（土地资源管理专业论文）基于RS、GIS土地整理的应用研究.pdf

华中农业人学颂i 。驯- , 儿, n r 生学位论文：皋十r s 、g i s 十地整理的膨1 】研究 摘要 随着计算机技术的应用与发展，凭借强大的空问分析功n r _ g f l 地理数据的管理功 能，地理信息系统已经广泛应用于资源与环境管理领域。为实现土地资源的可持续 利用，针对我国土地资源的基本国情，2 0 0 1 年起在我国大面积地实施了土地丌发整 理工程。 目前，对地理信息系统与土地整理工程的研究已经取得了一定进展，但是将g i s 技术与土地整理工程结合与应用的研究还处于实验与探索阶段。本文以枣阳市熊集 镇为研究区域，试将r s 、g i s 技术运用于土地整理工程，并建立实验区的d e m 模 型、土地整理的三维虚拟景观和完成项目区的资源配置，主要研究成果为以下几方 面。 首先，探讨了d e m 的数据精度。从d e m 数据源的选择，数据的处理方法，d e m 的构建以及d e m 精度的检验上做了一定的探讨，以保证d e m 的精度符合要求，达 到对地表的精确模拟。 其次，建立土地利用地表三维景观。选择高分辨率的遥感影像提取实验区的纹 理文件，完成d o m 与d e m 叠加，建立实验区的土地利用现状地表三维景观。将土 地整理工程分项设计，从土地平整、农田水利、道路、其他工程四个部分探讨如何 实现每个分项工程的三维景观构建，从而完成土地整理规划设计三维景观的研究。 最后，将现状与规划t i n 模型转换为格网模型，通过地图代数相减来得出待平 整田块的土方量，按照区位一配置模型完成土方的调配。 本文使用g i s 的空间分析功能，完善了g i s 技术在土地整理工程设计的应用方 法，建立了一套土地整理规划设计的技术方案。建立三维规划模型，可以在立项之 前多角度的综合考虑项目的可行性，利用地理信息系统空间数据的管理功能也可以 建立实验区土地整理规划设计数据库。 关键词：土地整理；r s ；g i s ；三维地表景观；工程设计；资源配置 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n ds c i e n c e ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ，w i t hi t sp o w e r f u ls p a t i a la n a l y s i sf u n c t i o n sa n dt h em a n a g e m e n to fg e o g r a p h i c d a t ah a sb e e nw i d e l yu s e di nt h ef i e l do fr e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t c h i n e s eg o v e r n m e n th a ss t a r t e dt h el a n dd e v e l o p m e n ta n dc o n s o l i d a t i o np r o je c ts i n c et h e y e a ro f2 0 01 ，c o n s i d e r i n gt h ef u n d a m e n t a lr e a l i t i e so fl a n dr e s o u r c e si nc h i n aa n dt h e s u s t a i n a b l el a n du s e t h ea d v a n c er e s e a r c ho fg i sa n dl a n dc o n s o l i d a t i o ni sd e v e l o p i n g ，b u ti t sn e c e s s a r y t oc a r r yo r lt h ea p p l i e dr e s e a r c ho fg i st e c h n o l o g yi nt h el a n dc o n s o l i d a t i o np r o j e c td e s i g n t h i sp a p e rs e l e c t sx i o n g j it o w ni nc i t yo fz a o y a n ga st h es t u d y i n ge x a m p l er e g i o n ，t r i e st o a p p l yg i st e c h n o l o g yi nl a n dc o n s o l i d a t i o nd e s i g np r o j e c t ，e s t a b l i s h e st h ea r e a sd e m m o d e la n dt h et h r e ed i m e n s i o n a lv i r t u a ll a n d s c a p eo fl a n d - u s ei nt h er e s e a r c ha r e a t h e m a i nr e s u l t so ft h ep a p e ra r ea sf o l l o w s f i r s t l y , o nt h eb a s i so ft h ed e m c o n s t r u c t i o no ft h er e s e a r c ha r e a ，i ts e l e c t st h et y p e s o fd e md a t as o u r c e ，f i n d st h em e t h o d so fd a t ap r o c e s s i n ga n dd e mc o n s t r u c t i o n a f t e r t e s t i n gi t sa c c u r a c y ，t h a te n s u r e st h ea c c u r a c yo ft h ee s t a b l i s h e dp r o j e c ta r e ad e m t om e e t t h er e q u i r e m e n t s i na d d i t i o n ，c h o o s i n gh i g h - r e s o l u t i o nr e m o t es e n s i n gi m a g ea st e x t u r e p a p e r , t a k i n gas e r i e so fp r o c e s s i n gm e t h o d s ，d o m w i l lb es u p e r i m p o s e dw i t hd e ma n d t h et h r e e - d i m e n s i o n a ls u r f a c el a n d s c a p ec o n s t r u c t i o no fl a n d - u s ew i l lb ec o m p l e t e d s e c o n d l y , t h r o u g he x t r a c t i n gr e l e v a n ti n f o r m a t i o nf r o mt h ee s t a b l i s h e ds t a t u sd e m ， p l a n n i n ga n dd e s i g nh a v eb e e nc o n d u c t e d t h el a n dc o n s o l i d a t i o np r o j e c th a sb e e n s e p a r a t e di n t oi t e m st od e s i g n f r o mt h el a n dl e v e l i n g ，f a r m l a n dw a t e rc o n s e r v a n c y , r o a d s a n do t h e rp r o j e c t s ，t h ep a p e rd i s c u s s e sh o wt oa c h i e v ee a c ho ft h et h r e e d i m e n s i o n a l p r o j e c t so fl a n d s c a p ed e s i g n f r e q u e n t l yt h et w ot y p e so fd e m a r ec o n v e r t e di n t om e s h m o d e l t h r o u g ht h es u b t r a c t i o no fd e m ，w ec a nc a l c u l a t et h ee a r t h w o r ko ft h ef i e l dt ob e l e v e l e d ，i na c c o r d a n c ew i t ht h ea r e a - c o n f i g u r a t i o nm o d e lt oc o m p l e t et h ed e p l o y m e n t u s i n gt h es p a t i a la n a l y s i sf u n c t i o n so fg i s ，t h ep a p e ri m p r o v e st h em e t h o d sa n d d e s i g no fg i st e c h n o l o g yi nl a n dc o n s o l i d a t i o np r o j e c td e s i g nt os o m ee x t e n t ，a l s ot h e t e c h n i c a lp r o g r a m m e do np l a n n i n ga n dd e s i g no fal a n dc o n s o l i d a t i o n