2.2.1. Khái niệm hệ thống thông tin địa lý
Hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information Systems) – GIS là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: Phần cứng máy tính, phần mềm, tư liệu địa lý và người điều hành được thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lưu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý.
Một định nghĩa khác có tính chất giải thích, hỗ trợ là: Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống máy tính có chức năng lưu trữ và liên kết các dữ liệu địa lý với các đặc tính của bản đồ dạng đồ họa, từ đó cho một khả năng rộng lớn về việc xử lý thông tin, hiển thị thông tin và cho ra các sản phẩm bản đồ, các kết quả xử lý cùng các mô hình.
Tùy theo chức năng, nhiệm vụ của mỗi hệ thống thông tin địa lý mà có nhiều định nghĩa khác nhau, tuy nhiên, chúng đều dựa trên ba yếu tố quan trọng là dữ liệu đầu vào, hệ thống vi tính số kỹ thuật cao và khả năng phân tích số iệu không gian.
- Định nghĩa theo cấu trúc dữ liệu: GIS gồm cấu trúc dạng vector và raster được sử dụng trong các hệ thống khác nhau.
- Về công nghệ: GIS là công nghệ thông tin để phân tích, lưu giữ, trình bày các thông tin không gian và phi không gian. Công nghệ GIS có thể coi là một tập hợp hoàn chỉnh các phương pháp và các phương tiện nhằm sử dụng và lưu giữ các đối tượng.
Theo viện nghiên cứu môi trường Mỹ - Environmental System Research Institute (ESRI), tập đoàn nghiên cứu các phần mềm GIS nổi tiếng, GIS là một tập hợp có tổ chức, có phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển và phân tích, hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến vị trí địa lý.
2.2.2. Thành phần của hệ thống thông tin địa lý
2.2.2.1. Con người
Con người ở đây là các chuyên viên tin học, chuyên gia GIS, thao tác viên GIS, phát triển ứng dụng GIS bao gồm:
vấn đề không gian. Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản đồ, kiểm tra lỗi, soạn thảo, phân tích các dữ liệu thô và đưa ra các giải pháp cuối cùng để truy vấn dữ liệu địa lý. Những người này phải thường xuyên được đào tạo lại do GIS thay đổi liên tục và yêu cầu mới của kỹ thuật phân tích.
- Thao tác viên hệ thống: có trách nhiệm vận hành hệ thống hàng ngày để người sử dụng hệ thống làm việc hiệu quả. Công việc của họ là sửa chữa khi chương trình bị tắc nghẽn hay là công việc trợ giúp nhân viên thực hiện các phân tích có độ phức tạp cao. Họ còn làm việc như quản trị hệ thống, quản trị CSDL, an toàn, toàn vẹn CSDL tránh hư hỏng, mất mát dữ liệu.
- Nhà cung cấp GIS: cung cấp các phần mềm, cập nhật phần mềm, phương pháp nâng cấp cho hệ thống.
- Nhà cung cấp dữ liệu: là các cơ quan nhà nước hay tư nhân cung cấp các dữ liệu sửa đổi từ nhà nước.
- Người phát triển ứng dụng: là những lập trình viên, họ xây dựng giao diện người dùng, giảm khó khăn các thao tác cụ thể trên hệ thống GIS...
- Chuyên viên phân tích hệ thống GIS: là nhóm người chuyên nghiên cứu thiết kế hệ thống, được đào tạo chuyên nghiệp có trách nhiệm xác định các mục tiêu của hệ GIS trong cơ quan, hiệu chỉnh hệ thống, đề xuất kỹ thuật phân tích đúng đắn...
2.2.2.2. Dữ liệu
Dữ liệu thống kê gắn theo các hiện tượng tự nhiên với những mức độ chính xác khác nhau. Hệ thống thước đo của chúng bao gồm các biến tên, số thứ tự, khoảng và tỉ lệ. Trong đó:
- Biến tên: những biến chỉ có tên, không theo một trật tự nào cả, ví dụ như các loại đất (công viên, vùng dân cư, đất công nghiệp...) , loại cây trồng (ngô, khoai, sắn)...
- Biến thứ tự là danh sách các lớp rời rạc nhưng có trật tự như trình độ học vấn (tiểu học, trung học, đại học, sau đại học), độ lớn (nhỏ, trung bình, lớn)... các giá trị ở đây chỉ là phản ánh một cách tương đối không chính xác số lượng vì vậy không thể thực hiện các phép tính toán được.
