Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp "Ứng dụng công nghệ GPS, tin học và các phần mềm chuyên ngành trong công tác thành lập mảnh bản đồ địa chính số 12 tỉ lệ 1:1000 xã Chu Hương, huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn năm 2022" do sinh viên Hoàng Văn Tài thực hiện thuộc chuyên ngành Quản lý Đất đai, Khoa Quản lý Tài nguyên, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phan Đình Binh. Đề tài được triển khai trong bối cảnh công tác quản lý nhà nước về đất đai đòi hỏi tính chính xác, khoa học và tuân thủ nghiêm ngặt các quy định pháp luật. Việc đăng ký, kê khai, cấp đổi, cấp mới Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất cùng công tác thống kê, kiểm kê đất đai tại địa phương cần một hệ thống cơ sở dữ liệu bản đồ số tin cậy. Được sự chấp thuận của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Kạn và Chi cục Đo đạc và Bản đồ, Công ty Cổ phần Khảo sát Thiết kế Đo đạc và Bản đồ đã tiến hành dự án đo đạc thành lập hệ thống bản đồ địa chính trên địa bàn huyện Ba Bể, trong đó có xã Chu Hương.

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận được phân định cụ thể:

  • Mục tiêu tổng quát:
    1. Thành lập bản đồ địa chính đúng với hiện trạng thực tế ngoài thực địa nhờ ứng dụng máy toàn đạc điện tử và các phần mềm tin học chuyên ngành gồm MicroStation V8i và Gcadas Pro.
    2. Hỗ trợ công tác quản lý hồ sơ địa chính và nâng cao hiệu quả quản lý nhà nước về đất đai của Ủy ban nhân dân xã Chu Hương.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Ứng dụng công nghệ GPS, tin học và các phần mềm chuyên ngành để thành lập hoàn chỉnh tờ bản đồ địa chính số 12 tỷ lệ 1:1000 tại xã Chu Hương, huyện Ba Bể.
    2. Nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng của công nghệ tin học trong công tác thành lập bản đồ địa chính và quản lý cơ sở dữ liệu đất đai tại địa phương.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình đo vẽ chi tiết ngoại nghiệp và ứng dụng phần mềm tin học để biên tập, chỉnh lý tờ bản đồ địa chính số 12 tỷ lệ 1:1000.
  • Phạm vi không gian: Địa bàn xã Chu Hương, huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn.
  • Phạm vi thời gian: Quá trình thực tập và thu thập số liệu thực địa được tiến hành từ tháng 12/2021 đến tháng 05/2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng nội dung dựa trên khung pháp lý của Luật Đất đai năm 2003 (Mục 13 Điều 4 quy định về khái niệm và vai trò pháp lý của bản đồ địa chính) cùng các quy định kỹ thuật tại Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT ngày 19/05/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định về thành lập bản đồ địa chính.

Về cơ sở toán học bản đồ, nghiên cứu phân tích hai phép chiếu hình trụ ngang đồng góc là Gauss-Kruger và UTM. Trong đó, hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia VN-2000 được áp dụng với kinh tuyến trục 106°30' cho tỉnh Bắc Kạn, múi chiếu 3°. Quy tắc phân mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000 dựa trên việc chia ô vuông kích thước thực tế 500 m x 500 m từ mảnh tỷ lệ 1:2000, tương ứng kích thước khung bản vẽ 50 cm x 50 cm và diện tích bao phủ thực địa 25 ha. Số hiệu mảnh bản đồ gồm 6 chữ số dạng 10-X-Y kết hợp với chỉ số chia mảnh.

Tỷ lệ đo vẽ Cơ sở chia mảnh Kích thước bản vẽ (cm) Kích thước thực tế (m) Diện tích thực tế (ha) Ký hiệu bổ sung Ví dụ danh pháp
1:10.000 Khu đo 60 x 60 6000 x 6000 3600 - 10-738-495
1:5.000 1:10.000 60 x 60 3000 x 3000 900 - 735-487
1:2.000 1:5.000 50 x 50 1000 x 1000 100 (1:9) 735-500-9
1:1.000 1:2.000 50 x 50 500 x 500 25 a, b, c, d 735-500-9-d
1:500 1:2.000 40 x 40 250 x 250 6,25 (1)... -

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu: Thu thập dữ liệu mốc tọa độ, độ cao địa chính, số liệu thống kê tự nhiên, kinh tế - xã hội tại UBND xã Chu Hương; khảo sát thực địa hiện trạng sử dụng đất.
  • Phương pháp thiết lập và đo đạc ngoại nghiệp: Sử dụng công nghệ định vị vệ tinh GNSS đo tĩnh để phát triển lưới khống chế từ các mốc cấp cao; ứng dụng công nghệ đo động thời gian thực (RTK) kết nối trạm Base với máy Rover (cự ly hoạt động trong điều kiện thuận lợi lên đến 12 km) và sổ tay điện tử; sử dụng phương pháp tọa độ cực trên máy toàn đạc điện tử theo công thức: $$X_P = X_{A1} + \Delta X_{A1-P} = X_{A1} + S \cdot \cos(\alpha_{A1-P})$$ $$Y_P = Y_{A1} + \Delta Y_{A1-P} = Y_{A1} + S \cdot \sin(\alpha_{A1-P})$$
  • Phương pháp xử lý số liệu nội nghiệp: Sử dụng phần mềm GPS Trimble và Pronet để tính toán, bình sai lưới khống chế mặt đất; xử lý và chuyển đổi định dạng tệp dữ liệu đo từ đuôi .dat sang .txt thông qua Microsoft Excel.
  • Phương pháp biên tập bản đồ: Sử dụng hệ thống phần mềm nền tảng MicroStation V8i kết hợp ứng dụng chuyên ngành Gcadas Pro và VietMap V8i để triển khai điểm đo, xây dựng mô hình quan hệ không gian (Topology), sửa lỗi đồ họa, tính diện tích thửa đất và gán thông tin thuộc tính quy chủ.

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Đặt vấn đề

Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc bảo vệ, quản lý và sử dụng đất đai hợp lý phục vụ phát triển kinh tế - xã hội; vai trò của công tác cấp Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất theo quy định của pháp luật. Phần này xác lập mục tiêu tổng quát, mục tiêu cụ thể và ý nghĩa thực tiễn của đề tài trong việc củng cố kiến thức chuyên ngành Quản lý đất đai và hỗ trợ công tác quản lý địa phương.

Phần II: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng kết toàn diện cơ sở khoa học và thực tiễn của công tác biên tập bản đồ địa chính:

  • Định nghĩa, tính chất pháp lý, vai trò và mục đích thành lập bản đồ địa chính; phân biệt bản đồ giấy truyền thống và bản đồ số địa chính.
  • Các yếu tố cấu thành nội dung bản đồ: điểm trắc địa, đường ranh giới, thửa đất, thửa đất phụ, lô đất, khu đất/xứ đồng, thôn bản/xóm ấp, đơn vị hành chính xã/phường/thị trấn.
  • Cơ sở toán học: phân tích hệ quy chiếu Gauss-Kruger, UTM và hệ VN-2000; nguyên tắc phân mảnh, quy chuẩn phân lớp (layer), màu sắc, mã ký hiệu.
  • Đặc điểm của các phần mềm chuyên ngành: MicroStation V8i (môi trường đồ họa nền tảng hỗ trợ các module GeoVec, IRAS/B, IRAS/C, MrFlag), Gcadas Pro (tự động hóa biên tập, xử lý cơ sở dữ liệu), VietMap V8i (tính diện tích trực tiếp không cần ngắt thửa).
  • Tổng quan công nghệ đo đạc: phương pháp tọa độ cực, công nghệ định vị vệ tinh GPS/GNSS và kỹ thuật đo động RTK.
  • Yêu cầu kỹ thuật đối với mạng lưới khống chế đường chuyền kinh vĩ theo quy định ngành.

Phần III: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nêu rõ đối tượng, phạm vi không gian (xã Chu Hương, huyện Ba Bể), thời gian (12/2021 – 05/2022) và đơn vị phối hợp thực hiện (Công ty Cổ phần Khảo sát Thiết kế Đo đạc và Bản đồ). Xác định 4 bước quy trình thực hiện dự án từ ngoại nghiệp (khảo sát, thiết kế lưới khống chế, đo chi tiết Base - Rover qua sóng radio ExtraRadio/IntraRadio) đến nội nghiệp (chuyển đổi dữ liệu, bình sai, biên tập bản đồ trên MicroStation V8i và Gcadas Pro, kiểm tra thực địa và in ấn).

Phần IV: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương kết quả tập trung trình bày các số liệu và quy trình kỹ thuật đã thực hiện:

  • Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội xã Chu Hương:
    • Tự nhiên: Tổng diện tích 35,06 km²; tiếp giáp các xã Yên Dương, Hà Hiệu, Đồng Phúc, Mỹ Phương và thị trấn Nà Phặc; có Tỉnh lộ 258 chạy qua. Nhiệt độ trung bình 23,1°C – 24,4°C; chênh lệch nhiệt độ giữa tháng nóng nhất (28,9°C) và tháng lạnh nhất (15,2°C vào ngày 15/01) là 13,7°C; tổng nhiệt độ trên 8000°C; tổng số giờ nắng 1.570 giờ/năm; bức xạ 155 Kcal/cm²; lượng mưa trung bình 2.500 mm/năm (cao nhất tháng 8, thấp nhất tháng 1); độ ẩm trung bình 81% – 82%. Mực nước ngầm sâu từ 5 m đến 20 m; có 3 hồ đập nuôi trồng thủy sản đạt sản lượng khoảng 2 tấn cá/năm; nguồn nước tưới chính từ hệ thống sông suối liên quan sông Thương.
    • Kinh tế - xã hội: Toàn xã có 14 thôn, dân số 3.464 người (theo mốc số liệu thống kê được ghi nhận trong văn bản), mật độ 99 người/km²; lực lượng lao động 2.270 người; các dân tộc gồm Kinh, Nùng, Dao, Tày. Trạm y tế diện tích 2.031 m², quy mô 8 phòng kiên cố với 6 cán bộ y tế (gồm 2 bác sĩ đa khoa, 1 bác sĩ sản nhi, 1 bác sĩ y học cổ truyền, 1 y tá, 1 dược sĩ trung cấp). Tỷ lệ học sinh chuyển cấp đạt 99% (giai đoạn 2015-2017).
  • Thành lập lưới khống chế đo vẽ:
    • Hiện trạng tư liệu cũ: Xã có 75 mảnh bản đồ đo vẽ năm 2007; 14 thôn từng được đo đạc năm 1993.
    • Thiết kế lưới: Lưới địa chính phục vụ đo vẽ gồm 4 điểm địa chính cơ sở và 20 điểm GNSS tạo thành chuỗi tam giác, triển khai từ 3 mốc địa chính cơ sở sẵn có, bình sai bằng phần mềm GPS Trimble và Pronet.
STT Các yếu tố kỹ thuật của lưới đường chuyền Chỉ tiêu quy định kỹ thuật
1 Góc ngoặt đường chuyền $\ge 30^\circ$
2 Số cạnh trong đường chuyền $\le 15$ cạnh
3 Chiều dài tuyến đường chuyền:
- Nối 2 điểm cấp cao
- Từ điểm đầu đến điểm nút / giữa 2 điểm nút
- Chu vi vòng khép
$\le 8\text{ km}$
$\le 5\text{ km}$
$\le 20\text{ km}$
4 Chiều dài cạnh đường chuyền:
- Cạnh dài nhất
- Cạnh ngắn nhất
- Chiều dài trung bình
$\le 1.400\text{ m}$
$\ge 200\text{ m}$
$500 - 700\text{ m}$
5 Sai số trung phương đo góc ($m_\beta$) $\le 5''$
6 Sai số giới hạn khép góc ($f_\beta$) $f_\beta = 2 m_\beta \sqrt{n}$
7 Sai số khép giới hạn tương đối ($f_s / [s]$) $\le 1:25.000$
  • Quy trình ứng dụng MicroStation V8i và Gcadas Pro biên tập tờ bản đồ số 12:
    1. Chuyển đổi dữ liệu: Tệp đo .dat từ máy RTK (ví dụ 07062018.dat) được sao chép và chuyển đổi sang định dạng bảng .txt thông qua phần mềm Excel.
    2. Khởi tạo môi trường: Mở khóa Gcadas Pro trên nền MicroStation V8i $\rightarrow$ chọn mục Hệ thống $\rightarrow$ Kết nối cơ sở dữ liệu $\rightarrow$ Tạo tệp dữ liệu thuộc tính đồ họa tương ứng.
    3. Thiết lập tham số: Thiết lập đơn vị hành chính (Tỉnh: Bắc Kạn; Huyện: Ba Bể; Xã: Chu Hương) $\rightarrow$ Đặt tỷ lệ bản đồ 1:1000 cho tờ số 12 $\rightarrow$ Tạo mới tệp bản vẽ đồ họa định dạng .dgn theo hệ tọa độ VN-2000.
    4. Triển điểm và nối biên: Trút điểm đo từ file .txt lên không gian bản vẽ $\rightarrow$ Thực hiện nối đường ranh giới thửa đất, tim đường, hệ thống thủy văn theo số liệu thực địa.
    5. Tạo cấu trúc Topology và xử lý lỗi đồ họa: Chạy tính năng tạo mô hình Topology nhằm xác lập quan hệ không gian giữa các đối tượng (liền kề, khép góc), tự động phát hiện và chỉnh sửa các lỗi bắt điểm chưa tới (undershoot) hoặc bắt điểm quá (overshoot).
    6. Tính toán diện tích và phân lớp: Chọn lớp đồ họa số 10 tham gia tính diện tích để tự động tính toán diện tích từng thửa đất khép kín.
    7. Gán nhãn quy chủ: Nhập dữ liệu thông tin thuộc tính chủ sử dụng từ tệp bảng tính Excel $\rightarrow$ Khởi chạy chức năng vẽ nhãn thửa tự động và gán thông tin nhãn vào từng thửa đất trên tờ bản đồ số 12.

Phần V: Kết luận và đề nghị

Đánh giá tổng kết mức độ hoàn thành công việc, khẳng định tính khả thi và hiệu quả của việc kết hợp thiết bị đo GNSS/RTK với bộ phần mềm MicroStation V8i và Gcadas Pro trong việc chuẩn hóa bản đồ địa chính cơ sở tại địa phương.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành toàn bộ khối lượng công việc chuyên môn theo kế hoạch, đạt được các kết quả cụ thể:

  • Kết quả đo đạc và biên tập bản đồ: Thiết lập thành công lưới khống chế tọa độ gồm 4 điểm địa chính và 20 điểm GNSS được đo tĩnh và bình sai đạt sai số giới hạn theo quy định; hoàn thành việc đo chi tiết thực địa và biên tập hoàn chỉnh tờ bản đồ địa chính số 12 tỷ lệ 1:1000 tại xã Chu Hương với ranh giới thửa đất rõ ràng, diện tích được tính toán tự động qua lớp đối tượng số 10 trên nền hệ tọa độ quốc gia VN-2000.
  • Đóng góp về mặt giải pháp kỹ thuật: Minh chứng sự tối ưu hóa của quy trình tích hợp giữa máy định vị vệ tinh RTK ngoài ngoại nghiệp và phần mềm Gcadas Pro chạy trên nền MicroStation V8i trong nội nghiệp. Quy trình này cho phép tự động hóa khâu làm sạch dữ liệu hình học (Topology), tính diện tích thửa đất chính xác mà không cần thao tác ngắt thửa thủ công, đồng thời liên kết dữ liệu nhãn quy chủ trực tiếp từ Excel, giúp rút ngắn thời gian xử lý nội nghiệp so với phương pháp truyền thống.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế được ghi nhận trong nghiên cứu:
    • Thiết bị công nghệ GPS và máy RTK có chi phí đầu tư cao; điều kiện địa hình phức tạp, nhiều đồi núi trập trùng tại xã Chu Hương đôi khi gây cản trở tầm nhìn và giới hạn cự ly truyền tín hiệu giữa trạm Base và máy Rover (dưới mức tối đa lý thuyết 12 km).
    • Cơ cấu kinh tế của địa phương chuyển dịch còn chậm; lực lượng lao động đa phần là lao động phổ thông canh tác theo tập quán truyền thống, đòi hỏi công tác điều tra thông tin pháp lý, hiện trạng sử dụng đất ngoài thực địa phải thực hiện cẩn trọng để tránh tranh chấp ranh giới.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Mở rộng quy trình công nghệ đo vẽ RTK kết hợp Gcadas Pro để hoàn thiện đo đạc cho toàn bộ các tờ bản đồ địa chính còn lại trên địa bàn xã Chu Hương và các xã lân cận thuộc huyện Ba Bể.
    • Hoàn thiện việc tích hợp cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính vào hệ thống thông tin đất đai (LIS) để phục vụ công tác cấp Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất và quản lý biến động đất đai thường xuyên.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo thực tế cho:

  • Đối tượng sử dụng: Sinh viên, học viên chuyên ngành Quản lý đất đai, Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ, Địa chính và Quản lý tài nguyên môi trường.
  • Nội dung giá trị nhất:
    1. Quy trình cấu hình kết nối thực địa giữa trạm Base, máy Rover và sổ tay điện tử qua hệ thống sóng radio ExtraRadio/IntraRadio.
    2. Tài liệu hướng dẫn từng bước chi tiết (kèm giao diện đồ họa thực tế) về quy trình xử lý dữ liệu ngoại nghiệp từ định dạng .dat sang .txt và thao tác vận hành phần mềm Gcadas Pro trên nền MicroStation V8i (tạo CSDL thuộc tính, nạp file DGN VN-2000, tạo Topology, lọc lỗi ranh thửa, tính diện tích lớp 10 và liên kết nhãn quy chủ từ Excel).

Câu hỏi thường gặp

1. Tờ bản đồ địa chính số 12 xã Chu Hương được thành lập theo tỷ lệ nào và áp dụng cơ sở toán học gì?
Tờ bản đồ số 12 được thành lập ở tỷ lệ 1:1000. Cơ sở toán học áp dụng là hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia VN-2000, phép chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM (múi chiếu 3°), kinh tuyến trục 106°30' quy định riêng cho tỉnh Bắc Kạn theo Phụ lục 2 Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT. Kích thước khung thể hiện là 50 cm x 50 cm, tương ứng diện tích thực địa 25 ha.

2. Mạng lưới khống chế trắc địa phục vụ đo vẽ mảnh bản đồ số 12 được xây dựng bằng phương pháp nào?
Lưới khống chế được thành lập bằng công nghệ định vị vệ tinh GNSS phương pháp đo tĩnh, phát triển từ 3 mốc địa chính cơ sở sẵn có. Toàn bộ mạng lưới được thiết kế dạng chuỗi tam giác dày đặc gồm 4 điểm địa chính và 20 điểm GNSS (đánh số thứ tự liên tục), được xử lý và bình sai bằng phần mềm GPS Trimble và Pronet.

3. Dữ liệu đo ngoại nghiệp từ máy RTK được chuyển đổi và xử lý như thế nào trước khi đưa vào phần mềm đồ họa?
Dữ liệu thô từ máy RTK lưu dưới định dạng tệp .dat (ví dụ 07062018.dat) được sao chép vào máy tính, sau đó sử dụng phần mềm Microsoft Excel để chuyển đổi sang định dạng bảng mã phân cách .txt. Tệp .txt này sau đó được nạp trực tiếp vào môi trường đồ họa của MicroStation V8i/Gcadas Pro thông qua chức năng trút điểm tọa độ để triển khai các điểm chi tiết lên bản vẽ DGN.

4. Khâu xây dựng cấu trúc Topology trên phần mềm Gcadas Pro có vai trò gì trong việc xử lý bản đồ?
Cấu trúc Topology đóng vai trò chuẩn hóa mô hình dữ liệu không gian, lưu trữ vị trí, hình dạng và mối quan hệ không gian tương hỗ giữa các đối tượng (như tính chất liền kề, khép vùng). Topology giúp tự động hóa việc rà soát, phát hiện và sửa các lỗi biên vẽ (bắt điểm thừa hoặc bắt điểm chưa tới), đồng thời là điều kiện kỹ thuật bắt buộc để phần mềm tính diện tích tự động cho lớp đối tượng số 10 và gán nhãn thuộc tính thửa đất.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Hoàng Văn Tài đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh GNSS/RTK cùng tổ hợp phần mềm MicroStation V8i và Gcadas Pro vào việc thành lập tờ bản đồ địa chính số 12 tỷ lệ 1:1000 tại xã Chu Hương, huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn. Toàn bộ quy trình từ thiết kế lưới khống chế, đo vẽ chi tiết ngoại nghiệp đến xử lý Topology, tính diện tích và gán nhãn quy chủ nội nghiệp đều tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật của Bộ Tài nguyên và Môi trường. Kết quả của đề tài không chỉ cung cấp tài liệu kỹ thuật chuẩn xác phục vụ trực tiếp cho công tác quản lý đất đai tại địa phương mà còn hệ thống hóa thành công một quy trình công nghệ đo vẽ địa chính có giá trị ứng dụng thực tiễn cao.