i tc o n s i d e r st h e p r o j e c t sf e a s i b i l i t yb e f o r e t h ee s t a b l i s h m e n to ft h ep r o j e c tf r o mad i r e c tp e r s p e c t i v e t h r o u g ht h ee s t a b l i s h m e n to ft h r e e d i m e n s i o n a lp l a n n i n go u t c o m e ，a l s oa v o i d s t h e r e c i p r o c a t i n ga m e n d m e n t ，a n du s e st h ef u n c t i o no fg i ss p a t i a ld a t am a n a g e m e n tt oc r e a t e ad a t a b a s eo nl a n dc o n s o l i d a t i o np r o j e c t sp l a n n i n ga n dd e s i g ni ns p e c i f i ca r e a k e y w o r d s ：l a n dc o n s o l i d a t i o n ；r s ；g i s ；t h r e e d i m e n s i o n a l s u r f a c el a n d s c a p e ； e n g i n e e r i n gd e s i g n ；r e s o u r c ea l l o c a t i o n i l 图表日录 图1 1 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 一1 2 图4 1 3 图4 1 4 图4 1 5 图4 。1 6 图4 1 7 图4 1 8 图4 1 9 图4 2 0 图5 1 图5 2 图5 3 图表目录 论文总技术路线图2 三维地理景观可视化的建立流程图2 0 a r c v i e w 对等高线的处理示意图像2 1 m a p g i s 对高程点的处理结果示意图2 2 a r c g i s 对基础数据空间坐标的加载2 2 d e m 高程异常区域示意图2 4 实验区高程值重新划分示意图2 5 项目实验区d e m 示意图2 5 d e m 数据检测前后对比示意图2 7 d e m 等高线检验法示意图2 7 试验区遥感影像数据源2 9 试验区遥感影像拼接结果2 9 试验区遥感影像的截图2 9 试验区t i n 的三维显示图像3 0 d e m 与d o m 叠加生成的数字三维地形景观( 局部) 3 l d e m 生成的坡度图3 2 d e m 生成的坡向图3 3 项目试验区重建的d e m 3 6 d e m 表面道路的生成3 7 由d e m 提取的道路纵断面3 7 实验区规划设计局部的三维景观3 9 土地资源配置技术路线图。4 2 栅格相减后的g r i d 模型。4 3 不同配置模式下的调配方案图4 5 表4 1f f l 块理论设计高程数据表3 5 表5 1实验区土方量统计表4 4 表5 2 土方调配模式表4 5 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 是否保密 如需保密，解密时间年月日 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生签镞文，时间瑚年台月争日 学位论文使用授权书 本人完全了解华中农业大学关于保存、使用学位论文的规定，即学生必须按照学 校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版和电子版， 并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位 论文。本人同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全 部或部分内容，并授权中国科学技术信息研究所和北京万方数据股份有限公司将本人 学位论文收录到( ( 中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、 复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权力。 注：保密学位论文( 即涉及技术秘密、商业秘密或申请专利等潜在需要提交保密的论 文) 在解密后适用于本授权书。 撇彬签名搬名：彬， 签名日期：川年b 月斗日 签名日期： p 莎年6 月乒日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 毕中农业人学帧l j 研究生学位论文：皋十r s 、g i s 十地铬胖的j m 用t i j l ： 3 e 1 绪论 1 1 研究的背景与目的 1 1 1 研究背景 土地资源是人类赖以生存和发展的物质基础，是不可再生的自然资源和宝贵财 富。