ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
ĐẶNG THỊ PHƢƠNG TRÂM
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG
SỬ DỤNG ĐẤT THỊ TRẤN MẠO KHÊ, HUYỆN ĐÔNG TRIỀU,
TỈNH QUẢNG NINH GIAI ĐOẠN 2005 - 2010 Chuyên ngành : Quản lý đất đai
Mã số : 60 85 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP
Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Đàm Xuân Vận
Triều, các phòng, ban, ngành có liên quan, đặc biệt sự quan tâm giúp đỡ của
cơ quan, các đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp này, tôi xin được bày tỏ lòng
biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Đàm Xuân Vận đã tận tình
hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn
tới Khoa Tài nguyên và Môi trường, Phòng Quản lý Đào tạo Sau đại học,
Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Ủy ban nhân dân huyện Đông Triều
cán bộ nhân dân các xã, thị trấn trên địa bàn huyện Đông Triều, phòng Tài
nguyên và Môi trường, các thầy, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và gia đình đã
động viên giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này.
Do hạn chế về mặt thời gian và điều kiện nghiên cứu, nên luận văn này
của tôi chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được
những ý kiến đóng góp chân thành của các nhà khoa học, các thầy, cô giáo và
các bạn đồng nghiệp để luận văn này được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Thái nguyên, tháng 10 năm 2012
Tác giả
Đặng Thị Phương Trâm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục đích của đề tài 2
3.1.1 Điều kiện tự nhiên 30
3.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 32
3.1.3 Tình hình sử dụng đất đai của thị trấn Mạo Khê 36
3.2 Đánh giá hiện trạng sử dụng đất thị trấn Mạo Khê năm 2005 36
3.3 Đánh giá hiện trạng sử dụng đất thị trấn Mạo Khê năm 2010 39
3.4. Ứng dụng GIS nghiên cứu biến động đất đai 41
3.5. Thành lập bản đồ biến động sử dụng đất giai đoạn năm 2005 - 2010 43
3.5.1 Chuẩn bị và làm sạch dữ liệu gốc ban đầu 44
3.5.2 Chuyển các đối tượng vào Arcgis và gán mã loại đất cho đối tượng
46
3.5.3 Chồng xếp 2 lớp thông tin VungHT2005 và VungHT2010 trong
Geodatabase để tạo ra vùng biến động 49
3.5.4 Làm sạch dữ liệu biến động sau khi chồng xếp (lọc biến động) 51
3.5.5 Khái quát hóa và biên tập dữ liệu 51
3.6. Đánh giá biến động đất đai 52
3.7. Phân tích nguyên nhân biến động: 60
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng ma trận biến động giữa hai thời gian a và b 17
Bảng 3.1. Cơ cấu kinh tế khu vực 33
Bảng 3.2: Hiện trạng công trình xây dựng cơ bản của thị trấn Mạo Khê 35
Bảng 3.4. Diện tích và cơ cấu các loại đất thị trấn Mạo Khê năm 2005 37
Hình 3.12: Môi trường Microstation 52
Hình 3.13: Biểu đồ tăng, giảm theo mục đích sử dụng nhóm đất nông nghiệp
54
Hình 3.14. Biểu đồ tăng, giảm theo mục đích sử dụng nhóm đất phi nông
nghiệp 56
Hình 3.15: Biểu đồ tăng, giảm theo mục đích sử dụng nhóm đất chưa sử dụng 59
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai từ lâu vẫn luôn luôn đóng vai trò quan trọng đối với sự sinh tồn
và phát triển của con người. Nó là tư liệu sản xuất đặc biệt cho sự phát triển
kinh tế xã hội, an ninh và quốc phòng. Nhưng đất đai chỉ có thể phát huy tiềm
năng vốn có dưới sự tác động tích cực của con người một cách thường xuyên.
Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay ở nước ta, sự
chuyển dịch kinh tế từ Nông nghiệp – Công nghiệp – Dịch vụ sang Công
nghiệp – Dịch vụ - Nông nghiệp đã và đang gây sức ép lớn về đất đai. Sức ép
về dân số, tốc độ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã kéo theo nhu cầu sử dụng
đất ngày càng tăng trong khi quỹ đất lại có hạn. Đất đai đã thực sự trở thành
“Tấc đất tấc vàng”. Trong quá trình sử dụng đất, thường nẩy sinh nhu cầu sử
dụng đất vào các mục đích khác nhau của con người. Do đó luôn có sự biến
động đất đai về sử dụng đất. Để phục vụ cho công tác quản lý của Nhà nước
thì cần làm rõ biến động sử dụng đất. Có rất nhiều phương pháp dùng để
nghiên cứu biến động sử dụng đất nhưng với sự ứng dụng rộng rãi của công
nghệ thông tin, trong đó phải kể đến ứng dụng công nghệ GIS (hệ thống thông
tin địa lý) để nghiên cứu biến động sử dụng đất.
Với khả năng tích hợp và phân tích thông tin của hệ thống thông tin địa
2. Mục đích của đề tài
- Đánh giá biến động sử dụng đất Thị trấn Mạo Khê, huyện Đông Triều,
tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2005-2011 trên cơ sở ứng dụng công nghệ GIS.
- Phân tích đánh giá các nguyên nhân biến động đất đai
- Đề xuất các giải pháp quản lý sử dụng đất đai và lập quy hoạch, kế
hoạch sử dụng đất đai hợp lý hiệu quả.
3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu nhằm cung cấp cách nhìn khái quát về hiện trạng sử
dụng đất của thị trấn Mạo Khê, huyện Đông Triều những năm gần đây và
phân tích biến động sử dụng đất giai đoạn 2005 – 2010 nhằm đưa ra những
giải pháp để quản lý sử dụng đất góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng đất của
thị trấn Mạo Khê, huyện Đông Triều.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về GIS và các phần mềm thành lập bản đồ biến động đất đai
1.1.1 Khái quát chung về hệ thống thông tin địa lý (GIS)
1.1.1.1 Định nghĩa về GIS
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một tập các công cụ để thu thập, lưu
trữ, tìm kiếm, biến đổi và hiển thị các dữ liệu không gian từ thế giới thực
nhằm phục vụ thực hiện mục đích cụ thể. Đó là hệ thống thể hiện các đối
tượng từ thế giới thực thông qua:
Vị trí địa lý của đối tượng thông qua một hệ toạ độ.
Các thuộc tính của chúng mà không phụ thuộc vào vị trí.
Các quan hệ không gian giữa các đối tượng (quan hệ topo).
Có nhiều định nghĩa khác nhau về hệ thống thông tin địa lý. Căn cứ vào Hình 1.1. Một bản đồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau
Tuỳ theo các chức năng, nhiệm vụ của mỗi hệ thống thông tin địa lý mà
có nhiều định nghĩa khác nhau về GIS như: định nghĩa theo chức năng, định
nghĩa GIS là tập hợp của các thuật toán, định nghĩa theo mô hình cấu trúc dữ
liệu… Tuy nhiên các khái niệm về GIS đều dựa trên 3 yếu tố quan trọng là:
dữ liệu đầu vào, hệ thống vi tính số kỹ thuật cao và khả năng phân tích số liệu
không gian.
Định nghĩa tổng quát theo BURROUGHT thì: “GIS như là một tập hợp
các công cụ cho việc thu thập, lưu trữ, thể hiện và chuyển đổi các dữ liệu
mang tính chất không gian từ thế giới thực để giải quyết các bài toán ứng
dụng phục vụ các mục đích cụ thể” [9].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5
1.1.1.2 Các thành phần chính của GIS
Một hệ thống thông tin địa lý được kết hợp bới 5 thành phần chính là:
- Phần cứng;
- Phần mềm;
- Dữ liệu;
- Người sử dụng;
- Phương pháp.
Các thành phần chính của một hệ GIS
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6
hợp hoặc 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 trữ và quản lý dữ liệu.
