Nghiên cứu ứng dụng GIS tính toán diện tích thửa đất trên bản đồ địa chính theo bề mặt địa hình thực ở khu vực đồi núi (lấy ví dụ tại xã khai trung, huyện lục yên, tỉnh yên bái)

Tuy nhiên,ở những khu vực đồi núi nơi có độ dốc lớn, thay đổi nhiều thì cách tính đó sẽ dẫn đến những sai số lớn do chưa tính đến sự ảnh hưởng của các yếu tố địa hình mà chủ yếu là yếu t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

PHẠM THANH XUÂN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH THỬA ĐẤT TRÊN BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH THEO BỀ MẶT ĐỊA HÌNH THỰC Ở KHU VỰC ĐỒI NÚI

(LẤY VÍ DỤ TẠI XÃ KHAI TRUNG, HUYỆN LỤC YÊN, TỈNH YÊN BÁI)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

PHẠM THANH XUÂN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH THỬA ĐẤT TRÊN BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH THEO BỀ MẶT ĐỊA HÌNH THỰC Ở KHU VỰC ĐỒI NÚI

(LẤY VÍ DỤ TẠI XÃ KHAI TRUNG, HUYỆN LỤC YÊN, TỈNH YÊN BÁI)

Chuyên ngành: Quản lý đất đai

Mã số: 60850103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN QUỐC BÌNH

HÀ NỘI – 2015

LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn , ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình của nhiều cơ quan, tổ chức,

cá nhân, bạn bè và đồng nghiệp Nhân dịp này tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành về

sự quan tâm quý báu đó

Trước hết tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã dạy dỗ, giúp đỡ

và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Trần Quốc Bình đã hướng dẫn, chỉ bảo về phương pháp làm việc, nghiên cứu và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp luôn tạo điều kiện giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian nghiên cứu cũng như thực

hiện luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả

Phạm Thanh Xuân

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ

công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều có xuất xứ, nguồn gốc cụ thể Việc sử dụng các thông tin này trong quá trình nghiên cứu là hoàn toàn hợp lệ

Tác giả

Phạm Thanh Xuân

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CSDL: Cơ sở dữ liệu

DEM: Digital Elevation Model

ĐDTB: Độ dốc trung binh

GIS: Geographic Information System

(hệ thống thông tin địa lý) MHSĐC: Mô hình số độ cao

TN&MT: Tài nguyên và môi trường

TT: Thông tư

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Kết quả tính diện tích bằng Famis 10

Hình 1.2: Công cụ đo diện tích trong Microstation 10

Hình 1.3: Kết quả tính diện tích bằng phần mềm chạy trên AutoCAD của công ty Khảo sát và Đo đạc Hà Nội 11

Hình 1.4: Kết quả tính diện tích bằng ArcGIS 12

Hình 1.5: Cách tính diện tích của thửa đất hình tam giác nằm nghiêng 14

Hình 2.1: Các hợp phần của GIS 16

Hình 2.2: Tam giác nằm trên một mặt phẳng 21

Hình 2.3: Tam giác nằm nghiêng một góc α so với mặt phẳng nằm ngang 21

Hình 2.4: Tam giác nằm nghiêng trong trường hợp tổng quát 22

Hình 2.5: Quy trình tính toán diện tích thực của thửa đất 24

Hình 2.6: Mặt cầu được giới hạn bởi hai góc α và β 27

Hình 2.7: Hình nón cụt tách ra từ hình cầu khi góc α đủ nhỏ 28

Hình 2.8: Mặt cầu được giới hạn bởi hai góc α và β được chia thành k góc bằng nhau 29

Hình 2.9: Mô phỏng thửa đất dạng hình cầu 31

Hình 2.10: Kết quả tính diện tích theo GIS 31

Hình 2.11: Biểu đồ so sánh diện tích thực theo số lượng điểm tính toán theo hai phương pháp 32

Hình 2.12: Tính diện tích trong trường hợp α và β thay đổi 323

Hình 2.13: Biểu đồ thể hiện sự biến thiên diện tích theo hai phương pháp khi góc α thay đổi 324

Hình 2.14: Biểu đồ thể hiện % sai số khi góc α thay đổi 325

Hình 2.15: Biểu đồ thể hiện so sánh các phương pháp nội suy với góc α =200 36

Hình 2.16: Biểu đồ thể hiện so sánh các phương pháp nội suy với góc α =400 377

Hình 2.17: Biểu đồ so sánh số lượng điểm nội suy với góc α =200 (theo phương pháp Spline Regularized) 38

Hình 2.18: Biểu đồ so sánh số lượng điểm nội suy với góc α =400 (theo phương pháp Spline Regularized) 399

Hình 3.1: Vị trí địa lý huyện Lục Yên, tỉnh Yên Bái 411

Hình 3.2: Diện tích của thửa đất chƣa tính đến sự biến thiên bề mặt địa hình 466

Hình 3.3: Bảng số liệu lớp điểm độ cao của xã Khai Trung 477

Hình 3.4: Phép nội suy Spline Regularized 477

Hình 3.5: Mô hình số độ cao (DEM) xã Khai Trung dạng raster 488

Hình 3.6: Raster độ dốc xã Khai Trung 49

Hình 3.7: Giá trị tổng 1/cosα của các thửa đất và diện tích phẳng của từng thửa 500

Hình 3.8: Diện tích thực của các thửa đất và chênh lệch so với diện tích phẳng 500

Hình 3.9: Độ dốc trung bình các thửa đất của xã Khai Trung 511

Hình 3.10: Hệ số diện tích của xã Khai Trung 522

Hình 3.11: Bảng thuộc tính của xã Khai trung khi bớt điểm độ cao 523

Hình 3.12: Hệ số diện tích khi chƣa bớt điểm độ cao 544

Hình 3.13: Hệ số diện tích khi đã bớt điểm độ cao 544

Hình 3.14: Độ dốc trung bình của các thửa đất sau khi bớt điểm độ cao 545

Hình 3.15: Hệ số diện tích đã thêm điểm độ cao 546

Hình 3.16: Độ dốc trung bình của các thửa đất sau khi thêm điểm độ cao 547

Hình 3.17: Lớp điểm độ cao mới khi lọc điểm độ cao 548

Hình 3.18: Bảng thuộc tính của xã Khai Trung khi lọc điểm độ cao 548

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: So sánh diện tích thửa đất tính bằng các phần mềm khác nhau 12 Bảng 2.1: Bảng chênh lệch diện tích khi thay đổi góc anpha 35 Bảng 2.2: Bảng so sánh độ chính xác của các phép nội suy theo góc α 37 Bảng 2.3: Bảng chênh lệch diện tích khi thay đổi số lượng điểm nội suy với góc α

=200 (theo phương pháp Spline Regularized) 39 Bảng 2.4: Bảng chênh lệch diện tích khi thay đổi số lượng điểm nội suy với góc α

=400 (theo phương pháp Spline Regularized) 40 Bảng 3.1: Diện tích thửa đất tương ứng với sự thay đổi điểm độ cao 59 Bảng 3.2: Giá trị độ dốc giới hạn theo tỷ lệ bản đồ và diện tích thửa đất 61

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH CỦA CÁC THỬA ĐẤT TRÊN BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH 4

