Tổng quan luận án

Công tác quy hoạch sử dụng đất (QHSDĐ) là một trong ba công cụ quản lý nhà nước cơ bản về đất đai bên cạnh pháp luật và kinh tế - tài chính. Trong hệ thống phân cấp quy hoạch tại Việt Nam, QHSDĐ cấp huyện đóng vai trò là cấp cơ sở trực tiếp phân bổ không gian sử dụng đất và gắn liền với quyền lợi, nghĩa vụ của người sử dụng đất. Theo đánh giá của tác giả, công tác lập và thực hiện QHSDĐ cấp huyện trong thực tiễn bộc lộ nhiều hạn chế: sự thiếu đồng bộ giữa QHSDĐ với quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội và quy hoạch ngành dẫn đến tình trạng thu hồi đất nông nghiệp thiếu kiểm soát; việc bố trí các loại đất phi nông nghiệp và nông nghiệp còn mang tính chủ quan; nguồn tư liệu bản đồ chưa chuẩn hóa về hệ tọa độ và định dạng; thiếu công cụ kỹ thuật để kiểm soát không gian sau quy hoạch, dẫn tới hiện tượng quy hoạch treo và chậm tiến độ lập quy hoạch (theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2015, chỉ có 49,93% đơn vị hành chính cấp huyện được phê duyệt QH, KHSDĐ).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định là: các nghiên cứu ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong nước và quốc tế trước đây chủ yếu tiếp cận cục bộ ở từng khâu đơn lẻ (như xây dựng cơ sở dữ liệu, đánh giá thích hợp đất đai, hoặc lựa chọn địa điểm cho một loại công trình riêng biệt) mà chưa hình thành một mô hình tổng thể, khép kín bao quát toàn bộ chu trình QHSDĐ cấp huyện từ chuẩn bị dữ liệu, xây dựng phương án, thẩm định cho đến công bố và giám sát thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của luận án là: Xây dựng mô hình tổng thể về ứng dụng GIS trong QHSDĐ cấp huyện nhằm tăng cường tính khoa học và nâng cao hiệu quả của công tác QHSDĐ, hướng tới mục tiêu quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên đất đai.

Để đạt được mục tiêu này, luận án xác định 03 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Nghiên cứu cơ sở khoa học và pháp lý của công tác QHSDĐ cấp huyện, nhận dạng những vấn đề tồn tại trong thực tiễn, phân tích nhu cầu ứng dụng GIS và tổng quan các công trình nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước.
  2. Nghiên cứu xây dựng mô hình ứng dụng GIS trong QHSDĐ cấp huyện có tính tích hợp, bao quát 04 giai đoạn của chu trình lập và quản lý quy hoạch.
  3. Triển khai thử nghiệm mô hình tại một địa bàn đại diện là huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình; phân tích kết quả thử nghiệm để chứng minh tính khả thi của mô hình.

Luận án xác lập 02 luận điểm bảo vệ:

  • Luận điểm 1: Mô hình ứng dụng GIS trong quy hoạch sử dụng đất do luận án đề xuất là giải pháp công nghệ có tính khả thi và có hiệu quả cao cho tất cả các giai đoạn của chu trình quy hoạch sử dụng đất cấp huyện, từ chuẩn bị dữ liệu, xây dựng các phương án QHSDĐ đến thẩm định, công bố và theo dõi thực hiện QHSDĐ.
  • Luận điểm 2: Việc áp dụng mô hình ứng dụng GIS trong QHSDĐ cấp huyện cho phương án QHSDĐ giai đoạn 2011-2020 của huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình giúp nhận dạng và khắc phục được các vấn đề về: chất lượng dữ liệu đầu vào, tính hợp lý của các đối tượng QHSDĐ, giải pháp công nghệ trong công khai và giám sát thực hiện phương án QHSDĐ.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là công tác quy hoạch sử dụng đất cấp huyện cùng các giải pháp, công cụ kỹ thuật GIS hỗ trợ chu trình này. Phạm vi không gian nghiên cứu thử nghiệm được giới hạn tại huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình - địa bàn đại diện cho vùng đồng bằng có tốc độ chuyển dịch cơ cấu sử dụng đất cao nhưng chưa hoàn thiện cơ sở dữ liệu đất đai. Phạm vi khoa học tập trung vào quy trình QHSDĐ cấp huyện được điều chỉnh bởi Luật Đất đai năm 2013, Luật Quy hoạch năm 2017 và Thông tư số 29/2014/TT-BTNMT.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu liên quan đến ứng dụng GIS trong quy hoạch sử dụng đất trên thế giới và tại Việt Nam theo các nhóm nội dung chuyên môn:

Về xây dựng cơ sở dữ liệu đất đai:

  • Trên thế giới, các cơ quan quản lý đất đai tại Thụy Điển đã ứng dụng GPS và GIS từ cuối thập niên 1990 giúp giảm 10-15% chi phí và 30% thời gian giải quyết thủ tục hành chính; Ý phát triển hệ thống "Catasto-Cumini" dựa trên công nghệ ArcGIS; Bỉ xây dựng hệ thống bản đồ địa chính trực tuyến CADMAP; Cộng hòa Síp triển khai hệ thống thông tin đất đai tích hợp CILIS; Singapore thiết lập cơ sở dữ liệu trực tuyến với hơn 100 lớp dữ liệu từ 14 ban ngành, thu hút hơn 200.000 lượt truy cập trong 6 tháng cuối năm 2008; các quốc gia như Malaysia, Thái Lan và Kenya cũng triển khai xây dựng hạ tầng dữ liệu không gian đất đai phục vụ quy hoạch.
  • Tại Việt Nam, Nhữ Thị Xuân và Đinh Thị Bảo Hoa (2008) ứng dụng ArcGIS kết hợp hệ thống ALES của FAO để xây dựng cơ sở dữ liệu đơn vị đất tại Thái Bình; Trần Văn Tuấn và Lê Phương Thúy (2010) sử dụng công cụ chồng xếp không gian của GIS để phân tích biến động sử dụng đất; Huỳnh Văn Chương và Nguyễn Thế Lân (2010) thiết lập cơ sở dữ liệu đất đai tại xã Phú Sơn, thị xã Hương Thủy, Thừa Thiên Huế; Ngô Hữu Hoạnh (2010) phối hợp phần mềm ViLIS và MapInfo để quản lý thông tin thửa đất và tài chính đất đai tại phường Sơn Phong, Hội An.

Về lựa chọn vị trí công trình và đánh giá thích hợp đất đai:

  • Nghiên cứu quốc tế ghi nhận Mir Masoud Kheirkhah Zarkesh và cộng sự (2010) chuẩn hóa quy trình phân tích thứ bậc không gian (SAHP) 5 bước; Ni-Bin Chang và cộng sự (2008), Akbari V. và cộng sự (2008) kết hợp GIS với phân tích quyết định đa chỉ tiêu mờ (FMCDM) để xác định vị trí bãi chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt tại Harlingen (Texas, Hoa Kỳ) và Bandar Abbas (Iran); E. Ibrahim và cộng sự (2011) tích hợp GIS và FAHP trong định vị trạm xử lý nước thải tại Ai Cập; Semih Önüt và cộng sự (2010) ứng dụng FMCDM và GIS định vị trung tâm thương mại tại Thổ Nhĩ Kỳ; Vahidnia và cộng sự (2009) so sánh các thuật toán mờ (phân tích mức độ mờ của Chang 1996, phương pháp tâm diện tích, phương pháp mức cắt alpha) để lựa chọn vị trí bệnh viện tại Tehran; Parvane Rezakhani và Seyed Masood Moavari (2011) kết hợp AHP, lý thuyết mờ và tổ hợp trọng số tuyến tính (WLC) tại Iran.
  • Trong đánh giá thích hợp đất đai nông nghiệp, Prakash (2003) tại Ấn Độ chứng minh kỹ thuật FAHP cho kết quả tối ưu hơn AHP cổ điển và phương pháp tiếp cận véc-tơ lý tưởng (IVA); Hong Wang và cộng sự (2014) đánh giá đất trồng cỏ linh lăng tại Bắc Trung Quốc; Jiuquan Zhang và cộng sự (2015) đánh giá đất trồng thuốc lá tại Sơn Đông; Abdul Rashi và cộng sự (2008), Khwanruthai Bunruamkaew và Yuji Murayama (2012), Halil Akinci và cộng sự (2013), Farag F. Abushnaf và cộng sự (2013) đã kết hợp GIS và khung đánh giá đất của FAO.
  • Tại Việt Nam, Trần Quốc Bình và cộng sự (2010) tại Đông Anh (Hà Nội), Nguyễn Đăng Phương Thảo và cộng sự (2011), Trần Tuấn Tú và cộng sự (2011) tại Thủ Đức (TP. Hồ Chí Minh) đã xây dựng quy trình hai giai đoạn (sơ bộ tìm vị trí tiềm năng và chi tiết tìm vị trí tối ưu) bằng GIS kết hợp AHP; Huỳnh Văn Chương và cộng sự (2012) đánh giá đất trồng cao su tại Hải Lăng (Quảng Trị); Phạm Thị Phin (2012) kết hợp FAO và AHP xác định loại hình sử dụng đất tại Nghĩa Hưng (Nam Định); Phạm Tiến Đạt (2009) tích hợp viễn thám và GIS phân tích biến động rừng lưu vực sông Cả (hệ số Kappa trên 0,8); Trần Trọng Đức và Lê Cảnh Định (2011) kết hợp GIS, quy hoạch tuyến tính đa mục tiêu mờ (FMOLP) và FAHP-GDM tại Lâm Đồng.

Về công bố thông tin và phản hồi cộng đồng:

  • Kari Mikkonen và Samuli Alppi (2003) phân tích hệ thống phản hồi bằng ArcIMS trong quy hoạch vùng Häme (Phần Lan); Tarig (2008) ứng dụng WebGIS tại vùng ven biển; Pablo Diaz (2010) xây dựng hệ thống WebGIS mã nguồn mở dựa trên Struts, Spring, Hibernate, PostgreSQL/PostGIS và Java J2EE hỗ trợ người dân gửi ý kiến phản hồi về sai sót và tiến độ quy hoạch.
  • Tại Việt Nam, các mô hình cổng thông tin địa lý bước đầu được triển khai như hệ thống CTGIS tại Cần Thơ, Atlas điện tử WebGIS tỉnh Đồng Nai, CSDL HUEGIS tại Thừa Thiên Huế, hệ thống thông tin tại Đà Lạt và Cổng thông tin quy hoạch của Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.

Vị trí của luận án: Các công trình nêu trên là cơ sở lý luận và thực nghiệm quan trọng. Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu chỉ giải quyết các bài toán kỹ thuật riêng lẻ. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống về tính đồng bộ bằng cách đề xuất một mô hình tổng thể, liên kết thống nhất từ khâu chuẩn hóa dữ liệu, xây dựng phương án, thẩm định tính hợp lý không gian bằng thuật toán phân tích điểm ngưỡng, đến công bố thông tin và giám sát tiến độ thực hiện bằng WebGIS.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án vận dụng các khung lý thuyết, khái niệm và công cụ phân tích không gian sau:

  • Khung khái niệm và nguyên tắc quy hoạch sử dụng đất: Sử dụng định nghĩa của FAO (1993) về quy hoạch sử dụng đất là quá trình đánh giá có hệ thống tiềm năng đất đai, kinh tế - xã hội để chọn phương án tối ưu; khái niệm theo Luật Đất đai năm 2013 của Việt Nam; quan điểm của Wang và Hofe (2007) về ba mục tiêu cốt lõi của quy hoạch: Hiệu quả kinh tế, Công bằng/chấp nhận của xã hội và Bền vững môi trường.
  • Lý thuyết tập mờ (Fuzzy Set Theory - FST) và Quá trình phân tích thứ bậc mờ kết hợp ra quyết định nhóm (FAHP-GDM): Khắc phục hạn chế của phương pháp AHP truyền thống (Saaty) khi xử lý sự không chắc chắn trong phán đoán của chuyên gia. Luận án sử dụng số mờ tam giác $(l, m, u)$ biểu diễn biến ngôn ngữ, tổng hợp ý kiến của $k$ chuyên gia và tính toán trọng số theo thuật toán phân tích mức độ mờ của Chang (1996) và Kahraman (2008).
  • Lý thuyết đánh giá đất đai của FAO (1976): Xác định yêu cầu sử dụng đất (LUR), đặc tính đất đai (LC) và đơn vị đất đai (ĐVĐĐ).
  • Phương pháp kiểm định đường cong đặc trưng máy thu (Receiver Operating Curve - ROC): Đánh giá định lượng độ chính xác và hiệu quả của kết quả đánh giá thích hợp đất đai thông qua chỉ số diện tích dưới đường cong (AUC).

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm 04 nhóm phương pháp:

  1. Nhóm phương pháp thu thập số liệu và tài liệu: Thu thập văn bản pháp quy (Luật Đất đai 2013, Luật Quy hoạch 2017, Nghị định 43/2014/NĐ-CP, Nghị định 01/2017/NĐ-CP, Thông tư 29/2014/TT-BTNMT); thu thập tài liệu quy hoạch, báo cáo thống kê, kiểm kê đất đai, bản đồ địa hình, bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Đông Hưng qua các thời kỳ.
  2. Nhóm phương pháp điều tra xã hội học: Thiết kế và thực hiện phiếu điều tra phỏng vấn chuyên gia (thuộc Sở TN&MT, Sở KH&CN, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, UBND huyện Đông Hưng) để lập ma trận so sánh cặp xác định trọng số chỉ tiêu; điều tra khảo sát hạ tầng công nghệ thông tin và mức độ hài lòng của cán bộ, người dân đối với hệ thống phần mềm.
  3. Nhóm phương pháp phân tích, xử lý dữ liệu không gian:
    • Phân tích khoảng cách Ơ-clit (Euclidean Distance).
    • Chồng xếp và tổ hợp không gian: Phép toán Boolean (AND, OR, NOT) trên raster để xác định vùng tiềm năng; tổ hợp trọng số tuyến tính (WLC) và phép toán Raster Calculator để chấm điểm thích hợp; phép tái phân loại (ReClassify); phân tích thống kê vùng (Zonal Statistics).
    • Quản lý quan hệ không gian (Topology): Thiết lập các quy tắc kiểm tra dữ liệu hình học (không chồng đè - must not overlap, không có khoảng trống - must not have gaps, ranh giới phải khép kín, chứa điểm nhãn duy nhất).
    • Chuyển đổi dữ liệu: Sử dụng công cụ Spatial ETL chuyển đổi định dạng từ MicroStation (*.dgn) sang ArcGIS Geodatabase; xây dựng script Python tự động chuyển đổi bảng mã ký tự từ TCVN3/VNI sang Unicode.
  4. Nhóm phương pháp trình bày và phát triển phần mềm: Thiết kế cấu trúc CSDL bằng Enterprise Architect trên nền ngôn ngữ UML; lập trình phát triển phần mềm LUPA (Land Use Planning Assessment) phục vụ thẩm định không gian; xây dựng phần mềm WebGIS tiếp nhận phản hồi và giám sát tiến độ trên nền tảng web.

Nguồn tư liệu, dữ liệu sử dụng: Toàn bộ dữ liệu bản đồ địa hình, bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010, phương án QHSDĐ đến năm 2020 của huyện Đông Hưng, số liệu thổ nhưỡng nông hóa từ Viện Thổ nhưỡng Nông hóa và các số liệu thống kê kinh tế - xã hội chính thức của địa phương.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Cơ sở lý luận về ứng dụng GIS trong quy hoạch sử dụng đất và phương pháp nghiên cứu

Chương 1 tập trung phân tích khung lý luận về vai trò của GIS và phương pháp phân tích đa chỉ tiêu trong QHSDĐ. Tác giả phân tích quy trình lập quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất cấp huyện theo Thông tư số 29/2014/TT-BTNMT, chỉ ra các bước kỹ thuật có khả năng tích hợp công nghệ GIS. Chương này tổng kết các công trình khoa học trong và ngoài nước, nhận định rõ các rào cản thực tiễn tại cấp huyện: sự thiếu hụt cơ sở dữ liệu số chuẩn hóa, tính chủ quan trong phân bổ quỹ đất, việc thiếu hụt các công cụ lượng hóa trong thẩm định và cơ chế công khai còn mang tính hình thức.

Để lượng hóa trọng số các chỉ tiêu trong mô hình, chương 1 thiết lập cơ sở toán học của thuật toán FAHP-GDM:

Biến ngôn ngữ của chuyên gia $x \in [1, 9]$ được mờ hóa thành số mờ tam giác $\tilde{A} = (l, m, u)$ theo thang đo:

  • Bằng nhau: $(1, 1, 1)$ nếu $x = 1$;
  • Tương đương: $(x-1, x, x+1)$ với $x = 2, 3, \dots, 8$;
  • Tối đa: $(8, 9, 9)$ nếu $x = 9$.

Tổng hợp ma trận đánh giá từ $k$ chuyên gia được xác định qua công thức: $$\tilde{a}{ij} = (L{ij}, M_{ij}, U_{ij})$$ Trong đó: $$L_{ij} = \min_k {l_{ijk}}, \quad M_{ij} = \left(\prod_{k=1}^m m_{ijk}\right)^{1/k}, \quad U_{ij} = \max_k {u_{ijk}}$$

Tổng hợp mức độ ảnh hưởng mờ $S_i$ của chỉ tiêu $i$ được tính bằng: $$S_i = \sum_{j=1}^m \tilde{a}{ij} \otimes \left[ \sum{i=1}^n \sum_{j=1}^m \tilde{a}_{ij} \right]^{-1}$$

Chương 1 cũng thiết lập khung lý thuyết kiểm định đường cong ROC và diện tích dưới đường cong (AUC) nhằm đánh giá độ tin cậy của mô hình đánh giá thích hợp đất đai so với hiện trạng thực tế.

Chương 2. Xây dựng mô hình ứng dụng GIS trong quy hoạch sử dụng đất cấp huyện

Chương 2 đề xuất mô hình tổng thể ứng dụng GIS trong chu trình QHSDĐ cấp huyện gồm 04 giai đoạn tương ứng với 04 mô hình thành phần:

Giai đoạn trong chu trình QHSDĐ Mô hình ứng dụng GIS thành phần Vấn đề giải quyết và giải pháp công nghệ GIS
1. Chuẩn bị dữ liệu Mô hình chuẩn bị dữ liệu phục vụ QHSDĐ Chuẩn hóa hệ quy chiếu VN-2000; chuyển đổi định dạng CAD/DGN sang Geodatabase bằng Spatial ETL; sửa lỗi topology (chồng đè, hở ranh giới); chuyển mã font bằng Python; thiết kế cấu trúc CSDL bằng Enterprise Architect
2. Xây dựng phương án Mô hình xây dựng phương án QHSDĐ Quy trình 2 bước lựa chọn vị trí tối ưu công trình phi nông nghiệp (bước 1 lọc vị trí tiềm năng bằng Boolean, bước 2 xếp hạng bằng FAHP-GDM và WLC); đánh giá thích hợp đất đai (FAO kết hợp FAHP-GDM); tự động hóa tính toán bảng biểu diện tích
3. Thẩm định và lựa chọn phương án Mô hình thẩm định và phê duyệt phương án Kiểm tra chất lượng dữ liệu đầu vào; thẩm định tính hợp lý phân bố không gian bằng phân tích điểm số hợp lý và điểm ngưỡng; đánh giá độ chính xác ĐGTHĐĐ bằng đường cong ROC; thẩm định dữ liệu đầu ra
4. Công bố và theo dõi thực hiện Mô hình công bố và theo dõi thực hiện phương án Xây dựng WebGIS công khai bản đồ quy hoạch; thiết lập kênh phản hồi không gian trực tuyến cho người dân; module cập nhật và theo dõi tiến độ các dự án/công trình

Để hiện thực hóa mô hình, tác giả đã thiết kế và phát triển 02 giải pháp phần mềm hỗ trợ:

  1. Phần mềm LUPA: Phát triển trên môi trường ArcGIS nhằm hỗ trợ hội đồng thẩm định đánh giá tính hợp lý về phân bố không gian của các công trình quy hoạch. Phần mềm có phân hệ quản lý chỉ tiêu và phân hệ xử lý dữ liệu không gian, tự động tính toán điểm hợp lý của đối tượng quy hoạch so với các lớp hạn chế và lớp mục tiêu.
  2. Phần mềm Hệ thống thông tin QHSDĐ (WebGIS): Xây dựng trên nền tảng web, cung cấp giao diện trực quan cho phép tra cứu thông tin quy hoạch, đo đạc kích thước thửa đất quy hoạch, tiếp nhận ý kiến phản hồi kèm vị trí không gian từ người dân, và cập nhật nhật ký tiến độ thi công kèm hình ảnh minh chứng.

Chương 3. Thử nghiệm mô hình tại huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình

Chương 3 triển khai toàn bộ mô hình đề xuất vào thực nghiệm tại huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình với các kết quả cụ thể:

Chuẩn bị và chuẩn hóa cơ sở dữ liệu:

  • Xử lý chuyển đổi hệ thống bản đồ địa chính, hiện trạng từ định dạng MicroStation (*.dgn) sang định dạng Geodatabase trong ArcGIS.
  • Khắc phục các lỗi kỹ thuật dữ liệu tồn tại trong hồ sơ địa phương: loại bỏ các lỗi topology về chồng đè đa giác và khoảng trống; sửa lỗi nhãn loại đất nằm ngoài vùng không gian; chuẩn hóa font chữ ghi chú thuộc tính sang bảng mã Unicode bằng công cụ Python tự lập trình.
  • Thiết lập CSDL đất đai phục vụ QHSDĐ huyện Đông Hưng hoàn chỉnh theo lược đồ thiết kế UML.

Thử nghiệm xây dựng phương án QHSDĐ:

  • Luận án triển khai bài toán lựa chọn vị trí quy hoạch tối ưu cho 04 loại đất phi nông nghiệp: đất ở tại đô thị; đất làm nghĩa trang, nghĩa địa; đất xây dựng trạm y tế; đất xây dựng trường mầm non và tiểu học. Quá trình đánh giá xác định bộ chỉ tiêu kinh tế, xã hội, môi trường, thiết lập ma trận so sánh cặp mờ lấy ý kiến chuyên gia, tính toán trọng số bằng thuật toán FAHP, chấm điểm raster và xác định vị trí tối ưu (minh họa cụ thể tại xã Phú Châu).
  • Triển khai đánh giá thích hợp đất đai tự nhiên đối với 02 loại cây trồng chủ lực của huyện: cây lúa nước và cây ngô. Chồng xếp các bản đồ đơn tính để thành lập bản đồ đơn vị đất đai, tính toán trọng số FAHP-GDM cho các chỉ tiêu (độ phì, độ dày tầng đất, thành phần cơ giới, chế độ tưới tiêu...) và phân hạng thích nghi bền vững.
  • Tự động hóa kết xuất các biểu số liệu quy hoạch chuẩn theo quy định: Bảng 01/CH (Hiện trạng sử dụng đất), Bảng 03/CH (Quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020), Bảng 04/CH (Diện tích chuyển mục đích sử dụng đất phân bổ đến cấp xã).

Thử nghiệm thẩm định phương án QHSDĐ:

  • Sử dụng phần mềm LUPA phân tích tính hợp lý về vị trí không gian của các công trình trong phương án quy hoạch huyện Đông Hưng đến năm 2020. Luận án xây dựng biểu đồ phân bố điểm số hợp lý và xác định ngưỡng điểm hợp lý cho 04 loại đất phi nông nghiệp, từ đó chỉ ra các vị trí quy hoạch chưa đạt yêu cầu kỹ thuật hoặc xung đột không gian.
  • Kiểm định kết quả đánh giá thích hợp đất đai cây lúa nước bằng đường cong ROC. Kết quả so sánh giữa phương pháp tích hợp GIS + FAHP-GDM với phương pháp FAO truyền thống đối chiếu với hiện trạng sử dụng đất năm 2013 chứng minh phương pháp tích hợp FAHP-GDM có diện tích dưới đường cong (AUC) cao hơn, phản ánh chính xác hơn tiềm năng đất đai thực tế.

Thử nghiệm triển khai và theo dõi thực hiện qua WebGIS:

  • Xuất bản dữ liệu bản đồ QHSDĐ giai đoạn 2010-2020 của huyện Đông Hưng lên nền tảng WebGIS.
  • Thử nghiệm các chức năng tương tác cộng đồng: tiếp nhận và xử lý phản hồi của công dân (như phản hồi của người dân Lê Tiến Thành về vị trí quy hoạch Khu công nghiệp Phong Châu); cập nhật thông tin và hình ảnh giám sát tiến độ thực hiện quy hoạch tại Khu công nghiệp Nguyên Xá.
  • Tổng hợp số liệu điều tra cán bộ quản lý và người dân trên địa bàn: đa số các ý kiến đánh giá cao tính tiện ích, minh bạch và khả năng hỗ trợ công việc thực tế của hệ thống thông tin đề xuất.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học:

  • Luận án đã hệ thống hóa và xây dựng thành công một mô hình tổng thể, có tính tích hợp cao về ứng dụng GIS trong toàn bộ chu trình QHSDĐ cấp huyện, bao quát đầy đủ 04 giai đoạn: chuẩn bị dữ liệu, xây dựng phương án, thẩm định phương án, công bố và theo dõi thực hiện. Mô hình này khắc phục tính phân tán, rời rạc của các nghiên cứu trước đây.
  • Đề xuất và hoàn thiện quy trình kết hợp công nghệ GIS với kỹ thuật phân tích thứ bậc mờ nhóm (FAHP-GDM) trong lựa chọn vị trí công trình và đánh giá thích hợp đất đai; tích hợp phương pháp đường cong ROC để kiểm định định lượng chất lượng đánh giá đất đai.
  • Xây dựng phương pháp luận và thuật toán xác định điểm ngưỡng hợp lý để thẩm định tính hợp lý về phân bố không gian của các đối tượng quy hoạch.

Các đóng góp mới về mặt thực tiễn:

  • Thiết kế và phát triển hoàn chỉnh 02 giải pháp phần mềm chuyên dụng hỗ trợ triển khai mô hình: Phần mềm LUPA hỗ trợ thẩm định tính hợp lý không gian của phương án quy hoạch và Phần mềm Hệ thống thông tin QHSDĐ (WebGIS) phục vụ công bố, tiếp nhận ý kiến phản hồi và giám sát tiến độ thực hiện quy hoạch.
  • Xây dựng thành công cơ sở dữ liệu số chuẩn hóa phục vụ QHSDĐ cho huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình; giải quyết triệt để các tồn tại về lỗi topology, ranh giới và font chữ.
  • Đề xuất phương án vị trí tối ưu cho 04 loại đất phi nông nghiệp và bản đồ phân vùng thích hợp đất đai tự nhiên cho cây lúa nước và cây ngô tại huyện Đông Hưng.
  • Nhận diện và chỉ ra những bất cập, sai lệch cụ thể trong phương án quy hoạch sử dụng đất kỳ 2010-2020 của huyện Đông Hưng liên quan đến chất lượng dữ liệu nền và tính hợp lý vị trí không gian của một số công trình công cộng.

Kiến nghị của luận án:

  • Đối với Bộ Tài nguyên và Môi trường: Cần nghiên cứu bổ sung các quy định kỹ thuật, quy chuẩn chuẩn hóa dữ liệu đầu vào và các hướng dẫn ứng dụng GIS trong Thông tư quy định về lập quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất; đưa nội dung thẩm định tính hợp lý không gian và công bố, giám sát qua WebGIS vào quy trình bắt buộc.
  • Đối với Ủy ban nhân dân tỉnh Thái Bình và huyện Đông Hưng: Xem xét ứng dụng mô hình và các phần mềm do luận án phát triển vào kỳ lập quy hoạch sử dụng đất tiếp theo; bố trí kinh phí đầu tư nâng cấp hạ tầng thiết bị công nghệ thông tin và đường truyền tại các xã, thị trấn nhằm vận hành hệ thống thông tin quy hoạch đồng bộ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu được luận án chỉ rõ:

  • Địa bàn thử nghiệm mới chỉ thực hiện tại 01 huyện đại diện vùng đồng bằng (huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình). Do đó, mô hình cần được đánh giá, kiểm chứng thêm đối với các địa bàn có đặc thù địa hình phức tạp hơn như các huyện miền núi, ven biển hoặc các huyện có tốc độ đô thị hóa nhanh.
  • Số lượng đối tượng thử nghiệm trong xây dựng phương án mới tập trung vào 04 loại đất phi nông nghiệp có tính chất điển hình và 02 loại cây trồng nông nghiệp chính (lúa nước và ngô), chưa bao quát hết tất cả các loại đất trong bảng phân loại đất đai theo luật định.
  • Việc triển khai ứng dụng phần mềm WebGIS trong thực tế còn phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện của hạ tầng công nghệ thông tin và năng lực tiếp cận công nghệ của cán bộ quản lý đất đai và người dân tại địa bàn cơ sở.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng phạm vi thử nghiệm mô hình tại các đơn vị hành chính cấp huyện thuộc các vùng sinh thái và điều kiện kinh tế - xã hội khác nhau.
  • Bổ sung bộ chỉ tiêu và mở rộng thuật toán tối ưu vị trí cho các loại hình đất phi nông nghiệp phức tạp khác (như bãi xử lý chất thải rắn, khu công nghiệp tập trung quy mô lớn).
  • Tiếp tục nâng cấp kiến trúc phần mềm, phát triển phiên bản WebGIS trên nền tảng thiết bị di động (Mobile GIS) để tạo thuận lợi cho người dân tham gia tương tác, định vị và gửi phản ánh hiện trường.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cho nhiều nhóm đối tượng:

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên các ngành Quản lý đất đai, Bản đồ - Viễn thám - GIS, Địa lý học: Luận án cung cấp quy trình phương pháp luận rõ ràng về việc tích hợp GIS và các thuật toán ra quyết định đa tiêu chí mờ (FAHP-GDM), phương pháp kiểm định mô hình bằng ROC và kỹ thuật chuẩn hóa dữ liệu không gian.
  • Đối với giảng viên và nhà nghiên cứu: Cung cấp tài liệu thực chứng về phương pháp định lượng hóa trong quy hoạch không gian và thiết kế cấu trúc cơ sở dữ liệu địa lý theo chuẩn UML/Geodatabase.
  • Đối với các nhà hoạch định chính sách, cán bộ quản lý nhà nước tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Phòng Tài nguyên và Môi trường cấp huyện: Mô hình tổng thể và các thuật toán trong phần mềm LUPA là công cụ hữu ích phục vụ công tác thẩm định chất lượng các phương án quy hoạch do đơn vị tư vấn lập, giảm thiểu tính chủ quan trong xét duyệt quy hoạch.
  • Đối với các đơn vị tư vấn lập quy hoạch: Cung cấp giải pháp kỹ thuật tự động hóa quá trình tính toán bảng biểu diện tích, biên tập bản đồ và lựa chọn vị trí công trình đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao luận án lựa chọn kỹ thuật FAHP-GDM thay vì kỹ thuật AHP truyền thống trong việc xác định trọng số các chỉ tiêu? Trong thực tế quy hoạch sử dụng đất, việc đánh giá mức độ quan trọng của các chỉ tiêu thường mang tính định tính và phụ thuộc vào nhận thức chủ quan của chuyên gia. Kỹ thuật AHP truyền thống sử dụng các giá trị số rõ nên không phản ánh được sự mơ hồ, thiếu chắc chắn trong tư duy con người. Ngược lại, kỹ thuật FAHP-GDM biểu diễn ý kiến chuyên gia dưới dạng số mờ tam giác $(l, m, u)$ và tích hợp thuật toán ra quyết định nhóm, giúp dung hòa các ý kiến khác biệt và lượng hóa sự không chắc chắn, đem lại bộ trọng số khách quan và tin cậy hơn.

2. Phần mềm LUPA giải quyết nội dung kỹ thuật nào trong khâu thẩm định phương án QHSDĐ cấp huyện? Phần mềm LUPA hỗ trợ hội đồng thẩm định đánh giá định lượng tính hợp lý về mặt phân bố không gian của các công trình quy hoạch. Thay vì kiểm tra thủ công trên bản đồ giấy hoặc dữ liệu CAD, LUPA sử dụng các chức năng phân tích không gian để tính điểm hợp lý cho từng đối tượng quy hoạch dựa trên khoảng cách tới các yếu tố hạn chế và mục tiêu, sau đó so sánh với giá trị điểm ngưỡng hợp lý để tự động phát hiện các vị trí bố trí bất hợp lý hoặc xung đột không gian.

3. Đường cong ROC và chỉ số AUC được luận án sử dụng nhằm mục đích gì? Đường cong ROC và chỉ số AUC được luận án sử dụng như một công cụ toán học độc lập để kiểm định định lượng chất lượng của kết quả đánh giá thích hợp đất đai đối với cây trồng. Bằng cách đối chiếu các mức độ thích hợp dự báo của mô hình với dữ liệu hiện trạng canh tác thực tế, đường cong ROC cho phép xác định độ chính xác của mô hình; chỉ số AUC càng tiến gần đến 1,0 chứng minh mức độ tin cậy và sự phù hợp của phương pháp đánh giá càng cao.

4. Hệ thống WebGIS trong luận án có những chức năng tương tác nào dành cho người dân? Hệ thống WebGIS của luận án không chỉ dừng lại ở việc hiển thị trực quan bản đồ quy hoạch mà còn tích hợp các chức năng tương tác 2 chiều: người dân có thể tra cứu thông tin quy hoạch của từng thửa đất, đo đạc khoảng cách và kích thước khu đất quy hoạch, tạo ý kiến phản hồi gắn trực tiếp với tọa độ không gian trên bản đồ (như báo cáo sai lệch hiện trạng, sai lệch ranh giới) và theo dõi kết quả trả lời của cơ quan quản lý nhà nước đối với ý kiến của mình.

5. Vì sao huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình được lựa chọn làm địa bàn thử nghiệm mô hình? Huyện Đông Hưng được lựa chọn vì mang tính đại diện cao cho các huyện thuộc vùng đồng bằng Bắc Bộ: kinh tế nông nghiệp - tiểu thủ công nghiệp phát triển, tốc độ chuyển dịch cơ cấu sử dụng đất diễn ra nhanh, các loại hình sử dụng đất rất đa dạng nhưng tại thời điểm nghiên cứu địa phương chưa hoàn thiện cơ sở dữ liệu đất đai số chuẩn hóa và hồ sơ bản đồ còn tồn tại nhiều bất cập về hệ tọa độ và định dạng.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Thị Thanh Thủy đã hoàn thành mục tiêu xây dựng một mô hình tổng thể ứng dụng GIS trong toàn bộ chu trình quy hoạch sử dụng đất cấp huyện, giải quyết từ khâu chuẩn hóa dữ liệu, xây dựng phương án, thẩm định không gian đến công bố và giám sát thực hiện. Nghiên cứu đã kết hợp cơ sở lý luận về quy hoạch với các công cụ toán học hiện đại như phân tích thứ bậc mờ nhóm (FAHP-GDM) và kiểm định ROC, đồng thời phát triển thành công hai giải pháp phần mềm chuyên dụng (LUPA và WebGIS). Kết quả thử nghiệm tại huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình đã khẳng định tính khả thi, độ tin cậy và hiệu quả thực tiễn của mô hình trong việc nâng cao tính khoa học và minh bạch của công tác quản lý đất đai cấp cơ sở. Công trình là tài liệu khoa học có giá trị tham khảo chuyên môn cao đối với các nhà nghiên cứu, cán bộ kỹ thuật và các nhà quản lý trong lĩnh vực địa lý, bản đồ và quản lý đất đai.