- Người sử dụng:
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý
hệ thống và phát triển những ứng dụng của GIS trong thực tế. Người sử dụng
GIS có thể là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống
hoặc những người dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
- Phương pháp:
Mỗi dự án GIS chỉ thành công khi nó được quản lý tốt và người sử dụng
hệ thống phải có kỹ năng tốt, nghĩa là phải có sự phối hợp tốt giữa công tác
quản lý và công nghệ GIS.
1.1.1.3 Ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý trong quản lý tài nguyên thiên
nhiên và môi trường
Ngày nay, GIS là một công cụ trợ giúp quyết định sự thành công trong
nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới.
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) có khả năng đánh giá hiện trạng của quá trình,
các thực thể của tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua chức năng thu thập, quản
lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với nền hình học
(bản đồ) nhất quán trên cơ sở tọa độ của các dữ liệu đầu vào. Do đó, việc ứng
dụng hệ thống thông tin địa lý là rất cần thiết, phù hợp với xu thế tin học hóa
liệu phần kia.
Ngoài việc sử dụng IrasB để thể hiện các file ảnh bản đồ phục vụ cho
quá trình số hoá trên ảnh, công cụ Warp của IrasB được sử dụng để chuyển
đổi các file ảnh Raster (ảnh quét bản đồ) từ toạ độ hàng cột của các pixel về
toạ độ thực của bản đồ - hệ toạ độ địa lý hoặc hệ toạ độ phẳng.
Geovec là một phần mềm chạy trên nền Microtation và IrasB, nó cung
cấp các cộng cụ vector hóa bán tự động đối tượng trên nền ảnh bản đồ dạng
nhị phân (binary) với khuôn dạng của Intergraph. Mỗi đối tượng vector bằng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8
công cụ Geovec phải định nghĩa trước các thông số đồ hoạ về màu sắc, lớp
thông tin, khi đó đối tượng này được gọi là Feature. Mỗi Feature có một tên
gọi và mã riêng biệt.
Trong quá trình vector hóa các đối tượng bản đồ, Geovec được dùng
nhiều trong vector hoá các đối tượng dạng đường.
- MRFCLean
MRFCLean được viết bằng công cụ MDL (Microtation Development
Lengauge) và chạy trên nền của Microtation. MRFCLean dùng để:
- Kiểm tra lỗi tự động, nhận diện và đánh dấu vị trí các điểm cuối tự do
bằng một ký hiệu (chữ D, hoặc x, hoặc S).
- Xoá những đường những điểm trùng nhau.
- Cắt đường, cắt 1đường thành 2 đường thành 2 điểm giao với 1
đường khác.
- Tự động loại các đường thừa có độ dài nhỏ hơn Dangle_factor nhân vối
Tolerance.
- MRFFLag
MRFFlag được kết hợp với MRFCLean, dùng để tự động hiển thị nền
màn hình lần lượt các vị trí cớ lỗi mà MCLean đã đánh dấu trước đó mà
Trong quá trình sử dụng đất, thường nẩy sinh nhu cầu sử dụng đất
vào các mục đích khác nhau của con người. Do đó, luôn có sự biến động đất
đai về sử dụng đất. Tùy theo nhu cầu phát triển của từng khu vực cũng như
từng mục đích sử dụng mà có sự biến động ít hay nhiều của từng loại hình sử
dụng đất.
1.2.1 Mục đích
- Đánh giá sự thay đổi toàn bộ quỹ đất đã giao và chưa giao sử dụng
về mặt định lượng diện tích các loại hình sử dụng đất trong một giai đoạn
nhất định.
- Nắm được tình hình thực tế về xu hướng sử dụng đất vào từng mục
đích cụ thể của mỗi cấp lãnh thổ.
- Làm tài liệu phục vụ công tác định hướng quy hoạch sử dụng đất và
làm cơ sở để phục vụ cho công tác quản lý đất đai của Nhà nước.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10
1.2.2 Yêu cầu
- Đánh giá đúng sự thay đổi về mặt định lượng diện tích các loại hình sử
dụng đất, cho từng cấp lãnh thổ.
