nghiên cứu ứng dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp tại tỉnh sóc trăng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG & TNTN

NGUYỄN THỊ THUÝ AN
VÕ XUÂN THẢO

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN TỐI ƯU
HÓA ĐA MỤC TIÊU TRONG QUY HOẠCH SỬ DỤNG
ĐẤT NÔNG NGHIỆP TẠI TỈNH SÓC TRĂNG
(Nghiên cứu cụ thể trong điều kiện 04 Huyện vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng)

LUẬN VĂN KỸ SƯ NGÀNH QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Cần Thơ - 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
-------------------------

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN TỐI ƯU
HÓA ĐA MỤC TIÊU TRONG QUY HOẠCH SỬ DỤNG
ĐẤT NÔNG NGHIỆP TẠI TỈNH SÓC TRĂNG
(Nghiên cứu cụ thể trong điều kiện 04 Huyện vùng ven biển tỉnh Sóc Trăng)

LUẬN VĂN KỸ SƯ NGÀNH QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
Mã ngành: 52850103

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Th.S NGUYỄN HỮU KIỆT

SINH VIÊN THỰC HIỆN

NGUYỄN THỊ THÚY AN (4115000)
VÕ XUÂN THẢO (4115082)
Lớp Quản Lý Đất Đai K37

Cần Thơ - 2014


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI

XÁC NHẬN CỦA BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI
Với đề tài:
“NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU
TRONG QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP TẠI TỈNH SÓC TRĂNG”
Do sinh viên: Nguyễn Thị Thúy An, lớp Quản Lý Đất Đai K37A1 và Võ Xuân Thảo, lớp
Quản Lý Đất Đai K37A2, Bộ môn Tài Nguyên Đất Đai, Khoa Môi Trường và Tài Nguyên
Thiên Nhiên, Trường Đại học Cần Thơ thực hiện.
Xác nhận của Bộ Môn:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

Cần Thơ, ngày ….. tháng ….. năm 2014
TRƯỞNG BỘ MÔN

i


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Chứng nhận chấp thuận báo cáo luận văn tốt nghiệp ngành Quản Lý Đất Đai với
đề tài:
“NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU
TRONG QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP TẠI TỈNH SÓC TRĂNG”
Do sinh viên: Nguyễn Thị Thúy An, lớp Quản Lý Đất Đai K37A1 và Võ Xuân Thảo, lớp
Quản Lý Đất Đai K37A2, Bộ môn Tài Nguyên Đất Đai, Khoa Môi Trường và Tài Nguyên
Thiên Nhiên, Trường Đại học Cần Thơ thực hiện từ ngày 06/08/2014 đến ngày 05/12/2014.
Nhận xét của cán bộ hướng dẫn:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

Cần Thơ, ngày ….. tháng ….. năm 2014
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BÁO CÁO
Hội đồng chấm báo cáo luận văn tốt nghiệp đã chấp thuận báo cáo với đề tài:
“Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong quy hoạch sử dụng đất
nông nghiệp tại tỉnh Sóc Trăng”
Do sinh viên Nguyễn Thị Thúy An và Võ Xuân Thảo thực hiện và bảo vệ trước Hội đồng.
Ngày … tháng … năm 2014.
Báo cáo Luận văn tốt nghiệp được Hội đồng đánh giá mức:.………….....
Ý kiến của Hội đồng:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

Cần Thơ, ngày ….. tháng ….. năm 2014
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

iii


LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên Nguyễn Thị Thúy An (MSSV: 4115000)
Tôi tên Võ Xuân Thảo (MSSV:4115082)
Là sinh viên lớp Quản Lý Đất Đai K37, Bộ môn Tài Nguyên Đất Đai, Khoa Môi Trường và

Tài Nguyên Thiên Nhiên, Trường Đại Học Cần Thơ.
Từ ngày 06/08/2014 đến ngày 05/12/2014, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng
dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp tại
tỉnh Sóc Trăng”
Chúng tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình
bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ luận văn nào
trước đây.

Cần Thơ, ngày ….. tháng ….. năm 2014
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thúy An

Võ Xuân Thảo

iv


LỜI CẢM TẠ

Để hoàn thành luận văn này tôi được sự quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình của Quý Thầy Cô,
bạn bè và gia đình. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Thầy Nguyễn hữu Kiệt đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong
suốt quá trình để tôi hoàn thành luận văn.
Quý Thầy, Cô và các anh chị trong Bộ môn Tài Nguyên Đất đai – Khoa Môi trường và
Tài nguyên thiên nhiên – Trường Đại học Cần Thơ đã luôn quan tâm và giúp đỡ tôi hoàn
thành đề tài.
Quý Thầy, Cô giảng dạy lớp Quản lý Đất đai K37 đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt
những kiến thức, kinh nghiệm thực tiễn hết sức quý báo. Cùng cố vấn học tập Nguyễn Thị
Song Bình và Phan Kiều Diễm đã nhiệt tình giúp đỡ cho tập thể lớp Quản Lý Đất Đai 37

những năm qua.
Quý cô, chú, anh, chị tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển
Nông thôn tỉnh Sóc Trăng đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn.
Xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cha, Mẹ và người thân đã động viên nhắc nhở tôi
trong suốt quá trình học tập và tạo điều kiện tốt nhất để tôi có kết quả như ngày hôm nay.
Tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, chân thành và mãi khắc ghi những công ơn quý báo này.

Chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày ….. tháng ….. năm 2014

Nguyễn Thị Thúy An

Võ Xuân Thảo

v


TÓM LƯỢC
Mỹ Xuyên, Trần Đề, Long Phú, Vĩnh Châu là 4 huyện vùng ven biển của tỉnh Sóc Trăng,
phần lớn người dân ở đây sinh sống dựa vào sản xuất nông nghiệp là chính. Đề tài“Ứng dụng
mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp tại tỉnh Sóc
Trăng” được thực hiện nhằm góp phần cho công tác quản lý, sử dụng đất nông nghiệp trên
địa bàn 4 huyện đạt được hiệu quả cao trên cơ sở tối ưu các mục tiêu và ràng buộc về nguồn
tài nguyên. Trong nghiên cứu đã ứng dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu và giải các
mô hình toán bằng phương pháp thõa dụng mờ với sự hỗ trợ của Module Solver trong
Microsoft Excel. Ngoài ra, nghiên cứu còn sử dụng phương pháp so sánh cặp để so sánh mức
độ quan trọng giữa từng cặp mục tiêu gồm lợi nhuận, yêu cầu lao động, hiệu quả đồng vốn,
mức thích nghi đất đai, hiệu quả môi trường, từ đó xác định các trọng số trong hàm thõa dụng
tổ hợp. Cuối cùng, đề xuất các phương án sử dụng đất tốt nhất làm cơ sở cho quy hoạch sử

