TÍCH HỢP GIS VÀ AHP MỜ TRONG ĐÁNH GIÁ THÍCH NGHI ĐẤT ĐAI

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LẦN THỨ 12 HCMUT – 26-28/10/2011 TÍCH HỢP GIS VÀ AHP MỜ TRONG ĐÁNH GIÁ THÍCH NGHI ĐẤT ĐAI LÊ CẢNH ĐỊNH(*), TRẦN TRỌNG ĐỨC(**) (*) (**) Phân viện Quy hoạch Thiết kế Nông nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh MỞ ĐẦU Đánh giá thích nghi đất đai (LE) có vai trò vô quan trọng, cung cấp thông tin hỗ trợ cho bố trí sử dụng đất LE thường đánh giá tổng hợp điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội môi trường (gọi đánh giá đất đai bền vững) Do vậy, đánh giá đất đai bền vững toán đánh giá, phân tích định đa tiêu chuẩn (MCDA) MCDA (đôi gọi định đa tiêu chuẩn -MCDM) kỹ thuật phân tích tổ hợp tiêu chuẩn, cung cấp cho người định mức độ quan trọng (trọng số) tiêu chuẩn (Zopounidis Pardalos, 2010) Trong đó, hầu hết nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) Saaty (1980) để xác định trọng số tiêu chuẩn (Lu et al., 2007) Trong lĩnh vực đánh giá thích nghi đất đai, có nhiều nghiên cứu ứng dụng AHP để tính trọng số yếu tố đất đai (Lê Cảnh Định, 2005; Thapa Murayama, 2008; Chen, Yu Khan, 2010) Trong đó, người đánh giá sử dụng số xác aij = 1/aji ∈ [1/9,1] ∪ [1,9] để so sánh mức độ quan trọng cặp yếu tố (i, j) Tuy nhiên, mơ hồ không chắn người đánh giá, nên kết đánh giá chưa đủ chưa xác để định (Chen et al., 2011) Để khắc phục hạn chế AHP gốc môi trường rõ (original crisp AHP), nghiên cứu đề xuất giải pháp kết hợp hai kỹ thuật AHP logic mờ (gọi AHP mờ, viết tắt: FAHP) so sánh cặp, cho phép mô tả xác trình định Công nghệ GIS thể khả mạnh mẽ phân tích không gian, FAHP sử dụng rộng rãi phân tích đa thuộc tính (Chen et al., 2011), khả hiệp lực hai lĩnh vực GIS FAHP tạo công cụ hữu ích phân tích định đa tiêu chuẩn không gian (spatial MCDA/MCDM) đánh giá khả thích nghi đất đai CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ ĐẤT ĐAI 2.1 AHP mờ (fuzzy AHP- FAHP) (1) Lựa chọn phương pháp FAHP: Theo Kahraman (2008), có phương pháp FAHP thu hút nhiều nhà nghiên cứu: Phương pháp V Laarhoven, Pedrycz (1983) Buckley (1985) có yêu cầu tính toán lớn vấn đề nhỏ; Phương pháp Cheng (1996) dựa hai phương pháp tính xác suất (probability) khả (possibility) nên khó xác định; Phương pháp Chang (1992): yêu cầu tính toán tương đối thấp trình tự thực (2) Biến ngôn ngữ giá trị mờ biến ngôn ngữ so sánh cặp: Theo Srdjevic Medeiros (2008); Onut, Efendigil Kara (2010), mối quan hệ biến ngôn ngữ mô tả mức độ quan trọng tiêu chuẩn (giá trị so sánh rõ, Saaty(1980)) với giá trị mờ biến ngôn ngữ (các số mờ tam giác) so sánh cặp thể bảng Bảng 1: Biến ngôn ngữ giá trị mờ biến ngôn ngữ so sánh cặp Giá trị so Biến ngôn ngữ mô tả mức độ quan Số mờ Nghịch đảo sánh rõ trọng (giữa tiêu chuẩn) tam giác số mờ tam giác (Saaty,1980) (l, m, u) (1/u, 1/m, 1/l) Chỉ (just equal) (1, 1, 1) (1, 1, 1) Quan trọng (1, 1, 2) (1/2, 1, 1) (equal importance) Quan trọng yếu (2, 3, 4) (1/4, 1/3, 1/2) (weak importance) Quan trọng mạnh (4, 5, 6) (1/6, 1/5, 1/4) (essential or strong