1.1 Khái niệm, vai trò, nội dung và yêu cầu đối với bản đồ địa chính 4

1.1.1 Khái niệm về bản đồ địa chính 4

1.1.2 Vai trò của bản đồ địa chính đối với công tác quản lý đất đai 4

1.1.3 Nội dung của bản đồ địa chính 6

1.1.4 Yêu cầu về độ chính xác của bản đồ địa chính 7

1.2 Vấn đề tính toán diện tích của các thửa đất trên bản đồ địa chính 8

1.2.1 Cách thức tính diện tích thửa đất trong các phần mềm đo vẽ bản đồ địa chính hiện nay 8

1.2.2 So sánh kết quả tính toán diện tích thửa đất bằng một số phần mềm đo vẽ bản đồ địa chính 12

1.2.3 Vai trò của các yếu tố địa hình trong tính toán diện tích của các thửa đất 13

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH THỬA ĐẤT BẰNG GIS CÓ TÍNH ĐẾN CÁC YẾU TỐ ĐỊA HÌNH 16

2.1 Khái quát về công nghệ GIS 16

2.2 Khả năng ứng dụng của GIS trong tính toán diện tích của các đối tượng có bề mặt phức tạp 18

2.3 Quy trình tính toán diện tích thửa đất bằng GIS có tính đến các yếu tố địa hình 20

2.3.1.Các công thức tính toán 20

2.3.2 Quy trình tính toán diện tích thửa đất bằng GIS 23

2.4 Tính toán thửa đất có bề mặt mẫu 27

2.4.1 Tính toán diện tích mặt cong trên hình cầu 27

2.4.2 Kết quả thử nghiệm tính toán 30

CHƯƠNG 3 THỬ NGHIỆM THỰC TẾ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TÍNH

TOÁN, HIỆU CHỈNH DIỆN TÍCH THỬA ĐẤT THEO BỀ MẶT ĐỊA HÌNH

THỰC 41

3.1 Khái quát về khu vực thử nghiệm 41

3.1.1 Vị trí địa lý 41

3.1.2 Điều kiện tự nhiên 42

3.1.3 Điều kiện xã hội và dân cư 44

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của sự biến thiên bề mặt địa hình tới kết quả tính diện tích thửa đất 44

3.2.1 Thu thập, đánh giá dữ liệu đầu vào 44

3.2.2 Đánh giá ảnh hưởng của sự biến thiên bề mặt địa hình 466

3.3 Đánh giá ảnh hưởng của mức độ chi tiết đo vẽ địa hình tới kết quả tính diện tích thửa đất 52

3.4 Phân tích kết quả thử nghiệm và kiến nghị về cách thức đo đạc độ dốc của thửa đất 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 644

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Bản đồ địa chính là một trong những tài liệu quan trọng trong công tác quản

lý nhà nước về đất đai Trên bản đồ thể hiện nhiều yếu tố, trong đó yếu tố diện tích của thửa đất được quan tâm hơn cả Diện tích thửa đất khi được tính toán chính xác

sẽ là căn cứ để Nhà nước quản lý việc giao đất, cho thuê đất, thu hồi và chuyển đổi mục đích sử dụng đất Không những thế, nó còn là cơ sở để giải quyết các tranh chấp về đất đai, giải quyết khiếu nại, tố cáo các vi phạm trong việc quản lý và sử dụng đất đai

Hiện nay, công tác đo đạc tính toán diện tích của các thửa đất được dựa trên

cơ sở hình chiếu của nó trên mặt phẳng bản đồ Với cách tính này tại khu vực đồng bằng có địa hình bằng phẳng thì kết quả có độ chính xác khá cao Tuy nhiên,ở những khu vực đồi núi nơi có độ dốc lớn, thay đổi nhiều thì cách tính đó sẽ dẫn đến những sai số lớn do chưa tính đến sự ảnh hưởng của các yếu tố địa hình mà chủ yếu

là yếu tố độ dốc.Vì vậy, việc tính toán một cách chính xác diện tích thực của thửa đất trên bản đồ địa chính là một bài toán cấp thiết đặt ra với các cấp quản lý và các đơn vị đo đạc

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, rất nhiều các ứng dụng đã được thiết lập để thực hiện các nhiệm vụ liên quan đến đo vẽ và thực hiện bản đồ địa chính, địa lý cũng như công tác quy hoạch, quản lý tài nguyên Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một ứng dụng rất hiệu quả trong việc thực hiện công tác quản lý đất đai Với nhiều công cụ mạnh mẽ trong quản lý dữ liệu và phân tích không gian, GIS cho phép phân tích, chồng xếp các lớp

dữ liệu không gian, chiết xuất các thông tin địa hình như độ dốc, hướng dốc,… Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng các chức năng của GIS để tính toán diện tích thực của các thửa đất tại những khu vực có địa hình phức tạp là một vấn đề có tính cấp thiết và khả thi

2

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng GIS trong tính toán diện tích thửa đất trên bản đồ địa chính, đánh giá ảnh hưởng của yếu tố địa hình đến độ chính xác tính diện tích của

thửa đất

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về bản đồ địa chính và cách thức xác định diện tích của thửa đất trên bản đồ địa chính

- Xây dựng quy trình tính toán diện tích thửa đất trên bản đồ địa chính có tính đến các yếu tố địa hình

- Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố địa hình (sự biến thiên của bề mặt địa hình, mức độ chi tiết đo vẽ địa hình) đến độ chính xác tính toán diện tích thửa đất trên cơ sở thử nghiệm thực tế tại huyện Lục Yên, tỉnh Yên Bái

- Đề xuất một số giải pháp tính toán, hiệu chỉnh diện tích thửa đất trên bản đồ địa chính theo bề mặt địa hình thực

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng hợp, phân tích tài liệu: thu thập, phân tích tài liệu và làm

rõ thực trạng của địa bàn nghiên cứu

- Phương pháp bản đồ: Sử dụng dữ liệu nền địa lý và bản đồ địa chính vào tính

toán và đưa ra kết quả cần tìm

- Phương pháp phân tích không gian bằng GIS: sử dụng các công cụ của GIS

để phân tích, xử lý dữ liệu phục vụ cho mục đích nghiên cứu

- Phương pháp thống kê: thống kê và phân tích các yếu tố địa hình tìm ra

những ảnh hưởng của nó đến độ chính xác trong tính toán diện tích thửa đất

- Phương pháp so sánh: so sánh các phương pháp tính diện tích, từ đó rút ra

được phương pháp nào mang lại hiệu quả và độ chính xác cao nhất

6 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm có ba chương:

- Chương 1: Tổng quan về vấn đề tính toán diện tích thực của các thửa đất trên bản đồ địa chính

- Chương 2: Xây dựng quy trình tính toán diện tích thửa đất bằng GIS có tính đến các yếu tố địa hình

- Chương 3: Thử nghiệm thực tế và đề xuất giải pháp tính toán, hiệu chỉnh diện tích thửa đất theo bề mặt địa hình thực

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH CỦA CÁC THỬA ĐẤT TRÊN BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH

1.1 Khái niệm, vai trò, nội dung và yêu cầu đối với bản đồ địa chính

1.1.1 Khái niệm về bản đồ địa chính

Theo Luật đất đai 2013, bản đồ địa chính là “bản đồ thể hiện các thửa đất và các yếu tố địa lý có liên quan, lập theo đơn vị hành chính xã, phường, thị trấn, được

cơ quan nhà nước có thẩm quyền xác nhận” Thửa đất là “phần diện tích đất được

giới hạn bởi ranh giới xác định trên thực địa hoặc được mô tả trên hồ sơ” [8]

