Tổng quan nghiên cứu

Quản lý đất đai tại các vùng duyên hải luôn đối mặt với nhiều thách thức do tốc độ biến động sử dụng đất diễn ra nhanh chóng, trong khi hệ thống bản đồ địa chính cũ đo đạc bằng phương pháp truyền thống thiếu tính đồng bộ và có độ chính xác chưa cao. Cụm 04 xã ven biển huyện Quảng Xương, tỉnh Thanh Hóa gồm xã Quảng Hải, xã Quảng Lưu, xã Quảng Lộc và xã Quảng Thái có tổng diện tích tự nhiên 2.111,18 ha, nằm trong khoảng tọa độ từ 19°39’01” đến 19°42’54” vĩ độ Bắc và 105°47’42” đến 105°51’00” kinh độ Đông. Địa hình khu vực bị chia cắt phức tạp bởi hệ thống sông Rào, sông Chìm, các cồn cát cao từ 0,9 m đến 6,9 m và dải rừng phi lao phòng hộ, gây cản trở lớn cho các phương pháp đo ngắm quang học truyền thống.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là ứng dụng công nghệ hệ thống định vị toàn cầu GPS để thiết kế, thi công và bình sai mạng lưới 21 điểm khống chế địa chính mới, liên kết với 3 điểm địa chính cơ sở hạng cao sẵn có trên địa bàn gồm các điểm số hiệu 208466, 220426 và 220402. Công trình được thực hiện trong khung thời gian từ tháng 6 năm 2015 đến tháng 5 năm 2016. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở toán học chuẩn xác với sai số vị trí điểm yếu nhất đạt ± 0,6 cm, phục vụ trực tiếp cho công tác thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ lớn từ 1/1.000 đến 1/5.000, đồng thời giúp giảm hơn 30% chi phí và rút ngắn 45% thời gian thi công ngoài thực địa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết định vị vệ tinh viễn thám không gian và lý thuyết bề mặt quy chiếu trắc địa hiện đại. Trọng tâm của phương pháp là kỹ thuật định vị tương đối sử dụng trị đo pha sóng tải L1 ở tần số 1575,42 MHz. Để loại trừ các nguồn sai số do đồng hồ vệ tinh, đồng hồ máy thu và môi trường truyền dẫn, mô hình toán học sử dụng các thuật toán sai phân bậc một, sai phân bậc hai và sai phân bậc ba, cho phép xác định chính xác vector cạnh baseline và giải quyết triệt để ẩn số đa trị nguyên.

Về cơ sở toán học, nghiên cứu áp dụng Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ Quốc gia VN-2000 theo quy chuẩn tại Thông tư số 973/2001/TT-TCĐC. Khung quy chiếu sử dụng Ellipsoid WGS-84 toàn cầu được định vị phù hợp với lãnh thổ Việt Nam với bán trục lớn a = 6.378.137,0 m và độ dẹt f = 1:298,257223563. Phép chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM múi chiếu 3 độ với kinh tuyến trục 105°00’00” được sử dụng để giảm thiểu tối đa độ biến dạng chiều dài. Ba khái niệm nền tảng xuyên suốt bao gồm: Độ suy giảm độ chính xác vị trí không gian (PDOP), Điểm địa chính cơ sở (ĐCCS) và Thuật toán bình sai gián tiếp theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp nguồn dữ liệu thứ cấp và dữ liệu sơ cấp thực nghiệm. Dữ liệu thứ cấp bao gồm hệ thống bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25.000, bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Quảng Xương năm 2015, dữ liệu tọa độ gốc của 3 điểm ĐCCS và hệ thống văn bản quy phạm pháp luật như Luật Đất đai năm 2013, Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT và Thông tư số 05/2009/TT-BTNMT. Dữ liệu sơ cấp được thu thập thông qua 12 ca đo GPS tĩnh ngoài thực địa bằng tổ hợp 6 máy thu vệ tinh 1 tần số Trimble 4600LS.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 21 điểm mốc địa chính thiết kế mới kết hợp với 3 điểm gốc hạng cao, tạo thành mạng lưới 24 điểm khống chế phủ trùm diện tích 2.111,18 ha. Phương pháp chọn mẫu tuân thủ nghiêm ngặt định mức khống chế 1 điểm/100 ha, trong đó xã Quảng Hải bố trí 4 điểm, xã Quảng Lưu 7 điểm, xã Quảng Lộc 5 điểm và xã Quảng Thái 5 điểm. Các vị trí chọn điểm bảo đảm góc mở bầu trời trên 150 độ và cách xa nguồn nhiễu điện từ trên 500 m. Lý do lựa chọn thuật toán bình sai số bình phương nhỏ nhất trên phần mềm Compass của hãng Huace X20 và biên tập 7 bảng tọa độ bằng DPSurvey là nhờ khả năng xử lý tự động các phương trình trị đo thừa, loại bỏ sai số thô và mang lại ma trận hiệp phương sai tối ưu nhất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã thiết lập hoàn chỉnh mạng lưới 21 điểm địa chính ký hiệu từ ĐC-QX-01 đến ĐC-QX-21 trên địa bàn 4 xã ven biển. Chiều dài các cạnh đo trong lưới phân bố linh hoạt, trong đó cạnh dài nhất đạt 2.574,66 m nối giữa điểm QX11 và QX18, cạnh ngắn nhất đạt 332,45 m nối giữa điểm QX13 và QX15, đáp ứng hoàn hảo yêu cầu thông hướng từng cặp điểm cho công tác đo chi tiết.

Thứ hai, độ chính xác vị trí điểm đạt mức vượt trội so với tiêu chuẩn ngành. Kết quả tính toán bình sai cho thấy sai số vị trí điểm yếu nhất đạt ± 0,6 cm, sai số trung phương vị trí điểm trung bình chỉ dao động từ ± 0,3 cm đến ± 0,5 cm. So với ngưỡng sai số cho phép không vượt quá ± 5,0 cm được quy định tại Thông tư 25/2014/TT-BTNMT, độ chính xác thực tế đạt được cao hơn tiêu chuẩn tới hơn 88%.

Thứ ba, các chỉ tiêu kỹ thuật về hình học và vector baseline đều đạt độ tin cậy rất cao. Cụ thể, sai số khép tương đối tam giác đạt 1/151.116, sai số trung phương tương đối cạnh đạt 1/75.626, sai số trung phương tuyệt đối cho các cạnh dưới 400 m chỉ là ± 0,010 m, sai số trung phương phương vị đạt 3,52 giây góc và tỷ số phương sai Ratio kiểm tra độ tin cậy đều đạt trên 1,5.

Thứ tư, việc ứng dụng công nghệ GPS tĩnh giúp nâng cao năng suất thi công rõ rệt. So với phương pháp đo đường chuyền cấp 2 truyền thống, thời gian thực hiện ngoài thực địa giảm 45% và chi phí nhân công giảm khoảng 30%, khắc phục hoàn toàn rào cản chia cắt của địa hình duyên hải.

Thảo luận kết quả

Độ chính xác cao của mạng lưới bắt nguồn từ việc kiểm soát chặt chẽ các chỉ tiêu kỹ thuật trong giai đoạn lập lịch đo và quan sát vệ tinh. Module Planning của phần mềm Trimble Business Center giúp ấn định thời gian đo 60 phút mỗi ca với số lượng vệ tinh quan sát luôn đạt từ 6 đến 8 vệ tinh, ngưỡng góc cao trên 15 độ và chỉ số PDOP luôn duy trì dưới 4,0. Nhờ khoảng cách giữa các trạm đo dưới 10 km, việc sử dụng máy thu 1 tần số Trimble 4600LS kết hợp mô hình sai phân bậc hai đã loại trừ được hầu hết ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu.

Các dữ liệu thực nghiệm có thể được tổng hợp trực quan qua bảng so sánh 7 chỉ tiêu kỹ thuật GPS và biểu đồ phân bố sai số không gian 3D, minh chứng cho sự đồng đều về độ chính xác trên toàn bộ phạm vi 2.111,18 ha. Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các nghiên cứu phát triển mạng lưới trắc địa vệ tinh tại Singapore và Liên bang Nga, đồng thời khẳng định tính khả thi vượt bậc của công nghệ định vị vệ tinh khi triển khai tại các vùng địa hình ven biển phức tạp tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, mở rộng ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu GPS/GNSS để thiết lập đồng bộ mạng lưới địa chính trên toàn bộ 29 xã và thị trấn của huyện Quảng Xương, hướng tới mục tiêu phủ kín 100% diện tích đất tự nhiên trong giai đoạn 2016 - 2020. Chủ thể thực hiện là Ủy ban nhân dân huyện Quảng Xương phối hợp với Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thanh Hóa.

Thứ hai, chuẩn hóa quy trình xử lý dữ liệu tự động bằng cách tích hợp chuỗi phần mềm chuyên dụng gồm Trimble Business Center, Compass và DPSurvey, nhằm cắt giảm 50% thời gian biên tập hồ sơ kỹ thuật và hoàn thành chuyển giao công nghệ cho cán bộ địa phương trong năm 2017. Chủ thể chủ trì là Phòng Đo đạc và Bản đồ thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thanh Hóa.

Thứ ba, xây dựng cơ chế quản lý và bảo vệ mốc địa chính kiên cố bằng bê tông mác 200 có tường vây bảo vệ theo đúng quy cách tại Phụ lục số 06 của Thông tư 25/2014/TT-BTNMT, bảo đảm tỷ lệ mốc nguyên vẹn đạt trên 98% sau 5 năm bàn giao trong giai đoạn 2016 - 2021. Trách nhiệm quản lý trực tiếp thuộc về Ủy ban nhân dân 4 xã ven biển gồm Quảng Hải, Quảng Lưu, Quảng Lộc và Quảng Thái.

Thứ tư, nâng cấp trang thiết bị đo đạc từ máy thu 1 tần số sang máy thu GNSS đa tần số tích hợp công nghệ trạm tham chiếu hoạt động liên tục CORS và kỹ thuật đo động RTK, nhằm đạt độ chính xác định vị thời gian thực dưới 2 cm từ năm 2018 trở đi. Chủ thể thực hiện là các doanh nghiệp tư vấn khảo sát trắc địa phối hợp với các cơ quan quản lý đất đai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất là các cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường như Sở Tài nguyên và Môi trường, Văn phòng Đăng ký đất đai và Phòng Tài nguyên và Môi trường cấp huyện. Tài liệu này cung cấp luận cứ khoa học, các chỉ tiêu định mức kinh tế kỹ thuật và mẫu biểu chuẩn 7 bảng GPS để thẩm định, phê duyệt và nghiệm thu các dự án đo đạc lập bản đồ địa chính.

Nhóm thứ hai là các kỹ sư trắc địa, chuyên viên kỹ thuật và doanh nghiệp tư vấn đo đạc bản đồ. Luận văn là cẩm nang thực hành chi tiết về quy trình lập lịch đo, phương pháp xử lý baseline bằng Compass, kỹ thuật thi công mốc bê tông mác 200 và kinh nghiệm khắc phục tình trạng che khuất tín hiệu tại các vùng ven biển.

Nhóm thứ ba là cán bộ địa chính xã và chính quyền cơ sở tại 4 xã khu đo cùng các địa phương có điều kiện tương tự. Việc nắm vững hệ thống mốc tọa độ chính xác cao giúp giải quyết dứt điểm các vụ việc tranh chấp ranh giới thửa đất, phục vụ công tác bồi thường giải phóng mặt bằng và lập quy hoạch sử dụng đất cấp xã.

Nhóm thứ tư là giảng viên, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Quản lý đất đai, Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ và Địa tin học. Công trình là tài liệu tham khảo học thuật giá trị về ứng dụng công nghệ viễn thám vệ tinh kết hợp hệ quy chiếu VN-2000 theo chuẩn quy định hiện hành.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nghiên cứu lại lựa chọn máy thu GPS 1 tần số Trimble 4600LS thay vì máy thu 2 tần số? Trong phạm vi khu đo có bán kính dưới 10 km với chiều dài cạnh tối đa 2.574,66 m, tín hiệu truyền từ vệ tinh tới các máy thu đi qua cùng một môi trường khí quyển. Sai số tầng điện ly được triệt tiêu hoàn toàn thông qua phương pháp đo tương đối và sai phân pha sóng tải. Máy thu 1 tần số bảo đảm sai số vị trí điểm chỉ ± 0,6 cm trong khi tiết kiệm trên 40% chi phí đầu tư thiết bị.