importance) Quan trọng mạnh (6, 7, 8) (1/8, 1/7, 1/6) (very strong importance) Vô quan trọng (8, 9, 9) (1/9, 1/9, 1/8) (extremely preferred) Mức trung gian mức nêu (x-1, x, x+1); (1/(x+1), 1/x, 1/(x-1)); 2,4,6,8 x=2,4,6,8 x=2,4,6,8 Nguồn: Srdjevic Medeiros (2008); Onut, Efendigil Kara (2010) (3) Phương pháp FAHP Chang (1992, 1996): Các bước phân tích mức độ ảnh hưởng đề xuất Chang (1992, 1996) chi tiết Kahraman (2008) gồm bước sau: ~ Giả sử [aij ] = (lij , mij , uij ) ma trận so sánh mờ yếu tố; Với lijk ≤ mijk ≤ uijk lij, mij, uij ∈ [1/9,1] ∪ [1,9] Bước 1: Tổng hợp mức độ ảnh hưởng mờ đối tượng i: ⎡ n m ⎤ Si = ∑ M ⊗ ⎢∑∑ M gij ⎥ j =1 ⎣ i =1 j =1 ⎦ m −1 j gi (1) Trong đó: m ∑M j =1 m j gi m ∑∑ M j =1 j =1 m m m j =1 j =1 j =1 = (∑ l j , ∑ m j , ∑ u j ) ; j gi n n n i =1 i =1 i =1 = (∑ li , ∑ mi , ∑ ui ) ; (2) (3) Nghịch đảo số mờ (3): ⎛ −1 ⎜ ⎡m m ⎤ j ⎜ ⎢∑∑ M gi ⎥ = ⎜ n , ⎣ j =1 j =1 ⎦ ⎜ ∑ ui ⎝ i =1 ⎞ ⎟ 1 ⎟ , n n ⎟ m ∑ i ∑ li ⎟ i =1 i =1 ⎠ (4) Bước 2: So sánh cặp số mờ M2 (l2,m2,u2) ≥ M1 (l1,m1,u1) xác định sau: V ( M ≥ M ) = sup[min( μ M ( x), μ M ( y ))] (5) y≥ x ⎧1, if m2 ≥ m1 ⎪0, if l ≥ u ⎪⎪ ⇔ V ( M ≥ M ) = hgt ( M ∩ M ) = μ M (d ) = ⎨else : ⎪ l1 − u2 ⎪ , ⎪⎩ (m2 − u2 ) − (m1 − l1 ) (6) Trong d độ cao hàm thuộc μ M , μ M hai số mờ M1 M2 Khi so sánh hai số mờ M1 M2 so sánh V(M2 ≥ M1) V(M2 ≤ M1) Bước 3: So sánh số mờ M với k số mờ khác V(M ≥ M1, M2, …, Mk) = V[(M≥ M1) and (M≥ M2) and…and (M≥ Mk)] = minV(M≥ Mi), với i=1,2,…, k; Đặt d’(Ai)= minV(Si ≥ Sk), với i=1, , n; k=1,2,…, n; k ≠ i; [W’] = [d’(A1), d’(A2),…, d’(An)]T, Bước 4: Chuẩn hoá vector [W’] vector trọng số [W] cần tìm, [W]= [d(A1), d(A2),…, d(An)]T, [W] số rõ (nonfuzzy number) 2.2 Mô hình GIS FAHP đánh giá đất đai Đánh giá thích nghi đất đai phục vụ cho quản lý sử dụng đất bền vững (gọi tắt đánh giá đất đai bền vững - ESLM) gồm bước sau (hình 1): Đánh giá thích nghi đất đai tự nhiên Kết thích nghi đất đai tự nhiên Xác định trọng số yếu tố theo mô hình FAHP Đánh giá bền vững Không Xác định yếu tố bền vững Bản đồ thích nghi tự nhiên Kết thúc Có Đánh gia ảnh hưởng LUS mặt xã hội (Xi) trọng số (Wi) thành phần: Kinh tế, xã hội, môi trường tính bền vững Đánh gia hiệu kinh tế LUS (Xi) Xi*Wi Đánh giá ảnh hưởng LUS mặt môi trường (Xi) Bản đồ đề xuất sử dụng đất bền vững Hình 1: Mô hình GIS FAHP đánh giá đất đai bền vững Kết thúc Bước 1: Xác định yếu tố (indicators) ảnh hưởng đến tính bền vững hệ thống sử dụng đất (LUS), tính trọng số yếu tố theo FAHP (hình 2) Thiết lập thứ bậc, ma trận so sánh cặp rõ yếu tố ([aij]), ma trận so sánh có tỷ số quán (CR) AHP, có nghĩa phương pháp FAHP chắt lọc thông tin, điều chỉnh cấp thích nghi theo xu từ trung bình (S3) đến cao (S1), điều chỉnh từ lớp không thích nghi (N) thành thích nghi (S1, S2, S3) phương pháp AHP LUT1 LUT2 S1 LUT3 LUT4 S2 LUT5 S3 LUT6 FAHP AHP FAO76 FAHP AHP FAO76 FAHP AHP FAO76 FAHP AHP FAO76 FAHP AHP FAO76 FAHP AHP FAO76 FAHP AHP 1.000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 FAO76 1.000ha - Đánh giá thích nghi đất đai bền vững nội dung thiếu