Biên tập và khai thác mô hình số địa hình trong quản lý đất đai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ TIẾN DŨNG BIÊN TẬP VÀ KHAI THÁC MƠ HÌNH SỐ ĐỊA HÌNH TRONG QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Ngành: Kỹ thuật trắc địa – đồ Mã số: 60.52.05.03 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN THÙY DƯƠNG HÀ NỘI – NĂM 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu nghiêm túc cá nhân tôi, số liệu, thành luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khoa học trước Hà Nội, tháng 10 năm 2014 Tác giả Lê Tiến Dũng MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục ký hiệu Danh mục hình vẽ MỞ ĐẤU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH SỐ ĐỊA HÌNH 1.1 Khái niệm mơ hình số địa hình 1.2 Quy trình xây dựng mơ hình số địa hình 1.3 Các phương pháp biểu diễn mơ hình số địa hình 1.3.1 Phương pháp bề mặt toán học 1.3.2 Phương pháp đường đẳng trị 1.3.3 Phương pháp mơ hình lưới điểm GRID 10 1.3.4 Mơ hình lưới tam giác không TIN 12 1.4 Xác định góc nghiêng hai mặt phẳng 15 1.4.1 Xác định gián tiếp dùng thực tế 15 1.4.2 Xác định góc nghiêng trực tiếp hay dùng thực tế 15 CHƯƠNG HỆ THÔNG TIN ĐỊA LÝ VÀ PHẦN MỀM ARCGIS 21 2.1 Tổng quan hệ thông tin địa lý 21 2.1.1 Khái niệm hệ thông tin địa lý( GIS) 21 2.1.2 Mục đích chung hệ thơng tin địa lý 21 2.1.3 Cơ sở liệu GIS 25 2.1.4 Cơ sở liệu không gian (Geodatabase) 30 2.2 Tổng quan phần mềm ArcGIS 33 2.2.1 Giới thiệu ArcGIS 33 2.2.2 Cấu trúc, tổ chức liệu ArcGIS 34 2.2.3 Giao diện trợ giúp ArcGIS 35 2.2.4 Các modul mở rộng ArcGIS 43 2.2.5 Thiết kế, biên tập trình bày đồ 43 CHƯƠNG KHAI THÁC ỨNG DỤNG CỦA MƠ HÌNH SỐ ĐỊA HÌNH TRONG QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI ĐỐI VỚI XÃ SÔNG THAO, HUYỆN TRẢNG BOM, TỈNH ĐỒNG NAI 55 3.1 Bài toán quy hoạch đất Nông – Lâm nghiệp, chọn lựa giống trồng phù hợp với chủ sử dụng đất 55 3.2 Giới thiệu khu vực thực nghiệm 57 3.2.1 Vị trí địa lý 57 3.2.2 Điều kiện tự nhiên 58 3.2.3 Điều kiện kinh tế - xã hội 62 3.2.4 Tài liệu thu thập trình thực nghiệm 66 3.3 Thực nghiệm liệu Xã Sông Thao, Huyện Trảng Bom, Tỉnh Đồng Nai 66 3.3.1 Xử lý liệu địa 67 3.3.2 Làm việc quản lý liệu phần mềm ArcGIS Desktop 10.1 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Stt Tên cụm từ viết tắt Ký hiệu Mơ hình số địa hình MHSĐH Mơ hình số độ cao DEM Mơ hình số địa hình DTM Mơ hình số bề mặt DSM Hệ thơng tin địa lý GIS Lưới tam giác không TIN Lưới tứ giác GRID Bản đồ địa BDDC Cơ sở liệu CSDL 10 Tài nguyên Mơi trường TN&MT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Một số dạng mơ hình số địa hình Hình 1.2 Minh họa cho DEM DSM Hình 1.3 Quá trình tổng qt xây dựng mơ hình số địa hình Hình 1.4 Mơ hình sử dụng đường đồng mức Hình 1.5 DEM dạng lưới vuông GRID 11 Hình 1.6 Tăng dày kích thước với khu vực có địa hình phức tạp 11 Hình 1.7 DEM dạng lưới tam giác khơng – TIN 13 Hình 1.8 Xác định góc nghiêng hai mặt phẳng gián tiếp 15 Hình 1.9 Xác định góc nghiêng hai mặt phẳng trực tiếp 16 Hình 2.1 Quản lý liệu 23 Hình 2.2 Phân tích liền kề 24 Hình 2.3 Phân tích chồng xếp 24 Hình 2.4 Vector Raster GIS 27 Hình 2.5 Cấu trúc