- Biến khoảng cũng có trình tự tự nhiên nhưng khoảng cách của chúng có ý nghĩa như nhiệt độ, diện tích.
- Biến tỷ lệ có cùng đặc tính như biến khoảng nhưng chúng có giá trị 0 tự nhiên hay điểm bắt đầu như lượng mưa, dân số.
Ngoài bốn loại dữ liệu trên GIS còn phân chia dữ liệu thành hai lớp khác nhau là không gian và phi không gian. Mỗi hệ GIS đều có kết nối giữa hai loại dữ liệu này.
Hệ GIS cần phải hiểu được dữ liệu trong các khuôn mẫu khác nhau không chỉ riêng khuôn dữ liệu riêng của hệ thống. Ví dụ như đường biên bản đồ có thể trong khuôn mẫu tệp DXF của AutoCad hay BNA của AtlasGIS. Thông thường, GIS hiểu ngay khuôn mẫu DXF mà không cần sửa đổi đồng thời GIS phải hiểu ngay khuôn mẫu DBF của các thuộc tính được lưu trữ kèm theo. Phần mềm GIS lý tưởng đọc được các dữ liệu raster (DEN, GIFF, TIFF, JPEG, EPS) và khuôn mẫu vectơ (TIGER, HPGL, DXF, DLG, Postscript) một số phần mềm GIS chỉ có chức năng nhập dữ liệu vào các cấu trúc dữ liệu đơn giản như cấu trúc thực thể, cấu trúc topo. Với dữ liệu ba chiều, phần lớn phần mềm GIS trợ giúp lưới tam giác không đều (TIN), một số khác trợ giúp cấu trúc raster trên cơ sở lưới bao vây và cây tứ phân, số còn lại xây dựng một khuôn mẫu riêng cho mình tùy vào nhà sản xuất phầm mềm nhưng thường là theo khuôn mẫu chuẩn quốc gia, quốc tế như SDTS (Spatial Data Transfer Santard) hay DIGEST.
2.2.2.3. Phần mềm
Một hệ thống GIS bao gồm nhiều module phần mềm. Khả năng lưu trữ, quản lý dữ liệu không gian bằng hệ quản trị CSDL địa lý là khía cạnh quan trọng nhất của GIS. Một phần mềm xử lý GIS tốt phải cung cấp cho người sử dụng các công cụ quản lý, phân tích không gian dễ dàng, chính xác.
2.2.2.4. Phần cứng
GIS đòi hỏi các thiết bị ngoại vi đặc biệt như bàn số hóa, máy vẽ, máy quét ảnh vào/ra. Các thiết bị có thể được nối với nhau thông quan thiết bị truyền tin hay mạng cục bộ.
2.2.2.5. Giao diện người dùng
Giao diện đồ họa cho phép người dùng dễ dàng thực hiện các theo tác địa lý và các thao tác khác như truy nhập CSDL, làm báo cáo...
2.2.3. Chức năng của hệ thống thông tin địa lý
Các chức năng của GIS có thể chia làm năm loại như sau:
- Xử lý sơ bộ dữ liệu.
- Lưu trữ và truy nhập dữ liệu.
- Tìm kiếm và phân tích không gian
- Hiển thị đồ họa và tương tác.
Sức mạnh của hệ thống GIS khác nhau là khác nhau, kỹ thuật xây dựng các chức năng trên cũng rất khác nhau.
2.3. MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ LUẬN VỀ SỬ DỤNG ĐẤT 2.3.1. Khái niệm và vai trò của đất 2.3.1. Khái niệm và vai trò của đất
2.3.1.1. Khái niệm về đất
Đất trong thuật ngữ chung là các vật chất nằm trên bề mặt Trái Đất, có khả năng hỗ trợ sự sinh trưởng của thực vật và phục vụ như là môi trường sinh sống của các dạng sự sống động vật từ các vi sinh vật tới các loài động vật nhỏ.
Theo học giả người Nga Docutraiep “Đất là một vật thể thiên nhiên cấu tạo độc lập lâu đời do kết quả quá trình hoạt động tổng hợp của 5 yếu tố hình thành đó là: sinh vật, đá mẹ, khí hậu, địa hình và thời gian”. Các nhà khoa học thổ nhưỡng khẳng định nguồn gốc ban đầu của đất (soil) là từ các loại đá mẹ trong thiên nhiên lâu đời bị phá hủy dần dần dưới tác động của các yếu tố lý học, hóa học, sinh học (dẫn theo Trần Văn Chính và cs., 2006).
