孙 路

(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075;3.国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710075;4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075)

1 引言

我国推进新型工业化、城镇化、信息化、农业现代化和绿色化的“五化”协同发展战略离不开物联网技术的支持。土地工程是加速城镇化进程、实现农业现代化、改善生态环境的有效措施。物联网技术与土地工程的结合对实现“五化”协同发展战略具有重要的促进意义。

自2008年党的十七届三中全会召开以来，国家一直大力提倡科学合理的实施土地工程。“土地工程”是指以“土体有机重构”理论为核心，把未利用土地变为可用土地或把已利用土地进行高效利用，能动协调人地关系和谐发展的过程，是集土地资源的调查、评价、规划、开发、整治、利用、保护各项工程于一体的一门综合性学科[2]。土地工程实施离不开对土地资源的获取，传统的获取方式信息的方式非常有限，一般是通过野外勘探、行业资料调查、室内检测等人工方式来获取土地资源的相关信息，人工获取信息的方式耗费大量的人力、物力和时间，获取信息的效率低。随着科技的不断进步，土地资源信息的获取方式也在不断进步，现代土地资源信息的获取方式主要是结合“3S”、计算机网络技术，大大提高信息获取的效率。土地工程信息获取的方式下一步必将向着自动化和智能化迈进。而物联网技术将在土地工程信息的建设中起着关键的作用，如应用物联网技术实现实时收集土地利用现状、填方挖方量、降雨量、温度、土壤水分含量、土壤养分及盐分含量等信息。通过系统分析收集到的信息，实现对土地资源的科学判断和预测，从而帮助土地工作者，科学合理的实施土地工程，提高土地工程的科学性和效率。

2 物联网

物联网(Internet of Things)是指物物相连的互联网。提出的初期主要是用于标识物品的特征，概念经过不断扩展，延伸为经过射频辨别(RFID)装置、红外感应器、定位系统、激光扫描器等信息传感设施，按商定的协议，把待识别物体与互联网衔接，进行信息交流和通信，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，具备感知性、传递性、智能处理三大特点[3]。这种技术被认为是世界信息技术的新一次科技革命，物联网技术的发展势不可挡。

3 土地工程信息物联网体系构架预想

土地工程体系依据施工设计流程，分为3个层次，基础层、技术层和工程层。简单来说，基础层，是揭示项目区的本质和规律，包括调查所有相关要素；技术层，是基于基础层结果，研究如何解决的问题，工程层则是，运用技术层实现低消耗、低成本、高质量、高效益的土地工程施工[4]。土地工程体系3个层次之间层层相扣，相辅相成。结合物联网网络分层的基本模型理论原理，土地工程信息物联网体系构架可分为4个层次：基础感知层、数据交换层、信息整合层、工程应用层。

基础感知层是通过RFID(射频识别)读写器和标签、传感器及传感网、GPS、摄像头、M2M(机器对机器通信的简称)等技术，实现土地工程对象信息的感知和数据获取，是物联网构架的基础。基础感知层的技术归为四大技术：自动识别技术、传感器技术、定位技术、传感网技术，技术的难点在于精确感知和识别物体，采集和捕获土体相关信息，需要解决的重点问题在于提高土体信息的感知、智能传输能力。

数据交换层是利用网络进行数据传输，包括有线的、无线的、固定的、移动的以及传感等网络，可以提供快捷、准确的数据传输能力。网络技术目前发展相对成熟，但网络的管理和运营能力还有待进一步提升[5]。如何精确、高效的获取基础感知层的数据，并准确无误的传输给信息整合层，这是数据交换层重点研究方向。数据交换层起的是数据桥梁作用，融合上层和下层的链接。

信息整合层是利用智能处理、云计算、图像视频处理、数据挖掘等技术，进行数据信息的重组、分类、融合，将数据整合为土地工程建设所需的组合；信息整合层的重点关注方向是如何解决数据信息一致性和信息语言，因为数据和信息分布于不同的系统，两者的结构、格式和语义均不同。另外，要重点解决的问题是，海量、动态、分布性等数据信息如何进行科学标准的整合与管理。土地工程大数据的体系[6]提出，是对信息整合层的有力支撑。

工程应用层是经过运营平台、专家系统等将信息转化为土地工程行业内容，从而为土地工程行业提供服务。它是物联网技术与土地工程专业技术相融合的产物，实现土地工程实施、管理智能化。工程应用层的实现，对土地工程行业发展具有深远的意义。该层需要关注的焦点是保障土地工程信息的共享和土地工程实施信息的安全问题(图1)。

图1 土地工程信息物联网体系构架

4 物联网技术在土地工程中的应用展望

4.1 物联网在土地工程信息采集中的应用

土地工程实施前，要对工程实施场地的自然和社会环境、土质以及水文等条件进行调查和勘察，以便为土地工程设计提供基础依据[4]。比如水、土样信息的传统的收集方式是通过现场采集样品带回室内检测，从而得到相关基础数据，样品从采集到检测的过程较长，不仅影响数据的准确性、浪费大量的人力物力，而且拖延了项目工程的实施进度。传感器作为物联网的感知层，近年来，在土样采集和指标检测及实时监控系统发面发展迅速，出现了多种传感器，例如水质参数传感器[7]、土壤温度传感器[8]、土壤水分传感器[9]、土压力传感器[10]等。

总的来说，物联网与土地工程信息的采集技术相结合，替代了以人力为主的监测技术，尽可能小的降低了人为因素对土壤原生态的破坏，提高了信息采集的效率和准确性。

4.2 物联网在土地工程信息储存中的应用

土地工程大数据中心，是物联网技术在土地工程信息储存中的具体应用。大数据，是指在限定的时间范围内不能用常规软件工具进行捕获、管理和处理的数据集合，需要新处理方式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。大数据具有数据集成、信息融合、数据分析、数据挖掘和数据呈现五大技术优势。建立土地工程大数据中心的战略意义不仅能够储存庞大的数据信息，而且能对数据根据需求进行专业化整理或处理。形象的来说，土地工程大数据是土地工程数据的加工厂，赋予了数据的市场价值。

目前，由陕西地建集团牵头，联合曙光公司大数据平台产品，成功打造了土地工程行业内的首个大数据应用中心。中心构建了专题分析、模拟仿真、决策分析三大模块，为土地工程研究与发展提供大数据模型的准确分析与辅助决策支持。该平台运行包括五大步骤： TB级数据分布式爬取获取数据、专题库管理和储存数据、多类型数据在空间范围内碰撞-融合分析、建立模型-可视化呈现、向导式人机交互过程-精准的决策报告。以大数据产品促进土地工程的可持续发展，将是土地工程目前以及未来的重点发展方向之一。

4.3 物联网在土地工程质量检测中的应用

土地工程质量检测数据是土地工程质量和安全是否合格的主要判定依据，土地工程质量检测的真实性和及时性具有重要的意义。

物联网在土地工程质量检测中的应用归结为：将各类感应器装到相对于的检测设备中[10]，例如，土壤养分传感器、土壤质地传感器、土压力传感器、土壤污染检测传感器等，通过互联网的网络传输设备，将土地工程的相关信息数据实时的传输到质量检测信息管理平台，土地工程质量检测信息管理平台主要工作就是将工程上传输来的数据按照规定的格式要求进行整理、归类和存档，根据用户的需求出具相对于的报告。物联网的应用，提高了土地工程检测的效率、规范了土地工程质量的监测行为、构建了土地工程质量检测管理平台，从而实现土地工程质量检测的全自动化。

4.4 物联网在土地工程监管中的应用

土地工程监管是土地工程质量监督和管理的简称，指运用一整套质量管理体系、手段和方法对土地工程进行系统的管理活动，以确保土地工程质量。土地工程项目类型多，主要有新增耕地项目、高标准农田建设项目、综合整治项目、城中村改造项目等，监管内容包含项目的批复、实施、验收、后期管护及资金的投入及使用，表现为土地工程信息的收集、传输、分析与处理、应用及决策的有效监管。结合物联网的技术，构建土地工程质量监管平台，将土地工程项目监管中的耕地质量、工程进度及质量、资金流转及使用等信息利用红外传感器、卫星遥感系统、电磁感应传感器、光谱传感器等专用传感器，按照相关的标准规范，通过互联网传输设备，将土地工程质量中的相关信息数据实时的传输到监管平台，从而对项目施工进程进行实时、全方面的监管，对数据进行整合分析，为土地工程质量监管提供决策依据。监管平台的建立，降低了信息的传输和使用成本，减少了工程监管部门的软件开发和维护费用，实现了土地工程施工中的标准化管理，提高了土地工程质量监管效率。

5 结语

合理的土地资源开发、利用和保护是世界经济建设和人类社会发展的必然要求。土地工程概念提出的时间不长，基本理论还在不断完善当中，但是土地工程的核心思想已经得到了学者们的广泛认可，2015年我国首次将“土地整治工程技术人员”列入国家职业系列中，同年全国首个土地工程学院在西安正式成立。土地工程信息起步晚，要想赶上世界潮流，就要搭乘物联网高科技列车，才能快速成长。通过先进的传感器感知技术、信息整合提取技术以及互联网等网络技术，结合物联网技术，构建土地工程大数据中心、检测管理平台，从而建立区县、全国乃至全世界的土地工程信息化平台，将土地工程从勘探、决策、施工到监管及评价实现自动、智能、实时化监测，将对土地工程快速、可持续发展意义重大。综上所述，对物联网技术在土地工程中的应用进行更加全面、深入地研究，是土地工程学者目前乃至未来很长一段时间内的研究焦点课题之一。