Nghiên cứu công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trong điều kiện Việt Nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.25 MB, 120 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT
____________________________________
PHẠM THẾ HUYNH
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP
VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH
TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT
____________________________________
PHẠM THẾ HUYNH
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP
VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH
TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số : 62.52.05.03
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. NGUYỄN TRỌNG SAN
2. TS. TRẦN THÙY DƯƠNG
HÀ NỘI - 2015
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân tôi. Toàn
bộ quá trình nghiên cứu, các số liệu tính toán, báo cáo và kết quả nghiên cứu
trình bày trong luận án là chính xác và chưa từng được công bố trong công
trình của tác giả nào khác!
Tác giả luận án
Phạm Thế Huynh
ii
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 6
1.1. Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới 6
1.1.1. Công nghệ thành lập bản đồ số địa chính trên thế giới 9
1.1.2. Ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới 10
1.2. Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam 14
1.2.1. Công nghệ thành lập bản đồ địa chính ở Việt Nam 15
1.2.2. Ứng dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam 17
1.2.3. Đánh giá công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính hiện nay
ở Việt Nam 19
1.2.4. Vấn đề tồn tại cần nghiên cứu 26
CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP VÀ ỨNG
DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 28
2.1. Xác định giải pháp 28
2.2. Chuyển đổi bản đồ địa chính khi thay đổi hệ thống tọa độ 28
2.2.1. Giải pháp chuyển đổi từ bản đồ giấy sang bản đồ số 29
2.2.2. Giải pháp chuyển đổi bản đồ giữa hai hệ thống tọa độ 29
2.2.3. Chuyển đổi cơ sở dữ liệu thuộc tính 30
2.3. Giải pháp chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp 32
2.3.1. Giải pháp đề xuất: 33
2.3.2. Hiệu quả của giải pháp 36
2.4. Giải pháp lựa chọn mô hình dữ liệu phù hợp quản lý và biên tập 37
2.4.1. Mô hình dữ liệu Spaghetti 37
2.4.2. Mô hình dữ liệu Topo 39
CHƯƠNG 3. SỬ DỤNG CẤU TRÚC DỮ LIỆU DCEL 46
TRONG THÀNH LẬP VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH 46
3.1. Một số thuật toán cơ sở 47
3.1.1. Sắp xếp và tìm kiếm 47
iii
3.1.2. Xác định điểm nằm ở phía nào của đoạn thẳng 49
3.1.3. Kiểm tra giao của hai đoạn thẳng 50
3.1.4. Kiểm tra điểm nằm trong đa giác 50
3.1.5. Phân hoạch không gian đối tượng 52
3.1.6. Tính diện tích đại số một đa giác 54
3.1.7. Xác định góc hợp bởi phương thẳng đứng với đoạn thẳng 54
3.2. Thuật toán tạo mô hình Topo sử dụng cấu trúc DCEL 55
3.2.1. Nhập điểm, sắp xếp và lọc điểm trùng. 55
3.2.2. Xác định các đoạn hở, các đoạn giao nhau 56
3.2.3. Nhập cạnh, sắp xếp, lọc cạnh trùng 58
3.2.4. Xác định thông tin lưu trữ DCEL 59
3.2.5. Khoanh vùng 60
3.3. Biên tập thửa đất sử dụng cấu trúc DCEL 62
3.3.1. Tách thửa đất 62
3.3.2. Gộp thửa 65
3.3.3. Thêm bớt đỉnh 66
3.3.4. Tạo đường song song với cạnh chọn 67
3.4. Chồng phủ các vùng sử dụng cấu trúc DCEL 67
3.4.1. Chia cạnh 68
3.4.2. Lát kín một vùng 69
3.4.3. Thuật toán chồng phủ 72
3.4.4. Đánh giá thuật toán chồng phủ 74
3.5. Sử dụng cấu trúc DCEL tạo các ứng dụng bản đồ số địa chính 74
3.5.1. Lập hồ sơ địa chính 75
3.5.2. Lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 75
3.5.3. Lập bản đồ giải phóng mặt bằng 77
3.5.4. Xây dựng hệ thống địa chính đa mục đích 77
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 79
4.1. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 79
4.2. Khái quát về ngôn ngữ lập trình Visual Basic 79
4.3. Xây dựng chương trình thử nghiệm 84
4.3.1. Giao diện chương trình 84
4.3.2. Các trình đơn 84
4.3.3. Giải pháp tạo thư viện liên kết động phục vụ xây dựng chương trình 85
iv
4.3.4. Giải pháp tăng tốc độ tính toán của chương trình 88
4.3.5. Thử nghiệm chương trình 95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO 107
PHỤ LỤC 111
v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hi
ệ
u
Gi
ả
i thích
BĐĐ
C
B
ả
n đ
ồ
đ
ị
a chính
CSDL
Cơ s
ở
d
ữ
li
ệ
u
DCEL
Doubly Connected Edge List
GCNQSD
Đ
Gi
ấ
y ch
ứ
ng nh
ậ
n quy
ề
n s
ử
d
ụ
ng đ
ấ
t
GIS
H
ệ
th
ố
ng thông tin đ
ị
a lý
LIS
H
ệ
th
ố
ng thông tin đ
ấ
t đai
NMCA
National Mapping and
Cadastral Agencies
QP
Quy ph
ạ
m
SDI
Spatial Data Infrastructure
Topology
Mô hình Topo
TT
Thông tư
UBND
Ủ
y ban nhân dân
VB
Visual Basic
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Danh sách các nước sử dụng công nghệ ESRI 13
Bảng 2.1. Bảng mô tả đặc trưng của cấu trúc Spaghetti 38
Bảng 2.2. Bảng dữ liệu thửa đất cấu trúc Winged-edge Topology 40
Bảng 2.3. Bảng danh sách đỉnh 42
Bảng 2.4. Bảng danh sách nửa cạnh 42
Bảng 2.5. Bảng danh sách vùng 43
Bảng 2.6. Bảng lưu trữ Nodes 44
Bảng 2.7. Bảng lưu trữ Links 44
Bảng 2.8. Bảng lưu trữ vùng 44
Bảng 3.1. Danh sách đoạn thẳng được sắp xếp theo chỉ số đầu mút 58
Bảng 4.1. So sánh tốc độ thực hiện phép toán của các kiểu dữ liệu 91
Bảng 4.2. So sánh tốc độ thực hiện các phép toán khác nhau 92
Bảng 4.3. So sánh tốc độ thực hiện khi sử dụng tuỳ chọn biên dịch an toàn 93
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Đánh số thửa theo từng khu vực ở Argentina 11
Hình 1.2. Đánh số thửa trên toàn khu vực ở Malaysia 12
Hình 2.1. Mô tả kiểu lưu trữ Topology 24
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp 32
Hình 2.3. Minh họa mô hình dữ liệu Spaghetti [32] 38
Hình 2.4. Mô hình cấu trúc Winged-edge Topology 40
Hình 2.5. Hai thửa đất kề nhau 40
Hình 2.6. Mô hình cấu trúc danh sách cạnh liên kết kép 41
Hình 2.7. Mô hình cấu trúc dữ liệu Link-Node 43
Hình 3.1 . Sắp xếp đánh số hiệu điểm 56
Hình 3.2. Các trường hợp cần phát hiện và loại bỏ khi khoanh vùng [13] 57
Hình 3.3. Xác định thuộc tính DCEL 60
Hình 3.4. Các cạnh thửa đất trước khi chia [14] 63
Hình 3.5. Hai đầu mút đường chia nằm trên cạnh [14] 64
Hình 3.6. Hai đầu mút đường chia là đỉnh thửa [14] 64
Hình 3.7. Một đầu mút là đỉnh thửa, một đầu mút nằm trên cạnh [14] 65
Hình 3.8. Gộp thửa [14] 66
Hình 3.9a. Bớt đỉnh thửa v
2
[14] 66
Hình 3.9b. Thêm đỉnh thửa v
4
[14] 66
Hình 3.10. Tạo đường song song [14] 67
Hình 3.11. Giao nhau của hai cạnh [14] 68
Hình 3.12. Nguyên tắc chia cạnh [14] 69
Hình 3.13. Xác định vùng giao khi gặp điểm chia [14] 70
Hình 3.14. Lát kín một vùng khi có giao điểm trên đường biên [14] 71
Hình 3.15. Lát kín một vùng khi không có giao điểm trên đường biên [14] 71
Hình 3.16. Sơ đồ thuật toán chồng phủ [14] 72
viii
Hình 4.1. Các tuỳ chọn biên dịch an toàn 82
Hình 4.2. Giao diện chương trình 84
Hình 4.3. Trình đơn Tệp 85
Hình 4.4. Trình đơn vẽ 85
Hình 4.5. Trình đơn Hiển thị 85
Hình 4.5. Trình đơn Tiện ích 85
Hình 4.6. Chuyển đổi tệp DXF sang KML 96
Hình 4.7. Các lớp thông tin chuyển sang KML 96
Hình 4.8. Hình ảnh bản đồ chuyển sang Google Earth 97
Hình 4.9. Mở bản vẽ 98
Hình 4.10. Sau khi tạo mô hình Topo 98
Hình 4.11. Nhập thông tin thửa đất từ cơ sở dữ liệu 99
Hình 4.12. Trước khi gộp thửa 99
Hình 4.13. Sau khi gộp thửa 100
Hình 4.14. Trước khi chia tách thửa 100
Hình 4.15. Đặt thông số chia tách thửa 101
Hình 4.16. Sau khi chia tách thửa 101
Hình 4.17. Tra cứu thông tin thửa đất 102
Hình 4.18. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất 102
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, việc thành lập bản đồ số nói chung và bản đồ số địa chính nói
riêng đang được triển khai rộng rãi trên cả nước. Tuy nhiên, do chưa có hệ
thống phần mềm xử lý, biên tập một cách hoàn chỉnh, thống nhất; hệ thống
văn bản kỹ thuật cho công tác thành lập bản đồ địa chính thay đổi thường
