Xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính từ số liệu đo đạc trực tiếp xã thịnh vượng, huyện nguyên bình, tỉnh cao bằng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.15 MB, 102 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
TỐNG NGỌC THƯỞNG
XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHÍNH
TỪ SỐ LIỆU ĐO ĐẠC TRỰC TIẾP
XÃ THỊNH VƯỢNG, HUYỆN NGUYÊN BÌNH,
TỈNH CAO BẰNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
Thái Nguyên, năm 2015
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
TỐNG NGỌC THƯỞNG
XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHÍNH
TỪ SỐ LIỆU ĐO ĐẠC TRỰC TIẾP
XÃ THỊNH VƯỢNG, HUYỆN NGUYÊN BÌNH,
TỈNH CAO BẰNG
Chuyên ngành : Quản lý đất đai
Mã số ngành: 60 65 01 03
LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Trần Ngọc Ngoạn
2. TS. Lê Văn Thơ
Thái Nguyên, năm 2015
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả
Tống Ngọc Thưởng
ii
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bản luận văn này, trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn
các thầy giáo: GS.TS. Trần Ngọc Ngoạn và TS. Lê Văn Thơ đã trực tiếp
hướng dẫn trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin cảm ơn sự góp ý chân thành của các thầy cô giáo Khoa
Quản lý Tài nguyên, Khoa Sau Đại học (Trường Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên) đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ủy ban nhân dân xã Thịnh Vượng, Phòng
Tài nguyên và Môi trường huyện Nguyên Bình (huyện Nguyên Bình), Phòng
Đo đạc và Bản đồ (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Cao Bằng) đã giúp đỡ
tôi trong thời gian nghiên cứu, thực hiện đề tài.
Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn !
Tác giả
Tống Ngọc Thưởng
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................... ii
MỤC LỤC ...................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH..........................................................................viii
MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu đề tài..................................................................... 2
2.1. Mục tiêu chung.................................................................................... 2
2.2. Mục tiêu cụ thể .................................................................................... 2
3. Ý nghĩa khoa học của đề tài.................................................................... 2
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................... 3
1.1. Cơ sở lý luận về đất và cơ sở dữ liệu đất đai........................................ 3
1.1.1. Tổng quan về đất .......................................................................... 3
1.1.2. Cơ sở dữ liệu đất........................................................................... 4
1.2. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý................................................ 5
1.2.1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý ......................................... 5
1.2.2. Hệ tọa độ dùng trong hệ thống thông tin địa lý ............................. 6
1.2.3. Thành phần của hệ thống thông tin địa lý...................................... 6
1.2.4. Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý ................................... 8
1.2.5. Chức năng của hệ thống thông tin địa lý ..................................... 11
1.2.6. Ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý ...................................... 13
1.2.7. Lợi ích và hạn chế của việc sử dụng kỹ thuật GIS....................... 15
1.3. Tổng quan về công nghệ ArcGIS....................................................... 16
1.3.1. Giới thiệu về công nghệ ArcGIS ................................................. 16
1.3.2. Cơ sở dữ liệu không gian trong ArcGIS...................................... 18
1.4. Cơ sở nền tảng trong quy định kỹ thuật của hệ thống CSDL địa chính
tại Việt Nam ............................................................................................. 23
1.4.1. Các yêu cầu đối với CSDL bản đồ địa chính............................... 23
1.4.2. Quy định kỹ thuật chuẩn dữ liệu địa chính của Việt Nam ........... 24
iv
1.5. Tình hình ứng dụng GIS trong xây dựng CSDL tài nguyên đất trên thế
giới và những vấn đề về (GIS) – Địa chính ở Việt Nam ........................... 28
1.5.1. Tình hình ứng dụng GIS trong xây dựng CSDL tài nguyên đất
trên thế giới .......................................................................................... 28
1.5.2. Những vấn đề về (GIS) – Địa chính ở Việt Nam......................... 29
1.6. Vấn đề giải quyết của đề tài............................................................... 30
1.6.1. Những vấn đề cần giải quyết của đề tài....................................... 30
1.6.2. Những yêu cầu đặt ra cần giải quyết trong thực nghiệm.............. 30
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ............................................................................................................ 32
2.1. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ................................... 32
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................. 32
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................... 32
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ...................................................... 32
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu................................................................... 32
2.2.2. Thời gian nghiên cứu .................................................................. 32
2.3. Nội dung nghiên cứu ......................................................................... 32
2.3.1. Điều kiện tự nhiên, đặc điểm dân cư, kinh tế và xã hội ............... 32
2.3.2. Thực trạng công tác quản lý nhà nước về đất đai và hệ thống hồ sơ
địa chính xã Thịnh Vượng .................................................................... 32
2.3.3. Xây dựng CSDL địa chính số bằng phần mềm ArcGIS từ số liệu
đo đạc trực tiếp cho xã Thịnh Vượng.................................................... 32
2.3.4. Quản lý khai thác thông tin CSDL địa chính xã Thịnh Vượng .... 33
2.3.5. Đánh giá khả năng ứng dụng của phần mềm ArcGIS.................. 33
2.3.6. Một số giải pháp hoàn thiện ........................................................ 33
2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 33
2.4.1. Phương pháp điều tra, thống kê tổng hợp, phân tích số liệu, tài liệu
............................................................................................................. 33
2.4.2. Phương pháp ngoại nghiệp.......................................................... 34
2.4.3. Phương pháp xây dựng CSDL địa chính từ số liệu đo đạc trực tiếp
ngoài thực địa ....................................................................................... 34
2.4.4. Phương pháp chuyên gia............................................................. 35
Chương 3: KÊT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ....................... 36
3.1. Điều kiện tự nhiên, dân cư, kinh tế và xã hội ..................................... 36
v
3.1.1. Điều kiện tự nhiên ...................................................................... 36
3.1.2. Đặc điểm dân cư, kinh tế và xã hội ............................................. 38
3.2. Thực trạng công tác quản lý nhà nước về đất đai và hệ thống hồ sơ địa
chính trên địa bàn xã Thịnh Vượng .......................................................... 39
3.2.1. Thực trạng công tác quản lý nhà nước đất đai ............................. 39
3.2.2. Thực trạng hồ sơ địa chính.......................................................... 40
3.3. Xây dựng CSDL địa chính số bằng phần mềm ArcGIS từ số liệu đo
đạc trực tiếp cho xã Thịnh Vượng ............................................................ 45
3.3.1. Quy trình công nghệ thực hiện Xây dựng CSDL địa chính được áp
dụng quy trình như sau: ........................................................................ 45
............................................................................................................. 45
3.3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian............................................. 46
3.3.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu thuộc tính .............................................. 53
3.3.4. Xây dựng CSDL địa chính số bằng phần mềm ArcGIS .............. 60
3.4. Quản lý khai thác thông tin CSDL địa chính xã Thịnh Vượng........... 68
3.4.1. Quản lý cập nhật thông tin địa chính xã Thịnh Vượng ................ 68
3.4.2. Khai thác CSDL địa chính phục vụ công tác quản lý nhà nước về
đất đai tại xã Thịnh Vượng ................................................................... 70
3.5. Đánh giá khả năng ứng dụng của phần mềm Arc GIS........................ 72
3.6. Một số giải pháp hoàn thiện............................................................... 74
3.6.1. Giải pháp kỹ thuật, công nghệ..................................................... 74
3.6.2. Giải pháp về cơ chế chính sách ................................................... 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 75
1. Kết luận................................................................................................ 75
2. Kiến nghị.............................................................................................. 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 77
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
Viết đầy đủ
BTNMT
: Bộ Tài nguyên và Môi trường
UBND
: Ủy ban nhân dân
CSDL
: Cơ sở dữ liệu
GIS
: Hệ thống thông tin địa lý
HTTĐL
: Hệ thông tin địa lý
NĐ
: Nghị định
QĐ
: Quyết định
TN&MT
: Tài nguyên và Môi trường
GCNQSDĐ
: Giấy chứng nhận quyên sử dụng đất
TT
: Thông tư
VN2000
: Hệ toạ độ VN2000
CNXH
: Chủ nghĩa xã hội
HSĐC
: Hồ sơ địa chính
MĐSD
: Mục đích sử dụng
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Tọa độ, độ cao các điểm hạng cao có trong khu đo thuộc địa
bàn xã Thịnh Vượng, huyện Nguyên Bình, tỉnh Cao Bằng ............40
Bảng 3.2. Hiện trạng tư liệu bản đồ ...............................................................41
Bảng 3.3. Biến động sử dụng đất xã Thịnh Vượng năm 2013 so với
năm 2012 .......................................................................................44
Bảng 3.4. Thống kê các cặp điểm ĐCII thông hướng ....................................47
Bảng 3.5. Tọa độ các điểm địa chính cấp II trên địa bàn xã Thịnh
Vượng, huyện Nguyên Bình ..........................................................51
Bảng 3.6. Thiết kế trường dữ liệu của nhóm Địa chính .................................54
Bảng 3.7. Thiết kế trường dữ liệu của nhóm Quy hoạch................................56
Bảng 3.8. Thiết kế trường dữ liệu của nhóm Cơ sở đo đạc ............................57
Bảng 3.9. Thiết kế trường dữ liệu của nhóm Biên giới địa giới .....................58
Bảng 3.10. Thiết kế trường dữ liệu của nhóm Giao thông .............................59
Bảng 3.11. Thiết kế trường dữ liệu của nhóm Thủy hệ ..................................59
Bảng 3.12. Thiết kế trường dữ liệu của nhóm Địa danh.................................60
Bảng 3.13. Thiết kế trường dữ liệu của nhóm Địa hình .................................60
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Các thành phần của GIS...................................................................6
Hình 1.2. Phép chiếu bản đồ..........................................................................10
Hình 1.3. Mô hình chồng xếp trong GIS........................................................14
Hình 1.4. Các sản phẩm phần mềm chính của ESRI .....................................17
Hình 1.5. Các nhóm dữ liệu cấu thành CSDL Địa chính................................26
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ thành lập CSDL..................................34
Hình 3.1. Vị trí địa lý xã Thịnh Vượng .........................................................36
Hình 3.2. Quy trình công nghệ xây dựng CSDL địa chính số ........................45
Hình 3.3. Số liệu đo được lưu trên file *.txt...................................................53
Hình 3.3. Tạo file Geodatabase CSDL xã Thịnh Vượng................................61
Hình 3.4. Cách chọn thông số hệ toạ độ Vn2000 trong Feature Dataset ........62
Hình 3.5. Hộp thoại chọn hệ quy chiếu..........................................................63
Hình 3.6. Xây dựng trường thuộc tính của các Featureclass theo chuẩn ........64
Hình 3.7. Các lớp đối tượng được xây dựng trên AcrCatalog ........................64
Hình 3.8. Thông tin về dữ liệu thuộc tính ......................................................66
Hình 3.9. Thông tin về loại đất thể hiện trên bản đồ trên AcrMap .................67
3.3.4.6. Kết quả đạt được của quá trình xây dựng CSDL địa chính xã Thịnh
Vượng ............................................................................................67
Hình 3.10. Bản đồ thu hồi và giao đất của UBND huyện Nguyên Bình.........68
Hình 3.11. Khu đất biến động được đưa vào lưu trữ. .....................................69
Hình 3.12. Khu đất biến động được thể hiện trên cơ sở dữ liệu khi có
Quyết định thu hồi của UBND huyện Nguyên Bình ......................69
Hình 3.13. Thửa 232 và 253 có biến động tách thửa......................................70
Hình 3.14. Biến động được lưu lại.................................................................71
Hình 3.15. Biến động được thể hiện trên cơ sở dữ liệu ..................................71
Hình 3.16. Tra cứu thông tin về thửa đất .......................................................72
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay kỹ thuật điện tử và công nghệ thông tin phát triển rất mạnh
mẽ. Việc ứng dụng công nghệ số vào lĩnh vực trắc địa bản đồ đã đóng góp
một phần rất quan trọng trong các công việc như lưu trữ, tìm kiểm, sửa đổi,
tra cứu, truy cập xử lý thông tin. Ứng dụng các công nghệ số cho ta khả năng
phân tích và tổng hợp thông tin trên máy tính một cách nhanh chóng, sản xuất
bản đồ có độ chính xác cao, chất lượng tốt, đúng quy trình, quy phạm hiện
hành, đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng, tăng năng suất lao động và
giảm bớt các thao tác thủ công, lạc hậu trước đây.
Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của công nghệ thông tin thì
một vấn đề lớn đặt ra là phải xây dựng một hệ thống hồ sơ địa chính đáp ứng
được sự thuận tiện trong quản lý, cập nhật và trao đổi dữ liệu. Như vậy, cần
thiết phải xây dựng Chuẩn dữ liệu địa chính thống nhất trong cả nước.
Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Quy định áp dụng chuẩn
thông tin địa lý cơ sở quốc gia (kèm theo Quyết định số 06/2007/QĐ-BTNMT
ngày 27 tháng 02 năm 2007) nhằm thống nhất công tác xây dựng hệ thống
thông tin địa lý cơ sở quốc gia và các hệ thống thông tin địa lý chuyên ngành
trong phạm vi ngành tài nguyên môi trường.
Chính vì vậy, nghiên cứu phương pháp chuyển đổi dữ liệu bản đồ và hồ sơ
địa chính từ các phần mềm khác nhau sang mô hình cơ sở dữ liệu địa lý
(Geodatabase) nhằm phục vụ cho công tác quản lý đất đai theo quy định chuẩn
cơ sở dữ liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trường là một việc rất cần thiết.
Xã Thịnh Vượng có nhiều lợi thế về tài nguyên đất đai, tài nguyên
rừng... và kinh tế nông lâm nghiệp đang đóng vai trò chủ đạo trong cơ cấu
nền kinh tế. Hiện nay UBND tỉnh Cao Bằng đã có chủ trương đầu tư về
lĩnh vực quản lý đất đai cho xã Thịnh Vượng trên các lĩnh vực như: quy
hoạch sử dụng đất, đo đạc, cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất. Đưa
2
hệ thống quản lý hồ sơ địa chính từ quản lý bằng giấy sang hệ thống quản
lý bằng máy tính.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, với sự giúp đỡ của các thầy giáo:
GS.TS Trần Ngọc Ngoạn và TS Lê Văn Thơ, cùng với mong muốn nghiên
cứu các chức năng của phần mềm ArcGIS trong việc quản lý cơ sở dữ liệu địa
chính, nhằm giải quyết bài toán quản lý dữ liệu địa chính được thành lập bằng
các phần mềm khác nhau ở địa phương, tôi đã chọn đề tài cho luận văn tốt
nghiệp là: “Xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính từ số liệu đo đạc trực tiếp xã
Thịnh Vượng, huyện Nguyên Bình, tỉnh Cao Bằng”.
2. Mục đích nghiên cứu đề tài
2.1. Mục tiêu chung
Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu địa chính cho xã Thịnh Vượng nhằm góp
phần nâng cao công tác quản lý đât đai cho tỉnh Cao Bằng nói chung và xã
Thịnh Vượng nói riêng.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Xử lý số liệu đo đạc.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian
- Xây dựng cơ sở dữ liệu thuộc tính.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính số.
3. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần đưa ra các phương pháp
chuyển đổi và quản lý cơ sở dữ liệu Hồ sơ địa chính ở các hệ thống và phần
mềm biên vẽ về cơ sở dữ liệu, nhằm phục vụ công tác quản lý đất đai theo
quy định.
Trên cơ sở thực nghiệm chuyển đổi dữ liệu hồ sơ địa chính của xã Thịnh
Vượng, huyện Nguyên Bình, tỉnh Cao Bằng xây dựng được cơ sở dữ liệu địa
chính của xã nhằm hoàn thiện và hiện đại hóa công tác quản lý đất đai của xã.
Thực hiện cập nhật chỉnh lý biến động trên Geodatabase của ArcGIS. Chiết
xuất được các dữ liệu hiên trạng phục vụ công tác quản lý đất đai.