Geodatabase 33 Hình 2.6 Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS 34 Hình 2.7 ArcMap 37 Hình 2.8 ArcCatalog 39 Hình 2.9 ArcToolbox 41 Hình 2.10 Giao diện ArcScene 42 Hình 2.11 Đặt trang in 44 Hình 2.12 Đặt tỷ lệ đồ 45 Hình 2.13 Tạo lưới chiếu đồ 45 Hình 2.14 Chọn kiểu lưới chiếu 46 Hình 2.15 Nhập khoảng cách mắt lưới 46 Hình 2.16 Chọn kiểu dịng kẻ lưới 46 Hình 2.17 Chọn font, cỡ chữ 47 Hình 3.1 Mơ tả tính tốn độ dốc 55 Hình 3.2 Bản đồ độ dốc 56 Hình 3.3 Thư mục file dgn chứa liệu gốc 67 Hình 3.4 Chọn chức Merge 68 Hình 3.5 Các bước ghép file liệu đồ (*.dgn) 68 Hình 3.6 Thực Merge file liệu đồ có thư mục gốc 68 Hình 3.7 Hình ảnh đồ địa xã Sơng Thao, huyện Trảng Bom, tỉnh ĐN 69 Hình 3.8 Giao diện khởi đầu mở ArcMap ArcCatalog 69 Hình 3.9 Giao diện làm việc bên ArcMap liệu 70 Hình 3.10 Chọn hệ tọa độ VN2000 cho file liệu 70 Hình 3.11 Cửa sổ ghép ảnh DEM chứa tỉnh Đồng Nai 71 Hình 3.12 Kết sau ghép DEM 71 Hình 3.13 Lọc diệu ranh giới xã Sông Thao 72 Hình 3.14 Dùng lớp ranh giới xã để cắt DEM 72 Hình 3.15 Nhập thông tin lớp để TIN cho xã Sông Thao 73 Hình 3.16 Đặt tên lưu File cho TIN 73 Hình 3.17 Chọn hệ tọa độ cho TIN raster 73 Hình 3.18 Tạo TIN đường đồng mức 74 Hình 3.19 Bề mặt TIN thao tác với đường đồng mức 74 Hình 3.20 Bề mặt TIN zoom lên 75 Hình 3.21 Cửa sổ giao diện công cụ Surface Slope 76 Hình 3.22 Nhập vào bề mặt TIN Raster 76 Hình 3.23 Bảng liệu thuộc tính 76 Hình 3.24 Bảng giá trị hiển thị độ dốc 77 Hình 3.25 Kết mơ hình đồ độ dốc 78 Hình 3.26 Kết lựa chọn cho slopecode =3 79 Hình 3.27 Truy vấn cho giá trị slopecode =4 79 Hình 3.28 Kết cho giá trị slopecode =4 80 Hình 3.29 Tiến hành chồng xếp hai lớp Diachinhnen File TINSlope_thuc_nghiem 80 Hình 3.30 Các vùng có độ dốc = trùng với xã Sông Thao, huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai tin_Slopethucnghiem 81 Hình 3.31 Hiện thị bảng liệu thuộc tính kết chồng xếp 81 Hình 3.32 Kết tổng diện tích vùng đất có slopecode = 82 Hình 3.33 Thuộc tính bảng có độ dốc slopecode = 82 Hình 3.34 Tổng diện tích có độ dốc slopecode = 83 Hình 3.35 Bảng liệu thuộc tính có độ dốc slopecode = 83 Hình 3.36 Tổng diện tích có độ dốc slopecode = 84 Hình 3.37 Biểu đồ thể diện tích loại đất ứng độ dốc để lựa chọn trồng phù hợp với quy hoạch chủ sử dụng đất 84 Hình 3.38 Thêm tiêu đề cho đồ DEM-TIN 85 Hình 3.39 Chèn giải theo mục đích tiêu đề 85 Hình 3.40 Thay đổi tên cho thích mục “Legend” 86 Hình 3.41 Chọn kiểu khung viền màu đồ 86 Hình 3.42 Chọn gam màu để thể đối tượng thích 86 Hình 3.43 Cửa sổ chọn thước tỷ lệ la bàn cho đồ 87 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong tình hình nay, đơi với phát triển kinh tế khai thác tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt đất đai tỉnh miền núi trung du với tốc độ chưa thấy dẫn tới hậu trầm trọng suy thoái nguồn tài nguyên thiên nhiên chất lượng môi trường Do đó, cơng tác theo dõi, quản lý khai thác đất đai theo mục đích sử dụng đất, dự báo kịp thời tình trạng suy thối tài ngun đất, đưa phương hướng biện pháp bảo vệ đất đai ngày trở nên cấp bách hết Để làm tốt công tác quản lý tài nguyên đất quy mô quốc gia quy mơ tỉnh, nhà