Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp đại học ngành Quản lý Tài nguyên (chuyên ngành Địa chính môi trường) của tác giả Trần Văn Viết, thực hiện tại Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Ngọc Nông (năm 2014), tập trung giải quyết bài toán hiện đại hóa quy trình thành lập bản đồ địa chính và quản lý biến động đất đai. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ việc thực thi Luật Đất đai năm 2003, đòi hỏi công tác quản lý nhà nước về đất đai phải được thực hiện chặt chẽ đến từng thửa đất và từng chủ sử dụng, đặc biệt tại các khu vực đô thị và khu công nghiệp. Phương pháp đo vẽ thủ công truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế về thời gian, chi phí và độ chính xác, do đó việc tự động hóa công tác đo đạc ngoại nghiệp kết hợp phần mềm xử lý nội nghiệp trở thành yêu cầu kỹ thuật cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Thành lập được bản đồ địa chính đúng với hiện trạng ngoài thực tế nhờ vào sử dụng phần mềm MicroStation và FAMIS.
  2. Giúp cho cán bộ quản lý đất đai quản lý tốt đất tại địa phương một cách dễ dàng.
  3. Ứng dụng công nghệ tin học xây dựng lưới và bản đồ địa chính số với việc biên tập, chỉnh sửa hoàn thiện bản đồ.

Yêu cầu kỹ thuật:

  • Bản đồ địa chính thành lập phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình, quy phạm đo vẽ bản đồ địa chính hiện hành của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
  • Đánh giá năng lực chuyên môn trong việc ứng dụng các phần mềm chuyên ngành của cán bộ quản lý đất đai.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Ứng dụng máy toàn đạc điện tử (Topcon GTS-235), máy định vị GPS cùng các phần mềm chuyên ngành (MicroStation, FAMIS, TRIMNET, MapSource) vào xây dựng lưới khống chế đo vẽ, đo vẽ chi tiết và chỉnh lý biến động sử dụng đất.
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ diện tích tự nhiên 851,76 ha của xã Cao Ngạn, thành phố Thái Nguyên (địa bàn sáp nhập từ huyện Đồng Hỷ về thành phố Thái Nguyên theo Nghị định số 84/2008/NĐ-CP).
  • Phạm vi thời gian và địa điểm thực hiện: Từ ngày 20/01/2014 đến ngày 30/04/2014 tại Trung tâm Kỹ thuật Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và cơ sở toán học bản đồ

Bản đồ địa chính là tài liệu cơ bản mang tính pháp lý cao nhất trong bộ hồ sơ địa chính, thể hiện vị trí, hình thể, diện tích, số thửa và loại đất của từng chủ sử dụng theo các tỷ lệ lớn (1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10.000). Bản đồ quản lý các yếu tố không gian (điểm, đường ranh giới, thửa đất, lô đất, hệ thống giao thông, thủy văn, địa vật cố định) và yếu tố thuộc tính (phân loại 5 nhóm đất chính: đất ở, đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất chuyên dùng, đất chưa sử dụng).

Cơ sở toán học của bản đồ địa chính Việt Nam được xây dựng trên Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 theo phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator) và Elipxoid WGS-84 cải biên, với các tham số kỹ thuật:

  • Bán trục lớn: $a = 6.378.137,0\text{ m}$
  • Độ dẹt: $\alpha = 1 / 298,25723563$
  • Tốc độ quay quanh trục: $\omega = 7.292.115,0 \times 10^{-11}\text{ rad/s}$
  • Hằng số trọng trường Trái Đất: $GM = 398.600,5 \times 10^{8}\text{ m}^3/\text{s}^2$
  • Điểm gốc tọa độ quốc gia: Điểm $N_{00}$ đặt tại Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ (Hà Nội).
  • Kinh tuyến trục: Quy định riêng cho từng tỉnh/thành phố trong phạm vi từ $103^\circ$ đến $109^\circ$ để đảm bảo độ biến dạng chiều dài không vượt quá giới hạn cho phép.

Quy tắc phân mảnh và đặt số hiệu mảnh bản đồ địa chính tuân thủ theo Điều 5 Thông tư 55/2013/TT-BTNMT, dựa trên phép chia ô vuông tọa độ vuông góc phẳng từ tỷ lệ 1:10.000 xuống các tỷ lệ lớn hơn (1:5.000, 1:2.000, 1:1.000, 1:500, 1:200).

Cơ sở pháp lý

  • Luật Đất đai năm 2003 (được Quốc hội thông qua ngày 26/11/2003).
  • Nghị định số 181/2004/NĐ-CP ngày 29/10/2004 của Chính phủ về thi hành Luật Đất đai.
  • Quyết định số 235/2000/QĐ-TCĐC ngày 26/06/2000 của Tổng cục Địa chính về việc công bố hệ thống phần mềm chuẩn thống nhất ngành Địa chính.
  • Quyết định số 08/2008/QĐ-BTNMT ngày 10/11/2008 của Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành Quy phạm thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10000.
  • Thông tư số 55/2013/TT-BTNMT quy định về thành lập bản đồ địa chính.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp bản đồ: Thu thập, kế thừa và sử dụng bản đồ địa chính đo đạc năm 1997 (số hóa năm 2000) cùng bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2005 để rà soát, đối chiếu và cập nhật biến động.
  • Phương pháp đo đạc thực địa: Đo khống chế mặt bằng bằng máy GPS và máy toàn đạc điện tử Topcon GTS-235; đo vẽ chi tiết ranh giới thửa đất theo phương pháp tọa độ cực.
  • Phương pháp tính toán và xử lý số liệu: Trút số liệu đo qua MapSource, bình sai lưới đường chuyền bằng phần mềm chuyên dụng TRIMNET, chuyển đổi định dạng dữ liệu từ .txt sang .asc và nhập vào FAMIS để xử lý topology.
  • Phương pháp điều tra, thu thập số liệu: Thu thập hồ sơ địa chính lưu trữ, sổ mục kê, sổ trích lục, tài liệu khí tượng thủy văn và kinh tế - xã hội của xã Cao Ngạn.
  • Phương pháp thống kê và tổng hợp: Phân tích, tổng hợp số liệu diện tích, loại đất và thông tin địa chính phục vụ công tác qui chủ và lập biểu tổng hợp.

Nội dung chính theo từng phần của khóa luận

Phần 1: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh công nghệ thông tin và kỹ thuật điện tử phát triển mạnh mẽ, làm thay đổi căn bản công nghệ thành lập bản đồ địa chính. Xác định rõ mục đích, yêu cầu kỹ thuật, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài đối với việc hiện đại hóa công tác quản lý đất đai cấp cơ sở.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa toàn diện các khái niệm địa chính; phân tích ưu và nhược điểm của hai phương pháp thành lập bản đồ chủ yếu:

  • Phương pháp toàn đạc: Đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa bằng máy toàn đạc điện tử. Ưu điểm là độ chính xác cao, đo chi tiết từng góc cạnh thửa đất, không bị hạn chế bởi cây cối che khuất; nhược điểm là khối lượng công việc ngoại nghiệp lớn, chi phí cao.
  • Phương pháp ảnh hàng không: Đo vẽ lập thể giải tích hoặc đo ảnh số. Ưu điểm là tốc độ nhanh, giảm thời gian thực địa; nhược điểm là độ chính xác phụ thuộc chất lượng phim chụp, tỷ lệ ảnh bay chụp và dễ sai sót khi đoán đọc tại các khu vực bị che khuất.

Phần này cũng phân tích môi trường đồ họa MicroStation cùng bộ công cụ Mapping Office (IRASB, IRASC, GEOVEC, MSFC) và phần mềm tích hợp FAMIS (Field Work and Cadastral Mapping Integrated Software). FAMIS đóng vai trò là phần mềm chuẩn quốc gia, cho phép quản lý cơ sở dữ liệu trị đo, xử lý mã tự động, tạo vùng topology, đăng ký thuộc tính (qui chủ sơ bộ) và tự động xuất hồ sơ kỹ thuật thửa đất, trích lục, sổ mục kê.

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

Xác định địa bàn thực tập tại Trung tâm Kỹ thuật Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên và khu vực thực nghiệm tại xã Cao Ngạn. Thiết lập quy trình công nghệ 5 bước:

  1. Thu thập tài liệu, khảo sát thực địa, thiết kế lưới khống chế đo vẽ.
  2. Chôn mốc, đo góc và đo cạnh lưới kinh vĩ cấp 1, cấp 2 ngoài thực địa.
  3. Trút số liệu, bình sai tọa độ bằng TRIMNET.
  4. Đo chi tiết các yếu tố địa chính bằng máy toàn đạc Topcon GTS-235 theo phương pháp tọa độ cực.
  5. Xử lý nội nghiệp trên MicroStation và FAMIS, sửa lỗi hình học (MRFClean, MRFFlag), tạo vùng, gán nhãn thửa và in bản đồ.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Trình bày chi tiết các số liệu điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội xã Cao Ngạn, kết quả tính toán bình sai lưới đường chuyền và quy trình biên tập bản đồ địa chính số từ dữ liệu đo thực nghiệm.

Kết quả và đóng góp thực tiễn

1. Đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu (Xã Cao Ngạn)

Số liệu điều tra và khảo sát thực địa cung cấp bức tranh chi tiết về khu vực đo vẽ:

  • Diện tích tự nhiên: 851,76 ha; gồm 46,41 ha diện tích sông suối (có sông Cầu bao quanh ranh giới phía Tây).
  • Địa hình: Trung du miền núi nhưng tương đối bằng phẳng, cốt cao độ dao động từ 16,05 m đến 36,00 m.
  • Khí hậu: Lượng mưa trung bình năm đạt 2007 mm; nhiệt độ trung bình năm $22 - 23^\circ\text{C}$ (nhiệt độ cao tuyệt đối $32,8^\circ\text{C}$, thấp tuyệt đối $3,0^\circ\text{C}$).
  • Dân số và lao động: Đến năm 2010 có 6.917 nhân khẩu với 1.636 hộ, mật độ dân số 768 người/km²; tỷ lệ hộ nghèo giảm từ 9,82% xuống 5,20%.
  • Hạ tầng kỹ thuật: 100% hộ dân dùng điện lưới quốc gia; hệ thống thủy lợi gồm 5 trạm bơm điện và 12 km kênh mương kiên cố hóa, phục vụ tưới tiêu cho 120 ha đất canh tác.

2. Thành lập và bình sai mạng lưới khống chế trắc địa

Khu đo sử dụng 11 điểm tọa độ, độ cao có sẵn (gồm 03 điểm GPS do Trung tâm Công nghệ Thông tin TN&MT cấp và 08 điểm địa chính do Trung tâm Kỹ thuật TN&MT xây dựng tháng 5/2013). Điểm khởi tính gốc mang số hiệu 2480 có tọa độ phẳng $X = 2392454.639\text{ m}$.

Khóa luận áp dụng các chỉ tiêu kỹ thuật của đường chuyền kinh vĩ cấp 1 và cấp 2 để thiết kế và đo ngắm:

Chỉ tiêu kỹ thuật Đường chuyền Cấp 1 Đường chuyền Cấp 2
Chiều dài đường chuyền tối đa $\le 2000\text{ m}$ $\le 1000\text{ m}$
Số cạnh tối đa trong đường chuyền 15 cạnh 15 cạnh
Số cạnh từ điểm gốc đến điểm nút $\le 10$ cạnh $\le 10$ cạnh
Chiều dài cạnh: Lớn nhất / Nhỏ nhất $400\text{ m}$ / $20\text{ m}$ $400\text{ m}$ / $5\text{ m}$
Sai số trung phương đo góc $\le 15''$ $\le 15''$
Sai số khép góc giới hạn ($f_\beta$) $\pm 30''\sqrt{n}$ $\pm 30''\sqrt{n}$
Sai số khép tương đối giới hạn ($f_s / [S]$) $1 / 4000$ $1 / 2000$

Kết quả bình sai bằng phần mềm TRIMNET:

  • Phương vị:
    • Sai số đo phương vị lớn nhất: $m_{\alpha\text{ max}} = 2,94''$ (đoạn TN01M - TN02M).
    • Sai số đo phương vị nhỏ nhất: $m_{\alpha\text{ min}} = 0,25''$ (đoạn 2492 - TN04M).
    • Số hiệu chỉnh phương vị lớn nhất: $d_{\alpha\text{ max}} = -1,06''$ (đoạn TN06M - TN05M).
  • Cạnh đo:
    • Chiều dài cạnh khởi tính (2492 - TN02M): $2704,400\text{ m}$.
    • Sai số đo cạnh lớn nhất: $m_{s\text{ max}} = 0,006\text{ m}$ (đoạn 2480 - TN02M).
    • Sai số đo cạnh nhỏ nhất: $m_{s\text{ min}} = 0,003\text{ m}$ (đoạn TN04M - TN01M).
    • Số hiệu chỉnh cạnh lớn nhất: $d_{s\text{ max}} = 0,012\text{ m}$ (đoạn 2492 - TN02M).

3. Quy trình đo vẽ chi tiết và biên tập bản đồ trên MicroStation & FAMIS

  • Công tác đo chi tiết: Dùng máy Topcon GTS-235 đặt tại các mốc khống chế, ngắm định hướng về mốc liền kề và đưa bàn độ bằng về $0^\circ00'00''$. Tọa độ điểm chi tiết $P(X_P, Y_P)$ được tính toán tự động trong CPU của máy theo công thức tọa độ cực: $$\Delta X = S \cdot \cos\alpha, \quad \Delta Y = S \cdot \sin\alpha$$ $$X_P = X_{\text{trạm}} + \Delta X, \quad Y_P = Y_{\text{trạm}} + \Delta Y$$
  • Chuyển đổi và xử lý dữ liệu:
    • File dữ liệu thô trút từ máy toàn đạc dưới định dạng .txt được chuyển đổi cấu trúc sang định dạng chuẩn .asc qua phần mềm trung gian.
    • Khởi động MicroStation, nạp ứng dụng FAMIS, vào phân hệ "Cơ sở dữ liệu trị đo" và thực hiện lệnh Import để đưa toàn bộ tọa độ điểm chi tiết lên bản vẽ đồ họa dạng file .dgn.
    • Tiến hành nối ranh giới thửa đất, các công trình xây dựng, đường giao thông và hệ thống thủy văn dựa vào sơ họa thực địa.
    • Sử dụng các công cụ MRFClean và MRFFlag để tự động dò tìm, xử lý các lỗi hình học (bắt nhầm điểm, hở đỉnh, đè vạch), tiến hành tạo vùng (Polygon) tự động và gán thông tin thuộc tính thửa đất (số thứ tự thửa, diện tích, loại đất, tên chủ sử dụng).
    • Tự động biên tập khung bản đồ địa chính, bảng chú giải và xuất hồ sơ địa chính.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

  • Quá trình đo vẽ chi tiết bằng phương pháp toàn đạc phụ thuộc lớn vào điều kiện thời tiết ngoại nghiệp và đòi hỏi tầm nhìn thông thoáng giữa các trạm máy; tại các khu vực dân cư có mật độ xây dựng cao hoặc vườn cây rậm rạp, việc dựng gương gặp nhiều khó khăn.
  • Mạng lưới hạ tầng kỹ thuật tại địa bàn nghiên cứu còn một số tồn tại ảnh hưởng đến đời sống và sản xuất: trạm bơm Phúc Lộc thiếu nguồn nước dẫn đến việc không thể gieo cấy vụ xuân; hệ thống đường dây điện hạ thế tiết diện nhỏ gây sụt áp; nguồn nước sinh hoạt của nhân dân chủ yếu vẫn là nước giếng khoan do hệ thống cấp nước máy chưa đồng bộ.