我国是一个发展中的农业大国，人口众多、资源稀缺，人均耕地数量较少，耕 地后备资源不足，土地问题始终是制约我国农业乃至整个国民经济发展的重要因素。 2 0 世纪9 0 年代后期，我国耕地数量总体上呈下降趋势，耕地的质量也在不断降低， 为土地资源的可持续利用带来不利影响【1 1 。 提高耕地的数量与质量是当f i l s 平h 未来解决我国耕地资源匮乏的主要手段之一。 我国c - l 地管理法明确规定，“县、乡( 镇) 人民政府应当组织农村集体经济组织， 按照土地利用总体规划，对田、水、路、林、村综合整治，以提高耕地质量，增加 有效耕地面积，改善农业生产条件和生态环境。地方各级人民政府应当采取措施， 改造中、低产田，整治闲散地和废弃地 【2 】。 土地整理作为协调人地关系、缓解人地矛盾、促进土地利用的动态平衡的手段， 受到政府的高度重视。我国的土地整理工程主要分为前期可行研究阶段、规划设计 阶段、施工设计阶段、以及工程施工阶段。随着计算机技术的应用与发展，越来越 多的工作借助计算机来完成，提高了工作效率与工作精度。地理信息技术作为计算 机空间科学的一个分支，在资源环境领域有着广泛的应用前景。 地理信息系统在土地管理领域应用广泛，在土地分类与评价、土地利用规划、 土地分等定级等方面得以运用，但在土地整理工程设计的运用却还处于探索阶段。 土地整理足一项复杂的系统工程，用传统的技术方法进行工程设计不仅难度大、 耗时多、且精度较低。借助g i s 技术的强大空问分析功能、空间插值等分析功能， 不仅可以提高运算精度，而且还便于直观了解实验区的具体情况。将地理信息技术 与土地整理工程设计结合运用的研究较少，本文将二者相结合加以研究。国土资源 部于2 0 0 7 年6 月召开了土地丌发整理3 s 技术应用规程研究专家讨论会，就“3 s ” 技术在土地整理应用前景与技术进行探讨，这也指明了“3 s 技术在土地整理应用 的自订景，说明本课题的选择具有一定研究价值。 1 1 2 研究的目的 本文的研究目的是针对土地整理工程的特点，借鉴“3 s 技术在资源环境领域 1 绪论 应用提出在土地整理规划设计哪些方面可以运用，“3 s ”技术与土地整理工程如何相 结合。由于土地整理工程的复杂性，本文只选取其叶l 两个部分：土地利用虚拟三维 景观的模拟与土方量的计算与凋配加以研究。和传统的常舰方法相比，借助r s 、g i s 技术研究土地利用现状虚拟三维景观与土地利用规划设计虚拟三维景观的构建，对 规划成果三维可视化可直观地了解实验区规划后的实际效果，这不仅有利于施工i j 订 的综合考察，一定程度上也避免了规划反复修改。 1 1 3 研究的技术路线 本文选取国家投资湖北省枣阳市鹿头镇、熊集镇基本农f 日土地整理项目中的熊 集镇备选片作为实证分析。由于该区域是微丘地貌，所以研究对象更具有代表性， 本文的研究思路是为： 基础资料的收集与处理 l l l l 文字、文本资料枣阡i 市d o m枣阡i 市数字图件实验区的相关资料l ll 上 i l id e m 的建立k d o m 纹理文件的叠加 上 十地利州现状三维景观模 厂 灌排工程、道路 型 工程、田块平整、 i甘肭。t 础 土地整理主要工程设计纵“1 2 上 i 土地整理规划数字三维虚 7 l拟景观 l l 土地平整填挖土方量 i 基于g i s 的土方调配 图1 1 论文总技术路线图 f i g1 - 1 g e n e r a lt e c h n o l o g yr o u t eg r a p ho ft h ep a p e r 首先收集实验区的基础资料。主要有实验区相关文本资料，如枣阳市的土地资 源汇编资料、基本农f 日保护区资料等；枣阳市2 0 0 5 年的遥感f 摄影像、枣阳市的土 地利用现状图、枣阳市熊集镇土地整理项目土地利用现状图等，还需要参考相关的 技术标准与操作方法。 其次是数据的处理与精度分析。对收集的资料进行筛选，主要任务是建立项目 实验区的d e m 。建立d e m 是本文的核心内容、基础工作，将遥感影像作为纹理与 2 。仁中农业人学顺i | i d f 究牛学化论义：暴十r s 、g i s 十地整删的胁用究 d e m 叠加完成数字三维地面景观的模拟；建立规划设计d e m ，分项建立三维地物 完成规划成果虚拟三维模拟。 最后，利用地图代数的方法精确计算填挖上方量，通过g i s 的空i l i j 分析功能进 行土地资源优化配置，本文的技术路线图1 1 。 1 2 研究的内容与选题意义 1 2 1 研究的主要内容 本文的研究内容主要是以下三个方面： 1 通过数据源的选择与精度检验后，建立实验区的d e m 模型。选择实验区的数 字正摄影像作为纹理文件，在g i s 中探究如何构建现状土地利用地表三维景观。 2 按照土地整理工程规划设计的相关理论，对现状d e m 的修正得到规划后得到 规划设计的d e m 模型，在g i s 中探究每个单项工程如何实现三维景观的构建。 3 运用地图代数的方法，完成土方量的计算，结合空间分析模型，实现土方的 优化配置。 