物聯網技術在土地工程中的應用預想

孫 路

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710075;3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710075;4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075)

1 引言

我國推進新型工業化、城鎮化、信息化、農業現代化和綠色化的“五化”協同發展戰略離不開物聯網技術的支持。土地工程是加速城鎮化進程、實現農業現代化、改善生態環境的有效措施。物聯網技術與土地工程的結合對實現“五化”協同發展戰略具有重要的促進意義。

自2008年黨的十七屆三中全會召開以來，國家一直大力提倡科學合理的實施土地工程。“土地工程”是指以“土體有機重構”理論為核心，把未利用土地變為可用土地或把已利用土地進行高效利用，能動協調人地關系和諧發展的過程，是集土地資源的調查、評價、規劃、開發、整治、利用、保護各項工程于一體的一門綜合性學科[2]。土地工程實施離不開對土地資源的獲取，傳統的獲取方式信息的方式非常有限，一般是通過野外勘探、行業資料調查、室內檢測等人工方式來獲取土地資源的相關信息，人工獲取信息的方式耗費大量的人力、物力和時間，獲取信息的效率低。隨著科技的不斷進步，土地資源信息的獲取方式也在不斷進步，現代土地資源信息的獲取方式主要是結合“3S”、計算機網絡技術，大大提高信息獲取的效率。土地工程信息獲取的方式下一步必將向著自動化和智能化邁進。而物聯網技術將在土地工程信息的建設中起著關鍵的作用，如應用物聯網技術實現實時收集土地利用現狀、填方挖方量、降雨量、溫度、土壤水分含量、土壤養分及鹽分含量等信息。通過系統分析收集到的信息，實現對土地資源的科學判斷和預測，從而幫助土地工作者，科學合理的實施土地工程，提高土地工程的科學性和效率。

2 物聯網

物聯網(Internet of Things)是指物物相連的互聯網。提出的初期主要是用于標識物品的特征，概念經過不斷擴展，延伸為經過射頻辨別(RFID)裝置、紅外感應器、定位系統、激光掃描器等信息傳感設施，按商定的協議，把待識別物體與互聯網銜接，進行信息交流和通信，從而實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡，具備感知性、傳遞性、智能處理三大特點[3]。這種技術被認為是世界信息技術的新一次科技革命，物聯網技術的發展勢不可擋。

3 土地工程信息物聯網體系構架預想

土地工程體系依據施工設計流程，分為3個層次，基礎層、技術層和工程層。簡單來說，基礎層，是揭示項目區的本質和規律，包括調查所有相關要素；技術層，是基于基礎層結果，研究如何解決的問題，工程層則是，運用技術層實現低消耗、低成本、高質量、高效益的土地工程施工[4]。土地工程體系3個層次之間層層相扣，相輔相成。結合物聯網網絡分層的基本模型理論原理，土地工程信息物聯網體系構架可分為4個層次：基礎感知層、數據交換層、信息整合層、工程應用層。

基礎感知層是通過RFID(射頻識別)讀寫器和標簽、傳感器及傳感網、GPS、攝像頭、M2M(機器對機器通信的簡稱)等技術，實現土地工程對象信息的感知和數據獲取，是物聯網構架的基礎?；A感知層的技術歸為四大技術：自動識別技術、傳感器技術、定位技術、傳感網技術，技術的難點在于精確感知和識別物體，采集和捕獲土體相關信息，需要解決的重點問題在于提高土體信息的感知、智能傳輸能力。

數據交換層是利用網絡進行數據傳輸，包括有線的、無線的、固定的、移動的以及傳感等網絡，可以提供快捷、準確的數據傳輸能力。網絡技術目前發展相對成熟，但網絡的管理和運營能力還有待進一步提升[5]。如何精確、高效的獲取基礎感知層的數據，并準確無誤的傳輸給信息整合層，這是數據交換層重點研究方向。數據交換層起的是數據橋梁作用，融合上層和下層的鏈接。

信息整合層是利用智能處理、云計算、圖像視頻處理、數據挖掘等技術，進行數據信息的重組、分類、融合，將數據整合為土地工程建設所需的組合；信息整合層的重點關注方向是如何解決數據信息一致性和信息語言，因為數據和信息分布于不同的系統，兩者的結構、格式和語義均不同。另外，要重點解決的問題是，海量、動態、分布性等數據信息如何進行科學標準的整合與管理。土地工程大數據的體系[6]提出，是對信息整合層的有力支撐。

工程應用層是經過運營平臺、專家系統等將信息轉化為土地工程行業內容，從而為土地工程行業提供服務。它是物聯網技術與土地工程專業技術相融合的產物，實現土地工程實施、管理智能化。工程應用層的實現，對土地工程行業發展具有深遠的意義。該層需要關注的焦點是保障土地工程信息的共享和土地工程實施信息的安全問題(圖1)。

圖1 土地工程信息物聯網體系構架

4 物聯網技術在土地工程中的應用展望

4.1 物聯網在土地工程信息采集中的應用

土地工程實施前，要對工程實施場地的自然和社會環境、土質以及水文等條件進行調查和勘察，以便為土地工程設計提供基礎依據[4]。比如水、土樣信息的傳統的收集方式是通過現場采集樣品帶回室內檢測，從而得到相關基礎數據，樣品從采集到檢測的過程較長，不僅影響數據的準確性、浪費大量的人力物力，而且拖延了項目工程的實施進度。傳感器作為物聯網的感知層，近年來，在土樣采集和指標檢測及實時監控系統發面發展迅速，出現了多種傳感器，例如水質參數傳感器[7]、土壤溫度傳感器[8]、土壤水分傳感器[9]、土壓力傳感器[10]等。

總的來說，物聯網與土地工程信息的采集技術相結合，替代了以人力為主的監測技術，盡可能小的降低了人為因素對土壤原生態的破壞，提高了信息采集的效率和準確性。

4.2 物聯網在土地工程信息儲存中的應用

土地工程大數據中心，是物聯網技術在土地工程信息儲存中的具體應用。大數據，是指在限定的時間范圍內不能用常規軟件工具進行捕獲、管理和處理的數據集合，需要新處理方式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產。大數據具有數據集成、信息融合、數據分析、數據挖掘和數據呈現五大技術優勢。建立土地工程大數據中心的戰略意義不僅能夠儲存龐大的數據信息，而且能對數據根據需求進行專業化整理或處理。形象的來說，土地工程大數據是土地工程數據的加工廠，賦予了數據的市場價值。

目前，由陜西地建集團牽頭，聯合曙光公司大數據平臺產品，成功打造了土地工程行業內的首個大數據應用中心。中心構建了專題分析、模擬仿真、決策分析三大模塊，為土地工程研究與發展提供大數據模型的準確分析與輔助決策支持。該平臺運行包括五大步驟： TB級數據分布式爬取獲取數據、專題庫管理和儲存數據、多類型數據在空間范圍內碰撞-融合分析、建立模型-可視化呈現、向導式人機交互過程-精準的決策報告。以大數據產品促進土地工程的可持續發展，將是土地工程目前以及未來的重點發展方向之一。

4.3 物聯網在土地工程質量檢測中的應用

土地工程質量檢測數據是土地工程質量和安全是否合格的主要判定依據，土地工程質量檢測的真實性和及時性具有重要的意義。

物聯網在土地工程質量檢測中的應用歸結為：將各類感應器裝到相對于的檢測設備中[10]，例如，土壤養分傳感器、土壤質地傳感器、土壓力傳感器、土壤污染檢測傳感器等，通過互聯網的網絡傳輸設備，將土地工程的相關信息數據實時的傳輸到質量檢測信息管理平臺，土地工程質量檢測信息管理平臺主要工作就是將工程上傳輸來的數據按照規定的格式要求進行整理、歸類和存檔，根據用戶的需求出具相對于的報告。物聯網的應用，提高了土地工程檢測的效率、規范了土地工程質量的監測行為、構建了土地工程質量檢測管理平臺，從而實現土地工程質量檢測的全自動化。

4.4 物聯網在土地工程監管中的應用

土地工程監管是土地工程質量監督和管理的簡稱，指運用一整套質量管理體系、手段和方法對土地工程進行系統的管理活動，以確保土地工程質量。土地工程項目類型多，主要有新增耕地項目、高標準農田建設項目、綜合整治項目、城中村改造項目等，監管內容包含項目的批復、實施、驗收、后期管護及資金的投入及使用，表現為土地工程信息的收集、傳輸、分析與處理、應用及決策的有效監管。結合物聯網的技術，構建土地工程質量監管平臺，將土地工程項目監管中的耕地質量、工程進度及質量、資金流轉及使用等信息利用紅外傳感器、衛星遙感系統、電磁感應傳感器、光譜傳感器等專用傳感器，按照相關的標準規范，通過互聯網傳輸設備，將土地工程質量中的相關信息數據實時的傳輸到監管平臺，從而對項目施工進程進行實時、全方面的監管，對數據進行整合分析，為土地工程質量監管提供決策依據。監管平臺的建立，降低了信息的傳輸和使用成本，減少了工程監管部門的軟件開發和維護費用，實現了土地工程施工中的標準化管理，提高了土地工程質量監管效率。

5 結語

合理的土地資源開發、利用和保護是世界經濟建設和人類社會發展的必然要求。土地工程概念提出的時間不長，基本理論還在不斷完善當中，但是土地工程的核心思想已經得到了學者們的廣泛認可，2015年我國首次將“土地整治工程技術人員”列入國家職業系列中，同年全國首個土地工程學院在西安正式成立。土地工程信息起步晚，要想趕上世界潮流，就要搭乘物聯網高科技列車，才能快速成長。通過先進的傳感器感知技術、信息整合提取技術以及互聯網等網絡技術，結合物聯網技術，構建土地工程大數據中心、檢測管理平臺，從而建立區縣、全國乃至全世界的土地工程信息化平臺，將土地工程從勘探、決策、施工到監管及評價實現自動、智能、實時化監測，將對土地工程快速、可持續發展意義重大。綜上所述，對物聯網技術在土地工程中的應用進行更加全面、深入地研究，是土地工程學者目前乃至未來很長一段時間內的研究焦點課題之一。