Hướng giải quyết và kiến nghị

  • Kiến nghị chính quyền thành phố Thái Nguyên đầu tư mở rộng các tuyến giao thông liên xã nối Quốc lộ 3 với Quốc lộ 1B, nâng cấp trạm biến áp và mạng lưới cấp nước sạch đô thị về xã Cao Ngạn.
  • Đẩy mạnh công tác đào tạo chuyên môn và chuẩn hóa quy trình sử dụng các phần mềm chuyên ngành (MicroStation, FAMIS) cho đội ngũ cán bộ địa chính cấp xã nhằm nâng cao hiệu quả cập nhật, chỉnh lý biến động hồ sơ địa chính thường xuyên.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên các ngành Quản lý đất đai, Địa chính - Môi trường, Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ khi thực hiện đồ án tốt nghiệp, thực tập chuyên môn về thành lập bản đồ địa chính cơ sở và bản đồ địa chính số.
  • Kỹ thuật viên, cán bộ địa chính cơ sở: Có thể tham khảo trực tiếp các bảng chỉ tiêu kỹ thuật đường chuyền kinh vĩ cấp 1, cấp 2; quy trình chuẩn hóa số liệu từ sổ đo điện tử Topcon GTS-235 sang file .asc; các thao tác xử lý lỗi topology và tạo vùng tự động trên nền MicroStation - FAMIS.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng các tham số elipxoid nào trong việc xác lập cơ sở toán học của bản đồ địa chính?
Khóa luận sử dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia VN-2000 (dựa trên Elipxoid WGS-84 cải biên) với bán trục lớn $a = 6.378.137,0\text{ m}$, độ dẹt $\alpha = 1/298,25723563$, tốc độ quay quanh trục $\omega = 7.292.115,0 \times 10^{-11}\text{ rad/s}$ và điểm gốc tọa độ quốc gia $N_{00}$ đặt tại Hà Nội.

2. Quy định kích thước khung tiêu chuẩn của mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000 theo Thông tư 55/2013/TT-BTNMT được tác giả trình bày như thế nào?
Mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000 được chia từ mảnh 1:5000 thành 9 ô vuông. Mỗi ô vuông có kích thước thực tế ngoài thực địa là $1 \times 1\text{ km}$ (tương ứng diện tích 100 ha). Kích thước khung trong tiêu chuẩn định dạng trên giấy là $50 \times 50\text{ cm}$.

3. Thiết bị đo đạc ngoại nghiệp chính được sử dụng để xây dựng lưới và đo vẽ chi tiết trong đề tài là gì?
Đề tài sử dụng máy định vị vệ tinh GPS kết hợp máy toàn đạc điện tử Topcon GTS-235 và máy kinh vĩ quang cơ để đo góc, đo cạnh lưới khống chế và đo tọa độ cực các điểm chi tiết ngoài thực địa.

4. Sai số đo cạnh và sai số đo phương vị lớn nhất đạt được sau khi bình sai lưới bằng phần mềm TRIMNET là bao nhiêu?
Theo kết quả tính toán bình sai trong khóa luận, sai số đo phương vị lớn nhất là $m_{\alpha\text{ max}} = 2,94''$ (cạnh TN01M - TN02M) và sai số đo cạnh sau bình sai lớn nhất là $m_{s\text{ max}} = 0,006\text{ m}$ (cạnh 2480 - TN02M).

5. Quy trình xử lý dữ liệu từ máy đo điện tử sang bản đồ số FAMIS diễn ra qua các định dạng file nào?
Dữ liệu thô từ máy Topcon GTS-235 được trút ra dưới dạng file văn bản .txt, sau đó chuyển đổi qua phần mềm hỗ trợ thành file số liệu .asc. File .asc được nhập (Import) trực tiếp vào phân hệ cơ sở dữ liệu trị đo của FAMIS để triển điểm lên bản vẽ định dạng đồ họa .dgn của MicroStation.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Trần Văn Viết đã hoàn thành trọn vẹn quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính số tại xã Cao Ngạn (thành phố Thái Nguyên) thông qua sự kết hợp chặt chẽ giữa thiết bị đo đạc điện tử và các phần mềm chuyên ngành MicroStation, FAMIS, TRIMNET. Kết quả tính toán bình sai mạng lưới khống chế đạt độ chính xác cao theo đúng quy chuẩn kỹ thuật của Bộ Tài nguyên và Môi trường. Đề tài khẳng định tính ưu việt của việc ứng dụng công nghệ tin học trong trắc địa bản đồ, giúp rút ngắn thời gian nội nghiệp và nâng cao hiệu quả quản lý biến động đất đai tại địa phương.