Bản đồ địa chính là tài liệu cơ bản nhất của hồ sơ địa chính, mang tính pháp

lý cao phục vụ quản lý chặt chẽ đất đai đến từng thửa đất, từng chủ sử dụng đất Bản đồ địa chính được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật và công nghệ ngày càng hiện đại, đảm bảo cung cấp thông tin về đất đai phục vụ công tác quản lý đất đai một cách hiệu quả và chính xác

Các thông tin về thửa đất như: số hiệu thửa, diện tích đất, loại đất đều được thể hiện đầy đủ trên bản đồ địa chính Theo Thông tư số 25/2014/TT-BTMT ngày 15/4/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường (Bộ TN&MT), loại đất được hiểu “là tên gọi đặc trưng cho mục đích sử dụng đất theo quy định của luật đất đai”; số hiệu thửa hay còn gọi là số thứ tự thửa đất “là số tự nhiên dùng để thể hiện số thứ tự thửa đất trên bản đồ địa chính, mảnh trích đo địa chính và được xác định là duy nhất đối với mỗi thửa đất trong phạm vi một mảnh bản đồ địa chính và mảnh trích đo địa chính đó”; “diện tích thửa đất, đối tượng chiếm đất không tạo thành thửa đất là diện tích của hình chiếu thửa đất, đối tượng chiếm đất không tạo thành thửa đất trên mặt phẳng ngang, đơn vị tính là mét vuông (m2), được làm tròn số đến một chữ số thập phân” [2]

1.1.2 Vai trò của bản đồ địa chính đối với công tác quản lý đất đai

Trong hệ thống các bản đồ chuyên đề phục vụ công tác quản lý đất đai, bản

đồ địa chính là tài liệu quan trọng nhất, được xác định như một thành phần cơ bản của hồ sơ địa chính Trên bản đồ địa chính thể hiện các yếu tố ngoài thực tế của

5

thửa đất như vị trí, hình dạng, kích thước, tọa độ đỉnh thửa, số thứ tự, diện tích, mục đích sử dụng của các thửa đất Không những thế, bản đồ địa chính còn thể hiện vị trí, hình dạng, diện tích của hệ thống thủy văn gồm sông ngòi, kênh rạch, suối; hệ thống thủy lợi gồm hệ thống dẫn nước, đê, đập, cống; hệ thống đường giao thông gồm đường bộ, đường sắt, cầu và các khu vực đất chưa sử dụng không có ranh giới thửa khép kín

Các yếu tố được thể hiện trên bản đồ địa chính làm cơ sở cho việc thực hiện đăng kí quyền sử dụng đất; giao đất, cho thuê đất; thu hồi đất; chuyển đổi mục đích

sử dụng đất; đền bù, giải phóng mặt bằng; cấp mới, đổi giấy chứng nhận quyền sử dụng đất, giấy chứng nhận quyền sử dụng đất và quyền sở hữu tài sản gắn liền với đất, giấy chứng nhận quyền sở hữu nhà ở và quyền sử dụng đất ở theo quy định của pháp luật [11]:

- Giao đất, cho thuê đất: trong công tác này, bản đồ địa chính đóng vai trò quan trọng khi cung cấp các thông tin về loại đất, mục đích sử dụng đất và người sử dụng đất, từ đó làm cơ sở để Nhà nước giao đất, cho thuê đất được hợp lý và đạt kết quả cao

- Thu hồi đất: dựa vào bản đồ địa chính cùng với các kế hoạch, quy hoạch sử dụng đất các kỳ và căn cứ vào thực tế sử dụng đất mà Nhà nước sẽ tiến hành thu hồi các diện tích đất đã giao, cho thuê hoặc đã công nhận quyền sử dụng đất [11]

- Chuyển đổi mục đích sử dụng đất giữa các loại đất: bản đồ địa chính cung cấp thông tin đầy đủ cho các nhà quản lý khi thực hiện quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất, căn cứ vào đó tiến hành chuyển đổi mục đích sử dụng đất cho phù hợp với sự phát triển kinh tế - xã hội

- Bản đồ địa chính là cơ sở để cơ quan quản lý đất đai tiến hành cấp giấy

chứng nhận quyền sử dụng đất, thực hiện đăng ký đất đai

- Làm cơ sở để xác nhận hiện trạng về địa giới hành chính của các địa phương trong cả nước: Bản đồ địa chính thể hiện đường địa giới hành chính các cấp, mốc địa giới hành chính; đường mép nước thủy triều trung bình thấp nhất

(đường mép nước triều kiệt) trong nhiều năm [11]

- Làm cơ sở để lập quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất, quy hoạch xây dựng đô

6

thị và nông thôn, thiết kế xây dựng các điểm dân cư phục vụ cho giao thông, thủy lợi,… Trong quá trình tiến hành lập quy hoạch kế hoạch sử dụng đất các kỳ, các năm, các nhà quản lý cần nắm chắc diện tích đất đã và đang sử dụng hay diện tích đất còn trống; các loại cây con đã tiến hành trồng trên diện tích đất đó,… từ đó làm

cơ sở để Nhà nước tiến hành giao đất cho thuê đất (có thể dài hạn hay ngắn hạn) hoặc sẽ thu hồi những diện tích đất sử dụng chưa đúng mục đích, những diện tích đất sử dụng chưa hiệu quả

- Làm cơ sở để thanh tra và giải quyết khiếu nại, tố cáo, tranh chấp đất đai: Chính sự thể hiện đầy đủ ranh giới thửa đất, loại đất, số thứ tự thửa đất, diện tích thửa đất trên bản đồ địa chính đã giúp cho công tác thanh tra, giải quyết khiếu nại tố cáo về đất đai được dễ dàng, nhanh chóng hơn

- Làm cơ sở để định giá đất: định giá đất là sự ước tính về giá trị của đất bằng hình thái tiền tệ cho một mục đích sử dụng đã được xác định, tại một thời điểm xác định Để định giá đất một cách chính xác thì bộ phận định giá cần nắm chắc các thông tin về thửa đất đó như: vị trí, hình thể, diện tích, loại đất Đây chính

là các thông tin cơ bản nhưng có tầm quan trọng rất lớn quyết định đến giá trị của từng thửa đất, nhất là trong bối cảnh đất đai là loại hàng hóa đặc biệt và có giá như hiện nay

Qua các phân tích nêu trên có thể khẳng định bản đồ địa chính là một tài liệu

có tầm quan trọng đặc biệt trong công tác quản lý đất đai hiện nay Sự chính xác của các yếu tố trong bản đồ địa chính giúp cho công tác quản lý đất đai được dễ dàng và đạt hiệu quả cao hơn

1.1.3 Nội dung của bản đồ địa chính

Theo Thông tư số 25/2014/TT-BTMT ngày 15/4/2014 của Bộ TN&MT, các yếu tố nội dung cần thể hiện trên bản đồ địa chính bao gồm [2]:

- Khung bản đồ;

- Điểm khống chế toạ độ, độ cao Nhà nước các hạng, điểm địa chính, điểm độcao kỹ thuật; điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm khống chế đo vẽ có chôn mốc ổn định;

- Mốc địa giới hành chính, đường địa giới hành chính các cấp;