3
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Cơ sở lý luận về đất và cơ sở dữ liệu đất đai
1.1.1. Tổng quan về đất
Về mặt thuật ngữ khoa học, đất đai được hiểu theo nghĩa rộng như sau:
"đất đai là một diện tích cụ thể của bề mặt trái đất, bao gồm tất cả các cấu
thành của môi trường sinh thái ngay trên vỏ dưới bề mặt đó bao gồm: khí hậu,
bề mặt, thổ nhưỡng, dáng địa hình, mặt nước (hồ, sông, suối, đầm lầy,...). Các
lớp trầm tích sát bề mặt cùng với nước ngầm và khoáng sản trong lòng đất, tập
đoàn thực vật và động vật, trạng thái định cư của con người, những kết quả
của con người trong quá khứ và hiện tại để lại (san nền, hồ chứa nước hay hệ
thống tiêu thoát nước, đường xá, nhà cửa. ..)". [17]
Như vậy, "đất đai" là khoảng không gian có giới hạn, theo chiều thẳng
đứng (gồm khí hậu của bầu khí quyển, lớp đất phủ bề mặt, thảm thực vật,
động vật, diện tích nước, tài nguyên nước ngầm và khoáng sản trong lòng
đất), theo chiều nằm ngang trên mặt đất (là sự kết hợp giữa thổ nhưỡng, địa
hình, thuỷ văn, thảm thực vật cùng các thành phần khác) giữ vai trò quan
trọng và có ý nghĩa to lớn đối với hoạt động sản xuất cũng như cuộc sống của
xã hội loài người. [17]
Đất đai là sản phẩm của tự nhiên, có trước lao động và cùng với quá
trình lịch sử phát triển kinh tế - xã hội, đất đai là điều kiện lao động. Đất đai
đóng vai trò quyết định cho sự tồn tại và phát triển của xã hội loài người. Nếu
không có đất đai thì rõ ràng không có bất kỳ một ngành sản xuất nào, cũng
như không thể có sự tồn tại của loài người. Đất đai là một trong những tài
nguyên vô cùng quý giá của con người, là điều kiện sống cho động vật, thực
vật và con người trên trái đất. [17]
Đất đai tham gia vào tất cả các hoạt động của đời sống kinh tế, xã hội.
4
Đất đai là địa điểm, là cơ sở của các thành phố, làng mạc, các công trình công
nghiệp, giao thông, thuỷ lợi và các công trình thuỷ lợi khác. Đất đai cung cấp
nguyên liệu cho ngành công nghiệp, xây dựng như gạch ngói, xi măng, gốm
sứ… [17]
Đất đai là nguồn của cải, là một tài sản cố định hoặc đầu tư cố định. Là
thước đo sự giàu có của một quốc gia. Đất đai còn là sự bảo hiểm cho cuộc
sống, bảo hiểm về tài chính, như là sự chuyển nhượng của cải qua các thế hệ
và như là một nguồn lực cho các mục đích tiêu dùng. [17]
1.1.2. Cơ sở dữ liệu đất
Hệ thống cơ sở dữ liệu quốc gia là một trong những thành phần nền tảng
của kết cấu hạ tầng về thông tin, nó bao gồm các cơ sở dữ liệu (CSDL)
chuyên ngành để tạo thành một hệ thống cơ sở thống nhất bao gồm các thành
phần: CSDL về chính trị (chính sách, pháp luật, tổ chức cán bộ); CSDL về
kinh tế (nguồn lực - tài nguyên thiên nhiên, đất đai, lao động, vốn, quy hoạch,
kế hoạch phát triển kinh tế, kết quả hoạt động của các ngành kinh tế - nông
nghiệp, công nghiệp, dịch vụ); CSDL xã hội (dân số, lao động văn hoá, giáo
dục, y tế, thể thao); CSDL về tài nguyên đất là một thành phần không thể
thiếu được của CSDL quốc gia. [2]
CSDL tài nguyên đất bao gồm toàn bộ thông tin về tài nguyên đất đai và
địa lý; nội dung thông tin được phân loại theo đối tượng địa lý như thuỷ văn,
giao thông, dân cư, địa giới, hiện trạng sử dụng đất, các công trình cơ sở hạ
tầng…. Xét về các yếu tố cấu thành, chúng có thể chia ra thành hai phần cơ
bản là CSDL bản đồ địa lý và CSDL đất đai. Thông tin về tài nguyên đất đai
đuợc thể hiện bằng dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính có cấu trúc.
Cấu trúc CSDL tài nguyên đất: Về nguyên tắc một hệ thống thông tin
của ngành hợp lý nhất là có tổ chức dựa trên cơ cấu tổ chức của ngành chủ
quản, cơ cấu tổ chức được phân thành các cấp trung ương và địa phương.