nước cần có sở liệu khoa học, quản lý thông tin đất đầy đủ, xác cập nhật thường xuyên Có nhanh chóng đưa giải pháp, định hợp lý trình xây dựng chiến lược phát triển kinh tế xã hội giám sát tài nguyên môi trường khuyến cáo vạch hướng sử dụng hợp lý đất đai, giảm tối đa ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường sinh thái, dự án phát triển kinh tế địa phương Hiện tỉnh, quan nghiên cứu trung ương tập trung khối lượng lớn thông tin, số liệu điều tra đất đai tỉnh, địa phương, việc tập hợp, xử lý, sử dụng khai thác chúng cịn nhiều khó khăn, tình hình phân tán thiếu hệ thống chúng Nhu cầu có phương pháp phương tiện quản lý loại liệu, thông tin tài nguyên thiên nhiên nói chung, đất đai nói riêng ngày trở nên cấp bách Trong lĩnh vực này, công nghệ thông tin có ý nghĩa to lớn đóng vai trị định để đáp ứng nhu cầu cấp bách Ứng dụng công nghệ thông tin vào thực tế sản xuất nhiệm vụ quan trọng phát triển kinh tế đất nước Vì vậy, tơi lựa chọn đề tài “Biên tập khai thác mơ hình số địa hình quản lý đất đai” hướng dẫn thầy giáo TS Trần Thùy Dương – Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu biên tập mơ hình số địa hình khai thác ứng dụng quản lý đất đai - Khai thác ứng dụng mơ hình số địa hình quản lý đất đai tốn cụ thể Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Mơ hình số địa hình - Khai thác ứng dụng mơ hình số địa hình quản lý đất đai tốn cụ thể 3.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu mơ hình lưới tam giác không TIN lưới tứ giác GRID Nghiên cứu khai thác mơ hình số địa hình tốn quy hoạch đất Nơng - Lâm nghiệp, lựa chọn giống trồng phù hợp với chủ sử dụng đất xã Sông Thao - Huyện Trảng Bom – Tỉnh Đồng Nai Nội dung, yêu cầu nhiệm vụ đề tài • Nội dung - Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm xây dựng mô hình số địa hình - Nghiên cứu khai thác ứng dụng mơ hình số địa hình quản lý đất đai + Sử dụng đồ địa nền, đồ độ dốc, đồ quy hoạch đất đai làm sở thực nghiệm, sử dụng DEM 30 phủ trùm khu vực nghiên cứu + Sử dụng phép toán tương tác đồ thông tin gắn kết để khai thác mơ hình số địa hình quản lý đất đai • Yêu cầu nhiệm vụ đề tài 76 Hình 3.20 Bề mặt TIN Zoom lên * Tạo đồ độ dốc bề mặt (Surface Slope) Hình 3.21 Cửa sổ giao diện cơng cụ Surface Slope 77 Hình 3.22 Nhập vào bề mặt TIN Raster Kết xem với bảng liệu thuộc tính phi khơng gian: Hình 3.23 Bảng liệu thuộc tính 78 Người sử dụng hồn tồn thay đổi khoảng giá trị độ dốc theo quy định độ dốc ví dụ FAO: Lưu ý: chọn dạng file txt notepad để quy định giá trị độ dốc Giá trị SlopeCode 0.00 – 0.57 (độ) 0.57 – 1.43 (độ) 1.43 – 2.66 (độ) 2.66 – 5.71 (độ) 5.17 – 12.13 (độ) 12.13 – 24.89 (độ) 24.89 – 45.00 (độ) 45.00 – 84.29 (độ) > 84.29 (độ) Right-Click vào Layer Properties Symbology quy định lại giá trị độ dốc cần phân chia: Hình 3.24 Bảng giá trị hiển thị độ dốc Category sau 79 Thành tiến hành xây dựng đồ độ dốc cho mơ hình TIN sử dụng chức 3D Analyst tool / TIN Surface/ TIN slope Arc toolbox Hình 3.25 Kết mơ hình đồ độ dốc Bật lớp Diachinhnen ta thấy rõ bề mặt TIN xã Sông Thao, huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai Các khoảng độ dốc mã hóa