7

- Mốc giới quy hoạch, chỉ giới hành lang bảo vệ an toàn giao thông, thủy lợi,

đê điều, hệ thống dẫn điện và các công trình công cộng khác có hành lang bảo vệ an toàn;

- Ranh giới thửa đất, loại đất, số thứ tự thửa đất, diện tích thửa đất;

- Nhà ở và công trình xây dựng khác: chỉ thể hiện trên bản đồ các công trình xây dựng chính phù hợp với mục đích sử dụng đất, trừ các công trình xây dựng tạm thời Các công trình ngầm khi có yêu cầu thể hiện trên bản đồ địa chính phải được nêu cụ thể trong thiết kế - kỹ thuật dự toán công trình;

- Các đối tượng chiếm đất không tạo thành thửa đất như đường giao thông, công trình thủy lợi, đê điều, sông, suối, kênh, rạch và các yếu tố chiếm đất khác theo tuyến;

- Địa vật, các công trình có giá trị về lịch sử, văn hóa, xã hội và ý nghĩa định hướng cao;

- Dáng đất hoặc điểm ghi chú độ cao (khi có yêu cầu thể hiện phải được nêu

cụ thể trong thiết kê kỹ thuật – dự toán công trình);

- Ghi chú thuyết minh

1.1.4 Yêu cầu về độ chính xác của bản đồ địa chính

Độ chính xác của bản đồ địa chính được quy định trong Thông tư số 25/2014/TT-BTNMTngày 15/4/2014 của Bộ TN&MTnhư sau [2]:

- Sai số trung phương vị trí mặt phẳng của điểm khống chế đo vẽ, điểm trạm

đo so với điểm khởi tính sau bình sai không vượt quá 0,1mm tính theo tỷ lệ bản đồ cần thành lập

- Sai số biểu thị điểm góc khung bản đồ, giao điểm của lưới km, các điểm tọa

độ quốc gia, các điểm địa chính, các điểm có tọa độ khác lên bản đồ địa chính dạng

số được quy định bằng 0 (Không có sai số)

- Đối với bản đồ địa chính dạng giấy, sai số độ dài cạnh khung bản đồ không vượt quá 0,2mm, đường chéo bản đồ không vượt quá 0,3mm, khoảng cách giữa điểm tọa độ và điểm góc khung bản đồ (hoặc giao điểm của lưới km) không vượt quá 0,2mm so với giá trị lý thuyết

- Sai số vị trí của điểm bất kỳ trên ranh giới thửa đất biểu thị trên bản đồ địa

8

chính dạng số so với vị trí của các điểm khống chế đo vẽ gần nhất không được vượt quá:

• 5cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200;

• 7cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:500;

• 15cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1.000;

• 30cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2.000;

• 150cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:5000;

• 300cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10.000;

• Đối với đất nông nghiệp đo vẽ bản đồ địa chính ở tỷ lệ 1:1.000, 1:2.000 thì sai số vị trí điểm được phép tăng 1,5 lần

- Sai số tương hỗ vị trí điểm của 2 điểm bất kỳ trên ranh giới thửa đất biểu thị trên bản đồ địa chính dạng số so với khoảng cách trên thực địa được đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp từ cùng một trạm máy không vượt quá 0,2mm theo tỷ lệ bản đồ cần lập, nhưng không vượt quá 4cm trên thực địa đối với các cạnh thửa đất có chiều dài dưới 5m

Đối với đất nông nghiệp đo vẽ bản đồ địa chính ở tỷ lệ 1:1.000, 1:2.000 thì sai số tương hỗ vị trí điểm của 2 điểm bất kỳ nêu trên được phép tăng 1,5 lần

- Vị trí các điểm mốc địa giới hành chính được xác định với độ chính xác của điểm khống chế đo vẽ

- Khi kiểm tra sai số phải kiểm tra đồng thời cả sai số vị trí điểm so với điểm khống chế gần nhất và sai số tương hỗ vị trí điểm Trị tuyệt đối của sai số lớn nhất khi kiểm tra không được vượt quá trị tuyệt đối sai số cho phép Số lượng sai số kiểm tra có giá trị bằng hoặc gần bằng (từ 90% dến 100%) trị tuyệt đối sai số lớn nhất cho phép không quá 10% tổng số các trường hợp kiểm tra Trong mọi trường hợp, các sai số nêu trên không được mang tính hệ thống

1.2 Vấn đề tính toán diện tích của các thửa đất trên bản đồ địa chính

1.2.1 Cách thức tính diện tích thửa đất trong các phần mềm đo vẽ bản đồ địa chính hiện nay

Hiện nay, trong quá trình thực hiện việc đo vẽ và thành lập bản đồ địa chính

có rất nhiều các phần mềm khác nhau được sử dụng để tính toán và xuất bản bản đồ

9

địa chính với độ chính xác cao Một số phần mềm thông dụng như Famis, VietMap

XM là các phần mềm ứng dụng sử dụng nền của phần mềm Microstation; hoặc một

số phần mềm ứng dụng sử dụng nền của phần mềm AutoCAD hoặc ArcGIS Microstation là phần mềm được Bộ TN&MT quy định là phần mềm tiêu chuẩn, thống nhất sử dụng trong ngành địa chính để phục vụ cho công tác đo vẽ và thành lập bản đồ Tuy nhiên, ở các cơ quan liên quan đến ngành xây dựng, các công ty tư nhân thực hiện các công việc đo vẽ và thành lập bản đồ địa chính lại thường sử dụng các phần mềm chạy trên nền AutoCAD

Để so sánh kết quả tính diện tích thực của thửa đất theo các cách thức khác nhau, đề tài đã lựa chọn một số thửa đất (7 thửa) đại diện cho hai dạng địa hình cơ bản là đồng bằng và đồi núi thuộc địa bàn hành chính xã Khai Trung, huyện Lục Yên, tỉnh Yên Bái Các phần mềm được sử dụng để so sánh bao gồm: phần mềm Microstation, phần mềm Famis, phần mềm AutoCAD, phần mềm ứng dụng chạy trên nền AutoCAD của công ty Khảo sát và Đo đạc Hà Nội và phần mềm ArcGIS

a Cách tính diện tích thửa đất bằng phần mềm Famis

Diện tích của các thửa đất trong phần mềm Famis được tính toán thông qua

chức năng Tạo vùng trong tác vụ Topology Trong quá trình tạo vùng, diện tích của

các thửa đất cũng được tự động tính theo Để hiển thị thông tin về diện tích cũng

như một số các thông tin về loại đất, số hiệu thửa, ta sử dụng chức năng Gán thông

tin địa chính ban đầu và Vẽ nhãn thửa Hình 1.1 là kết quả của đề tài sau khi đã

thực hiện tạo vùng, gán thông tin địa chính ban đầu và vẽ nhãn thửa

b Cách tính diện tích thửa đất bằng phần mềm Microstation

Trong phần mềm Microstation, công cụ Measure Area cho phép xác định diện tích của thửa đất Trong hộp thoại hình 1.2, các cách đo được thể hiện ở mục phương pháp Method Với một thửa đất bất kỳ, ta có thể chọn phương pháp đo là Element, Flood hoặc Points Không chỉ có thông số về diện tích (ký hiệu A) mà chu

vi của thửa đất (ký hiệu P) cũng sẽ được hiển thị trên màn hình Tuy nhiên hạn chế của công cụ này là chỉ thực hiện được việc tính toán diện tích đối với dạng hình học phẳng