Thông thường các địa phương đóng vai trò là nơi thu thập, cập nhật các thông
tin chi tiết, cung cấp thông tin đầu vào cho toàn bộ hệ thống và cũng sẽ là nơi
5
quản lý và sử dụng chủ yếu các thông tin chi tiết, còn cấp trung ương nhu cầu
chủ yếu lại là các thông tin tổng hợp từ các thông tin chi tiết. Có 4 phương án
lưu trữ và quản lý dữ liệu bao gồm: Quản lý tập trung; Phân tán bản sao; Phân
tán dữ liệu; Phân tán dữ liệu chi tiết; Tập trung số liệu tổng hợp. Căn cứ vào
trình độ quản lý, mức độ ổn định của quy trình quản lý, phân bố tần xuất sử
dụng thông tin giữa các đơn vị để xác định phương án thích hợp. [2]
1.2. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý
1.2.1. Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý
Vào đầu những năm sáu mươi của thế kỷ XX, các nhà khoa học Canada
đã cho ra đời hệ thống thông tin địa lý. Hệ thống thông tin địa lý (có tên tiếng
Anh là Geographic Information System, viết tắt là GIS) được thiết kế như một
hệ thống chung để quản lý dữ liệu không gian, nó có rất nhiều ứng dụng trong
việc phát triển đô thị và môi trường tự nhiên như là: quy hoạch đô thị, quản lý
nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống công ích, lộ trình, nhân khẩu, bản
đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả và bệnh tật. Trong phần lớn các lĩnh vực này,
GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch
hoạt động. [10]
Công nghệ GIS liên quan mật thiết tới yếu tố địa lý thường diễn tả đến
dữ liệu không gian, nói cách khác đây là dữ liệu tham chiếu đến vị trí trên trái
đất. Gắn liền với dữ liệu này luôn luôn là dữ liệu thuộc tính, dữ liệu thuộc tính
này là các thông tin bổ sung cho dữ liệu không gian. Ví dụ hình dáng và vị trí
địa lý của thửa đất là dữ liệu không gian, còn số hiệu thửa đất và các thông tin
về chủ sở hữu là dữ liệu thuộc tính. Mối quan hệ giữa dữ liệu không gian và
thuộc tính làm cho GIS trở thành công cụ giải quyết hữu hiệu các bài toán
phân tích không gian. [10]
Hệ thống thông tin gồm có máy vi tính và các thiết bị ngoại vi đi kèm,
các phần mềm trong các máy vi tính, dữ liệu được lưu trong máy vi tính, con
người và cách hoạt động của hệ thống. Như vậy, có thể hiểu GIS trước hết là
6
một hệ thống thông tin. Điều này có nghĩa là GIS cũng là một hệ thống thông
tin như bao nhiêu hệ thống thông tin khác, điều khác biệt giữa GIS và các hệ
thống thông tin khác là dữ liệu của GIS là dữ liệu địa lý. [10]
Tóm lại, hệ thống thông tin địa lý (GIS) là tập hợp một bộ các công cụ trợ
giúp cho việc thu thập, lưu trữ, truy cập, biến đổi, quản lý, phân tích và hiển thị
các thông tin không gian từ thế giới thực cho tập hợp các mục đích nào đó.
1.2.2. Hệ tọa độ dùng trong hệ thống thông tin địa lý
Để biểu diễn dữ liệu không gian trong GIS, người ta thường dùng hai hệ
tọa độ: Hệ tọa độ địa lý và hệ tọa độ quy chiếu. Hệ tọa độ địa lý là hệ tọa độ
lấy mặt cầu ba chiều bao quanh trái đất làm cơ sở, một điểm được xác định
bằng kinh độ và vĩ độ của nó trên mặt cầu. Hệ toạ độ quy chiếu là hệ tọa độ
hai chiều thu được bằng cách chiếu dữ liệu bản đồ nằm trên hệ tọa độ địa lý
về một mặt phẳng. [13]
1.2.3. Thành phần của hệ thống thông tin địa lý
GIS được kết hợp bởi năm thành phần chính: phần cứng, phần mềm, dữ
liệu, phương pháp (quy trình) thực hiện và con người.
Hình 1.1. Các thành phần của GIS
- Phần cứng (hardware) có thể là hệ thống máy vi tính và các thiết bị
ngoại vi (như máy in, máy scan, và nhiều thiết bị khác tùy theo hệ thống).
Những bộ phần này là những công cụ rất quan trọng của hệ thống, có khả
7
năng thực hiện các chức năng nhập thông tin (Input), xuất thông tin (Output)
và xử lý thông tin của phần mềm. Hệ thống này gồm có máy chủ (server),
máy khách (client), máy quét (scanner), máy in (printer) được liên kết với
nhau trong mạng LAN hay Internet. Máy vi tính được dùng để lưu trữ dữ liệu
và cài đặt các phần mềm. Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất
nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc
lập hoặc có liên kết mạng. Các thiết bị ngoại vi cũng có vai trò riêng trong hệ
thống. [13]
- Phần mềm (software) gồm có hệ điều hành và các phần mềm được cài
đặt trong hệ điều hành đó. Phần mềm cung cấp các chức năng và công cụ cần
thiết để lưu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Ngoại trừ hệ điều hành,
các phần mềm còn lại giúp người dùng trong các công việc của hệ thống. Các
công việc này có thể là chỉnh sửa, cập nhật dữ liệu, phân tích dữ liệu để phục
vụ các quyết định và nhiều công việc khác. [13]
- Dữ liệu của hệ thống được xem là một thành phần rất quan trọng, nó
được ví như là linh hồn của hệ thống. Dữ liệu được lưu trữ theo nhiều cách
khác nhau. Ngày nay, dữ liệu thường được lưu trữ thành những bảng có nhiều
cột và nhiều dòng, các bảng có quan hệ với nhau. Cơ sở dữ liệu bao gồm
nhiều bảng như vậy. Để quản lý các CSDL, người ta sử dụng những phần mềm
được thiết kế riêng. Những phần mềm này được gọi là hệ quản trị CSDL.
CSDL cần được thường xuyên cập nhật theo thời gian. [13]
Có thể chia dữ liệu trong GIS thành hai loại: Dữ liệu không gian (spatial)
cho ta biết kích thước vật lý và vị trí địa lý của các đối tượng trên bề mặt trái
đất; Dữ liệu thuộc tính (non-spatial) là các dữ liệu ở dạng văn bản cho ta biết
thêm thông tin thuộc tính của đối tượng.
- Phương pháp mà hệ thống hoạt động cũng được xem là một thành phần
của hệ thống. Cách thức hoạt động của hệ thống nêu rõ nhiệm vụ của từng bộ
phận, nêu rõ các công việc của hệ thống và nêu rõ hệ thống hoạt động như thế
8
nào để hệ thống đem lại thông tin và phục vụ các quyết định của người sử
dụng. Không có cách thức hoạt động này, các bộ phận khác như phần mềm,
máy móc, dữ liệu… không thể kết hợp với nhau thành hệ thống được. [13]
- Con người tồn tại hiển nhiên trong hệ thống. Con người có thể là
chuyên viên tin học, các chuyên gia về lĩnh vực khác nhau, chuyên gia GIS,
thao tác viên GIS,... hoặc những người dùng GIS để giải quyết các công việc
của họ. Một dự án GIS chỉ thành công khi nó được quản lý tốt và con người
tại mỗi công đoạn cũng phải có kỹ năng tốt. [13]
1.2.4. Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý
1.2.4.1. Khái niệm chung về cơ sở dữ liệu
CSDL là tập hợp của một hoặc nhiều tệp (file) dữ liệu hoặc bảng dữ
liệu (table), chúng được lưu trữ trong một tổ chức có cấu trúc, sao cho mối
quan hệ vốn có giữa các khoản mục hoặc các bộ dữ liệu khác nhau có thể
sử dụng được nhờ phần mềm hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho các mục đích
tính toán và khôi phục. CSDL có thể là tập hợp các dữ liệu chỉ về một
chuyên đề nào đó. [3]
1.2.4.2. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Hệ quản trị CSDL (Database Management System) là hệ thống quản lý,
lưu trữ, bảo trì toàn bộ CSDL. Hệ quản trị CSDL cũng cung cấp các công cụ
cho phép người dùng hỏi đáp, tra cứu và tác động vào cơ sở dữ liệu. Như vậy,
hệ quản trị CSDL có nhiệm vụ rất quan trọng như là một bộ diễn dịch
(Interpreter) với ngôn ngữ bậc cao nhằm giúp người sử dụng có thể dùng
được hệ thống mà ít nhiều không cần quan tâm đến thuật toán chi tiết hoặc
biểu diễn dữ liệu trong máy.
CSDL cho một hệ thống GIS gồm hai CSDL thành phần chính là: CSDL
địa lý (không gian) và CSDL thuộc tính (phi không gian).
Trong hệ thống GIS, hệ quản trị CSDL GIS được xây dựng bao gồm hai
hệ quản trị CSDL riêng cho từng phần hoặc xây dựng một hệ quản trị CSDL
9
chung cho cả hai CSDL con kể trên. Thông thường hệ quản trị CSDL GIS
được xây dựng bao gồm ba hệ quản trị CSDL con:
- Hệ quản trị CSDL cho CSDL địa lý gồm các hệ thống nhập dữ liệu bản
đồ, hiển thị bản đồ, tra cứu, hỏi đáp, phân tích,…
- Hệ quản trị CSDL quan hệ ở mức tra cứu, hỏi đáp. Hệ này được tích hợp
cùng với hệ quản trị CSDL địa lý cho phép người ta dùng truy nhập dữ liệu địa
lý và dữ liệu thuộc tính đồng thời. Tuy nhiên, hệ quản trị CSDL này cho thao tác
trên CSDL thuộc tính bị hạn chế.
- Hệ quản trị CSDL thuộc tính. Thông thường các hệ thống GIS đều lấy
một hệ quản trị CSDL quan hệ hiện có để quản trị và thực hiện các bài toán
trên dữ liệu thuộc tính mà không liên quan đến dữ liệu không gian. Ví dụ:
FOX, MS SQL, ORACLE.
1.2.4.3. Cấu trúc cơ sở dữ liệu trong hệ thống thông tin địa lý
Cơ sở dữ liệu không gian: là những mô tả số của hình ảnh bản đồ, chúng
bao gồm toạ độ, quy luật và các ký hiệu dùng để xác định một hình ảnh bản
đồ cụ thể trên từng bản đồ. Hệ thống thông tin địa lý dùng các số liệu không
gian để tạo ra một bản đồ hay hình ảnh bản đồ trên màn hình hoặc trên giấy
thông qua thiết bị ngoại vi,…Dữ liệu không gian bao gồm vị trí (Geometry) và
hình dạng (Topology). Dữ liệu này được lưu trữ và thể hiện theo 2 dạng raster
và vector (điểm, đường, vùng). Dữ liệu không gian có hai dạng cấu trúc:
- Cấu trúc raster: có thể hiểu đơn giản là một “ảnh” chứa các thông tin về
một chuyên đề. Ảnh raster mô phỏng bề mặt trái đất và các đối tượng trên đó
bằng một lưới (đều hoặc không đều) gồm các hàng và cột. Những phần tử nhỏ
này gọi là những pixel hay cell. Giá trị của pixel là thuộc tính của đối tượng.
Kích thước pixel càng nhỏ thì đối tượng càng được mô tả chính xác. Một mặt
phẳng chứa đầy các pixel tạo thành raster.
- Cấu trúc vector: mô tả vị trí và phạm vi của các đối tượng không gian
bằng tọa độ cùng các kết hợp hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ giữa
10
chúng. Về mặt hình học, các đối tượng được phân biệt thành 3 dạng: đối
tượng dạng điểm (point), đối tượng dạng đường (line) và đối tượng dạng vùng
(region hay polygon). [3]
CSDL thuộc tính (hay còn gọi là dữ liệu phi không gian): là những diễn
tả đặc tính, số lượng, mối quan hệ của các hình ảnh bản đồ với vị trí địa lý của
chúng. Các dữ liệu phi không gian lien quan đến vị trí địa lý hoặc các đối
tượng không gian và liên kết chặt chẽ với chúng trong hệ thống thông tin địa
lý thông qua một cơ chế thống nhất chung. Trong lĩnh vực phân loại đất đai
thì bao gồm: kiểu đất, màu đất, độ kiềm, ... [3]
Ngoài ra còn có dữ liệu chung (hay còn gọi là Siêu dữ liệu – Metadata):
Dữ liệu chung bao gồm các thông tin về hệ quy chiếu và tỷ lệ bản đồ.
