BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT
____________________________________
PHẠM THẾ HUYNH
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP
VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH
TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2015
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân tôi. Toàn
bộ quá trình nghiên cứu, các số liệu tính toán, báo cáo và kết quả nghiên cứu
trình bày trong luận án là chính xác và chưa từng được công bố trong công
trình của tác giả nào khác!
Tác giả luận án
Phạm Thế Huynh
ii MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 6
1.1. Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới 6
1.1.1. Công nghệ thành lập bản đồ số địa chính trên thế giới 9
1.1.2. Ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới 10
1.2. Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam 14
1.2.1. Công nghệ thành lập bản đồ địa chính ở Việt Nam 15
3.2. Thuật toán tạo mô hình Topo sử dụng cấu trúc DCEL 55
3.2.1. Nhập điểm, sắp xếp và lọc điểm trùng. 55
3.2.2. Xác định các đoạn hở, các đoạn giao nhau 56
3.2.3. Nhập cạnh, sắp xếp, lọc cạnh trùng 58
3.2.4. Xác định thông tin lưu trữ DCEL 59
3.2.5. Khoanh vùng 60
3.3. Biên tập thửa đất sử dụng cấu trúc DCEL 62
3.3.1. Tách thửa đất 62
3.3.2. Gộp thửa 65
3.3.3. Thêm bớt đỉnh 66
3.3.4. Tạo đường song song với cạnh chọn 67
3.4. Chồng phủ các vùng sử dụng cấu trúc DCEL 67
3.4.1. Chia cạnh 68
3.4.2. Lát kín một vùng 69
3.4.3. Thuật toán chồng phủ 72
3.4.4. Đánh giá thuật toán chồng phủ 74
3.5. Sử dụng cấu trúc DCEL tạo các ứng dụng bản đồ số địa chính 74
3.5.1. Lập hồ sơ địa chính 75
3.5.2. Lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất 75
3.5.3. Lập bản đồ giải phóng mặt bằng 77
3.5.4. Xây dựng hệ thống địa chính đa mục đích 77
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 79
4.1. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 79
4.2. Khái quát về ngôn ngữ lập trình Visual Basic 79
4.3. Xây dựng chương trình thử nghiệm 84
4.3.1. Giao diện chương trình 84
4.3.2. Các trình đơn 84
4.3.3. Giải pháp tạo thư viện liên kết động phục vụ xây dựng chương trình 85
iv
đ
ị
a chính
CSDL
Cơ s
ở
d
ữ
li
ệ
u
DCEL
Doubly Connected Edge List
GCNQSD
Đ
Gi
ấ
y ch
ứ
ng nh
ậ
n quy
t đai
NMCA
National Mapping and
Cadastral AgenciesQP
Quy ph
ạ
m
SDI
Spatial Data Infrastructure
Topology
Mô hình Topo
TT
Thông tư
UBND
Ủ
y ban nhân dân
Hình 1.1. Đánh số thửa theo từng khu vực ở Argentina 11
Hình 1.2. Đánh số thửa trên toàn khu vực ở Malaysia 12
Hình 2.1. Mô tả kiểu lưu trữ Topology 24
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp 32
Hình 2.3. Minh họa mô hình dữ liệu Spaghetti [32] 38
Hình 2.4. Mô hình cấu trúc Winged-edge Topology 40
Hình 2.5. Hai thửa đất kề nhau 40
Hình 2.6. Mô hình cấu trúc danh sách cạnh liên kết kép 41
Hình 2.7. Mô hình cấu trúc dữ liệu Link-Node 43
Hình 3.1 . Sắp xếp đánh số hiệu điểm 56
Hình 3.2. Các trường hợp cần phát hiện và loại bỏ khi khoanh vùng [13] 57
Hình 3.3. Xác định thuộc tính DCEL 60
Hình 3.4. Các cạnh thửa đất trước khi chia [14] 63
Hình 3.5. Hai đầu mút đường chia nằm trên cạnh [14] 64
