基于3S技术的土地综合整治规划应用——以三江侗族自治县泗联村为例

吴丽琴，肖 智，张智丽

（南宁师范大学自然资源与测绘学院，广西南宁 530001）

土地是人类赖以生存和发展的物质基础。土地整治是指借助一系列工程、生物等措施对田、水、路、林、村综合治理，以提高土地的利用效率；是土地整理、开发及复垦的统称，具体内容包括农用地整治、城镇工矿用地整治、农村建设用地整治、未利用地开发和土地复垦［1］。土地综合治理可以实现田成方、路相通、渠相连，小块的陡坡地变成大片的田地［2］，是土地合理利用和永续利用不可或缺的重要手段和内在要求［3］。土地整治是守住我国耕地红线的根本，是维护我国粮食安全的基本保障［4］，也是实现耕地占补平衡的一条路径［5］。我国的土地整治起步相对较晚，大致经历了初始发育阶段、数量潜力挖掘阶段、数量与质量并重阶段和综合发展阶段［6］。

范梦娜结合RS、GPS 和GIS 系统各自的特点，在分析土地整治背景及发展趋势的前提下，构建的基于3S技术监测监管系统为土地整治项目的可行性研究、规划设计、实施验收和后续管理提供了技术支持［7］；张一萍利用3S 技术探索构建了耕地定级方法体系，为耕地定级成果在永久基本农田划定等实际工作中的应用提供了重要依据［8］;席春芳提出3S 技术可以为全域土地综合整治提供有力的技术支持［9］；梁俊红，高小勇和念沛豪运用RS 技术获取了宜城市土地信息，利用GIS 技术构建了宜城市土地整治生态评价指标体系［10］。“3S”集成技术可应用于土地资源调查与评价［11-13］、土地复垦与生态修复［14-15］、土地勘测定界［16-18］、未利用地开发等领域，为土地整治动态监测工作提供技术支持［19］。3S 技术能保证土地整治项目的规划、实施、监管等各阶段的工作成效，提升土地整治建设和土地管理效能［20］；能有效提升土地资源利用效益，促使土地资源管理规范化，助推社会现代化发展［21］。

一、研究区概况

三江侗族自治县位于广西壮族自治区北部，隶属广西壮族自治区柳州市，属于亚热带湿润气候区，境内植被茂盛，江河密布。泗联村位于三江侗族自治县县城南部，地形复杂，地貌多样，以丘陵低山为主，平原面积相对较少［22］。土壤以河流冲积物为主，稻田的土壤类型主要是淹育水稻土，旱地的土壤类型主要为红壤，随着山地海拔的不同，分为红壤地带、黄红壤地带、黄壤地带［23］。土体肥厚，营养价值高，有机质含量高。植被多为灌木和草地。本文以泗联村作为研究区，其土地综合整治规划项目面积34.2851 hm2。

二、研究区数据处理

（一）数据来源

数据分为影像数据与文本数据。影像数据是指运用无人机航拍技术获取研究区的影像图，以及利用GNSS-RTK 技术为内业处理正射影像数据提供的像控点坐标等数据；文本数据是指通过实地调查研究区获取的数据，还有当地部门提供的有关资料，如第三次全国国土调查数据（以下简称“三调数据”）、水文信息、耕地面积、林地面积、沟渠分布、道路信息等。

（二）数据预处理

在获取初始影像图后，通过空三加密和图像校正得到正射影像图，再结合GIS 空间叠加技术，得到符合要求并带规划范围线的正射影像图。另外，土地利用现状图是由GIS 从三调数据库中叠加、提取生成。

1.基于GNSS-RTK的数据预处理

为了弥补无人机航拍目标被遮挡的问题，采用GNSS-RTK 技术补测了地物，特别是三调数据未能反映的新增地物，并详细记录了各类地物的土地利用变化信息。GNSS-RTK数据预处理需要转换坐标。测量采用的是WGS84 坐标系，需要将GNSS-RTK 补测的地物数据坐标转换为2000 国家大地坐标系。正射影像图高程采用的是1985高程基准。

2.基于RS的正射影像图与地形图制作

根据GNSS-RTK 测量的像控点三维坐标和航拍图片制作正射影像图。结合初步确定的影像范围，通过无人机实地测量获取初始遥感影像，然后利用ENVI 软件进行图像配准和几何校正，以获取研究区正射影像图。初始获得的无人机影像数据需要经过几何纠正和高程纠正。几何纠正是指给影像加上地理坐标（本研究案例的平面坐标系统采用2000国家大地坐标系），高程纠正是指通过已测的高程点信息和数字高程模型纠正因地形起伏而引起的影像变形。高程纠正结合几何纠正被称为正射影像纠正，采用此方法可得到研究区的正射影像图。

3.基于GIS土地利用现状图生成

土地利用现状图采用ArcGis 软件叠加三调数据库生成。土地利用现状分析主要是针对研究区整治前的土地现状的分析，内容包括土地利用类型、土地利用面积、土地利用变化等。根据土地利用现状图，可确定研究区的规划范围，利用GIS软件统计土地信息数据，在弹出的“统计”对话框中的“统计字段”选择“面积”，“分组字段”选择“地类”，即可得到研究区土地利用面积统计表（见表1）。

研究区土地利用现状为茶园、果园、林地、其他林地、其他草地、灌木林地，其中茶园面积较小，而灌木林地面积最大。研究区的村道已规划，以混凝土路为主，路况较佳，道路特性见表2。

表2 研究区道路特性

三、研究区土地综合整治方案规划编制

（一）土地平整工程设计

1.土地平整工程土方量计算

研究区地势起伏较大，局部地段需要土地平整，包括地块客土回填、犁底层设计和地力培肥，以提高耕地质量和农作物的耕种条件。在土地平整工程中，精确计算土方量有利于合理安排工程进度。利用GIS软件计算土地平整的土方量能提高工作效率和质量。首先打开栅格图像，然后将研究区的高程数据和地况数据生成不规则三角网模型（TIN），注意格式为Shape格式，再选择Cut fill命令计算土方量。

2.梯田工程设计

根据研究区地形、坡度、水源走向等特点，该区大部分地块适合改造为梯形。梯田改造要以防止水土流失为前提，针对不同的地面坡度设计不同尺寸的梯田。田坎高度控制在1.5 m以内，特殊地段不得超过2 m。梯田的断面尺寸见表3。

表3 研究区梯田断面尺寸

坡改梯需要计算土方量，可利用GIS 软件计算，结果如表4所示。

表4 研究区土地平整的土方量

（二）灌溉输水工程设计

1.管道设计

灌溉输水遵循就近原则，尽可能选择占用农田少的方案。根据现场调查发现，研究区山脚下有一处水源点，因其地势较低，不能自然灌溉。因此，可在水源点修建一座抽水泵站，利用泵站及输水管道将水输送至梯田顶端灌溉水田。

2.渠道设计

研究区地势东高西低，地块范围大，通过输水管道输上去的水只能灌溉部分水田，为此要设计一条渠道，把水运输到远处的水田，总体模式为“渠—田—沟—田—渠”。考虑水田区域的大小，需要计算灌溉所需的用水量。因渠道主要受到水的压力以及渠墙的重力，所以田间灌溉渠道采用矩形断面结构。

（三）人行步梯工程设计

研究区地块内部有部分生产道路，但数量较少，通达度不高，因此要设计一条从东到西的人行步梯，贯穿整个地块。人行步梯以人力畜力通行为主，对路面强度要求不高。

（四）规划设计成果分析

研究区通过实施“土地综合整治规划”项目，并根据当地社会经济综合发展情况，开发整理后的旱地可以种植玉米、水田可以种植水稻。其土地利用结构见表5。

表5 开发整理后的土地利用结构

研究区通过实施土地平整、水利修缮、道路扩宽等工程，改善了土地耕种条件，增加了耕地面积，提高了耕地质量，基本实现了耕地占补平衡。土地平整工程解决了表层土壤贫瘠、作物长势不佳、粮食产量低、水土肥料流失等问题，提高了粮食产量。灌溉输水工程为水田提供稳定的水源，避免出现旱季缺水的情况。人形步梯的设计为农户耕作、粮食运输和肥料运输提供了交通便利。

四、结论与展望

3S 技术对土地综合整治规划起到了很大的推动作用：一是提升了土地整治规划工作和土地资源管理的效率；二是解决了土地信息难以获取与管理的问题，为土地综合整治规划工作的组织、分析、规划设计、管理、储存提供了思路。未来土地综合整治规划在3S 技术的支持下将会得到更迅速、稳定的发展。

3S 技术的广泛运用以及在各个领域的成功实践，为我国生态环境保护、土地整治、社会经济建设与发展、灾害监测等领域提供了有力的技术支持。3S 技术与多学科的融合必将释放更大的潜力，推动空间信息产业的发展；深化3S技术应用与改革，成为土地综合整治规划的技术支撑，并延伸到土地资源利用与管理［24］和精准农业领域［25］的应用。