10

Hình 1.1: Kết quả tính diện tích bằng Famis

Hình 1.2: Công cụ đo diện tích trong Microstation

c Cách tính diện tích thửa đất bằng phần mềm chạy trên nền AutoCAD của công ty Khảo sát và Đo đạc Hà Nội

Để tính diện tích thực của thửa đất bằng phần mềm do công ty Khảo sát và

Đo đạc Hà Nội xây dựng, trước hết ta cần đặt chuẩn bản vẽ và chọn tỷ lệ cho bản đồ cần tính, ở đây là bản đồ tỷ lệ 1:10.000 Từ thanh công cụ của AutoCAD, sử dụng

11

dòng lệnh Diện tích  Tính cập nhật diện tích để phần mềm tự động tính toán diện

tích cho toàn bộ các thửa đất có trong bản đồ Kết quả của quá trình tính toán trên cho ta sản phẩm là các thửa đất được tính diện tích và hiển thị đầy đủ trên bản đồ (hình 1.3)

Hình 1.3: Kết quả tính diện tích bằng phần mềm chạy trên AutoCAD

của công ty Khảo sát và Đo đạc Hà Nội

d Cách tính diện tích thửa đất bằng phần mềm AutoCAD

Tương tự như phần mềm Microstation, phần mềm AutoCAD cung cấp công

cụ khá mạnh để thực hiện việc tính toán diện tích trực tiếp cho từng thửa đất trên

bản đồ số Công cụ Area được gọi ra từ Tools  Inquiry Area cho phép xác định

diện tích bằng cách kích chuột vào các đỉnh của thửa đất Kết quả sẽ được hiển thị ở phía dưới của màn hình

e Cách tính diện tích thửa đất bằng phần mềm ArcGIS

Trong ArcGIS, cách quản lý cơ sở dữ liệu rất chặt chẽ Dữ liệu không gian được đính kèm với một bảng thuộc tính Nếu đối tượng là dạng vùng thì tự động trong bảng thuộc tính sẽ có thuộc tính về diện tích Vì vậy, để xác định diện tích của các thửa đất thuộc xã Khai Trung, đề tài chuyển đổi dữ liệu bản đồ từ *.dgn (định

12

dạng của phần mềm Microstation) sang định dạng *.mdb (định dạng Personal Geodatabase của ArcGIS quản lý) Sau đó, sử dụng công cụ Feature to Polygon thì các đối tượng dạng đường được chuyển sang dữ liệu dạng vùng và diện tích của từng thửa đất được tính tự động trong quá trình này Hình 1.4 là kết quả tính diện tích được thể hiện ở thuộc tính Shape_Area

Hình 1.4: Kết quả tính diện tích bằng ArcGIS

1.2.2 So sánh kết quả tính toán diện tích thửa đất bằng một số phần mềm đo vẽ bản đồ địa chính

Để so sánh kết quả của các phần mềm trên, đề tài lựa chọn 7 thửa đất và các

số liệu diện tích của 7 thửa đất này được thống kê trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Diện tích thửa đất khi tính bằng các phần mềm khác nhau

Famis 3336.8 2045.5 2156.6 591.6 4689.3 29103.4 29623.8

Microstation 3336.8 2045.5 2156.6 591.6 4689.3 29103.4 29623.8 AutoCAD 3336.8 2045.5 2156.6 591.6 4689.3 29103.4 29623.8 Phần mềm

13

Các thửa đất được đề tài lựa chọn để tính toán diện tích thực trên đây có hình dạng khác nhau, đặc trưng cho các dạng địa hình tại các khu vực đồng bằng và khu vực địa hình không bằng phẳng Các thửa đất có dạng hình tam giác có số hiệu thửa

26 và 38, các thửa đất có dạng hình chữ nhật có số hiệu thửa đất 106, 109 và các thửa đất có dạng hình đa giác không đều có số hiệu thửa 225, 249 và 140 Đối với mỗi một thửa đất, đề tài đã thực hiện việc tính toán diện tích thực trực tiếp trên bản

đồ số trên các phần mềm tương ứng

Nhìn vào bảng 1.1 có thể thấy diện tích của các thửa đất sau khi được tính toán bằng các phần mềm khác nhau cho các kết quả hoàn toàn khớp nhau, sự sai lệch diện tích giữa các thửa đất là không có (đến 1 chữ số sau dấu phẩy, theo quy định về diện tích của thửa đất trên bản đồ địa chính) Như vậy có thể kết luận, với cách đo đạc và thành lập bản đồ như hiện nay thì diện tích đo được của các thửa đất

là diện tích phẳng, chúng không bị phụ thuộc vào các phần mềm thành lập bản đồ khác nhau Việc sử dụng phần mềm nào để xử lý số liệu đo vẽ và biên tập bản đồ phụ thuộc vào mục đích và yêu cầu của người sử dụng

1.2.3 Vai trò của các yếu tố địa hình trong tính toán diện tích của các thửa đất

Theo Thông tư số 25/2014/TT-BTMT ngày 15/4/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, bản đồ địa chính được lập ở các tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 và 1:10000; trên mặt phẳng chiếu hình, ở múi chiếu 3 độ, kinh tuyến trục theo từng tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương, hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia VN-2000 và hệ độ cao quốc gia hiện hành

Trong thực tế quá trình đo vẽ thành lập bản đồ hiện nay, diện tích thửa đất được tính toán dựa trên cơ sở hình chiếu của nó trên mặt phẳng bản đồ Với cách đo

vẽ và tính toán như trên, đối với các thửa đất thuộc khu vực có địa hình bằng phẳng, không dốc thì đây không phải là vấn đề Tuy nhiên, với những khu vực có bề mặt địa hình tự nhiên không bằng phẳng và có cao độ chênh lệch một giá trị nhất định

so với mặt phẳng sẽ đẫn đến các sai số trong tính toán diện tích theo cách như trên

Để đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các yếu tố địa hình trong tính toán diện tích thực (có tính đến các yếu tố địa hình) của thửa đất, ta tìm hiểu thông qua ví

dụ về mối quan hệ giữa diện tích của thửa đất có dạng hình tam giác nằm nghiêng

14

dưới một góc α so với diện tích của hình chiếu của nó trên mặt phẳng nằm ngang

Xét tam giác nghiêng ABC một góc α so với mặt phẳng nằm ngang Tam giác BCD là hình chiếu của tam giác ABC trên mặt phẳng nằm ngang Hai tam giác

này có chung cạnh b (hình 1.5) H là chiều cao của tam giác nghiêng ABC, h là

chiều cao của tam giác BCD

Hình 1.5: Cách tính diện tích của thửa đất hình tam giác nằm nghiêng

Ta có diện tích tam giác ABC được tính theo công thức (gọi là SbH):

(1.4)

15

Từ (1.4) ta có được:

𝑆𝑏𝐻 = 𝑆𝑏ℎ

cos 𝛼Hay nói cách khác

Sdoc=

cos

1

Như vậy, diện tích thực của các thửa đất phụ thuộc vào góc nghiêng của thửa đất so với mặt phẳng nằm ngang (góc α) Tuy nhiên, với cách đo đạc truyền thống như hiện nay, góc nghiêng đó không được xem xét đến khi tính toán diện tích thửa đất Do đó, nảy sinh vấn đề trong thực tế là diện tích tính toán được sẽ cho kết quả chính xác trong điều kiện khu vực được đo đạc có dạng địa hình bằng phẳng Còn sai số về diện tích sẽ nảy sinh nếu các khu vực được đo đạc có dạng địa hình dốc và/hoặc gồ ghề, phức tạp

