Luận văn nghiên cứu ứng dụng mô hình dem xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa hình phục vụ công tác định hướng phát triển nông nghiệp huyện định hóa tỉnh thái nguyên

Luận văn nghiên cứu ứng dụng mô hình DEM trong xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình phục vụ phát triển nông nghiệp huyện Định Hóa, Thái Nguyên.

• Tác giả: Trần Anh Vũ
• Người hướng dẫn: Th.S Trương Thành Nam
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Địa chính môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Mô Hình DEM Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu Nền Địa Hình Phục Vụ Công Tác Định Hướng Phát Triển Nông Nghiệp Huyện Định Hóa, Tỉnh Thái Nguyên
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu tổng quát
• 1.3. Mục tiêu cụ thể
• 1.4. Ý nghĩa của đề tài
• 1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và Nghiên cứu khoa học
• 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về GIS - Geographic Information System
• 2.2. Khái niệm về Hệ thống thông tin địa lý
• 2.3. Các thành phần cơ bản của một Hệ thống thông tin địa lý
• 2.4. Cơ sở dữ liệu (CSDL)
• 2.5. Các tiêu chuẩn của một cơ sở dữ liệu
• 2.6. Phần mềm Mapinfo
• 2.7. Các dữ liệu trong Mapinfo
• 2.8. Cách tổ chức thông tin trong Mapinfo
• 2.9. Khái quát mô hình số độ cao Digital Elevation Model- DEM
• 2.10. Module Vertical Mapper
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành
• 3.2.1. Địa điểm nghiên cứu
• 3.2.2. Thời gian tiến hành
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Đặc điểm tự nhiên huyện Định Hóa
• 3.5. Xây dựng bản đồ độ dốc huyện Định Hóa – tỉnh Thái Nguyên
• 3.6. Kết quả đạt được và ứng dụng
• 3.7. Phương pháp nghiên cứu
• 3.7.1. Phương pháp thu thập số liệu
• 3.7.2. Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ
• 3.7.3. Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
• 3.7.4. Phương pháp chuyên gia
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Đặc điểm tự nhiên huyện Định Hóa
• 4.1.1. Vị trí địa lý
• 4.1.2. Địa hình, địa mạo
• 4.1.3. Thảm thực vật
• 4.2. Điều kiện kinh tế - xã hội huyện Định Hóa - tỉnh Thái Nguyên
• 4.2.1. Điều kiện kinh tế
• 4.2.2. Điều kiện văn hoá xã hội
• 4.2.3. Nhận xét chung về điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội
• 4.3. Hiện trạng sử dụng đất và hiệu quả sử dụng các loại hình sử dụng đất
• 4.4. Xây dựng bản đồ độ dốc huyện Định Hóa – tỉnh Thái Nguyên
• 4.4.1. Thu thập và xử lý số liệu
• 4.4.2. Phân tích và nội suy bản đồ độ dốc huyện Định Hóa – tỉnh Thái Nguyên
• 4.4.3. Tạo chuyên đề về độ dốc
• 4.4.4. Tạo cơ sở dữ liệu
• 4.4.5. Biên tập và kiểm tra
• 4.5. Kết quả đạt được và ứng dụng
• 4.5.1. Xây dựng Cơ sở dữ liệu bản đồ độ dốc
• 4.5.2. Ứng dụng cơ sở dữ liệu bản đồ độ dốc phục vụ quản lý và cung cấp thông tin
• 4.5.3. So sánh, đánh giá bản đồ độ dốc
• 4.5.4. Ứng dụng bản đồ độ dốc trong phát triển nông lâm nghiệp Huyện Định Hóa – Tỉnh Thái Nguyên
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• appendix.1. Tài liệu trong nước
• appendix.2. Tài liệu nước ngoài

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Luận văn này nghiên cứu ứng dụng mô hình DEM để xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa hình phục vụ cho việc định hướng phát triển nông nghiệp tại huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên. Trong bối cảnh hiện nay, việc quản lý và phát triển bền vững nông nghiệp đòi hỏi phải có thông tin chính xác về địa hình. Các mô hình số độ cao (DEM) cung cấp một phương tiện hiệu quả để phân tích địa hình, từ đó hỗ trợ cho việc quy hoạch và sử dụng đất. Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng một cơ sở dữ liệu địa hình chi tiết, từ đó giúp các nhà hoạch định chính sách đưa ra quyết định đúng đắn trong việc phát triển nông nghiệp tại địa phương.

1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của luận văn là ứng dụng mô hình DEM trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa hình phục vụ cho sự phát triển nông nghiệp huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên. Cụ thể, nghiên cứu sẽ tìm hiểu điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội khu vực nghiên cứu và xây dựng cơ sở dữ liệu độ dốc từ hệ thống dữ liệu độ cao toàn cầu ASTER GDEM. Đánh giá cơ sở dữ liệu độ dốc cũng là một phần quan trọng trong mục tiêu nghiên cứu này.

II. Tổng quan tài liệu

Phần này trình bày tổng quan về Hệ thống thông tin địa lý (GIS) và mô hình số độ cao (DEM). GIS là công nghệ cho phép tích hợp và phân tích thông tin không gian, giúp đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu địa lý. Mô hình DEM được sử dụng để biểu diễn độ cao địa hình, cung cấp thông tin cần thiết cho việc lập bản đồ độ dốc và phân tích địa hình. Các ứng dụng của DEM bao gồm thiết kế quy hoạch đất đai, quản lý tài nguyên thiên nhiên và phát triển nông nghiệp. Nghiên cứu cũng xem xét các phần mềm như MapInfo và Vertical Mapper, cho thấy sự cần thiết của việc sử dụng công nghệ trong quản lý tài nguyên.

2.1 Khái niệm về GIS

GIS là một hệ thống bao gồm các thành phần như phần cứng, phần mềm, dữ liệu và con người. Nó cho phép thu thập, lưu trữ, phân tích và trình bày thông tin không gian. Theo Burroughs, GIS là tập hợp các công cụ cho việc thu thập, lưu trữ và chuyển đổi dữ liệu không gian nhằm giải quyết các bài toán ứng dụng. Sự phát triển của công nghệ thông tin đã làm cho GIS trở thành một công cụ không thể thiếu trong quản lý tài nguyên.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp thu thập và xử lý số liệu để xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ độ dốc. Các phương pháp này bao gồm thu thập dữ liệu từ các nguồn khác nhau, xử lý và phân tích dữ liệu bằng phần mềm MapInfo. Ngoài ra, phương pháp chuyên gia được áp dụng để đánh giá và kiểm tra độ chính xác của dữ liệu. Việc sử dụng mô hình DEM giúp tối ưu hóa quy trình xây dựng bản đồ, từ đó tạo ra cơ sở dữ liệu có độ tin cậy cao, phục vụ cho việc phát triển nông nghiệp tại huyện Định Hóa.

3.1 Thu thập số liệu

Dữ liệu được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các bản đồ địa hình, số liệu từ ASTER GDEM và các tài liệu nghiên cứu trước đó. Việc tổ chức và lưu trữ dữ liệu được thực hiện theo tiêu chuẩn của một cơ sở dữ liệu, nhằm đảm bảo tính chính xác và dễ dàng truy xuất. Phương pháp này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả trong việc xây dựng bản đồ độ dốc.

IV. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng mô hình DEM trong xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa hình đã mang lại nhiều lợi ích trong việc định hướng phát triển nông nghiệp. Cơ sở dữ liệu độ dốc được xây dựng không chỉ cung cấp thông tin cần thiết cho việc quy hoạch đất đai mà còn hỗ trợ cho việc quản lý tài nguyên hiệu quả hơn. Các bản đồ độ dốc được tạo ra giúp cho các nhà hoạch định chính sách có cái nhìn tổng quan về điều kiện tự nhiên của huyện Định Hóa, từ đó đưa ra các quyết định phù hợp.

4.1 Ứng dụng trong phát triển nông nghiệp

Cơ sở dữ liệu độ dốc có thể được sử dụng để xác định các khu vực phù hợp cho việc trồng trọt, từ đó tối ưu hóa việc sử dụng đất. Sự kết hợp giữa công nghệ thông tin và nông nghiệp thông minh giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Việc sử dụng bản đồ độ dốc cũng hỗ trợ trong việc dự đoán các rủi ro liên quan đến thiên tai, từ đó có biện pháp ứng phó kịp thời.

V. Kết luận và đề nghị

Luận văn đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng mô hình DEM trong xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa hình phục vụ phát triển nông nghiệp tại huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên. Các kết quả đạt được không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn mang tính thực tiễn cao, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên đất đai. Đề nghị tiếp tục nghiên cứu và mở rộng ứng dụng của DEM trong các lĩnh vực khác như quy hoạch đô thị và bảo vệ môi trường.

5.1 Đề nghị nghiên cứu tiếp theo

Cần mở rộng nghiên cứu về ứng dụng của mô hình DEM trong các lĩnh vực khác như quy hoạch đô thị và bảo vệ môi trường. Việc tiếp tục phát triển các phần mềm và công cụ hỗ trợ cho việc phân tích dữ liệu địa lý sẽ giúp nâng cao hiệu quả trong quản lý tài nguyên và phát triển bền vững.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Bối cảnh và thực trạng quản lý đất dốc nông nghiệp

Đất đai là nguồn tài nguyên tự nhiên hữu hạn và là tư liệu sản xuất đặc biệt không thể thay thế trong nông - lâm nghiệp. Tại Việt Nam, địa hình đồi núi chiếm tới hơn 74% tổng diện tích tự nhiên, đóng vai trò sống còn đối với an ninh lương thực, bảo vệ đầu nguồn và phát triển kinh tế sinh thái. Huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên có tổng diện tích tự nhiên là 51.351,88 ha, trong đó nhóm đất nông - lâm nghiệp chiếm tới 47.742,41 ha (92,97%). Địa hình huyện mang đặc trưng chuyển tiếp vùng núi Đông Bắc, thấp dần từ Bắc xuống Nam và phân hóa thành 3 tiểu vùng rõ rệt với cấu trúc đồi gò, thung lũng xen lẫn núi đá vôi phức tạp.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                     ĐẶC ĐIỂM CƠ CẤU ĐẤT ĐAI HUYỆN ĐỊNH HÓA                       |
+------------------------------------+----------------------------------------------+
| Tổng diện tích tự nhiên            | 51.351,88 ha (100,00%)                       |
| Đất nông - lâm nghiệp              | 47.742,41 ha (92,97%)                        |
| Đất phi nông nghiệp                | 3.293,95 ha (6,41%)                          |
| Đất chưa sử dụng                   | 315,52 ha (0,61%)                            |
| Tỷ lệ che phủ rừng                 | Đạt 56,00% (Sản lượng khai thác: 14.000 m3)  |
| Đơn vị hành chính quản lý          | 24 xã và thị trấn (70% dân tộc thiểu số)     |
+------------------------------------+----------------------------------------------+

Thực trạng canh tác tại địa phương đang đối mặt với những thách thức nghiêm trọng:

• Xói mòn và rửa trôi tầng mặt: Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1.825 mm đến 2.270 mm, tập trung 80 - 85% vào mùa mưa (tháng 5 đến tháng 10), gây bào mòn mạnh lớp đất mặt giàu dinh dưỡng trên các sườn dốc thiếu thảm phủ.
• Hạn hán cục bộ mùa khô: Mùa khô kéo dài từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau với lượng mưa chỉ chiếm 10 - 20%, đất dốc mất khả năng giữ nước dẫn đến suy thoái và chua hóa đất.
• Quy hoạch định tính, thiếu cơ sở số liệu: Bố trí cơ cấu cây trồng chủ yếu dựa trên tập quán truyền thống, thiếu các bản đồ chuyên đề định lượng độ dốc chi tiết, gây lãng phí quỹ đất gò đồi và tăng nguy cơ sạt lở.

                    MÙA MƯA (T5 - T10)                       MÙA KHÔ (T11 - T4)
                  [Lượng mưa: 80 - 85%]                    [Lượng mưa: 10 - 20%]
                            |                                        |
                            v                                        v
               Xói mòn, rửa trôi tầng mặt                 Hạn hán, suy thoái đất
                            \                                       /
                             v                                     v
                       +-----------------------------------------------+
                       | NGUY CƠ: Mất khả năng canh tác, hoang hóa đất |
                       +-----------------------------------------------+

Vấn đề kỹ thuật (Problem Statement)

Phương pháp thành lập bản đồ độ dốc truyền thống dựa trên đo vẽ thủ công từ bản đồ địa hình giấy hoặc nội suy đường đồng mức bằng mắt thường bộc lộ nhiều hạn chế:

1. Tốn kém nhân lực và thời gian: Quá trình trích xuất độ cao từ bản đồ giấy cho khu vực rộng trên 51.000 ha đòi hỏi hàng trăm giờ làm việc.
2. Sai số tích lũy lớn: Phụ thuộc vào kỹ năng đo đạc thủ công, dễ bỏ sót các biến thiên vi địa hình cục bộ.
3. Thiếu khả năng liên kết dữ liệu không gian - thuộc tính: Khó tích hợp với các hệ thống phân tích đa chỉ tiêu (Multi-Criteria Evaluation) để hỗ trợ ra quyết định phân vùng cây trồng.

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể

1. Hệ thống hóa điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội: Thu thập và chuẩn hóa toàn bộ dữ liệu hiện trạng sử dụng đất của 24 xã/thị trấn huyện Định Hóa.
2. Xây dựng mô hình DEM và bản đồ độ dốc: Ứng dụng nguồn dữ liệu viễn thám độ cao số toàn cầu ASTER GDEM (độ phân giải không gian 30m) để mô hình hóa bề mặt địa hình 3D.
3. Phân cấp và cấu trúc CSDL độ dốc: Tự động phân loại độ dốc thành 5 cấp tiêu chuẩn theo quy phạm kỹ thuật nông nghiệp: Cấp I ($< 8^\circ$), Cấp II ($8^\circ - 15^\circ$), Cấp III ($15^\circ - 20^\circ$), Cấp IV ($20^\circ - 25^\circ$), Cấp V ($> 25^\circ$).
4. Định hướng quy hoạch nông - lâm nghiệp: Đề xuất phân vùng không gian thích nghi cho 9 loại hình sử dụng đất (Land Use Types - LUT) dựa trên cơ sở dữ liệu nền địa hình được thiết lập.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng và so sánh phương pháp

Tiêu chí kỹ thuật	Phương pháp truyền thống (Nội suy thủ công)	Khảo sát thực địa (GPS/Toàn đạc điện tử)	Giải pháp nghiên cứu (ASTER GDEM + GIS)
Nguồn dữ liệu đầu vào	Bản đồ giấy, đường đồng mức Scan	Điểm đo trắc địa mặt đất	ASTER GDEM v2 (Raster 30m x 30m)
Công cụ xử lý chính	Compa, thước đo độ dốc thủ công	Máy toàn đạc, AutoCAD	Global Mapper v18 + MapInfo + Vertical Mapper
Thời gian thực hiện (500 $km^2$)	4 - 6 tuần	3 - 6 tháng	2 - 4 giờ xử lý thuật toán
Độ chính xác hình thái 3D	Thấp, khái quát hóa cao	Rất cao tại điểm đo, rời rạc	Cao, liên tục trên toàn bộ bề mặt
Khả năng cập nhật/mở rộng	Rất khó, phải vẽ lại toàn bộ	Tốn kém chi phí khảo sát lại	Linh hoạt, tự động hóa quy trình tái lập
Chi phí triển khai	Trung bình (nhân công cao)	Rất cao	Thấp (sử dụng dữ liệu mở và GIS tối ưu)

Yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

• Must Have: Nhập và chuyển đổi tọa độ ASTER GDEM sang chuẩn VN-2000; Nội suy lưới độ dốc liên tục (Grid surface); Phân loại tự động 5 cấp độ dốc; Xuất thuộc tính sang bảng MapInfo (.TAB).
• Should Have: Chồng xếp không gian với ranh giới hành chính 24 xã; Truy vấn diện tích theo từng cấp dốc và đơn vị hành chính; Tích hợp phân tích 9 loại hình LUT.
• Could Have: Xuất mô hình hiển thị không gian 3D trực quan; Tích hợp thuật toán tính lưu vực dòng chảy mặt.
• Won't Have: Xử lý bề mặt vi địa hình thời gian thực dưới 1m (yêu cầu dữ liệu LiDAR/UAV).

Thiết kế kiến trúc xử lý dữ liệu không gian

flowchart TD
    A[ASTER GDEM 30m / GeoTIFF] --> B[Global Mapper: Cắt ranh giới huyện & Chuyển đổi định dạng]
    B --> C[Vertical Mapper: Tạo tệp địa hình Grid .grd]
    C --> D[Thuật toán Spatial Analysis: Tính ma trận Gradient]
    D --> E[Reclassify: Phân loại 5 cấp độ dốc]
    E --> F[Vectorization: Chuyển đổi Polygrid sang Vector Polygon]
    F --> G[MapInfo Pro: Xây dựng CSDL không gian & thuộc tính]
    G --> H[Không gian hóa 9 loại hình LUT & Định hướng nông nghiệp]

Cấu trúc cơ sở dữ liệu thuộc tính và không gian

Hệ thống quản lý dữ liệu bản đồ độ dốc huyện Định Hóa được chuẩn hóa trên môi trường MapInfo Professional với định dạng bảng bao gồm 5 tệp thành phần:

• .TAB: Tệp liên kết và cấu trúc bảng (Table schema definition).
• .DAT: Tệp dữ liệu thuộc tính dạng bảng (Attribute tabular data).
• .MAP: Tệp lưu trữ đối tượng đồ họa không gian (Spatial vector geometries).
• .ID: Tệp chỉ mục liên kết giữa bản ghi thuộc tính và đối tượng đồ họa.
• .IND: Tệp chỉ mục hỗ trợ truy vấn thuộc tính (Spatial/Attribute Index).

Cấu trúc bảng CSDL bản đồ độ dốc (CSDL_DODOC_DINHHOA.TAB)

-- Cấu trúc schema bảng dữ liệu phân cấp độ dốc trên MapInfo
CREATE TABLE CSDL_DODOC_DINHHOA (
    ID_Polygon Integer NOT NULL,
    Ma_Xa Char(10) NOT NULL,
    Ten_Xa Char(50) NOT NULL,
    Cap_DoDoc SmallInt NOT NULL,       -- Cấp I đến V
    Khoang_DoDoc Char(20) NOT NULL,    -- '< 8 do', '8 - 15 do', ...
    DienTich_ha Decimal(12, 4),        -- Diện tích tính toán tự động (ha)
    LoaiHinh_LUT Char(50),             -- Định hướng LUT thích hợp
    TieuVung SmallInt                  -- Phân vùng sinh thái (1, 2 hoặc 3)
);
CREATE INDEX Idx_MaXa ON CSDL_DODOC_DINHHOA (Ma_Xa);
CREATE INDEX Idx_CapDoDoc ON CSDL_DODOC_DINHHOA (Cap_DoDoc);

---

Implementation và kết quả

Quy trình công nghệ và giải thuật phân tích độ dốc

Thuật toán xác định độ dốc trong module Vertical Mapper dựa trên ma trận cửa sổ chuyển động $3 \times 3$ (Moving Window) bao quanh điểm pixel trung tâm $(e)$:

$$\begin{bmatrix} a & b & c \ d & e & f \ g & h & i \end{bmatrix}$$

Độ dốc (Slope) theo độ ($^\circ$) được tính toán thông qua gradient bậc nhất theo hai hướng trục $X$ và $Y$:

$$\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{(c + 2f + i) - (a + 2d + g)}{8 \cdot \Delta x}$$

$$\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{(g + 2h + i) - (a + 2b + c)}{8 \cdot \Delta y}$$

$$\text{Slope}_{\text{degrees}} = \arctan\left(\sqrt{\left(\frac{\partial z}{\partial x}\right)^2 + \left(\frac{\partial z}{\partial y}\right)^2}\right) \times \frac{180}{\pi}$$

                MA TRẬN ĐỘ CAO 3x3                     GRADIENT & ĐỘ DỐC
              +-----+-----+-----+
              |  a  |  b  |  c  |           dz/dx = [(c+2f+i) - (a+2d+g)] / (8*dx)
              +-----+-----+-----+           dz/dy = [(g+2h+i) - (a+2b+c)] / (8*dy)
              |  d  |  e  |  f  |  =======> 
              +-----+-----+-----+           Slope = arctan(sqrt((dz/dx)^2 + (dz/dy)^2))
              |  g  |  h  |  i  |
              +-----+-----+-----+

Quy trình trích xuất và tính toán tự động bằng MapBasic / SQL

' Trích xuất và tổng hợp diện tích từng cấp độ dốc theo từng đơn vị hành chính xã
SELECT 
    Ten_Xa,
    Cap_DoDoc,
    Khoang_DoDoc,
    Sum(Area(obj, "hectare")) As "DienTich_TinhToan_ha"
FROM 
    Bando_DoDoc_DinhHoa
GROUP BY 
    Ten_Xa, Cap_DoDoc
ORDER BY 
    Ten_Xa, Cap_DoDoc
INTO ThongKe_DoDoc_TheoXa;

' Truy vấn lọc các vùng đất có độ dốc Cấp I và Cấp II để bố trí cây lúa và cây công nghiệp ngắn ngày
SELECT 
    Ten_Xa, Sum(DienTich_ha) As "DienTich_ThuanLoi_ha"
FROM 
    CSDL_DODOC_DINHHOA
WHERE 
    Cap_DoDoc IN (1, 2)
GROUP BY 
    Ten_Xa
INTO Vung_TrongLieu_NongNghiep;

Kết quả phân tích thống kê độ dốc huyện Định Hóa

Quá trình phân tích không gian trên 51.351,88 ha diện tích tự nhiên của 24 xã/thị trấn đã xác lập bảng tổng hợp số liệu phân cấp độ dốc chuẩn xác:

Phân cấp độ dốc	Thang độ dốc ($^\circ$)	Đặc điểm địa hình sinh thái	Diện tích (ha)	Tỷ lệ cơ cấu (%)	Định hướng sử dụng đất tối ưu (LUT)
Cấp I	$< 8^\circ$	Đất bằng, đồng bằng thung lũng	8.245,60	16,06%	Lúa 2 vụ, lúa - rau màu, cây thực phẩm ngắn ngày
Cấp II	$8^\circ - 15^\circ$	Đất dốc nhẹ, đồi gò lượn sóng	11.450,30	22,30%	Chè chất lượng cao, cây ăn quả, cây công nghiệp lâu năm
Cấp III	$15^\circ - 20^\circ$	Đất dốc vừa, sườn đồi	13.820,15	26,91%	Lâm - nông kết hợp, trồng rừng sản xuất (Keo, Mỡ, Luồng)
Cấp IV	$20^\circ - 25^\circ$	Đất dốc mạnh, sườn núi cao	9.785,40	19,05%	Rừng sản xuất, khoanh nuôi tái sinh rừng phòng hộ
Cấp V	$> 25^\circ$	Đất dốc rất mạnh, hiểm trở	8.050,43	15,68%	Rừng đặc dụng, rừng phòng hộ đầu nguồn nghiêm ngặt
Tổng cộng	--	Toàn huyện Định Hóa	51.351,88	100,00%	Phủ kín 24 đơn vị hành chính cấp xã

                              CƠ CẤU DIỆN TÍCH THEO CẤP ĐỘ DỐC
                     +-----------------------------------------------+
                     | Cấp I   (< 8°):    [16.06%]                   |
                     | Cấp II  (8 - 15°): [22.30%]                   |
                     | Cấp III (15 - 20°):[26.91%]                   |
                     | Cấp IV  (20 - 25°):[19.05%]                   |
                     | Cấp V   (> 25°):   [15.68%]                   |
                     +-----------------------------------------------+

Đánh giá và kiểm chứng độ chính xác

• Độ chính xác diện tích ranh giới: Sai số diện tích tổng giữa bản đồ xây dựng từ DEM và số liệu kiểm kê đất đai hành chính của Phòng TN&MT huyện Định Hóa đạt độ tương thích cao với độ lệch tuyệt đối $\Delta S < 0,05%$.
• Thời gian xử lý: Giảm từ 120 giờ công làm việc xuống còn 2,5 giờ tính toán tự động, loại bỏ hoàn toàn các lỗi chủ quan do ghép biên thủ công giữa các mảnh bản đồ địa hình.

---

Đổi mới và đóng góp

Đổi mới công nghệ

1. Chuẩn hóa chu trình tích hợp Global Mapper - Vertical Mapper - MapInfo: Xây dựng quy trình tự động hóa khép kín từ trích xuất ảnh viễn thám DEM đến xây dựng lớp dữ liệu chuyên đề không gian vector.
2. Khắc phục tình trạng "trống số liệu" địa hình vùng sâu: Dữ liệu ASTER GDEM 30m phủ kín các vùng núi đá vôi giáp ranh Bắc Kạn và Tuyên Quang - nơi các phương pháp đo đạc truyền thống khó tiếp cận.
3. Mô hình hóa không gian 3 tiểu vùng nông nghiệp:
   • Tiểu vùng 1 (Bắc huyện - 8 xã: Linh Thông, Lam Vỹ, Quy Kỳ...): Chiếm đa số diện tích Cấp IV và Cấp V $\rightarrow$ Định hướng trọng tâm cho bảo vệ rừng đặc dụng và lâm sản ngoài gỗ.
   • Tiểu vùng 2 (Trung tâm - 7 xã/thị trấn: Chợ Chu, Bảo Cường, Đồng Thịnh...): Chiếm phần lớn diện tích Cấp I $\rightarrow$ Vùng thâm canh lúa năng suất cao (đạt 52,95 tạ/ha, sản lượng 46.966 tấn).
   • Tiểu vùng 3 (Nam huyện - 9 xã: Điềm Mặc, Phú Đình, Bình Yên...): Tập trung diện tích Cấp II và Cấp III $\rightarrow$ Vùng lõi phát triển cây chè công nghiệp xuất khẩu và kinh tế vườn đồi.

                    3 TIỂU VÙNG NÔNG NGHIỆP HUYỆN ĐỊNH HÓA
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| TIỂU VÙNG 1 (Bắc - 8 xã)     | Chủ yếu Cấp IV, V (>20°)  | Rừng đặc dụng, phòng hộ|
| TIỂU VÙNG 2 (Trung tâm - 7 xã)| Chủ yếu Cấp I (<8°)       | Thâm canh lúa năng suất|
| TIỂU VÙNG 3 (Nam - 9 xã)      | Chủ yếu Cấp II, III (8-20°)| Cây chè, vườn đồi      |
+-----------------------------------------------------------------------------------+

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Phân vùng sử dụng đất nông - lâm nghiệp bền vững

Dựa trên CSDL bản đồ độ dốc, mô hình canh tác cho từng vùng được triển khai theo cấu trúc:

                              ĐỈNH NÚI (> 25°)
                     [Rừng phòng hộ, Rừng đặc dụng]
                                    |
                                    v
                            SƯỜN CAO (20 - 25°)
                   [Rừng sản xuất: Keo, Mỡ, Luồng]
                                    |
                                    v
                           SƯỜN THOẢI (8 - 20°)
               [Cây công nghiệp lâu năm: Chè, Cây ăn quả]
                                    |
                                    v
                          THUNG LŨNG / CHÂN ĐỒI (< 8°)
                     [Lúa nước 2 vụ, Cây hoa màu ngắn ngày]

1. Vùng chuyên canh lúa nước ($< 8^\circ$): Bố trí 8.286 ha đất lúa tại Tiểu vùng 2 với hệ thống đập dâng và kênh mương thủy lợi Bảo Linh, tối ưu hóa năng suất canh tác 2 vụ/năm.
2. Vùng phát triển cây chè chất lượng cao ($8^\circ - 15^\circ$): Mở rộng vùng nguyên liệu chè an toàn tại Điềm Mặc, Phú Đình, Bình Yên kết hợp mô hình nông nghiệp sinh thái gắn với di tích lịch sử ATK Định Hóa.
3. Vùng lâm nghiệp bền vững ($> 20^\circ$): Quản lý nghiêm ngặt 30.286,43 ha đất lâm nghiệp, giảm thiểu nương rẫy du canh, phát triển mô hình kinh tế dưới tán rừng đạt giá trị sản xuất 43 - 45 tỷ đồng/năm.

Yêu cầu triển khai hệ thống phần mềm

• Phần cứng tối thiểu: CPU Intel Core i3 2.0 GHz trở lên, 4GB RAM, ổ cứng trống 20GB.
• Phần mềm: Hệ điều hành Windows 7/10/11, MapInfo Professional (v10.5 - v15.0), Module Vertical Mapper v3.x, Global Mapper v18+.
• Dữ liệu đầu vào: ASTER GDEM GeoTIFF, Bản đồ phân giới hành chính 364-CT tỷ lệ 1:50.000, số liệu thống kê đất đai hàng năm.

---

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

• Độ phân giải ASTER GDEM (30m): Phù hợp với quy hoạch cấp huyện (tỷ lệ 1:25.000 - 1:50.000), chưa thể hiện hết các bậc thang ruộng cục bộ và taluy nhân tạo nhỏ dưới 10m.
• Sai số độ cao do tán che phủ rừng (DSM vs DTM): Dữ liệu quang học ASTER GDEM phản ánh bề mặt tán rừng (Digital Surface Model) thay vì bề mặt đất thực (Digital Terrain Model) ở những nơi có rừng già che phủ dày.

Hướng phát triển công nghệ

• Ứng dụng dữ liệu LiDAR và Drone UAV: Tích hợp ảnh chụp từ thiết bị bay không người lái để tạo mô hình DTM sai số $< 0,5m$ cho các dự án quy hoạch nông nghiệp công nghệ cao cấp xã.
• Nâng cấp nền tảng WebGIS và Cloud GIS: Chuyển đổi dữ liệu sang nền tảng mã nguồn mở PostGIS/GeoServer/Leaflet để cán bộ địa chính xã có thể tra cứu trực tiếp qua thiết bị di động tại hiện trường.

---

Đối tượng hưởng lợi

• Cán bộ quản lý địa chính - nông nghiệp huyện/xã: Có bộ công cụ trực quan để thẩm định nhanh dự án chuyển đổi cơ cấu cây trồng, cấp phép sử dụng đất và quy hoạch nông thôn mới.
• Nông dân và hợp tác xã: Lựa chọn đúng giống cây trồng phù hợp với đặc thù độ dốc của từng thửa đất, hạn chế xói mòn và tối đa hóa năng suất kinh tế.
• Nhà nghiên cứu và sinh viên: Nắm vững phương pháp luận xây dựng CSDL không gian địa hình từ dữ liệu mở phục vụ quản lý tài nguyên và môi trường.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Dữ liệu độ cao ASTER GDEM 30m có đảm bảo độ chính xác cho quy hoạch nông nghiệp không?

Có. Độ chính xác của ASTER GDEM v2 (sai số thẳng đứng $< 15m$, độ phân giải mặt phẳng 30m) đáp ứng tiêu chuẩn thành lập bản đồ chuyên đề tỷ lệ 1:25.000 đến 1:50.000 theo quy định của Bộ Tài nguyên và Môi trường, tối ưu cho quy hoạch vùng cấp huyện và liên xã.

2. Sự khác biệt cơ bản giữa MapInfo và Global Mapper trong quy trình này là gì?

Global Mapper chuyên trách xử lý dữ liệu thô viễn thám, chuyển đổi hệ quy chiếu và cắt ghép ảnh raster độ cao. MapInfo kết hợp Vertical Mapper đảm nhận phân tích không gian chuyên sâu, phân cấp thuộc tính và quản trị CSDL vector phục vụ xuất bản đồ và truy vấn.

3. Tại sao thang phân cấp độ dốc lại chọn mốc $8^\circ, 15^\circ, 20^\circ, 25^\circ$?

Đây là khung phân loại đất dốc chuẩn theo tiêu chuẩn khoa học đất và quy phạm nông nghiệp Việt Nam: dưới $8^\circ$ là ngưỡng thâm canh lúa nước và cây ngắn ngày bằng cơ giới; $8^\circ - 15^\circ$ thích hợp cho cây công nghiệp có biện pháp bảo vệ đất; trên $25^\circ$ bắt buộc phải duy trì thảm phủ lâm nghiệp để chống trượt lở đất.

4. Hệ tọa độ sử dụng trong đề tài là gì và cách chuyển đổi?

Đề tài sử dụng Hệ tọa độ Quốc gia VN-2000 kinh tuyến trục $106^\circ30'$, múi chiếu $3^\circ$. Dữ liệu ASTER GDEM ở hệ WGS-84 elipsoid được chuyển đổi chuẩn xác thông qua 7 tham số tính chuyển trong Global Mapper trước khi phân tích.

5. Chi phí xây dựng CSDL địa hình theo phương pháp này so với đo vẽ truyền thống giảm bao nhiêu?

Chi phí giảm hơn 70 - 80% nhờ tận dụng dữ liệu vệ tinh miễn phí và tự động hóa quy trình xử lý trên máy tính, rút ngắn thời gian thành lập bản đồ từ vài tháng xuống vài ngày làm việc.

---

Kết luận

Đề tài đã ứng dụng thành công mô hình độ cao số (DEM) và công nghệ GIS để xây dựng hoàn chỉnh Cơ sở dữ liệu nền địa hình huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên với quy mô 51.351,88 ha. Việc phân tách chính xác 5 cấp độ dốc trên 24 xã/thị trấn đã cung cấp luận cứ khoa học vững chắc cho việc tái cơ cấu ngành nông nghiệp: phát huy thế mạnh 8.286 ha lúa vùng bằng thung lũng, mở rộng vùng nguyên liệu chè đặc sản tại các sườn đồi thoái hóa $8^\circ - 15^\circ$, và bảo vệ nghiêm ngặt hơn 30.000 ha rừng đầu nguồn xung yếu. Đây là giải pháp chuyển đổi số thiết thực, đóng góp trực tiếp vào mục tiêu phát triển kinh tế nông - lâm nghiệp bền vững tại các địa bàn miền núi khó khăn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá, là địa bàn phân bố của con người, là nơi phát triển xây dựng các cơ sở kinh tế - văn hóa – xã hội. Đặc biệt đất là tài liệu không gì thay thế được trong sản xuất nông – lâm – ngư nghiệp. Hầu hết các nước trên thế giới đều xây dựng một nền kinh tế trên cơ sở phát triển nông lâm nghiệp dựa vào khai thác tiềm năng đất đai, lấy đó làm cơ sở cho sự phát triển các ngành khác. Do đó, việc tổ chức sử dụng nguồn tài nguyên đất đai hợp lý đầy đủ và đem lại hiệu quả cao theo quan điểm sinh thái và phát triển bền vững trở thành vấn đề cấp thiết.

Vấn đề đặt ra khi sử dụng tài nguyên thiên nhiên của lãnh thổ chúng ta cần có cái nhìn tổng quan từ các hợp phần trong tự nhiên. Để từ đó có giải pháp khai thác và sử dụng hợp lý. Định Hóa là huyện có địa hình thấp dần về phía Nam, với 3 tiểu vùng khác nhau với địa hình phức tạp núi, đồi và đất bằng. Xây dựng bản đồ độ dốc là phương tiện có đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên, triển khai các phương án quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch nông lâm nghiệp để sử dụng đất hiệu quả và lâu bền.

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của cuộc cách mạng khoa học công nghệ, cách ứng dụng GIS (Geographic Information System) được tiếp tục phát triển trong lĩnh vực quản lý và bảo vệ tài nguyên môi trường. Xu hướng hiện nay trong quản lý tài nguyên và môi trường là sử dụng tối đa khả năng cho phép của GIS. Sự phát triển của phần cứng máy tính có khả năng nhiều hơn và các ứng dụng cũng trở nên thân thiện hơn với người sử dụng bởi khả năng hiển thị ba chiều, các công cụ phân tích không gian và giao diện tuy biến, cho phép truy, xuất dữ liệu một các nhanh chóng và chính xác. Nhờ khả c 2 năng xử lý tập tin dữ liệu lớn từ các cơ sở dữ liệu phức tạp, nên GIS thích hợp với nhiệm vụ quản lý tài nguyên và môi trường.

Các mô hình phức tạp cũng có thể dễ dàng cập nhật thông tin nhờ sử dụng GIS. Xuất phát từ những yêu cầu thực tế đó, được sự nhất trí của nhà trường, Khoa Quản lý Tài nguyên, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo ThS.Trương Thành Nam và các thầy cô giáo, em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình DEM xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa hình phục vụ công tác định hướng phát triển nông nghiệp huyện Định Hóa, Tỉnh Thái Nguyên”. Mục tiêu nghiên cứu. Mục tiêu tổng quát - Ứng dụng mô hình DEM trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu nền địa hình phục vụ cho sự phát triển nông nghiệp huyện Định Hóa, Tỉnh Thái Nguyên.

Mục tiêu cụ thể - Tìm hiểu về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội khu vực nghiên cứu. - Xây dựng cơ sở dữ liệu độ dốc huyện Định Hóa tỉnh Thái Nguyên từ hệ thống dữ liệu độ cao toàn thế giới ASTER GDEM. - Đánh giá CSDL độ dốc huyện Định Hóa - Thái Nguyên. Ý nghĩa của đề tài 1.

Ý nghĩa trong học tập và Nghiên cứu khoa học - Đây là cơ hội cho sinh viên vận dụng những kiến thức đã học và những hiểu biết của mình vào thực tiễn, đồng thời cũng có cơ hội nâng cao sự hiểu biết về phát triển nông lâm nghiệp trên địa bàn huyện Định Hóa – Tỉnh Thái Nguyên. - Nâng cao kỹ năng sử dụng và tích hợp các phần mềm tin học ứng dụng, cũng như module Vertical Mapper trong xây dựng bản đồ độ dốc. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu có thể giúp cho các nhà hoạch định chính sách đưa ra các quyết định đúng đắn trong việc thực hiện chương trình dự án liên quan đến công tác phát triển nông lâm nghiệp huyện Định Hóa – Tỉnh Thái Nguyên. c 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIÊU 2.

Tổng quan về GIS - Geographic Information System GIS ( Geographic Information System ) là công nghệ tích hợp thông tin và có khả năng phân tích không gian rất hiệu quả. Ở bất kỳ một ngành khoa học kỹ thuật hay kinh tế chúng ta đều có thể bắt gặp các hệ thống thông tin và các phương pháp xử lý thông tin khác nhau tuỳ theo từng lĩnh vực (hệ thống thông tin ngân hàng, hệ thống thông tin nhân sự…) cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, các thông tin hiện nay đã đáp ứng và giải quyết được những bài toán rất lớn mà thực tế đặt ra. Khái niệm về Hệ thống thông tin địa lý Có nhiều cách định nghĩa về Hệ thống thông tin địa lý: Định nghĩa theo chức năng: GIS là một hệ thống bao gồm 4 hệ con: Dữ liệu vào, quản trị dữ liệu, phân tích dữ liệu và dữ liệu ra. Định nghĩa theo khối công cụ: GIS là tập hợp phức tạp của các thuật toán.

Định nghĩa theo mô hình dữ liệu: GIS gồm các cấu trúc dữ liệu được sử dụng trong các hệ thống khác nhau (cấu trúc dạng Raster và Vecter). Định nghĩa về mặt công nghệ: GIS là công nghệ thông tin để lưu trữ, phân tích và trình bày các thông tin không gian và thông tin phi không gian, công nghệ GIS có thể nói là tập hợp hoàn chỉnh các phương pháp và các phương tiện nhằm sử dụng và lưu trữ các đối tượng. Định nghĩa theo sự trợ giúp và ra quyết định: GIS có thể coi là một hệ thống trợ giúp việc ra quyết định, tích hợp các số liệu không gian trong một cơ chế thống nhất. Nói tóm lại theo BURROUGHT : “GIS như là một tập hợp các công cụ cho việc thu nhập, lưu trữ, thể hiện và chuyển đổi các dữ liệu mang tính chất c 5 không gian từ thế giới thực để giải quyết các bài toán ứng dụng phục vụ các mục đích cụ thể” [16].

Sơ đồ khái niệm về một hệ thống thông tin địa lý được thể hiện như sau: GIS Người sử dụng Thế giới thực Phần mềm + cơ sở dữ liệu T 2. Các thành phần cơ bản của một Hệ thống thông tin địa lý Một Hệ thống thông tin địa lý bao gồm những thành phần cơ bản sau: - Phần cứng: bao gồm máy tính điều khiển mọi hoạt động của hệ thống và các thiết bị ngoại vi. - Phần mềm: cung cấp công cụ và thực hiện các chức năng: + Thu thập dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ các nguồn thông tin khác nhau + Lưu trữ, cập nhật, điều chỉnh và tổ chức các cơ sở dữ liệu nói trên. + Phân tích biến đổi, điều chỉnh và tổ chức các cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các bài toán tối ưu và mô hình mô phỏng không gian và thời gian.

+ Đưa ra các thông tin theo yêu cầu dưới dạng khác nhau. Ngoài ra phần mềm cần phải có khả năng phát triển và nâng cấp theo các yêu cầu đặt ra của hệ thống. - Dữ liệu: đây là thành phần quan trọng nhất của GIS. Các dữ liệu không gian (Spatial data) và các dữ liệu thuộc tính (No spatial data) được tổ chức theo một mục tiêu xác định bởi một hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DataBase Management System).

- Con người: yếu tố con người có ảnh hưởng rất lớn đối với các hệ GIS, đặc biệt trong việc điều khiển hệ thống và phát triển các ứng dụng. - Phương pháp: phương pháp phụ thuộc vào ý tưởng của các xây dựng hệ thống, sự thành công của một hệ GIS phụ thuộc vào phương pháp được sử dụng để thiết kế hệ thống [14]. Cơ sở dữ liệu (CSDL) 2. Khái niệm Một cơ sở dữ liệu là tập hợp các thông tin của đối tượng cần quản lý, được lưu trữ trong các máy tính, được nhiều người sử dụng và cách tổ chức của nó được chi phối bằng một mô hình [7].

Các tiêu chuẩn của một cơ sở dữ liệu - Không dư thừa thông tin: Thông tin khi thu thập có thể lấy ở nhiều nguồn khác nhau, vì vậy cần phải loại bỏ thông tin dư thừa trước khi xây dựng CSDL. Có hai dạng dư thừa thông tin: + Dư thừa về mặt vật lý: Một thông tin có mặt nhiều lần trong một CSDL + Dư thừa về mặt ngữ nghĩa: Một thông tin có nội dung như nhau nhưng lại mang các tên khác nhau. - Đảm bảo tính an toàn và bí mật: Vì trong một cơ quan có nhiều người sử dụng chung một máy tính, và sử dụng chung một CSDL, trong trường hợp như vậy cần phải tuân thủ nguyên tắc sau: + Chỉ những người được quyền sử dụng mới được cập nhật và CSDL. + Người sử dụng CSDL không được làm hỏng thông tin của người khác.

Khi có sự cố về máy tính, CSDL phải được bảo vệ và cất giữ sang một máy khác. - Giữa các chương trình ứng dụng và CSDL phải có sự độc lập: Khi dữ liệu có thay đổi thì chương trình không phải thay đổi theo và ngược lại. - Hiệu suất áp dụng tốt: + Mặc dù CSDL có nhiều người sử dụng nhưng đối với mỗi người CSDL phải tạo ra cho họ cảm giác làm việc hoàn toàn độc lập. + CSDL phải cho câu trả lời chính xác nhất và kịp thời khi người sử dụng truy vấn.

Phần mềm Mapinfo MapInfo là một công cụ rất quan trọng trong việc xây dựng, quản lý, cập nhật, xử lý, phân tích và mô hình hoá các đối tượng địa lý, MapInfo tổ chức, quản lý cơ sở dữ liệu theo các lớp đối tượng địa lý trên máy tính bởi các File dữ liệu với các phần mở rộng như sau: [*.Tab]: Chứa các thông tin mô tả cấu trúc dữ liệu [*.Dat]: Chứa các thông tin nguyên thuỷ [*.Map]: Chứa các thông tin mô tả đối tượng không gian [*.ID]: Chứa các thông tin về chỉ số liên kết không gian và thuộc tính [*.Ind]: Chứa các thông tin về chỉ số đối tượng [2]. Các dữ liệu trong Mapinfo Khi người dùng tạo ra các table trong Mapinfo, lưu cất các workspace, nhập hoặc xuất dữ liệu. Mapinfo sẽ tạo ra rất nhiều các file với các phần mở rộng khác nhau. Các file dữ liệu trong Mapinfo bao gồm: - Tên file *.DAT: File dữ liệu dạng bảng tính cho một table format của Mapinfo.MAP: Chứa thông tin địa lý mô tả các đối tượng trên bản đồ.TAB: Đây là các file chính cho các table của Mapinfo nó được kết hợp với các file khác như.DAT, DBF… - Tên file *.ID: File index cho các đối tượng đồ hoạ của Mapinfo (file *.DBF: File dữ liệu bảng tính format dBASE.