- Đáp ứng đồng bộ và hiệu quả các yêu cầu về sự thay đổi về mặt định
lượng diện tích sử dụng của từng loại đất trong một giai đoạn nhất định.
1.2.3 Nội dung
Công tác nghiên cứu biến động sử dụng đất theo mục đích sử dụng đất
như sau:
- Đất nông nghiệp:
+ Đất sản xuất nông nghiệp
+ Đất lâm nghiệp
+ Đất nuôi trồng thủy sản
+ Đất nông nghiệp khác
tài nguyên quý giá của quốc gia và ổn định trên tất cả các lĩnh vực kinh tế - xã
hội.
1.3. Một số đặc điểm về biến động sử dụng đất
Biến động là bản chất của mọi sự vật, hiện tượng. Mọi sự vật, hiện
tượng không bao giờ bất biến mà luôn luôn biến động không ngừng và động
lực của mọi sự biến động đó là quan hệ tương tác giữa các thành phần của tự
nhiên và xã hội. Như vậy để khai thác tài nguyên đất đai của một khu vực có
hiệu quả, bảo vệ nguồn tài nguyên quý giá này và không làm suy thoái môi
trường tự nhiên thì nhất thiết phải nghiên cứu biến động của đất đai. Sự biến
động đất đai do con người sử dụng vào các mục đích kinh tế - xã hội có thể
phù hợp hay không phù hợp với quy luật của tự nhiên, cần phải nghiên cứu
để tránh việc sử dụng đất đai có tác động xấu tới môi trường sinh thái.
Nghiên cứu biến động đất đai là xem xét quá trình thay đổi của diện tích
đất đai thông qua thông tin thu thập được theo thời gian để tìm ra quy luật
và những nguyên nhân thay đổi từ đó có biện pháp sử dụng đúng đắn với
nguồn tài nguyên này. Biến động sử dụng đất đai bao gồm các đặc trưng sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12
- Quy mô biến động:
+ Biến động về diện tích sử dụng đất nói chung.
+ Biến động về diện tích của từng loại hình sử dụng đất.
+ Biến động về đặc điểm của những loại đất chính.
+ Biến động về mục đích sử dụng đất.
- Mức độ biến động:
+ Mức độ biến động thể hiện qua số lượng diện tích tăng hoặc giảm của
các loại hình sử dụng đất giữa đầu thời kỳ và cuối thời kỳ nghiên cứu.
+ Mức độ biến động được xác định thông qua việc xác định diện tích
tăng, giảm và số phần trăm tăng, giảm của từng loại hình sử dụng đất đai
nhiên có thể chia thành hai nhóm chính đó là: phương pháp so sánh sau phân
loại (từ bản đồ về bản đồ); phương pháp quang phổ (từ ảnh về ảnh). Việc sử
dụng cách này hay cách khác phụ thuộc vào đối tượng biến động cần xác
định, dữ liệu thu thập được, độ chính xác yêu cầu …
1.4.1.1 Tạo ảnh biến động từ ảnh gốc theo từng band phổ
Phương pháp chung là so sánh các giá trị độ sáng của hình ảnh (DN) của
từng band giữa hai thời điểm chụp ảnh khác nhau, bằng cách tạo ảnh hiệu số
của hai band đó:
DN(1,2) = DN(1) – DN(2)
Trong đó:
DN(1): Giá trị DN của pixel trong ảnh chụp ở thời gian (1)
DN(2): Giá trị DN của pixel trong ảnh chụp ở thời gian (2)
DN(1,2): Giá trị DN của pixel ảnh biến động giữa hai thời gian (1) và
(2). DN sẽ có các giá trị (-), (+), hoặc bằng 0.
+ Giá trị 0 là không có biến động.
+ Giá trị (-), (+) là biến động theo hai hướng khác nhau. Ví dụ đối với
band Green (band 5 của MSS hay band 2 của TM) thì giá trị âm của DN(1,2)
sẽ là biến động theo hướng tăng độ xanh, khi đó giá trị DN giảm đi. Còn đối
với các band khác, như band 4 của MSS hay band 1 của TM thì giá trị âm thể
hiện nước biến đổi theo xu thế trong hơn, sạch hơn. Đối với đất, đá thì khi
DN(1,2) dương nghĩa là đất, đá khô hơn hoặc nhiều cát hơn còn ngược lại khi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14
DN(1,2) âm thể hiện trong thực tế nước nông hơn và bẩn hơn…
1.4.1.2 Phân loại dữ liệu đa thời gian
Tạo tổ hợp ảnh đa thời gian và phân loại chúng, khi đó những lớp biến
động sẽ có khác biệt phổ so với các lớp không biến động.
15
Từ hai ảnh viễn thám ban đầu với việc sử dụng các kỹ thuật khác nhau sẽ
tạo nên một hay nhiều kênh ảnh mới có sự thay đổi phổ. Sự khác biệt phổ
giữa các pixel có thể được tính cho từng pixel hoặc tính trên toàn cảnh cùng
với tính trên từng pixel. Phương pháp này chỉ rõ những khu vực biến động và
không biến động cũng như mức độ biến động.
1.4.1.4 Đánh giá biến động bằng tỷ số ảnh
Nơi có giá trị tỷ số ảnh gần bằng hoặc bằng 1 là nơi không biến động.
Nơi biến động sẽ có giá trị nhỏ hơn hoặc lớn hơn 1.
1.4.1.5 Tạo ảnh biến động từ ảnh chỉ số thực vật
Chỉ số thực vật được dùng rất rộng rãi để xác định mật độ phân bố
của thảm thực vật, đánh giá trạng thái sinh trưởng và phát triển của cây
trồng, làm cơ sở số liệu dự báo sâu bệnh, hạn hán, diện tích và năng suất,
sản lượng cây trồng…
Từ nhiều band phổ ảnh chỉ số thực vật của từng thời điểm sẽ được tạo
nên theo phương pháp NDVI. Công thức tính:
NDVI =
(NIR – Red)
(NIR + Red)
Trong đó:
NDVI: Chỉ số thực vật
NIR: Giá trị phản xạ phổ trong vùng cận hồng ngoại
Red: Giá trị phản xạ phổ trong vùng ánh sáng đỏ
Tạo ảnh hiệu số từ hai ảnh NDVI sẽ cho các giá trị biến động hoặc
không biến động về chỉ số thực vật. Đó là biến động về sinh khối của lá, biến
động về diện tích. Ví dụ:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16
L51
L2
L12
L22
L32
L42
L52
L3
L13
L23
L33
L43
L53
L4
L14
L24
L34
L44
L54
L5
L15
L25
L35
L45
L55
ảnh thời gian b
Trên ma trận, theo cột và theo hàng là tên các đơn vị đã được phân loại
theo hai thời điểm a và b. Theo đường chéo là các đơn vị không có sự biến
động (được tô màu đánh dấu), còn lại là những biến động chi tiết của từng
hành chính và quân sự”. Theo quan điểm này thì quá trình đô thị hóa cũng
bao gồm sự thay đổi toàn diện về các mặt: cơ cấu kinh tế, dân cư lối sống,
không gian đô thị, cơ cấu lao động,… .
Chiến lược phát triển đô thị quốc gia là một bộ phận khăng khít, hữu cơ
trong chiến lược ổn định và phát triển kinh tế - xã hội của đất nước ta. Theo
dự báo, trong vài thập kỷ tới khoảng từ năm 2020 trở đi, khi các vùng tăng
trưởng kinh tế (TP Hồ Chí Minh - Biên Hoà - Vũng Tàu, Hà Nội - Hải Phòng
Ảnh 1
Ảnh 2
Phân
loại
Phân
loại
Đánh giá
biến động
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Copyright: Tài liệu đại học ©