- Hệ quy chiếu (Projection): Khoảng cách giữa các điểm, diện tích, hình
dạng các khu vực trên trái đất khi biểu thị lên mặt phẳng không tránh khỏi sự
biến dạng, hay nói cách khác có sai số. Để biểu thị bề mặt Elipxoid lên mặt
phẳng người ta sử dụng phép chiếu bản đồ.
Hình 1.2. Phép chiếu bản đồ
- Tỷ lệ bản đồ (Scale): Tỷ lệ bản đồ là tỷ số chiều dài của một đoạn thẳng
trên bản đồ so với chiều dài hình chiếu phẳng tương ứng của đoạn thẳng ấy ở
thực địa. Tỷ lệ bản đồ chỉ mức độ thu nhỏ của bản đồ so với thực tế. Cần phải có
một tỷ lệ bản đồ thích hợp và thống nhất cho các đối tượng địa lý trong một
11
CSDL GIS. Tùy theo quy mô, tính chất của bản đồ để chọn tỷ lệ thích hợp. [3]
1.2.5. Chức năng của hệ thống thông tin địa lý
GIS có 05 (năm) chức năng cơ bản sau: nhập dữ liệu, thao tác dữ liệu,
quản lý dữ liệu, truy vấn và phân tích, hiển thị.
1.2.5.1. Nhập dữ liệu
Trước khi dữ liệu địa lý có thể được dùng cho GIS, dữ liệu này phải
được chuyển sang dạng số thích hợp. Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy
sang các file dữ liệu dạng số được gọi là quá trình số hoá. Công nghệ GIS
hiện đại có thể thực hiện tự động hoàn toàn quá trình này với công nghệ quét
ảnh cho các đối tượng lớn; những đối tượng nhỏ hơn đòi hỏi một số quá trình
số hoá thủ công. Ngày nay, nhiều dạng dữ liệu địa lý thực sự có các định dạng
tương thích GIS. Những dữ liệu này có thể thu được từ các nhà cung cấp dữ
liệu và được nhập trực tiếp vào GIS. [6]
1.2.5.2. Thao tác dữ liệu:
Có những trường hợp các dạng dữ liệu đòi hỏi được chuyển dạng và thao
tác theo một số cách để có thể tương thích với một hệ thống nhất định. Ví dụ,
các thông tin địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (hệ
thống đờng phố được chi tiết hoá trong file về giao thông, kém chi tiết hơn
trong file điều tra dân số và có mã bưu điện trong mức vùng). Trước khi các
thông tin này được kết hợp với nhau, chúng phải được chuyển về cùng một tỷ
lệ (mức chính xác hoặc mức chi tiết). Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm
thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích. Công nghệ
GIS cung cấp nhiều công cụ cho các thao tác trên dữ liệu không gian và cho
loại bỏ dữ liệu không cần thiết. [6]
1.2.5.3. Quản lý dữ liệu
Đối với những dự án GIS nhỏ, có thể lưu các thông tin địa lý dưới dạng
các file đơn giản. Tuy nhiên, khi kích cỡ dữ liệu trở nên lớn hơn và số lượng
người dùng cũng nhiều lên, thì cách tốt nhất là sử dụng hệ quản trị CSDL
12
(DBMS) để giúp cho việc lưu giữ, tổ chức và quản lý thông tin. Một DBMS
chỉ đơn giản là một phần mềm quản lý CSDL. Có nhiều cấu trúc DBMS khác
nhau, nhưng trong GIS cấu trúc quan hệ tỏ ra hữu hiệu nhất. Trong cấu trúc
quan hệ, dữ liệu được lưu trữ ở dạng các bảng. Các trường thuộc tính chung
trong các bảng khác nhau được dùng để liên kết các bảng này với nhau. Do
linh hoạt nên cấu trúc đơn giản này được sử dụng và triển khai khá rộng rãi
trong các ứng dụng cả trong và ngoài GIS. [6]
1.2.5.4. Truy vấn và phân tích
Một khi đã có một hệ GIS lưu giữ các thông tin địa lý, có thể bắt đầu hỏi
các câu hỏi đơn giản như:
+ Ai là chủ mảnh đất ở trung tâm xã?
+ Hai vị trí cách nhau bao xa?
+ Vùng đất dành cho hoạt động công nghiệp ở đâu?
Và các câu hỏi phân tích như:
+ Tất cả các vị trí thích hợp cho xây dựng UBND xã mới nằm ở đâu?
+ Kiểu đất ưu thế cho rừng thông là gì?
+ Nếu xây dựng một đường cao tốc mới qua đây, giao thông sẽ chịu ảnh
hưởng như thế nào?
GIS cung cấp cả khả năng hỏi đáp đơn giản "chỉ và nhấn" và các công cụ
phân tích tinh vi để cung cấp kịp thời thông tin cho những người quản lý và
phân tích. Các hệ GIS hiện đại có nhiều công cụ phân tích hiệu quả, trong đó
có hai công cụ quan trọng đặc biệt:
Phân tích liền kề: Ví dụ như có câu hỏi:
+ Tổng số khách hàng trong bán kính 10 km khu hàng?
+ Những lô đất trong khoảng 60 m từ mặt đường?
Để trả lời những câu hỏi này, GIS sử dụng phương pháp vùng đệm để
xác định mối quan hệ liền kề giữa các đối tượng.
13
Phân tích chồng xếp: Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin
khác nhau. Các thao tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải
được liên kết vật lý. Sự chồng xếp này, hay liên kết không gian, có thể là sự
kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật hoặc sở hữu đất với định giá
thuế. [6]
1.2.5.5. Hiển thị
Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt
nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Bản đồ khá hiệu quả trong lưu giữ và
trao đổi thông tin địa lý. GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở
rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ. Bản đồ hiển thị có thể
được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ
liệu khác (đa phương tiện). [6]
1.2.6. Ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý
GIS được tạo ra và quản lý cho phép các ứng dụng đa ngành có thể được
thực hiện trên cùng một nền dữ liệu thống nhất. Do vậy, kỹ thuật GIS hiện
nay được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, được coi là "công cụ hỗ trợ
việc ra quyết định” (decision - making support tools).
1.2.6.1. Một số bài toán ứng dụng công nghệ GIS
- Tính toán theo các mô hình để tạo ra các thông tin mới;
- Các bài toán mô phỏng;
- Các ứng dụng có liên quan đến mô hình số độ cao;
- Các phân tích mạng;
- Các phân tích khoảng cách.
1.2.6.2. Một số lĩnh vực được ứng dụng chủ yếu
Từ những bài toán cơ bản trên, công nghệ GIS đã mang lại rất nhiều ứng
dụng hữu ích cho cuộc sống trong mọi lĩnh vực.
- Nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường:
- Nghiên cứu các điều kiện tự nhiên, kinh tế – xã hội:
- Nghiên cứu, hỗ trợ các chương trình quy hoạch phát triển:
14
- Sản xuất nông nghiệp và phát triển nông thôn: Thổ nhưỡng, trồng trọt,
quy hoạch thuỷ văn và tưới tiêu, kinh tế nông nghiệp, phân tích khí hậu, mô
hình hoá nông nghiệp, chăn nuôi gia súc gia cầm.
Các ứng dụng trên có thể coi là “cổ điển” và đã được áp dụng thành
công. Ngày nay GIS đang phát triển mạnh theo hướng tổ hợp, phát triển
GIS lớn,liên kết mạng, ứng dụng thành quả của các ngành khoa học khác
vào GIS, như ứng dụng trí tuệ nhân tạo, lý thuyết mờ vào trong việc xử lý
dữ liệu GIS, tích hợp GIS với các thông tin chuyên đề để hình thành hệ
thông tin giải quyết một vấn đề cụ thể cũng như trợ giúp ra quyết định,
nhất là trong quản lý lãnh thổ. [10]
1.2.6.3. Phân tích chồng xếp trong GIS
Việc chồng xếp các bản đồ trong kỹ thuật GIS là một khả năng ưu việt
của GIS trong việc phân tích các số liệu thuộc về không gian, để có thể xây
dựng thành một bản đồ mới mang các đặc tính hoàn toàn khác với bản đồ
trước đây.
Chồng xếp là quá trình tích hợp các lớp thông tin khác nhau. Các thao
tác phân tích đòi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liên kết vật lý.
Hình 1.3. Mô hình chồng xếp trong GIS
15
Chồng ghép những lớp dữ liệu khác nhau là một quá trình bậc thang. Hai
lớp dữ liệu nhập vào được tổ hợp vào một lớp trung gian, sau đó nó được tổ
hợp với lớp thứ ba để tạo ra một lớp trung gian khác. Điều này được thực hiện
tới khi tất cả các lớp thông tin đều được chồng xếp để tạo ra một lớp chuyên
đề mới chứa đựng những thông tin mới. [10]
1.2.7. Lợi ích và hạn chế của việc sử dụng kỹ thuật GIS
Kỹ thuật GIS là một công nghệ ứng dụng các tiến bộ của khoa học máy
tính do đó việc sử dụng GIS trong các mục tiêu nghiên cứu so với các phương
tiện cổ điển có thể mang lại những hiệu quả cao do:
- Là cách tiết kiệm chi phí và thời gian nhất trong việc lưu trữ số liệu,
- Có thể thu thập số liệu với số lượng lớn,
- Số liệu lưu trữ có thể được cập nhật hoá một cách dễ dàng,
- Chất lượng số liệu được quản lý, xử lý và hiệu chỉnh tốt,
- Dễ dàng truy cập, phân tích số liệu từ nhiều nguồn và nhiều loại khác nhau,
- Tổng hợp một lần được nhiều loại số liệu khác nhau để phân tích và tạo
ra nhanh chóng một lớp số liệu tổng hợp mới.
Tuy nhiên, có những trở ngại xuất hiện trong quá trình sử dụng kỹ thuật
GIS. Chúng cần được cân nhắc thận trọng trong quá trình phát triển GIS tại
các nước kém và đang phát triển như Việt Nam, đó là:
- Chi phí và những vấn đề kỹ thuật đòi hỏi trong việc chuẩn bị lại các số
liệu thô hiện có, nhằm có thể chuyển từ bản đổ dạng giấy truyền thống sang
dạng kỹ thuật số trên máy tính (thông qua việc số hoá, quét ảnh...).
- Đòi hỏi nhiều kiến thức của các kỹ thuật cơ bản về máy tính, yêu cầu
lớn về nguồn tài chính ban đầu.
- Chi phí của việc mua sắm, lắp đặt thiết bị và phần mềm GIS khá cao.
- Trong một số lĩnh vực ứng dụng, hiệu quả tài chính thu lại thấp.
Đặc biệt trong nông nghiệp, GIS có 3 điểm thuận lợi chính khi được so
sánh với cách quản lý bản đồ bằng tay trước đây:
