Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đất đai là nguồn tài nguyên thiên nhiên có hạn và giữ vai trò nền tảng không thể thay thế trong sản xuất nông - lâm - ngư nghiệp, đồng thời là không gian phân bố dân cư và phát triển cơ sở hạ tầng kinh tế - xã hội. Đối với các vùng đồi núi, việc khai thác và quản lý tài nguyên đất đòi hỏi phải tiếp cận toàn diện theo quan điểm sinh thái và phát triển bền vững do địa hình có độ dốc cao thường xuyên đối mặt với các nguy cơ xói mòn, rửa trôi, sạt lở và suy thoái tầng đất mặt.
Huyện Phú Lương là một huyện miền núi nằm ở phía Bắc của tỉnh Thái Nguyên, có vị trí địa lý tiếp giáp huyện Chợ Mới (tỉnh Bắc Kạn) ở phía Bắc, giáp huyện Định Hóa ở phía Tây, giáp huyện Đồng Hỷ ở phía Đông, giáp huyện Đại Từ và thành phố Thái Nguyên ở phía Nam. Địa hình của huyện bị chia cắt mạnh bởi hệ thống đồi núi, thung lũng và sông suối. Trong hoạt động sản xuất nông lâm nghiệp tại địa phương, công tác quy hoạch và bố trí cơ cấu cây trồng từ trước đến nay chủ yếu dựa vào kinh nghiệm truyền thống, thiếu căn cứ khoa học định lượng do thiếu các hệ thống bản đồ chuyên đề chi tiết, đặc biệt là bản đồ độ dốc.
Trước đây, việc thành lập bản đồ độ dốc được thực hiện bằng phương pháp thủ công dựa trên việc đo đạc, đo tính khoảng cách các đường đồng mức trên nền bản đồ địa hình giấy. Phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian, công sức, độ chính xác không đồng đều và khó cập nhật khi có biến động thực địa. Sự phát triển của Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS), mô hình số độ cao (Digital Elevation Model - DEM) và các module chuyên dụng như Vertical Mapper tích hợp trong phần mềm MapInfo cho phép tự động hóa quy trình phân tích không gian, nội suy địa hình và phân cấp độ dốc với độ chính xác cao. Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài khóa luận "Nghiên cứu ứng dụng module Vertical Mapper trong xây dựng bản đồ độ dốc phục vụ công tác quy hoạch phát triển nông lâm nghiệp huyện Phú Lương - tỉnh Thái Nguyên" được thực hiện.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm 3 nội dung chính:
- Ứng dụng module Vertical Mapper trong xây dựng bản đồ độ dốc phục vụ quy hoạch phát triển nông lâm nghiệp huyện Phú Lương - tỉnh Thái Nguyên.
- Tìm hiểu về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của địa bàn huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên.
- Nghiên cứu về sự phân cấp địa hình trên toàn bộ diện tích đất huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên.
Nhiệm vụ và yêu cầu nghiên cứu:
- Nắm vững các bước thực hiện để thành lập mô hình số độ cao địa hình trong môi trường phần mềm MapInfo và module Vertical Mapper.
- Bản đồ độ dốc xây dựng phải đảm bảo đầy đủ các yếu tố nội dung địa lý, đạt độ chính xác kỹ thuật theo quy chuẩn hiện hành, thuận lợi cho việc lưu trữ, cập nhật, truy vấn và phân tích không gian.
- Quy trình thực hiện từ khâu thu thập dữ liệu, xử lý ảnh DEM đến chuẩn hóa cơ sở dữ liệu phải bảo đảm tính khoa học và logic.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Tài nguyên đất dốc và quy trình kỹ thuật ứng dụng phần mềm MapInfo, module Vertical Mapper, phần mềm Global Mapper để thành lập bản đồ độ dốc.
- Phạm vi không gian: Toàn bộ diện tích tự nhiên của huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên với tổng diện tích 368,81 km² (tương đương 36.894,65 ha theo số liệu thống kê đất đai năm 2013), bao gồm 16 đơn vị hành chính cấp xã và thị trấn.
- Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện từ ngày 31/12/2013 đến ngày 30/04/2014 tại Khoa Quản lý Tài nguyên, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và khái niệm chuyên ngành
- Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS): Khóa luận tiếp cận định nghĩa GIS theo Burrough (1986) và Vũ Văn Trọng (2006) như một hệ thống tích hợp bao gồm 5 thành phần cơ bản: phần cứng, phần mềm, dữ liệu (dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính), con người và phương pháp; có chức năng thu thập, lưu trữ, quản lý, phân tích, biến đổi và hiển thị các thông tin mang tính chất không gian phục vụ hỗ trợ ra quyết định.
- Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model - DEM): Là sự biểu thị bằng số dạng lưới (Raster) sự thay đổi liên tục của độ cao địa hình trong không gian (Tăng Quốc Cương, 2004). DEM cung cấp thông tin nền tảng để tính toán độ dốc (Slope), hướng dốc (Aspect), dạng mái dốc và phục vụ các bài toán phân tích thủy văn, nguy cơ xói mòn đất.
- Khái niệm và phân loại đất dốc: Đất dốc được xác định là loại đất có bề mặt nghiêng góc từ 1° trở lên so với mặt nằm ngang (Lê Văn Khoa, Trần Thị Lành). Khóa luận áp dụng thang phân loại đất dốc phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp gồm 4 cấp độ:
- Cấp I: Độ dốc dưới 8° (Đất dốc nhẹ)
- Cấp II: Độ dốc từ 8° đến 15° (Đất dốc vừa)
- Cấp III: Độ dốc từ 15° đến 25° (Đất dốc hơi mạnh)
- Cấp IV: Độ dốc trên 25° (Đất dốc mạnh)
- Cơ sở pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật:
- Quyết định số 83/2000/QĐ-TTg ngày 12/7/2000 của Thủ tướng Chính phủ về việc sử dụng Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia VN-2000.
- Quyết định số 05/2007/QĐ-BTNMT ngày 27/2/2007 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc sử dụng hệ thống tham số tính chuyển giữa Hệ tọa độ quốc tế WGS-84 và Hệ tọa độ quốc gia VN-2000.
- Quy định kỹ thuật và ký hiệu bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ quy hoạch sử dụng đất do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành.
Nguồn dữ liệu sử dụng
- Dữ liệu số độ cao ASTER GDEM: Dữ liệu DEM toàn cầu do NASA và METI cung cấp miễn phí, có độ phân giải không gian mặt đất 30 mét.
- Dữ liệu bản đồ hành chính và địa giới: Bản đồ địa giới hành chính theo Chỉ thị 364/CT (bản đồ 364CT) khu vực huyện Phú Lương.
- Dữ liệu hiện trạng và quy hoạch: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất huyện Phú Lương năm 2010; số liệu thống kê, kiểm kê đất đai huyện Phú Lương năm 2013; báo cáo quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội huyện giai đoạn 2010 - 2020.
- Tài liệu điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội: Báo cáo tổng kết tình hình kinh tế - xã hội của Ủy ban nhân dân huyện Phú Lương.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập có chọn lọc các tài liệu bản đồ, số liệu điều kiện tự nhiên, dân sinh, kinh tế, hạ tầng và các văn bản quy phạm kỹ thuật; khảo sát thực địa đối chiếu độ cao và ranh giới.
- Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ: Sử dụng Global Mapper để cắt, xử lý và xuất dữ liệu ASTER GDEM theo ranh giới huyện; sử dụng MapInfo Professional và module Vertical Mapper để xử lý không gian, tạo bề mặt lưới (Grid), chạy bài toán phân tích không gian (Spatial Analysis) để nội suy và phân loại các cấp độ dốc.
- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: Liên kết dữ liệu không gian dạng bảng (*.tab, *.dat, *.map, *.id) với dữ liệu thuộc tính; trích xuất dữ liệu diện tích theo đơn vị hành chính xã và theo từng cấp độ dốc; xuất dữ liệu sang Microsoft Excel (.csv) và Microsoft Word phục vụ tổng hợp, so sánh.
- Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến chuyên gia trong các lĩnh vực trắc địa - bản đồ, GIS, quản lý đất đai và nông lâm nghiệp nhằm xác định thang phân cấp độ dốc và đề xuất các giải pháp bố trí cây trồng phù hợp.
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Mở đầu
Trình bày tính cấp thiết của việc tổ chức sử dụng bền vững tài nguyên đất dốc tại vùng trung du miền núi phía Bắc nói chung và huyện Phú Lương nói riêng. Nêu rõ bối cảnh ứng dụng công nghệ thông tin, công nghệ GIS và mô hình số độ cao DEM trong quản lý đất đai nhằm thay thế phương pháp thành lập bản đồ thủ công truyền thống. Xác định rõ mục đích, yêu cầu kỹ thuật của đề tài cùng ý nghĩa khoa học trong học tập và ý nghĩa thực tiễn đối với công tác quy hoạch phát triển nông lâm nghiệp tại địa phương.
Phần 2: Tổng quan tài liệu
Hệ thống hóa các cơ sở lý luận và thực tiễn về:
- Hệ thống thông tin địa lý (GIS): Khái niệm, 5 thành phần cấu thành, cấu trúc dữ liệu không gian (Raster, Vector) và dữ liệu thuộc tính.
- Các tiêu chuẩn của một cơ sở dữ liệu địa lý: Tính không dư thừa thông tin (dư thừa vật lý và dư thừa ngữ nghĩa), bảo đảm tính toàn vẹn, bảo mật, tính độc lập giữa dữ liệu và chương trình ứng dụng.
- Phần mềm MapInfo: Cấu trúc tệp dữ liệu (*.TAB, *.DAT, *.MAP, *.ID, *.IND, *.WOR), phương thức tổ chức dữ liệu dạng Table, Workspace và cửa sổ Map.
- Mô hình số độ cao DEM và module Vertical Mapper: Các tính năng phân tích dự báo, phân tích tương quan không gian, tạo vùng đệm Grid, kiểm tra đối tượng đường/vùng và nội suy bề mặt 3D.
- Phần mềm ArcView GIS và tổng quan về tài nguyên đất dốc: Đặc điểm sinh thái nhạy cảm của đất dốc; thế mạnh về mở rộng diện tích canh tác, phát triển lâm nghiệp, cây công nghiệp dài ngày (chè, cà phê, cao su), chăn nuôi đại gia súc, thủy điện và du lịch sinh thái; các hạn chế tự nhiên nghiêm trọng như xói mòn đất, rửa trôi dinh dưỡng, suy thoái độ phì nhiêu tầng mặt, hạn hán mùa khô, chia cắt địa hình gây khó khăn cho giao thông.
- Tình hình nghiên cứu ứng dụng GIS và DEM trên thế giới (Canada, Hoa Kỳ, Đông Nam Á) và tại Việt Nam (các công trình tại Hương Trà - Thừa Thiên Huế, Tam Nông - Phú Thọ, đề tài cấp nhà nước KC-07-03 của Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp).
Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Trình bày chi tiết:
- Đối tượng nghiên cứu (đất dốc và công nghệ thành lập bản đồ độ dốc bằng MapInfo - Vertical Mapper); phạm vi không gian (36.894,65 ha đất tự nhiên của huyện Phú Lương) và phạm vi thời gian (31/12/2013 - 30/04/2014).
- Nội dung nghiên cứu gồm 4 hợp phần:
- Điều tra cơ bản về tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên, kinh tế - xã hội và hiện trạng quản lý đất đai huyện Phú Lương.
- Xác định các bước xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ độ dốc.
- Nghiên cứu khai thác phần mềm MapInfo và module Vertical Mapper để xử lý dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian.
- Đánh giá khả năng khai thác bản đồ độ dốc phục vụ phát triển nông lâm nghiệp.
- Quy trình phương pháp luận thực hiện gồm 4 phương pháp: thu thập số liệu, xây dựng CSDL bản đồ, thống kê xử lý số liệu và phương pháp chuyên gia.
Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Đây là chương nội dung trọng tâm của khóa luận, tập trung vào 4 nhóm kết quả chính:
1. Điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội huyện Phú Lương
- Vị trí và địa hình: Tổng diện tích tự nhiên 368,81 km², có 16 đơn vị hành chính (14 xã và 2 thị trấn). Địa hình thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, chia thành 2 vùng rõ rệt:
- Vùng phía Đông: Gồm 10 xã và 2 thị trấn, độ cao trung bình từ 8 - 15 m, là vùng nông nghiệp thấp xen kẽ địa hình bằng phẳng.
- Vùng phía Tây: Gồm 4 xã vùng núi đồi, độ cao trung bình từ 200 - 300 m.
- Khí hậu và thủy văn: Khí hậu nhiệt đới gió mùa chia 2 mùa (mùa nóng mưa nhiều từ tháng 5 đến tháng 10; mùa lạnh mưa ít từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau). Hệ thống sông suối gồm sông Đu, sông Cầu và các phụ lưu.
- Dân sinh và kinh tế: Mật độ dân số bình quân 285 người/km² (thị trấn Đu cao nhất: 1.873 người/km²; xã Yên Ninh thấp nhất: 134 người/km²), có 9 dân tộc cùng sinh sống (Kinh, Tày, Nùng, Dao, Sán Dìu, Mông...). Công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp chiếm 21 - 23% GDP. Hạ tầng có 38 km Quốc lộ 3, 136 km đường liên xã, 448 km đường liên thôn, 100% xã có điện lưới quốc gia, 29 trạm bơm điện phục vụ tưới tiêu.
2. Hiện trạng sử dụng đất huyện Phú Lương năm 2013
Tổng diện tích tự nhiên toàn huyện là 36.894,65 ha, được cơ cấu theo bảng số liệu thống kê:
| TT |
Chỉ tiêu loại đất |
Diện tích (ha) |
Tỷ lệ (%) |
| I |
Đất nông nghiệp |
30.503,68 |
82,68 |
| 1 |
Đất sản xuất nông nghiệp |
12.450,74 |
33,75 |
| 2 |
Đất lâm nghiệp |
17.223,68 |
46,68 |
| - |
Rừng đặc dụng |
0,00 |
0,00 |
| - |
Rừng phòng hộ |
3.419,27 |
9,27 |
| - |
Rừng sản xuất |
13.804,41 |
37,42 |
| II |
Đất phi nông nghiệp |
5.813,76 |
15,76 |
| III |
Đất chưa sử dụng |
578,57 |
1,57 |
| Tổng |
Tổng diện tích tự nhiên |
36.894,65 |
100,00 |
Toàn huyện có 9 loại hình sử dụng đất (Land Use Types - LUT) gồm: LUT 2 vụ lúa; LUT 2 vụ lúa - 1 vụ đông; LUT 1 vụ lúa - 2 vụ rau màu; LUT 1 vụ lúa; LUT chuyên rau màu; LUT cây công nghiệp lâu năm; LUT rừng sản xuất; LUT rừng phòng hộ; LUT nuôi trồng thủy sản.
3. Quy trình kỹ thuật xây dựng bản đồ độ dốc bằng Vertical Mapper
Quy trình xây dựng gồm 5 bước thực hiện liên hoàn:
- Bước 1 - Khai thác và xử lý dữ liệu DEM: Dùng Global Mapper nạp ảnh ASTER GDEM độ phân giải 30m, kết hợp ranh giới bản đồ 364CT để cắt khung không gian huyện Phú Lương và chuyển đổi sang định dạng Raster tương thích với Vertical Mapper.
- Bước 2 - Phân tích và nội suy độ dốc: Sử dụng công cụ Spatial Analysis trong module Vertical Mapper để tính toán độ dốc tự động cho từng ô lưới địa hình, sau đó tiến hành phân loại và gán lại mã cấp độ dốc theo 4 thang cấp (0-8°, 8-15°, 15-25°, >25°).