quy hoạch sử dụng đất bền vững, hỗ trợ nhà quy hoạch loại bỏ LUS không bền vững (mặc dù thích nghi tự nhiên lúa vụ -LUT2) lựa chọn LUS bền vững (mặc dù thích nghi kinh tế trung bình đáp ứng yêu cầu xã hội bảo vệ môi trường điều - LUT7) LUT7 N Hình 3: So sánh kết phương pháp FAO76, AHP, FAHP Do vậy, điều kiện khan tài nguyên đất đai nay, việc đánh giá thích nghi đất đai để tìm kiếm mở rộng diện tích đất cho phát triển trồng ứng dụng phương pháp FAHP hợp lý KẾT LUẬN Mô hình tích hợp GIS FAHP công cụ thật hữu ích đánh giá thích nghi đất đai bền vững Trong đó, GIS đóng vai trò phân tích không gian, FAHP tính trọng số yếu tố đất đai Ưu điểm mô hình tính trọng số môi trường mờ (dùng FAHP) nên giảm sai số chắt lọc thông tin trình đánh giá Kết mô hình hỗ trợ người định (nhà quản lý, nhà quy hoạch,…) giải toán định đa mục tiêu không gian bố trí sử dụng đất cách trực quan thông qua đồ số hệ GIS (ví dụ lựa chọn khu vực sản xuất cà phê, chè,…) 10 Ứng dụng mô hình tích hợp GIS FAHP đánh giá thích nghi đất đai phục vụ cho quản lý sử dụng đất bền vững địa bàn tỉnh Lâm Đồng, kết đề xuất sử dụng đất bền vững phù hợp với thực tiễn địa phương, nên sử dụng kết nghiên cứu (gồm: tài liệu đồ) công tác quản lý sử dụng đất địa bàn tỉnh Lâm Đồng Trong tương lai, nhân rộng mô hình công tác đánh giá thích nghi đất đai cho địa phương khác nước Tuy nhiên, mô hình FAHP nghiên cứu thực môi trường định riêng rẽ (individual decision making) nên mang tính chủ quan chuyên gia đánh giá Để khắc phục tính chủ quan tranh thủ tri thức nhiều chuyên gia lĩnh vực, tương lai cần tiếp tục nghiên cứu FAHP môi trường định nhóm (FAHP group decision making) đánh giá đất đai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] V.Y.C Chen, H.P Lien, C.H Liu, J.J.H Liou, G.H Tzeng, L.S Yang (2011), Fuzzy MCDM approach for selecting the best environment-watershed plan, Applied Soft Computing 11 (2011) 265–275, ScienceDirect, Elsevier C Kahraman (2008), Fuzzy Multi-Criteria Decision Making: Theory and Application with Recent Developments, Springer, USA J Lu, G Zhang, D Ruan, F Wu (2007), Multi-Objective Group Decision Making: Method, software, and application with fuzzy techniques, World scientific Publishing, Singapore S Onut, T Efendigil, S.S Kara (2010), A combined fuzzy MCDM approach for selecting shopping center site: An example from Istanbul, Turkey, Expert system with application 37 (2010), 1973-1980, Science Direct, Elsevier B Srdjevic, Y.D.P Medeiros (2008), Fuzzy AHP Assessment of Water Management Plans, Water Resources Management (2008) 22:877–894, Springer Science C Zopounidis, P M Pardalos (2010), Handbook of MultiCriteria Analysis, Applied optimization, Springer, USA SUMMARY THE INTEGRATION OF GIS AND FUZZY AHP FOR LAND SUITABILITY ANALYSIS Evaluating sustainable land management (ESLM) related to various fields (natural, economic, social, environmental) This is a multi-criteria decision making problem In this study, building a model of the integration of GIS and fuzzy AHP (FAHP) in ESLM The process