xuyên nên việc thành lập bản đồ số địa chính còn gặp nhiều khó khăn. Để
thành lập được một bản đồ địa chính số phải thực hiện qua nhiều công đoạn
bằng nhiều phần mềm khác nhau, mỗi đơn vị sản xuất thực hiện theo một quy
trình riêng. Các sản phẩm bản đồ chủ yếu sử dụng phần mềm đồ họa nước
ngoài và các mô đun phần mềm Việt Nam chạy trên các nền đồ họa đó. Trong
giai đoạn hiện nay, khi luật bản quyền được thắt chặt thì việc sử dụng các
phần mềm nước ngoài sẽ đẩy giá thành sản phẩm cao làm cho không phải đơn
vị sản xuất nào cũng có thể thực hiện được. Bên cạnh đó, với dữ liệu không
được chuẩn hóa đồng đều thì khai thác ứng dụng bản đồ số địa chính còn hạn
chế. Chính vì vậy, việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thành lập và ứng
dụng bản đồ số địa chính trong điều kiện Việt Nam là một yêu cầu cấp thiết,
có ý nghĩa lý luận và thực tiễn cao.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
- Lý thuyết: Đưa ra cơ sở khoa học của các giải pháp hoàn thiện quy
trình công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính.
- Thực nghiệm: Xây dựng chương trình thực nghiệm nhằm khẳng định
tính đúng đắn của những giải pháp đề xuất trong luận án trong công tác thành
lập và ứng dụng bản đồ số địa chính.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ thống văn bản kỹ thuật về công tác thành lập bản đồ địa chính;
- Công nghệ thành lập bản đồ địa chính qua các thời kỳ;
- Sản phẩm ứng dụng của bản đồ địa chính số.
4. Phạm vi nghiên cứu
2
Phạm vi nghiên cứu của luận án được giới hạn ở Việt Nam về công
nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ địa chính số theo phương pháp đo đạc trực
tiếp ngoài thực địa.
5. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu quy trình thành lập bản đồ địa chính số từ trước đến nay;
- Đánh giá ưu nhược điểm của quy trình thành lập bản đồ địa chính;
- Nghiên cứu sử dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật hiện nay để đề xuất
các giải pháp hoàn thiện quy trình thành lập bản đồ địa chính cũng như ứng
dụng bản đồ số địa chính;
- Nghiên cứu các mô hình dữ liệu để lựa chọn mô hình dữ liệu phù hợp
vừa linh hoạt trong việc thành lập vừa dễ dàng trong việc cập nhật biến động
đất đai;
- Nghiên cứu xây dựng các thuật toán và giải pháp tăng tốc độ tính toán
của chương trình.
6. Phương pháp nghiên cứu
Trong luận án đã sử dụng phương pháp phân tích để khảo sát, lập luận
cứ cho những đề xuất mới trong luận án; phương pháp so sánh để đối chiếu
với các kết quả nghiên cứu khác hoặc các nội dung liên quan nhằm so sánh,
đánh giá, đưa ra giải pháp phù hợp; phương pháp mô hình hóa và tin học để
tập hợp các quy luật, chứng minh một số công thức, xây dựng các thuật toán
phục vụ cho việc tính toán và lập trình máy tính; phương pháp thực nghiệm:
tiến hành thực nghiệm cụ thể để chứng minh lý thuyết, khẳng định tính đúng
đắn, hiệu quả của các giải pháp đề xuất.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Ý nghĩa khoa học: Xây dựng cơ sở lý thuyết sử dụng mô hình dữ liệu
phù hợp vừa linh hoạt trong việc thành lập và khai thác dữ liệu bản đồ số địa
chính vừa dễ dàng trong việc cập nhật biến động đất đai.
3
- Ý nghĩa thực tiễn: Giải pháp hoàn thiện quy trình thành lập bản đồ địa
chính đề xuất trong luận án nhằm tăng năng suất lao động, chuyên môn hóa
công tác nội - ngoại nghiệp, có thể áp dụng ở tất cả các đơn vị thành lập bản
đồ số địa chính.
8. Các luận điểm bảo vệ
- Giải pháp hoàn thiện quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính
đề xuất trong luận án phù hợp với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật ở Việt Nam
hiện nay;
- Sử dụng cấu trúc dữ liệu DCEL là cơ sở để quản lý và khai thác dữ
liệu bản đồ số địa chính.
9. Các điểm mới của luận án
(1) Cách tiếp cận mới trong việc sử dụng thông tin trực quan khi đo
đạc thành lập bản đồ địa chính nhằm chuyên môn hóa công tác nội ngoại
nghiệp.