1 2 2 选题的意义 土地整理工程规划设计是土地利用总体规划的补充深入与实施，是土地利用总 体规划的重要组成部分。而土地整理工程的复杂性，需要多种技术加以支撑与补充。 目前，土地整理的行政、经济和法律等方面有了长足的发展，但土地整理规划设计 对于定量分析和高新技术的应用还处于初步的研究阶段，工程精度的提高是必然的 发展趋势。目前“3 s ”技术的应用研究是国内外研究的热点之一，将“3 s ”技术与我国 传统土地整理工作相结合，不仅可以提高土地整理规划与设计的精度，而且可以完 善我国土地整理的技术路线、技术规程等。 1 3 国内外研究现状概述 1 3 1 国内外土地整理研究综述 土地整理的概念首先出现于德困巴伐利亚王国的法律中，德国、法国、j 仃苏联、 加拿大沿用至今，日本为土地整治( 整备) 、台湾称为土地重划【1 1 。 各国学者从不同的角度对土地整理做出不同的定义，同时各国土地整理的任务 与研究内容的侧重点也有所区别。 前苏联土地整理的主要任务是调整土地关系、土地利用方式，不仅编制土地利 i 绪论 用保护方案，论证各项水利工程建设与投资计划，而且制定自然景观保护方案以及 土地复垦、中低产盱1 改造、防治水土流失土壤污染等技术。主要在土地调整、f 日块 整理、f f l1 1 j j 沟渠、防护林带及f f l 问道路等方面进行研究。 德困的土地整理工作在1 9 世纪主要是将分散、零碎的农地集中连片、易于机耕， 改善农业生产和劳动条件；2 0 世纪3 0 年代结合基础设施建设与公益事业展开；2 0 世纪9 0 年代土地整理更加综合，以自然资源和人文景观合理规划协调农业利益与自 然保护和景观保护集中于一体。在技术方面，德国巴伐利亚州已经建立土地整理信 息系统，将土地整理各种数据、图件和权属状况等资料储存于该系统。 荷兰国土面积小而且大部分国土处于海平面以下，正是由于完善的国家级水利 设施的兴建，才使国土远离海水淹没的危险。在2 0 世纪初，荷兰进行大规模的土地 整理，将土地整理与土地复垦与水资源的管理紧紧联系在一起，在2 0 世纪6 0 到7 0 年代，荷兰的土地整理工作成为农业结构调整、扩大用地面积的一种手段。在后期 土地整理逐渐将焦点集中于如何处理土地整理与土地景观、资源保护以及户外休闲 娱乐区域之问的关系。 同本国土面积小，其土地整理主要集中于土地的交换、填海造田、路、堤、沟 渠、畦畔、蓄水池的改造，耕地的登记。 澳大利亚土地整理的重点为开采矿产资源引起的土地复垦问题。将土地整理与 采矿冶金、地质水文、生态环境规划统一管理，而且与计算机技术相结合，重视科 研与工程施工的紧密结合。 我国是开展土地整理最早的国家之一，早在我国的殷周时期的井田制，以及后 来的屯田制，北魏时期的均田制可以视为土地整理的雏形【3 1 。到2 0 世纪5 0 年代主要 是对水、旱之间的插花地、飞地的整理，安排农林牧用地，调整渠道。1 9 5 8 年的全 国土壤普查基础上进一步实行人民公社化运动、平整土地、合并田块，兴建新村。 到9 0 年代后期，国家在新的土地管理法中明确提出鼓励与支持土地整理，对田、水、 路、林、村进行综合整治，提高耕地质量，加大有效利用面积，改善农田生产环境。 台湾地区开展土地整理工作也较早，将土地整理称为土地重划，主要包括田块大小、 形状、高程，改善交通、水利和其他环境条件，划定各区土地和利用的范围，鼓励 经营农产或产业农户成为农地经营大户，扩大规模。国土资源部将土地整理定义为 按照土地利用总体规划与城市规划所确定的目标和用途采取行政、经济、法律、工 程技术手段，对土地利用现状进行综合整治、调整改造，以提高土地利用率，改善 生产、生活条件与生态过程。 总之，土地整理工作的丌展主要集中在农地整理，解决农业生产中的土地利用问 题，改善农业用地环境，从而提高农业用地的利用率、产出率，维护景观、生态环 境的平衡。 4 华中农q k 人学坝i 研万生学位论文：皋十r s 、g i s - ：地格理的膨用w 究 1 3 2 地理信息系统发展历程 最早进行土地信息技术研究的固家是加拿大，1 9 6 0 年加拿大计划对全国农业土 地利用与丌发进行规划，这项工作的基础是收集比较全而的地图资料，对全国农业 用地的投资丌发效益进行评价。1 9 6 2 年加拿大政府的土地资源调查机构丌始地图数 字化试验，利用当时最先进的计算机设备和软件，丌发了世界上第一个地理信息系 统一加拿大土地信息系统。与此同时，美国的纽约州、明尼苏达州等地也研制了有 实用价值的土地资源信息管理系统，美国、加拿大、英国的一些大学早在2 0 世纪6 0 年代从研究角度开始了计算机制图与空间分析。到了2 0 世纪7 0 年代，国际上对于 空间信息科学开始组织学术交流、推广，各国政府也自行丌发了实用性针对性较强 的空间信息系统或计算机制图、公共设施管理系统。加拿大、荷兰、联邦德国、瑞 典、日本先后建立自己的土地信息系统。8 0 年代是空间信息系统在发达国家发展进 步较快的时代，在理论方法等方面也取得一定进步。2 0 世纪9 0 年代，国家级乃至全 球级的空间信息系统已成为公众关注的问题，主要研制与发展方向趋向于空间信息 分析的新模式、新方法、空问信息应用模型、三维与四维数据结构与模型、人工智 能和专家系统的引入、网络空间信息系统、虚拟现实系统与土地信息系统的结合。 