- Phần cứng: bao gồm máy tính điều khiển mọi hoạt động của hệ thống và các thiết bị ngoại vi.
- Phần mềm: cung cấp công cụ và thực hiện các chức năng:
+ Thu thập dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ các nguồn thông tin khác nhau;
+ Lưu trữ, cập nhật, điều chỉnh và tổ chức các cơ sở dữ liệu nói trên;
+ Phân tích biến đổi, điều chỉnh và tổ chức các cơ sở dữ liệu nhằm giải quyết các bài toán tối ưu và mô hình mô phỏng không gian và thời gian;
+ Đưa ra các thông tin theo yêu cầu dưới dạng khác nhau.
Ngoài ra phần mềm cần phải có khả năng phát triển và nâng cấp theo các yêu cầu đặt ra của hệ thống.
- Dữ liệu: đây là thành phần quan trọng nhất của GIS. Các dữ liệu không gian (Spatial data) và các dữ liệu thuộc tính (No spatial data) được tổ chức theo một mục tiêu xác định bởi một hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DataBase Management System).
Phần cứng
Con Người Phương pháp
CSDL Phần mềm
+ Cấu trúc dữ liệu mang tính chất không gian được thể hiện ở dạng Raster và Vector.
Dữ liệu Raster: các thực thể không gian được thể hiện qua các ô (cell) hoặc các ô ảnh (pixel) của một lưới các ô vuông.
Dữ liệu Vector: các thực thể không gian được biểu diễn thông qua các phần tử là Điểm, Đường, Vùng và các quan hệ Topo (khoảng cách, tính liên tục, tính kề nhau). Vị trí không gian của các đối tượng được thể hiện và xác định bằng hệ toạ độ thống nhất.
+ Dữ liệu mang tính chất thuộc tính: đây là thành phần chứa đựng các số liệu, thông tin thuộc tính của các thực thể. Các thuộc tính này có thể mang tính định lượng hoặc định tính. Trong dữ liệu thuộc tính có thể có các kiểu dữ liệu sau: ghi danh, chỉ số, khoảng, tỷ lệ...
- Con người: yếu tố con người có ảnh hưởng rất lớn đối với các hệ GIS, đặc biệt trong việc điều khiển hệ thống và phát triển các ứng dụng.
- Phương pháp: phương pháp phụ thuộc vào ý tưởng của các xây dựng hệ thống, sự thành công của một hệ GIS phụ thuộc vào phương pháp được sử dụng để thiết kế hệ thống.
Như vậy, GIS có khả năng chỉ cho chúng ta thấy vị trí của các đối tượng trên bề mặt quả đất, đặc tính của các đối tượng, nhờ hệ thống GIS mà hàng loạt các câu hỏi đặt ra đã được giải quyết. Qua đó chúng ta có thể tìm kiếm được cái gì, tồn tại ở đâu, ngược lại những nơi nào có điều kiện đó để tồn tại hoặc có thể tìm thấy sự thay đổi của đối tượng trong khoảng thời gian nào... Điều kiện này giúp ta có những phương án thích hợp cho vấn đề sử dụng, bảo vệ tài nguyên trong tương lai.
2.3.3. Chức năng của GIS
Một hệ GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau (Lê Thị Giang, 2015)
- Thu thập dữ liệu: Dữ liệu có thể lấy từ nhiều nguồn, có thể là bản đồ
giấy, ảnh chụp, bản đồ số... Đa số nguồn gốc thông tin không gian là các bản đồ in hay bản đồ dưới khuôn mẫu tương tự. Để các dữ liệu này được sử dụng trong GIS thì chúng cần được số hóa. Ở mức độ thủ công thì chỉ có thể số hóa các đặc trưng bản đồ và nhập thuộc tính mô tả đặc trưng đó. Còn ở mức độ tự động hóa cao hơn là số hóa bằng máy quét ảnh để phát sinh ảnh số bản đồ đầy đủ. Nói
chung công việc thu thập dữ liệu hay “làm dữ liệu bản đồ” là nhiệm vụ khó khăn và là quan trọng nhất khi xây dựng các ứng dụng GIS.
- Lưu trữ dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster để nhận diện
hiện tượng tham chiếu không gian. Thông thường dữ liệu thuộc tính của GIS trên cơ sở đối tượng được lưu trong bảng, chúng chứa khóa chính là một chỉ danh duy nhất tương ứng với đối tượng không gian, kèm theo nhiều mục tiêu dữ liệu thuộc tính khác.