Theo Lê Văn Khoa (2000), đất là một vật thể sống, một “vật mang” của các hệ sinh thái tồn tại trên trái đất, con người tác động vào đất cũng chính là tác động vào các hệ sinh thái mà đất “mang” trên mình nó.
Theo FAO (1995), đất đai (Land) được định nghĩa là một khu vực cụ thể của bề mặt trái đất bao gồm tất cả các thuộc tính ngay ở trên và dưới bề mặt bao gồm khí hậu, thổ nhưỡng, địa hình, hệ thống thủy văn bề mặt, lớp trầm tích gần bề mặt, nước ngầm, quần thể động thực vật và mọi hoạt động của con người trong quá khứ và hiện tại như ruộng bậc thang, hệ thống thủy lợi, đường giao thông, các tòa nhà…
2.3.1.2. Vai trò của đất đai
Như ta đã biết đất đai có nguồn gốc từ tự nhiên, cùng với vòng quay của bánh xe thời gian thì con người xuất hiện và tác động vào đất đai, cải tạo đất đai và biến đất đai từ sản phẩm của tự nhiên lại mang trong mình sức lao động của con người, tức cũng là sản phẩm của của xã hội.
Đất đai là một tài nguyên thiên nhiên quý giá của mỗi quốc gia và nó cũng là yếu tố mang tính quyết định sự tồn tại và phát triển của con người và các sinh vật khác trên trái đất. Các Mác viết: “Đất đai là tài sản mãi mãi với loài người, là điều kiện để sinh tồn, là điều kiện không thể thiếu được để sản xuất, là tư liệu sản xuất cơ bản trong nông, lâm nghiệp”. Bởi vậy, nếu không có đất đai thì không có bất kỳ một ngành sản xuất nào, con người không thể tiến hành sản xuất ra của cải vật chất để duy trì cuộc sống và duy trì nòi giống đến ngày nay. Trải qua một quá trình lịch sử lâu dài con người chiếm hữu đất đai biến đất đai từ một sản vật tự nhiên thành một tài sản của cộng đồng, của một quốc gia. Luật Đất đai năm 1993 của nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam có ghi:“Đất đai là tài nguyên quốc gia vô cùng quý giá, là tư liệu sản xuất đặc biệt, là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hoá xã hội, an ninh quốc phòng. Trải qua nhiều thế hệ nhân dân ta đã tốn bao công sức, xương máu mới tạo lập, bảo vệ được vốn đất đai như ngày nay!”
Rõ ràng, đất đai không chỉ có những vai trò quan trọng như đã nêu trên mà nó còn có ý nghĩa về mặt chính trị. Tài sản quý giá ấy phải bảo vệ bằng cả xương máu và vốn đất đai mà một quốc gia có được thể hiện sức mạnh của quốc gia đó, ranh giới quốc gia thể hiện chủ quyền của một quốc gia. Đất đai còn là nguồn của cải, quyền sử dụng đất đai là nguyên liệu của thị trường nhà đất, nó là tài sản đảm bảo sự an toàn về tài chính, có thể chuyển nhượng qua các thế hệ...
2.3.2. Sử dụng đất và quản lý sử dụng đất
Sử dụng đất là hoạt động của con người tác động vào đất đai nhằm đạt kết quả mong muốn trong trong quá trình sử dụng.
Theo FAO (1999), sử dụng đất được thực hiện bởi con người bao gồm các hoạt động cải tiến môi trường tự nhiên hoặc những vùng hoang vu vào sản xuất như đồng ruộng, đồng cỏ hoặc xây dựng các khu dân cư. Thực chất sử dụng đất là một hệ thống các biện pháp nhằm điều hòa mối quan hệ giữa con người với đất đai.
Quản lý là sự tác động có chủ đích của chủ thể quản lý tới đối tượng quản lý một cách liên tục, có tổ chức, liên kết các thành viên trong tổ chức hành động nhằm đạt tới mục tiêu với kết quả tốt nhất.
Theo Vancutsem (2008), quản lý sử dụng đất là quá trình quản lý sử dụng và phát triển đất đai trong không gian theo định hướng và sự điều phối của chính sách đất đai hiện tại.
