上海土地整治智能化技术及其发展方向探讨

龙 腾

（上海市建设用地和土地整理事务中心，上海 200003）

智慧农业是我国农业发展的必然趋势，也是实现农业现代化的必然选择[1]。过去认为农业机械化是农业现代化的重要内容和标志之一[2]。随着认识的深化，农业智慧化才是现在及未来一段时间内农业现代化的重要内容和标准之一。智慧化具有两大特征：一是与互联网的高度交互，物联网的应用便于人们生产生活；二是机械化、组装化、自动化、智能化，机器具有一定的智能，能够代替重复性操作的劳动。发展智能化土地整治技术、装备是提升全行业自动化和信息化能力的客观要求，为农田基础设施建设提供更好服务，有力支撑国家治理体系和治理能力现代化。因此，探究土地整治智能化的发展方向对推进相关产业发展和学术研究具有重要意义。

1 管理信息化及存在的问题

1.1 发展现状

自从20世纪90年代地理信息产业在国内兴起以后，国土资源信息化工程开始酝酿并实施[3]。从数字城市到智慧城市，从数字国土到智慧国土，各地在智能化管理平台上成效显著[4-5]。目前各地的土地整治监管平台由移动采集系统、实时监管系统和数据中心三部分组成，利用网络和3S（RS、GIS、GPS）技术，构建“天上看、地上查、网上管”一体化技术体系。

纵向来看，在国家层面，国土资源部建立了国土资源一张图平台，并通过构建农村土地整治监测监管系统、城乡建设用地增减挂钩在线监管系统等实现国家与各省（自治区、直辖市）的土地整治统筹管理。在省级层面，各省土地整治信息化建设则各有特色。宁夏开发了土地整治项目管理信息系统，开创了国内土地整治项目信息化管理的新模式[6]。上海则将土地整理复垦开发审批系统嵌套在规划国土资源信息化平台中，构筑了市局—区局—乡镇管理所三级管理架构，主要目的在于方便行政办公[7]。浙江开发了土地整治动态巡查系统，实现网络实时记录监控巡查项目的各项情况。

横向来看，各部门开始基于土地整治信息化解决管理碎片化的难题。江苏省于2015年起开发了江苏省高标准农田项目管理信息系统，国土部门牵头，发改、农业等部门协作，基于该系统推进实现全省高标准农田统一上图入库。2017年国土资源部等5部委基于该实践经验联合发文，要求在全国范围内开展高标准农田上图入库工作。

1.2 存在问题

土地整治信息信息化尚存在三大问题：一是信息化管理偏重于行政审批应用，辅助决策咨询功能偏弱，有大量的决策统计来源于传统的一层一层人力上报。如果能凭借信息系统智能化制图制表，将极大地提升统计数字的真实性、减少人力资本投入。二是在新时代下，土地修复等新任务的出现，给信息化工作提出了新的要求，要在污染土壤管控、环境监测等方面予以管理，提升土壤环境监测能力。三是公共管理碎片化造成信息孤岛。上文提出的多部委合作正是整体性治理的体现，而整体性治理力图整合多元公共资源，在技术上必须要得到信息技术的有力支撑[8]。从高标准农田上图入库工作进一步拓展，涉及多部门管理的设施农用地、耕地质量监测、复垦污染土地等数据均可统一上图入库，以信息技术为治理工具，为服务对象提供无缝隙且非分离的整体型服务的政府治理图式[9]，促进国家治理能力现代化。

2 工程智能化的必要性

2.1 建筑工人老龄化

我国人口老龄化现象正在日益严峻，劳动力人口中的老年劳动力所占比重也日益上升，自2010年以来，农民工总量增速持续回落，青壮年劳动力比例持续下降[10]。土地整治施工和种植行业仍然是劳动密集型产业，从业人员的准入门槛较低，劳动力老龄化现象尤为突出。在上海市松江区新浜镇土地整治项目区调研发现，该区域内的施工工人年龄均在45岁以上，而上海市的从业农民一般年龄都在50岁以上。城乡二元的社会制度、高强度的工作环境、对建筑和农业工作的传统认知等原因，使得进入该行业的年轻人越来越少。因此，在土地整治业，必须加快机械化、自动化、智能化，大力推广新型材料和新的施工工艺。

2.2 智能化的发展

人类进入20世纪以后，大规模的农业机械化极大地解放了农业生产力。中国由于“人口红利”、人工成本低廉的价格优势，农田基础设施方面的施工行业、种植行业尚未实现机械化。而近些年兴起的自动化和人工智能，机器人的“出世”开始解放工业制造业的生产力，减少人工投入、提高生产质量和效益，但机器人尚未在建筑业开始推广。

3D打印等新技术，也愈发地让人感受世界的日新月异。

信息技术和产业的发展，加快了计算机等硬件的更新换代，人工智能更是将这种竞争推向了一个新的高潮。在环卫行业，机械化解放了一半劳动力[11]；无人机在农业的喷洒农药应用，使得每亩的喷洒时间由一天缩短至几十分钟，而一次花费成本低至20多元[12]。而人工智能则可能使得这些重复性的劳动力岗位基本被电脑所取代。发展人工智能已经明确作为国家战略，如果不及时抓住新机遇，那么中国土地整治的新技术和装备将可能错过一次弯道超车的机会。

如果要用推拉理论来解释，那么建筑工人老龄化是推力，智能化的发展则是拉力，一推一拉使得土地整治向更高阶段发展。从马克思主义哲学视角来看，生产力决定生产关系，而科学技术是第一生产力，新的科学技术替换旧的科学技术符合社会发展的规律，但同时它也将改变原有的社会关系，使其更加适应新的经济社会发展需求。

3 上海现有的工程智能化先进技术与装备

现阶段，土地整治工程仍然以非绿色、人工施工为主，智能化正在土地整治工程生态、节能等方面延伸，绿色建筑、构筑将用到更多的机械化建造手段，例如装配式基础设施、节能改造、废旧建材资源化利用等。上海作为国际大都市，在人均GDP达到中等发达国家收入水平、人口资源环境紧约束的背景下，土地整治应用智能化先进技术与装备的代表性和典型性较强，故以上海为例对已应用的先进技术与装备做了深入的分析。

3.1 装配式建筑物、构筑物

上海市崇明区三星镇土地整治项目区使用装配式分水井，以厂家预制、现场拼装的形式，井身按照设计图纸尺寸开模具定制加工生产。装配式分水井分上、下两节，下节井预留主管道接头，上节井预留支管街头，并配套闸门、启闭器、安全盖板。成品井预制完成后运至现场吊装，与主管、支管连接就位后，对上下两节井接缝砂浆抹平、收光处理，最后安装闸门、启闭器、盖板。三星镇还装配式地建造了农业仓库。未来，装配式建造方法还可以在土地整治工程中的桥梁、道路等使用。

3.2 废旧建材资源化利用

上海市松江区新浜镇土地整治项目坚持“低碳建设”理念，使用景观构造法、骨料加工法等，利用农村宅基地上的农房拆卸下的门板、青砖搭建亲水平台、步道等；利用少量农民搬迁剩下的水缸、陶瓷品、马桶、桌椅等物品，进行乡村艺术再造。但这种利用依然是局部的、少量的、以人工拆卸和组装为主的。2016年上海建立建筑废弃混凝土循环利用中心，将混凝土建筑垃圾由破碎生产线和砌块生产线简单加工，变成再次利用的砂石和砖块。由于土地整治涉及村、厂，在生态文明建设的背景下，建筑垃圾资源化利用是必然方向，甚至还可以用做装配式建筑材料。

3.3 沟渠一体化成型技术与装备

上海市嘉定区外冈镇土地整治项目采用灌排合一的沟渠，侧板和底板使用5cm C30钢筋混凝土，利用10cm C30砼压顶，整体内含冷拔钢筋15根，使用一体化成型设备一次成型。项目中同时使用插板式和一体成型两种沟渠，经实施过程和实施后现场比对，发现机械化一体成型工艺的沟渠质量普遍要优于插板式沟渠，结头上缝隙少、损坏面小。而传统的人工插板式沟渠存在以下缺点，一是沟墙模板与两侧土方密实度差，机械耕种产生侧压力挤垮排水沟墙；二是沟墙模板连接处易损坏、缝隙大，灌溉排水容易回渗，输水效率低；三是难以手工震捣现浇，只能用小型振捣棒，容易产生不均。

3.4 自动化灌溉方式

在上海市金山区廊下镇土地整治项目区，在水果、蔬菜等大棚内，采用滴灌、喷灌等先进灌溉方式，建设并启用自动化管理系统。自动化管理系统可以对滴灌、喷灌实行无人操作，在中央控制室监控各水利设施的运行情况，滴灌、喷灌的泵站全部采用自动化控制。它不仅满足了高效、现代农业的需求，还降低了化肥和农药用量、减少环境污染，有利于土壤改良和作物生长[13]。而新浜镇土地整治项目还采购了太阳能泵站，实现自动灌水。

4 上海土地整治的智能化技术发展方向

4.1 大数据与互联网+技术

一是，在土地整治规划、工程设计等方面应用大数据技术。从大数据给城市规划带来的正面影响来看[14]，大数据能给土地整治规划提供海量数据分析、公众参与等新规划手段。而海量数据（如土壤与地下水检测数据、地质分层情况等）为工程模型和设计的优化提供了参考依据。二是，大数据可为郊野公园等运营管理提供新的数据思维和理念，以手机行令、社交网络等工具监测人流量、生物量等，实现实时动态过程评估。三是，应用互联网+技术，让农作物种植、土壤检测监测与互联网平台农作物购买、信息公开相结合，提升食品安全管理水平。

4.2 调查技术

虽然全国第二次土地调查、部分省市的土地整治项目调查和地籍更新均使用了3S技术、无人机等，但目前的调查停留在土地数量核查、用途辨别等方面，对土壤微生物、动植物等缺乏进一步的调查与了解。随着土壤污染治理问题的日益重视，未来将提高对耕地质量有效感知、快速获取与精准识别的能力，研发基于不同平台和频率的电磁感应探测技术与装备[15]。

4.3 自动化施工装备与技术

一是，劳动力的减少使得发展自动化施工技术成为必然方向。以传统人力为主的一些施工技术将退出市场，沟渠、道路一体化成型设备的出现将彻底改变农田水利等行业的面貌。二是，机器人的快速发展，未来将出现无人施工技术。无人汽车等众多行业的发展，正在显现人工智能的强大生命力。无人施工是指尚需少量人力操纵机器，通过设定施工工序和施工路线，实现机器自动化作业。三是，以BIM模型为基础探索建立应用BIM施工管理系统，多维度优化整体施工流程进度、控制成本，从而提升施工现场的管理和监督水平。

4.4 工程集成技术

集成是创新的一种重要形式，未来的工程集成技术将成为土地整治创新发展的主要趋势之一。一是节能技术集成应用于土地整治工程，例如上海市土地整理中心在松江新浜所做的实验，将太阳能泵站应用到土地整治工程中，未来还可以有更多的节能技术与土地整治相结合，如建设搬迁农民住宅、泵站、农业仓库等绿色节能建筑。二是农林水复合集成技术。为治理农业面源污染、改善区域生态环境，将生态学的原理与方法应用于土地整治工程中，构建农田生态复合系统，探索区片农田稻湿轮耕技术。

4.5 智能化平台技术

信息化管理平台：加强土地整治信息化建设的顶层设计，注重土地整治数据的集成沉淀和运用，服务土地整治管理，提升科学决策水平。建设基于国土资源一张图平台的土地整治数据综合分析处理系统，实现与国土资源部土地整治多个系统的无缝对接，着重建立移动终端管理、查询统计、自动比对、监管预警等模块。

智能化监管平台：未来还将提高土地调查监测数据自动采集提取、安全传输汇集、远程操控核实、实时更新入库和数据综合分析应用的能力，基于低效建设用地复垦和中低产田改造智能化调度建设占用耕地的土壤，构建全域、全要素、全生命周期的土地生态监测网络和监管平台。

农业种植自动化平台：进一步结合传感设备、通信语音系统、自动化管理系统等，与灌溉排水工程、后期种植和施肥管理结合，为土地使用方提供更高效、高智能的土地整治服务。

5 结束语

世界上大多数发达国家在20世纪60年代先后实现了农业机械化，而我国在改革开放后农业机械化也取得了长足的进展[16]。但也看到：一方面管理信息化尚不能满足决策咨询及新管理工作任务的需求。另一方面，我国自主的土地整治专业化工程装备研发方面仍处于起步阶段，面临着日益激烈的国际技术竞争，存在严重危机[17]。整体来看土地整治行业智能化程度较低，面对新时期人工智能的深度创新，上海作为中国改革开放的排头兵与先进者以及国家科技创新中心，必须参与到智能化的竞争中，加快土地整治关键技术研究与储备、提升相关机械与装备制造的引入创新能力亦是题中应有之义，并加强推广应用。