- Truy vấn (tìm kiếm) dữ liệu: Người dùng có thể truy vấn thông tin đồ họa hiển thị trên bản đồ. Có khả năng xây dựng câu hỏi truy vấn để tìm thông tin mà giá trị của chúng bằng hoặc nằm trong khoảng xác định. Đặc tính đặc biệt theo vị trí đối với hệ tọa độ nào đó và theo các quan hệ không gian. Do nhu cầu khai thác thông tin trên cơ sở dữ liệu không gian thường bao gồm phương pháp chỉ số không gian đặc biệt. Câu hỏi không gian thường là tìm ra đối tượng nằm trong hay trên các biên của cửa sổ hình chữ nhật. Khai thác dữ liệu trên cơ sở vị trí hay quan hệ không gian được xem như nền tảng của thâm nhập CSDL GIS.
- Phân tích dữ liệu: Đây là chức năng hỗ trợ việc ra quyết định của người
dùng. Xác định các tình huống có thể xảy ra khi bản đồ thay đổi. Phân tích dữ liệu gồm: tạo vùng đệm, chồng xếp bản đồ, nội suy... Trong đó “Trái tim của GIS chính là chức năng chồng xếp bản đồ”, qua đó chúng ta có thể tổng hợp nhiều lớp dữ liệu khác nhau và đưa ra kết quả ngay trên bản đồ tổng hợp.
- Hiển thị dữ liệu: Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được thể hiện tốt nhất dưới dạng bản đồ hay biểu đồ. Bản đồ rất hiệu quả trong việc lưu trữ, trao đổi các thông tin. Ngoài ra bản đồ còn có thể hiển thị kết hợp với các bản đồ báo cáo, hình ảnh ba chiều hay ảnh chụp...
- Xuất dữ liệu: Hỗ trợ việc xuất dữ liệu bản đồ với nhiều dạng: giấy in,
ảnh, web hay file.. thuận tiện cho người sử dụng dưới nhiều hình thức sử dụng khác nhau.
2.3.4. Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới và Việt Nam
2.3.4.1. Tình hình ứng dụng GIS trên thế giới
Hệ thống thông tin địa lý tuy mới chỉ ra đời vào thập niên 70 của thế kỷ trước nhưng cho tới nay nó đã được ứng dụng rộng khắp trên toàn thế giới và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
nghiệp để đánh giá tài nguyên đất đai trên phạm vi toàn Thế giới ở tỷ lệ bản đồ 1/5.000.000.
Tại Châu Âu và các nước phát triển, công nghệ GIS được coi là một cụ không thể thiếu của các nhà quản lý, các nhà doanh nghiệp. Hầu hết các nước công nghiệp phát triển đã ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng cơ sở liệu tài nguyên môi trường thống nhất trong toàn quốc. Công nghệ GIS còn được dùng để xây dựng các hệ thống thông tin chuyên ngành, trợ giúp lãnh đạo, quản lý nhân sự, cấp cứu y tế, hướng dẫn hàng không...
- Tại Canada, công nghệ GIS đã trở thành công cụ chuyên dụng trong công
tác quản lý ngành lâm nghiệp, nông nghiệp và quản lý môi trường. Canada là nước đầu tiên ứng dụng công nghệ GIS và hiện nay cũng là một trong các nước đi đầu trong lĩnh vực GIS trên Thế giới.
- Tại Trung Quốc, Nhật Bản, công cụ GIS được sử dụng để thực hiện giám
sát và xây dựng mô hình biến động môi trường.
- Tại Mỹ, GIS được ứng dụng để thực hiện dự án xây dựng cơ sở dữ liệu
địa lý toàn Liên bang ngay từ những năm 1980. Hiện nay, Mỹ là nước đứng đầu Thế giới về sản phẩm phần mềm GIS cũng như ứng dụng công nghệ GIS phục vụ phát triển kinh tế - xã hội.
-Các vấn đề ứng dụng GIS trong việc sử dụng các tài nguyên thiên nhiên
được áp dụng khá rộng rãi ở Mỹ, Anh. Hiện nay Đông Nam Á áp dụng kĩ thuật GIS để xây dựng “Hệ thống sử dụng đất đai tổng hợp”.
- Ngoài ra GIS còn được ứng dụng trong đánh giá đất. Trên thế giới, nhận
thấy GIS là một công nghệ có thể xử lý được cả hai loại dữ liệu: dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính, do đó nó rất thích hợp trong việc quản lý và bảo vệ tài nguyên môi trường. Vì vậy ngày nay GIS được ứng dụng ngày càng nhiều trong việc quản lý và sử dụng tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là trong lĩnh vực Nông nghiệp.
2.3.4.2. Tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam
Hệ thống thông tin địa lý GIS được ứng dụng ở Việt Nam từ những năm 80, tuy nhiên do điều kiện khoa học công nghệ và vốn nên GIS vẫn chưa được ứng dụng một cách rộng rãi trong các lĩnh vực Khoa học công nghệ mà chỉ tập trung tại một số cơ quan hay viện nghiên cứu của Trung ương đã chứng tỏ vai trò của nó đối với nhiều lĩnh vực, đặc biệt như: ngành nông, lâm nghiệp, Địa chất, Khí tượng, Thủy văn và Quốc Phòng , ... Một số cơ quan đã đầu tư thiết kế, xây
dựng các phần mềm nội địa có một số chức năng của GIS như Viện Công nghệ thông tin thuộc Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia (POPMAP), Công ty DOLSOFT thành phố Hồ Chí Minh (WINGIS).
Một số ứng dụng công nghệ GIS ở các cơ quan, viện nghiên cứu:
Bộ môn Hệ thống thông tin đất, khoa Quản lý đất đai - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã ứng dụng công nghệ GIS trong công tác giảng dạy và đào tạo cho sinh viên. Hiện nay khoa đã áp dụng được các công nghệ sử dụng các phần mềm: Mapinfo, ARCGIS, MicroStation... Ngoài ra, các thầy cô giáo trong khoa đã ứng dụng công nghệ GIS để nghiên cứu một số vấn đề trong lĩnh vực đất đai, đã viết được rất nhiều những bài báo được đăng trên tạp chí khoa học. Ví dụ bài: “Tìm hiểu sự thay đổi sử dụng đất huyện Yên Châu tỉnh Sơn La bằng công nghệ GIS và viễn thám” được đăng trên tạp chí Khoa học đất số 17 (Lê Thị Giang và Đào Châu Thu 2002); bài báo “Ứng dụng kỹ thuật Viễn thám và công nghệ GIS để xác định biến động đất đai trong tiến trình đô thị hóa ở huyện Gia Lâm và quận Long Biên thành phố Hà Nội”, tạp chí Khoa học Đất số 30 (Nguyễn Khắc Thời, Lê Thị Giang, Trần Quốc Vinh, Nguyễn Thị Thu Hiền )…
-Bộ Tài nguyên và Môi trường: Là cơ quan quản lý nhà nước xây dựng hệ
thống tọa độ quốc gia, các loại bản đồ địa chính, bản đồ địa hình và hồ sơ địa chính, các loại bản đồ sử dụng đất. Các phần mềm đang được sử dụng: Mapinfo, MicroStation, IGE (Intergraph)..
- Viện địa lý của Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ quốc gia: Là
một nơi chuyên đánh giá tiềm năng khai thác sử dụng đất, bảo vệ môi trường và xử lý rác thải cho các tỉnh. Hiện nay Viện đang sử dụng các phần mềm: Mapinfo, ARC Info, ArcView..
- Trung tâm viễn thám thuộc Tổng cục địa chính: Trung tâm đã xây được
nhiều cơ sở dữ liệu hệ thống thông tin địa lý, đặc biệt ở đây có nguồn dữ liệu về ảnh vệ tinh spot toàn quốc rất phong phú. Trung tâm đang sử dụng các phần mềm: ArcView, ARC Info, Mapinfo...
- Việt Nam bắt đầu ứng dụng công nghệ GIS trong công tác đánh giá đất từ
những năm 90 bằng việc xây dựng “Bản đồ sinh thái đồng bằng châu thổ Sông Hồng” ở tỷ lệ 1/25000 (theo FAO, 1990).
- Lê Thị Giang và Nguyễn Khắc Thời (2010) nghiên cứu đề tài “Ứng dụng GIS đánh giá thích hợp đất đai phục vụ sản xuất nông nghiệp huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang”.
- Hồ Huy Thành và cs. (2016), nghiên cứu đề tài “Xây dựng bản đồ đất đai và đánh giá thích hợp đất sản xuất nông nghiệp khu vực ven đô thành phố Hà Tĩnh”.
Tóm lại, GIS có ý nghĩa rất lớn đối với yêu cầu thực tiễn sử dụng và quản lý nguồn tài nguyên đất đai. Đây cũng là việc làm cần thiết cho sự phát triển nông nghiệp trong giai đoạn hiện nay, khi chúng ta đang cần đẩy mạnh tốc độ phát triển kinh tế của đất nước nói chung và phát triển sản xuất nông nghiệp nói riêng. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã trở thành một khung công cụ tổng hợp rất hiệu quả nhằm quản lý các hoạt động cả của con người và thiên nhiên bởi nó giúp ta tổng hợp phân tích mọi dữ liệu phức tạp và đưa ra kết quả để tất cả mọi người, từ các nhà khoa học, nghiên cứu, nhà hoạch định kế hoạch và công chúng, đều có thể cảm nhận được.
2.3.4.3. Giới thiệu ph n mềm ARCGIS
ARCGIS: là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay, cung cấp một giải pháp toàn
diện từ thu thập, nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân hay CSDL của các doanh nghiệp. Về mặt công nghệ, hiện nay các chuyên gia GIS coi công nghệ ESRI là một giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như: desktop (ARCGIS Desktop), máy chủ (ARCGIS Server), các ứng dụng Web (ArcIMS, ARCGIS Online), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD)... và có khả năng tương tích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau.
ARCGIS Desktop (với phiên bản mới nhất là ARCGIS 10) bao gồm những công cụ rất mạnh để quản lý, cập nhật, phân tích thông tin và xuất bản tạo nên một hệ thống thông tin địa lý (GIS) hoàn chỉnh, cho phép:
Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính) - cho phép sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cả những dữ liệu lấy từ Internet;
Truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng
nhiều cách khác nhau;
Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính;
Thành lập bản đồ chuyên đề và các bản in có chất lượng trình bày chuyên nghiệp.
ARCGIS Desktop gồm 3 thành phần: ArcMap, Arc Catalog và Arc Toolbox. ArcMap: ArcMap cho phép người sử dụng trình bày và truy vấn bản đồ, tạo nên bản sao đầy đủ của bản đồ và thực hiện các chức năng phân tích bản đồ. ArcMap cung cấp một cách đơn giản việc chuyển từ quan sát đến sửa chữa đặc trưng không gian của bản đồ. Dữ liệu bên trong ArcMap có thể xem dưới 2 chế độ: Data View và Layout View. Các ứng dụng chính của ArcMap là hiển thị trực quan cơ sở dữ liệu không gian, tạo lập bản đồ, trình bày sản phẩm.
- Arc Catalog: ArcCatalog cho phép người sử dụng dễ dàng truy cập và
quản lý những dữ liệu địa lý được lưu trữ trong thư mục và đĩa cứng hoặc trong những vùng có thể liên kết dữ liệu hệ thống. Dữ liệu có thể copy, di chuyển, xóa, quan sát sơ bộ trước khi thêm vào bản đồ. ArcCatalog cung cấp các phương tiện để xem, quản lý các dữ liệu địa lí và các bảng dữ liệu thuộc tính. Có 3 chế độ xem dữ liệu trong ArcCatalog: Contents, Preview và Metadata view.
- ArcToolbox: ArcToolbox cung cấp cho người dùng môi trường xử lý
thông tin (bao gồm cả thay đổi hoặc trích dẫn thông tin). ArcToolbox được gắn vào ArcCatalog và ArcMap. ArcToolbox có các tính năng thông dụng như:
Chuyển đổi định dạng dữ liệu không gian (Conversion Tools)
Phân tích dữ liệu không gian (Analysis Tools)
PHẦN 3. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu đánh giá đất đai thích hợp các loại đất nông nghiệp trên địa bàn huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ.
3.2. THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
Thời gian thực hiện đề tài luận văn: Từ tháng 3 năm 2017 đến tháng 5 năm 2018.
3.3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
Các đặc tính, tính chất đất đai và các LUT trên địa bàn huyện Lâm Thao.
3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
3.4.1. Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, hiện trạng sử dụng đất huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ
3.4.1.1. Điều kiện tự nhiên
Xác định vị trí địa lý, địa hình, địa mạo của vùng nghiên cứu, xem xét các điều kiện khí hậu, thời tiết, thủy văn cũng như các đặc điểm thảm thực vật, tài