- Bước 3 - Thiết kế và xây dựng cơ sở dữ liệu không gian: Xác lập cơ sở toán học bản đồ gồm:
- Hệ quy chiếu và tọa độ: VN-2000 (kinh tuyến trục 106°30', elipsoid WGS-84, lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM múi chiếu 6°, hệ số k0 = 0,9996).
- Tỷ lệ bản đồ: 1:25.000 (1 cm trên bản đồ tương ứng 250 m ngoài thực địa). Sai số chuyển vẽ vị trí không vượt quá ± 0,2 mm.
- Thiết kế 8 lớp dữ liệu chính:
PhuLuong_Mau (thể hiện màu cấp độ dốc), PhuLuong_Songsuoi (thủy hệ), Ranhgioi_Giaothong (đường giao thông và ranh giới), PhuLuong_Text_50 (địa danh), PhuLuong_Khung (khung bản đồ), Ghi_chu (thông tin phụ), Đường đồng mức (độ cao), Phân cấp độ dốc 3D (độ bóng địa hình).
- Bước 4 - Thiết kế cấu trúc cơ sở dữ liệu thuộc tính: Tạo lập bảng thuộc tính trên MapInfo với 6 trường thông tin chuẩn hóa:
| Tên trường (Field Name) |
Kiểu dữ liệu (Type) |
Độ rộng (Width) |
Số thập phân (Decimal) |
Giải thích nội dung |
TENXA |
Character |
30 |
- |
Tên đơn vị hành chính cấp xã/thị trấn |
TENHUYEN |
Character |
30 |
- |
Tên đơn vị hành chính huyện (Phú Lương) |
DODOC |
Character |
15 |
- |
Cấp phân loại độ dốc (Cấp I, II, III, IV) |
DODOC_MIN |
Float |
- |
2 |
Giá trị góc dốc nhỏ nhất trong cấp (độ) |
DODOC_MAX |
Float |
- |
2 |
Giá trị góc dốc lớn nhất trong cấp (độ) |
DIENTICH |
Float |
- |
2 |
Diện tích khoanh đất độ dốc (ha) |
- Bước 5 - Biên tập, kiểm tra và hoàn thiện topology: Kiểm tra tính toàn vẹn hình học không gian, loại bỏ các lỗi chồng đè (overlap) hoặc hở vùng (gap), biên tập màu sắc phân cấp độ dốc trực quan.
4. Kết quả phân tích không gian và ứng dụng cơ sở dữ liệu
Sau khi phân tích và nội suy toàn bộ lãnh thổ huyện Phú Lương, cơ sở dữ liệu không gian trích xuất được tổng cộng 2.469 khoanh đất độ dốc, phân bố theo 4 cấp:
- Cấp I (0° - 8°): 736 khoanh đất.
- Cấp II (8° - 15°): 921 khoanh đất.
- Cấp III (15° - 25°): 565 khoanh đất.
- Cấp IV (> 25°): 247 khoanh đất.
Hệ thống cho phép thực hiện các truy vấn không gian phức tạp bằng ngôn ngữ SQL trong MapInfo (truy vấn khoanh đất theo xã như xã Yên Ninh, xã Phú Đô; lọc các khoanh đất có diện tích lớn hơn 2 ha; thống kê diện tích đất dốc theo từng đơn vị hành chính) và xuất kết quả ra các tệp bảng tính phục vụ công tác thống kê, kiểm kê đất đai.
Phần 5: Kết luận và đề nghị
Khẳng định việc làm chủ công nghệ GIS và module Vertical Mapper đã giúp thành lập thành công bản đồ độ dốc huyện Phú Lương tỷ lệ 1:25.000 với độ chính xác cao. Đề nghị các cơ quan chuyên môn của huyện Phú Lương đưa bộ cơ sở dữ liệu này vào khai thác trong công tác lập quy hoạch sử dụng đất, phân vùng sản xuất cây trồng nông nghiệp và lâm nghiệp thích ứng với điều kiện địa hình từng tiểu vùng.
