Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS về thổ nhưỡng trường hợp nghiên cứu thí điểm tại huyện phú vang, tỉnh thừa thiên huế

Nghiên cứu áp dụng công nghệ về chia sẻ và sử dụng dữ liệu của hệ thống SDI Spatial Data Infrastructure - Hạ tầng dữ liệu không gian tỉnh Thừa Thiên Huế và lựa chọn huyện Phú Vang làm th

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số 2 (2020)

XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU GIS VỀ THỔ NHƯỠNG TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU THÍ ĐIỂM TẠI HUYỆN PHÚ VANG,

TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

Nguyễn Quang Tuấn 1* , Bạch Văn Dũng 2 , Đoàn Ngọc Nguyên Phong 1 , Nguyễn Phước Gia Huy 1

1 Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế

2 Trường Trung học Phổ thông Phan Bội Châu, thành phố Pleiku, tỉnh Gia Lai

*Email: nguyenquangtuan@hueuni.edu.vn

Ngày nhận bài: 21/7/2020; ngày hoàn thành phản biện: 24/7/2020; ngày duyệt đăng: 02/10/2020

TÓM TẮT

Đất đai thường xuyên biến có động mạnh trong khi thông tin về tài nguyên đất và các thông tin bổ trợ liên ngành vẫn còn rất hạn chế Trong các ứng dụng công nghệ hiện nay thì công nghệ viễn thám và GIS (Geographical information system - Hệ thống thông tin địa lý) có thể đáp ứng được yêu cầu về tổng hợp các thông tin và đặc điểm của thổ nhưỡng Thừa Thiên Huế với sự phong phú về các loại đất và đặc tính thổ nhưỡng luôn gặp khó khăn trong việc khai thác thông tin nhằm phục vụ cho mục đích kinh tế - xã hội Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu thổ nhưỡng với 4 đặc điểm bao gồm: Loại đất, tầng dày, độ dốc, thành phần cơ giới Nghiên cứu áp dụng công nghệ về chia sẻ và sử dụng dữ liệu của hệ thống SDI (Spatial Data Infrastructure - Hạ tầng dữ liệu không gian) tỉnh Thừa Thiên Huế và lựa chọn huyện Phú Vang làm thí điểm cho nội dung dữ liệu thổ nhưỡng Hệ thống SDI-NCKH được xây dựng trên công nghệ mã nguồn mở được phát triển bởi OSGeo Đây là nền tảng để quản lý và chia sẻ dữ liệu không gian tối ưu, trực quan, dễ dàng sử dụng bởi giao diện đơn giản, với nhiều chức năng hữu ích Nghiên cứu thành công bước đầu đưa cơ sở dữ liệu đặc điểm thổ nhưỡng lên hệ thống

Từ khóa: Hệ thống thông tin địa lý (GIS), cơ sở dữ liệu (CSDL), thổ nhưỡng, Hạ tầng

dữ liệu không gian (SDI), Thừa Thiên Huế

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Các thông tin chuyên đề về thổ nhưỡng được tập hợp thành cơ sở dữ liệu (CSDL) hoàn chỉnh để phục vụ cho mục đích tra cứu, quy hoạch và hỗ trợ ra quyết định Thổ nhưỡng và dữ liệu bản đồ là một trong những nhân tố đóng vai trò quan trọng trong

Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS về thổ nhưỡng trường hợp nghiên cứu thí điểm tại huyện Phú Vang, …

đánh giá đất, quy hoạch phát triển nông lâm nghiệp, quy hoạch không gian đô thị công nghiệp, bảo vệ môi trường và các dự án tương tự Tất cả các đối tượng sử dụng muốn thông tin đất được diễn giải, đó có thể là tính chất đất hay đặc trưng của đất liên quan trực tiếp đến các ứng dụng của đất Mặc dù nhu cầu ngày càng gia tăng về thông tin đất, việc thành lập bản đồ đất chưa hoàn toàn được chia sẻ một cách cụ thể Cho đến nay, có nhiều cách tiếp cận khác nhau về thổ nhưỡng, và không có một chuẩn mực toàn cầu nhất định phục vụ nghiên cứu và xây dựng cơ sở dữ liệu về thổ nhưỡng Ví dụ như, tổ chức European Soil Bureau (ESBN) đã tiến hành xây dựng cơ sở dữ liệu về thổ nhưỡng toàn

bộ khu vực châu Âu, chủ yếu phương thức tiếp cận của nhóm nghiên cứu là từ các tài liệu thổ nhưỡng của các nước trong khu vực nghiên cứu (từ các bản đồ 1:10.000) được

số hóa và xây dựng thuộc tính từng loại đất và đặc điểm của khoang vi [[7]] Ngoài ra, Huỳnh Văn Chương và nnk (2010), đã xây dựng cơ sở dữ liệu để phục vụ công tác đánh giá đất và quy hoạch sử dụng đất tại xã Phú sơn, huyện Hương thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế, nhằm phục vụ cho công tác quản lý sử dụng đất và lập quy hoạch Tuy nhiên, công trình chỉ tiếp cập theo cơ sở dữ liệu MapInfo, nên có thể gặp khó khăn trong việc cập nhật và đưa thông tin đến người dùng [[1]]

Trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế, từ năm 2006 đến nay, hệ thống thông tin địa

lý tỉnh Thừa Thiên Huế (GISHue) đã được UBND tỉnh Thừa Thiên Huế đầu tư xây dựng

và tiếp tục đầu tư nâng cấp trong những năm qua nhằm mục tiêu thống nhất việc ứng dụng công nghệ GIS trong toàn tỉnh phục vụ chỉ đạo phát triển kinh tế - xã hội của lãnh đạo tỉnh, xây dựng và phát triển CSDL GIS chuyên ngành của các ngành và công bố công khai thông tin cho xã hội Trong đó, huyện Phú Vang là huyện có những điều kiện cần thiết để phát triển kinh tế về nông - lâm nghiệp và cả phát triển về đô thị - khu công nghiệp Tuy nhiên, qua truy cập cơ sở dữ liệu cho thấy các thông tin về thổ nhưỡng vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu, xây dựng và chia sẻ trên hệ thống Trong khi đó, để có

cơ sở khoa học cho đánh giá tiềm năng, quy hoạch phát triển lãnh thổ thì các thông tin này lại rất cần thiết Chính vì vậy, việc xem xét nhu cầu ứng dụng và khai thác CSDL thổ nhưỡng là rất cấp bách để góp phần bảo vệ, phát triển bền vững tài nguyên đất phục

vụ cho chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của huyện Phú Vang nói riêng và cả tỉnh Thừa Thiên Huế nói chung

2 DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Dữ liệu và khu vực nghiên cứu

a Dữ liệu nghiên cứu

- Dữ liệu thứ cấp: Bao gồm các báo cáo tổng kết tình hình phát triển kinh tế - xã

hội, báo cáo thuyết minh quy hoạch đất đai, số liệu thống kê hiện trạng sử dụng đất,

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số 2 (2020) niên giám thống kê và các công trình nghiên cứu có liên quan ở địa bàn nghiên cứu, các bản đồ liên quan tới thổ nhưỡng Thừa Thiên Huế

- Dữ liệu sơ cấp: Kết quả điều tra khảo sát thực địa tại khu vực huyện Phú Vang

để phục vụ cho việc nghiên cứu, cập nhật các thông tin liên quan tới thổ nhưỡng trong quá trình xây dựng cơ sở dữ liệu thổ nhưỡng

b Khu vực nghiên cứu

Huyện Phú Vang có diện tích tự

nhiên là 27.824,5 ha, chiếm 5,53% diện

tích tự nhiên của tỉnh Thừa Thiên Huế

Nơi đây tập trung kiểu địa hình đồng

bằng duyên hải, đầm phá, cồn đụn cát

chắn bờ Huyện Phú Vang có khí hậu

nhiệt đới gió mùa ẩm và mang tính chất

chuyển tiếp giữa khí hậu miền Bắc và

miền Nam, thường xuyên chịu ảnh

hưởng của nhiều loại thiên tai và có sự

phân hóa đa dạng, phức tạp Lớp phủ

thổ nhưỡng của tỉnh chịu nhiều tác

động của nhiều nhân tố tự nhiên, kinh

tế - xã hội trong phát sinh, phát triển,

thoái hóa nên đã có sự phân hóa vô

cùng phức tạp

Hình 1 Sơ đồ hành chính huyện Phú Vang

2.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập dữ liệu: Sử dụng phương pháp này tiến hành thu thập các

tài liệu sơ cấp, thứ cấp bao gồm dữ liệu, báo cáo khoa học các công trình, dự án nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước, hệ thống các văn bản pháp luật, thu thập thông tin phân tích nhu cầu sử dụng dữ liệu thổ nhưỡng có liên quan phục vụ trực tiếp đến vấn

đề nghiên cứu

- Phương pháp khảo sát thực địa: Tiến hành điều tra, khảo sát, chụp ảnh thực địa

theo tuyến khảo sát đã được vạch sẵn nhằm thu thập bổ sung các thông tin lấy từ thực địa đồng thời kiểm chứng tính sát thực của thông tin đã thu thập từ các cơ quan, tổ chức

và cá nhân liên quan để phục vụ nghiên cứu các vấn đề của đề tài

- Phương pháp xây dựng cơ sở dữ liệu: Cơ sở dữ liệu hiện nay được xây dựng theo

các chuẩn, với từng ngành có những chuẩn cơ sở dữ liệu khác nhau Chuẩn thông tin địa lý là hệ thống các tiêu chuẩn về cách thức, qui định cách mô tả, biểu thị, cách xây dựng cơ sở dữ liệu từ nhận thức thế giới thực đến cơ sở dữ liệu địa lý được lưu trữ theo

cấu trúc, khuôn dạng nào đó (Căn cứu theo 26/2014/TT-BTNMT về việc Ban hành quy trình

Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS về thổ nhưỡng trường hợp nghiên cứu thí điểm tại huyện Phú Vang, …

và định mức kinh tế - kỹ thuật xây dựng cơ sở dữ liệu tài nguyên và môi trường của Thứ trưởng

Bộ TN và MT ngày 28 tháng 05 năm 2014).

- Phương pháp ứng dụng công nghệ GeoNode và hệ thống SDI (Spatial Data Infrastructure): Hệ thống SDI được xây dựng trên công nghệ mã nguồn mở được phát

triển bởi OSGeo (Open Source Geospatial Foundation) và công nghệ GeoNode Đây là nền tảng để quản lý và chia sẻ dữ liệu không gian tối ưu, trực quan, dễ dàng sử dụng bởi giao diện đơn giản, với nhiều chức năng hữu ích [[8]]

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Thực trạng cơ sở dữ liệu thổ nhưỡng

Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (Nguyễn Văn Toàn và nnk, 1977), đã xây dựng bản đồ đất tỉnh Thừa Thiên Huế tỷ

lệ 1:100.000 nằm trong cơ sở dữ liệu Atlas tỉnh Thừa Thiên Huế Trong dữ liệu bản đồ dạng số định dạng phần mềm Mapinfo, dữ liệu thuộc tính trên các khoanh vi đất chỉ có các thông tin cơ bản như loại đất, độ dày tầng đất, độ dốc, thành phần cơ giới Năm 2003, Nguyễn Văn Cư, Viện Địa lý Hà Nội chủ trì triển khai đề tài “Điều tra cơ bản tổng hợp

có điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên các huyện tỉnh Thừa Thiên Huế” Trong khuôn khổ dữ liệu điều tra cơ bản tổng hợp đề tài, nhóm nghiên cứu đã điều tra khảo sát bổ sung tư liệu thổ nhưỡng phục vụ thành lập bản đồ thổ nhưỡng tỷ lệ 1:25.000 và định hướng sử dụng đất cho các huyện Phong Điền, Quảng Điền, Hương Trà (giai đoạn 1) và các huyện Nam Đông, A Lưới, Hương Thủy, Phú Lộc, Phú Vang (giai đoạn 2) Các thông tin thuộc tính loại đất trên bản đồ chỉ bao gồm thông tin tên đất Việt Nam, tên FAO-UNESSCO, độ dốc Thông tin phẫu diện đất thu thập bao gồm: Địa điểm ngày lấy mẫu, độ dốc, địa hình, thực vật, tên đất, mô tả các tầng đất, kết quả phân tích hóa lý các chỉ tiêu pH, mùn, cation trao đổi, đạm dễ tiêu, thành phần cơ giới… [[3]]

3.2 Cơ sở dữ liệu GIS về thổ nhưỡng thí điểm tại huyện Phú Vang, tỉnh Thừa Thiên Huế

a Cơ sở toán học

Dựa trên cơ sở toán học thống nhất theo Bộ chuẩn dữ liệu hệ thống thông tin địa

lý tỉnh Thừa Thiên Huế và chuẩn của Thông tư 02/2012/TT-BTNMT ngày 19/03/2012 về

“Quy định Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chuẩn thông tin địa lý cơ sở” Cơ sở dữ liệu địa lý được xây dựng theo tỷ lệ áp dụng là 1:50.000 theo Hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia Việt nam VN-2000 và được thể hiện chi tiết theo bảng 1[[1]]:

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số 2 (2020)

Bảng 1 Thông số hệ quy chiếu, hệ tọa độ VN-2000 dựa trên cơ sở dữ liệu nền

(Transverse_Mecato)

2 Mô hình toán học gốc quy chiếu (Datum) VN-2000_TT-Hue_6deg

b Dữ liệu không gian

Theo Bộ chuẩn dữ liệu hệ thống thông tin địa lý tỉnh Thừa Thiên Huế và chuẩn của Thông tư 02/2012/TT-BTNMT ngày 19/03/2012 về “Quy định Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chuẩn thông tin địa lý cơ sở” Việc bổ sung cơ sở dữ liệu nền phục vụ cho CSDL thổ nhưỡng nhằm làm rõ các yếu tố không gian cần thiết [[1]]

Nhóm dữ liệu chuyên đề về thổ nhưỡng bao gồm:

+ Lớp thông tin về khoanh vi đất thể hiện vị trí không gian của các khoanh vi đất chứa thông tin về đất như: loại đất (Loaidat), tầng dày (Tangday), độ dốc (Dodoc), thành phần cơ giới (TPCG), đá mẹ (Dame)

+ Lớp thông tin về phẫu diện đất thể hiện vị trí của phẫu diện từng loại đất có chứa thông tin theo từng điểm phẫu diện như: loại đất (Loaidat), tầng dày (Tangday),

độ dốc (Dodoc), thành phần cơ giới (TPCG), đá mẹ (Dame) và thông tin về tính chất lý hóa học của các loại đất

Bảng 2 Cấu trúc thông tin không gian trong CSDL thổ nhưỡng

Nhóm dữ liệu nền

Nhóm dữ liệu chuyên đề

Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS về thổ nhưỡng trường hợp nghiên cứu thí điểm tại huyện Phú Vang, …

c Dữ liệu thuộc tính

Đối với đề tài nghiên cứu này, yếu tố chuyên đề là thổ nhưỡng bao gồm thông tin về khoanh vi đất và phẫu diện đất được xây dựng dưới dạng CSDL phục vụ quản lý, khai thác và chia sẻ ứng dụng trong công tác đánh giá tiềm năng đất đai, quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch nông lâm nghiệp và quy hoạch lãnh thổ

Bảng 3 Cấu trúc thông tin thuộc tính khoanh vi đất trong CSDL thổ nhưỡng

liệu Độ rộng

11 KH TPCGTCVN Ký hiệu thành phần cơ giới theo

Bảng 4 Cấu trúc thông tin thuộc tính phẫu diện đất trong CSDL thổ nhưỡng

liệu Độ rộng

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số 2 (2020)

liệu Độ rộng

- Thông tin thuộc tính về loại đất

Theo TCVN:9487-2012, thông tin thuộc tính về loại đất được ghi đầy đủ về tên đất theo nguồn gốc phát sinh và tên đất theo FAO những loại đất có trên địa bàn nghiên cứu [[9]]

- Thông tin thuộc tính về tầng dày

Theo TCVN 9487:2012 về tiêu chuẩn các ký hiệu cũng như các thông tin cho cơ

sở dữ liệu thổ nhưỡng, thì tầng dày tại khu vực nghiên cứu được chia thành 5 cấp Đồng thời bổ sung thông tin liên quan đến tầng dày đất [[9]]

- Thông tin thuộc tính về độ dốc

Theo TCVN 9487:2012 về tiêu chuẩn các ký hiệu cũng như các thông tin cho cơ

sở dữ liệu thổ nhưỡng, thì độ dốc tại khu vực nghiên cứu được chia thành 5 cấp Đồng thời bổ sung thông tin liên quan đến độ dốc đất [[9]]

- Thông tin thuộc tính về TPCG

Theo TCVN 9487:2012 về tiêu chuẩn các ký hiệu cũng như các thông tin cho cơ

sở dữ liệu thổ nhưỡng, thì thành phần cơ giới tại khu vực nghiên cứu được chia thành 5 loại Đồng thời bổ sung thông tin liên quan đến thành phần cơ giới của đất [[9]]

Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS về thổ nhưỡng trường hợp nghiên cứu thí điểm tại huyện Phú Vang, …

a) Sơ đồ phân bố phẫu diện b) Sơ đồ phân bố loại đất

c) Sơ đồ phân bố tầng dày d) Sơ đồ phân bố thành phần cơ giới

Hình 2 Các lớp bản đồ trong CSDL thổ nhưỡng huyện Phú Vang

3.3 Hệ thống khai thác, chia sẻ và cập nhật GIS về thổ nhưỡng huyện Phú Vang

Sau khi hoàn tất công việc xây dựng CSDL thì việc đưa vào ứng dụng trong thực

tế là vô cùng quan trọng, điều cần thiết là cần phải có hệ thống, công nghệ thích hợp cho công tác khai thác, chia sẻ và cập nhật dữ liệu Trong các hệ thống, công nghệ về chia sẻ

và sử dụng dữ liệu hiện nay, hệ thống SDI là một giải pháp công nghệ được lựa chọn để xây dựng cổng thông tin SDI-NCKH được thực hiện phù hợp với chủ trương hiện nay

về việc xây dựng hạ tầng dữ liệu không gian quốc gia

Bên phải màn hình, menu upload là phần phân quyền (Permissions), đây là các

tùy chọn quyền truy cập, chỉnh sửa,… cho dữ liệu cần đưa lên Sau khi chọn đủ các file

cần upload, cài đặt các thông số thì càn click upload Sau khi upload thành công sẽ dẫn

tới trang nhập metadata cho dữ liệu, có thể chọn nhập metadata ngay hoặc bỏ qua để nhập đồng bộ sau

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số 2 (2020)

Hình 3 Giao diện Upload thông tin Hình 4 Cửa sổ thông tin

đã được Upload thông tin Trang View/Chỉnh sửa dữ liệu:

Cửa sổ View/Chỉnh sửa dữ liệu bao gồm 2 phần chính là phần bản đồ và phần Catalog

- Cửa sổ Catalog: Là cửa sổ danh sách các lớp dữ liệu trên hệ thống, chúng ta có thể tìm kiếm, chọn 1 hoặc nhiều lớp dữ liệu trên hệ thống để làm việc

- Cửa sổ bản đồ: Là cửa sổ hiển thị các lớp dữ liệu đang mở, kèm theo đó cho phép thực hiện các thao tác trực tiếp với dữ liệu như chỉnh sửa thuộc tính, chỉnh sửa style, thêm đối tượng,

Ngoài ra, trong phần View/ Chỉnh sửa dữ liệu cũng có đầy đủ các chức năng cơ bản tương tác với bản đồ như: phóng to (zoom-in), thu nhỏ (zoom-out), đo khoảng cách, truy vấn thông tin thuộc tính, …

Hình 5 Dữ liệu GIS về thổ nhưỡng trên hệ thống SCI

Xây dựng cơ sở dữ liệu GIS về thổ nhưỡng trường hợp nghiên cứu thí điểm tại huyện Phú Vang, …

Hình 6 Cơ sở dữ liệu thổ nhưỡng huyện Phú Vang

4 KẾT LUẬN

Qua quá trình nghiên cứu, kết quả chính mà đề tài đã đạt được là:

- Bài báo đã nghiên cứu một cách tương đối toàn diện những vấn đề cơ bản có liên quan đến việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý như: GIS, cơ sở dữ liệu nền, cơ sở dữ liệu lớp chuyên đề thổ nhưỡng từ bản đồ 1/50.000 và xây dựng được mô hình cấu trúc

dữ liệu theo đúng “Quyết định số 06/2007QĐ-BTNMT ngày 27 tháng 02 năm 2007” của

Bộ Tài nguyên và Môi trường

- Nghiên cứu áp dụng thành công mô hình cấu trúc dữ liệu nền địa lý và lớp phủ thổ nhưỡng từ bản đồ tỷ lệ 1/50.000 của tỉnh Thừa Thiên Huế Kết quả cho độ tin cậy cao

và đầy đủ thông tin

- Geodatabase tạo ra nguồn cơ sở dữ liệu cung cấp các thông tin liên quan đến quá trình thiết kế, xây dựng, cập nhật và phân phối dữ liệu Việc xây dựng CSDL và ứng dụng SDI phục vụ cho việc khai thác, chỉa sẻ và sử dụng cơ sở dữ liệu này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho công tác lập quy hoạch và công tác quản lý vĩ mô các vấn đề có liên quan

CSDL thổ nhưỡng Khoanh vi đất

Tên đất Tầng dày

Độ dốc TPCG

Đá mẹ

Phẫu diện đất

Ký hiệu phẫu diện Kinh độ

Vĩ độ Địa điểm Tên đất Địa hình Thực vật Tính chất lý hóa học của đất