(2) Đề xuất sử dụng cấu trúc dữ liệu DCEL và xây dựng thuật toán sử
dụng trong biên tập cũng như tạo ứng dụng bản đồ số địa chính trong điều
kiện Việt Nam;
(3) Xác định giải pháp tối ưu hóa tốc độ tính toán cho các thuật toán
trong xây dựng chương trình.
10. Kết cấu của luận án
Luận án được chia thành các phần:
(1). Mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa, đối tượng,
phạm vi nghiên cứu của luận án;
(2). Chương 1. Tổng quan: Giới thiệu tình hình nghiên cứu trong và
ngoài nước về những vấn đề liên quan đến nội dung luận án, các vấn đề còn
tồn tại, cần nghiên cứu;
(3). Nội dung nghiên cứu được trình bày trong các chương 2, 3, 4;
(4). Kết luận, kiến nghị: trình bày những kết luận mới của luận án và
các kiến nghị nhằm hiện thực hóa những giải pháp đề xuất.
4
(5). Danh mục công trình tác giả
(6). Tài liệu tham khảo
(7). Phụ lục
11. Cơ sở tài liệu
- Các tài liệu tham khảo về các mô hình dữ liệu được lấy từ sách báo
trong và ngoài nước;
- Tài liệu để phân tích đánh giá dựa trên tìm hiểu thực tế ở các đơn vị
đo đạc thành lập bản đồ địa chính như Tổng công ty và các xí nghiệp tài
nguyên môi trường; Công ty Tư vấn triển khai công nghệ và xây dựng Mỏ -
Địa chất (Codeco); Trung tâm hỗ trợ phát triển khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa
chất; Trung tâm nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới Trắc địa - Bản đồ; Công
ty cổ phần công nghệ tài nguyên và môi trường (Remtechco); Công ty Cổ
phần Hưng Quốc (HQ); Công ty cổ phần khảo sát thiết kế và xây dựng miền
Bắc (MBCDS)
- Các văn bản kỹ thuật được lấy từ trang Web của Bộ tài nguyên và
Môi trường Việt Nam.
12. Lời cảm ơn
Luận án được hoàn thành tại bộ môn Địa chính - khoa Trắc địa - trường
Đại học Mỏ - Địa chất thuộc Bộ giáo dục và Đào tạo, dưới sự hướng dẫn khoa
học của cố NGƯT. PGS. TS. Nguyễn Trọng San và TS. Trần Thùy Dương.
Trong quá trình thực hiện luận án, tác giả luôn nhận được sự giúp đỡ
tận tình của các thầy, cô giáo trong bộ môn Địa chính, khoa Trắc địa, phòng
Đào tạo Sau đại học, Ban giám hiệu trường Đại học Mỏ - Địa chất và các đơn
vị thành lập bản đồ địa chính.
Qua đây, lời đầu tiên tác giả bày tỏ lòng tưởng nhớ khôn nguôi đến cố
NGƯT. PGS. TS. Nguyễn Trọng San. Lời thứ hai, tác giả xin bày tỏ lòng biết
ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS. Trần Thùy Dương, người đã cho tôi
5
động lực mạnh mẽ, hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi
hoàn thành luận án. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành
nhất đến Ban giám hiệu, phòng Đào tạo Sau đại học, khoa Trắc địa, Bộ môn
Địa chính trường Đại học Mỏ - Địa chất, các cơ quan đoàn thể và người thân,
bạn bè đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong thời gian qua. Xin
cảm ơn tất cả.
6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới
Lịch sử ra đời và phát triển của bản đồ số và hệ thống thông tin địa lý
gắn liền với sự phát triển của máy tính điện tử. Từ năm 1950 Trung tâm địa
hình Mỹ đã bắt đầu nghiên cứu vấn đề thành lập bản đồ có sự trợ giúp của
máy tính và từ đó công nghệ bản đồ số và hệ thống thông tin địa lý không
ngừng phát triển.
Có thể tóm tắt việc nghiên cứu và phát triển của bản đồ số qua các giai
đoạn như sau:
Giai đoạn 1: Từ 1950 đến 1970. Nội dung chính của thời kỳ này là
“Lập bản đồ số có sự trợ giúp của máy tính”. Các nhà công nghệ nghiên cứu
chế tạo thiết bị gắn với máy tính điện tử để tạo thông tin như các thiết bị số
hoá (Digitizer) hoặc máy quét (Scanner) và các thiết bị đầu ra như máy in,
máy vẽ tự động có độ chính xác cao sử dụng kỹ thuật số.
Song song với việc nghiên cứu chế tạo thiết bị, người ta đẩy mạnh
nghiên cứu các giải pháp toán học để mô hình hoá và thể hiện các đối tượng
không gian địa lý sau khi rời rạc hoá thông tin. Năm 1963 ở Mỹ có phần mềm
vẽ bản đồ đầu tiên (Symap).
Giai đoạn 2: Đó là thập kỷ 70 và những năm đầu của thập kỷ 80 của
thế kỷ trước. Người ta tập trung nghiên cứu xây dựng các hệ thống bản đồ tự
động hoá hoàn chỉnh. Các vấn đề kỹ thuật trong quy trình công nghệ thành lập
bản đồ số được nghiên cứu và giải quyết hoàn chỉnh từ việc chuẩn hoá nội
dung, ký hiệu bản đồ, tổ chức dữ liệu đến chế tạo các thiết bị gắn với các máy
đo đạc trên mặt đất, các máy đo ảnh để tạo dữ liệu số và chế tạo các máy vẽ tự
động.
Trong giai đoạn này đã xây dựng các phần mềm ứng dụng để điều
khiển toàn bộ hệ thống từ thu thập dữ liệu, tổ chức quản lý cơ sở dữ liệu, ngân
hàng dữ liệu và các phương pháp sử dụng dữ liệu số, đưa ra kết quả phân tích,
7
dự báo,… Đặc biệt mô hình số bề mặt địa hình đã được nghiên cứu và đưa
vào ứng dụng.
Giai đoạn 3: Phát triển hệ thống thông tin địa lý. Ý tưởng về tích hợp
thông tin không gian và thông tin thuộc tính phi đồ hoạ theo thời gian để tổng
hợp, phân tích, mô hình hoá đã có tương đối sớm. Song chỉ khi máy tính phát
triển mạnh thì hệ thống thông tin địa lý (GIS) mới trở thành hiện thực. Năm
1964 hệ thống CGIS (Canadian Geographic Information System) ra đời. Sau
năm 1980 các hệ thống thông tin địa lý được nghiên cứu và phát triển mạnh
mẽ. Đó là tập hợp có tổ chức bao gồm hệ thống máy tính cùng các thiết bị
kèm theo, phần mềm điều hành, cơ sở dữ liệu và con người, được thiết kế để
thu thập, lưu trữ, quản lý, cập nhật, phân tích, tổng hợp và kết xuất tất cả các
dạng thông tin liên quan đến vị trí địa lý.
Các phần mềm GIS được ứng dụng rộng rãi hiện nay có thể kể đến
như: MAPINFO, ARC/INFO, MGE, ARCGIS, …
Hệ thống thông tin đất đai (Land Information System - LIS) là một lĩnh
vực ứng dụng đặc biệt của hệ thống thông tin địa lý. Theo hiệp hội Trắc địa
bản đồ thế giới thì: "Một hệ thống thông tin đất đai là một công cụ giúp cho
việc tạo quyết định về luật pháp, hành chính và kinh tế và trợ giúp cho công
tác quy hoạch và phát triển. Nó bao gồm một mặt là một cơ sở dữ liệu lưu trữ
các dữ liệu tham chiếu không gian trên một vùng địa lý nhất định và một mặt
là một số quy trình và kỹ thuật để thu thập, cập nhật, xử lý và phân phối dữ
liệu một cách có hệ thống. Cơ sở của một hệ thống thông tin đất đai là một hệ
thống tham chiếu không gian đồng nhất cho dữ liệu trong hệ thống, đồng thời
có khả năng liên kết dữ liệu trong hệ thống với các cơ sở dữ liệu đất đai khác
có liên quan".
Đến nay hầu hết các nước phát triển đã ứng dụng hệ thống thông tin đất
đai hiện đại để quản lý đất đai, đáp ứng nhanh mọi yêu cầu của đời sống xã
hội.
8
Giai đoạn 4: Đặt ra vấn đề nghiên cứu, hoàn thiện và đưa vào sử dụng
hệ thống bản đồ thông tin địa lý toàn cầu (Global Geoinformatic Mapping),
phát triển GIS thành hệ thống thông tin không gian toàn cầu ứng dụng cho các
quốc gia và quốc tế.
Sự phát triển và tính phổ biến của INTERNET và các dịch vụ WEB đã
đưa tới khả năng truy cập dữ liệu thông tin địa lý qua WEB, khái niệm WEB-
GIS đã trở thành hiện thực.
Ngoài hai yếu tố mang tính kỹ thuật là phần cứng máy tính và phần
mềm hệ thống thì cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin là cực kỳ quan trọng,
nó đảm bảo cho sự tồn tại và hoạt động có hiệu quả của hệ thống.
Đối với bản đồ địa chính, đây là một thành phần quan trọng của quản lý
đất đai ở hầu hết các quốc gia. Mỗi quốc gia có một hệ thống quản lý bản đồ
riêng, không có hai hệ thống bản đồ địa chính là như nhau, mặc dù có một số
thành phần cơ bản trong chung cho hầu hết các hệ thống. Do sự khác biệt về
lịch sử, văn hóa và xã hội, bản đồ địa chính đóng vai trò khác nhau ở mỗi
quốc gia, có nhiều nhận thức khác nhau về những gì tạo thành một bản đồ địa
chính [26].