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính đạt được
- Thành lập bộ bản đồ độ dốc tỷ lệ 1:25.000: Xây dựng hoàn chỉnh bản đồ độ dốc và bản đồ số mô hình độ cao huyện Phú Lương theo hệ tọa độ quốc gia VN-2000 (kinh tuyến trục 106°30', múi chiếu 6°).
- Số hóa và phân loại chi tiết 2.469 khoanh đất: Xác lập bộ dữ liệu phân cấp độ dốc trên toàn bộ 36.894,65 ha đất tự nhiên của huyện:
| Cấp độ dốc |
Khoảng góc dốc (độ) |
Đặc tính địa hình |
Số lượng khoanh đất |
Hướng bố trí sử dụng đất nông lâm nghiệp |
| Cấp I |
0° - 8° |
Đất bằng đến dốc nhẹ |
736 |
Tập trung sản xuất lúa nước, hoa màu, rau chuyên canh, nuôi trồng thủy sản và xây dựng cơ sở hạ tầng. |
| Cấp II |
8° - 15° |
Đất dốc vừa |
921 |
Thích hợp phát triển cây công nghiệp dài ngày (chè), cây ăn quả, nông lâm kết hợp, hạn chế cày xới sâu. |
| Cấp III |
15° - 25° |
Đất dốc hơi mạnh |
565 |
Ưu tiên trồng rừng sản xuất, khoanh nuôi tái sinh rừng, trồng cây đa mục đích bảo vệ đất, áp dụng biện pháp chống xói mòn. |
| Cấp IV |
> 25° |
Đất dốc mạnh |
247 |
Giữ nghiêm ngặt rừng phòng hộ đầu nguồn, bảo tồn thiên nhiên, nghiêm cấm khai hoang làm nương rẫy. |
| Tổng cộng |
- |
- |
2.469 |
- |
- Xây dựng CSDL không gian - thuộc tính chuẩn hóa: Thiết lập cấu trúc cơ sở dữ liệu gồm 8 lớp dữ liệu không gian và bảng thuộc tính 6 trường (
TENXA, TENHUYEN, DODOC, DODOC_MIN, DODOC_MAX, DIENTICH), bảo đảm khả năng liên kết bảng, truy vấn lọc dữ liệu theo điều kiện diện tích, hành chính và cấp độ dốc.
Giải pháp và kiến nghị của tác giả
- Định hướng quy hoạch theo tiểu vùng địa hình: Vùng đồng bằng và gò đồi thấp phía Đông (độ dốc cấp I, II) tập trung thâm canh lúa, rau màu chất lượng cao và phát triển vùng chè đặc sản; vùng đồi núi cao phía Tây (độ dốc cấp III, IV) tập trung khoanh nuôi bảo vệ rừng phòng hộ và phát triển rừng sản xuất bằng các loại cây bản địa có khả năng giữ đất.
- Khai thác quỹ đất đồi dốc chưa sử dụng: Đưa 578,57 ha đất chưa sử dụng vào trồng rừng và phát triển các mô hình nông lâm kết hợp theo đường đồng mức để nâng cao hệ số sử dụng đất và bảo vệ môi trường sinh thái.
- Ứng dụng công nghệ: Khuyến nghị Phòng Tài nguyên và Môi trường, Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn huyện Phú Lương sử dụng CSDL bản đồ độ dốc số làm tài liệu tham chiếu bắt buộc khi thẩm định quy hoạch sử dụng đất và các dự án chuyển đổi cơ cấu cây trồng.
Đóng góp mới của khóa luận
Khóa luận đã hoàn thiện quy trình công nghệ kết hợp giữa phần mềm Global Mapper (khai thác DEM độ phân giải 30m từ ASTER GDEM), MapInfo và module Vertical Mapper để tự động hóa hoàn toàn các khâu xử lý, nội suy độ dốc và biên tập bản đồ chuyên đề. Giải pháp này giúp rút ngắn thời gian thành lập bản đồ so với phương pháp thủ công truyền thống, đồng thời tạo ra bộ cơ sở dữ liệu số có cấu trúc chuẩn, dễ dàng tích hợp vào hệ thống GIS quản lý tài nguyên đất đai của tỉnh Thái Nguyên.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đề tài
- Độ phân giải nguồn dữ liệu DEM: Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu độ cao ASTER GDEM miễn phí với độ phân giải không gian 30 mét. Tại những khu vực địa hình đồi núi bị chia cắt quá phức tạp hoặc có độ chênh cao cục bộ nhỏ, độ chi tiết của mô hình số độ cao chưa phản ánh triệt để vi địa hình thực tế.
- Khâu gán nhãn thuộc tính thủ công sau nội suy: Mặc dù module Vertical Mapper tự động tính toán góc dốc dạng lưới Grid, việc phân chia lại thành 4 khoảng cấp độ dốc theo quy chuẩn nông nghiệp Việt Nam vẫn phải thực hiện qua bước tái phân loại (Reclassify) và gán mã thuộc tính thủ công cho từng phân vùng.
- Mức độ tích hợp đa tiêu chí: Đề tài mới chỉ dừng lại ở việc phân tích một yếu tố đơn lẻ là độ dốc địa hình, chưa kết hợp đồng thời với các lớp dữ liệu không gian khác như bản đồ thổ nhưỡng, độ dày tầng đất mịn, lượng mưa bình quân và hiện trạng xói mòn để đánh giá mức độ thích nghi đất đai toàn diện.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Ứng dụng nguồn dữ liệu mô hình số độ cao DEM có độ phân giải cao hơn (từ ảnh viễn thám độ phân giải siêu cao, dữ liệu quét LiDAR hoặc bay chụp bằng thiết bị bay không người lái - UAV) để nâng cao độ chính xác cho bản đồ độ dốc ở tỷ lệ lớn hơn (1:10.000 hoặc 1:5.000).
- Kết hợp bản đồ độ dốc với bản đồ đất, bản đồ thảm phủ thực vật và mô hình mất đất xói mòn tiềm năng (như phương trình USLE) để tính toán định lượng nguy cơ suy thoái đất trên địa bàn huyện.
- Xây dựng hệ thống WebGIS trực tuyến nhằm chia sẻ dữ liệu bản đồ độ dốc và hiện trạng đất đai, hỗ trợ các nhà quản lý và người dân dễ dàng tra cứu thông tin địa hình phục vụ sản xuất.
Giá trị tham khảo
- Đối với sinh viên và học viên chuyên ngành Quản lý đất đai, Trắc địa - Bản đồ, GIS và Khoa học môi trường: Tài liệu cung cấp tài liệu hướng dẫn quy trình thực hành chi tiết về phương pháp xử lý dữ liệu ASTER GDEM trên Global Mapper, các thao tác chạy công cụ Spatial Analysis trong module Vertical Mapper và cách thiết kế cấu trúc bảng thuộc tính đồng bộ trên MapInfo.
- Đối với cán bộ quản lý tài nguyên và quy hoạch nông nghiệp cấp huyện: Khóa luận cung cấp nguồn số liệu điều tra cơ bản, hiện trạng sử dụng đất năm 2013 và bảng thống kê phân bố 2.469 khoanh đất độ dốc trên 16 xã, thị trấn của huyện Phú Lương, làm cơ sở dữ liệu tham chiếu cho công tác giao đất lâm nghiệp và chuyển dịch cơ cấu cây trồng.
- Phần nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu:
- Quy trình 5 bước xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ độ dốc từ ảnh vệ tinh số độ cao (mục 4.3 trong văn bản).
- Cấu trúc cơ sở dữ liệu thuộc tính và các tiêu chuẩn kiểm tra sai số chuyển vẽ hình học (mục 4.4).
- Các câu lệnh truy vấn SQL lọc dữ liệu không gian theo đơn vị hành chính và diện tích khoanh đất (mục 4.5).
Câu hỏi thường gặp
1. Nguồn dữ liệu số độ cao (DEM) nào được sử dụng trong khóa luận và có độ phân giải bao nhiêu?
Nghiên cứu sử dụng mô hình số độ cao từ nguồn dữ liệu toàn cầu ASTER GDEM được khai thác thông qua phần mềm Global Mapper. Dữ liệu này có độ phân giải không gian mặt đất là 30 mét, cho phép mô phỏng địa hình đồi núi và tính toán độ dốc tự động trên phạm vi toàn huyện Phú Lương.
2. Bản đồ độ dốc huyện Phú Lương được phân thành mấy cấp và khoảng phân chia góc dốc cụ thể ra sao?
Bản đồ độ dốc được phân chia thành 4 cấp theo tiêu chuẩn phân loại đất dốc phục vụ nông lâm nghiệp:
- Cấp I: Độ dốc từ 0° đến 8° (Đất dốc nhẹ).
- Cấp II: Độ dốc từ 8° đến 15° (Đất dốc vừa).
- Cấp III: Độ dốc từ 15° đến 25° (Đất dốc hơi mạnh).
- Cấp IV: Độ dốc trên 25° (Đất dốc mạnh).
3. Cơ sở toán học và hệ tọa độ thiết lập cho bản đồ độ dốc tỷ lệ 1:25.000 gồm các thông số kỹ thuật nào?
Bản đồ được thành lập tuân thủ Quyết định 83/2000/QĐ-TTg và Quyết định 05/2007/QĐ-BTNMT:
- Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ: VN-2000.
- Elipsoid quy chiếu: WGS-84 (bán trục lớn $a = 6.378.137$ m).
- Lưới chiếu: Hình trụ ngang đồng góc (UTM) múi chiếu 6°, hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài $k_0 = 0,9996$.
- Kinh tuyến trục: 106°30'.
- Tỷ lệ bản đồ: 1:25.000 (sai số chuyển vẽ vị trí không vượt quá $\pm 0,2$ mm).
4. Cơ sở dữ liệu thuộc tính của bản đồ độ dốc trong MapInfo bao gồm những trường dữ liệu nào?
Bảng thuộc tính cơ sở dữ liệu được thiết kế gồm 6 trường thông tin:
TENXA (Kiểu Character, độ rộng 30): Tên xã/thị trấn.TENHUYEN (Kiểu Character, độ rộng 30): Tên huyện (Phú Lương).DODOC (Kiểu Character, độ rộng 15): Cấp độ dốc phân loại.DODOC_MIN (Kiểu Float): Giá trị độ dốc nhỏ nhất trong cấp.DODOC_MAX (Kiểu Float): Giá trị độ dốc lớn nhất trong cấp.DIENTICH (Kiểu Float): Diện tích khoanh đất tương ứng (ha).
5. Toàn huyện Phú Lương có tổng cộng bao nhiêu khoanh đất độ dốc và số lượng phân bố theo từng cấp như thế nào?
Sau quá trình xử lý và nội suy không gian, toàn bộ diện tích huyện Phú Lương thu được 2.469 khoanh đất độ dốc, trong đó:
- Cấp độ dốc 0° - 8° (Cấp I): 736 khoanh.
- Cấp độ dốc 8° - 15° (Cấp II): 921 khoanh.
- Cấp độ dốc 15° - 25° (Cấp III): 565 khoanh.
- Cấp độ dốc > 25° (Cấp IV): 247 khoanh.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Bùi Ngọc Ánh đã ứng dụng thành công công nghệ GIS, mô hình số độ cao ASTER GDEM (30m) và module Vertical Mapper trên nền phần mềm MapInfo để xây dựng bản đồ độ dốc tỷ lệ 1:25.000 cho toàn bộ 36.894,65 ha diện tích tự nhiên huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên. Nghiên cứu đã phân loại và số hóa chi tiết 2.469 khoanh đất thành 4 cấp độ dốc, đồng thời thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính chuẩn hóa theo hệ tọa độ quốc gia VN-2000. Đây là công trình học thuật có ý nghĩa thực tiễn rõ rệt, cung cấp luận cứ khoa học định lượng và công cụ quản lý số hóa phục vụ công tác quy hoạch sử dụng đất, chuyển đổi cơ cấu cây trồng và phát triển nông lâm nghiệp bền vững tại địa phương.
