Xây dựng bản đồ độ dốc huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế tỷ lệ 1/50.000 dưới sự trợ giúp của công nghệ GIS

111 TẠP CHÍ KHOA HỌC, ðại học Huế, Số 65, 2011 XÂY DỰNG BẢN ðỒ ðỘ DỐC HUYỆN HƯƠNG TRÀ, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ TỶ LỆ 1/50.000 DƯỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CƠNG NGHỆ GIS ðỗ Thị Việt Hương Trường ðại học Khoa học, ðại học Huế TĨM TẮT Bản đồ độ dốc là một trong những cơng cụ đĩng vai trị quan trọng trong việc trợ giúp ra quyết định phương hướng quy hoạch các loại hình sử dụng đất, gĩp phần sử dụng hợp lý lãnh thổ. Tuy nhiên, cơng tác thành lập bản đồ độ dốc từ trước đến nay chủ yếu bằng phương pháp thủ cơng dựa vào bản đồ địa hình giấy nên tốn nhiều thời gian và mức độ chính xác khơng cao. Với sự phát triển mạnh mẽ của cơng nghệ tin học hiện nay, hệ thống thơng tin địa lý (GIS) đã cho ra đời nhiều phần mềm chuyên dụng cĩ khả năng tích hợp thơng tin và phân tích khơng gian, trợ giúp cho cơng tác thành lập bản đồ độ dốc nhanh chĩng và chính xác. Hương Trà là một huyện cĩ địa hình tương đối phức tạp mà diện tích đồi, núi chiếm tương đối nhiều. Do đĩ, việc thành lập bản đồ độ dốc lãnh thổ theo phương pháp truyền thống sẽ rất phức tạp và tốn nhiều thời gian. Trong khuơn khổ bài báo này, chúng tơi đã đưa ra quy trình và phương pháp thành lập bản đồ độ dốc huyện Hương Trà tỷ lệ 1/50.000 dưới sự trợ giúp của phần mềm ArcGIS 9.2. 1. ðặt vấn đề Bản đồ độ dốc là một trong những cơng cụ đĩng vai trị quan trọng trong việc trợ giúp ra quyết định phương hướng quy hoạch các loại hình sử dụng đất, gĩp phần sử dụng hợp lý lãnh thổ. ðây là một trong những bản đồ làm nền tảng cho việc thành lập các bản đồ chuyên đề như bản đồ địa mạo, bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ cảnh quan,... Ngồi ra qua các thơng tin thu được trên bản đồ độ dốc như cấp độ dốc, diện tích phân bố sẽ giúp chúng ta giải quyết các bài tốn phân tích khơng gian như mở đường, bài tốn vận chuyển, quy hoạch vùng chuyên canh... Tuy nhiên, cơng tác thành lập bản đồ độ dốc từ trước đến nay chủ yếu bằng phương pháp thủ cơng dựa vào bản đồ địa hình giấy. Cơng tác này địi hỏi nhiều thời gian và cơng sức nhưng mức độ chính xác khơng cao và khĩ áp dụng trên phạm vi rộng. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của cơng nghệ thơng tin, hệ thống thơng tin địa lý (Geographic Information System - GIS) đã được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống. Với khả năng phân tích khơng gian, mơ hình hĩa cao với các thuật tốn nội suy chính xác, GIS sẽ trợ giúp cho cơng tác thành lập bản đồ độ dốc một cách nhanh chĩng và chính xác. 112 Là một huyện nằm ở phía Bắc của thành phố Huế, Hương Trà cĩ địa hình tương đối phức tạp, trong đĩ diện tích đồi, núi chiếm tương đối nhiều. Do đĩ, việc ứng dụng bộ phần mềm ArcGIS vào thành lập bản đồ độ dốc thay cho phương pháp truyền thống trước đây sẽ cĩ ý nghĩa thực tiễn lớn lao. 2. Khu vực nghiên cứu Hương Trà nằm ở vị trí trung độ của tỉnh Thừa Thiên Huế, với tổng diện tích đất tự nhiên là 52.090,88 ha, chiếm 10,31% so với tổng diện tích đất tự nhiên của tỉnh Thừa Thiên Huế. Tồn huyện cĩ 15 xã và 1 thị trấn, trong đĩ cĩ 2 xã thuộc vùng đầm phá ven biển, 5 xã vùng núi, cịn lại 8 xã và 1 thị trấn thuộc vùng đồng bằng và bán sơn địa. ðịa hình của Hương Trà bị chia cắt mạnh bởi hệ thống sơng suối và đồi núi, cĩ hướng thấp dần từ Tây sang ðơng. Lãnh thổ nghiên cứu cĩ đầy đủ các dạng địa hình từ vùng đồi núi, đồng bằng đến đầm phá ven biển với nhiều lợi thế về điều kiện tự nhiên, đất đai, mặt nước để phát triển nền sản xuất nơng lâm nghiệp đa dạng và phong phú. Trong những năm vừa qua, nhờ những chính sách đổi mới của ðảng và Nhà nước cùng với sự ổn định về chính trị và những thành tựu trong cải cách kinh tế đã làm thay đổi đáng kể bộ mặt kinh tế - xã hội của huyện Hương Trà. Nền kinh tế tăng trưởng với tốc độ khá, cơ cấu kinh tế chuyển dịch đúng hướng, đầu tư cĩ trọng điểm, tạo chuyển biến mới về kết cấu hạ tầng kinh tế - xã hội. Hình 1. ðịa điểm nghiên cứu 3. Quy trình thành lập và phương pháp tính tốn độ dốc 3.1. Quy trình thành lập ðể thành lập bản đồ độ dốc, chúng tơi đã thực hiện theo các bước sau: 113 3.2. Phương pháp tính tốn Với sự trợ giúp của các phần mềm chuyên dụng ArcGIS, MapInfo cùng với cơ sở dữ liệu là bản đồ địa hình lãnh thổ nghiên cứu, tiến hành biên tập, hiệu chỉnh, đo vẽ bổ sung trên thực địa và sau đĩ tiến hành phân tích khơng gian và thành lập bản đồ độ dốc. Giá trị độ dốc sẽ được tính tốn dựa trên cơ sở tập dữ liệu độ cao (elevation dataset), tức là từ hệ thống đường bình độ, qua quá trình xử lý, tính tốn bằng các thuật tốn nội suy sẽ tạo nên một bản đồ độ cao dạng Raster. ðiều này cĩ nghĩa chúng ta phải thành lập một mơ hình số độ cao (Digital Elevation Model - DEM) khu vực nghiên cứu, sau đĩ dựa trên đĩ ta mới thực hiện phép phân tích khơng gian để tính tốn giá trị độ dốc. Chúng tơi đã thu thập hệ thống các tư liệu liên quan: - Bản đồ địa hình huyện Hương Trà 1/ 25.000 được thành lập năm 2004 theo hệ quy chiếu VN 2000 do Bộ Tài nguyên Mơi trường và Nhà xuất bản Bản đồ ban hành. 114 - Bản đồ địa hình số các xã của huyện Hương Trà, bao gồm 15 xã, 1 thị trấn với 32 mảnh bản đồ tỉ lệ 1/10.000, khoảng cao đều 10m ở vùng đồi núi và 5m ở đồng bằng. Tất cả các tư liệu bản đồ thu thập được đều ở dạng vector chúng tơi thống nhất về một hệ tọa độ là VN-2000, kinh tuyến trục 107000'. Tiến hành hiệu chỉnh các dữ liệu vector, tách lọc các lớp thơng tin cần thiết để làm lớp bản đồ nền (“yếu tố cơ sở địa lý”) như các lớp giao thơng, thủy văn, địa hình (điểm độ cao, đường bình độ), ranh giới hành chính, địa danh… Trong đĩ, các điểm độ cao và đường bình độ cĩ ý nghĩa quan trọng nhất, là yếu tố cơ bản để tính tốn độ dốc của lãnh thổ. Số lượng điểm độ cao và giá trị đường bình độ càng chi tiết thì giá trị độ dốc càng chính xác. 4. Các yếu tố nội dung trên bản đồ độ dốc 4.1. Cơ sở tốn học của bản đồ Dựa trên cơ sở dữ liệu bản đồ nền địa hình cĩ sẵn với hệ quy chiếu VN2000, bản đồ độ dốc thành lập cũng được thành lập theo hệ quy chiếu này. Các tham số của hệ quy chiếu VN-2000 được hiển thị trong phần mềm ArcGIS như sau: Projection: Hệ thống lưới chiếu hình trụ ngang đồng gĩc UTM False - easting: Khoảng cách dịch chuyển theo hướng ðơng: 500000.000000 False-northing: Khoảng cách dịch chuyển theo hướng Bắc: 0.000000 Central-meridian: Giá trị kinh tuyến trục: 107.000000 Scale-factor: Hệ số tỷ lệ sai số K : 0,999900 Latitude - of - origin: Giá trị vĩ tuyến gốc: 0,00000 Bản đồ độ dốc huyện Hương Trà được thành lập ở tỷ lệ 1:50.000. 4.2. Nội dung của bản đồ Trên bản đồ độ dốc sẽ thể hiện hai nội dung chính, đĩ là yếu tố cơ sở địa lý chung và yếu tố chuyên đề. - Yếu tố cơ sở địa lý chung: + Thủy hệ: Thể hiện các con sơng, suối và khe chính trên lãnh thổ, trên đĩ cĩ ghi chú địa danh. + Giao thơng: Thể hiện sự phân bố các tuyến đường giao thơng chính, bao gồm đường sắt, quốc lộ, tỉnh lộ. + Ranh giới hành chính: Thể hiện địa giới hành chính của lãnh thổ, trong đĩ bao gồm hai loại: ranh giới huyện và ranh giới xã + ðịa danh: Thể hiện địa danh xã, địa danh núi... 115 - Yếu tố chuyên đề: Thể hiện nội dung chuyên đề về độ dốc, bao gồm các bậc độ dốc được phân chia theo quy định của Bộ Nơng nghiệp và Phát triển Nơng thơn, bao gồm 6 cấp như sau: Cấp I: < 30, cấp II: 3-80, cấp III: 8-150, cấp IV: 15-200, cấp V: 20- 250, cấp VI: >250. Ngồi hai yếu tố cơ sở địa lý và chuyên đề, trên bản đồ cịn cĩ yếu tố phụ của bản đồ, đây chính là hệ thống các ký hiệu bản đồ được sử dụng cĩ kèm theo giải thích cần thiết. 5. Kết quả thành lập bản đồ độ dốc huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế 5.1. Nội suy mơ hình số độ cao (DEM) khu vực nghiên cứu * Chuyển đường thành điểm ðể nội suy mơ hình số độ cao (DEM) khu vực nghiên cứu, trước hết ta phải chuyển các đường bình độ với giá trị độ cao thành các điểm độ cao. Dữ liệu đường bình độ được chuyển thành dạng điểm với sự trợ giúp của extension Xtool pro 2.0 chạy trên nền ArcGIS. * Nội suy DEM Hình 2. Kết quả xây dựng mơ hình số độ cao từ tập hợp điểm độ cao Trong ArcGIS cĩ rất nhiều phương pháp để nội suy mơ hình số độ cao như phương pháp Spline, Inverse Distance Weigth, Kriging,... Trong nghiên cứu này, chúng tơi chọn lựa phương pháp nội suy Kriging vì đây là một phương pháp nội suy chính xác giúp cho việc đo đạc đúng những giá trị độ cao bị mất, nĩ cịn cĩ ưu thế là tính chính xác cao. Ngồi ra Kriging cĩ ưu điểm hơn so với các phương pháp nội suy khác là nĩ 116 khơng chỉ nội suy các giá trị nội suy mà cịn xác định được tổng số những lỗi trong kết quả. Trong bài tốn này sử dụng phép nội suy Kriging với độ phân giải (hiển thị) là 10m. 5.2. Nội suy bản đồ độ dốc Dựa trên mơ hình số độ cao đã xây dựng, tiến hành nội suy bản đồ độ dốc. Lúc này, độ phân giải của DEM quyết định đến sự chính xác và chi tiết của bản đồ độ dốc. Sử dụng bài tốn phân tích khơng gian Raster (Raster surface) để nội suy bản đồ độ dốc. 5.3. Phân loại lại kết quả nội suy - Do phần mềm ArcGIS nội suy và gán khoảng cách giá trị độ dốc tự động và phụ thuộc vào giá trị của các Pixel trong bản đồ. Vì vậy, giá trị của các ngưỡng độ dốc chưa phù hợp với thang độ dốc chuẩn nên ta phải tiến hành phân loại lại (Reclassify) cho phù hợp với yêu cầu đặt ra của bài tốn bằng thuật tốn Reclassify gồm 6 cấp như đã trình bày ở trên. Hình 3. Kết quả xây dựng bản đồ độ dốc (trước và sau khi reclassify) 5.4. Kết quả thành lập bản đồ độ dốc Bản đồ độ dốc huyện Hương Trà được thành lập bao gồm 6 cấp độ dốc, ứng với một màu trên ơ picxel tương ứng sẽ cĩ một giá trị độ dốc riêng. Muốn biết giá trị độ dốc bao nhiêu, ta sử dụng cơng cụ Identify click vào vị trí cần xác định độ dốc sẽ cho ra một bảng thơng tin thuộc tính của ơ picxel đĩ. Dựa theo giá trị các ơ màu picxel trên bản đồ sẽ giúp chúng ta xác định được các cấp độ dốc của một vị trí bất kỳ. 117 + Ơ màu picxel cĩ giá trị Value = 1 sẽ tương ứng với độ dốc cấp I (0-30); + Giá trị Value = 2 sẽ tương ứng với độ dốc cấp II (3-80); + Giá trị Value = 3 sẽ tương ứng với độ dốc cấp III (8-150); + Giá trị Value = 4 sẽ tương ứng với độ dốc cấp IV (15-200); + Giá trị Value = 5 sẽ tương ứng với độ dốc cấp V (20-250); + Giá trị Value = 6 sẽ tương ứng với độ dốc cấp VI (>250). Hình 4. Khai thác thơng tin bản đồ độ dốc bằng cơng cụ Identify Bản đồ độ dốc được quản lý thành một file Project với tên là Ban do.mxd. Trong đĩ cĩ một Data frame là Do doc Huong Tra bao gồm các lớp dữ liệu được quản lý bao gồm các thơng tin: UBND huyện; Ranh giới huyện; Ranh giới xã; Ðường sắt; Quốc lộ; Tỉnh lộ; Suối; Sơng; Cấp độ dốc. Sau khi biên tập hồn thiện bản đồ độ dốc, ta tiến hành tính tốn thống kê diện tích theo các cấp độ dốc trên lãnh thổ nghiên cứu. Sử dụng thuật tốn Calculate Area để tính tốn diện tích cho mỗi vùng độ dốc riêng biệt. 118 CẤP ðỘ DỐC DIỆN TÍCH (ha) TỶ LỆ (%) Tổng diện tích 52090,88 100,00 I (< 30) 18348,68 25,22 II (3 - 80) 12375,98 23,76 III (8 - 150) 11200,37 21,50 IV (15 - 200) 4072,48 7,82 V (20 - 250) 1788,06 3,43 VI (> 250) 915,61 1,76 Sơng, suối 3389,70 6,51 6. Kết luận Qua nghiên cứu và xây dựng bản đồ độ dốc huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế dưới sự trợ giúp của cơng nghệ GIS, cĩ thể rút ra một số kết luận sau: - Ứng dụng các bài tốn phân tích của GIS là một trong những phương pháp hiện đại cho hiệu quả cao khi thành lập bản đồ, đặc biệt là bản đồ chuyên đề địi hỏi lượng thơng tin lớn. - Xây dựng bản đồ độ dốc dưới sự trợ giúp của cơng nghệ GIS cho hiệu quả cơng việc cao, tiết kiệm thời gian, quy trình thành lập đơn giản, kết quả chính xác. - ArcGIS là một trong những phần mềm GIS cho khả năng phân tích khơng gian mạnh và hiệu quả. Với nhiều thuật tốn nội suy giúp ta chọn lựa phương pháp hợp lý đề giải quyết bài tốn xây dựng bản đồ độ dốc. Phương pháp nội suy Kriging là phương pháp nội suy bề mặt địa hình hiệu quả, với thiết lập độ phân giải 20m/picxel cho kết quả mơ hình số độ cao (DEM) tương đối chính xác và đẹp. DEM là dữ liệu đầu vào quan trọng để xây dựng nên bản đồ độ dốc. - Kết quả thành lập bản đồ độ dốc cho thấy lãnh thổ huyện được phân ra 6 vùng độ dốc, trong đĩ vùng cĩ độ dốc cấp I chiếm diện tích tương đối nhiều, gần 23,22% diện tích lãnh thổ, phân bố chủ yếu ở các xã vùng đồng bằng và ven biển. Vùng cĩ độ dốc cấp II, III tập trung ở các khu vực giáp ranh giữa các xã đồng bằng và vùng đồi núi. Vùng cĩ độ dốc cấp IV, V và V phân bố ở các xã vùng đồi núi, cĩ địa hình phức tạp. 119 Hình 5. Bản đồ độ dốc huyện Hương Trà tỉnh Thừa Thiên Huế 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Tác An, Tống Phước Hồng Sơn, Sử dụng hệ thơng tin địa lý GIS trong quản lý tổng hợp vùng ven bờ, NXB ðại học Quốc gia TP HCM. [2]. Trần Quốc Bình, Bài giảng ESRI ArcGIS 8.3, (Dùng cho sinh viên ngành ðịa lý - ðịa chính), ðại học Khoa học Tự nhiên, ðại học Quốc gia Hà Nội, 2004. [3]. Lưu Thế Vinh, ðánh giá ảnh hưởng của mật độ các điểm đo độ cao tự động tới độ chính xác của mơ hình số độ cao được thành lập bằng cơng nghệ ảnh số, Luận văn Thạc sĩ Khoa học, Chuyên ngành ðịa chính, Mã số: 01.07.15, Hà Nội, 2006. [4]. Colin Child, Interpolating Surfaces in ArcGIS Spatial Analyst. ESRI Education Services. [5]. ESRI, ArcGIS Desktop help, ArcGIS 9.1 edition. Canada. ESTABLISHMENT OF SLOPE MAP IN HUONG TRA DISTRICT, THUA THIEN HUE PROVINCE ON SCALE OF 1/50.000 USING GIS TECHNOLOGY Do Thi Viet Huong College of Sciences, Hue University SUMMARY Slope map is one of the important tools in facilitating deciding and planning reasonable territory-using policy. However, slope map has mainly been established by handmade method basing on analoge topograhy map, taking much time and yeilding low accuracy. Nowadays, with the development of computer technology, Geographic Information System (GIS) has created many specialized software with integrated information and space analysis capabilities, facilitating the establishment of slope map in a fast and exact manner. Huong Tra district is a territorry having relatively complex terrain, where hills and mountains make up a high proportion. Therefore, establishing slope map by handmade method will be very complicated and take much time. In the framework of this article, we bring out the process and the calculating method of establishing slope map in Huong Tra district on a scale of 1/50.000 by ArcGIS 9.2 software.