as follows: The first, determine the sustainable indicators as approach FAO (1993b, 2007), using techniques FAHP (Chang, 1992, 1996) to calculate the weights of all indicators; Next, establish the thematic layers in GIS systems to each factor; Finally, unite thematic layers of information, calculate the appropriate index (Si) according to the weighted average method for each region, classify Si to determine the appropriate area 11 Integrated model is applied in the case of Lam Dong province, results consistent with reality than previous studies Keywords: Fuzzy AHP, GIS, Land suitability analysis, Evaluating sustainable land management 12 [...]... hình tích hợp GIS và FAHP trong đánh giá thích nghi đất đai phục vụ cho quản lý sử dụng đất bền vững trên địa bàn tỉnh Lâm Đồng, kết quả đề xuất sử dụng đất bền vững phù hợp với thực tiễn của địa phương, nên có thể sử dụng kết quả của nghi n cứu này (gồm: tài liệu và bản đồ) trong công tác quản lý và sử dụng đất trên địa bàn tỉnh Lâm Đồng Trong tương lai, có thể nhân rộng mô hình này trong công tác đánh. .. công tác đánh giá thích nghi đất đai cho các địa phương khác trên cả nước Tuy nhiên, mô hình FAHP trong nghi n cứu này được thực hiện trong môi trường ra quyết định riêng rẽ (individual decision making) nên còn mang tính chủ quan của chuyên gia đánh giá Để khắc phục tính chủ quan và tranh thủ được tri thức của nhiều chuyên gia trong các lĩnh vực, trong tương lai cần tiếp tục nghi n cứu FAHP trong môi trường... Để khắc phục tính chủ quan và tranh thủ được tri thức của nhiều chuyên gia trong các lĩnh vực, trong tương lai cần tiếp tục nghi n cứu FAHP trong môi trường ra quyết định nhóm (FAHP group decision making) trong đánh giá đất đai 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] V.Y.C Chen, H.P Lien, C.H Liu, J.J.H Liou, G.H Tzeng, L.S Yang (2011), Fuzzy MCDM approach for selecting the best environment-watershed... decision making problem In this study, building a model of the integration of GIS and fuzzy AHP (FAHP) in ESLM The process as follows: The first, determine the sustainable indicators as approach FAO (1993b, 2007), using techniques FAHP (Chang, 1992, 1996) to calculate the weights of all indicators; Next, establish the thematic layers in GIS systems to each factor; Finally, unite thematic layers of information,... 1973-1980, Science Direct, Elsevier B Srdjevic, Y.D.P Medeiros (2008), Fuzzy AHP Assessment of Water Management Plans, Water Resources Management (2008) 22:877–894, Springer Science C Zopounidis, P M Pardalos (2010), Handbook of MultiCriteria Analysis, Applied optimization, Springer, USA SUMMARY THE INTEGRATION OF GIS AND FUZZY AHP FOR LAND SUITABILITY ANALYSIS Evaluating sustainable land management (ESLM)... for each region, classify Si to determine the appropriate area 11 Integrated model is applied in the case of Lam Dong province, results consistent with reality than previous studies Keywords: Fuzzy AHP, GIS, Land suitability analysis, Evaluating sustainable land management 12