Mật độ thiết kế 100 ha cho một điểm mốc địa chính được căn cứ trên cơ sở quy chuẩn nào? Quy chuẩn thiết kế được căn cứ theo Khoản 8 Điều 5 Thông tư 25/2014/TT-BTNMT quy định mật độ khống chế đo vẽ trực tiếp cho bản đồ tỷ lệ 1/1.000 và 1/2.000 là 100 đến 150 ha/điểm. Với đặc điểm địa hình ven biển 2.111,18 ha bị chia cắt bởi sông ngòi và cồn cát, mật độ 100 ha/điểm là giải pháp tối ưu nhằm bảo đảm tầm nhìn phát triển lưới đo chi tiết.

Chỉ số sai số vị trí điểm yếu nhất đạt ± 0,6 cm có ý nghĩa kỹ thuật như thế nào? Theo quy định ngành trắc địa địa chính, sai số vị trí điểm khống chế không được vượt quá ± 5,0 cm đối với khu vực đất nông nghiệp và đô thị. Kết quả đạt ± 0,6 cm chứng minh độ chính xác thực tế cao hơn tiêu chuẩn tới hơn 88%, loại trừ hoàn toàn nguy cơ sai lệch tích lũy khi triển khai đo vẽ ranh giới thửa đất chi tiết.

Tỷ số phương sai Ratio trên 1,5 trong quá trình bình sai cạnh phản ánh điều gì? Tỷ số Ratio là đại lượng thống kê dùng để kiểm định độ tin cậy của việc giải ẩn số đa trị nguyên pha sóng tải L1. Khi Ratio đạt trên 1,5 (trong nghiên cứu đạt từ 1,5 đến 3,0), lời giải vector baseline được xác nhận ở trạng thái cố định (Fixed) với độ tin cậy trên 99%, bảo đảm loại bỏ hoàn toàn các trị đo sai lệch thô.

Làm thế nào để khắc phục hiện tượng che khuất tín hiệu vệ tinh do rừng phi lao ven biển? Nghiên cứu áp dụng quy trình chọn điểm thực địa nghiêm ngặt tại các vị trí thoáng đãng với góc mở bầu trời tối thiểu 150 độ, cách xa tán cây trên 50 m. Đồng thời, việc sử dụng module Planning của phần mềm TBC giúp chọn khung giờ đo có 6 đến 8 vệ tinh phân bố tối ưu với chỉ số PDOP dưới 4,0.

Kết luận

  • Hoàn thành thiết kế, chôn mốc và đo nối chính xác mạng lưới 21 điểm địa chính liên kết với 3 điểm gốc ĐCCS trên diện tích 2.111,18 ha thuộc 4 xã ven biển huyện Quảng Xương.
  • Đạt độ chính xác mặt bằng vượt trội với sai số vị trí điểm yếu nhất là ± 0,6 cm, sai số tương đối cạnh 1/75.626 và sai số cạnh ngắn dưới 400 m đạt ± 0,010 m.
  • Chứng minh tính ưu việt của công nghệ GPS tĩnh khi giúp cắt giảm 45% thời gian và tiết kiệm 30% chi phí thi công so với phương pháp đường chuyền truyền thống.
  • Cung cấp hệ thống cơ sở dữ liệu tọa độ chuẩn VN-2000 phục vụ kịp thời cho công tác đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1/1.000 đến 1/5.000 và cấp Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất.
  • Kế hoạch giai đoạn 2016 - 2020 nhân rộng toàn diện mô hình cho 29 xã, thị trấn toàn huyện và đề nghị các cơ quan chuyên môn đưa ngay quy trình kỹ thuật này vào thực tiễn quản lý đất đai.