slopecode, để dễ dàng thuận lợi trình sử dụng, chọn khu vực có độ dốc ví dụ với “Slopecode=3” 80 Hình 3.26 Kết lựa chọn cho slopecode =3 Tiếp theo xét vấn đề khai thác việc chọn khu vực có độ dốc trùng với đất để lựa chọn kết hợp yếu tố để lựa chọn trồng cho phù hợp Hình 3.27 Truy vấn cho giá trị slopecode =4 81 Hình 3.28 Kết cho giá trị slopecode =4 Sau tiền hành chồng xếp để chọn vùng có độ dốc rơi vào đất địa Đối tượng nhập vào file Diachinhnen file tinSlope_thuc_nghiem Dùng lệnh Intersect để giao file Diachinhnen file tinSlope_thuc_nghiem (với Slopecode = 1, 2, ) Hình 3.29 Tiến hành chồng xếp hai lớp Diachinhnen va tin_Slopethucnghiem Kết hiển thị ArcMap sau hồn thành thao tác: Kí hiệu màu đỏ kết chồng xếp ranh giới có độ dốc =3 82 Hình 3.30 Các vùng có độ dốc = trùng với xã Sông Thao, huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai Từ bảng thuộc tính đồ chồng xếp, người sử dụng dễ dàng thấy địa nào, ai, sử dụng mục đích đất trồng gì, có code độ dốc diện tích bao nhiêu: Hình 3.31 Hiển thị bảng liệu thuộc tính kết chồng xếp 83 Từ kết , tính tốn tổng diện tích có độ dốc slopecode = xuất bảng thơng tin thuộc tính sang excel, từ bảng thuộc tính Table khác Export Data Vị trí lưu diện tích có (.dbf) ta chọn Hình 3.32 Kết tổng diện tích vùng đất có slopecode = Hình 3.33 Thuộc tính bảng có độ dốc slopecode = 84 Hình 3.34 Tổng diện tích có độ dốc slopecode = Tương tự cho vùng có độ dốc cịn lại slopecode 1,2,4,6,7 Hình 3.35 Bảng liệu thuộc tính có độ dốc slopecode = 85 Hình 3.36 Tổng diện tích có độ dốc slopecode = Khu vực Sông Thao chủ yếu đồng nên giá trị slopecode từ 6, khơng có Các thơng tin tìm hiểu bảng giá trị thuộc tính tinSlope_thucnghiem Biểu đồ tổng hợp diện tích trồng tương ứng độ dốc Hình 3.37 Biểu đồ thể diện tích loại đất ứng độ dốc để lựa chọn trồng phù với quy hoạch chủ sử dụng đất Từ kết này, tính tốn diện tích có độ dốc Slopecode 1, 2, 3, 4, 5, 6, để tính tốn quy hoạch giống trồng Nơng -Lâm nghiệp cụ thể địa phận xã Sông Thao, huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai 86 3.4 Công tác Biên tập mơ hình số độ cao DEM – TIN Trình tự cơng tác thao chỉnh sửa làm việc xem liệu thường làm sổ Data View góc trái hình làm việc ArcMap: Khi chuyển sang cửa sổ trang in Layout View Chọn Insert / Text… Hình 3.38 Thêm tiêu đề cho đồ DEM-TIN Hình 3.39 Chèn giải theo mục đích tiêu đề 87 Hình 3.40 Thay đổi tên cho thích mục “Legend” Hình 3.41 Chọn kiểu khung viền màu đồ Hình 3.42 Chọn gam màu để thể đối tượng thích 88 Hình 3.43 Cửa sổ chọn thước tỷ lệ la bàn cho đồ Sau tạo yếu tố cần thiết cho bản, cần xuất dạng jpg để tránh cho dãn thay đổi kích thước q trình thao tác với đồ Mặt khác, in trực tiếp máy in qua phần mềm “dopdf-7” 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau trình nghiên cứu làm việc nghiêm túc với cố gắng thân với giúp đỡ thầy cô, đồng nghiệp đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Trần Thùy Dương, đến hồn thành luận văn Kết tơi biên tập mơ hình số địa hình, khai thác ứng dụng mơ hình số địa hình quản lý đất đai toán cụ thể giải tốn như: Quy hoạch đất Nơng – Lâm nghiệp, lựa chọn giống