Tiến Sĩ Nghiên cứu công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trong điều kiện Việt Nam

ii


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU . vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ . vii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN . 6
1.1. Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới . 6
1.1.1. Công nghệ thành lập bản đồ số địa chính trên thế giới . 9
1.1.2. Ứng dụng bản đồ số địa chính trên thế giới 10
1.2. Công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam 14
1.2.1. Công nghệ thành lập bản đồ địa chính ở Việt Nam 15
1.2.2. Ứng dụng bản đồ số địa chính ở Việt Nam 17
1.2.3. Đánh giá công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính hiện nay
ở Việt Nam . 19
1.2.4. Vấn đề tồn tại cần nghiên cứu 26
CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ THÀNH LẬP VÀ ỨNG
DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 28
2.1. Xác định giải pháp 28
2.2. Chuyển đổi bản đồ địa chính khi thay đổi hệ thống tọa độ 28
2.2.1. Giải pháp chuyển đổi từ bản đồ giấy sang bản đồ số 29
2.2.2. Giải pháp chuyển đổi bản đồ giữa hai hệ thống tọa độ . 29
2.2.3. Chuyển đổi cơ sở dữ liệu thuộc tính 30
2.3. Giải pháp chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp 32
2.3.1. Giải pháp đề xuất: . 33
2.3.2. Hiệu quả của giải pháp 36
2.4. Giải pháp lựa chọn mô hình dữ liệu phù hợp quản lý và biên tập . 37
2.4.1. Mô hình dữ liệu Spaghetti . 37
2.4.2. Mô hình dữ liệu Topo 39
CHƯƠNG 3. SỬ DỤNG CẤU TRÚC DỮ LIỆU DCEL . 46
TRONG THÀNH LẬP VÀ ỨNG DỤNG BẢN ĐỒ SỐ ĐỊA CHÍNH . 46
3.1. Một số thuật toán cơ sở 47
3.1.1. Sắp xếp và tìm kiếm 47 iii


3.1.2. Xác định điểm nằm ở phía nào của đoạn thẳng 49
3.1.3. Kiểm tra giao của hai đoạn thẳng . 50
3.1.4. Kiểm tra điểm nằm trong đa giác . 50
3.1.5. Phân hoạch không gian đối tượng 52
3.1.6. Tính diện tích đại số một đa giác . 54
3.1.7. Xác định góc hợp bởi phương thẳng đứng với đoạn thẳng . 54
3.2. Thuật toán tạo mô hình Topo sử dụng cấu trúc DCEL 55
3.2.1. Nhập điểm, sắp xếp và lọc điểm trùng. 55
3.2.2. Xác định các đoạn hở, các đoạn giao nhau . 56
3.2.3. Nhập cạnh, sắp xếp, lọc cạnh trùng 58
3.2.4. Xác định thông tin lưu trữ DCEL 59
3.2.5. Khoanh vùng . 60
3.3. Biên tập thửa đất sử dụng cấu trúc DCEL 62
3.3.1. Tách thửa đất . 62
3.3.2. Gộp thửa . 65
3.3.3. Thêm bớt đỉnh . 66
3.3.4. Tạo đường song song với cạnh chọn 67
3.4. Chồng phủ các vùng sử dụng cấu trúc DCEL . 67
3.4.1. Chia cạnh 68
3.4.2. Lát kín một vùng . 69
3.4.3. Thuật toán chồng phủ 72
3.4.4. Đánh giá thuật toán chồng phủ 74
3.5. Sử dụng cấu trúc DCEL tạo các ứng dụng bản đồ số địa chính 74
3.5.1. Lập hồ sơ địa chính . 75
3.5.2. Lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất . 75
3.5.3. Lập bản đồ giải phóng mặt bằng 77
3.5.4. Xây dựng hệ thống địa chính đa mục đích . 77
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 79
4.1. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 79
4.2. Khái quát về ngôn ngữ lập trình Visual Basic . 79
4.3. Xây dựng chương trình thử nghiệm . 84
4.3.1. Giao diện chương trình 84
4.3.2. Các trình đơn . 84
4.3.3. Giải pháp tạo thư viện liên kết động phục vụ xây dựng chương trình . 85 iv


4.3.4. Giải pháp tăng tốc độ tính toán của chương trình . 88
4.3.5. Thử nghiệm chương trình 95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 104
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ . 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 107
PHỤ LỤC 111


v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Giải thích
BĐĐC Bản đồ địa chính
CSDL Cơ sở dữ liệu
DCEL Doubly Connected Edge List
GCNQSDĐ Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất
GIS Hệ thống thông tin địa lý
LIS Hệ thống thông tin đất đai
NMCA National Mapping and Cadastral Agencies
QP Quy phạm
SDI Spatial Data Infrastructure
Topology Mô hình Topo
TT Thông tư
UBND Ủy ban nhân dân
VB Visual Basic

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Danh sách các nước sử dụng công nghệ ESRI 13
Bảng 2.1. Bảng mô tả đặc trưng của cấu trúc Spaghetti 38
Bảng 2.2. Bảng dữ liệu thửa đất cấu trúc Winged-edge Topology 40
Bảng 2.3. Bảng danh sách đỉnh . 42
Bảng 2.4. Bảng danh sách nửa cạnh 42
Bảng 2.5. Bảng danh sách vùng 43
Bảng 2.6. Bảng lưu trữ Nodes . 44
Bảng 2.7. Bảng lưu trữ Links 44
Bảng 2.8. Bảng lưu trữ vùng . 44
Bảng 3.1. Danh sách đoạn thẳng được sắp xếp theo chỉ số đầu mút 58
Bảng 4.1. So sánh tốc độ thực hiện phép toán của các kiểu dữ liệu . 91
Bảng 4.2. So sánh tốc độ thực hiện các phép toán khác nhau 92
Bảng 4.3. So sánh tốc độ thực hiện khi sử dụng tuỳ chọn biên dịch an toàn 93

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Đánh số thửa theo từng khu vực ở Argentina 11
Hình 1.2. Đánh số thửa trên toàn khu vực ở Malaysia . 12
Hình 2.1. Mô tả kiểu lưu trữ Topology . 24
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình chuyên môn hóa công tác nội - ngoại nghiệp 32
Hình 2.3. Minh họa mô hình dữ liệu Spaghetti [32] 38
Hình 2.4. Mô hình cấu trúc Winged-edge Topology . 40
Hình 2.5. Hai thửa đất kề nhau 40
Hình 2.6. Mô hình cấu trúc danh sách cạnh liên kết kép . 41
Hình 2.7. Mô hình cấu trúc dữ liệu Link-Node . 43
Hình 3.1 . Sắp xếp đánh số hiệu điểm . 56
Hình 3.2. Các trường hợp cần phát hiện và loại bỏ khi khoanh vùng [13] . 57
Hình 3.3. Xác định thuộc tính DCEL 60
Hình 3.4. Các cạnh thửa đất trước khi chia [14] 63
Hình 3.5. Hai đầu mút đường chia nằm trên cạnh [14] 64
Hình 3.6. Hai đầu mút đường chia là đỉnh thửa [14] . 64
Hình 3.7. Một đầu mút là đỉnh thửa, một đầu mút nằm trên cạnh [14] 65
Hình 3.8. Gộp thửa [14] 66
Hình 3.9a. Bớt đỉnh thửa v 2 [14] . 66
Hình 3.9b. Thêm đỉnh thửa v 4 [14] 66
Hình 3.10. Tạo đường song song [14] . 67
Hình 3.11. Giao nhau của hai cạnh [14] 68
Hình 3.12. Nguyên tắc chia cạnh [14] . 69
Hình 3.13. Xác định vùng giao khi gặp điểm chia [14] . 70
Hình 3.14. Lát kín một vùng khi có giao điểm trên đường biên [14] . 71
Hình 3.15. Lát kín một vùng khi không có giao điểm trên đường biên [14] 71
Hình 3.16. Sơ đồ thuật toán chồng phủ [14] 72 viii


Hình 4.1. Các tuỳ chọn biên dịch an toàn 82
Hình 4.2. Giao diện chương trình 84
Hình 4.3. Trình đơn Tệp . 85
Hình 4.4. Trình đơn vẽ 85
Hình 4.5. Trình đơn Hiển thị . 85
Hình 4.5. Trình đơn Tiện ích 85
Hình 4.6. Chuyển đổi tệp DXF sang KML 96
Hình 4.7. Các lớp thông tin chuyển sang KML . 96
Hình 4.8. Hình ảnh bản đồ chuyển sang Google Earth 97
Hình 4.9. Mở bản vẽ . 98
Hình 4.10. Sau khi tạo mô hình Topo . 98
Hình 4.11. Nhập thông tin thửa đất từ cơ sở dữ liệu 99
Hình 4.12. Trước khi gộp thửa 99
Hình 4.13. Sau khi gộp thửa . 100
Hình 4.14. Trước khi chia tách thửa 100
Hình 4.15. Đặt thông số chia tách thửa . 101
Hình 4.16. Sau khi chia tách thửa . 101
Hình 4.17. Tra cứu thông tin thửa đất . 102
Hình 4.18. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất . 102

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, việc thành lập bản đồ số nói chung và bản đồ số địa chính nói
riêng đang được triển khai rộng rãi trên cả nước. Tuy nhiên, do chưa có hệ
thống phần mềm xử lý, biên tập một cách hoàn chỉnh, thống nhất; hệ thống
văn bản kỹ thuật cho công tác thành lập bản đồ địa chính thay đổi thường
xuyên nên việc thành lập bản đồ số địa chính còn gặp nhiều khó khăn. Để
thành lập được một bản đồ địa chính số phải thực hiện qua nhiều công đoạn
bằng nhiều phần mềm khác nhau, mỗi đơn vị sản xuất thực hiện theo một quy
trình riêng. Các sản phẩm bản đồ chủ yếu sử dụng phần mềm đồ họa nước
ngoài và các mô đun phần mềm Việt Nam chạy trên các nền đồ họa đó. Trong
giai đoạn hiện nay, khi luật bản quyền được thắt chặt thì việc sử dụng các
phần mềm nước ngoài sẽ đẩy giá thành sản phẩm cao làm cho không phải đơn
vị sản xuất nào cũng có thể thực hiện được. Bên cạnh đó, với dữ liệu không
được chuẩn hóa đồng đều thì khai thác ứng dụng bản đồ số địa chính còn hạn
chế. Chính vì vậy, việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thành lập và ứng
dụng bản đồ số địa chính trong điều kiện Việt Nam là một yêu cầu cấp thiết,
có ý nghĩa lý luận và thực tiễn cao.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
- Lý thuyết: Đưa ra cơ sở khoa học của các giải pháp hoàn thiện quy
trình công nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ số địa chính.
- Thực nghiệm: Xây dựng chương trình thực nghiệm nhằm khẳng định
tính đúng đắn của những giải pháp đề xuất trong luận án trong công tác thành
lập và ứng dụng bản đồ số địa chính.
3. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ thống văn bản kỹ thuật về công tác thành lập bản đồ địa chính;
- Công nghệ thành lập bản đồ địa chính qua các thời kỳ;
- Sản phẩm ứng dụng của bản đồ địa chính số.
4. Phạm vi nghiên cứu 2

Phạm vi nghiên cứu của luận án được giới hạn ở Việt Nam về công
nghệ thành lập và ứng dụng bản đồ địa chính số theo phương pháp đo đạc trực
tiếp ngoài thực địa.
5. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu quy trình thành lập bản đồ địa chính số từ trước đến nay;
- Đánh giá ưu nhược điểm của quy trình thành lập bản đồ địa chính;
- Nghiên cứu sử dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật hiện nay để đề xuất
các giải pháp hoàn thiện quy trình thành lập bản đồ địa chính cũng như ứng
dụng bản đồ số địa chính;
- Nghiên cứu các mô hình dữ liệu để lựa chọn mô hình dữ liệu phù hợp
vừa linh hoạt trong việc thành lập vừa dễ dàng trong việc cập nhật biến động
đất đai;
- Nghiên cứu xây dựng các thuật toán và giải pháp tăng tốc độ tính toán
của chương trình.
6. Phương pháp nghiên cứu
Trong luận án đã sử dụng phương pháp phân tích để khảo sát, lập luận
cứ cho những đề xuất mới trong luận án; phương pháp so sánh để đối chiếu
với các kết quả nghiên cứu khác hoặc các nội dung liên quan nhằm so sánh,
đánh giá, đưa ra giải pháp phù hợp; phương pháp mô hình hóa và tin học để
tập hợp các quy luật, chứng minh một số công thức, xây dựng các thuật toán
phục vụ cho việc tính toán và lập trình máy tính; phương pháp thực nghiệm:
tiến hành thực nghiệm cụ thể để chứng minh lý thuyết, khẳng định tính đúng
đắn, hiệu quả của các giải pháp đề xuất.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Ý nghĩa khoa học: Xây dựng cơ sở lý thuyết sử dụng mô hình dữ liệu
phù hợp vừa linh hoạt trong việc thành lập và khai thác dữ liệu bản đồ số địa
chính vừa dễ dàng trong việc cập nhật biến động đất đai. 3