Theo [34], Hệ thống địa chính của các nước trên thế giới có thể được
chia thành 3 nhóm: Nhóm các nước công nghiệp phát triển; nhóm các nước
đang phát triển và nhóm các nước kém phát triển.
Ở hầu hết các nước phát triển, hệ thống bản đồ địa chính đã được thành
lập hoàn chỉnh, giai đoạn hiện nay chủ yếu là đo đạc chỉnh lý biến động. Hệ
thống thông tin đất đai (LIS) và hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã có một
bước tiến lớn trong tin học hóa bản đồ, việc ứng dụng bản đồ số nói chung và
bản đồ số địa chính nói riêng đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực do hệ
thống bản đồ đã xây dựng đồng bộ, việc cập nhật bản đồ cũng được thực hiện
thường xuyên và quản lý chặt chẽ trong một cơ sở dữ liệu phù hợp.
9
Ở các nước đang phát triển quá trình thành lập bản đồ địa chính thường
bị chỉ trích là chậm, tốn kém và là một trong những hạn chế lớn về phát triển
kinh tế. Các nước này đang trong giai đoạn xây dựng hệ thống bản đồ địa
chính, bản đồ địa chính đang được đo đạc chính quy nhằm hoàn chỉnh cơ sở
dữ liệu phủ kín lãnh thổ.
Ở các nước kém phát triển, mật độ dân cư thưa thớt, áp lực về phát
triển kinh tế chưa cao, đất đai có giá trị thấp, hệ thống địa chính còn sơ khai,
mới được quan tâm bước đầu.
1.1.1. Công nghệ thành lập bản đồ số địa chính trên thế giới
Yếu tố quan trọng nhất trên bản đồ địa chính dù ở quốc gia nào cũng
cần thể hiện chính xác và đầy đủ nhất đó chính là ranh giới thửa đất. Đây là
yếu tố quan trọng nhất xuất phát từ chính mục tiêu của bản đồ địa chính nhằm
quản lý đến từng thửa đất. Chính vì lẽ đó, việc thành lập bản đồ địa chính chú
trọng đến việc xác định chính xác vị trí từng góc thửa đất đồng thời thu thập
các thông tin thuộc tính của thửa đất nhằm hướng tới mục đích quản lý một
cách hiệu quả.
Tuy nhiên, quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính ở mỗi quốc
gia có những sự khác biệt riêng phụ thuộc vào khả năng kinh tế, trang thiết bị
kỹ thuật và sự phát triển của khoa học công nghệ. Quy trình chung của các
nước xây dựng xong hệ thống bản đồ số địa chính từ rất sớm như Canada,
Australia thực hiện đăng ký xét duyệt trước, tiếp đến đánh dấu mốc rồi mới
tiến hành xác định ranh giới thửa, lưu, cập nhật thông tin thửa đất phục vụ
quản lý đất đai và khai thác thông tin.
Đối với công tác xác định ranh giới thửa đất, ngày nay, với sự phát
triển của khoa học công nghệ, các thiết bị xác định vị trí điểm ngày càng hiện
đại. Do đó, tùy thuộc vào trang thiết bị và yêu cầu độ chính xác cũng như mục
đích quản lý mà có những phương pháp khác nhau đối với mỗi quốc gia.
10
Với bản đồ tỉ lệ vừa và nhỏ khu vực giá trị kinh tế thấp, độ chính xác
không cao có thể sử dụng ảnh hàng không độ phân giải cao kết hợp đối soát
thực tế để khoanh vẽ ranh giới sử dụng đất. Đối với bản đồ tỉ lệ lớn, khu vực
giá trị kinh tế lớn, độ chính xác cao cần sử dụng các thiết bị xác định tọa độ
với độ chính xác cao tới từng góc thửa đất. Để thực hiện điều này, trước hết
xây dựng một hệ thống lưới đường chuyền sau đó sử dụng phương pháp đo
tọa độ tuyệt đối hoặc tọa độ tương đối.
Bên cạnh việc xác định chính xác tọa độ các đối tượng trên bản đồ địa
chính cần phải nối các điểm đo sao cho đúng với ranh giới ngoài thực địa.
Việc nối các điểm này phương pháp thường sử dụng trên thế giới là vẽ sơ họa,
ngoài ra có thể sử dụng các loại ảnh như ảnh hàng không độ phân giải cao
hoặc sử dụng ảnh chụp từ máy bay không người lái. Các ảnh này được đưa về
cùng hệ thống tọa độ với các điểm chi tiết, từ đó có thể nối sơ họa sau đó tiến
hành đối soát sửa chữa.
1.1.2. Ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới
Ứng dụng quan trọng nhất của bản đồ địa chính là quản lý đất đai.
