEM），GIS 软件只需输入离散点的三维坐标值， GIS 可自动构建不规则三角网（TIN），即可快捷地算出项目区的填挖方量。还可以利用数据高程模型（DEM）数据进行一定坡度的面状范围分析，得到项目区内的各种土地利用数据，汇总计算，制作专题地图等。三、实现土地开发整理项目三维仿真模拟 现在很多GIS 软件都提供模拟功能，只要输入相关信息，利用软件提供的功能模块，就可以获得项目实施前后三维仿真的对比效果。这一技术为项
18、目实施的可行性及实施效果提供决策依据。 四、利用GIS 的转换功能模块，把GIS 格式转化成工程中所需格式。如wt、wl、wp 格式转化成dxf 格式，此外还可生成专题图件、报表等格式，便于工程施工。三维GIS的构建使用三维数据描述地理对象, 即所有的对象都通过三维立体坐标(X、Y、Z 或经纬度与高程)进行表示。三维GIS除了可以直观地再现真实的三维场景外, 还可以将规划设计结果置入虚拟的三维真实场景中进行方案比选, 其更重要的作用是可以进行各种空间分析, 为管理、规划和决策提供科学的数据分析基础。三维G IS的建立要准备大量的数据, 其基础数据包括数字高程模型( DEM )、数字正射影像(
19、DOM )、数字线划图( DLG )、地物三维模型以及规划数据三维模型等。利用获取的DEM、DOM、DLG 等基础地理数据和已获取的三维建筑物模型、道路模型、树木模型、地下输水防渗管道数据及相关的数据库, 在网络环境下建立三维GIS。模型的建立能对各种整治方案进行可视化设计, 并帮助最终决策者迅速作出科学、合理的土地整治方案。同时该模型具有以下功能: 三维交互式浏览漫游、三维搜索查询、空间量测统计计算、坡度分析、淹没分析、安全分析等。利用三维GIS, 可以直观地分析指定地区的地理信息特性, 真实地反映地物之间的关系, 便于及时发现不合理的规划布局, 真正做到田成方、树成行、路相通、渠相连、旱能
20、浇、涝能排, 并对各种设计方案进行三维比对, 以确定最佳方案, 为建设社会主义新农村提供科学决策平台。根据三维GIS, 可以方便地计算出土地整治的挖填方量, 道路、沟渠的地面长度, 铺料厚度和材料投入, 还可以通过三维G IS的地物模型进行拆迁补偿预算及拆迁工程量预算, 同时可以方便地监测工程的施工情况, 大大提高成本预算的科学性和高效性, 避免盲目决策, 有效地指导了投资的合理分配,为道路设计、施工建设提供科学的技术保障。利用该系统可以大大缩短外业测量的工期, 减小了劳动强度, 降低了测量成本投入, 保障了人身安全, 而且所获得的数据也是传统外业测量无法比拟的。同时该系统不仅能整体体现出工程的规划设计情况, 还能再现道路建设中各个时期的情况。可视化能帮助决策者更为直观地了解道路的整体情况和运行能力, 因地制宜地设计各条道路,真正实现村村通。还能进行坡度分析、安全分析等, 尽量减少急转弯等不利于驾驶的路段设计。而且遥感数据可以其他测量手段无法比拟的更新速度优势, 适时地提供丰富的数据源, 及时地发现哪些道路需要加大整治力度, 针对我省欠发达的农村地区, 弥补了原有地理数据量的空白。
