充实发掘GPS测量与GIS技术在高效节水灌溉项目勘测设计建设中的作用

赖鹤元

（广西华地工程勘测设计有限公司，广西 南宁 530021）

1 项目简介

1.1 项目建设内容及目标

高效节水灌溉项目，主要是为项目区修建水利渠道、管道设施，通过土地整合，按行政村、自然屯、生产小组，实现地块以权属单位相对集中分布，方便取水用水管理，真正做到项目区农业生产高效、节水灌溉的目标。

1.2 项目区概况

2013年初，我公司有幸承担扶绥县龙头乡高效节水灌溉项目的测量与设计工作任务，时间紧，任务急，为做好该项目勘测设计工作，充分调动技术骨干，发挥新技术能力，按时保质保量提交勘测设计成果。

图1 项目区地图

项目区位于扶绥县龙头乡的北部，东经 107°54′54″～107°59′49″，北纬 22°41′46″～22°47′20″，主要涉及龙头乡的旧庄村、凤庄村、肖汉村和那塘村四个行政村。项目区沿左江左岸长条形分布，与龙头乡乡府所在地有一江之隔。

项目区内现状无高效农业。扶绥县以重点县建设为平台，将项目区发展为高效节水灌溉示范点，从而加快项目区及周边高效农业发展步伐。

通过实施重点县高效节水灌溉，利用有限的土地资源，通过土地流转或整合，打破糖料蔗生产发展“瓶颈”。提高蔗糖产业的竞争力，实现农民增收、企业增效、财政增长。项目区将实现“六统一”，统一品种、统一整地、统一播种、统一田管、统一采收、统一交售。实现规模化、现代化农业耕作模式，从而促进项目区农业增产。

高效节水灌溉是农业生产的一场革命。为了“确保粮食安全，增加农民收入”，促进项目区农业增产、农民增收、改善农村生态环境，为糖料蔗高效节水灌溉项目提供资金保障，通过中央财政补助扶绥县进行小型农田水利高效节水灌溉试点重点县建设是十分必要的。

1.3 GPS测量与GIS技术结合，在高效节水灌溉项目的应用

充实发掘GPS测量与GIS技术的潜能，将技术应用渗透到高效节水灌溉项目，勘测设计和施工服务环节，服务项目建设。

2 GPS测量，绘制项目区1∶2000地形图

2.1 控制测量

收集项目资料，用1∶1万影像图片基础上，预先设计在项目区均匀布设一定数量的首级控制点，实地踏勘、选点、埋设首级与图根控制桩。

技术设计书上明确说明，平面采用1980年西安坐标系，高斯－克吕格3度带投影坐标，高程采用1985国家高程基准。

按测量技术设计书上有关坐标系统要求，向当地测绘局购买项目区周边三个国家C级GPS控制起算点相应坐标成果。这三个C级控制起算点，联同项目区内均匀布设的首级控制桩，通过实施GPS静态观测外业，用相应GPS静态处理软件解算，由基线预剔除——基线处理设置——基线处理——闭合环搜索——自由平差——录入起算点已知坐标成果——约束平差，计算得到各首级静态控制点的相应坐标成果及WGS84到西安80坐标在项目区的转换七参数。

测区高程控制，以项目区周边广西C级测量控制网中的水准控制点作为起算点，通过静态观测作业，结合似大地水准面模型，采用GPS拟合高程求得。

利用RTK技术，通过静态解算项目区转换七参数，设置好基准站、移动站，通过三脚架和基座对中，多次测取坐标求平均值的方法，获取项目区各个图根控制点的坐标成果。

2.2 碎部测量

根据各作业小组人员安排及项目区自然地物分界情况，在1∶1万影像图片基础上，划分出各作业区域，并合理明确分配给各作业小组，正式启动项目区地形碎部点外业采集测量工作。外业完成后，各作业小组及时整理内业工作，将各自的成果图汇总，接边，按工期要求，及时完成项目区1∶2000地形图测量任务。

2.3 土地整合区域，1∶1000地块分界图测量

为实施土地整合工作，建立地块地理信息数据库，须针对土地整合区域，进行大比例尺地块分界图测量。

针对于土地整合区域大比例尺地块分界图，为构建基础数据框架需要与方便，必须严格检查各地块闭合情况。

3 针对于设计要求，水利设施工程测量

3.1 工程测量作业方法

在实施测量前，与项目设计人员充分交流，技术沟通，明确测量与设计的侧重点。为规划设计工程量计算提供科学的现状数据。

坝区地形测量严格遵循《水利水电工程测量规范》（SL 197－97）中对各项限差的规定，地形图的图式必须符合《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图图式》（GB/T 7929－1995）的规定。利用 RTK进行野外数据采集，采用草图与代码结合的方法作业，经内业处理后再把绘制好的地形图拿到现场校对，发现问题及时改正，有效地避免了漏测、绘错等现象的发生。

3.2 断面布设方法

布设断面河段两端断面应基本能代表本河段的平均情况，相邻断面形状、河段底坡、糙率大至相同，无急剧变化；为保证回水计算的精度，断面间距不宜太大，一般为0.5～0.8 km左右，库尾端适当加密，坝址、厂房以及拟设水位站处（设两组水尺）应布设断面，沿河两岸较大村庄附近也应布设断面；河中有挡水建筑物、急滩、大弯道或较大支流汇入时，应在挡水建筑物、急滩、大弯道或较大支流汇入口附近上、下游布设断面；断面应与河道主流垂直；断面位置确定后，分别在两岸埋设永久性断面端点桩两个，并写上编号并测量平面坐标和高程，以便今后监测，桩位坐标测量采用RTK测量方法施测。水边点高程、起点距及测量范围内标志性建筑物高程亦应测出。

3.3 横、纵断面测量注意事项

横断面测量要求岸上部分断面测量测点的布设应视地形变化而定，其疏密程度以能控制地形转折变化为准则。水边点高程、起点距及测量范围内标志性建筑物高程亦应测出。断面水下部分测量测点的数量和分布视水面宽和水下地形变化而定，以能准确反映横断面地形变化情况为原则。在主槽、陡岸及水深变化较大处，应适当加密测点，河底最深点必须测出。

纵断面测量河道纵断面测量要求以能够真实反映河道纵向地形变化情况为原则。除横断面位置外，遇深潭、河滩处应增加测点。河中的挡水建筑物应标出高程。

同时水面线测量分析沿程河道糙率及河段水面比降，需在干流河段及各支流河段上测一条同时水面线及相应流量。各测点施测时间应保证同时，以确保同时水面线的精度。弯道、急滩等水位变幅较大的地方应加密测点。坝址和厂房附近要求每隔100 m左右布置一个测点，并保证坝址、厂房及拟设水位站水尺处断面均有测点。

4 GPS测量与GIS技术相结合，建立地块地理信息数据库，为土地整合服务

4.1 土地整合工作概述

扶绥县在推进高效节水灌溉项目中，遇到一个困难是：实行农村土地家庭承包后，土地分别属于各家各户，地块分散、大小不一、高低交错，既不利于网管的铺设，也不利于今后灌溉系统的管护和维修。如果不对土地进行重新整合，通过改造、归并和再划分，实现小块并大块、三角变方块、零散成集中，不仅糖料蔗高效节水灌溉工程难以推进，还严重影响农业生产方式的转变，阻碍传统农业的改造和现代农业的发展。

土地整合，毕竟是涉及到老百姓各家各户的土地这项根本权益的变更，组织开展工作必须引起足够的重视。要一方面做好相关宣传工作，另一方面还要充实调动群众积极性和发挥党的组织领导策划能力，再一方面，更要科学合理利用勘测数据作为土地整合实施依据，构建统一的科学的作业思路，并贯彻执行工作始末。土地整合后，保证各家土地在整合前后，总面积不变、土地质量基本相近，水利、道路设施分布均匀。

4.2 建立地块地理信息数据库，服务土地整合

在详细了解了项目区土地整合大背景的情况下，实施开展工作，推荐使用建立土地管理数据库的方法。

4.2.1 外业1∶1000地块测量与地块属性信息调查

调查方式：①在需要做土地整合的区域，有针对性地实施田地分块详细地形地亩图测量；②针对土地整合区域，按行政村、自然屯各生产小组为单位，拿着地块分划图纸实施现场地块调查。调查内容包括：地块权属人姓名、所属村、屯、组。

图2 实际测量图片

4.2.2 内业检查整理

整理方式：①检查土地整合区域内，各地块是否都已经闭合；②为闭合各地块，按从上到下、自左到右依次编号，用地块编号作为地块属性信息入库的唯一识别码（主键）。

4.2.3 构建土地管理数据库的数据结构框架

结构框架：①局部保存土地整合区域，实测得到的地形地块分界CAD图；②过滤掉高程点等一些无关地块边界轮廓的图层；③CAD地块底图，转换成MapGIS点、线文件，并拓朴重建，得到区；④确定各地块字段名称、数据类型、字节长度，编辑重建得到的区文件。

4.2.4 依据外业属性调查的结果，在区文件相关的属性字段里，录入对应的信息

外业属性调查，以生产小组为单位开展，好处不仅仅在于可以专人联系生产小组长，信息调查工作由专人负责到底，不容易疏漏，而且这样有助于内业属性录入工作，以生产小组为单位，有不少属性信息是相同的，所以能够利用事先编辑好的图例板，各个生产小组都刷各自的图例板信息数据，减少手工录入的工作量，提高工作效率。对于各生产小组的地块与地块之间，诸如“地块权属人姓名”等内容不同的字段，只有按部就班依据外业实地调查结果手工录入。

4.2.5 “地块亩数”字段的形成

基于我们对土地整合区域进行大比例尺地形图实地测量的成果，在CAD成果图中，每个地块的面积是容易查询得到的，单位是平方米。构建数据区文件的结构框架过程中，对于区文件的区图元来说，“ID 号”、“周长”、“面积”是每一个区图元的固有属性，不能用户自行编辑更改，每个地块的面积，在数据格式转换前后，依然保留同样的地块面积，单位还是平方米。新建一个字段“地块亩数”，根据面积单位“亩”与“平方米”之间的转换关系，设置字段“地块亩数”与固有字段“面积”的转换公式，确定生成“地块亩数”。

图3 属性结构截图

4.2.6 科学检查，及时修正，杜绝地块属性成果存在错误、重复、遗漏的情况

字段属性信息录入完成后，检查各字段内容有无空白，检查地块编号的排序与个数，是否与实际地块数或区图元个数相吻合，并利用属性输出表格的方式，逐一排查、修正错、重、漏。

4.2.7 按具体需要，导出地块若干属性，直接显示在地块内

为了一目了然显示地块属性信息，将重要的若干个字段属性信息，直接在地块内整齐简洁显示出来。最好能分图层、分颜色显示不同的字段。作为唯一识别属性码的“地块编号”，自然要首先列入地块信息显示字段的范围，其它字段比如“地块权属人姓名”、“地块亩数”等重要属性信息，依需要显示。

4.2.8 地块信息数据库维护管理

对于土地整合区域的全部地块，其各项字段属性信息集合，放到区文件里，就是一个小型土地管理数据库。在该数据库中，可以依条件查询各地块信息，可以增加、删除地块信息记录。实时维护、更新该数据库的信息，确保数据库内容与实地一致。按需要，也为日常使用、查询方便，将各地块所有字段信息，输出成表格，依相关制度对外提供使用。

图4 地块属性信息截图

4.2.9 充分利用建成的数据库平台，解决土地整合过程中遇到的实际问题

建立数据库平台，就是为了方便开展土地整合的前期方案统筹和方案思路设计，通过土地整合，迫切希望解决以下问题：①调整插花地，整合成各村、各屯、各生产小组权属连片区；②各村、各屯、各生产小组权属连片区内，又进行各农户田地小块并大块；③依据各农户地块统计信息及地块空间分布，设计完善的整合后效果图，尽量合理美观。

传统的农村自发组织土地整合工作，前期数据获取方式过于落后，用皮尺甚至长竹竿丈量地块的长、宽边长，计算地块面积。如果地块不是标准的长方形、三角形，而是直线多边形、弧线多边长、甚至于各种不规则图形，那么，农户代表们用于丈量边长和计算面积的方法，从结果精度上，都难以保证。

相比之下，建立于GPS测量的地形图基础上的地块地理信息管理数据库，不仅能在面积计算的方法上更加科学，而且在面积计算的效率和精度上更有保证，最最重要的是还特别直观，不管是从宏观工作思路设计，还是从详细解决方案看，都一目了然。地块地理信息数据库，对于开展实施土地整合工作，解决实际问题，帮助特别大。

5 结束语

科技是第一生产力，充分发掘专业技术在实际生产劳动过程的应用，提高工作效率，提高产能。GPS地形图测量与GIS技术相结合，在该高效节水灌溉项目勘测与建设中，发挥出举足轻重的作用。

扶绥县龙头乡项目，以实施糖料蔗高效节水灌溉工程推进土地整合，切入点是农业生产技术创新，引发出来的是农业生产方式转变，收到的是农业生产关系变革和农业生产力提高的双重效果，糖料蔗生产实现了“一确保、二减少、三推动、四增加、五促进”的喜人局面。“一确保”：“小块并大块”土地整合模式确保土地经营权牢牢掌握在农民手中，更加有利于高效节水灌溉工程的实施，推动现代农业的可持续发展。“二减少”：减少用工量和减少生产成本。“三推动”：推动机械化耕作、规模化经营和专业化生产。“四增加”：增加面积、增加产量、增加收入和增加效益。“五促进”：促进农业现代化加快发展，促进工业反哺农业新机制的形成，促进农业基础设施不断完善，促进农业生产组织化水平提高，促进农村社会和谐发展。

经过该项目技术实践，由GPS测量绘制成图，建立地块地理信息数据库技术，还可推广到征地项目、地籍调查建库项目等与权属、位置相关的实际工作中去，将测绘与地理信息技术应用推广到社会更多领域。

[1]吴信才.MapGIS地理信息系统[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]潘正风，杨正尧.数字测图原理与方法[M].武汉：武汉大学出版社，2004.