土地激光平整技术在国际工程项目中的应用浅析

【摘要】本文简要介绍了土地激光平整技术的原理、系统组成及技术优势，并以国际工程项目为应用背景，根据当地实际情况阐述该技术的施工工艺流程及要点，对该技术在工程上的应用效果进行了评价。

【关键词】土地平整；激光技术；国际工程

前言

土地平整工程是土地开发整理项目的核心工程，目的是要达到便于机械化耕作，提高机耕质量，灌溉均匀，利于压盐、排水、改良土壤等，满足作物高产稳产对水分及土质的需要。工程内容包括田块优化布局、田地平整及土壤改良等，其中田地平整是核心内容[1]。在农业水利工程中，常规的农田土地平整方法投入设备多，控制难度大，施工成本较高，效率低下，且只能达到粗平，即“田面大平，小不平”，无法满足高规格的农田平整需求。

笔者参与的南美洲一农业项目包括农田平整3000公顷，合同工期短，且受雨季影响每年有效施工时间仅6个月。为确保农田平整项目的按期完工，经过多次比选，决定引进先进的红外线土地激光平整技术，有效地保证了农田平整项目的顺利实施。

1 技术原理及系统组成

利用激光发射器发出的旋转光束，在作业地块的定位高度上形成一光平面，此光面就是平地机组作业时平整土地的基准平面，光面可以呈水平，也可以与水平呈一倾角（用于坡地平整作业）。激光接收器安装在靠近刮土铲铲刃的伸缩杆上，从激光束到铲刃之间的这段固定距离即为标高定位测量的基准。当接收器检测到激光信号后，不停地向控制箱发送电信号。控制箱接收到标高变化的电信号后，进行自动修正，修正后的电信号控制液压控制阀，以改变液压油输向油缸的流向与流量，自动控制刮土的高度，使之保持达到定位的标高平面[2]。

激光平地设备通常分为有坡度和无坡度控制两种类型，一般由4个基本部分构成：激光发射装置、激光接收装置、控制装置、平地铲运设备。

2 技术优势

借助高新技术对农田实施高精度的土地平整，有效改善田面微地形条件，不仅可明显改进地面灌溉系统的性能，提高灌溉效率和灌水均匀度，还可适度扩大格田面积，具有显著的节水、增产、省工、提高土地利用率等效果[3]。据田面平整精度对畦灌系统性能影响研究得到的数值模拟研究结果显示，与常规机械平地的最佳田面平整效果相比，激光控制精细平地的灌溉效率和灌水均匀度，可分别提高12%和8%左右 [4]。

（1）土地激光平整技术最大的优势是投入较小的资源，达到常规土地平整方法所无法达到的质量和工效，满足设计和规范标准。

（2）相对常规平整测量工作，土地激光平整技术测量工作量有较大降低，节省了施工时间。

（3）操作简便，土方“挖填平衡”过程中，操作人员只需按设备操作平台的简单提示就可以进行土地平整施工。

（4）自动化程度高，数据确认及处理迅捷，施工成果精度高。

3 施工工艺流程及要点

3.1 施工工艺流程

农田土地平整作业中，根据实地测量的田面地形高程数据，拟定合理的平地工程设计方案，对平地效果开展定量评价。本项目借助三维GPS技术与设备，自动准确测量田面高程，加快了土地平整作业进程。施工工艺流程如图1所示。

图1 施工工艺流程图

3.2 操作要点

3.2.1 地块平整设计

将测量成果包括等高线地形图和纵横剖面图导入AUTOCAD内进行辅助设计，确定项目具体方位，计算距离、高程和面积，完成施工图设计。

根据设计图建立激光控制系统，结合农田场地平整大小，确认激光发射基站的位置，如地块长宽超过300m，一般将基站设置在场地中央位置。

同时，定义激光发射基站相对高程，工人携带带有激光接收器的移动标尺，按10 m×10 m网格进行拟平整地块的放样丈量工作，完成后将自动生成的数据进行分析整理，描绘地块地势图，确定地块内各子分块划分、地块均匀高程、沟渠以及地块坡度，计算各子分块土量平衡数量。

根据等高线形状，将农田土地分为若干地块，设计的边线之间的距离为60～100m。同时，为便于操作农艺种植（土地翻耕、播种、防治病虫害、施肥和收获），地块内部设计一些通道，以使农用设备可以移动。

3.2.2地块平整施工

3.2.2.1 表土剥离

田块内部高差在300mm以内，则不进行表土剥离，剥离的表层土集中堆放，并进行覆盖保护，防止流失及化学物质的污染。

3.2.2.2 田块土方平整

（1）松土施工

由于土地激光平整技术铲运设备的功率相对于推土机要小，故在土方铲运前需利用带犁拖拉机进行拟平整地块的松土，一次松土深度一般为20～30cm。

（2）土方平衡施工

施工中，填方区表面高出挖方区表面，高差按填埋深度的20%计算，以利于回填土方的沉降，保证田块平整度要求。水田格田最大高差与平均高程相比不超过20mm。依据地块均匀高程，由拖拉机牵引带激光接收及处理装置并具有自动调节功能的铲运设备进行地块内土方平衡。拖拉机行走路线原则上从地势高处到地势底处，将富裕土方运至地势低处。

（3）耕作层土方回填

客土覆盖的土壤有机质含量不得低于设计标准，客土覆盖的厚度不得低于300mm。表土回填后，对原耕作层土壤的有机质含量进行第二次检测，原耕作层土壤有机质恢复程度不低于85%。

3.2.2.3 沟渠和田埂

通过修建的2条农渠和3条田间排沟将400m400m的地块划为4个相对独立的田块，以此为单元开展土地精平工程设计与施工。由于提高了土地平整精度，畦田规格按100m10m设计，通过连接在农渠分水口处的田间闸管灌溉系统将水引入田间。

平整后的地块利用小型机械开挖沟渠和填筑田埂，设计中沟渠及田埂相互依存，故施工中沟渠挖方直接作为田埂的填方，田埂及沟渠满足土地耕种需要。

3.2.2.4 翻耕复犁

田块平整完毕，平整度经验收合格后，进行翻深复犁。翻耕、旋耕的遍数按照设计要求，翻耕复犁的幅度不应小于90%，翻耕深度不得小于250mm。

4 应用效果评价

通过引进土地激光平整技术，施工周期缩短50%，有效地保证了农田平整项目的按期完工，土地平整后的田块平均田面高差控制在20～30mm，远高于传统土地平整作业误差50mm的标准，施工质量控制效果具有非常明显的优势。同时，通过高密度集约式机械化作业，施工成本明显降低，经济效益尤为显著。

参考文献

[1] 马蔚云， 马新春. 基于iOS的便携式多变量农田数据监控仪设计[J]， 电子设计工程， 2011年， 19（8）：60-62.

[2] 张辉. 激光平地技术在土地平整工程中的应用探讨[J]， 甘肃水利水电技术， 2009年， 45（8）：35-36.

[3] 许迪， 李益农， 刘刚. 激光控制农田土地精细平整应用技术体系研究进展[J]， 农业工程学报， 2007年， 23（3）：267-272.

[4] 李益农， 许迪. 农田土地激光平整技术应用及初步评价[J]， 农业工程学报， 1999年， 15（2）：79-83.