2.4. TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI 2.4.1. Vấn đề chung về biến động đất đai 2.4.1. Vấn đề chung về biến động đất đai
- Khái niệm biến động.
Biến động được hiểu là sự biến đổi, thay thế trạng thái này bằng trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên và xã hội. Phát hiện biến động là quá trình nhận dạng sự biến đổi, sự khác biệt về trạng thái của sự vật, hiện tượng bằng cách quan sát chúng tại các thời điểm.
Theo Từ điển Khoa học trái đất "Biến động sử dụng đất và lớp phủ mặt đất (LUCC), được biết như biến động đất đai, đây là một thuật ngữ chung chỉ những thay đổi bề mặt lãnh thổ trái đất xảy ra do tác động của con người” (Ellis, 2010). Sherbinin (2002), cho rằng biến động sử dụng đất là nguyên nhân dẫn tới biến động lớp phủ điều đó có nghĩa là biến động lớp phủ chính là hệ quả của biến động sử dụng đất (dẫn theo Nguyễn Thu Hiền, 2014).
Ngyễn Thu Hiền (2014) nêu rõ: “Biến động sử dụng đất là sự thay đổi trạng thái tự nhiên của lớp phủ bề mặt đất gây ra bởi hành động của con người. Biến động sử dụng đất và lớp phủ đã xuất hiện từ lâu trong lịch sử, chúng là hệ quả từ các hoạt động trực tiếp và gián tiếp của con người nhằm đảm bảo nhu cầu thiết yếu. Ban đầu có thể chỉ là các hoạt động đốt rừng để khai hoang mở rộng đất nông nghiệp, dẫn đến sự suy giảm rừng và thay đổi bề mặt trên trái đất. Gần đây, công nghiệp hóa đã làm gia tăng sự tập trung dân cư trong các đô thị và giảm dân cư nông thôn, kéo theo đó là khai thác quá tải trên khu vực đất màu mỡ và bỏ hoang các khu vực đất không thích hợp. Tất cả những nguyên nhân và hệ quả của các biến động này đều có thể dễ dàng nhìn thấy ở mọi nơi trên thế giới”.
Biến động đất đai là nhân tố quan trọng thúc đẩy sự biến đổi môi trường như: - Mất đa dạng sinh học: Khi rừng bị chuyển thành đất nông nghiệp sẽ dẫn đến sự biến mất của các loài động thực vật.
- Biến đổi khí hậu: Biến động đất đai là nguyên nhân của việc thải khí nhà kính vào khí quyển, dẫn đến sự ấm lên của trái đất.
- Ô nhiễm và suy thoái đất: Biến động đất đai là nguyên nhân quan trọng gây nên ô nhiễm đất, nước và không khí. Hoạt động biến động lớp phủ lâu đời nhất là việc khai khẩn đất nông nghiệp, chặt gỗ và thu hoạch các nguồn sinh khối khác. Sự biến mất của lớp phủ thực vật làm tổn thương lớp thổ nhưỡng, gia tăng xói mòn do gió và nước.
2.4.2. Các phương pháp xác định biến động đất đai
2.4.2.1. Xác định biến động đất đai theo phương pháp truyền thống
Để xác định biến động đất đai qua các thời kỳ thì phương pháp thường được sử dụng và có tính chính xác là dựa vào tài liệu, số liệu như số liệu thống kê đất đai hàng năm, số liệu kiểm kê đất đai, tài liệu bản đồ hay các cuộc điều tra. Trên cơ sở các số liệu, tài liệu thu thập được, tiến hành thống kê, so sánh số liệu qua các năm để thấy được sự biến động, thay đổi về cơ cấu các loại đất.
Các phương pháp này có ưu điểm là độ chính xác cao nhưng nhược điểm của chúng là tốn kém thời gian và kinh phí đồng thời không thể hiện được sự thay đổi sử dụng đất từ loại đất gì sang loại đất gì và diễn ra ở khu vực nào (vị trí không gian của sự thay đổi).
2.4.2.2. Xác định biến động đất đai bằng ảnh viễn thám kết hợp GIS
Bản đồ sử dụng đất và lớp phủ được thành lập bằng phương pháp phân loại tự động kết hợp với số liệu thống kê và điều tra thực địa. Phân tích không gian trong hệ thống thông tin địa lý (GIS) so sánh bản đồ ở các thời điểm tạo ra bản đồ biến động để xác định biến động sử dụng đất, lớp phủ trong từng giai