三维GIS在农村土地整治中的应用

陈国强

（贵州省第三测绘院 贵州贵阳 550000）

1 引言

人类生存与发展的物质基础之一，就是土地资源。以保证耕地数量的动态平衡，推动农田基础设施建设为目的，我国各级政府积极推动农村土地整治工作。因为空间信息技术的发展与成熟，三维GIS技术被越来越多的应用与农村土地整治的工作中。农村土地整治是区域规划的重要组成部分，同时也是建设社会主义新农村的重要工作内容之一。农村土地整治工作的科学有效对于区域土地使用规划具有无与伦比的意义。如何科学开展农村土地整治是土地整治工作的一个重要课题，而随着遥感技术日益成熟，基于遥感技术的三维GIS在农村土地整治中的作用日益明显。通过地理信息技术处理的土地利用图是决策者进行科学有效的土地利用与规划决策的重要依据，同时还能够是地图的绘制工作更具效率。

2 三维GIS的构建

通过计算机软件和硬件以及网络支持，预处理、输入、存储、查询、检索、处理、分析、显示、更新和提供与空间数据有关的应用程序，并且能够在不同用户和终端之间传递地理信息，这样的系统叫做GIS地理信息系统。而使用三维数据描述地理对象，即所有对象都由三维坐标（x，Y，Z或纬度，经度和高程）来表示。除了可以在视觉上再现真实3D场景之外，三维GIS还能够将规划结果通过虚拟3D场景呈现出来，帮助决策者与其他方案进行对比。同时，三维GIS技术还有更为重要的作用，那就是进行空间分析，能够为管理，规划和决策提供数据分析的科学依据。

2.1 真实场景数据准备

2.1.1 DEM和DOM的构建

DEM是构建三维可视化场景的重要基础数据，也是生成DOM数据的基础。因此，生成高精度的DEM，即创建由特定区域内的规则网格点的平面坐标（x，Y）和高程坐标（z）的数据组成的数据集，从而能够在数学领域科学的描绘该地区的地形，这对于构建逼真的3D场景以及能够进行科学合理的视觉分析具有至关重要的作用。DEM生成方法包括：基于地形图的等高线和高程点插值方法，即扫描、校正，量化等高线和高程点以及地形图上的重要特征，构建TIN生成DEM，并基于卫星立体图像，摄影成像数据由全数字摄影测量系统生成，即获得卫星图像立体影像或勘测航空摄影，进行图像控制测量，无空气加密和特征线采集，构建TIN从而生成DEM。如果使用的计算机带有特定算法，则可以将DEM数据轻松转换为等值线图，透视图和阴影图。精度可以通过生成的TIN的密度来控制，DEM可以通过线性插值生成。为了确保最终生成的DEM缝合拼接，需要将生成的TIN划分为DEM边缘，如果需要提高精度，只要网格之间的距离减小，就可以实现想要的效果。

如果在欠发达的农村地区没有现有的地形图和立体像对，SRTM的全球高程数据可以使用。虽然其准确度不高，变化较大，但足以满足土地修复的基本需求，数据成本较低，而且使用方便。

DOM是使用DEM和地面控制点在逐像素基础上（数字航空摄影数据）或遥感图像上的遥感图像执行倾斜校正和投影差异校正，从而使这些图像可测量，然后进行重新采样，并且将多个正射影像拼接在一起，在色彩平衡处理之后，按照图幅范围剪裁生成带有公里网、图廓内外整饰和注记的影像图。该影像图不仅数学基础身后，并且还包含着更为丰富的信息。

DLG使用校正的卫星正射影像来执行图像的矢量化以获得地物和地貌的矢量数据。然后根据DLG处理要求得到DLG，并且也可以通过使用具有全数字摄影测量方法的空中照片立体图来获得DLG。其主要用于二维和三维覆盖分析。

2.1.2 准备原始特征的三维建模数据

三维GIS中各种原始特征的三维模型数据必须通过DLG数据或特征设计数据以及特征高程数据采用一定的建模方法生成三维模型，同时也可以使用三维激光扫描装置建立三维模型。可以使用航空立体图像对快速提取特征纹理数据，或通过现场摄影或视频快速获取特征纹理数据。原始特征的三维建模数据也是保留历史变更，拆除预算和项目数量的基础。

2.1.3 规划和设计数据的三维建模

将规划结果的三维建模导入三维GIS平台，分析比较三维方案，确定最佳设计方案，指导施工。

2.2 真实三维空间GIS的构建

真正的三维空间GIS必须支持真正的三维矢量数据和栅格数据模型以及基于它的三维空间数据库。通过关键的DEM数据库，结合原始地形数据库，地名数据库和海拔数据库，生成数字地面模型（DTM），满足地理信息产品的高质量要求。通过分析土地利用现状和农村土地整治决策与规划，为实现社会主义新农村建设作出积极贡献。

3 三维GIS在土地整理中的应用

3.1 三维GIS辅助土地整理规划和管理

利用获取的DEM等三维建筑模型，道路模型，树木模型，地下水输送和防渗管道数据及相关数据库等基础数据，在网络环境中建立三维空间GIS。通过常规测量方法获得的数据全部从点和线观察开始，收集大量数据后，难以描述区域的基本特征，同时还具有不可见的特征。三维型的建立帮助了土地整治管理和设计者的各种整备方案，为最终决定者提供科学的有效的援助，以科学的方式进行计划审查的工作，实现了科学，直观，快捷的方式，同时提高了科学合理的土地计划方案的规划效率。同时，该模型具有三维交互式浏览和漫游，三维搜索查询，空间测量统计计算，斜率分析，洪水分析，安全分析等功能。利用三维地理信息系统，可以直观地分析特定地区的地理信息特征，真实反映特征之间的关系，便于及时发现不合理的规划布局，真正实现土地，树线，道路通道，渠道连接，可以对水和能源进行排序，在虚拟三维模型中进行比较，通过这种方法获得最优方案，从而为建设社会主义新农村做出贡献。

3.2 基于三维GIS的项目预算与成本控制

根据三维GIS，可以轻松计算出土地修复开挖和填方量，还可以计算出道路和沟渠地面长度、材料投入量、铺路材料厚度拆迁补偿预算和拆迁工程量预算。而且，可以方便地监控项目建设，大大提高科学高效的成本预算，避免盲目决策，有效指导投资合理布局，为道路、渠道设计和施工提供科学的技术支持。使用这一系统能够大大缩短现场测量的时间，减少劳动强度，确保人身安全，降低测量成本，所获得的数据也是传统现场测量无法比拟的。同时，该系统不仅能反映项目的总体规划和设计，也可以重现道路、渠道建设的各个阶段。利用这一系统还能够进行科学合理的坡度与路况分析，帮助人们在规划时减少不合理的路段设计，诸如急转弯和坡度较大的斜坡。简而言之，这一系统为工程设计、施工和管理人员提供了直观的操作方式，并且可以将遥感数据与其他测量方法进行比较，以更新速度优势，及时提供丰富的数据源，及时发现哪些道路、渠道需要加大整治力度，可以有效提高农村土地整治的效率和效果。

4 结论

由于历史的原因，农村居民的地区建设配置分散，用地粗糙，由于使用地不集中，基础设施整备困难，成为农村土地浪费的重要原因。对于农村土地整治，不仅释放了建设用地，而且提高土地资源的利用效率，增加了耕地面积，在农村中，可以更好地保护耕地，引导农村地区城市化建设的良性发展。随着三维GS技术的发展和完善，其在农村土地整治中的应用在新世纪的发展中前景光明，也提出更多的学习和研究任务。