Chương 1. TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT CẤP HUYỆN VÀ NHU CẦU ĐÁNH GIÁ TÍNH HỢP LÝ VỀ CẤP HUYỆN VÀ NHU CẦU ĐÁNH GIÁ TÍNH HỢP LÝ VỀ
1.3. Tổng quan về GIS và phương pháp phân tích đa chỉ tiêu
Theo ESRI, tập đoàn nghiên cứu và phát triển các phần mềm GIS nổi tiếng, Hệ thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System là một tập hợp có tổ chức, bao gồm hệ thống 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, phân tích, và hiển thị tất cả các dạng thông tin liên quan đến vị trí địa lý [8].
Hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographic Information System đƣợc hình thành từ những năm 1960 và phát triển rất nhanh trong 20 năm lại đây.
GIS ngày nay là công cụ trợ giúp quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc ph ng ở nhiều nơi trên thế giới. Một hệ thống GIS bao gồm những thành phần cơ bản sau [8, 25]:
Hình 1.1. Sơ đồ k á quát về S
- Phần cứng: bao gồm máy tính và các thiết bị ngoại vi.
- Phần mềm: là bộ não của hệ thống, phần mềm GIS rất đa dạng và có thể chia làm 3 nhóm (nhóm phần mềm quản lý đồ họa, nhóm phần mềm quản trị bản đồ và nhóm phần mềm quản trị, phân tích không gian .
- Dữ liệu: bao gồm dữ liệu không gian (dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính (dữ liệu phi không gian . Dữ liệu không gian mô tả vị trí địa lý của đối tƣợng trên bề mặt Trái đất. Dữ liệu thuộc tính mô tả các thông tin liên quan đến đối tƣợng, các thông tin này có thể đƣợc định lƣợng hay định tính.
- Phương pháp: một phần quan trọng để đảm bảo sự hoạt động liên tục và có hiệu quả của hệ thống phục vụ cho mục đích của người sử dụng.
- Con người: Trong GIS, thành phần con người là thành phần quan trọng nhất bởi con người tham gia vào mọi hoạt động của hệ thống GIS (từ việc xây dựng cơ sở dữ liệu, việc tìm kiếm, phân tích dữ liệu,… . Có 2 nhóm người quan trọng là người sử dụng và người quản lý GIS.
GIS có 5 chức năng chủ yếu [8]:
- Thu thập dữ liệu: là công việc khó khăn và nặng nề nhất trong quá trình xây dựng một ứng dụng GIS. Các dữ liệu đƣợc thu thập từ nhiều nguồn khác nhau nhƣ dữ liệu đo đạc từ thực địa, dữ liệu từ các loại bản đồ, dữ liệu thống kê,…
- Thao tác dữ liệu: vì các dữ liệu đƣợc thu thập từ nhiều nguồn có định dạng khác nhau và có những trường hợp các dạng dữ liệu đ i hỏi được chuyển dạng và thao tác theo một số cách để tương thích với hệ thống. Ví dụ:
các thông tin địa lý có giá trị biểu diễn khác nhau tại các tỷ lệ khác nhau (lớp dân cƣ trên bản đồ địa chính đƣợc thể hiện chi tiết hơn trong bản đồ địa hình . Trước khi các thông tin này được tích hợp với nhau thì chúng phải được chuyển về c ng một tỷ lệ (c ng mức độ chi tiết hoặc mức độ chính xác . Đây có thể chỉ là sự chuyển dạng tạm thời cho mục đích hiển thị hoặc cố định cho yêu cầu phân tích.
- Quản lý dữ liệu: là một chức năng quan trọng của tất cả các hệ thông tin địa lý. Hệ thống thông tin địa lý phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu đồng thời quản lý hiệu quả một khối lƣợng lớn dữ liệu với một trật tự r ràng. Một yếu tố quan trọng của GIS là khả năng liên kết hệ
thống giữa việc tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu (sự liên kết giữa dữ liệu không gian và thuộc tính của đối tƣợng . Các dữ liệu thông tin mô tả cho một đối tƣợng bất k có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí không gian của chúng. Sự liên kết đó là một ƣu thế nổi bật của việc vận hành GIS.
- Hỏi đáp và phân tích dữ liệu: Khi đã xây dựng đƣợc một hệ thống cơ sở dữ liệu GIS thì người d ng có thể sử dụng GIS như một công cụ cung cấp khả năng hỏi đáp, tìm kiếm, truy vấn đơn giản “chỉ nhấn và nhấn” và các công cụ phân tích dữ liệu không gian mạnh mẽ để cung cấp thông tin một cách nhanh chóng, kịp thời, chính xác, hỗ trợ ra quyết định cho những nhà quản lý và quy hoạch.
- Hiển thị dữ liệu: GIS cho phép hiển thị dữ liệu tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ. Ngoài ra c n có thể xuất dữ liệu thuộc tính ra các bảng excel, tạo các bản báo cáo thống kê, hay tạo mô hình 3D, và nhiều dữ liệu khác.
1.3.2. Phương pháp phân tích đa chỉ tiêu
Phương pháp phân tích đa chỉ tiêu (MCA - Multi-Criteria Analysis) là một phép phân tích tổ hợp các chỉ tiêu khác nhau để cho ra một kết quả cuối c ng. Phân tích đa chỉ tiêu MCA cung cấp cho người ra quyết định các mức độ quan trọng khác nhau của các tiêu chuẩn khác nhau hay là trọng số của các tiêu chuẩn liên quan. Để xác định trọng số của các tiêu chuẩn, người ta thường d ng phương pháp tham khảo tri thức chuyên gia, kinh nghiệm của cá nhân. Trong vấn đề ra quyết định đa tiêu chuẩn, bước đầu tiên quan trọng nhất là xác định tập hợp các phương án (alternatives và tập hợp những tiêu chuẩn (criteria mà những phương án cần để đánh giá. Tiếp theo, lượng hóa các tiêu chuẩn, xác định tầm quan trọng tương đối của những phương án tương ứng với mỗi tiêu chuẩn.
Ngoài ra, có thể vận dụng hệ thông tin địa lý GIS để thực hiện hoặc tự động hóa các quy trình lựa chọn vị trí. Nhìn chung, nhu cầu ứng dụng GIS và phương pháp phân tích đa chỉ tiêu là rất lớn bởi khi kết hợp GIS với phương
pháp phân tích đa chỉ tiêu, việc lựa chọn vị trí cho các đối tƣợng quy hoạch trở nên chính xác hơn và dễ dàng hơn rất nhiều. Các ứng dụng của MCA chủ yếu là đánh giá tác động của một quá trình đến môi trường, hỗ trợ bài toán quy hoạch để lựa chọn vị trí ph hợp nhất cho một mục đích xác định. Các bước thực hiện MCA bao gồm:
a, Xác địn các c ỉ t u cần đán á
Việc đầu tiên là lựa chọn các chỉ tiêu cần thiết để phục vụ cho việc đánh giá. Đa số các trường hợp một chỉ tiêu không phải là một biến đơn giản mà là tổ hợp của các dữ liệu thuộc tính và hình học khác nhau.
Ví dụ địa điểm thích hợp cho việc xây dựng trường mầm non có 3 nhóm chỉ tiêu sau: chỉ tiêu về kinh tế (trường mầm non nên xây dựng ở những khu vực đất chƣa sử dụng, đất nông nghiệp hiệu quả kinh tế thấp; giảm chi phí đền b , giải phóng mặt bằng cho xây dựng , chỉ tiêu về môi trường (tăng khoảng cách đến bãi rác, nghĩa địa và khu công nghiệp , chỉ tiêu xã hội (thuận tiện cho trẻ đến trường .
b, P ân k oản c ỉ t u
Các chỉ tiêu có tầm quan trọng khác nhau đối với một mục đích nhất định và trong từng chỉ tiêu, mức độ thích hợp cũng khác nhau. Vì vậy mà chúng phải đƣợc xếp theo thứ tự cho một mục đích riêng biệt.
c, Xác địn trọn số
Các chỉ tiêu trong việc đánh giá tính hợp lý về vị trí không gian của đất phi nông nghiệp cần xác định trọng số cho từng loại. Bởi vì không phải mức độ quan trọng của chỉ tiêu nào cũng giống nhau. Đại đa số các trường hợp là khác nhau và cần phải xác định mức độ quan trọng tương đối của chúng.
Trọng số của các chỉ tiêu có thể tính thông qua thuật toán thống kê, phép đo, hoặc dựa trên kinh nghiệm, hiểu biết chủ quan của chuyên gia. Quá trình phân tích phân cấp (Analytical Hierarchy Process - AHP do T.L. Saaty nghiên cứu và sau đó phát triển từ những năm 80 [41]. Đây là một phương pháp tính toán
trọng số áp dụng cho các bài toán ra quyết định đa tiêu chuẩn. AHP là một k thuật tạo quyết định, nó giúp cung cấp một tổng quan về thứ tự sắp xếp của những lựa chọn thiết kế và nhờ vào nó mà ta tìm đƣợc một quyết định cuối c ng hợp lý nhất. AHP giúp những người làm quyết định tìm thấy cái gì là hợp lý nhất cho họ và giúp họ việc hiểu những vấn đề của mình. AHP cung cấp một khung sườn chính xác cho cấu trúc một vấn đề cần giải quyết. AHP kết hợp chặt chẽ với chuẩn quyết định và người làm quyết định sẽ d ng phương pháp so sánh theo cặp để xác định việc đánh đổi qua lại giữa các mục tiêu. Các câu hỏi đƣợc đặt ra là X có lợi hơn, thoả mãn hơn, đóng góp nhiều hơn, vƣợt hơn,… so với Y, Z bao nhiêu lần (X, Y, Z là nhân tố tác động đến đối tƣợng . Các câu hỏi rất quan trọng, nó phải phản ánh mối liên hệ giữa các thành phần của một mức với tính chất của mức cao hơn. Một quy trình AHP có thể được tóm tắt thành các bước sau [14, 17, 39]:
1. Xác định các phương án có thể có và xác định các tiêu chí quan trọng trong việc quyết định. Tiến hành lựa chọn các chỉ tiêu cần nghiên cứu, phân cấp và loại bỏ các chỉ tiêu kém quan trọng.
2. Với mỗi tiêu chí của mỗi cặp phương án, người ra quyết định sẽ thể hiện ý kiến của mình về tầm quan trọng của chúng so với nhau (Ví dụ địa điểm của phương án A tốt hơn địa điểm của phương án B dưới dạng một phân số có giá trị từ 1 9 – 9 (hình 1.2).
3. Người ra quyết định sẽ xác định tầm quan trọng tương đối của các chỉ tiêu. Ví dụ, nếu đang cân nhắc phương án mua một căn nhà, nhà đầu tư có thể nói rằng với tôi địa điểm là quan trọng nhất, sau đó đến giá cả và cuối c ng là thời gian.
4. Mỗi ma trận về tầm quan trọng này sẽ đƣợc đánh giá bằng cách sử dụng các giá trị số để đảm bảo tính thống nhất của câu trả lời. Bước này sẽ sinh ra một "hệ số nhất quán" và giá trị bằng "1" nghĩa là các tiêu chí và tầm quan trọng của chúng đã thực sự nhất quán. Tuy nhiên, giá trị này sẽ nhỏ hơn
1 nếu người ra quyết định nói rằng: X quan trọng hơn Y, Y quan trọng hơn Z và Z lại quan trọng hơn X (không nhất quán với nhau .
5. Sau đó, mỗi phương án sẽ được tính toán và cho điểm tổng hợp. Dựa trên số điểm có đƣợc, quyết định cuối c ng sẽ đƣợc lựa chọn.
Hình 1.2. T an đ ểm so sán các c ỉ t u
Ma trận mức độ quan trọng của các chỉ tiêu thường được xây dựng dựa trên ý kiến chuyên gia. Tuy nhiên, ma trận này sẽ phụ thuộc vào ý kiến chủ quan của người ra quyết định. Do đó, cần phải xem xét đến tính nhất quán khi đánh giá. Theo T. L. Saaty, ta có thể sử dụng tỷ số nhất quán của dữ liệu (Consistency Ratio - CR để đánh giá tính hợp lý của các giá trị mức độ quan trọng của các chỉ tiêu. Tỷ số này so sánh mức độ nhất quán với tính khách quan (ngẫu nhiên của dữ liệu [27, 28]:
CI: chỉ số nhất quán (Consistency Index RI: chỉ số ngẫu nhiên (Random Index . RI đƣợc xác định từ bảng cho sẵn.
max : giá trị riêng của ma trận so sánh n : số nhân tố
Wi: Trọng số của chỉ tiêu i
1/9 1/7 1/5 1/3 1 3 5 7 9
Vô cùng ít quan trọng
Rất ít quan trọng
Ít quan trọng nhiều hơn
Ít quan trọng hơn
Quan trọng nhƣ nhau
Quan trọng hơn
Quan trọng nhiều hơn
Rất quan trọng hơn
Vô cùng quan trọng hơn
Bản 1.1. C ỉ số n ẫu n n ứn vớ số n ân tố (R )
Nếu giá trị tỷ số nhất quán CR < 0,1 nghĩa là sự đánh giá của người ra quyết định tương đối nhất quán, là chấp nhận được. Nếu lớn hơn đ i hỏi người ra quyết định thu giảm sự không đồng nhất bằng cách thay đổi giá trị mức độ quan trọng giữa các cặp chỉ tiêu.
Xét một ví dụ về mức độ quan trọng của các chỉ tiêu X1; X2; X3:
X1 so với X2 = 3 (X1 quan trọng hơn X2
X1 so vơi X3 = 1 5 (X3 quan trọng hơn nhiều X1 X2 so với X3 = 1 7 (X3 quan trọng hơn rất nhiều X2 a. Mức độ quan trọn của
các c ỉ t u
b. C uẩn oá ma trận c. Trọn số của các c ỉ t u X1 X2 X3
X1 1 3 1/5 X2 1/3 1 1/7 X3 5 7 1 Tổng 19
3
11 47/3 5
X1 X2 X3 X1 3/19 3/11 7/4 X2 1/19 1/11 5/47 X3 5/1
9
7 11 35/47 Tổng 1 1 1
WX1 0,1932 WX2 0,0833 WX3 0,7235
Để kiểm tra tính nhất quán của dữ liệu:
n = 3; RI = 0,58
max= 3,1115 CI = 0,0557 CR = 0,0961 (< 0,1 Thỏa mãn d, Tổn ợp kết quả
Sau khi đã tính toán đƣợc trọng số của các chỉ tiêu cũng nhƣ của các phương án đối với từng chỉ tiêu, các giá trị trên sẽ được tổng hợp lại để thu được chỉ số thích hợp của từng phương án theo công thức sau:
Trong đó S : Chỉ số thích hợp;
Wi: Trọng số của chỉ tiêu i;
n: Tổng số chỉ tiêu;
Xi: Điểm của chỉ tiêu i.
Kết quả là sau khi ứng dụng GIS kết hợp với phương pháp phân tích đa chỉ tiêu sẽ thu đƣợc bản đồ với chỉ số thích hợp cho từng vị trí. Từ đó, phương án có chỉ số cao nhất sẽ được người ra quyết định lựa chọn.
1.3.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng GIS và phương pháp phân tích đa chỉ tiêu trong đánh giá tính hợp lý về phân bố không gian của các đối tượng trong quy hoạch sử dụng đất
1.3.3.1. Tìn ìn n n cứu tr n t ế ớ
Công việc đánh giá tính hợp lý của phương án quy hoạch sử dụng đất được đề cập khá nhiều trên thế giới, đặc biệt là tại các nước phát triển. Các công trình QHSDĐ thường được đánh giá nhiều mặt, nhiều khía cạnh để từ đó phân bổ qu đất sao cho phát huy tối đa hiệu quả sản xuất mà vẫn đảm bảo đƣợc tính bền vững của nền kinh tế. Để giải quyết đƣợc bài toán phức tạp này, nhiệm vụ đặt ra là phải thu thập đƣợc một lƣợng dữ liệu cần thiết bao gồm cả dữ liệu không gian và thuộc tính. Bên cạnh đó, phải có một phương thức lưu trữ cũng nhƣ xử lý dữ liệu ph hợp, đặc biệt là dữ liệu không gian vì đây là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong bài toán đánh giá tính hợp lý hoặc các bài toán về lựa chọn vị trí cho các đối tƣợng quy hoạch sử dụng đất.
Do đó, việc áp dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS kết hợp với phương pháp phân tích đa chỉ tiêu đã nhận đƣợc sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Năm 2017, Marco Criado và nnk đã sử dụng GIS và phương pháp phân tích đa chỉ tiêu (MCA để lựa chọn vị trí quy hoạch cho một số t a nhà dịch vụ ở ngoại ô thành phố Zamora ph hợp với tiêu chí về kinh tế và môi trường và các yếu tố về nhu cầu chiến lược của phát triển đô thị địa phương
[38]. Một nghiên cứu khác của C.C. Feng và nnk đã sử dụng AHP trong việc đưa ra quyết định về định hướng sử dụng đất ở đô thị tại thành phố Chao-hu của Trung Quốc [31]. Các tác giả đã phân tích các yếu tố liên quan đến sử dụng đất, sau đó thiết lập mô hình ra quyết định đa cấp và đa đối tƣợng. Sau đó dựa vào GIS để phân tích, đánh giá và lựa chọn ra phương án sử dụng đất tối ƣu. H. Javaheri và nnk (2006 , Alshehri và H. Samadyar (2014 đều sử dụng công nghệ GIS và phương pháp phân tích đa chỉ tiêu AHP nhằm tìm ra vị trí ph hợp xây dựng bãi chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt (BCL CTRSH [27, 37]. Ngoài cách sử dụng phương pháp AHP truyền thống, nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới cũng đã sử dụng phương pháp ANP (Analytic Network Process) hoặc kết hợp phương pháp mờ ANP (F-ANP . Tác giả A.
Isalou và nnk (2012 đã sử dụng ANP để xác định trọng số cho các yếu tố ảnh hưởng đến việc quy hoạch bãi chôn lấp chất thải rắn, sau đó sử dụng phương pháp mờ (fuzzy để tìm ra vị trí tối ƣu nhất. Nghiên cứu này cũng chỉ ra việc kết hợp giữa hai phương pháp mờ và ANP (F-ANP sẽ cho ra kết quả tốt hơn khi so sánh với phương pháp AHP.
Việc kết hợp giữa GIS và phương pháp MCA trong lựa chọn địa điểm bố trí một số loại công trình QHSDĐ rất phổ biến. Trong các công trình của Suleyman Demirel University (2011), Shrivastava (2003), Ni-Bin Chang và nnk (2008), Huang (2006), Javaheri (2006), A. A. Isalou và nnk (2012), Basac (2006), Sharifi (2004), và Alshehri (2008) [26, 28, 30, 35, 37, 40, 42, 43], MCA được sử dụng để xác định mức độ ảnh hưởng của các yếu tố c n GIS được sử dụng để đánh giá các yếu tố và tích hợp kết quả.
Nhìn chung, hiện nay bài toán lựa chọn vị trí ứng dụng GIS và MCA chủ yếu mới áp dụng cho các bãi chôn lấp chất thải mà chƣa ứng dụng nhiều cho các loại công trình quy hoạch khác nhƣ khu dân cƣ, khu công nghiệp, khu dịch vụ,... Ví dụ nhƣ H. Shahbandarzadeh và Ahmad Ghorbanpour [35] đã nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích đa chỉ tiêu ANP kết hợp với