早在2 0 世纪7 0 年代初，我国开始探讨计算机技术在测量、地理制图、遥感领 域应用研究。2 0 世纪8 0 年代，随着计算机技术在我国的推广和应用，包括土地信 息系统与地理信息系统在内的软件技术信息革命进入全面试验阶段。在理论探索、 规范探讨、试验技术、软件开发、系统建立、人才培养、专题试验方面都取得了实 质性进步，如建立1 ：1 0 0 万国土基本信息系统和全国土地信息系统、1 ：4 0 0 万全国 资源和环境信息系统、1 ：2 5 0 万水土保持信息系统等专题信息系统。 1 3 3 地理信息系统在土地管理中的应用 g i s 技术在土地管理中的应用较为广泛，目前主要集中于资源管理、地籍管理、 土地利用盖被变化( l u c c ) 、土地利用规划、土地资源评价、土地利用动态监测、 土地资源调查等方面。其基础功能是将一个研究区域的行政界线、地类图斑、交通、 水系、建设用地等基础地理信息及其属性信息、图表信息、文字信息、社会经济信 息等信息录入系统之中，将图形信息与其相应的属性信息结合便于双向查询。 许多学者结合土地管理的实际问题，利用g i s 技术的二次开发功能开发出针对 性较强的专项空问信息系统。国内外各个商业g i s 软件公司针对不同行业的特点进 行了专业性的开发，例如中地、超图、吉奥之星与e s r i 、m a p i n f o 、a u t o d e s k 等国内外大型商业软件公司利用组件式技术，允许用户在其丌发的平台下编写适用 于特定客户，解决特定问题的程序，此类技术已有广泛的应用。 g i s 结合特定的数学模型可以进行资源环境评价，此项技术广泛应用于农用地分 i 绪论 等定级、城镇土地定级、土地适宜性评价、土地利用环境影响评价等方面【5 1 。将不同 时期的遥感影像在g i s 下进行空间叠加分析，采取特定的模型，分析地表在不同时 间段的变化矩阵，完成土地利用盖被变化的研究，得出某一时间内土地利用的变化， 分析成因，找出解决对策与建议【7 】【8 】【9 】。 1 3 4 地理信息系统在土地整理中的应用 目前，有的学者将地理信息系统与区域土地整理规划结合，借助r s 技术、g i s 技术，选取坡度、地下水、土壤、地形地貌因子进行土地评价，完成中观尺度的区 域土地整理、土地复垦、宜农地开发的规划，确定区域的土地整理潜力与整理方向 【1 2 】【1 3 】【1 4 1 。 g i s 技术应用于土地整理工程的规划设计还处于尝试性的研究阶段。传统的规划 设计主要利用c a d 或g i s 技术进行二维的规划设计，只是简单的构造点、线、面文 件，没有实现各自的特点与功能。简单的二维土地利用规划在某些方面，特别是规 划成果立体感方面存在欠缺。 此外，一些学者已将g i s 技术与信息系统结合，把土地整理规划设计的基础数据、 规划成果，通过g i s 的二次开发建立特定的空间信息系统。系统界面美观、清晰易 懂，文件的输入、查询、检索、修改、输出快捷方便，部分系统还支持系统决策， 建立了土地整理规划设计信息系统，完成了空间规划数据的入库【1 5 】【1 6 】【1 7 】，但是其空 间分析功能、设计的专业性还存在不足。 还有学者利用d e m 尝试在土方计算中应用，在用块设计方面也有初步的尝试， 在d e m 的生成以及在土地整理中的应用精度研究较少，也没有阐述如何进行土地整 理的土方法调配【2 0 】 2 l 】，此类研究可以为规划设计的三维可视化和资源配置起到一定 的启示与指导作用。 g i s 与r s 结合，运用于土地整理工程的规划设计方面还存在欠缺，目前，还没 有学者将二者结合解决工程设计中的问题。 1 4 小结 本章主要阐述了本文研究的背景、研究目的与技术路线，其写作目的就是要明 确本文主要研究内容，待解决的问题，以及本文的研究价值。就国内外对土地整理、 地理信息系统研究现状以及地理信息系统在土地管理方面的应用等方面作简要的概 述，目的足通过阅读文献能够找出论文的切入点。 6 毕中农业人! 学帧i - 4 0 f j 生学位论义：綦fr s 、g i s 十地整理的j 趣用研究 2 相关技术与理论基础 2 1 土地整理基础理论概述 2 1 1 土地整理的含义 土地资源不仅是劳动工具也是重要的劳动对象，具有承载与养育的特性。土地 资源利用就是对土地的重新配置，土地整理属于其中的方式之一。 土地整理的英文有：l a n dr e a d j u s t m e n t 、l a n dr e a r r a n g e m e n t 、l a n dc o n s o l i d a t i o n ， 不同的国家对该词的称呼不同，但是其基本内容类似，都是通过对土地资源的重新 整合达到土地利用的经济效益、社会效益、生态效益的统一，改善土地利用环境条 件与生态景观建设，促进土地利用有序化、集约化，实现土地资源可持续利用。 土地整理的含义有广义与狭义之分。广义的土地整理为在一定区域内按照土地 利用规划、城市规划和相关规划所确定的目标和用途，采取行政、经济、法律和工 程手段对土地利用状况进行综合整治与改造，以提高土地利用率与产出率，改善生 产、生活条件和生态过程。从地域上可以涵盖城市与农村，实质为土地关系的调整 和土地的合理利用【2 】。狭义的土地整理主要指农地整理，主要以增加耕地面积与提高 耕地利用率、产出率为根本目的，按照土地利用总体规划的要求，对农田、水域、 道路、农田防护林网进行综合整治的措施和手段。它既包括农用地的结构内部调整， 也包括土地开发和复垦。 2 1 2 土地整理的特征 政府主导与投资多元化。政府行为在土地整理中起主导作用，由于土地整理中 涉及个人与集体利益关系，必须由政府出面加以协调，达到改善生产条件和生态环 境的目的。由于投资金额巨大，政府应为主要的财政支持来源。但是随着我国土地 整理的产业化深入，投资主体多元化的进程会加快。 工程复杂性与长期性。农地整理涉及经济、法律、自然、科学和技术等诸多领 域，需要不同的主管部门之间相互协调。施工完毕后，本着公平、公f 的原则对整 理后土地的权属进行调整与分配。 综合性与公平性。土地整理工程必须符合土地利用总体规划和城市规划，必须 全面考虑土地整理规划与其他规划的衔接性，也要处理好经济、社会、人口、环境 之间的关系。整个土地整理活动必须以生念文明为基础，处理好人地关系、代际公 平问题、土地利用的伦理问题。 7 2 相关技术j 理论堆础 2 1 3 土地整理的原则 协调性原则。土地整理的日玎提是符合土地利用总体舰划和城市规划，即土地整 理服从于土地利用规划，统一于土地利用规划，因为上地整理是土地利用规划的进 一步实施，两者目标是一致的。所以土地整理与其他舰划之问要协调，近期利益与 长远利益要协调，生态效益与经济效益要协调，个人利益与集体利益要协调。 合法性原则。土地整理涉及内容较多，每个环节都要符合国家的相关规定，主 要表现在整理对象的规模大，牵涉到的政府部门较多，要求符合的法律法规与相关 标准多。要采取行之有效的办法解决如土地置换、居民点整理、权属调整、土地平 整等问题，同时土地整理工作也要得到法律的保护，这点在土地管理法中有明确的 体现。 因地制宜原则。影响土地整理工程的因素较多，如地形因素、土壤因素等，不 同地区的土地整理目标、任务与侧重点也不同。在同一地区，受微地貌影响，规划 时注意的重点也不同，例如丘陵区土地整理田块的布设一般与等高线的方向一致， 采取“小弯曲直大弯就势”布设原则，田块规模相对较小；而平原区可以进行较大规 模的平整与合并以利于日后的机械化作业。所以不同地区的土地整理要不拘泥于形 式，应该与当地的具体实际结合，因地制宜，解决主要矛盾。 经济效益、社会效益、生态效益相统一的原则。自2 0 0 1 年起国家和地方政府投 入较多的资金用于土地整理工程，应合理安排资金的分配与利用；在项目申报之前 应对土地整理工程做深入的环境影响评价，设计阶段应考虑生态建设，施工后期应 将生态保护纳入后期的管护工作之中。只有三大效益达到统一才能保障土地整理工 作的可持续发展。 2 1 4 土地整理的理论基础 地域分异理论。由局部因素引起自然地理环境在小范围的地域分异规律，这些 局部因素包括地形地貌、岩性与土质、人类活动等。局部范围内的坡度、坡向等地 质地貌条件是环境分异的基础，它们从根本上影响植物分布和土壤分异，从土壤机 械组成、矿物质组成、p h 值等方面影响了土壤的性状。人类活动对地域分异作用也 较为明显，如土地整理活动就足人为改造地表自然形态的活动，人工选择的植物替 代自然生长的植物，也在一定程度影响其他生物的生存与发展。地域分异性使土地 整理需要解决的主要矛盾也不同，一些学者对我国不同区域土地整理宏观发展目标 与模式进行研究。 报酬递减规律。在一定条件下，由生产要素组合变动引起的，在技术条件不变 的情况下对土地的投入超过一定限度产生的效益递减现象。土地整理要考虑合理的 华中农q k 人学坝l ：研究生学化论义：皋于r s 、g i s 十地掺理的j 遁用研究 要素组合结构，对土地投入适中，通过人工改变环境的因素组合，适于作物生长， 获得高回报，同时证确把握土地利用集约度问题。 资源优化配置原则。土地资源有多种特性与多种用途，一个土地单元利用方式 可以有多个选择，即一物多征，一征多物】。土地资源的优化配置是不同土地利用 类别之间的交换，某一地类的增加与某一地类的减少挂钩，所以土地整理活动是实 现土地资源优化配置的方式之。首先，它增加了土地资源的数量。据报道，2 0 0 6 年我国通过土地整理复垦开发补充耕地为5 5 0 8 万亩，为我国保住1 8 亿亩的耕地提 供数量支撑【1 1 1 。无论是市地整理还是农地整理都以增加土地利用面积为目标，这也 是土地整理的目标之一。其次，提高了土地资源的质量，消除了土地利用的外部不 利因素，土地资源在空间与时间上实现结构调整与动态变化。 景观生态理论。景观理论强调人与自然的协调性，建立和谐的人地关系。按照 景观生态理论将某一区域自然环境组成分为廊道、基质、斑块，土地整理活动是人 工改变某一地域的土地景观，重新安排土地景观的过程。 土地供给理论。土地供给可以分为自然供给与经济供给，社会经济的发展，加 上土地面积的有限性，使土地的需求大于土地的自然供给。土地自然供给没有弹性 但是土地的经济供给具有弹性。土地整理对不利于土地利用的因素进行改良，如兴 修水利、改善灌排设计、平整土地等活动，提高土地的产出水平和土地的经济供给 水平。 可持续发展理论。无论是市地还是农地，土地资源的可持续利用已经成为学术 界研究的热点之一。可持续利用是一个复杂、综合的含义，土地资源的可持续利用 就是解决土地利用的系统性与外部性问题，重视单项效益，更要重视社会、生态、 经济效益形成的整体效益，实现土地资源资产化管理，按照资产属性去经营土地， 盘活存量土地资产，节约交易成本，实现土地资源的优化配置。土地整理要处理好 近期与远期效益的统一、经济效益与生态效益的统一、人类利用与生态平衡的统一。 2 1 5 土地整理的主要内容 土地整理包括市地整理与农地整理，其中农地整理是主要内容。 市地整理。充分挖掘城镇内部建成区内闲散土地，在用途上优化配置，全面提 高城市功能，改善城市环境。 农地整理。以增加耕地面积提高耕地质量为中心，对田、水、路、林、村进行 综合整治，包括农阳整治、农地改造、地块调整、利用结构调整、农村建设用地整 理和宜农地的丌发。 9 2 相关披术o j 理论屎础 2 2 数字地面模型与数字高程模型 2 2 1 数字地面模型 地球表面不是一个理想的平面，为更好地描述地表众多信息，1 9 5 8 年m i l l e r 和 l a f l a m m e 引入了数字地面模型的概念( d i 西t a lt e r r a i nm o d e l ，d t m ) ，提出将数字地面 模型用于公路设计。数字地面模型是对地表各种形态属性信息的数字描述，也是描 述地表空间分布特征和属性特征的数值阵列。地表的土地利用类型、地表覆盖度、 植被类型、土壤类型、气候类型、人口密度等信息都可以作为数字地面模型广义的 地表特征。 2 2 2 数字高程模型 数字地形模型是地球表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地 形属性特征的数字描述。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型 ( d i g i t a le l e v a t i o nm o d e l ，简称d e m ) 。简单的说就是将数字地面模型的特征指定为 地面的高程值，在原有的二位平面的基础上增加三维信息，便于对空间特征加以分 析提取坡度与坡向等信息，它是对实际地形的逼近，是地面的模拟与表达。 数字高程模型是地理信息系统中较为重要的空间信息，是以“3 s ”技术为核心的 空间信息技术的地形数据，目前我国已经完成了1 ：2 5 万地形图的建设。 2 2 3d e m 的模型分类 按照模型的结构形式，d e m 可以分为规则格网( g r i d ) 模型、不规则三角网 ( t r i a n g u l a t e di r r e g u l a rn e t w o r k t i n ) 模型、等高线模型。 规则格网模型通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。规则网格将 区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。数学上可以表示为 一个矩阵，在计算机中则是一个二维数组。每个格网单元或数组的一个元素利用一 系列在x 、y 方向上都是等间隔排列的地形点的高程z 表示。规则格网( g r i d ) 模 型易于表达，栅格数据结构的地理信息系统，容易计算等高线、坡度坡向、山坡阴 影和流域地形的自动提取。其结构简单，但数据的冗余性强，要通过一系列的数据 压缩方式进行存储。其压缩方式既有无损压缩例如游程编码、块码、哈夫曼编码等， 还存在有损压缩，如离散余弦变换( d i s c r e t ec o s i n e t r a n s f o r m a t i o n ，d c t ) 或小波变 换( w a v e l e tt r a n s f o r m a t i o n ) ；但对于复杂的地形结构和细部难以精确表达，为避免 这些问题，可采用附加地形特征数据，如地形特征点、山脊线、谷底线、断裂线等 方法。 i o f 仁中农业人学坝i j 研究生学位论文：皋十r s 、g i s _ f ：地掺理的膨用研究 不规则三角网模型，采用附加地形特征数据构成完整d e m ，它是按照特征采集 点，按照一定规则产生互不影响、互不重叠的三角形，形成t 。区域内有限点集 将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角而的顶点、边上或三角形 内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到。 不规则三角网高程三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点，或节点的位 置和密度，它的最大特点就足依据地表的变化程度采集样点，不仅要存储每个结点 的高程值，也要存储结点平面坐标值，建立拓扑关系，所以能较好地描述复杂地形， 但结构复杂不利于管理。一个简单的记录方式是：对于每一