dụng đất đai.
Kết quả nghiên cứu đã chọn lọc ra 5 kiểu sử dụng đất đai có triển vọng ở vùng nghiên
cứu bao gồm: Lúa 03 vụ (LUT1), Lúa 02 vụ (LUT2), Tôm_lúa (LUT3), chuyên Tôm (LUT4),
Lúa màu (LUT5). Nghiên cứu đã xác định 5 mục tiêu để tối ưu hóa bao gồm: hiệu quả lợi
nhuận, hiệu quả yêu cầu lao động, hiệu quả sử dụng đồng vốn, mức thích nghi đất đai và hiệu
quả môi trường để đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế, xã hội, môi trường trong quy hoạch
sử dụng đất đai; 5 mục tiêu trên xây dựng hàm thõa dụng tổ hợp; với các ràng buộc chính về
giới hạn diện tích thích nghi, giới hạn về số ngày công lao động và giới hạn về chi phí đầu tư.
Kết quả nghiên cứu đã xác định được phương án bố trí sử dụng đất hợp lý cơ bản đáp ứng
đồng thời 5 mục tiêu nêu trên với các trọng số lần lượt là w1= 0,284 (lợi nhuận), w2 = 0,058
(yêu cầu lao động), w3 = 0,277 (hiệu quả đồng vốn), w4 = 0,17 (mức thích nghi đất đai), w5 =
0,211 (hiệu quả môi trường) với 03 điều kiện ràng buộc về giới hạn diện tích thích nghi, giới
hạn về số ngày công lao động và giới hạn về chi phí đầu tư. Vùng I: phương án lựa chọn
LUT5 (Lúa-màu) với diện tích 4.635,05 ha. Vùng II: phương án lựa chọn LUT4 (Chuyên
tôm) với diện tích 47.445,59 ha. Vùng III: phương án lựa chọn LUT2 (02 Lúa) với diện tích
14.420,51 ha. Vùng Va: phương án lựa chọn LUT2 (02 Lúa) với diện tích 2.971,30 ha và
phương án lựa chọn LUT3 (Tôm_lúa) với diện tích 2.971,30 ha. Vùng Vb: phương án lựa
chọn LUT3 (Tôm_lúa) với diện tích 13.300,36 ha. Vùng VI: phương án lựa chọn LUT4
(Chuyên Tôm) với diện tích 10.888,86 ha.

vi


MỤC LỤC
Trang

XÁC NHẬN CỦA BỘ MÔN TÀI NGUYÊN ĐẤT ĐAI
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BÁO CÁO
LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM TẠ
TÓM LƯỢC
MỤC LỤC
DANH SÁCH HÌNH
DANH SÁCH BẢNG
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.1. Khái niệm về đất đai và quy hoạch sử dụng đất đai
1.1.1. Khái niệm, định nghĩa đất đai
1.1.2. Khái niệm quy hoạch sử dụng đất đai
1.1.3. Tổng quan về các phương pháp quy hoạch sử dụng đất đai
1.2. Quan điểm về hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp
1.2.1. Quan điểm sử dụng đất bền vững
1.2.2. Vấn đề hiệu quả và các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp
1.3. Tối ưu hóa trong quy hoạch sử dụng đất đai
1.3.1. Khái niệm về mô hình toán học
1.3.2. Tổng quát về bài toán tối ưu
1.4. Phương pháp so sánh cặp xác định trọng số các mục tiêu
1.5. Đặc điểm vùng nghiên cứu
1.5.1. Vị trí hành chính
1.5.2. Khái quát chung
1.5.3. Đặc điểm điều kiện tự nhiên
1.5.4. Tình hình sản xuất nông nghiệp của huyện
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phương tiện nghiên cứu
2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Nội dung nghiên cứu
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.3. Tối ưu hóa lựa chọn các mô hình sử dụng đất đai bằng phương pháp thỏa dụng

mờ giải bài toán quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu

i
ii
iii
iv
v
vi
vii
ix
x
xi
1
2
2
2
2
3
4
4
5
7
7
8
18
21
21
22
23
26

28
28
28
28
29

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN

36
36
38
40
45
45

3.1. Hiện trạng sử dụng đất tại huyện Hồng Dân, tỉnh Bạc Liêu
3.2. Xây dựng bản đồ đơn vị đất đai
3.3. Phân vùng thích nghi tự nhiên cho các kiểu sử dụng đất đai
3.4. Tối ưu hóa lựa chọn các mô hình sử dụng đất đai bằng mô hình toán
3.4.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu trên Excel

vii

30


3.4.2. Thiết lập các hàm mục tiêu riêng lẻ
3.4.3. Xây dựng các điều kiện ràng buộc
3.4.4. Thiết lập các hàm tối ưu đa mục tiêu
3.4.5. Tổng hợp các phương án tối ưu lựa chọn các kiểu sử dụng đất đai

3.4.6. Kết quả các phương án tối ưu
3.4.7. Đánh giá các phương án và đề xuất phương án chọn
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
4.2. Kiến nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

viii

47
49
50
69
71
72
73
73
73
74
77


Hình
1.1
3.1
3.2

DANH SÁCH HÌNH
Tên hình

Bản đồ địa giới hành chánh tỉnh Sóc Trăng
Bản đồ đơn vị đất đai 04 huyện ven biển tỉnh Sóc Trăng
Bản đồ phân vùng thích nghi tự nhiên của các kiểu sử dụng đất đai

ix

Trang
22
40
44


DANH SÁCH BẢNG
Bảng
1.1
1.2
1.3
1.4
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12

3.13a
3.13b
3.14a
3.14b
3.15a
3.15b
3.16a
3.16b
3.17a
3.17b
3.18a
3.18b
3.19a
3.19b
3.20

Tên bảng
Biến ngôn ngữ và giá trị mờ của biến ngôn ngữ trong so sánh cặp
Ma trận so sánh rõ
Ma trận so sánh mờ
Bảng chỉ số ngẫu nhiên
Đặc tính đất đai của các bản đồ đơn tính 4 huyện ven biển tỉnh Sóc Trăng
Kết quả thích nghi đất đai cho các kiểu sử dụng đất đai của 04 huyện ven
biển tỉnh Sóc Trăng
Kết quả phân vùng thích nghi tự nhiên hiện tại của các kiểu sử dụng
Hiệu quả kinh tế và yêu cầu lao động của các LUT tại 4 huyện ven biển
tỉnh Sóc Trăng
Đánh giá ảnh hưởng môi trường các LUT tại 4 huyện ven biển tỉnh Sóc
Trăng
Phân bố bình quân lao động nông nghiệp 4 huyện tỉnh Sóc trăng năm 2020