trồng phù hợp với chủ sử dụng Từ kết đạt rút số kết luận sau: - Phần mềm ArcGIS phần mềm quản lý thông tin, biên tập, xử lý thông tin hiệu quả, sử dụng đơn giản, cho phép người sử dụng dễ dàng xuất định dạng file khác nhanh chóng thao tác bước chồng xếp, kết nối, chiết xuất thông tin đơn giản - Phần mềm ArcGIS có ưu điểm là: + Tổng hợp, lưu trữ thông tin đất đai, thông tin kinh tế - xã hội đa dạng đồ địa thơng thường + Dễ dàng thao tác phép chồng xếp đồ (hợp, giao, phủ…) + Dễ dàng tìm kiếm, truy vấn thơng tin… - Ứng dụng mơ hình số địa hình thực tế nhiều lĩnh vực - Ứng dụng mơ hình số địa hình quy hoạch đất Nơng – Lâm nghiệp tạo điều kiện thuận lợi, nhanh chóng dễ dàng cho người sử dụng việc thống kê, quy hoạch chọn giống trồng, phương pháp thu hoạch hay thống kê đất bị ảnh hưởng quy hoạch… Do thời gian có hạn trình độ chun mơn lình vực cơng nghệ thơng tin kiến th ức quản lý thơng tin đất đai cịn nhiều hạn chế, khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận s ự đóng góp ý kiến thầy cô bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện h ơn! 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1/ Bài giảng Cao học “ Hệ thống thơng tin địa lý” Trần Vân Anh, Đồn Xn Hương – Trường Đại học Mỏ - Địa chất 2013 2/ Tạp chí: “Nghiên cứu sở khoa học xây dựng mơ hình số độ cao phục vụ quản lý tài nguyên thiên nhiên” – Tăng Quốc Cường & NNK – Viện nghiên cứu Địa – 2013 3/ Bài Giảng Cao học “Các phương pháp Trắc địa đồ quản lý đất đai” – TS Trần Thùy Dương, Trường Đại học Mỏ - Địa chất – 2012 4/ Bài giảng Cao học “Mơ hình số địa hình”, Trường Đại học Mỏ - Địa chất – 2011 5/ Bài giảng Cao học “Mơ hình hóa phân tích khơng gian GIS” – Đoàn Xuân Hương – Trường Đại học Mỏ - Địa chất 2012 6/ Bài giảng “ESRI – ArcGIS”, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội 2009 7/ Giáo trình “Trắc địa ảnh” – Trương Anh Kiệt – Trường Đại học Mỏ - Địa chất 8/ Bài giảng Cao học “ Chuẩn hóa sở liệu thông tin đất đai” – Nguyễn Quang Minh – Trường Đại học Mỏ - Địa chất 2013 9/ Bài giảng “ Trắc địa sở tập 1, 2” – Nguyễn Trọng San, Đào Quang Hiếu, Đinh Cơng Hịa – NXB Giao thơng vận tải 10/ Giáo trình “Địa đại cương” – Nguyễn Trọng San – Trường Đại học Mỏ Địa chất 11/ Phạm Vọng Thành, “Mơ hình số địa hình nghiên cứu tài ngun mơi trường” – NXB Khoa học kỹ thuật – 2004 12/ Giáo trình “Hệ thống thơng tin địa lý” – Nguyễn Trường Xuân – Trường Đại học Mỏ - Địa chất 2003 13/ Hướng dẫn sử phần mềm ArcGIS Desktop 10.1 ESRI 14/ Thông tin từ Internet ... gắn kết để khai thác mơ hình số địa hình quản lý đất đai • Yêu cầu nhiệm vụ đề tài - Nghiên cứu mơ hình số địa hình - Nghiên cứu khai thác ứng dụng mô hình số địa hình quản lý đất đai + Thu thập,... Nội Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu biên tập mơ hình số địa hình khai thác ứng dụng quản lý đất đai - Khai thác ứng dụng mơ hình số địa hình quản lý đất đai toán cụ thể Đối tượng phạm vi nghiên... Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm xây dựng mơ hình số địa hình - Nghiên cứu khai thác ứng dụng mơ hình số địa hình quản lý đất đai + Sử dụng đồ địa nền, đồ độ dốc, đồ quy hoạch đất đai làm sở