Nghiên Cứu Công Nghệ Thành Lập Và Ứng Dụng Bản Đồ Số Địa Chính Trong Điều Kiện Việt Nam

Lịch sử hình thành và phát triển của bản đồ số nói chung và bản đồ số địa chính nói riêng 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. Việc nghiên cứu và phát triển bản đồ số có thể được tóm tắt qua các giai đoạn, bắt đầu từ việc 'lập bản đồ số có sự trợ giúp của máy tính' đến việc xây dựng các hệ thống bản đồ tự động hóa hoàn chỉnh, và cuối cùng là sự phát triển của hệ thống thông tin địa lý (GIS). Các phần mềm GIS như MAPINFO, ARC/INFO, MGE, ARCGIS, ... đã được ứng dụng rộng rãi.

Bản đồ địa chính 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 hoàn toàn giống nhau, mặc dù có một số thành phần cơ bản chung cho hầu hết các hệ thống. 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. 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.

Để thành lập được một bản đồ địa chính số, cần 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. 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. Việc thiếu các công cụ và phần mềm chuyên dụng nội địa, cùng với sự thay đổi thường xuyên của văn bản kỹ thuật, gây trở ngại đáng kể cho quá trình nghiên cứu bản đồ địa chính.

Dữ liệu không được chuẩn hóa đồng đều là một trong những hạn chế lớn nhất trong việc khai thác và ứng dụng bản đồ số địa chính. Điều này gây khó khăn cho việc chia sẻ dữ liệu giữa các cơ quan quản lý, cũng như việc tích hợp dữ liệu vào các hệ thống thông tin khác. Việc thiếu một chuẩn chung về tiêu chuẩn bản đồ số địa chính dẫn đến sự không tương thích giữa các hệ thống và làm giảm hiệu quả quản lý.

Sự phụ thuộc vào phần mềm nước ngoài trong quá trình thành lập bản đồ số địa chính gây ra nhiều vấn đề, bao gồm chi phí cao và rủi ro về bản quyền. Trong bối cảnh luật bản quyền ngày càng được thắt chặt, việc sử dụng các phần mềm không có bản quyền có thể dẫn đến các vấn đề pháp lý và ảnh hưởng đến uy tín của các đơn vị sản xuất bản đồ địa chính.

Quá trình chuyển đổi bản đồ địa chính giấy sang số đòi hỏi sự chính xác và hiệu quả. Các phương pháp chuyển đổi bản đồ địa chính như quét (scanning), số hóa thủ công (digitizing), và sử dụng công nghệ viễn thám cần được lựa chọn phù hợp với từng loại bản đồ và yêu cầu về độ chính xác. Ngoài ra, việc kiểm tra và chỉnh sửa dữ liệu sau khi chuyển đổi là rất quan trọng để đảm bảo tính toàn vẹn của thông tin.

Chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp là một giải pháp quan trọng để nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm. Bằng cách phân chia công việc thành các giai đoạn chuyên biệt, từ đo đạc ngoài thực địa đến xử lý và biên tập dữ liệu trong văn phòng, các đơn vị sản xuất bản đồ địa chính có thể tận dụng tối đa năng lực của từng cá nhân và giảm thiểu sai sót.

Việc lựa chọn một mô hình dữ liệu phù hợp có vai trò then chốt trong việc quản lý và khai thác bản đồ số địa chính. Các mô hình dữ liệu như Spaghetti và Topo có những ưu nhược điểm riêng. Mô hình Topo, với cấu trúc DCEL (Doubly Connected Edge List), được đánh giá cao về khả năng thể hiện mối quan hệ không gian giữa các đối tượng, đồng thời giúp tăng tốc độ truy vấn và phân tích dữ liệu địa chính.

Việc tạo mô hình Topo sử dụng cấu trúc DCEL đòi hỏi việc xử lý các thông tin về điểm, cạnh, và vùng. Các thuật toán như nhập điểm, sắp xếp và lọc điểm trùng, xác định các đoạn hở và đoạn giao nhau, nhập cạnh, sắp xếp và lọc cạnh trùng, và xác định thông tin lưu trữ DCEL được sử dụng để xây dựng mô hình Topo hoàn chỉnh và chính xác.

Cấu trúc DCEL hỗ trợ hiệu quả các thao tác biên tập thửa đất như tách thửa, thêm bớt đỉnh, và tạo đường song song với cạnh chọn. Thuật toán chồng phủ sử dụng DCEL cho phép xác định các vùng giao nhau giữa các thửa đất và tạo ra các lớp thông tin mới. Quá trình này đòi hỏi việc xác định các điểm chia và tuân thủ các nguyên tắc chia cạnh để đảm bảo tính chính xác và nhất quán của dữ liệu.

Cấu trúc DCEL là nền tảng để xây dựng các ứng dụng bản đồ số địa chính đa mục đích. Các ứng dụng như lập hồ sơ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, và bản đồ giải phóng mặt bằng có thể được phát triển dựa trên cấu trúc dữ liệu này. Đặc biệt, DCEL có thể được sử dụng để xây dựng hệ thống địa chính đa mục đích (Multi-Purpose Cadastre), đáp ứng nhu cầu quản lý đất đai toàn diện.

Để tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng của chương trình, giải pháp tạo thư viện liên kết động (DLL) được sử dụng. Các chức năng chuyên biệt được đóng gói trong các DLL, cho phép chương trình dễ dàng thêm mới hoặc cập nhật các tính năng mà không cần phải biên dịch lại toàn bộ mã nguồn.

Tốc độ tính toán là một yếu tố quan trọng trong quá trình xử lý dữ liệu bản đồ địa chính. Luận án đề xuất một số giải pháp tối ưu hóa tốc độ tính toán, bao gồm lựa chọn kiểu dữ liệu phù hợp, sử dụng các thuật toán hiệu quả, và áp dụng các tùy chọn biên dịch an toàn.

Chương trình thử nghiệm được sử dụng để thực hiện các thao tác cơ bản như tạo mô hình Topo, nhập thông tin thửa đất, gộp thửa, chia tách thửa, và tra cứu thông tin thửa đất. Kết quả thử nghiệm cho thấy chương trình hoạt động ổn định và đáp ứng được các yêu cầu cơ bản của công tác thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính.

Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học trong việc xây dựng cơ sở lý thuyết sử dụng mô hình dữ liệu phù hợp, vừa linh hoạt trong việc thành lập và khai thác dữ liệu bản đồ số địa chính, vừa dễ dàng trong việc cập nhật biến động đất đai. Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu là cung cấp các giải pháp hoàn thiện quy trình thành lập bản đồ địa chính, nhằm tăng năng suất lao động, chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp, và có thể áp dụng ở tất cả các đơn vị thành lập bản đồ số địa chính.

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới trong lĩnh vực bản đồ số địa chính. Các hướng nghiên cứu tiềm năng bao gồm ứng dụng công nghệ viễn thám, xây dựng mô hình 3D địa chính, và sử dụng blockchain để tăng cường tính minh bạch và an toàn trong quản lý đất đai. Đặc biệt, việc tích hợp định vị vệ tinh (GPS) vào quy trình đo đạc và cập nhật dữ liệu địa chính hứa hẹn sẽ mang lại những cải tiến đáng kể.