theo 7 vùng thích nghi
Thông tin Pay – Off
Giá trị so sánh cặp mục tiêu trong môi trường rõ (Kịch bản 1)
Ma trận tổng hợp mờ (Kịch bản 1)
Giá trị so sánh cặp mục tiêu trong môi trường rõ (Kịch bản 2)
Ma trận tổng hợp mờ (Kịch bản 2)
Tổng hợp các phương án lựa chọn các kiểu sử dụng đất đai
Kết quả tối ưu hóa lợi nhuận phương án 1
Lao động của hàm lợi nhuận phương án 1
Kết quả tối ưu hóa yêu cầu lao động phương án 2
Lao động của hàm yêu cầu lao động phương án 2
Kết quả tối ưu hóa hiệu quả sử dụng đồng vốn phương án 3
Lao động của hàm hiệu quả sử dụng đồng vốn phương án 3
Kết quả tối ưu hóa mức thích nghi đất đai phương án 4
Lao động của hàm mức thích nghi đất đai phương án 4
Kết quả tối ưu hóa hiệu quả môi trường phương án 5
Lao động của hàm hiệu quả môi trường phương án 5
Kết quả tối thiểu hóa chi phí đầu tư phương án 6
Lao động của hàm tối thiểu hóa chi phí đầu tư phương án 6
Kết quả tối ưu hóa hàm thõa dụng mờ phương án 7
Lao động của hàm thõa dụng mờ phương án 7
Giá trị 5 hàm mục tiêu của 7 phương án

x

Trang
22
22
23
25

46
49
51
54
55
58
59
62
63
66
67
71
72
72
73
73
74
75
76
76
77
78
79
79
80
80
81


Từ viết tắt

AHP
B/C
BVTV
BTQHTT
CI
CR
ĐVBĐĐĐ
ĐVĐĐ
ĐX
FAHP-GDM
FAO
HT
KSD
LUT
N
PLUP
QHSDĐ
RI
SSSA
S
S1
S2
S3
TĐ

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Tiếng Anh
Tiếng Việt
Analytic Hierarchy Process
Kỹ thuật phân tích thứ bậc

Benefit/Cost
Lợi nhuận/Chi phí
Bảo vệ thực vật
Bài toán quy hoạch tuyến tính
Chỉ số nhất quán
Tỉ số nhất quán
Đơn vị bản đồ đất đai
Đơn vị đất đai
Đông Xuân
Fuzzy Analytic Hierarchy
AHP mờ trong ra quyết định nhóm
Process-Group Decision Making
Food and Agriculture
Tổ chức lương thực và nông nghiệp
Organization of the United Nation của Liên hiệp quốc
Hè Thu
Kiểu sử dụng
Land Utilization Type
Kiểu sử dụng đất đai
None
Không thích nghi
Participatory Land Use Planning
Quy hoạch sử dụng đất có sự tham gia
của người dân
Quy hoạch sử dụng đất
Chỉ số ngẫu nhiên
Soil Science Society of America
Hội khoa học đất Mỹ
Suitability
Thích nghi

Highly suitable
Thích nghi cao
Moderately suitable
Thích nghi trung bình
Marginally suitable
Thích nghi kém
Thu Đông

xi


MỞ ĐẦU
Dưới sức ép của đô thị hóa và sự gia tăng dân số, đất nông nghiệp đang đứng trước nguy cơ
suy giảm về số lượng và chất lượng. Con người đã và đang khai thác quá mức mà chưa có
biện pháp hợp lý để bảo vệ đất đai. Việc sử dụng đất hợp lý, xây dựng một nền nông nghiệp
sạch, sản xuất ra nhiều sản phẩm chất lượng đảm bảo môi trường sinh thái ổn định và phát
triển bền vững đang là vấn đề toàn cầu (Đào Ngọc Đức, 2009).
Sự xung đột giữa các mục tiêu trong khai thác sử dụng tài nguyên đất đai vào phát triển kinh
tế - xã hội ngày càng gia tăng, tạo ra những cạnh tranh gay gắt giữa các mục đích sử dụng đất.
Do vậy, việc ra quyết định bố trí sử dụng đất thõa mãn đồng thời các mục tiêu đem lại hiệu
quả kinh tế cao, đáp ứng yêu cầu của toàn xã hội, hạn chế đến mức thấp nhất tác động xấu đến
môi trường là bài toán phức tạp mà người ra quyết định (nhà quản lý, nhà quy hoạch, …)
đang đối mặt (Lê Cảnh Định, 2011).
Hiện nay, việc ứng dụng mô hình toán học và giải mô hình toán học với sự trợ giúp của máy
tính cũng như các phần mềm có sẵn hay tự thiết kế đang là một trong những phương pháp có
nhiều ưu việt, được triển khai trong hầu hết các lĩnh vực, trong số đó có các ngành kinh tế, kỹ
thuật và quy hoạch sử dụng đất (Nguyễn Tuấn Anh, 2004 và Nguyễn Thị Vòng, 2001). Bài
toán bố trí sử dụng đất nông nghiệp là bài toán tối ưu đa mục tiêu. Việc xác định trọng số các
mục tiêu bằng kỹ thuật logic mờ trong so sánh cặp, cho kết quả có độ chính xác cao hơn trong
quá trình ra quyết định bố trí sử dụng đất (Lê Cảnh Định và Trần Trọng Đức, 2011).

Đối với Mỹ Xuyên, Trần Đề, Long Phú, Vĩnh Châu là 4 huyện vùng ven biển của tỉnh Sóc
Trăng, phần lớn người dân sinh sống dựa vào sản xuất nông nghiệp là chính, huyện có diện
tích tự nhiên 148.696,15 ha, trong đó diện tích đất nông nghiệp 126.479,77 ha chiếm 85,08%
tổng diện tích tự nhiên (Ủy ban nhân dân tỉnh Sóc Trăng, 2011). Đây là 4 huyện thuộc 3 vùng
sinh thái ven biển đặc trưng ngọt, mặn và lợ của tỉnh Sóc Trăng, chịu nhiều tác động về sự
xâm nhập mặn, kinh tế và xã hội đến thay đổi sử dụng đất nông nghiệp (Nguyễn Hữu Kiệt,
2008). Do đó, việc nghiên cứu sử dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu: kinh tế, xã hội,
môi trường... để bố trí các mô hình sử dụng đất bền vững trên từng đơn vị sản xuất trên địa
bàn huyện làm cơ sở cho quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp trong tương lai là việc làm cần
thiết.
Do đó, đề tài: ”Ứng dụng mô hình toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong quy hoạch sử dụng
đất nông nghiệp tại tỉnh Sóc Trăng (4 huyện vùng ven biển Mỹ Xuyên, Trần Đề, Long
Phú, Vĩnh Châu)” được thực hiện nhằm mục đích:
- Thiết lập mô hình bài toán tối ưu đa mục tiêu ứng dụng trong quy hoạch sử dụng đất.
- Ứng dụng mô hình toán trong điều kiện thực tế tại 4 huyện ven biển tỉnh Sóc Trăng làm cơ
sở cho quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững định hướng đến năm 2020.

1


CHƯƠNG 1. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.1. Khái niệm về đất đai và quy hoạch sử dụng đất đai
1.1.1. Khái niệm, định nghĩa đất đai
Theo Lê Quang Trí (1998), đất đai là một thực thể tự nhiên dưới dạng đặc tính không gian và
địa hình, thường được kết hợp với một giá trị kinh tế và được diễn tả dưới dạng giá đất/ha khi
chuyển nhượng quyền sử dụng đất. Hiểu rộng hơn, quan điểm tổng thể cũng bao gồm luôn cả
nguồn tài nguyên sinh vật môi trường và kinh tế xã hội của thực thể tự nhiên.

Theo Lê Quang Trí (2005) thì đất đai là một diện tích khoanh vẽ của bề mặt đất của
trái đất, chứa đựng tất cả các đặc trưng của sinh khí quyển ngay bên trên và bên dưới

của lớp mặt này, bao gồm khí hậu gần mặt đất, đất và dạng địa hình, nước mặt (bao
gồm những hồ cạn, sông, đầm trũng và đầm lầy), lớp trầm tích gần mặt và kết hợp với
dự trữ nước ngầm, tập đoàn động vật và thực vật, mẫu hình định cư của con người và
những kết quả về tự nhiên của những hoạt động của con người trong thời gian qua và
hiện tại (làm ruộng bậc thang, cấu trúc hệ thống trữ và thoát nước, đường sá nhà cửa).
Theo Lê Tấn Lợi (2009), đất đai về mặt địa lý mà nói thì đó là một vùng đất chuyên biệt trên
bề mặt của trái đất, có những đặc tính mang tính ổn định hay có chu kỳ dự đoán được trong
khu vực sinh khí quyển theo chiều thẳng đứng từ trên xuống dưới, trong đó bao gồm: không
khí, đất và lớp địa chất, nước, quần thể thực vật và động vật và kết quả của những hoạt động
của con người trong việc sử dụng đất đai ở quá khứ, hiện tại và tương lai.
1.1.2. Khái niệm quy hoạch sử dụng đất đai
Quy hoạch sử dụng đất đai (QHSDĐĐ) là sự đánh giá tiềm năng đất nước có hệ thống, tính
thay đổi trong sử dụng đất đai và những điều kiện kinh tế xã hội, để chọn lọc và thực hiện các
sự chọn lựa sử dụng đất đai tốt nhất. Đồng thời, QHSDĐĐ cũng là chọn lọc và đưa vào thực
hành những sử dụng đất đai đó mà nó phải phù hợp với những yêu cầu cần thiết của con
người về bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên trong tương lai (Lê Quang Trí, 2005).
Để có thể sử dụng đất có hiệu quả hơn thì chúng ta cần phải thực hiện QHSDĐĐ nhưng để
QHSDĐĐ được đi vào hoạt động thì đòi hỏi phải đáp ứng được 3 mục tiêu sau: “hiệu quả,
bình đẳng - có khả năng chấp nhận được và bền vững” (Lê Quang Trí, 2005).
Các loại hình sử dụng đất đai bao gồm: đất ở, đất nông nghiệp (thủy sản, chăn nuôi, trồng trọt,
…) đồng cỏ, rừng, đất bảo vệ thiên nhiên và du lịch đều phải được phân chia một cách cụ thể
theo thời gian được quy định. Do đó trong QHSDĐĐ phải cung cấp những hướng dẫn cụ thể
để có thể giúp cho các nhà quyết định có thể chọn lựa trong các trường hợp có sự mâu thuẩn
giữa đất nông nghiệp và phát triển đô thị hay công nghiệp hóa bằng cách là chỉ ra các vùng
đất đai nào có giá trị nhất cho đất nông nghiệp và nông thôn mà không nên sử dụng cho các
mục đích khác.

2

1.1.3. Tổng quan về các phương pháp quy hoạch sử dụng đất đai
Theo FAO (1993) đã đưa ra hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất, đây là mốc thời gian quan
trọng trong quá trình phát triển các phương pháp quy hoạch đất đai. Như vậy, có thể phân loại
các phương pháp theo các mốc thời gian: các phương pháp trước khi có phương pháp FAO,
các phương pháp của FAO, phương pháp khác: phương pháp quy hoạch sử dụng đất có sự
tham gia.

 Các phương pháp quy hoạch sử dụng đất trước FAO
Trước khi có hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất của FAO đã có nhiều nghiên cứu tiếp cận
theo nhiều phương pháp khác nhau, đáng kể nhất là các nghiên cứu:
Theo SSSA (1984), ở Mỹ trong giai đoạn 1929-1943 việc bố trí phương án sử dụng đất chủ
yếu dựa vào thích nghi đất đai nhưng chỉ xét 2 yếu tố chính là thổ nhưỡng và khả năng tưới.
Sau năm 1965, luật quản lý tài nguyên nước được ban hành, nên tập trung giải quyết bài toán
sử dụng đất như thế nào để sử dụng hiệu quả tài nguyên nước. Giai đoạn 1967-1975, cơ quan
nghiên cứu đất nông nghiệp quốc gia (The National Agricultural Land Study) đã quy hoạch
phân vùng sản xuất nông nghiệp, kết quả có 271 khu vực sản xuất được chia thành 123 vùng
khác nhau.
Tóm lại, các phương pháp quy hoạch sử dụng đất trước FAO chủ yếu bố trí sử dụng đất dựa
vào 2 yếu tố chính là đất và nước.

 Phương pháp quy hoạch sử dụng đất theo FAO, 1993
Theo FAO (1993) đã xuất bản cuốn sách hướng dẫn lập quy hoạch sử dụng đất (Guideline for
Land Use Planning, FAO, 1993). Đây là bước phát triển mới trong công tác lập quy hoạch sử
dụng đất.
Theo FAO, nội dung lập quy hoạch sử dụng đất gồm đánh giá thích nghi đất đai và đánh giá
các yếu tố kinh tế - xã hội, xác định tiềm năng đất đai kết hợp với định hướng phát triển kinh
tế - xã hội. Ngoài ra, quan điểm phát triển bền vững được quan tâm xém xét đưa vào trong
quy hoạch. Các tiêu chí đánh giá tính bền vững được xem xét trong việc bố trí sử dụng đất đai
(FAO, 1995). Theo thời gian, phương pháp FAO đã có những thay đổi theo các phương pháp
tiếp cận khác nhau theo hai chiều từ trên xuống và ngược lại từ dưới lên có sự tham gia của

cộng đồng (người trực tiếp sử dụng đất đai) trong mối quan hệ ràng buộc giữa các chủ thể
trong sử dụng đất đai với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và môi trường. Tiến trình lập quy
hoạch sử dụng đất gồm 10 bước:
+ Thiết lập mục tiêu và các tư liệu có liên quan
+ Tổ chức thực hiện
+ Phân tích vấn đề
+ Xác định các cơ hội cần thay đổi
+ Đánh giá khả năng thích nghi đất đai

3


+ Đánh giá những sự lựa chọn khả năng
+ Lọc ra những lựa chọn tốt nhất
+ Chuẩn bị quy hoạch sử dụng đất đai
+ Thực hiện quy hoạch
+ Theo dõi và xem xét chỉnh sửa quy hoạch

 Phương pháp quy hoạch sử dụng đất có sự tham gia (Participatory Land Use Planning PLUP)
GTZ (1999) đã phát triển phương pháp quy hoạch có sự tham gia của người dân (Participatory
Land Use Planning - PLUP) thành hệ thống phương pháp có tính khả thi cao trong việc quy
hoạch phát triển bền vững nguồn tài nguyên đất đai phù hợp với yêu cầu của người dân.
Có nhiều định nghĩa về PLUP được đề xuất bởi nhiều cơ quan khác nhau, tuy nhiên, hai định
nghĩa sau đây thường được trích dẫn:
- PLUP là một quá trình lặp đi lặp lại và có hệ thống được thực hiện nhằm tạo nên môi trường
thích hợp cho sự phát triển bền vững tài nguyên đất đai đáp ứng nhu cầu cần thiết và cấp bách
của con người. Nó đánh giá các tiềm năng và hạn chế về mặt tự nhiên, kinh tế xã hội, thể chế
và pháp lý đối với sự chọn lựa và sử dụng bền vững tài nguyên đất đai, và cho phép người dân
đưa ra các quyết định về việc làm thế nào để phân bổ các nguồn tài nguyên đó.
- PLUP là một quá trình lặp đi lặp lại trên cơ sở hội thoại giữa các nhóm có liên quan nhằm

đạt được sự thoã thuận và quyết định một hình thức sử dụng đất đai bền vững ở khu vực nông
thôn cũng như việc triển khai và giảm sát việc thực thi.
Ở cả 2 định nghĩa trên, vai trò của người dân được ghi nhận và được trao quyền trong quá
trình quy hoạch. Người dân được tạo điều kiện để nói lên ý kiến của họ liên quan đến việc sử
dụng tài nguyên đất đai và làm thế nào để đất đai mang lại lợi ích cho cả cộng đồng.
Nhìn chung, phương pháp quy hoạch sử dụng đất có sự tham gia (PLUP) dễ được các đối
tượng sử dụng đất chấp nhận nhưng cũng thường mâu thuẫn với chính sách của Nhà nước.
1.2. Quan điểm về hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp
1.2.1. Quan điểm sử dụng đất bền vững
Sử dụng đất đai bền vững là phải phù hợp với những yêu cầu hiện tại đồng thời cũng phải bảo
vệ được nguồn tài nguyên thiên nhiên cho các thế hệ kế tiếp trong tương lai. Điều này đòi hỏi
một sự kết hợp giữa sản xuất và bảo vệ: sản xuất ra hàng hóa cho nhu cầu ở hiện tại kết hợp
với bảo vệ tài nguyên thiên nhiên. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất lệ thuộc vào tài nguyên
nên việc bảo vệ và sử dụng cân đối nguồn tài nguyên này là nhằm bảo đảm sự sản xuất được
lâu bền trong tương lai (Lê Quang Trí, 2005).
Theo Smyth A.J và J.Dumanski (1995), có 5 nguyên tắc duy trì được khả năng bền vững của
đất đai đó là:

4


- Duy trì, nâng cao các hoạt động sản xuất
- Giảm mức độ rủi ro đối với sản xuất
- Bảo vệ tiềm năng của các nguồn tài nguyên tự nhiên, chống lại sự suy thoái chất lượng đất
và nước
- Khả thi về mặt kinh tế
- Được sự chấp thuận của xã hội
Thực tế nếu diễn ra đồng bộ với những mục tiêu trên thì khả năng bền vững sẽ đạt được, nếu
chỉ đạt được một hay vài mục tiêu mà không phải tất cả thì khả năng bền vững chỉ mang tính
bộ phận.

Vận dụng các nguyên tắc đã nêu ở trên, ở Việt Nam một loại hình được coi là bền vững phải
đạt được ba yêu cầu:
- Bền vững về kinh tế: cây trồng cho năng suất cao, chất lượng tốt, được thị trường chấp nhận.
- Bền vững về xã hội: nâng cao được đời sống nhân dân, thu hút được lao động, phù hợp với
phong tục tập quán của người dân.
- Bền vững về môi trường: các loại hình sử dụng đất phải bảo vệ được độ màu mỡ của đất,
ngăn chặn sự suy thoái đất và bảo vệ môi trường sinh thái đất (Đào Chu Thu và Nguyễn
Khang, 1998).
Tóm lại: Đối với sản xuất nông nghiệp, việc sử dụng đất bền vững chỉ đạt được trên cơ sở duy
trì các chức năng chính của đất là đảm bảo khả năng sản xuất của cây trồng một cách ổn định,
không làm suy giảm nguồn tài nguyên đất đai theo thời gian và việc sử dụng đất không gây
ảnh hưởng xấu đến hoạt động sống của con người và sinh vật.
1.2.2. Vấn đề hiệu quả và các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp
 Về hiệu quả sử dụng đất
Bản chất của hiệu quả là sự thể hiện yêu cầu tiết kiệm thời gian, trình độ sử dụng nguồn lực
xã hội. Karl Marx cho rằng, quy luật tiết kiệm thời gian là quy luật có tầm quan trọng đặc biệt
tồn tại trong nhiều phương thức sản xuất. Mọi hoạt động của con người đều tuân theo quy luật
đó, nó quyết định động lực phát triển của lực lượng sản xuất, tạo điều kiện phát triển văn
minh xã hội và nâng cao đời sống con người qua mọi thời đại.
Hiệu quả kinh tế
Hiệu quả kinh tế được hiểu là mối tương quan so sánh giữa kết quả đạt được và lượng chi phí
bỏ ra trong hoạt động sản xuất kinh doanh. Kết quả đạt được là phần giá trị thu được của sản
phẩm đầu ra, lượng chi phí bỏ ra là phần giá trị của các nguồn lực đầu vào. Mối tương quan
đó cần được xem xét cả về phần so sánh tuyệt đối và tương đối cũng như xem xét mối quan
hệ chặt chẽ giữa hai đại lượng đó.

5


Hiệu quả kinh tế sử dụng đất là: Với một diện tích đất đai nhất định sản xuất ra một khối

lượng của cải vật chất nhiều nhất với lượng đầu tư chi phí về vật chất và lao động nhằm đáp
ứng nhu cầu ngày càng tăng về vật chất của xã hội (Mai Văn Nam, 2007).
Hiệu quả kinh tế là mục tiêu chính của các nông hộ sản xuất nông nghiệp.
Hiệu quả xã hội
Phản ánh mối tương quan giữa kết quả thu được về mặt xã hội mà sản xuất mang lại với các
chi phí sản xuất xã hội bỏ ra. Loại hiệu quả này đánh giá chủ yếu về mặt xã hội do sản xuất
mang lại.
Hiệu quả môi trường
Theo Nguyễn Ngọc Nông và ctv (2007), hiệu quả môi trường là môi trường được sản sinh do
tác động của hóa học, sinh học, vật lý... Chịu ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố môi trường
của các loại vật chất trong môi trường. Hiệu quả môi trường phân theo nguyên nhân gây nên
gồm: hiệu quả hóa học môi trường, hiệu quả vật lý môi trường, hiệu quả sinh vật môi trường:
Một hoạt động sản xuất được xem là có hiệu quả môi trường khi không có những ảnh hưởng
tác động xấu đến môi trường đất, nước, không khí, không làm ảnh hưởng tác động xấu đến
môi trường sinh thái và đa dạng sinh học.
 Hệ thống các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả sử dụng đất
Hiệu quả sử dụng đất của một loại hình nào đó thường được đánh giá dựa trên ba khía cạnh:
hiệu quả kinh tế, hiệu quả xã hội và hiệu quả môi trường.
Theo Nguyễn Thị Hải (2005), chỉ tiêu hiệu quả về mặt kinh tế, bao gồm các chỉ tiêu:
- Chi phí: là sự hao phí thể hiện bằng tiền trong quá trình kinh doanh với mong muốn mang về
một kết quả nhất định. Chi phí phát sinh trong quá trình sản xuất của nông hộ nhằm đạt được
mục tiêu cuối cùng là doanh thu và lợi nhuận.
Tổng chi phí: là bao gồm tất cả các chi phí bỏ ra cho một quá trình hay chu kì sản xuất bao
gồm: chi phí giống, chi phí phân bón, chi phí thuốc dưỡng và thuốc diệt cỏ, chi phí lao
động… và các khoản chi phí khác.
Tổng chi phí = Chi phí vật tư + Chi phí lao động + Chi phí khác
- Tổng doanh thu: là toàn bộ giá trị của sản phẩm tính trên một đơn vị diện tích, bằng năng
suất nhân với giá của sản phẩm đó trên một đơn vị diện tích.
Doanh thu = Năng suất * Đơn giá * Đơn vị diện tích
- Thu nhập: là khoản chênh lệch giữa doanh thu và chi phí bỏ ra (chưa bao gồm chi phí lao

động của gia đình)
Thu nhập = Doanh thu – Tổng chi phí (chưa bao gồm chi phí lao động gia đình)
Lợi nhuận: là khoản chênh lệch giữa doanh thu và chi phí bỏ ra (đã bao gồm chi phí lao động
của gia đình)
6


Lợi nhuận = Doanh thu – Tổng chi phí (bao gồm chi phí lao động gia đình)
Tỷ suất lợi nhuận hay hiệu quả sử dụng đồng vốn (B/C): được tính bằng cách lấy lợi nhuận
chia cho tổng chi phí. Tỷ suất lợi nhuận cho biết một đồng chi phí được đầu tư vào sản xuất
thì thu được bao nhiêu đồng lợi nhuận.
B/C = Lợi nhuận/ Tổng chi phí
Lợi nhuận/ Doanh thu: cho biết một đồng doanh thu mà nông hộ thu được thì có bao nhiêu
đồng lợi nhuận trong đó.
Doanh thu/ Chi phí: cho biết một đồng chi phí mà nông hộ bỏ ra đầu tư thì thu lại được bao
nhiêu đồng doanh thu.
Các chỉ tiêu phân tích được đánh giá định lượng (giá trị) bằng tiền theo thời giá hiện hành và
định tính (phân cấp) được tính bằng mức độ cao, thấp. Các chỉ tiêu đạt mức càng cao thì hiệu
quả kinh tế càng lớn.
Theo Nguyễn Thị Hải (2005), chỉ tiêu hiệu quả về mặt xã hội, bao gồm các chỉ tiêu:
Để đánh giá hiệu quả xã hội cho một loại hình sử dụng đất nào đó, thường xét đến chỉ tiêu là
loại hình đó giải quyết được bao nhiêu lao động/ha/năm, khả năng bố trí lao động, mức độ
đáp ứng vấn đề an sinh xã hội, khả năng thu hút và sử dụng nguồn vật chất tại chỗ.
Theo Nguyễn Thị Hải (2005), chỉ tiêu hiệu quả về môi trường, bao gồm các chỉ tiêu:
Trong quá trình sản xuất để nâng cao năng suất cây trồng thì con người đã tác động một cách
không hợp lý vào đất gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường. Để đánh giá chính xác về
mặt môi trường thường sử dụng các công thức tính và chỉ tiêu như sau:
Độ che phủ (%) =

DT đất lâm nghiệp có rừng + đất cây trồng lâu năm x 100%

Tổng diện tích đất tự nhiên

Hệ số sử dụng đất (%) =

Tổng diện tích gieo trồng hàng năm x 100%
Tổng diện tích đất trồng cây hàng năm

- Đánh giá hệ thống sản xuất cây trồng.
- Sự thích hợp với môi trường đất khi thay đổi loại hình sử dụng đất.
- Đánh giá về quản lý và bảo vệ tự nhiên.
1.3. Tối ưu hóa trong quy hoạch sử dụng đất đai
1.3.1. Khái niệm về mô hình toán học
Theo Nguyễn Hải Thanh (2007), mô hình toán học được thành lập trên cơ sở phân tích lý
thuyết bản chất của hệ thống cần nghiên cứu. Cả lý thuyết và nguyên lý cơ bản đối với hệ
thống cùng với những giả thuyết đơn giản hóa sẽ cho phép thành lập những quan hệ toán học

7


giữa các thông số cơ bản của hệ thống. Sau đó mô hình sẽ được hiệu chỉnh dựa trên dữ liệu đã
thu thập trong quá khứ đối với hệ thống thực và được kiểm chứng dựa trên những dữ liệu thu
thập thêm.
Như vậy, về cơ bản mô hình toán học bao gồm việc chuyển đổi hệ thống nghiên cứu từ dạng
phức tạp tự nhiên thành các biểu tượng và ký hiệu của ngôn ngữ toán học. Các biểu tượng và
ký hiệu mang những ý nghĩa nhất định và dùng để tính toán theo các định luật toán học. Các
nguyên lý và lý thuyết về các quá trình xảy ra trong hệ thống được sử dụng để xây dựng các
phương trình quan hệ giữa các thông số của hệ thống.
1.3.2. Tổng quát về bài toán tối ưu
Tối ưu hoá là một trong những lĩnh vực kinh điển của toán học, có ảnh hưởng đến hầu hết các
lĩnh vực, trong đó có nông nghiệp. Trong thực tế, việc tìm ra giải pháp tối ưu cho một vấn đề

nào đó chiếm một vai trò hết sức quan trọng. Phương án tối ưu là những phương án tốt nhất,
tiết kiệm được chi phí, tài nguyên, sức lực mà mang lại hiệu quả cao.
Có thể phát biểu mô hình (bài toán) tối ưu tổng quát như sau:
F(X)  Max (Min) với X

D được gọi là miền ràng buộc


F ở đây có thể là một hàm vô hướng hay hàm véc tơ, tuyến tính hay phi tuyến.
Trong trường hợp F là hàm vô hướng thì ta có mô hình quy hoạch (tối ưu) đơn mục tiêu, còn
nếu F là véc tơ thì có mô hình quy hoạch (tối ưu) đa mục tiêu. X có thể là một biến đơn lẻ hay
một tập hợp nhiều biến tạo thành một vectơ hay thậm chí là một hàm của nhiều biến khác.
Biến có thể nhận các giá trị liên tục hay rời rạc. D là miền ràng buộc của X, thường được biểu
diễn bởi các đẳng thức, bất đẳng thức và được gọi là miền phương án khả thi hay phương án
chấp nhận được.
 Các dạng bài toán tối ưu
Căn cứ vào các tính chất của thành phần bài toán và đối tượng nghiên cứu, bài toán tối ưu có
các dạng sau (Nguyễn Hải Thanh, 1997):
- Bài toán quy hoạch tuyến tính (linear programming): khi hàm mục tiêu f(x) (objective
function) và tất cả các ràng buộc gi(x), i = 1, 2, …, m là tuyến tính.
- Bài toán tối ưu phi tuyến hay còn gọi là bài toán quy hoạch phi tuyến bao gồm cả bài toán
quy hoạch lồi và bài toán quy hoạch toàn phương: khi hàm mục tiêu f(x) (objective function)
hoặc có ít nhất một ràng buộc gi(x) là phi tuyến.
- Bài toán tối ưu rời rạc: khi miền ràng buộc D là tập rời rạc. Trong trường hợp các biến chỉ
nhận giá trị nguyên thì ta có quy hoạch nguyên.
- Bài toán quy hoạch động: khi đối tượng xét là các quá trình có nhiều giai đoạn nói chung,
hay các quá trình phát triển theo thời gian nói riêng.
- Bài toán quy hoạch đa mục tiêu: khi trên cùng một miền ràng buộc ta xét đồng thời nhiều
hàm mục tiêu khác nhau.
8

- Bài toán quy hoạch ngẫu nhiên : khi các hệ số đầu vào là các biến ngẫu nhiên tuân theo một
quy luật phân bố xác xuất nhất định.
- Bài toán quy hoạch tham số: khi các hệ số trong biểu thức của hàm mục tiêu và của hàm
ràng buộc (hệ số đầu vào) phụ thuộc vào tham số.
- Bài toán quy hoạch mờ: khi các hệ số đầu vào có phân bố mờ và để phản ánh độ mờ trong
việc định ra các mục tiêu và các ràng buộc, tức là khi giá trị của các hệ số được đánh giá theo
chủ quan thông qua kinh nghiệm và số liệu thống kê.
 Bài toán tối ưu một mục tiêu tuyến tính và phi tuyến
Dạng chính tắc của bài toán tối ưu toàn cục một mục tiêu được biểu diễn như sau:
Max (Min) f(X)
với: (i) gj (X) ≤ 0
(ii) gj(X) = 0

X = (x1, x2, …, xn)
j = 1, 2, …, k
j = k+1, k+2, …, m

Trong các bài toán thực tế có thể bổ sung các ràng buộc dạng:
(iii) ai ≤ xi ≤ bi

i = 1, 2, …, n.

Hàm mục tiêu f(X) và các hàm ràng buộc gj(X) với j = 1, 2,…, m có thể là tuyến tính hay phi
tuyến. Véc tơ X có thể bao gồm các thành phần rời rạc hay liên tục hoặc là sự kết hợp giữa
các thành phần rời rạc và các thành phần liên tục. Các dạng khác của bài toán tối ưu một mục
tiêu đều có thể đưa về được dạng chính tắc theo những quy tắc nhất định.
Nếu ký hiệu D là miền các phương án (miền ràng buộc) cho bởi các ràng buộc (i), (ii) và/hoặc
(iii) thì bài toán trên đây có thể viết gọn lại như sau: f(X)  Max (Min) với

X D. Lúc
này,
 X* D được gọi là phương án tối ưu toàn cục nếu  X D ta luôn có: f(X*) ≤ f(X).
Trong trường hợp f(X*) ≤ f(X) chỉ đúng với  X D trong một lân cận của X* thì X* được
gọi là phương án tối ưu địa phương.
Trong trường hợp có ít nhất một trong các hàm mục tiêu hay ràng buộc là hàm phi tuyến,
chúng ta có bài toán quy hoạch phi tuyến. Trong các bài toán tối ưu phi tuyến ứng dụng nói
chung, và trong nông nghiệp nói riêng, lời giải tối ưu toàn cục có một ý nghĩa quan trọng.
Chẳng hạn trong thiết kế máy nông nghiệp, sau khi dùng phương pháp phân tích hồi qui nhiều
chiều, ta thường thu được hàm mục tiêu f(X) có dạng phi tuyến. Các bài toán tối ưu toàn cục
cũng có thể nảy sinh trong quy hoạch kinh tế - sinh thái vùng, hay xác định cơ cấu đất canh
tác - cây trồng. Bài toán đặt ra là phải tìm được phương án tối ưu toàn cục. Có rất nhiều
phương pháp giải các lớp bài toán tối ưu phi tuyến, nhưng chưa có phương pháp nào tỏ ra hữu
hiệu cho mọi bài toán tối ưu phi tuyến, đặc biệt là các bài toán có các biến nhận các giá trị liên
tục cũng như nguyên.
Trong trường hợp tất cả các hàm mục tiêu cũng như ràng buộc đều là các hàm tuyến tính,
chúng ta có BTQHTT. Trái với bài toán quy hoạch phi tuyến, BTQHTT có thể giải bằng một
số phương pháp tối ưu quen biết (như phương pháp đơn hình cải biên, phương pháp hai pha,

9


phương pháp điểm trong…) và được sử dụng rộng rãi trong quy hoạch sử dụng đất cũng như
nhiều lĩnh vực của kinh tế và quản trị kinh doanh nông nghiệp. Đặc biệt, khi các ràng buộc
đều cho ở dạng bất đẳng thức với dấu ≤ thì ta có mô hình tối ưu (quy hoạch tuyến tính) một
mục tiêu sau:
Min CX với ràng buộc X D , trong đó:
C là véc tơ  Rn
D = { X  Rn : AX ≤ B, X ≥ 0 }
với A là ma trận cấp m × n và BRm

 Bài toán tối ưu đa mục tiêu tuyến tính và phi tuyến
Mô hình tối ưu đa mục tiêu có dạng sau đây:
Min fj(X)

X = (x1, x2, …, xn)

với: (i) gj(X) ≤ 0

j = 1, 2, …, k

(ii) gj(X) = 0

j = 1, 2, …, p (p ≥ 2)

j = k+1, k+2, …, m

Trong các bài toán thực tế có thể bổ sung các ràng buộc dạng:
(iii) ai ≤ xi ≤ bi, i = 1, 2, …, n
Trong mô hình này, ta có p mục tiêu cần tối ưu hoá, các hệ số của các hàm mục tiêu và ràng
buộc nói chung được giả sử là các giá trị thực xác định (cũng gọi là giá trị rõ). Trong trường
hợp có ít nhất một trong các hàm mục tiêu hay các hàm ràng buộc là hàm phi tuyến, chúng ta
có bài toán quy hoạch đa mục tiêu phi tuyến. Còn nếu tất cả các hàm mục tiêu và các hàm
ràng buộc đều là hàm tuyến tính, chúng ta có mô hình quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu với
dạng chính tắc như sau:
Min CX với ràng buộc X D, trong đó:
C là ma trận cấp p×m
D = { X Rn : AX ≤ B, X ≥ 0 }
với A là ma trận cấp m x n và B Rm
 Phương án tối ưu Pareto
Khái niệm then chốt trong tối ưu hoá đa mục tiêu là khái niệm phương án tối ưu Pareto, ta cần

biết các định nghĩa và định lý sau:
 Định nghĩa 1: Một phương án tối ưu Pareto X* có tính chất sau đây:
i) Trước hết nó phải thuộc vào miền các phương án khả thi của bài toán, tức là phải
thoả mãn tất cả các ràng buộc: X* D.

10


ii) Với mọi phương án khả thi khác X D mà có một mục tiêu nào đó tốt hơn (tồn tại
chỉ số i sao cho fi(X) tốt hơn fi(X*)) thì cũng phải có ít nhất một mục tiêu khác xấu hơn (tồn
tại j ≠ i sao cho fj(X) xấu hơn fj(X*)).
Nói một cách khác, không tồn tại một phương án khả thi nào X  D có thể trội hơn X* trên
tổng thể.
 Định nghĩa 2: Giải bài toán tối ưu toàn cục đa mục tiêu là chọn ra từ tập hợp P các phương
án tối ưu Pareto của bài toán một (một số) phương án tốt nhất theo một nghĩa nào đó dựa trên
cơ cấu ưu tiên của người ra quyết định. Các phương án như vậy còn được gọi là phương án
thõa dụng.
+ Cách 1: Bằng một phương pháp tối ưu toán học thích hợp tìm ra tập hợp P tất cả các
phương án tối ưu Pareto. Người ra quyết định sẽ đề ra cơ cấu ưu tiên của mình đối với tập P.
Lúc này các phương pháp toán chẳng hạn như giải tích phân loại, các phương pháp lọc…
được áp dụng để tìm ra phương án tối ưu cho bài toán đa mục tiêu ban đầu.
+ Cách 2: Việc tìm tập hợp P trong trường hợp các bài toán tối ưu phi tuyến là khá
khó, nếu không nói là không thể tìm được. Vì vậy, so với cách 1, cách 2 sẽ tiến hành theo
trình tự ngược lại. Trước hết người ra quyết định sẽ đề ra cơ cấu ưu tiên của mình. Dựa vào
cơ cấu ưu tiên đó, các mục tiêu sẽ được tổ hợp vào một mục tiêu duy nhất, tiêu biểu cho hàm
tổng tiện ích của bài toán. Bài toán tối ưu với hàm mục tiêu tổ hợp này sẽ được giải bằng một
phương pháp tối ưu toán học thích hợp, để tìm ra một (hoặc một số) phương án tối ưu Pareto.
Lúc này, người ra quyết định sẽ chọn ra trong số các phương án tối ưu Pareto đó một phương
án tốt nhất.
Chúng ta sẽ tiếp tục phân tích cách thứ 2. Rõ ràng, người ra quyết định không thể đề ra cơ cấu

ưu tiên của mình một cách chính xác ngay từ đầu. Trong quá trình giải bài toán, trong mỗi
bước lặp, sau khi xem xét lại cơ cấu ưu tiên đã đề ra, cũng như phương án tối ưu trung gian,
người ra quyết định có thể dựa vào các thông tin đó để thay đổi lại cơ cấu ưu tiên của mình.
Sau đó, quá trình giải lại được tiếp tục, cho tới khi một phương án tối ưu cuối cùng được đưa
ra.
 Định nghĩa 3: Phương pháp giải bài toán tối ưu dựa trên sự trợ giúp của hệ máy tính, nhằm
giúp người ra quyết định từng bước thay đổi các quyết định trung gian một cách thích hợp để
đi tới một phương án tối ưu Pareto thoả mãn nhất, được gọi là phương pháp tương tác người máy tính.
Cho tới thời điểm hiện nay, hàng chục phương pháp giải tương tác bài toán tối ưu đa mục tiêu
đã được đề cập tới trong các tạp chí chuyên ngành, và đa số chúng đều có những ứng dụng rất
thành công trong nhiều lĩnh vực. Một trong các lớp phương pháp quan trọng và khá thuận tiện
cho người sử dụng là phương pháp tương tác người - máy tính giải bài toán tối ưu đa mục tiêu
với các yếu tố cấu thành sau:
- Cơ cấu ưu tiên của người ra quyết định và hàm tổ hợp tương ứng.

11


- Kiểu tương tác người - máy tính: các thông tin nào máy tính phải đưa ra lại trong các bước
lặp trung gian, và cách thay đổi các thông số của cơ cấu ưu tiên từ phía người ra quyết định.
- Kỹ thuật tối ưu toán học được xây dựng dựa trên lý thuyết tối ưu hoá nhằm tìm ra các
phương án tối ưu Pareto cho các bài toán cần giải trong các bước lặp trung gian.
 Phương pháp thõa dụng mờ giải bài toán quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu
Theo Nguyễn Hải Thanh (2007), phương pháp thõa dụng mờ là phương pháp nhằm đưa ra
không phải chỉ một phương án tối ưu Pareto thõa mãn nhất mà là một tập SP các phương án
tối ưu Pareto cần xem xét. Thuật giải thõa dụng mờ giải BTQHTT đa mục tiêu như sau:
a. Bước khởi tạo
i) Nhập số liệu cho các hàm mục tiêu tuyến tính Zi (i = 1, 2, ..., p) và m điều kiện ràng buộc
cho bài toán cần giải. Giải BTQHTT cho từng mục tiêu Zi (i = 1, 2, ..., p) với miền ràng buộc
D được xác định bởi m ràng buộc ban đầu để thu được các phương án tối ưu X1, X2,..., Xp

(nếu với một mục tiêu nào đó bài toán không cho phương án tối ưu thì cần xem xét để chỉnh
sửa lại các điều kiện ràng buộc ban đầu).
ii) Tính các giá trị hàm mục tiêu tại các phương án tối ưu X1, X2, ..., Xp. Lập bảng thông tin,
B
w
B
xác định giá trị cận trên Zi , cận dưới Z i của mục tiêu Z1, Z2, …, Zp. Với Z i  Zi(Xi) và

Z iw = Min{Zi(Xj): j = 1,2, …, p}.
iii) Xác định các hàm thõa dụng mờ cho từng mục tiêu
µi(Zi) =

Zi - Ziw
, i = 1, 2, …, p
ZiB - Ziw

B
iv) Đặt: Sp = {X1, X2, ..., Xp}, k =1 và ai(k) = Z i với i = 1, 2, …, p

b. Các bước lặp (xét bước lặp thứ k)
Bước 1:
i) Tiếp theo xây dựng hàm thõa dụng tổ hợp từ các hàm thõa dụng trên
u = w1 µ1(Z1) + w2 µ2(Z2) + … + wp µp(Zp)
Trọng đó, w1, w2, …, wp là các trọng số, phản ánh tầm quan trọng của từng hàm thõa dụng
trong thành phần hàm thõa dụng tổ hợp, được người giải lựa chọn thõa mãn điều kiện sau:
w1 + w2 + … + wp = 1 và 0 ≤ w1, w2, …, wp ≤ 1
ii) Giải bài toán tối ưu với hàm thõa dụng tổ hợp với các ràng buộc ban đầu và các ràng buộc
bổ sung Zi(X) ≤ ai(k) với i = 1, 2, …, p để tìm ra phương án tối ưu của bước lập thứ k là X(k) và
các giá trị của hàm mục tiêu Zi cũng như các hàm thỏa dụng µi(Zi) với i = 1, 2, …, p.

12