Chính vì vậy, để tính toán diện tích thực một cách chính xác nhất thì nên sử dụng các ứng dụng của GIS bởi với các chức năng của GIS thì việc tính toán diện tích cho các bề mặt địa hình phức tạp trở nên dễ dàng và cho độ chính xác cao hơn Công tác tính toán độ dốc từ trước đến nay được thực hiện chủ yếu bằng phương pháp thủ công dựa vào bản đồ địa hình giấy, công tác này đòi hỏi nhiều thời gian và công sức nhưng mức độ chính xác không cao và khó áp dụng trên phạm vi rộng [7] Với khả năng phân tích không gian cao cũng như cung cấp các thuật toán nội suy chính xác, GIS trở thành công cụ đắc lực hỗ trợ cho công tác tính toán độ dốc và diện tích thực của thửa đất một cách nhanh chóng và chính xác

16

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TOÁN DIỆN TÍCH THỬA ĐẤT

BẰNG GIS CÓ TÍNH ĐẾN CÁC YẾU TỐ ĐỊA HÌNH

2.1 Khái quát về công nghệ GIS

GIS (Geographic Information System - Hệ thống thông tin địa lý) được hình thành vào những năm 1960 và phát triển rất rộng rãi trong 10 năm lại đây [15] GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng của nhiều quốc gia trên thế giới GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân, đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền hình học (bản đồ) nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào [15]

Có nhiều cách tiếp cận khác nhau khi định nghĩa GIS Nếu xét dưới góc độ

hệ thống, GIS có thể được hiểu như một hệ thống gồm các thành phần: con người, phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và quy trình – kiến thức chuyên gia (hình 2.1)

Hình 2.1: Các hợp phần của GIS [17]

Chú giải: People: con người Data: dữ liệu Software: phần mềm Hardware: phần cứng Analysis: quy trình – kiến thức chuyên gia

17

Theo cách tiếp cận truyền thống, GIS là một công cụ máy tính để lập bản đồ

và phân tích các sự vật, hiện tượng thực trên Trái đất Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích không gian Những khả năng này phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược) [16]

GIS là hệ thống quản lý, phân tích và hiển thị tri thức địa lý, tri thức này được thể hiện qua các tập thông tin [15]:

- Các bản đồ: giao diện trực tuyến với dữ liệu địa lý để tra cứu, trình bày kết quả và sử dụng như là một nền thao tác với thế giới thực;

- Các tập thông tin địa lý: thông tin địa lý dạng file và dạng cơ sở dữ liệu gồm các yếu tố, mạng lưới, topology, địa hình, thuộc tính;

- Các mô hình xử lý: tập hợp các quy trình xử lý để phân tích tự động;

- Các mô hình dữ liệu: GIS cung cấp công cụ mạnh hơn là một cơ sở dữ liệu thông thường bao gồm quy tắc và sự toàn vẹn giống như các hệ thông tin khác Lược đồ, quy tắc và sự toàn vẹn của dữ liệu địa lý đóng vai trò rất quan trọng;

- Metadata: hay tài liệu miêu tả dữ liệu, cho phép người sử dụng tổ chức, tìm hiểu và truy nhập được tới tri thức địa lý

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều phần mềm GIS để xây dựng, phân tích

và quản lý các thông tin như ArcGIS, MapInfo,… Trong số các phần mềm đó thì ArcGIS là phần mềm được đánh giá là mạnh và thông dụng nhất hiện nay Đề tài sử dụng bộ phần mềm ArcGIS bởi nó có các chức năng xây dựng, phân tích, hiển thị các thông tin một cách nhanh và chính xác Bên cạnh đó, ArcGIS hỗ trợ đọc các định dạng dữ liệu khác nhau như: như shapefile, geodatabase, AutoCAD, Raster, Coverage, ArcGIS cho phép phân tích, chồng xếp các lớp dữ liệu không gian, chiết xuất các thông tin địa hình như độ dốc, hướng dốc,… Từ đó, ta có thể tính toán diện tích thực của các thửa đất tại những khu vực địa hình phức tạp một cách

dễ dàng

Phần mềm ArcGIS gồm 3 thành phần chính [4]:

- ArcToolbox cung cấp các công cụ để xử lý, xuất nhập dữ liệu từ ArcGIS sang các định dạng khác như MapInfo, Microstation,… ArcToolbox cũng có một số chức năng phân tích dữ liệu ArcToolbox không hoạt động như một phần mềm độc lập mà nó được tích hợp trong ArcMap hoặc ArcCatalog

Ngoài các phần mềm nêu trên, ArcGIS còn có phần mở rộng (Extension) như: 3D Analyst, Spatial Analyst,… trợ giúp cho việc phân tích, xử lý dữ liệu không gian hiệu quả

2.2 Khả năng ứng dụng của GIS trong tính toán diện tích của các đối tượng có

bề mặt phức tạp

Sở dĩ GIS được ứng dụng rộng rãi trong thực tế bởi GIS tích hợp nhiều công

cụ hữu ích đáp ứng các nhu cầu khác nhau của nhà quản lý, trong tất cả các lĩnh vực, ngành nghề của cuộc sống như môi trường, khí tượng thủy văn, nông nghiệp, y

tế, quản lý đất đai,…

Các khả năng cơ bản của GIS bao gồm: Nhập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, xử lý

dữ liệu, hiển thị dữ liệu địa lý Có thể khái quát các chức năng đó như sau:

- Nhập và bổ sung dữ liệu: Một trong những chức năng quan trọng của GIS là nhập và bổ sung dữ liệu, đây là hai phần việc tiến hành song song với nhau không được riêng rẽ

- Chuyển đổi dữ liệu: Chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việc nhập và bổ sung dữ liệu Trong thực tế, cùng một dữ liệu nhưng có thể tồn tại ở nhiều khuôn dạng khác nhau, vì vậy cần có các chuẩn dữ liệu để có thể sử dụng các

dữ liệu một cách dễ dàng

- Lưu trữ dữ liệu: Một chức năng quan trọng của GIS là lưu trữ và tổ chức cơ

sở dữ liệu với một dung lượng lớn của dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính

- Xử lý dữ liệu: Phân tích và xử lý dữ liệu không gian là thế mạnh của GIS

Các thành phần của cơ sở dữ liệu GIS bao gồm [13]:

- Tập hợp các dữ liệu dạng vector (tập các điểm, đường và vùng);

- Tập hợp các dữ liệu dạng raster (dạng mô hình DEM hoặc ảnh);

- Tập hợp các dữ liệu dạng mạng lưới (ví dụ như đường giao thông, lưới cấp thoát nước, lưới điện );

- Tập hợp các dữ liệu địa hình 3 chiều và bề mặt khác;

có thể tồn tại ở các định dạng khác nhau, với khả năng chuyển đổi định dạng dữ liệu một cách dễ dàng của GIS thìviệc tính toán trở nên nhanh chóng và thuận lợi hơn