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, bản đồ số địa
chính ở nhiều nước trên thế giới đã thêm nhiều ứng dụng khác nhau, nhiều
nước đã xây dựng hệ thống địa chính đa mục đích với các hệ thống phần mềm
ứng dụng đặc thù riêng. Chính vì lẽ đó, việc quản lý thửa đất phải thỏa mãn
hệ thống tham chiếu thửa đất, cụ thể:
Dễ hiểu, không gây nhầm lẫn, sai sót;
Dễ nhớ, để cho người sử dụng có thể dễ dàng tra cứu;
Dễ sử dụng đối với cả người quản lý và cộng đồng;
Dễ xử lý trong máy tính;
Đảm bảo tính bền vững;
Có khả năng cập nhật mà không làm thay đổi hệ thống;
11
Đảm bảo tính đơn trị của thửa đất: mỗi thửa đất chỉ có một số hiệu
tham chiếu duy nhất và ngược lại;
Đảm bảo tính chính xác và không chứa lỗi;
Hệ thống cần linh hoạt, có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau;
Đảm bảo tính kinh tế khi thực thi và bảo trì.[35]
Với mục đích không làm phá vỡ hệ thống tham chiếu thửa đất, các
quốc gia trên thế giới có các cách quản lý thửa đất khác nhau, thông thường
có các cách quản lý:
- Chia khu vực và đánh số thửa theo khu vực
Với việc phân chia khu vực đo vẽ thành các khu vực nhỏ hơn riêng lẻ
thuận lợi trong việc đo vẽ thành lập đồng thời khi chỉnh lý biến động không
làm phá vỡ hệ thống tham chiếu thửa đất. Cách phân chia này được áp dụng
trên nhiều nước trên thế giới như Pháp, Australia, Argentina (Hình 1.1)
Hình 1.1. Đánh số thửa theo từng khu vực ở Argentina
( />argentina-modernizes-its-land-registry-administration.html)
- Đánh số thửa đất từ 1 đến hết trên toàn khu vực đo vẽ
12
Với cách quản lý này hệ thống tham chiếu thửa đất cũng được đảm bảo,
tính đơn trị của thửa đất rõ ràng, tuy nhiên việc quản lý cần có hệ thống phần
mềm đủ mạnh xử lý tốc độ cao. Cách phân chia này được áp dụng ở Malaysia
và một số nước khác.
Hình 1.2. Đánh số thửa trên toàn khu vực ở Malaysia
(
Với các cách quản lý thửa đất dựa vào trị số đơn trị sẽ truy cập tới thửa
đất dễ dàng, từ đó có thể gắn thêm nhiều thông tin khác dưới dạng các cơ sở
dữ liệu liên kết tạo nên hệ thống địa chính đa mục đích.
Sau khi có phương pháp quản lý thửa đất thì hệ thống phần mềm đóng
vai trò quan trọng. Ngày nay, các hệ thống công nghệ phần mềm chính được
áp dụng là phần mềm của các hãng Autodesk, Bentley, ESRI. Ngoài ra, một
số quốc gia sử dụng các hệ thống phần mềm độc lập riêng có thể trao đổi dữ
liệu với các hệ thống phần mềm trên.
13
Trong các hệ thống phần mềm đó, hệ thống của ESRI được sử dụng
nhiều ở các nước châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới. Theo tài liệu trên
trang Web với địa chỉ:
european-cadastres-and-national-mapping-agencies.html cho thấy điều đó.
Bảng 1.1. Danh sách các nước sử dụng công nghệ ESRI
Các nước này, hầu hết đã thành lập xong bản đồ số địa chính phủ trùm
trên phạm vi quốc gia, chính vì vậy vấn đề cập nhật và ứng dụng bản đồ số
địa chính là vấn đề được quan tâm nhiều nhất hiện nay.
Khi nhu cầu về bản đồ của các quốc gia châu Âu và các cơ quan địa
chính (NMCAs) tăng, vai trò của bản đồ tiếp tục mở rộng dẫn đến tầm quan
trọng cơ bản và giá trị của việc sử dụng GIS cũng phát triển. Công nghệ GIS
cho phép NMCAs không chỉ thực hiện công tác địa chính một cách hiệu quả
mà còn tích hợp nó với các chủ đề khác của thông tin trong cơ sở hạ tầng dữ
liệu không gian (SDI) quốc gia. Khi làm như vậy, NMCAs có thể đáp ứng
nhiều yêu cầu khác đối với đất đai và thông tin địa lý, đặc biệt là trong bối
cảnh phát triển bền vững và quản lý đất đai tốt hơn.
14
Công nghệ GIS của ESRI là nền tảng ưa thích đối với các cơ quan địa
chính của châu Âu. Hệ thống hồ sơ địa chính và đăng ký đất đai khác nhau
trên khắp châu Âu, phản ánh nền tảng khác nhau về lịch sử, văn hóa, khuôn
khổ pháp lý và mô hình tổ chức.
Trên thế giới đã xây dựng các quy chuẩn về dữ liệu thông tin địa lý
trong đó quy định rõ mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý. Tiêu chuẩn để mô hình
hóa (UML), trao đổi thông tin có cấu trúc (XML) và thông tin địa lý (tiêu
chuẩn ISO 19107 của tiểu ban ISO TC211), ngoài ra còn có các tiêu chuẩn
khác của OGC (Open Geospatial Consortium) [36], [40]. Một số ứng dụng
bản đồ số địa chính được trình bày trong [37], [38], [41].
1.2. Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam
Công nghệ thành lập bản đồ địa chính ở Việt Nam trải qua nhiều thời
kỳ khác nhau, cũng tương tự như hầu hết các nước trên thế giới, sử dụng các
thiết bị đo đạc để xác định tọa độ các ranh giới thửa đất và các nội dung khác
của bản đồ địa chính. Các công nghệ đã và đang áp dụng bao gồm: sử dụng
ảnh hàng không độ phân giải cao để lập bản đồ địa chính tỷ lệ nhỏ 1/5000 phủ
trùm toàn quốc, 1/5000 các khu vực đô thị; sử dụng phương pháp kết hợp ảnh
hàng không và đo bổ sung mặt đất thành lập bản đồ tỷ lệ 1/2000 khu vực thổ
canh; sử dụng phương pháp đo đạc trực tiếp bằng nhiều thiết bị khác nhau
đảm bảo độ chính xác tùy vào tỷ lệ đo vẽ bản đồ 1/1000, 1/500 và 1/200. Với
tình hình như vậy, việc thành lập bản đồ số địa chính tỉ lệ nhỏ và vừa hiện nay
ít thực hiện. Để thành lập bản đồ với độ chính xác cao cho tỷ lệ lớn, việc đo
đạc trực tiếp ngoài thực địa hiện tại chưa có phương pháp nào có thể thay thế.
Đây là công việc tốn nhiều thời gian, kinh phí, chịu ảnh hưởng lớn của thời
tiết. Do đó, luận án giới hạn nghiên cứu công nghệ thành lập bản đồ số địa
chính bằng phương pháp đo đạc trực tiếp ngoài thực địa ở Việt Nam, từ đó
15
đưa ra một số giải pháp hoàn thiện quy trình công nghệ thành lập cũng như
ứng dụng bản đồ số trong điều kiện Việt Nam.
1.2.1. Công nghệ thành lập bản đồ địa chính ở Việt Nam
Đầu những năm 70 của thế kỷ hai mươi, các kỹ sư Trắc địa Việt Nam
bắt đầu nghiên cứu ứng dụng máy tính điện tử vào xử lý số liệu. Những năm
80, thông qua một số dự án với nước ngoài, có một số cơ quan được đầu tư
máy tính kèm một số phần mềm CADMAP, MAPINFO, mở ra khả năng
làm bản đồ chuyên đề bằng công nghệ số và thành lập cơ sở dữ liệu bản đồ.
Tuy nhiên, công nghệ số và tự động hoá trong Trắc địa - Bản đồ của Việt
Nam chỉ phát triển mạnh mẽ từ sau năm 1990.
Trong thời kỳ này công nghệ đo đạc như GPS, toàn đạc điện tử (Total
station) và công nghệ đo ảnh số được đưa vào và triển khai ở 2 cơ quan lớn là
Cục đo đạc bản đồ Nhà nước sau là Tổng cục Địa chính, nay là Bộ Tài
nguyên - Môi trường và Cục Bản đồ quân đội Bộ Tổng tham mưu, sau đó
phát triển ở các cơ sở sản xuất kinh doanh khác.
Song song với công nghệ đo đạc, các phần mềm đồ hoạ phục vụ thành
lập và quản lý thông tin bản đồ như: AUTOCAD, SDR, ITR, ILWIS,
ARC/INFO, MAPINFO, INTERGRAPH, ARCGIS, được nhập vào Việt
Nam và được nghiên cứu, triển khai ứng dụng vào sản xuất.
Trước năm 1992, bản đồ địa chính được làm theo công nghệ truyền
thống, đo đến đâu vẽ đến đó trực tiếp ngoài thực địa. Công nghệ này tỏ ra có
quá nhiều nhược điểm: tốn nhân công kỹ thuật, ảnh hưởng lớn của điều kiện
thời tiết, độ chính xác thấp, sản phẩm bản đồ trên giấy khó lưu trữ, nhân bản
Ưu điểm của công nghệ này là các thông tin tức thời tại thực địa được chuyển
vẽ và ghi chú ngay lên bản vẽ đồng thời kiểm chứng ngay được sự chính xác
về hình thửa, các mối quan hệ hình học của các đối tượng như thẳng hàng,
vuông góc Các thông tin này được gọi là thông tin trực quan.