- Ý nghĩa thực tiễn: Giải pháp hoàn thiện quy trình thành lập bản đồ địa
chính đề xuất trong luận án nhằm tăng năng suất lao động, chuyên môn hóa
công tác nội - ngoại nghiệp, có thể áp dụng ở tất cả các đơn vị thành lập bản
đồ số địa chính.
8. Các luận điểm bảo vệ
- Giải pháp hoàn thiện quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính
đề xuất trong luận án phù hợp với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật ở Việt Nam
hiện nay;
- Sử dụng cấu trúc dữ liệu DCEL là cơ sở để quản lý và khai thác dữ
liệu bản đồ số địa chính.
9. Các điểm mới của luận án
(1) Cách tiếp cận mới trong việc sử dụng thông tin trực quan khi đo
đạc thành lập bản đồ địa chính nhằm chuyên môn hóa công tác nội ngoại
nghiệp.
(2) Đề xuất sử dụng cấu trúc dữ liệu DCEL và xây dựng thuật toán sử
dụng trong biên tập cũng như tạo ứng dụng bản đồ số địa chính trong điều
kiện Việt Nam;
(3) Xác định giải pháp tối ưu hóa tốc độ tính toán cho các thuật toán
trong xây dựng chương trình.
10. Kết cấu của luận án
Luận án được chia thành các phần:
(1). Mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa, đối tượng,
phạm vi nghiên cứu của luận án;
(2). Chương 1. Tổng quan: Giới thiệu tình hình nghiên cứu trong và
ngoài nước về những vấn đề liên quan đến nội dung luận án, các vấn đề còn
tồn tại, cần nghiên cứu;
(3). Nội dung nghiên cứu được trình bày trong các chương 2, 3, 4;
(4). Kết luận, kiến nghị: trình bày những kết luận mới của luận án và
các kiến nghị nhằm hiện thực hóa những giải pháp đề xuất. 4

(5). Danh mục công trình tác giả
(6). Tài liệu tham khảo
(7). Phụ lục
11. Cơ sở tài liệu
- Các tài liệu tham khảo về các mô hình dữ liệu được lấy từ sách báo
trong và ngoài nước;
- Tài liệu để phân tích đánh giá dựa trên tìm hiểu thực tế ở các đơn vị
đo đạc thành lập bản đồ địa chính như Tổng công ty và các xí nghiệp tài
nguyên môi trường; Công ty Tư vấn triển khai công nghệ và xây dựng Mỏ -
Địa chất (Codeco); Trung tâm hỗ trợ phát triển khoa học kỹ thuật Mỏ - Địa
chất; Trung tâm nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới Trắc địa - Bản đồ; Công
ty cổ phần công nghệ tài nguyên và môi trường (Remtechco); Công ty Cổ
phần Hưng Quốc (HQ); Công ty cổ phần khảo sát thiết kế và xây dựng miền
Bắc (MBCDS) .
- Các văn bản kỹ thuật được lấy từ trang Web của Bộ tài nguyên và
Môi trường Việt Nam.
12. Lời cảm ơn
Luận án được hoàn thành tại bộ môn Địa chính - khoa Trắc địa - trường
Đại học Mỏ - Địa chất thuộc Bộ giáo dục và Đào tạo, dưới sự hướng dẫn khoa
học của cố NGƯT. PGS. TS. Nguyễn Trọng San và TS. Trần Thùy Dương.
Trong quá trình thực hiện luận án, tác giả luôn nhận được sự giúp đỡ
tận tình của các thầy, cô giáo trong bộ môn Địa chính, khoa Trắc địa, phòng
Đào tạo Sau đại học, Ban giám hiệu trường Đại học Mỏ - Địa chất và các đơn
vị thành lập bản đồ địa chính.
Qua đây, lời đầu tiên tác giả bày tỏ lòng tưởng nhớ khôn nguôi đến cố
NGƯT. PGS. TS. Nguyễn Trọng San. Lời thứ hai, tác giả xin bày tỏ lòng biết
ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS. Trần Thùy Dương, người đã cho tôi 5

động lực mạnh mẽ, hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi
hoàn thành luận án. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành
nhất đến Ban giám hiệu, phòng Đào tạo Sau đại học, khoa Trắc địa, Bộ môn
Địa chính trường Đại học Mỏ - Địa chất, các cơ quan đoàn thể và người thân,
bạn bè đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong thời gian qua. Xin
cảm ơn tất cả.