Để tính toán được độ dốc của địa hình từ các điểm độ cao hay đường bình

độ, GIS cung cấp các phương pháp nội suy cho lớp dữ liệu điểm để tạo ra mô hình

số độ cao (MHSĐC) tồn tại ở dạng raster mà trong đó mỗi pixel đều chứa một giá trị độ cao Các phương pháp nội suy thường được sử dụng để tạo MHSĐC bao gồm: phương pháp nội suy Spline; phương pháp nội suy trung bình trọng số IDW và phương pháp Kriging Với mỗi phương pháp nội suy cho một kết quả khác nhau, vì vậy với ba phương pháp này, người sử dụng có thể tìm ra phương pháp nội suy phù hợp nhất đối với từng mục đích sử dụng của mình Không những thế GIS còn cung cấp phần mở rộng 3D Analyst cho phép xây dựng và hiển thị các bề mặt địa hình

20

khác nhau Ngoài ra, sử dụng công cụ này ta có thể dễ dàng chuyển đổi dữ liệu độ cao sang lớp dữ liệu độ dốc, kết quả sẽ có được các giá trị độ dốc trong từng pixel Với các giá trị độ dốc tính được, GIS cung cấp các công cụ thống kê cũng như tính toán giúp chúng ta tính được diện tích của các thửa đất một cách dễ dàng

2.3 Quy trình tính toán diện tích thửa đất bằng GIS có tính đến các yếu tố địa hình

Trong thực tế đo đạc và thành lập bản đồ địa chính như đã nêu tại mục 1.2.3,

có thể thấy diện tích đất đai tính được bằng các phần mềm hiện nay là diện tích hình chiếu của nó trên mặt phẳng bản đồ Diện tích này sẽ chính xác khi đo đạc và tính toán ở địa hình bằng phẳng, còn tại các khu vực đồi núi, bề mặt địa hình gồ ghề, phức tạp thì làm thế nào để tính chính xác là một vấn đề đối với các nhà quản lý và nhà đo đạc Để chính xác hóa trong quá trình thực hiện đo vẽ và thành lập bản đồ địa chính cũng như thực hiện việc tính toán diện tích thực của thửa đất trên bản đồ địa chính theo cơ sở toán học đã được qui định chi tiết theo Thông tư số 25/2014/TT-BTMT ngày 15/4/2014 của Bộ TN&MT [2], sau đây ta sẽ xét đến cơ

sở toán học trong tính toán diện tích thông qua các bài toán tính toán diện tích thửa đất có tính đến các yếu tố địa hình gồm: tam giác nằm trên mặt phẳng, tam giác nằm nghiêng, đa giác bất kỳ và một mặt cong bất kỳ tương ứng với các bề mặt của thửa

đất trên thực tế

2.3.1.Các công thức tính toán

a Tính diện tích tam giác nằm trên mặt phẳng

Với bài toán thửa đất có hình dạng đơn giản, dưới dạng một tam giác nằm trên mặt phẳng như trên hình 2.2, diện tích của tam giác được tính theo công thức:

𝑠 = 1

2ℎ × 𝑏

(2.1)

Trong đó: s là diện tích tam giác;

b là độ dài một cạnh bất kỳ của tam giác (thường gọi là đáy);

h là độ dài đường cao hạ từ đỉnh đối diện xuống cạnh b

Như vậy, với một thửa đất có dạng tam giác nằm trên mặt phẳng, ta có thể tính diện tích trực tiếp của thửa đất đó thông qua độ dài một cạnh của thửa đất và đường cao tương ứng với độ dài một cạnh của thửa đất đó

Hình 2.3: Tam giác nằm nghiêng một góc α so với mặt phẳng nằm ngang

Tương tự như phần 1.2.3 đã chứng minh, ta có tỷ lệ giữa diện tích phẳng và diện tích nghiêng là:

Snghiêng=

cos

22

Trong trường hợp tổng quát khi cần tính diện tích tam giác trên mặt phẳng

nghiêng không có cạnh b nằm ngang (hình 2.4) ABC là tam giác trên mặt phẳng nghiêng một góc α so với mặt phẳng ngang, AB’C’ là hình chiếu của tam giác ABC

trên mặt phẳng nằm ngang Kéo dài cạnh BC và B’C’ cắt nhau ở điểm D

Hình 2.4: Tam giác nằm nghiêng trong trường hợp tổng quát

1

Tức là

𝑆𝑛𝑔 ℎ𝑖ê𝑛𝑔 =

cos

chiếu) với độ lớn 1/cosα lần, với α là góc dốc của thửa đất Sự chênh lệch đó lớn

hay nhỏ còn phụ thuộc vào bề mặt của địa hình

23

c.Tính diện tích đa giác nằm trên mặt phẳng nghiêng

Xét bài toán tính diện tích của một đa giác phẳng nằm nghiêng Diện tích đa giác sẽ bằng tổng diện tích các tam giác cấu thành nên đa giác đó

𝑆đ𝑎 𝑔𝑖á𝑐 = 𝑆𝑡𝑎𝑚 𝑔𝑖á𝑐 = 𝑆𝑡𝑎𝑚 𝑔𝑖á𝑐𝑖

𝑛

𝑖=1

(2.4) Mặt khác theo công thức 2.3 ta có:

𝑆𝑡ℎự𝑐 = 1

cos 𝛼 𝑆𝑐ℎ𝑖ế𝑢

Với S thực là diện tích thực của tam giác, S chiếu là diện tích của tam giác là hình chiếu của tam giác cần tính trên mặt phẳng nằm ngang, α là góc nghiêng của tam giác

Áp dụng vào công thức 2.4, ta có:

Sđa giác = 1

𝑐𝑜𝑠𝛼𝑛

𝑖=1

𝑆𝑐ℎ𝑖ế𝑢𝑖

(2.5)

Với α là góc nghiêng của đa giác, n là số tam giác trong đa giác

2.3.2 Quy trình tính toán diện tích thửa đất bằng GIS

Với cách đo đạc thành lập bản đồ địa chính theo phương pháp truyền thống, các thửa đất trên thực tế được đo vẽ dưới dạng hình chiếu của nó trên mặt phẳng bản đồ Vì vậy các kết quả này có độ chính xác cao đối với các khu vực đồng bằng địa hình bằng phẳng Tuy nhiên, tại các khu vực đất đai có bề mặt địa hình dốc và

gồ ghề thì sẽ dẫn đến sai số về diện tích và sai số này lớn hay nhỏ còn phụ thuộc vào độ chênh cao của địa hình Ngày nay, với sự bùng nổ của công nghệ thông tin

và khả năng ứng dụng rộng rãi của nó trong công tác quản lý đất đai thì việc tính toán diện tích thực của các thửa đất đã đơn giản và thuận tiện hơn

Quy trình tính toán diện tích thực của thửa đất bằng GIS thể hiện như hình 2.5

a Xác định mục tiêu, nhiệm vụ

Khi tiến hành xây dựng bài toán xác định diện tích thực cho một khu vực, cần xác định rõ mục đích của bài toán, tiến hành điều tra tìm hiểu rõ khu vực từ đó

24

đưa ra yêu cầu nhiệm vụ và xác định phạm vi thực hiện các nghiên cứu theo mục đích của bài toán và các nhiệm vụ đề ra

