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基于DEM与LP的土地平整工程设计优化研究

黄琪  
【摘要】:近十多年来,我国的土地整理为保障粮食安全,实现耕地总量动态平衡,提高土地利用率和产出率,促进耕地规模经营、产业集聚发展、人口集中居住,改善农业生产条件和生态环境等方面发挥了重要作用。土地平整是土地整理工程项目设计中的关键和难点,其投资占工程总投资的比重大,同时对合理灌排、改良土壤、保持肥力、提高劳动生产率和机械作业效率等起着重要作用。然而随着土地整理工作的深入开展和信息化程度的提高,土地平整工程设计需要新理论与技术的支持,以优化项目设计方案、提高效率并节约投资。 论文通过总结和借鉴国内外土地整理理论和土地平整工程已有的技术和方法,以最优化费用为目标,在分析影响土地平整工程影响因素的基础上,进行理论创新与实证研究,构建了土地平整设计优化模型并加以计算。主要内容有:(1)土地平整工程设计优化研究的理论框架。分别从DEM建立、田块设计和土方量计算与调配三个方面进行分析,构建了系统优化的分析框架;(2)DEM的建立。按照工程设计要求,在DEM建模和评价的理论基础上,建立了项目区大比例尺DEM;(3)田块设计。按照项目区现状和规划的线状要素,划分了土地平整区域,在土地平整区域内,建立了各田块土方量挖填平衡、总土方量最小约束下的田块高程设计线性规划模型,解算得到了田块的优化设计高程;(4)土方量计算与调配。在土地平整区域内,计算了各田块的土方量、运输重心和运输距离,建立了土方调配运输模型,通过解算确定土方调配的最优路径。(5)在以上理论与方法研究基础上,对南京市江宁区湖熟街道土地平整工程设计进行了实证研究。 通过以上理论与实证研究,得到以下主要结论: (1)土地平整工程设计包含田块设计、土方量计算和调配等内容,应该在以往针对单一内容建模优化的基础上,进一步构建系统优化模型,计算全局优化解; (2)将DEM和LP综合用于土地平整工程设计具有可行性和实用性。通过构建并解算田块设计线性规划模型和土方调配运输模型,为合理设计田块和土方调配路径提供了依据: (3)采用ArcGIS和Matlab软件建模和计算,充分发挥了ArcGIS软件在DEM建立与制图方面的优势和Matlab软件建模与求解的优势,实证分析表明该方法达到了优化设计的目标。 最后,论文针对模型的适应性和不足,指出了改进方法。(1)研究在不同微地貌特征下模型的适应性并改进;(2)充分运用高分辨率遥感数据覆盖面广、性价比高、时效性好的特点,建立基于遥感影像的DEM进行土地平整工程设计;(3)在GIS软件中,开发基于该模型的工具条。


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