Hình 3.6. Hai đầu mút đường chia là đỉnh thửa [14] 64
Hình 3.7. Một đầu mút là đỉnh thửa, một đầu mút nằm trên cạnh [14] 65
Hình 3.8. Gộp thửa [14] 66
Hình 3.9a. Bớt đỉnh thửa v
2
[14] 66
Hình 3.9b. Thêm đỉnh thửa v
4
[14] 66
Hình 3.10. Tạo đường song song [14] 67
Hình 3.11. Giao nhau của hai cạnh [14] 68
Hình 3.12. Nguyên tắc chia cạnh [14] 69
Hình 3.13. Xác định vùng giao khi gặp điểm chia [14] 70
Hình 3.14. Lát kín một vùng khi có giao điểm trên đường biên [14] 71
Hình 3.15. Lát kín một vùng khi không có giao điểm trên đường biên [14] 71
Hình 3.16. Sơ đồ thuật toán chồng phủ [14] 72
thống phần mềm xử lý, biên tập một cách hoàn chỉnh, thống nhất; hệ thống
văn bản kỹ thuật cho công tác thành lập bản đồ địa chính thay đổi thường
xuyên nên việc thành lập bản đồ số địa chính còn gặp nhiều khó khăn. Để
thành lập được một bản đồ địa chính số phải thực hiện qua nhiều công đoạn
bằng nhiều phần mềm khác nhau, mỗi đơn vị sản xuất thực hiện theo một quy
trình riêng. Các sản phẩm bản đồ chủ yếu sử dụng phần mềm đồ họa nước
ngoài và các mô đun phần mềm Việt Nam chạy trên các nền đồ họa đó. Trong
giai đoạn hiện nay, khi luật bản quyền được thắt chặt thì việc sử dụng các
phần mềm nước ngoài sẽ đẩy giá thành sản phẩm cao làm cho không phải đơn
vị sản xuất nào cũng có thể thực hiện được. Bên cạnh đó, với dữ liệu không
được chuẩn hóa đồng đều thì khai thác ứng dụng bản đồ số địa chính còn hạn
chế. Chính vì vậy, việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thành lập và ứng
dụng bản đồ số địa chính trong điều kiện Việt Nam là một yêu cầu cấp thiết,
có ý nghĩa lý luận và thực tiễn cao.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
- Lý thuyết: Đưa ra cơ sở khoa học của các giải pháp hoàn thiện quy
trình công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính.
- Thực nghiệm: Xây dựng chương trình thực nghiệm nhằm khẳng định
tính đúng đắn của những giải pháp đề xuất trong luận án trong công tác thành
lập và ứng dụng bản đồ số địa chính.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ thống văn bản kỹ thuật về công tác thành lập bản đồ địa chính;
- Công nghệ thành lập bản đồ địa chính qua các thời kỳ;
- Sản phẩm ứng dụng của bản đồ địa chính số.
4. Phạm vi nghiên cứu
2
Phạm vi nghiên cứu của luận án được giới hạn ở Việt Nam về công
nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ địa chính số theo phương pháp đo đạc trực
tiếp ngoài thực địa.
8. Các luận điểm bảo vệ
- Giải pháp hoàn thiện quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính
đề xuất trong luận án phù hợp với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật ở Việt Nam
hiện nay;
- Sử dụng cấu trúc dữ liệu DCEL là cơ sở để quản lý và khai thác dữ
liệu bản đồ số địa chính.
9. Các điểm mới của luận án
(1) Cách tiếp cận mới trong việc sử dụng thông tin trực quan khi đo
đạc thành lập bản đồ địa chính nhằm chuyên môn hóa công tác nội ngoại
nghiệp.
(2) Đề xuất sử dụng cấu trúc dữ liệu DCEL và xây dựng thuật toán sử
dụng trong biên tập cũng như tạo ứng dụng bản đồ số địa chính trong điều
kiện Việt Nam;
(3) Xác định giải pháp tối ưu hóa tốc độ tính toán cho các thuật toán
trong xây dựng chương trình.
10. Kết cấu của luận án
Luận án được chia thành các phần:
(1). Mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa, đối tượng,
phạm vi nghiên cứu của luận án;
(2). Chương 1. Tổng quan: Giới thiệu tình hình nghiên cứu trong và
ngoài nước về những vấn đề liên quan đến nội dung luận án, các vấn đề còn
tồn tại, cần nghiên cứu;
(3). Nội dung nghiên cứu được trình bày trong các chương 2, 3, 4;
(4). Kết luận, kiến nghị: trình bày những kết luận mới của luận án và
các kiến nghị nhằm hiện thực hóa những giải pháp đề xuất.
4
(5). Danh mục công trình tác giả
(6). Tài liệu tham khảo
(7). Phụ lục
bạn bè đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong thời gian qua. Xin
cảm ơn tất cả. 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới
Lịch sử ra đời và phát triển của bản đồ số và hệ thống thông tin địa lý
gắn liền với sự phát triển của máy tính điện tử. Từ năm 1950 Trung tâm địa
hình Mỹ đã bắt đầu nghiên cứu vấn đề thành lập bản đồ có sự trợ giúp của
máy tính và từ đó công nghệ bản đồ số và hệ thống thông tin địa lý không
ngừng phát triển.
Có thể tóm tắt việc nghiên cứu và phát triển của bản đồ số qua các giai
đoạn như sau:
Giai đoạn 1: Từ 1950 đến 1970. Nội dung chính của thời kỳ này là
“Lập bản đồ số có sự trợ giúp của máy tính”. Các nhà công nghệ nghiên cứu
chế tạo thiết bị gắn với máy tính điện tử để tạo thông tin như các thiết bị số
hoá (Digitizer) hoặc máy quét (Scanner) và các thiết bị đầu ra như máy in,
máy vẽ tự động có độ chính xác cao sử dụng kỹ thuật số.
Song song với việc nghiên cứu chế tạo thiết bị, người ta đẩy mạnh
nghiên cứu các giải pháp toán học để mô hình hoá và thể hiện các đối tượng
không gian địa lý sau khi rời rạc hoá thông tin. Năm 1963 ở Mỹ có phần mềm
vẽ bản đồ đầu tiên (Symap).
Giai đoạn 2: Đó là thập kỷ 70 và những năm đầu của thập kỷ 80 của
thế kỷ trước. Người ta tập trung nghiên cứu xây dựng các hệ thống bản đồ tự
động hoá hoàn chỉnh. Các vấn đề kỹ thuật trong quy trình công nghệ thành lập
bản đồ số được nghiên cứu và giải quyết hoàn chỉnh từ việc chuẩn hoá nội
dung, ký hiệu bản đồ, tổ chức dữ liệu đến chế tạo các thiết bị gắn với các máy
đo đạc trên mặt đất, các máy đo ảnh để tạo dữ liệu số và chế tạo các máy vẽ tự
có liên quan".
Đến nay hầu hết các nước phát triển đã ứng dụng hệ thống thông tin đất
đai hiện đại để quản lý đất đai, đáp ứng nhanh mọi yêu cầu của đời sống xã
hội.
8
Giai đoạn 4: Đặt ra vấn đề nghiên cứu, hoàn thiện và đưa vào sử dụng
hệ thống bản đồ thông tin địa lý toàn cầu (Global Geoinformatic Mapping),
phát triển GIS thành hệ thống thông tin không gian toàn cầu ứng dụng cho các
quốc gia và quốc tế.
Sự phát triển và tính phổ biến của INTERNET và các dịch vụ WEB đã
đưa tới khả năng truy cập dữ liệu thông tin địa lý qua WEB, khái niệm WEB-
GIS đã trở thành hiện thực.
Ngoài hai yếu tố mang tính kỹ thuật là phần cứng máy tính và phần
mềm hệ thống thì cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin là cực kỳ quan trọng,
nó đảm bảo cho sự tồn tại và hoạt động có hiệu quả của hệ thống.
Đối với bản đồ địa chính, đây là một thành phần quan trọng của quản lý
đất đai ở hầu hết các quốc gia. Mỗi quốc gia có một hệ thống quản lý bản đồ
riêng, không có hai hệ thống bản đồ địa chính là như nhau, mặc dù có một số
thành phần cơ bản trong chung cho hầu hết các hệ thống. Do sự khác biệt về
lịch sử, văn hóa và xã hội, bản đồ địa chính đóng vai trò khác nhau ở mỗi
quốc gia, có nhiều nhận thức khác nhau về những gì tạo thành một bản đồ địa
chính [26].
Theo [34], Hệ thống địa chính của các nước trên thế giới có thể được
chia thành 3 nhóm: Nhóm các nước công nghiệp phát triển; nhóm các nước
đang phát triển và nhóm các nước kém phát triển.
Ở hầu hết các nước phát triển, hệ thống bản đồ địa chính đã được thành
lập hoàn chỉnh, giai đoạn hiện nay chủ yếu là đo đạc chỉnh lý biến động. Hệ
thống thông tin đất đai (LIS) và hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã có một
bước tiến lớn trong tin học hóa bản đồ, việc ứng dụng bản đồ số nói chung và
đại. Do đó, tùy thuộc vào trang thiết bị và yêu cầu độ chính xác cũng như mục
đích quản lý mà có những phương pháp khác nhau đối với mỗi quốc gia.
10
Với bản đồ tỉ lệ vừa và nhỏ khu vực giá trị kinh tế thấp, độ chính xác
không cao có thể sử dụng ảnh hàng không độ phân giải cao kết hợp đối soát
thực tế để khoanh vẽ ranh giới sử dụng đất. Đối với bản đồ tỉ lệ lớn, khu vực
giá trị kinh tế lớn, độ chính xác cao cần sử dụng các thiết bị xác định tọa độ
với độ chính xác cao tới từng góc thửa đất. Để thực hiện điều này, trước hết
xây dựng một hệ thống lưới đường chuyền sau đó sử dụng phương pháp đo
tọa độ tuyệt đối hoặc tọa độ tương đối.
Bên cạnh việc xác định chính xác tọa độ các đối tượng trên bản đồ địa
chính cần phải nối các điểm đo sao cho đúng với ranh giới ngoài thực địa.
Việc nối các điểm này phương pháp thường sử dụng trên thế giới là vẽ sơ họa,
ngoài ra có thể sử dụng các loại ảnh như ảnh hàng không độ phân giải cao
hoặc sử dụng ảnh chụp từ máy bay không người lái. Các ảnh này được đưa về
cùng hệ thống tọa độ với các điểm chi tiết, từ đó có thể nối sơ họa sau đó tiến
hành đối soát sửa chữa.
1.1.2. Ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới
Ứng dụng quan trọng nhất của bản đồ địa chính là quản lý đất đai.
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, bản đồ số địa
chính ở nhiều nước trên thế giới đã thêm nhiều ứng dụng khác nhau, nhiều
nước đã xây dựng hệ thống địa chính đa mục đích với các hệ thống phần mềm
ứng dụng đặc thù riêng. Chính vì lẽ đó, việc quản lý thửa đất phải thỏa mãn
hệ thống tham chiếu thửa đất, cụ thể:
Dễ hiểu, không gây nhầm lẫn, sai sót;
Dễ nhớ, để cho người sử dụng có thể dễ dàng tra cứu;
Dễ sử dụng đối với cả người quản lý và cộng đồng;
Dễ xử lý trong máy tính;
Đảm bảo tính bền vững;
đất dễ dàng, từ đó có thể gắn thêm nhiều thông tin khác dưới dạng các cơ sở
dữ liệu liên kết tạo nên hệ thống địa chính đa mục đích.
Sau khi có phương pháp quản lý thửa đất thì hệ thống phần mềm đóng
vai trò quan trọng. Ngày nay, các hệ thống công nghệ phần mềm chính được
áp dụng là phần mềm của các hãng Autodesk, Bentley, ESRI. Ngoài ra, một
số quốc gia sử dụng các hệ thống phần mềm độc lập riêng có thể trao đổi dữ
liệu với các hệ thống phần mềm trên.
13
Trong các hệ thống phần mềm đó, hệ thống của ESRI được sử dụng
nhiều ở các nước châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới. Theo tài liệu trên
trang Web với địa chỉ:
european-cadastres-and-national-mapping-agencies.html cho thấy điều đó.
Bảng 1.1. Danh sách các nước sử dụng công nghệ ESRI
Các nước này, hầu hết đã thành lập xong bản đồ số địa chính phủ trùm
trên phạm vi quốc gia, chính vì vậy vấn đề cập nhật và ứng dụng bản đồ số
địa chính là vấn đề được quan tâm nhiều nhất hiện nay.
Khi nhu cầu về bản đồ của các quốc gia châu Âu và các cơ quan địa
chính (NMCAs) tăng, vai trò của bản đồ tiếp tục mở rộng dẫn đến tầm quan
trọng cơ bản và giá trị của việc sử dụng GIS cũng phát triển. Công nghệ GIS
cho phép NMCAs không chỉ thực hiện công tác địa chính một cách hiệu quả
mà còn tích hợp nó với các chủ đề khác của thông tin trong cơ sở hạ tầng dữ
liệu không gian (SDI) quốc gia. Khi làm như vậy, NMCAs có thể đáp ứng
nhiều yêu cầu khác đối với đất đai và thông tin địa lý, đặc biệt là trong bối
cảnh phát triển bền vững và quản lý đất đai tốt hơn.
14
Công nghệ GIS của ESRI là nền tảng ưa thích đối với các cơ quan địa
Đầu những năm 70 của thế kỷ hai mươi, các kỹ sư Trắc địa Việt Nam
bắt đầu nghiên cứu ứng dụng máy tính điện tử vào xử lý số liệu. Những năm
80, thông qua một số dự án với nước ngoài, có một số cơ quan được đầu tư
máy tính kèm một số phần mềm CADMAP, MAPINFO, mở ra khả năng
làm bản đồ chuyên đề bằng công nghệ số và thành lập cơ sở dữ liệu bản đồ.
Tuy nhiên, công nghệ số và tự động hoá trong Trắc địa - Bản đồ của Việt
Nam chỉ phát triển mạnh mẽ từ sau năm 1990.
Trong thời kỳ này công nghệ đo đạc như GPS, toàn đạc điện tử (Total
station) và công nghệ đo ảnh số được đưa vào và triển khai ở 2 cơ quan lớn là
Cục đo đạc bản đồ Nhà nước sau là Tổng cục Địa chính, nay là Bộ Tài
nguyên - Môi trường và Cục Bản đồ quân đội Bộ Tổng tham mưu, sau đó
phát triển ở các cơ sở sản xuất kinh doanh khác.
Song song với công nghệ đo đạc, các phần mềm đồ hoạ phục vụ thành
lập và quản lý thông tin bản đồ như: AUTOCAD, SDR, ITR, ILWIS,
ARC/INFO, MAPINFO, INTERGRAPH, ARCGIS, được nhập vào Việt
Nam và được nghiên cứu, triển khai ứng dụng vào sản xuất.
Trước năm 1992, bản đồ địa chính được làm theo công nghệ truyền
thống, đo đến đâu vẽ đến đó trực tiếp ngoài thực địa. Công nghệ này tỏ ra có
quá nhiều nhược điểm: tốn nhân công kỹ thuật, ảnh hưởng lớn của điều kiện
thời tiết, độ chính xác thấp, sản phẩm bản đồ trên giấy khó lưu trữ, nhân bản
Ưu điểm của công nghệ này là các thông tin tức thời tại thực địa được chuyển
vẽ và ghi chú ngay lên bản vẽ đồng thời kiểm chứng ngay được sự chính xác
về hình thửa, các mối quan hệ hình học của các đối tượng như thẳng hàng,
vuông góc Các thông tin này được gọi là thông tin trực quan.
Copyright: Tài liệu đại học ©