3S技術在土地整治工程專業中的地位與相關課程改革探討

王彥芳 尚國

摘 要 土地整治工程專業在生態文明建設和美麗中國建設背景下孕育而生。目前，全國已有十幾所高校開設該專業，但專業和課程體系設置尚處于不斷探索和完備階段。遙感、全球導航衛星系統和地理信息系統構成的3S技術體系是現代土地整治的關鍵支撐，也是土地整治工程專業學生必須掌握的專業基礎技能，本研究在分析3S技術在土地整治中的作用的基礎上，探討工程認證背景下土地整治專業中3S相關課程體系建設。

關鍵詞 土地整治工程 遙感 地理信息系統 全球導航衛星系統

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.10.022

Abstract he Land Consolidation Engineering was established under the background of ecological civilization and beautiful China. At present， more than ten universities have set up this specialty， but the specialty and curriculum system are still in the stage of exploration and perfection. The 3S technology system composed of Remote Sensing， Global Navigation Satellite System and Geographic Information System is the key support of modern land consolidation. The 3S techniques are the professional basic skills that the students of Land Consolidation Engineering must have. Based on the analysis of the role of 3S technology in land consolidation， the paper discusses the construction of 3S related curriculum system in Land Consolidation Engineering under the background of engineering education professional accreditation.

Keywords land consolidation engineering; remote sensing; global navigation satellite system; geographic information system

0引言

土地是人類賴以生存與發展的重要資源和物質保障，隨著經濟的高速發展，城市化水平不斷提高，人地矛盾越來越尖銳，稀缺的土地資源已經成為制約可持續發展戰略的一個重要因素。土地整治是對低效利用、不合理利用和未利用的土地進行治理，對生產建設破壞和自然災害毀壞的土地進行恢復利用，以提高土地利用率的活動，[1]是提高土地利用效率、增加有效耕地面積和實現土地資源可持續利用的重要手段。從《土地復墾條例》到《全國土地整治規劃（2016—2020年）》再到《土壤污染防治行動計劃》，土地整治涉及國家糧食安全、生態安全、城鎮化、新農村建設、可持續發展等諸多領域，已經上升為國家戰略部署。

土地整治國家戰略和相關行業的發展，需要高層次、復合型專業人才支撐。 2017年，教育部批準中國地質大學（北京）和長安大學成為全國首批開創土地整治工程專業的高校。到目前為止，已有東北農業大學、河南農業大學、甘肅農業大學、云南農業大學、河北農業大學、河北地質大學等14所高校開辦土地整治工程專業。[2]然而，目前土地整治工程專業建設尚處于不斷完善時期，在人才培養和課程體系設置與教學上仍處于探索階段。[3-4]

土地整治工程專業是以國家土地整治戰略和土地整治行業需求為向導，對土地資源開發、利用、整治與保護的全過程進行研究，內容涵蓋土地開發、礦區土地復墾、耕地及高標準基本農田整治、農村居民點整治、城市建設用地整治、山水林田湖草生態修復等。該專業涵蓋了信息科學、測繪科學、地球科學、環境科學、管理學等，是典型多學科領域交叉、綜合性非常強的新工科專業，且具有較強的工程與技術特性，以培養學生專業技能為核心，包括以3S技術為核心專業基礎技能和土地整治相關的專業核心技能（土地規劃設計、土地整治項目規劃、設計與預算編制及土地復墾方案編制）。其中遙感技術（Remote Sensing）、全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System）和地理信息系統（Geographic Information System）的3S技能是土地整治工程專業的基本技能，在專業學習和土地整治工程中發揮重要作用。3S技術在土地整治工程的作用如何？相關課程如何設置？如何進行課程改革，提升學生基本技能？本研究從3S相關技能在土地整治工程中的作用談起，綜合分析3S課程在土地整治工程人才培養中的作用和地位，最后以新工科專業建設和工程認證為背景，對課程設置和經驗提供針對性建議。

1 3S技術在土地整治的作用

傳統的土地整治利用全站儀和RTK逐個田塊施測觀測，存在丈量難、效率低，定位難、監管難、決策難等問題，且無法實現觀測數據的存儲、分析、管理和應用，無法滿足高效、精確的土地整治工程要求。[5]3S技術可以方便快捷地獲取項目地形、地物要素，精準地確定項目區相關地物的空間位置，同時實現項目規劃設計、統計分析、專題地圖制作及項目的實時監管，成為土地整治的核心技術。[6]

數據的快速獲取與定位。土地整治實施需要采集大量基礎數據，而且整治區域地形地貌條件往往較為復雜，傳統采集方法難度大問題多。對高分辨率正射影像進行解譯，可以大大縮減外業觀測時間，同時，結合現有的大比例尺土地利用現狀圖等數據;外業通過GPS、北斗等GNSS系統對項目區部分控制點進行實測，進行影像的配準與校正，采用無人機航拍、RTK技術實現對場地和研究區域的全面調查分析并補測高程及變更數據，聯合應用RS和GIS技術，制作適合規劃應用的大比例尺現狀圖。

數據信息化管理、分析與建模?；贕IS空間數據庫技術對土地整理過程中所需要的空間數據和屬性數據進行有效的分類管理，形成功能全面的數據庫管理技術，更好地滿足土地整治數據庫建設需求。結合土地整治基礎數據進行空間分析，例如土方平整工程量計算，為土地整治提供決策服務。此外，利用GIS技術則可以便捷地規劃布局與制圖，進行數據分析等，制作規劃圖及統計各類工程量，為土地綜合整治項目的開展提供技術支持。

土地整治工程可視化與動態監測。以土地利用變更調查成果及總體規劃成果為基礎，集合潛力調查評價成果，利用GIS完成土地整治規劃布局?；贕IS對土地整理區進行虛擬地理環境可視化模型的構建，直觀地展示整理后的規劃效果，更好地為政府提供豐富的決策信息。還可以用于土地整治項目監管中，依托3S技術，實現對土地整治工程全過程的動態化控制，尤其是GIS結合BIM技術，運用BIM核心建模軟件進行三維建模，實現土地整治工程三維可視化與周圍地理環境進行關聯，查看進度和成本。一方面增強工程項目虛擬場景的仿真性，同時也為工程項目成果展示提供科學依據，有利于土地整治行為的審查、分析和研究。[7]

2土地整治專業中3S課程設置與能力培養

3S相關課程是土地整治專業學生的基本專業技能，3S技術涉及土地整治工程中的基礎數據獲取、測繪、規劃、信息化管理、動態監測等主要內容，為土地工程整治提供了基礎平臺，是必備技能。綜合分析不同高校的培養方案，土地整治工程專業中涉及的3S課程主要有遙感導論，地圖學、地理信息系統、土地信息系統，全球導航衛星系統等課程，不同高校在專業設置上存在一定差異，例如部分高校開設地圖學課程，GNSS課程有的高校作為選修課程，有的高校則包含在測繪學相關課程，部分高校開設了土地信息系統，但遙感導論與地理信息系統是各高校都開設的課程。

3S相關課程開設的目的主要使學生掌握遙感影像數據獲取與處理，通過測量學和GNSS和遙感概論相關課程學習，熟悉測繪工作的基本流程，掌握現代地理信息、測繪儀器的基本使用方法，熟悉信息數據采集與處理的過程。并以空間處理技術為核心，掌握土地信息及其他空間數據的獲取、儲存、管理、處理、分析和可視化等各種技術體系的集成與融合，研究土地信息的組成和相互聯系的一般性規律。

3S相關課程與知識涉及土地整治工程的數據獲取、校正、規劃、工程信息化管理和動態表達等過程，通過課程的學習，使學生掌握土地信息和其他空間數據處理和分析的基本技能和實踐應用能力。在能力培養方面，3S技術相關課程，可以鍛煉學生綜合解決實際復雜工程問題的能力，利用系統思維進行實踐應用分析的能力，以及利用3S信息技術手段解決國土空間規劃和空間分析能力。具體到土地整治工程，可以利用3S技術輔助實現在農田綜合整治、農村建設用地綜合整治、采礦用地綜合整治、生態用地綜合整治等土地整治項目的調查、工程勘測、規劃、實施、評估等過程，提高項目實施和管理的基本技能（見圖1）。

3土地整治專業中3S課程提升建議

3.1 以工程認證理念指導3S課程體系建設

以CDIO工程教育認證、產出導向（OBE）的教育理念為指導，綜合考慮學校自身特色以及社會對人才的需求，制定各門課程教學框架和內容。以CDIO大綱中所提出四個層面的能力為主要培養目標，結合土地整治工程的構思—設計—實施—運行的工程項目為導向，構建基于工程教育的3S課程體系和教學方法。同時，3S課程是一組課程群，應以工程為線索，注重課程群內部課程先后順序和遞進關系。并加強3S課程群與土地整治專業課程如“土地工程基礎”“土地利用規劃”“土地工程概預算與招投標”“灌溉與排水工程學”等銜接，有助于實現學生從學校學習實踐到行業應用型人才的“零適應”自然轉換。

3.2 理論+實驗+科研式的課堂教學模式

3S相關課程都具有很強的實踐性，均涉及相關軟件的學習和操作，在教學中應處理好理論和實踐課程之間的關系，既不能偏重理論而忽略了鍛煉學生的動手能力，也不能一味的強調實驗環節而弱化理論的重要性，后者造成學生對操作十分熟練，卻缺乏分析問題和解決問題的能力。要做到理論結合實踐，一方面要掌握相關理論原理，然后以軟件為例，說明其表現方式和實現路徑。并在個別關鍵環節和重點內容為例進行拓展，實現對學生科研思維的鍛煉。例如以內插方法為例，先通過理論講授內插的定義、原理、方法及用途，然后以具體軟件為例講解具體操作，最后形成以內插方法評價為主題的科研活動，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。最終形成理論+實驗+科研式的課堂教學模式，科研與教學互動，并及時把最新科研成果轉化為課堂教學內容。

3.3 探索線上+線下的混合式教育模式

3S技術課程涉及很多具體的實踐案例和上機操作，傳統的講授法和演示法的效果有限。而且受課時限制，無法保證給足學生足夠的練習時間，因而達不到滿意的教學效果。隨著網絡技術的發展，慕課、學習通、雨課堂等一批優秀的教學平臺的出現，為傳統教學提供了豐富的教學手段和教學資源，老師可以通過向在線式、混合式教學模式轉變，將傳統學習方式的優勢與互聯網絡學習的優勢結合起來。線上平臺的引入，不僅可以提供課下鞏固知識的方式，提高學生學習的主動性，同時也有利于培養學生終身學習習慣?；诰€上教學平臺，教師可以將相關的教學計劃、講義、導入問題、教學視頻等上傳至網絡平臺，學生可以提前對課程進行預習，對相關問題進行思考。課上更有針對性地抓住主要難點和重點內容，而且可以利用平臺進行師生互動和問題調查，增加課堂的趣味性和針對性。課下，學生可以通過平臺內容進行復習，而且隨時隨地和老師進行問題探討和溝通。

4結束語

遙感技術、全球導航衛星系統和地理信息系統的3S技術涉及土地整治的規劃、測繪、實施和可視化等主要過程，是土地整治專業學生需掌握的核心專業基礎技能。在復合應用型技術人才培養目標的要求下，土地整治專業的3S相關課程設置應以工程認證理念為指導，構建基于工程教育的3S課程體系和教學方法，嘗試理論+實驗+科研式的課堂教學模式，以線上+線下的混合式教育模式彌補傳統教學的短板，為土地整治國家戰略奠定堅實的人才需求基礎。

基金項目：河北省高校新工科研究與實踐項目：面向新工科專業土地整治工程的人才培養模式與實踐平臺構建（2017GJXGK024）

參考文獻

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[7] 曹錦雪，奧勇.GIS和BIM技術在土地整治項目中的可視化研究[J].測繪與空間地理信息，2020，43（07）：63-66，76.