ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

ĐẶNG THỊ PHƯƠNG 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

Thái Nguyên, năm 2012


i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này do chính tôi thực hiện dưới sự hướng
dẫn khoa học của PGS.TS. Đàm Xuân Vận.
Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này của tôi hoàn toàn
trung thực và chưa hề công bố hoặc sử dụng để bảo vệ học vị nào.
Các thông tin, tài liệu trình bày trong luận văn này đã được chỉ rõ
nguồn gốc. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Thái nguyên, tháng 10 năm 2012
Tác giả


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1
2. Mục đích của đề tài .................................................................................... 2
3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ....................................................................... 2
CHƯƠNG: TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................3
1.1. Tổng quan về GIS và các phần mềm thành lập bản đồ biến động đất đai..... 3
1.2. Nội dung đánh giá biến động sử dụng đất .............................................. 9
1.2.1 Mục đích ............................................................................................ 9
1.2.2 Yêu cầu ............................................................................................ 10
1.2.3 Nội dung........................................................................................... 10
1.2.4 Ý nghĩa của việc đánh giá biến động sử dụng đất đai .................... 10
1.3. Một số đặc điểm về biến động sử dụng đất ......................................... 11
1.4. phương pháp đánh giá biến động......................................................... 12
1.5. Nhu cầu chuyển đổi mục đích sử dụng đất trong quá trình công nghiệp
hóa, hiện đại hóa (CNH - HĐH) ở nước ta .................................................. 19
1.6. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS trong đánh giá biến
động đất đai.................................................................................................. 20
1.6.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với
GIS trên thế giới........................................................................................ 20
1.6.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với
GIS ở Việt Nam ........................................................................................ 22
1.7. Phương pháp sử dụng số liệu thống kê, kiểm kê .................................. 26
1.8. Phương pháp hỗn hợp ........................................................................... 27
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............ 28
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................... 28
2.2. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 28
2.3 Nội dung nghiên cứu............................................................................. 29


Bảng 3.4. Diện tích và cơ cấu các loại đất thị trấn Mạo Khê năm 2005 .........37
Bảng 3.5. Diện tích và cơ cấu các loại đất thị trấn Mạo Khê năm 2010 .........39
Bảng 3.6: Thuộc tính MaLoaiDat cho các đối tượng ......................................48
Bảng 3.7. Biến động các loại hình sử dụng đất giai đoạn 2005 – 2010...........53


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Một bản đồ GIS sẽ là tổng hợp của rất nhiều lớp thông tin khác nhau.......... 4
Hình 1.2. Thành phần chính của một hệ GIS.................................................... 5
Hình 1.3. Phương pháp phân loại dữ liệu đa thời gian ................................... 14
Hình 1.4. Phương pháp đánh giá biến động tạo thay đổi phổ......................... 14
Hình 1.5. Chỉ số thực vật qua hai mùa khác nhau trong năm......................... 16
Hình 1.6. Phương pháp đánh giá biến động sau phân loại.............................. 18
Hình 1.5. Trạm thu ảnh vệ tinh &Trung tâm Quản lý Dữ liệu quốc gia ........ 24
Hình 1.6. Bản đồ ngập lụt tỷ lệ 1/100.000 thu nhỏ (Huế) .............................. 26
Hình 3.1 Vị trí địa lý Thị trấn Mạo Khê ........................................................ 30
Hình 3.2: Biểu đồ cơ cấu sử dụng đất thị trấn Mạo Khê năm 2005 ............... 38
Hình 3.3: Biểu đồ cơ cấu các loại đất thị trấn Mạo Khê năm 2010................ 40
Hình 1.9. Quy trình thành lập bản đồ biến động sử dụng đất ......................... 42
Hình 3.4: Chuẩn bị dữ liệu ban đầu ................................................................ 44
Hình 3.5: Chuyển các đối tượng mã loại đất .................................................. 45
Hình 3.6: Chuyển đối tượng và trong Geodatabase........................................ 46
Hình 3.7: Sử dụng công cụ Delete Field giữ lại trường Level và Color......... 47
Hình 3.8 : Sản phẩm sau khi gán thuộc tính MaLoaiDat................................ 49
Hình 3.9 : Lớp dữ liệu BienDong ................................................................... 50
Hình 3.10: Trường thuộc tính BienDong........................................................ 50
Hình 3.11: Thuộc tính dữ liệu sau khi chồng xếp........................................... 51
Hình 3.12: Môi trường Microstation............................................................... 52

nhà quản lý trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng đất và đưa ra các biện pháp
để bảo vệ tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá này.
Bên cạnh việc phát triển kinh tế, gia tăng dân số là sự diễn ra nhanh
chóng của quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa. Quá trình này kéo theo
hàng loạt các biến động về quỹ đất và tình hình sử dụng đất (giảm diện tích
sản xuất nông nghiệp, đất đô thị ngày càng tăng lên …). Trong tình hình


2
chung đó, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh cũng đã và đang diễn ra sự
biến đổi nhanh chóng trong quá trình sử dụng đất với mục tiêu phấn đấu xây
dựng huyện Đông Triều đủ tiêu chí là đô thị loại IV để trình Thủ tướng Chính
phủ quyết định thành lập thị xã Đông Triều vào năm 2015. Đóng vai trò là
vùng lõi trong tổng thể xây dựng huyện Đông Triều trở thành thị xã trước
năm 2015, thị trấn Mạo Khê, huyện Đông Triều với diện tích hơn 19km2, dân
số hơn 40.000 người, Thị trấn Mạo Khê là thị trấn đông dân cư nhất nước ta
hiện nay, năm 2011 Bộ Xây dựng đã công nhận là đô thị loại IV. Trong
những năm qua, do yêu cầu của phát triển kinh tế - xã hội và quá trình phát
triển đô thị hóa nên tình hình sử dụng đất của thị trấn có nhiều biến động.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như tính cấp bách của việc xác định biến
động đất đai trên địa bàn thị trấn Mạo Khê, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh và
được sự đồng ý của Khoa Tài nguyên và Môi trường, khoa sau Đại học Trường Đại
học Nông lâm Thái Nguyên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “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 ”.
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

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
nguồn gốc, đối tượng, mục tiêu, thành phần hệ thống hay các phân tích khác
nhau…mà có những quan điểm khác nhau để định nghĩa về GIS.
Một số định nghĩa về GIS:
- Hệ thống thông tin Địa lý là một hệ thống bao gồm các phần mềm, phần
cứng máy tính và một cơ sở dữ liệu đủ lớn, có các chức năng thu thập, cập nhật,
quản trị và phân tích, biểu diễn dữ liệu địa lý phục vụ giải quyết lớp rộng lớn các
bài toán ứng dụng có liên quan tới vị trí địa lý trên bề mặt trái đất.
- Hệ thống thông tin địa lý là một tập hợp những nguyên lý, phương
pháp, công cụ và dữ liệu không gian được sử dụng để quản lý, duy trì, chuyển
đổi, phân tích, mô hình hoá, mô phỏng, làm bản đồ những hiện tượng và quá
trình phân bố trong không gian địa lý...
Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và
khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau
(phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược).


4
GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên
đề có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý.

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.

dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập


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
xã hội và yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của tất cả các quốc gia.
Nhờ những khả năng phân tích và xử lý đa dạng, kỹ thuật GIS hiện nay
được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, được xem là “công cụ hỗ trợ
quyết định” (decision - making support tool) đặc biệt là trong quản lý tài
nguyên thiên nhiên và môi trường. GIS được ứng dụng để quản lý các tài

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


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
người dùng sẽ dùng công cụ của Microtation để sửa.
1.1.3.2. Phần mềm ArcGIS
ArcGIS là phần mềm chuyên dụng được phát triển bởi ESRI – Viện
nghiên cứu hệ thống môi trường Mỹ, sử dụng để thực hiện công việc quản lý
dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và giải các bài toán phân tích không
gian.
ArcGIS bao gồm nhiều công cụ với nhiệm vụ và chức năng khác nhau,

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.


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
- Đất phi nông nghiệp:
+ Đất ở
+ Đất chuyên dùng
+ Đất tôn giáo tín ngưỡng
+ Đất nghĩa trang nghĩa địa
+ Đất sông suối và mặt nước chuyên dùng
- Đất chưa sử dụng:
+ Đất bằng chưa sử dụng
+ Đất đồi núi chưa sử dụng
+ Núi đá không có rừng cây
1.2.4 Ý nghĩa của việc đánh giá biến động sử dụng đất đai

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:


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
giữa cuối và đầu thời kỳ đánh giá.
- Xu hướng biến động: Xu hướng biến động thể hiện theo hướng tăng
hoặc giảm của các loại hình sử dụng đất; xu hướng biến động theo hướng tích
cực hay tiêu cực.
- Những nhân tố gây nên biến động sử dụng đất đai
+ Các yếu tố tự nhiên của địa phương là cơ sở quyết định cơ cấu sử dụng
đất đai vào các mục đích kinh tế - xã hội, bao gồm các yếu tố sau: vị trí địa lý,
địa hình, khí hậu, thuỷ văn, thảm thực vật, thổ nhưỡng...
+ Các yếu tố kinh tế - xã hội của địa phương có tác động lớn đến sự thay
đổi diện tích của các loại hình sử dụng đất đai, bao gồm các yếu tố: sự phát
triển của các ngành kinh tế (dịch vụ, xây dựng, giao thông và các ngành kinh
tế khác,...); sự gia tăng dân số; các dự án phát triển kinh tế của địa phương; thị
trường tiêu thụ các sản phẩm hàng hoá,...

+ 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


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.
Ảnh 1
Ảnh đa

Đánh giá
biến dộng

Phân loại

thời gian
Ảnh 2

Hình 1.3. Phương pháp phân loại dữ liệu đa thời gian
Trước khi phân loại ảnh người ta ghép (chồng phủ) hai ảnh có N kênh
phổ để tạo nên một ảnh đa thời gian có 2N kênh phổ. Kết quả phân loại ảnh
chồng phủ gồm 2N kênh là một tập hợp bao gồm các lớp thay đổi và các lớp
không thay đổi.

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:


16

Hình 1.5. Chỉ số thực vật qua hai mùa khác nhau trong năm
Qua ví dụ ta thấy giữa các mùa khác nhau thì chỉ số thực vật cũng khác
nhau. Vào mùa xuân khi lá cây xanh tốt thì chỉ số NDVI xác định được là 0,72;
vào mùa thu khi lá cây chuyển sang màu vàng đỏ thì chỉ số NDVI xác định được
là 0,14. Điều này chứng tỏ giữa các mùa có sự biến động về chất lượng lá..
1.4.1.6 Tạo ảnh biến động từ ảnh đã phân loại
Để áp dụng được phương pháp này, để có kết quả chính xác và tiện so
sánh việc phân loại phải được thực hiện theo nguyên tắc hai cùng: cùng hệ

L2

L12

L22

L32

L42

L52

L3

L13

L23

L33

L43

L53

L4

L14

L24


động. Bản chất của nó là so sánh sự biến động của kết quả phân loại ảnh.
Để áp dụng phương pháp này cần lựa chọn hai tư liệu ảnh ở hai thời
điểm khác nhau của cùng một khu vực nghiên cứu. Độ chính xác phụ thuộc
vào độ chính xác của từng phương pháp phân loại do phải tiến hành phân loại
độc lập các ảnh viễn thám.


18

Ảnh 1

Phân
loại
Đánh giá
biến động

Ảnh 2

Phân
loại

Hình 1.6. Phương pháp đánh giá biến động sau phân loại
1.4.1 Mối quan hệ của biến động sử dụng đất với phát triển kinh tế - xã hội
và đô thị hóa
Đất đai là nguồn tài nguyên, nguồn lực vô cùng quý giá của mỗi quốc
gia song nó còn là nguồn tài nguyên hạn chế. Trong giai đoạn công nghiệp
hóa, hiện đại hóa ở nước ta hiện nay, việc tổ chức sử dụng nguồn tài nguyên
này phục vụ các mục đích phát triển kinh tế - xã hội một cách khoa học, tiết
kiệm và có hiệu quả là vô cùng quan trọng. “Đô thị hóa là một quá trình diễn
thế kinh tế - xã hội - văn hoá - không gian gắn liền với những tiến bộ khoa