Tài liệu ứng dụng gis trong quản lý đất trồng lúa huyện kim thành, tỉnh hải dương

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- NGUYỄN THỊ THANH THỦY ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN KIM THÀNH, TỈNH HẢI DƢƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- NGUYỄN THỊ THANH THỦY ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN KIM THÀNH, TỈNH HẢI DƢƠNG Chuyên ngành : Quản lý đất đai Mã số : 60.85.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NHỮ THỊ XUÂN Hà Nội, 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng có ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn đã chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày .... tháng……. năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Thanh Thủy LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình, chu đáo của các thầy, cô giáo, các nhà khoa học và những ý kiến đóng góp quý báu của nhiều cá nhân, tập thể để tôi hoàn thành bản luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nhữ Thị Xuân đã hướng dẫn, giúp đỡ rất tận tình, tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong Ban Giám hiệu nhà trường, khoa Sau đại học, Khoa địa lý- bộ môn Quản lý đất đai và các phòng ban trong Trường Đại học Khoa học tự nhiên- Đại học Quốc Gia Hà Nội đã giảng dạy, đóng góp ý kiến, tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn đến cán bộ phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương; Lãnh đạo Sở, cán bộ, các phòng, trung tâm thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thu thập tài liệu thực hiện đề tài. Luận văn chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, tôi rất mong nhận được sự đóng góp, chỉ bảo của các thầy, các cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn. Với tấm lòng biết ơn, tôi xin chân thành cám ơn mọi sự giúp đỡ quý báu đó! Hà Nội, ngày .... tháng…… năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Thanh Thủy MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................... 4 1.1. Tổng quan về hê ̣ thố ng thông tin điạ lý (GIS) ..............................................4 1.1.1. Sự hiǹ h thành và phát triể n của GIS ..........................................................4 1.1.2. Khái niê ̣m hê ̣ thông tin điạ lý (GIS) ...........................................................5 1.1.3. Các thành phần cơ bản của hệ thông tin địa lý ...........................................5 1.1.4. Chức năng của hệ thông tin địa lý ..............................................................7 1.1.5. Khả năng xử lý dữ liệu trong GIS ..............................................................8 1.2. Tổng quan về cơ sở dữ liệu đất trồng lúa .....................................................9 1.2.1. Cơ sở dữ liê ̣u đấ t đai ...................................................................................9 1.2.2. Cơ sở dữ liê ̣u đấ t trồng lúa .......................................................................13 1.3. Tổng quan tình hình quản lý đất trồng lúa ................................................19 1.4. Tổng quan tình hình ứng dụng GIS trong việc xây dựng và quản lý CSDL đất trồng lúa trên thế giới........................................................................19 1.5. Tổng quan tình hình ứng dụng GIS trong việc xây dựng và quản lý CSDL đất trồng lúa tại Việt Nam .......................................................................19 1.6. Các quan điểm và phƣơng pháp nghiên cứu..............................................21 CHƢƠNG 2: ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG SỬ DỤNG, QUẢN LÝ ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN KIM THÀNH, TỈNH HẢI DƢƠNG ............................. 24 2.1. Khái quát về điều kiện tự nhiên và tình hình sản xuất lƣơng thực huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dƣơng ...............................................................................24 2.1.1. Điều kiện tự nhiên ....................................................................................24 2.1.2. Tình hình sản xuất lương thực..................................................................32 2.2. Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội ........................................................36 2.2.1 Thực trạng phát triển các ngành kinh tế ....................................................36 2.2.2. Đánh giá chung .........................................................................................43 2.3. Tình hình quản lý và sử dụng đất trồng lúa...............................................45 2.3.1. Hiện trạng, biến động diện tích đất trồng lúa giai đoạn 2000 - 2014.......45 2.3.2. Hồ sơ địa chính đất trồng lúa ...................................................................53 2.3.3. Thực trạng quản lý sử dụng đất trồng lúa ................................................56 2.3.4. Đánh giá chung .........................................................................................66 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ QUẢN LÝ ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN KIM THÀNH, TỈNH HẢI DƢƠNG 68 3.1. Giới thiệu chung về phần mềm ArcGIS .....................................................68 3.1.1.ArcGIS Desktop ........................................................................................69 3.2. Mục tiêu xây dựng cơ sở dữ liệu đất trồng lúa huyện Kim Thành ..........74 3.3. Thiết kế cơ sở dữ liệu đất trồng lúa huyện Kim Thành ............................74 3.3.1. Nội dung cơ sở dữ liệu đất trồng lúa huyện Kim Thành ..........................74 3.3.2. Thiết kế cấu trúc cơ sở dữ liệu đất trồng lúa huyện Kim Thành ..............75 3.4. Xây dựng cơ sở dữ liệu đất trồng lúa huyện Kim Thành từ nguồn bản đồ địa chính dạng số .................................................................................................78 3.4.1 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu đất trồng lúa từ nguồn bản đồ địa chính dạng số ................................................................................................................78 3.4.2. Các bước thực nghiệm..............................................................................81 3.3.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu ............................................................................84 3.5. Xây dựng cơ sở dữ liệu đất trồng lúa huyện Kim Thành từ nguồn bản đồ hiện trạng sử dụng đất.........................................................................................92 3.5.1 Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu ..............................................................92 3.5.2 Các bước thực hiện ....................................................................................92 3.6. Quy trình tích hợp cơ sở dữ liệu đất trồng lúa từ cấp xã lên cấp huyện, từ cấp huyện lên cấp tỉnh, từ cấp tỉnh lên cấp trung ƣơng ..............................98 3.6.1. Quy trình tổng quát...................................................................................98 3.6.2 Các bước tiến hành ..................................................................................100 3.6.3. Phương án tối ưu lựa chọn nguồn dữ liệu cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu đất trồng lúa. .....................................................................................................103 3.7. Phân tích hiệu quả của CSDL đất lúa .......................................................104 3.7.1 Hiệu quả với nền kinh tế .........................................................................104 3.7.2. Hiệu quả kinh tế đối với các cơ quan quản lý Nhà nước về đất đai .......104 3.7.3. Hiệu quả kinh tế đối với khu vực hộ gia đình, cá nhân .........................105 3.7.4. Đánh giá về hiệu quả chính trị ..............................................................105 3.8. Khai thác CSDL trong quản lý đất trồng lúa huyện Kim Thành ..........106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 111 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 113 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT (GIS) : (Geographic Information Systems). BVMT : Bảo vệ môi trường CSDL : Cơ sở dữ liệu HST : Hệ Sinh Thái HTTT : Hệ thống thông tin HTX : Hợp tác xã PTBV : Phát triển bền vững PTNT : Phát triển Nông thôn TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Phân loại đất huyện Kim Thành ............................................................... 26 Bảng 2.2 Tổng hợp diện tích đấ t trồ ng lúa đến 31/12/2014...................................... 46 trên địa bàn huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương ...................................................... 46 Bảng 2.3 Tổng hợp năng suất, sản lượng và diện tích gieo trồng lúa từ năm 2005 2014 trên địa bàn huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương ............................................. 47 Bảng 2.4 Tổng hợp tình hình đầu tư sản xuất lúa năm 2014 .................................... 48 trên địa bàn huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương ...................................................... 48 Bảng 2.5 Biến động đất trồng lúa thời kỳ 2000 – 2014 trên địa bàn huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương ............................................................................................. 49 Bảng 2.6: Tổng hợp số tờ bản đồ địa chính khu vực đất trồng lúa ........................... 54 trên địa bàn huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương ...................................................... 54 Bảng 2.7: Diện tích đất trồng lúa đến năm 2020, định hướng .................................. 59 đến năm 2030 huyện Kim Thành theo quy hoạch ANLT tỉnh Hải Dương .............. 59 Bảng 2.8. Diện tích đất trồng lúa đến năm 2020 trong quy hoạch ........................... 61 sử dụng đất huyện Kim Thành dự kiến phân bổ cho các xã, thị trấn ........................ 61 Bảng 2.9 Diện tích đất trồng lúa đến năm 2020 theo đề xuất ................................... 63 của các xã, thị trấn huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương ........................................... 63 Bảng 2.10. Diện tích đất trồng lúa đến năm 2020 theo các quy hoạch ..................... 65 trên địa bàn các xã, thị trấn huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương .............................. 65 Bảng 3.1: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Khoanh đất hiện trạng .............................. 84 Bảng 3.2: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Địa danh ................................................... 85 Bảng 3.3: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Điểm kinh tế văn hóa xã hội .................... 86 Bảng 3.4: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Địa phận cấp xã ........................................ 86 Bảng 3.5: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Đường biên giới, địa giới ......................... 87 Bảng 3.6: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Giao thông dạng vùng .............................. 88 Bảng 3.7: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Thủy hệ dạng vùng ................................... 88 Bảng 3.8: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Ranh giới đất trồng lúa ............................. 89 Bảng 3.9: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Khoanh đất hiện trạng .............................. 94 Bảng 3.10: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Địa danh ................................................. 94 Bảng 3.11: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Điểm kinh tế văn hóa xã hội .................. 95 Bảng 3.12: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Địa phận cấp xã ...................................... 95 Bảng 3.13: Cấu trúc dữ liệu thông tin lớp Đường biên giới, địa giới ....................... 95 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Các thành phần của hệ thông tin địa lý ....................................................... 6 Hình 1.2: Sơ đồ phân lớp thông tin trong cơ sở dữ liệu đất đai ............................... 12 Hình 1.3: Vị trí CSDL đất trồng lúa trong CSDL đất đai ......................................... 15 Hình 1.4 Mô hình tổng thể CSDL đất trồng lúa quốc gia ......................................... 16 Hình 1.5 Quy trình tổng quát xây dựng cơ sở dữ liệu đất trồng lúa ......................... 18 Hình 1.6: Bản đồ hành chính huyện Kim Thành – tỉnh Hải Dương ......................... 24 Hình 2.1: Xu thế biế n đô ̣ng đất trồng lúa thời kỳ 2000 – 2014 ................................ 50 Hình 3.1: Hê ̣ thố ng ArcGIS ....................................................................................... 69 Hình 3.2: Cấ u trúc ArcGIS Desktop ........................................................................ 69 Hình 3.3: Cấ u trúc GeoDatabase .............................................................................. 73 Hình 3.4: Mô hình, cấu trúc cơ sở dữ liệu đất trồng lúa ........................................... 77 Hình 3.5: Quy trình tổng quát xây dựng CSDL đất trồng lúa từ nền bản đồ địa chính .... 79 Hình 3.6: Quy trình công nghệ xây dựng CSDL đất trồng lúa từ nền bản đồ địa chính .......................................................................................................................... 80 Hình 3.7: Quá trình chuyển đổi dữ liệu dạng điểm sang *.shp ................................. 83 Hình 3.8: Quá trình tạo shapefile dạng vùng ............................................................ 83 Hình 3.9: Lớp Khoanh đất hiện trạng ....................................................................... 84 Hình 3.10: Lớp Địa danh........................................................................................... 85 Hình 3.11: Lớp Điểm kinh tế văn hóa xã hội ............................................................ 86 Hình 3.12: Lớp Địa phận cấp xã ............................................................................... 87 Hình 3.13: Lớp Đường biên giới, địa giới ................................................................ 87 Hình 3.14: Lớp Thủy hệ dạng vùng .......................................................................... 88 Hình 3.15: Lớp Thủy hệ dạng vùng .......................................................................... 89 Hình 3.16: Lớp Ranh giới đất trồng lúa .................................................................... 90 Hình 3.17: Cơ sở dữ liệu đất trồng lúa xã Cộng Hòa, huyện Kim Thành ................ 91 Hình 3.18: Dữ liệu thuộc tính đất trồng lúa xã Cộng Hòa, huyện Kim Thành ......... 91 Hình 3.19: Cơ sở dữ liệu đất trồng lúa xã Đồng Gia, huyện Kim Thành ................. 97 Hình 3.20: Dữ liệu thuộc tính đất trồng lúa xã Đồng Gia, huyện Kim Thành ......... 98 Hình 3.21: Quy trình tổng quát tích hợp cơ sở dữ liệu từ cấp dưới lên cấp trên ...... 98 Hình 3.22: Quy trình công nghệ chi tiết tích hợp cơ sở dữ liệu ................................ 99 Hình 3.23: Tích hợp cơ sở dữ liệu đất trồng lúa các xã của huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương ............................................................................................................... 102 Hình 3.24: Dữ liệu thuộc tính đất trồng lúa huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương ... 103 Hình 3.25: Tìm kiếm các khoanh đất trồng lúa theo địa giới hành chính ............... 107 Hình 3.26: Tìm kiếm các khoanh đất trồng lúa theo diện tích ................................ 108 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam là quốc gia có truyền thống trồng lúa nước, đất trồng lúa của nước ta được hình thành trải qua hàng nghìn năm với công sức của bao thế hệ người dân. Hầu hết đất trồng lúa là đất phù sa thuộc 02 vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng và sông Cửu Long, là loại đất tốt của thế giới. Theo số liệu thống kê đến ngày 01/01/2014, cả nước có gần 4,10 triệu ha đất trồng lúa (riêng đất chuyên trồng lúa còn khoảng 3,27 triệu ha). Trong hơn 13 năm qua, đã có khoảng 350 nghìn ha đất lúa (đất lúa nước khoảng 270 nghìn ha) được chuyển cho các mục đích khác, trong đó nhiều diện tích đất lúa thuộc khu vực đồng bằng là dạng “bờ xôi ruộng mật” đã chuyển sang để phát triển đô thị, khu công nghiệp, các cơ sở sản xuất kinh doanh,... Khi diện tích đất lúa đã chuyển sang đất phi nông nghiệp thì khả năng quay trở lại là rất khó, trong khi quỹ đất để khai hoang, mở rộng diện tích đất trồng lúa, bù đắp vào diện tích mất đi là rất hạn chế. Trước những biến động mạnh đó, ngày 30 tháng 10 năm 2013, Chính phủ đã đưa ra quyết định số 1975/QĐ-TTg phê duyệt dự án “Xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia về đất đai” trong phạm vi cả nước, trong đó có hạng mục “Xây dựng cơ sở dữ liệu đất trồng lúa” . Trong thời đại bùng nổ thông tin như hiện nay, người thành công là người biết nắm bắt và xử lý thông tin nhanh nhất, sớm nhất và chính xác nhất. Việc ra đời và phát triển nhanh chóng của khoa học bản đồ mà đỉnh cao là hệ thống thông tin địa lý (GIS) (Geographic Information Systems). Hiện nay, hệ thống thông tin địa lý đã được ứng dụng vào các lĩnh vực của cuộc sống, bao gồm cả lĩnh vực quản lý thông tin đất. GIS đã giúp cho việc cập nhật, phân tích, tổng hợp, quản lý, truy xuất thông tin về thửa đất và giúp cho việc quản lý các lớp dữ liệu bản đồ thuận lợi cho việc tra cứu, sử dụng các thông tin trên thửa đất một cách nhanh chóng và hiệu quả. Khoa học thông tin địa lý là sự kết hợp của các ngành bản đồ, địa lý và công nghệ thông tin. 2 Kim Thành là huyện đồng bằng của tỉnh Hải Dương, cách thành phố Hải Dương khoảng 23 km về phía Đông. Toàn huyện có 20 xã và 01 thị trấn, diện tích 115,75 km2, dân số đến năm 2014 có gần 125 nghìn người, trong đó dân số nông thôn khoảng 118 nghìn người. Huyện nằm trọn trong tam giác phát triển kinh tế Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh, thuộc vùng Kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, trên địa bàn huyện có Quốc lộ 5, đường sắt Hà Nội - Hải Phòng chạy qua, gần các trung tâm phát triển kinh tế lớn của cả nước nên huyện có nhiều cơ hội và điều kiện để giao lưu, phát triển kinh tế - xã hội. Trong thời gian qua, trên địa bàn huyện đã hình thành nhiều khu, cụm công nghiệp tập trung quy mô lớn và các cơ sở sản xuất kinh doanh, dịch vụ, cơ sở hạ tầng đã làm giảm một phần diện tích đất trồng lúa có chất lượng tốt. Đến năm 2014, theo số liệu thống kê, diện tích đất trồng lúa của huyện có 4.957 ha. Dự báo đến năm 2020, nếu không có những giải pháp hữu hiệu, diện tích đất trồng lúa của huyện có thể còn tiếp tục giảm khoảng 1.000 ha để chuyển sang các mục đích phi nông nghiệp và nội bộ trong nông nghiệp. Do nằm trong vùng động lực phát triển của vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, chịu sự ảnh hưởng của tiến trình công nghiệp hóa, đô thị hóa; trong bối cảnh nền kinh tế tiếp tục có sự chuyển đổi mạnh mẽ thì nhu cầu chuyển đất nông nghiệp nói chung, đất trồng lúa nói riêng sang các mục đích phi nông nghiệp là xu thế khó tránh khỏi trong tương lai gần. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là phải có giải pháp hài hòa giữa phát triển kinh tế với bảo vệ quỹ đất trồng lúa để vẫn đảm bảo được quỹ đất cho phát triển kinh tế - xã hội nhưng cũng duy trì, bảo vệ được quỹ đất trồng lúa có chất lượng tốt phục vụ mục tiêu an ninh lương thực quốc gia. Từ những thực tế trên, đề tài “Ứng dụng GIS trong quản lý đất trồng lúa huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dƣơng” đã được lựa chọn để thực hiện. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu đất trồng lúa trên phần mềm ArcGIS phục vụ cho công tác quản lý đất trồng lúa Huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài Để đạt được mục tiêu trên, đề tài đã giải quyết các nhiệm vụ sau: 3 - Thu thập, phân tích, đánh giá tài liệu, dữ liệu phục vụ xây dựng CSDL hiện trạng đất trồng lúa; - Tổng quan ứng dụng GIS trong quản lý đất trồng lúa huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương. - Đánh giá thực trạng quản lý, sử dụng đất lúa huyện Kim Thành và chỉ tiêu quy hoạch đất trồng lúa, biến động sử dụng đất lúa huyện Kim Thành giai đoạn 2005 – 2014. - Xây dựng và khai thác CSDL phục vụ quản lý đất trồng lúa khu vực nghiên cứu. 4. Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu - Phạm vi không gian: Toàn bộ quỹ đất trồng lúa nằm trong phạm vi địa giới hành chính của huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương. Phạm vi khoa học: Xây dựng cơ sở dữ liệu đất trồng lúa từ một số dữ liệu khác nhau phục vụ giám sát và quản lý đất trồng lúa của huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương. Đánh giá thực trạng quản lý, sử dụng đất trồng lúa khu vực nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu: Đất trồng lúa 5. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn được cấu trúc làm 3 chương: Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Chương 2: Đánh giá thực trạng quản lý, sử dụng đất lúa huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương. Chương 3: Ứng dụng GIS xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý đất trồng lúa huyện Kim Thành, tỉnh Hải Dương 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về hê ̣ thố ng thông tin điạ lý (GIS) 1.1.1. Sự hình thành và phát triển của GIS Những năm 1960, với sự có mặt và phát triển của máy tính thì việc phân tích không gian làm bản đồ chuyên đề đã mở ra khả năng rất lớn đối với các nhà khoa học về trái đất. Các nhà khoa học Canada đã cho ra đời hệ thống thông tin địa lý. Tuy nhiên sự phát triển của hệ thống thông tin địa lý phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống phần cứng của máy tính mà các máy tính những năm đó chưa đủ mạnh. Ban đầu hệ thống thông tin địa lý chủ yếu dùng để phục vụ cho công tác quản lý thông tin đất đai, sau đó là áp dụng trong lĩnh vực quản lý đô thị. Những năm cuối của thế kỷ XX đánh dấu sự phát triển và lớn mạnh không ngừng của hệ thống thông tin địa lý với sự phát triển và thay đổi mạnh mẽ trong lĩnh vực phần cứng. Việc tăng kích thước bộ nhớ và tốc độ tính toán đã mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi hệ thống thông tin địa lý vào lĩnh vực của nền kinh tế - xã hội. Chính vì vậy hệ thống thông tin địa lý đã từng bước được thương mại hoá, xuất hiện nhiều công ty phát triển phần mềm và hệ thống khác nhau. Sự phát triển này đã làm nảy sinh nhiều vấn đề như không tương thích về khuôn dạng dữ liệu, các phần mềm không liên kết dữ liệu được với nhau…. Từ đó đã dẫn đến yêu cầu phải nghiên cứu khả năng liên kết các phần mềm và các hệ thống khác nhau cũng như giữa các khuôn dạng dữ liệu khác nhau…. Với sự phát triển của hệ thống máy tính, hệ thống thông tin địa lý đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như giao thông, cấp thoát nước, quản lý và sử dụng thông tin đất đai, khảo sát thị trường… và ngày càng phục vụ đắc lực cho các ngành, các lĩnh vực khác nhau trong nền kinh tế quốc dân. Cùng với đó, sự phát triển của ngành khoa học vũ trụ đã đạt được rất nhiều thành tựu quan trọng, việc ứng dụng kỹ thuật viễn thám vào công tác thành lập bản đồ sẽ đem lại hiệu quả rất lớn cho công tác quản lý thông tin đất đai cũng như việc theo dõi các biến đổi của bề mặt địa hình và khí hậu, thời tiết… 5 Tuy nhiên, các sản phẩm của ngành hàng không vũ trụ không phải là các bản đồ mà là các hình ảnh hay các số liệu trên băng từ. Để những thông tin này có giá trị thì cần phải có các số liệu liên kết chúng với các yếu tố trên mặt đất. Để giải quyết vấn đề này đã xuất hiện nhiều phần mềm khác nhau giúp cho việc ứng dụng kỹ thuật viễn thám càng trở nên hiệu quả hơn. Từ đó hệ thống thông tin địa lý ngày càng thâm nhập vào mọi mặt của nền kinh kế – xã hội và phục vụ đắc lực cho cuộc sống của con người. 1.1.2. Khái niệm hệ thông tin địa lý (GIS) Có rất nhiều quan niệm về GIS nhưng xét một cách tổng thể thì đều tập trung theo hai hướng: - GIS như một cơ sở dữ liệu bản đồ được điều khiển bằng các kỹ thuật đồ họa máy tính với các chức năng nhập, tổ chức, hiển thị, truy vấn các thông tin bản đồ được lưu trong cơ sở dữ liệu. - GIS như một hệ thống thông tin gồm các chức năng nhập, phân tích hiển thị và có khả năng mô hình hóa các lớp thông tin được tổ chức trong một cơ sở dữ liệu để thành lập các bản đồ chuyên đề (Đặng Hùng Võ, Đinh Hồng Phong, 2000) Nhưng cho dù với quan niệm nào thì GIS cũng phải đáp ứng tiêu chí của một hệ thống gồm 4 phần: + Máy tính và các thiết bị ngoại vi có khả năng thực hiện các chức năng vào ra và xử lý thông tin của phần mềm; + Một phần mềm có khả năng nhập, lưu trữ, điều chỉnh, cập nhật và tổ chức các thông tin không gian và thông tin thuộc tính, phân tích, biến đổi thông tin trong cơ sở dữ liệu, hiển thị và trình bày thông tin dưới nhiều dạng khác nhau, với các cách khác nhau; + Có một cơ sở dữ liệu chứa các thông tin không gian và các thông tin thuộc tính, được tổ chức theo ý đồ chuyên ngành nhất định; + Người sử dụng với các kiến thức chuyên gia chuyên ngành. 1.1.3. Các thành phần cơ bản của hệ thông tin địa lý GIS là một hệ thống chặt chẽ được kết hợp bởi nhiều thành phần khác nhau, mỗi thành phần đều có một chức năng riêng biệt và không thể thiếu trong hệ thống. 6 Các thành phần này có quan hệ mật thiết, gắn bó, hỗ trợ với nhau thành một thể thống nhất đảm bảo cho hệ hoạt động một cách nhịp nhàng, đạt hiệu quả cao về mặt khoa học công nghệ và kinh tế. Một hệ thống GIS hoàn chỉnh sẽ mang lại những chức năng cần thiết và quan trọng cho người sử dụng. Khi đó, việc khai thác và sử dụng những chức năng này sẽ đem lại hiệu quả công việc cao cho người dùng. Thông thường GIS gồm có 5 thành phần chính: Phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và quy trình thực hiện. Hình 1.1: Các thành phần của hệ thông tin địa lý Dữ liệu: Phần dữ liệu GIS bao gồm dữ liệu không gian và phi không gian. Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ thống GIS là dữ liệu. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu. + Dữ liệu không gian chứa các thông tin vị trí của đối tượng nằm trong hệ quy chiếu được chọn và cụ thể, nó phản ánh vị trí đối tượng đang tồn tại trên bề mặt hoặc trong lòng của quả đất. 7 + Dữ liệu thuộc tính là cơ sở dữ liệu phản ánh tính chất của các đối tượng khác nhau và không nhất thiết phải mang tính địa lý như các thông tin về chủ sử dụng đất, chất đất, loại đất… 1.1.4. Chức năng của hệ thông tin địa lý Các chức năng cơ bản của phần mềm hệ thống thông tin địa lý là nhập liệu, quản lý, lưu trữ, tiềm kiếm, thể hiện, trao đổi và xử lý các dữ liệu không gian cũng như dữ liệu thuộc tính. - Nhập và kiểm tra dữ liệu Nhập dữ liệu tức là biến đổi các dữ liệu thu thập được dưới hình thức bản đồ, các trị đo ngoại nghiệp, ảnh hàng không, vệ tinh…và các văn bản, các bảng biểu thống kê…thành một dữ liệu dạng số. - Lưu trữ và quản lý dữ liệu Việc lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu là tổ chức các dữ liệu về vị trí, các liên kết topo, các tính chất của các yếu tố địa lý (điểm, đường, vùng…), chúng được tổ chức và quản lý theo cấu trúc, khuôn dạng riêng tuỳ thuộc vào chức năng phần mềm nào đó của hệ thống thông tin địa lý. - Xuất dữ liệu và trình bày dữ liệu Xuất dữ liệu và trình bày dữ liệu là những phương thức thể hiện kết quả cho người sử dụng. Các dữ liệu có thể biểu thị dưới dạng bản đồ, bảng biểu, hình vẽ. Việc trình bày và xuất dữ liệu được thông qua các thiết bị đầu ra như thiết bị hiện hình, máy in, máy vẽ hay các thông tin được ghi trên các phương tiện từ dưới dạng số hoá. - Biến đổi dữ liệu: + Thực hiện việc phân tích dữ liệu không gian và phi không gian phục vụ cho việc trả lời các câu hỏi cần đưa ra đối với hệ thống thông tin địa lý; + Các phép biến đổi có thể là thay đổi tỷ lệ, kích thước nhằm đưa chúng vào hệ quy chiếu mới; + Phương pháp biến đổi có thể là việc phân tích các mô hình không gian hay mô hình hoá địa lý. 8 - Giao diện với người sử dụng Hệ thống GIS cho phép người sử dụng có thể hỏi một số lượng lớn các câu hỏi như: + Toạ độ X,Y, Z của một vị trí ? + Diện tích, chu vi, số lượng các vật thể trong khu vực ? + Tìm con đường ngắn nhất, có chi phí nhỏ nhất từ vị trí này đến vị trí khác? + Mô tả đối tượng, vị trí…. Để thực hiện việc trả lời các câu hỏi này, đối với các phương pháp truyền thống sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Nếu muốn thêm bớt thông tin cho một tờ bản đồ thì lại phải làm lại từ đầu các quy trình công nghệ bản đồ. Chính vì vậy hệ thống thông tin địa lý là một công cụ hữu ích để giải quyết vấn đề này một cách dễ dàng, nhanh chóng. 1.1.5. Khả năng xử lý dữ liệu trong GIS - Đa số dữ liệu trong GIS lưu giữ dưới dạng số (vector hoặc raster). Dạng vector là những cặp tọa độ của các điểm (X, Y) hoặc (X, Y, Z) với các quy luật liên kết các điểm đó để biểu diễn chúng thành các đối tượng trong một hệ toạ độ xác định. Có 2 loại hệ toạ độ cơ bản: Hệ toạ độ vuông góc Đề các (X, Y, Z) và Hệ toạ độ trắc địa cầu (B, L, H). Thông thường mỗi quốc gia người ta thường chọn thống nhất một hệ thống toạ độ gắn với trái đất thực phù hợp với lãnh thổ và thường gọi là Hệ toạ độ quốc gia. - Số liệu Raster (dạng ảnh) được tạo bởi các ô lưới dưới dạng các chấm điểm có lực phân giải nhất định cho trước nào đó. Thông thường số liệu lưu trữ dưới dạng raster này đòi hỏi dung lượng bộ nhớ lớn. Tuỳ theo kích thước của bản đồ và nội dung cần thể hiện mà lựa chọn lực phân giải cho phù hợp để sử dụng và lưu trữ. - Thông thường, cơ sở dữ liệu bản đồ được quản lý dưới dạng các lớp đối tượng. Mỗi một lớp chứa các hình ảnh liên quan đến một chức năng, phục vụ cho một ứng dụng cụ thể. Việc phân chia thành các lớp có ý nghĩa quan trọng trong khai thác sử dụng sau này. Các công cụ phần mềm của GIS rất phong phú và đa dạng cho phép chúng ta: