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

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đất đai là nguồn tài nguyên thiên nhiên đặc biệt quý giá, giữ vai trò tư liệu sản xuất không thể thay thế trong ngành nông - lâm nghiệp và là không gian phân bố các hoạt động kinh tế - xã hội. Huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên là địa bàn miền núi có địa hình phức tạp, thấp dần từ Bắc xuống Nam và bị chia cắt thành ba tiểu vùng sinh thái khác biệt (núi cao, đồng bằng xen núi đá vôi, đồi gò). Phần lớn diện tích tự nhiên của huyện là đất dốc, dễ bị tổn thương bởi các hiện tượng xói mòn, rửa trôi và thoái hóa tầng đất mặt trong mùa mưa, đồng thời thường xuyên đối mặt với tình trạng thiếu nước canh tác trong mùa khô.

Trước đây, công tác xây dựng bản đồ độ dốc tại địa phương chủ yếu thực hiện thủ công dựa trên bản đồ địa hình giấy, đòi hỏi nhiều thời gian, công sức nhưng độ chính xác và tính trực quan chưa cao, gây khó khăn cho việc tích hợp vào các bài toán quy hoạch diện rộng. Sự phát triển của Hệ thống thông tin địa lý (GIS) và mô hình số hóa độ cao (DEM - Digital Elevation Model) cho phép tự động hóa quy trình phân tích không gian, nâng cao độ chính xác trong việc tính toán độ dốc và quản lý cơ sở dữ liệu địa hình. Xuất phát từ thực tế đó, tác giả Trần Anh Vũ đã thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp: "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 của khóa luận được xác định cụ thể như sau:

1. 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.
2. 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 cơ sở dữ liệu độ dốc huyện Định Hóa - Thái Nguyên nhằm định hướng sử dụng đất nông - lâm nghiệp hợp lý.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cơ sở dữ liệu nền địa hình huyện Định Hóa bao gồm dữ liệu thuộc tính và dữ liệu bản đồ độ dốc tỷ lệ 1:50.000.
• Phạm vi không gian: Toàn bộ ranh giới hành chính huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên với 24 đơn vị hành chính cấp xã (gồm 23 xã và 01 thị trấn), tổng diện tích tự nhiên 51.351,88 ha.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện từ ngày 15/08/2016 đến ngày 23/10/2016, khai thác các chuỗi số liệu thống kê đất đai và kinh tế - xã hội giai đoạn 2014 – 2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết về Hệ thống thông tin địa lý (GIS), mô hình số hóa độ cao (DEM) và các tiêu chuẩn phân loại đất dốc trong khoa học đất và quy hoạch nông nghiệp:

• Hệ thống thông tin địa lý (GIS): Tiếp cận theo quan điểm của Burrough (1986), xem GIS là tập hợp các công cụ thu thập, lưu trữ, thể hiện và chuyển đổi dữ liệu không gian từ thế giới thực để giải quyết các bài toán ứng dụng. Hệ thống bao gồm 5 thành phần: phần cứng, phần mềm, dữ liệu (không gian và phi không gian), con người và phương pháp.
• Mô hình số hóa độ cao (DEM): Khái niệm biểu thị dạng số sự thay đổi liên tục của độ cao trong không gian, khai thác từ nguồn dữ liệu viễn thám ASTER GDEM toàn cầu kết hợp ranh giới bản đồ 364CT.
• Cơ sở dữ liệu địa lý trong MapInfo: Cấu trúc tổ chức dữ liệu theo các tệp thành phần (*.TAB, *.DAT, *.MAP, *.ID, *.IND, *.MIF, *.MID, *.WOR), tuân thủ các nguyên tắc không dư thừa thông tin, đảm bảo an toàn bảo mật và tính độc lập giữa dữ liệu và chương trình ứng dụng.
• Khung phân loại đất dốc: Áp dụng thang phân chia 5 cấp độ dốc kỹ thuật dùng trong sản xuất nông lâm nghiệp:
  • Cấp I: Dưới 8° (Đất dốc nhẹ)
  • Cấp II: 8° – 15° (Đất dốc vừa)
  • Cấp III: 15° – 20° (Đất dốc hơi mạnh)
  • Cấp IV: 20° – 25° (Đất dốc mạnh)
  • Cấp V: Trên 25° (Đất dốc rất mạnh)

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai bao gồm:

• Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập dữ liệu không gian từ mô hình ASTER GDEM và bản đồ địa giới 364CT; thu thập dữ liệu thuộc tính về điều kiện tự nhiên, tài nguyên, kinh tế - xã hội và hiện trạng quản lý đất đai từ Phòng Tài nguyên và Môi trường, Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Chi cục Thống kê huyện Định Hóa; kết hợp điều tra, khảo sát thực địa để kiểm chứng.
• Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ: Sử dụng phần mềm Global Mapper để truy xuất, xử lý ảnh DEM; chuyển đổi sang định dạng Raster tương thích với module Vertical Mapper trong môi trường MapInfo; ứng dụng công cụ phân tích không gian (Spatial Analysis) để nội suy bề mặt độ dốc, tái phân loại và gán cấp độ dốc theo quy chuẩn.
• Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: Ứng dụng phần mềm MapInfo, Vertical Mapper và Microsoft Office Excel 2010 để bóc tách thông tin, phân tích quan hệ không gian, tổng hợp diện tích từng cấp độ dốc theo từng đơn vị hành chính xã/thị trấn.
• Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực GIS, công nghệ bản đồ, quản lý tài nguyên đất và quy hoạch nông lâm nghiệp nhằm chuẩn hóa quy trình phân tích và nhận định giải pháp.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của công tác quản lý tài nguyên đất dốc theo quan điểm sinh thái và phát triển bền vững; làm rõ hạn chế của các phương pháp thành lập bản đồ truyền thống và ưu thế của GIS/DEM trong xử lý dữ liệu không gian lớn; xác định mục tiêu tổng quát, 3 mục tiêu cụ thể cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn của khóa luận tốt nghiệp tại huyện Định Hóa.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này hệ thống hóa các vấn đề lý luận và thực tiễn:

• Khái niệm, thành phần và chức năng của GIS; tiêu chuẩn cấu trúc cơ sở dữ liệu; đặc điểm tổ chức thông tin dữ liệu không gian và thuộc tính trong phần mềm MapInfo.
• Bản chất của mô hình số độ cao (DEM), các ứng dụng chính của DEM trong xây dựng bản đồ địa hình 3D, thiết kế công trình, tính toán đào đắp, dự báo dòng chảy mặt và xói mòn đất.
• Tính năng kỹ thuật của module Vertical Mapper (phân tích dự báo, tương quan không gian, tạo vùng đệm Grid, kiểm tra đối tượng đường) và phần mềm Global Mapper.
• Tổng quan về đất dốc tại Việt Nam (chiếm 74% diện tích tự nhiên): Đánh giá 6 tiềm năng phát triển chính (mở rộng đất canh tác, lâm nghiệp, cây hàng hóa - công nghiệp dài ngày, chăn nuôi đại gia súc, thủy điện, du lịch sinh thái) và 7 hạn chế điển hình (xói mòn, rửa trôi, suy thoái đất, hạn hán mùa khô, cô lập giao thông, giảm chất lượng rừng, tỷ lệ nghèo cao).
• Tình hình nghiên cứu ứng dụng GIS/DEM trên thế giới (từ hệ thống CGIS của Canada năm 1964, chương trình hạ tầng GIS châu Á - Thái Bình Dương từ năm 1995) và tại Việt Nam (các công trình tại Hương Trà - Thừa Thiên Huế, đề tài cấp nhà nước KC-07-03, nghiên cứu xói mòn đất tại Tam Nông - Phú Thọ, nghiên cứu xây dựng DEM phục vụ quản lý tài nguyên của Tăng Quốc Cương).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Xác lập khung nghiên cứu chi tiết:

• Đối tượng nghiên cứu: Cơ sở dữ liệu nền địa hình và bản đồ độ dốc tỷ lệ 1:50.000 huyện Định Hóa.
• Phạm vi và địa bàn: Huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên (thời gian thực hiện: 15/08/2016 – 23/10/2016).
• Nội dung nghiên cứu: Đánh giá đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội; xây dựng bản đồ độ dốc qua các công đoạn kỹ thuật số; đánh giá kết quả và đề xuất định hướng ứng dụng.
• Phương pháp luận: Quy trình 4 bước gồm thu thập tài liệu, xây dựng CSDL bản đồ số bằng phần mềm GIS chuyên dụng, thống kê xử lý số liệu trên Excel/MapInfo và tham vấn chuyên gia.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này phản ánh toàn bộ kết quả phân tích thực nghiệm và xử lý không gian:

• Đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội:
  • Vị trí tiếp giáp tỉnh Bắc Kạn và Tuyên Quang; địa hình chia 3 tiểu vùng rõ rệt (Tiểu vùng 1 phía Bắc gồm 8 xã đồi núi cao, nông nghiệp phân tán; Tiểu vùng 2 trung tâm gồm 7 xã bằng phẳng thâm canh lúa; Tiểu vùng 3 phía Nam gồm 9 xã đồi gò phát triển cây công nghiệp).
  • Khí hậu nhiệt đới gió mùa có sương muối vào mùa đông, nhiệt độ trung bình 22,8°C (tối cao 39,5°C, tối thấp 2,0°C); lượng mưa bình quân 1.825 mm/năm tập trung 80-85% vào mùa mưa (tháng 5 đến tháng 10). Mạng lưới thủy văn gồm 3 hệ thống sông chính (sông Chợ Chu, sông Công, sông Đu), hơn 100 ao hồ (tiêu biểu là hồ Bảo Linh diện tích trên 80 ha) và khoảng 200 đập thủy lợi nhỏ.
  • Dân số năm 2016 đạt 88.430 người (25.610 hộ, 42.159 lao động), trong đó hộ nông nghiệp chiếm 71,1% (18.210 hộ); tỷ lệ hộ nghèo chiếm 27,62% (7.167 hộ) và cận nghèo chiếm 22,45% (5.826 hộ); cơ cấu dân tộc gồm 8 thành phần, đông nhất là người Tày (49,2%) và người Kinh (36,2%).
  • Trồng trọt năm 2016: Lúa đạt diện tích 8.870 ha, năng suất 52,95 tạ/ha, sản lượng 46.966 tấn; ngô đạt diện tích 1.286 ha, năng suất 41,7 tạ/ha, sản lượng 5.362,6 tấn. Chăn nuôi năm 2015: Trâu 8.110 con (sản lượng 342 tấn), lợn 33.776 con, gia cầm 650.663 con (sản lượng 911 tấn).
• Hiện trạng sử dụng đất: Tổng diện tích tự nhiên 51.351,88 ha, phân bổ thành: Đất nông nghiệp 47.742,41 ha (chiếm 92,97%), đất phi nông nghiệp 3.293,95 ha (chiếm 6,41%), đất chưa sử dụng 315,52 ha (chiếm 0,61%). Đất nông nghiệp phân bố thành 9 loại hình sử dụng đất chính (LUT) với diện tích đất lâm nghiệp chiếm ưu thế tuyệt đối (34.286,43 ha, độ che phủ rừng đạt 56%).
• Quy trình xây dựng bản đồ độ dốc: Khai thác ảnh số độ cao ASTER GDEM trên Global Mapper kết hợp đường ranh giới 364CT; xuất cấu trúc dữ liệu Raster DEM sang module Vertical Mapper; thực hiện bài toán Spatial Analysis nội suy độ dốc tự động; phân loại và gán lại giá trị theo 5 thang cấp độ dốc chuẩn; thiết lập thuộc tính bảng và biên tập bản đồ chuyên đề hoàn chỉnh tỷ lệ 1:50.000 trên MapInfo.
• Thống kê và ứng dụng CSDL: Bóc tách và tổng hợp diện tích, tỷ lệ 5 cấp độ dốc cho toàn huyện và chi tiết cho từng đơn vị hành chính trong số 24 xã/thị trấn; so sánh đối chiếu diện tích bản đồ với số liệu thống kê đất đai; phân tích định hướng bố trí các loại hình sử dụng đất nông - lâm nghiệp phù hợp với từng ngưỡng dốc nhằm hạn chế xói mòn và phát triển kinh tế bền vững.

Phần 5: Kết luận và đề nghị

Tác giả đúc kết các kết quả khoa học đạt được trong việc làm chủ quy trình công nghệ GIS/DEM để thành lập bản đồ và CSDL độ dốc cấp huyện; khẳng định tính đúng đắn và độ tin cậy của phương pháp; kiến nghị Ủy ban nhân dân huyện Định Hóa và các cơ quan chuyên môn đưa bộ CSDL độ dốc vào ứng dụng thực tế trong công tác lập quy hoạch sử dụng đất, chuyển đổi cơ cấu cây trồng và bảo vệ môi trường sinh thái.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả chính và các số liệu trích xuất từ văn bản

Khóa luận đã lượng hóa hiện trạng tài nguyên đất đai và kinh tế nông nghiệp của huyện Định Hóa thông qua các bảng số liệu thống kê chính xác:

Nhóm đất / Loại đất	Mã đất	Diện tích (ha)	Cơ cấu (%)
1. Đất nông nghiệp	NNP	47.742,41	92,97
- Đất sản xuất nông nghiệp	SXN	12.193,42	23,74
+ Đất trồng cây hàng năm (Lúa: 5.584,24 ha; HNK: 968,16 ha)	CHN	6.552,40	12,76
+ Đất trồng cây lâu năm	CLN	5.641,02	10,98
- Đất lâm nghiệp	LNP	34.286,43	66,77
+ Đất rừng sản xuất	RSX	18.113,44	35,27
+ Đất rừng phòng hộ	RPH	8.634,01	16,81
+ Đất rừng đặc dụng	RDD	7.538,98	14,68
- Đất nuôi trồng thuỷ sản	NTS	1.257,22	2,63
2. Đất phi nông nghiệp	PNN	3.293,95	6,41
- Đất ở (Nông thôn: 1.250,78 ha; Đô thị: 45,78 ha)	ONT, ODT	1.296,56	2,52
- Đất chuyên dùng, công cộng, sông ngòi, mặt nước...	CDG, CCC...	1.997,39	3,89
3. Đất chưa sử dụng	CSD	315,52	0,61
- Đất bằng chưa sử dụng (68,10%)	BCS	214,86	0,42
- Đất đồi núi chưa sử dụng (31,85%)	DCS	100,50	0,19
- Núi đá không có rừng cây	NCS	0,16	0,00
Tổng diện tích tự nhiên		51.351,88	100,00

Về sản xuất nông lâm nghiệp, toàn huyện duy trì tỷ lệ che phủ rừng đạt 56%, sản lượng gỗ khai thác bình quân hàng năm đạt 14.000 m³ gỗ tròn và 30.000 m³ lâm sản ngoài gỗ; giá trị sản xuất lâm nghiệp đạt từ 43 đến 45 tỷ đồng/năm. Đề tài đã xây dựng hoàn chỉnh bộ cơ sở dữ liệu bản đồ độ dốc tỷ lệ 1:50.000 gồm đầy đủ các lớp dữ liệu không gian và thuộc tính, phân chia thành 5 cấp độ dốc bao phủ 24 đơn vị hành chính cấp xã.

2. Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Định hướng theo cấp độ dốc: Bố trí cây trồng và các loại hình sử dụng đất (LUT) dựa trên đặc tính địa hình: vùng đất bằng phẳng và dốc nhẹ (Cấp I: <8°) ưu tiên thâm canh lúa nước và cây rau màu; vùng dốc vừa và hơi mạnh (Cấp II: 8-15° và Cấp III: 15-20°) phát triển vùng chè tập trung, cây công nghiệp lâu năm và cây ăn quả kết hợp các biện pháp canh tác đất dốc chống xói mòn; vùng dốc mạnh và rất mạnh (Cấp IV: 20-25° và Cấp V: >25°) tập trung khoanh nuôi bảo vệ rừng đặc dụng, rừng phòng hộ và phát triển rừng sản xuất.
• Biện pháp tổ chức: Cơ quan quản lý cấp huyện cần tích hợp bản đồ độ dốc vào quy trình xét duyệt quy hoạch sử dụng đất và các chương trình chuyển đổi cơ cấu cây trồng, tránh tình trạng người dân chuyển đổi tự phát gây thoái hóa đất.

3. Đóng góp của đề tài

• Hoàn thiện quy trình công nghệ kết hợp Global Mapper, MapInfo và module Vertical Mapper để xử lý tự động dữ liệu độ cao ASTER GDEM, rút ngắn thời gian và tăng độ chính xác so với phương pháp đo vẽ thủ công trên bản đồ giấy.
• Cung cấp bộ CSDL địa hình số hóa đồng bộ, có khả năng tra cứu, truy vấn diện tích và vị trí phân bố cấp độ dốc chi tiết đến từng xã, thị trấn phục vụ trực tiếp cho công tác quản lý tài nguyên và quy hoạch nông nghiệp tại địa phương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Độ chính xác và chi tiết của bản đồ độ dốc phụ thuộc vào độ phân giải không gian của nguồn ảnh số độ cao ASTER GDEM; thời gian thực hiện nghiên cứu ngắn (khoảng 2 tháng, từ 15/08/2016 đến 23/10/2016) trong khuôn khổ một khóa luận tốt nghiệp đại học nên việc kiểm chứng thực địa mới thực hiện ở mức chọn mẫu đối chiếu ranh giới.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Khai thác các nguồn dữ liệu mô hình số độ cao (DEM/DTM) có độ phân giải không gian cao hơn từ dữ liệu LiDAR hoặc ảnh viễn thám độ phân giải siêu cao.
  • Tích hợp thêm các yếu tố về loại đất (thổ nhưỡng), độ dày tầng đất, chế độ khí hậu - thủy văn để xây dựng bản đồ đánh giá mức độ thích nghi đất đai đa chỉ tiêu (Land Suitability Evaluation) cho từng loại cây trồng cụ thể.
  • Xây dựng mô hình cơ sở dữ liệu trên nền tảng WebGIS để chia sẻ thông tin trực tuyến cho các cơ quan quản lý và người dân trên địa bàn.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên: Thuộc các chuyên ngành Quản lý tài nguyên, Địa chính môi trường, Quản lý đất đai, Lâm nghiệp và Hệ thống thông tin địa lý (GIS) có nhu cầu tìm hiểu phương pháp thành lập bản đồ chuyên đề từ dữ liệu số độ cao.
• Cán bộ kỹ thuật và quản lý: Phần hướng dẫn quy trình công nghệ tích hợp giữa Global Mapper, MapInfo và module Vertical Mapper để nội suy độ dốc là tài liệu hướng dẫn quy trình mang tính ứng dụng cao.
• Nghiên cứu địa phương: Hệ thống số liệu thống kê chi tiết về hiện trạng sử dụng đất, điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế của 24 xã/thị trấn huyện Định Hóa (giai đoạn 2015 – 2016) là nguồn dữ liệu nền đáng tin cậy cho các đề tài quy hoạch nông lâm nghiệp trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.

Câu hỏi thường gặp

Địa hình huyện Định Hóa được phân chia thành những tiểu vùng sinh thái nào?
Địa hình của huyện thấp dần về phía Nam và được chia thành 3 tiểu vùng:

1. Tiểu vùng 1 (vùng phía Bắc gồm 8 xã): Núi cao, đất lâm nghiệp chiếm ưu thế, diện tích đất sản xuất nông nghiệp phân bố phân tán.
2. Tiểu vùng 2 (vùng trung tâm gồm 7 xã, thị trấn): Địa hình bằng phẳng, đất đai màu mỡ xen lẫn núi đá vôi, là vùng sản xuất lúa trọng điểm của huyện.
3. Tiểu vùng 3 (vùng phía Nam gồm 9 xã): Địa hình chủ yếu là đất đồi gò xen kẽ, là vùng trọng điểm phát triển cây công nghiệp (đặc biệt là cây chè).

Thang phân cấp độ dốc được áp dụng trong khóa luận gồm những cấp nào?
Khóa luận phân loại đất dốc thành 5 cấp chuẩn:

• Cấp I: Dưới 8° (Đất dốc nhẹ)
• Cấp II: Từ 8° đến 15° (Đất dốc vừa)
• Cấp III: Từ 15° đến 20° (Đất dốc hơi mạnh)
• Cấp IV: Từ 20° đến 25° (Đất dốc mạnh)
• Cấp V: Trên 25° (Đất dốc rất mạnh)

Quy trình công nghệ xây dựng bản đồ độ dốc trong đề tài sử dụng những phần mềm nào?
Quy trình sử dụng phối hợp ba công cụ chính:

1. Global Mapper: Nhập và truy xuất dữ liệu mô hình độ cao ASTER GDEM kết hợp ranh giới bản đồ 364CT, chuyển đổi dữ liệu sang dạng Raster tương thích.
2. Module Vertical Mapper: Chạy trong MapInfo, sử dụng công cụ phân tích không gian (Spatial Analysis) để nội suy độ dốc và tái phân loại theo 5 thang cấp độ dốc.
3. MapInfo Professional: Quản lý dữ liệu không gian, liên kết thuộc tính, biên tập và xuất bản đồ độ dốc hoàn chỉnh tỷ lệ 1:50.000.

Cơ cấu sử dụng đất của huyện Định Hóa năm 2016 theo số liệu của khóa luận như thế nào?
Năm 2016, tổng diện tích tự nhiên của huyện Định Hóa là 51.351,88 ha, bao gồm:

• Đất nông nghiệp: 47.742,41 ha (chiếm 92,97% tổng diện tích tự nhiên, trong đó đất lâm nghiệp chiếm 34.286,43 ha).
• Đất phi nông nghiệp: 3.293,95 ha (chiếm 6,41%).
• Đất chưa sử dụng: 315,52 ha (chiếm 0,61%).

Hệ thống thủy văn chính chi phối nguồn nước mặt tại huyện Định Hóa gồm những nguồn nào?
Huyện là nơi bắt nguồn và hình thành ba hệ thống sông chính gồm sông Chợ Chu, sông Công và sông Đu. Ngoài ra, trên địa bàn có trên 100 ao hồ lớn nhỏ (tiêu biểu có hồ Bảo Linh diện tích mặt nước trên 80 ha) và khoảng 200 đập thủy lợi nhỏ dâng tưới phục vụ sản xuất.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Anh Vũ đã ứng dụng thành công mô hình số hóa độ cao DEM và công nghệ GIS để xây dựng hoàn chỉnh cơ sở dữ liệu nền địa hình và bản đồ độ dốc tỷ lệ 1:50.000 cho huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên. Công trình đã làm rõ đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội và hiện trạng sử dụng đất của 24 đơn vị hành chính cấp xã, đồng thời phân tích chi tiết cơ cấu diện tích theo 5 cấp độ dốc tiêu chuẩn. Đây là công cụ kỹ thuật số có độ chính xác cao, cung cấp cơ sở khoa học trực tiếp cho các cơ quan quản lý trong việc hoạch định chính sách, lập quy hoạch sử dụng đất và định hướng phát triển nông lâm nghiệp bền vững tại địa phương.

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.