Hình 2.5: Quy trình tính toán diện tích thực của thửa đất

b Điều tra thu thập thông tin và xử lý dữ liệu

Với đối tượng nghiên cứu là các thửa đất và dạng địa hình đối với từng thửa đất riêng biệt, theo yêu cầu tính toán, dữ liệu đầu vào rất quan trọng là lớp điểm độ cao hoặc lớp đường bình độ Các dữ liệu này có thể thu thập trực tiếp từ bản đồ địa hình hoặc bản đồ hiện trạng sử dụng đất

c Tạo mô hình số độ cao

Mô hình số độ cao DEM - Digital Elevation Model được hiểu là một tập hợp

Xác định mục tiêu, nhiệm vụ

Điều tra, thu thập thông tin và xử lý dữ liệu

Tạo mô hình số độ cao (DEM)

Xây dựng lớp dữ liệu độ dốc

Xây dựng lớp dữ liệu ∑1/cosαi

Dữ liệu diện tích phẳng của thửa đất

Dữ liệu diện tích thực của thửa đấtXây dựng lớp dữ liệu α

25

các điểm độ cao được lấy mẫu theo phương pháp số để mô tả bề mặt địa hình mà ở

đó với mỗi điểm độ cao được lấy mẫu thì chỉ có duy nhất một tọa độ mặt phẳng tương ứng DEM thể hiện bề mặt địa hình trực quan dưới dạng raster và cho phép tính toán độ dốc của khu vực, một yếu tố ảnh hưởng lớn đến diện tích của thửa đất DEM có thể được tạo từ dữ liệu điểm độ cao hoặc đường bình độ thông qua một trong số các phương pháp nội suy cơ bản như nội suy Spline, nội suy trị trung bình trọng số IDW hay nội suy Kriging

- Phép nội suy Spline: là một hàm đa thức liên tục theo đoạn, nó có ưu điểm

là tính toán nội suy nhanh chóng và có khả năng biểu diễn được các điểm đặc trưng của khu vực nhỏ Phương pháp này dựa trên ba hay nhiều điểm đã biết

- Phép nội suy trị trung bình trọng số: là phương pháp xác định các giá trị chưa biết bằng cách tính trị trung bình trọng số khoảng cách các giá trị trong vùng lân cận của mỗi pixel đã biết giá trị Độ chính xác của phép nội suy này phụ thuộc vào các giá trị xung quanh nó và không phụ thuộc vào địa hình

- Phép nội suy Kriging: là một quá trình xử lý chuyên sâu Các tốc độ thực hiện phụ thuộc vào số điểm trong các tập dữ liệu đầu vào và kích thước của cửa sổ tìm kiếm Đây là phương pháp nội suy dựa trên sự kết hợp giữa phương pháp “phân tích bề mặt” và “trung bình trọng số” “Phân tích bề mặt” tìm ra một phương trình toán học diễn tả xu hướng tổng quát của bề mặt nhưng không tính đến các tính bất quy luật cục bộ Nội suy cục bộ dùng để tính độ lệch từ xu hướng toàn cầu do sự không theo quy luật của khu vực Phương pháp “trung bình trọng số” dùng để tính

sự biến thiên này Trọng số được xác định bởi xu hướng của những độ lệch bề mặt toàn cầu và các điểm quan sát

Chất lượng của phép nội suy phụ thuộc vào số lượng và sự phân bố của các điểm đã biết, vào độ chính xác của các giá trị dữ liệu ghi nhận và hàm toán học được chọn Khi tiến hành nội suy ta sử dụng các phương pháp khác nhau, và so sánh để xác định sự chênh lệch giữa các phương pháp và sử dụng phương pháp phù hợp nhất cho khu vực

d Xây dựng lớp dữ liệu độ dốc

Từ mô hình số độ cao vừa được tạo ở trên, ta cần tiến hành phân tích để thu

26

được độ dốc tương ứng đối với từng chi tiết trên lớp độ cao đó Với công cụ Slope trong 3D Analyst, ta có thể dễ dàng thực hiện được yêu cầu này Kết thúc quá trình này ta có được các giá trị độ dốc trong từng pixel

Nhìn chung các thông số địa hình thường được tính toán thông qua hai thông

số chính là độ dốc và hướng dốc Đặc biệt trong công tác nghiên cứu, phân vùng cảnh quan, xác định sự phân hóa lãnh thổ theo các quy luật địa lý thì độ dốc là một căn cứ cơ bản và quan trọng Các cấp độ dốc trên bản đồ độ dốc được phân chia và quy định màu sắc rõ ràng, trực quan giúp cho người sử dụng có thể dễ dàng thấy được sự biến thiên độ cao của địa hình

e Xây dựng lớp dữ liệu α, ∑1/cosα i

Sau khi thu được lớp dữ liệu độ dốc, các thông tin về độ dốc cần tiếp tục được thực hiện việc tính toán giá trị góc nghiêng α của địa hình được biểu thị trong

từng pixel riêng biệt, từ các giá trị góc α ta sẽ tính được giá trị 1/cosα tương ứng

Một trong các tính năng ưu việt của GIS là giúp người sử dụng có thể nhanh chóng chuyển đổi định dạng của dữ liệu Từ dữ liệu độ dốc hiển thị dưới dạng độ, nhờ chức năng Raster Calculator trong công cụ 3D Analyst, ta có được dữ liệu dạng radian một cách dễ dàng Cũng nhờ chức năng này đề tài tính toán được giá trị

1/cosα i cho mỗi pixel

f Xây dựng lớp dữ liệu diện tích phẳng

Trên bản đồ số, mỗi thửa đất được biểu diễn bởi tập hợp các pixel Vì vậy diện tích từng thửa đất sẽ được tính dựa vào kích thước và số lượng của các pixcel Thông qua công cụ Zonal Statistics as Table, ta sẽ thực hiện được việc thống kê các pixel và cho kết quả tính tổng các pixel đó với từng thửa đất Tuy nhiên diện tích được tính toán này sẽ bao gồm cả các pixel có phần nằm trong và ngoài thửa đất, dẫn đến các kết quả tính toán cho độ chính xác chưa cao

g Lớp diện tích thực của thửa đất

Ta thấy rằng, tỉ lệ giữa diện tích thực tế và diện tích được tính toán trên bản

đồ số của một thửa đất có dạng hình học trên mặt phẳng (ví dụ là hình chiếu của thửa đất nằm nghiêng một góc nào đó) luôn bằng tỉ lệ:

2.4 Tính toán thửa đất có bề mặt mẫu

2.4.1 Tính toán diện tích mặt cong trên hình cầu

Để kiểm chứng phương pháp tính toán diện tích thực của thửa đất theo lý thuyết, đề tài tiến hành thử nghiệm tính toán trên mô hình mô phỏng của thửa đất có

bề mặt địa hình không bằng phẳng là một thửa đất có bề mặt dạng hình cầu

Xét mặt cầu cụt được giới hạn bởi hai góc α và β như hình 2.6 [18]:

Hình 2.6: Mặt cầu được giới hạn bởi hai góc α và β

Mặt cong ta cần tính diện tích được giới hạn dưới bởi góc β và giới hạn trên bởi góc (α+β) Giả sử góc α đủ nhỏ để dây cung thuộc góc α là đường thẳng, khi đó

bài toán tính diện tích mặt cong sẽ trở thành bài toán tính diện tích xung quanh của hình nón cụt (hình 2.7)

Diện tích xung quanh của hình nón cụt: