Luận án Nghiên cứu cơ sở dữ liệu địa chính và bài toán cập nhật biến động đất đai ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐINH HẢI NAM NGHIÊN CỨU CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHÍNH VÀ BÀI TOÁN CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐINH HẢI NAM NGHIÊN CỨU CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHÍNH VÀ BÀI TOÁN CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI Ở VIỆT NAM Ngành : Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ Mã số : 62.52.05.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. TS. TRẦN THÙY DƯƠNG 2. PGS.TS. NGUYỄN QUANG MINH HÀ NỘI - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Toàn bộ quá trình nghiên cứu được tiến hành một cách khoa học, các số liệu, kết quả nêu trong luận án là chính xác, trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác! Tác giả luận án Đinh Hải Nam ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i MỤC LỤC ........................................................................................................ ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................... viii MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 7 1.1. Trên thế giới .............................................................................................. 7 1.1.1. Công tác xây dựng, khai thác cơ sở dữ liệu địa chính của một số nước...........................................................................................................7 1.1.2. Mô hình cập nhật biến động, biên tập địa chính của phần mềm nước ngoài. ............................................................................................. 12 1.2. Trong nước .............................................................................................. 13 1.2.1. Tổng quan về công tác xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính ............ 13 1.2.2. Công tác cập nhật biến động đất đai ............................................. 22 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CẤU TRÚC CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA CHÍNH PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN Ở VIỆT NAM .................................... 26 2.1. Xây dựng cấu trúc dữ liệu không gian .................................................... 28 2.1.1. Cấu trúc bảng dữ liệu đối tượng điểm .......................................... 29 2.1.2. Cấu trúc bảng dữ liệu nửa cạnh thửa ............................................ 30 2.1.3. Cấu trúc bảng dữ liệu thửa đất ...................................................... 32 2.1.4. Cấu trúc bảng dữ liệu véc tơ số hiệu chỉnh đỉnh thửa .................. 33 2.1.5. Cấu trúc bảng dữ liệu các lớp đối tượng bản đồ ........................... 34 2.2. Xây dựng cấu trúc dữ liệu thuộc tính ..................................................... 35 2.2.1. Mô hình quan hệ giữa các bảng dữ liệu thuộc tính ...................... 36 2.2.2. Cấu trúc các bảng dữ liệu thuộc tính ............................................ 37 2.3. Định nghĩa cấu trúc tệp XML để trao đổi CSDL địa chính ..................... 45 2.4. Chương trình thực nghiệm xây dựng CSDL địa chính ............................ 46 2.4.1. Mô đun xây dựng dữ liệu không gian ........................................... 46 2.4.2. Mô đun xây dựng và khai thác dữ liệu thuộc tính ........................ 50 iii 2.4.3. Xuất CSDL địa chính theo trúc định dạng tệp XML .................... 52 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH THỬA ĐẤT PHÙ HỢP LÀM CÔNG CỤ XỬ LÝ MỘT SỐ BÀI TOÁN CẬP NHẬT BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI TRONG PHẠM VI CỤC BỘ ................................. 53 3.1. Xây dựng phương pháp hiệu chỉnh thửa đất ........................................... 55 3.1.1. Mô hình toán học .......................................................................... 55 3.1.2. Xây dựng công thức xác định trực tiếp hệ số hệ phương trình chuẩn N ................................................................................................... 58 3.1.3. Thuật toán tính trực tiếp hệ số hệ phương trình chuẩn N ............. 63 3.1.4. Thuật toán tính số hiệu chỉnh ....................................................... 68 3.1.5. Thực nghiệm so sánh thời gian tính ma trận N theo hai phương pháp.........................................................................................................69 3.2. Lập cơ sở dữ liệu để hiệu chỉnh thửa đất ................................................ 69 3.2.1. Kỹ thuật tìm kiếm, lựa chọn thửa đất ........................................... 70 3.2.2. Xây dựng các hàm xác định đối tượng liền kề ............................. 72 3.2.3. Các bước lập cơ sở dữ liệu và xử lý khi hiệu chỉnh thửa đất ....... 73 3.3. Xây dựng mô đun xử lý các bài toán cập nhật biến động đất đai ........... 74 3.3.1. Chính xác hóa bản đồ sau khi số hóa. .......................................... 74 3.3.2. Hiệu chỉnh bản đồ theo chiều dài cạnh, diện tích ......................... 76 3.3.3. Cập nhật thửa đất đo bổ sung vào cơ sở dữ liệu địa chính ........... 80 3.3.4. Hiệu chỉnh các lớp đối tượng trên bản đồ sau khi cập nhật biến động.........................................................................................................85 3.3.5. Chia tách bản đồ ........................................................................... 86 3.3.6. Giải pháp mới cập nhật thửa biến động vào cơ sở dữ liệu địa chính........................................................................................................87 3.3.7. Tra cứu lịch sử, khôi phục các lần biến động thửa đất ................. 88 CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ BIẾN ĐỘNG ĐẤT ĐAI MANG TÍNH HỆ THỐNG. .......................................................... 90 4.1. Giải pháp xử lý một số vấn đề liên quan đến việc quản lý thửa đất có đường bao là đường cong ............................................................................... 91 4.1.1. Giải pháp xử lý thửa đất khi có đường bao là đường cong .......... 91 iv 4.1.2. Xây dựng đối tượng cung tròn ...................................................... 92 4.1.3. Các bài toán xử lý cung tròn ......................................................... 96 4.1.4. Tính diện tích thửa đất có chứa cung tròn .................................. 100 4.2. Xử lý biến động khi quy định lại thông số file chuẩn của bản đồ địa chính ...................................................................................................................... 103 4.2.1. Quy định kỹ thuật về hệ tọa độ và đơn vị bản vẽ của bản đồ địa chính......................................................................................................103 4.2.2. Một số phương pháp hiện tại chuyển đổi đơn vị làm việc của bản vẽ...........................................................................................................104 4.2.3. Giải pháp xử lý bản đồ khi thay đổi thông số kỹ thuật của bản vẽ...........................................................................................................105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 108 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................ 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 111 PHỤ LỤC ..................................................................................................... 119 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tiếng Việt Ký hiệu Giải thích viết tắt, ký hiệu BĐĐC Bản đồ địa chính Bộ TN&MT Bộ Tài nguyên và Môi trường CSDL Cơ sở dữ liệu GCN Giấy chứng nhận GCNQSDĐ Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất QSDĐ Quyền sử dụng đất TN&MT Tài nguyên và Môi trường TT Thông tư VPĐKĐĐ Văn phòng Đăng ký đất đai Tiếng Anh Ký hiệu Giải thích viết tắt, ký hiệu 2D, 3D Không gian 2 chiều, 3 chiều ArcGIS Là dòng sản phẩm hỗ trợ trong hệ thống thông tin địa lý của hãng ESRI (Mỹ) Benley Công ty của Mỹ sản xuất các phần mềm giải pháp cho việc thiết kế, xây dựng và hoạt động của cơ sở hạ tầng Cadastral Editor Mô đun biên tập địa chính trên phần mềm ArcGIS Desktop DGN Khuôn dạng tệp dữ liệu bản đồ của phần mềm MicroStation DWG Khuôn dạng tệp dữ liệu đồ họa của phần mềm Autocad DXF Drawing Exchange Format - là một định dạng dữ liệu đồ họa được phát triển bởi Autodesk dùng cho việc trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm hỗ trợ thiết kế khác nhau Elis Environment Land Information System - Là phần mềm hệ thống thông tin đất đai và môi trường ESRI Environmental Systems Research Institute - Viện nghiên cứu hệ thống Môi trường Mỹ Famis Field Work and Cadastral Mapping Intergrated Software- vi Phần mềm tích hợp cho đo vẽ bản đồ địa chính ở Việt Nam GIS Geographic Information System - Hệ thống thông tin địa lý GML Geography Markup Language - Ngôn ngữ đánh dấu địa lý LAN Local Area Network - Mạng nội bộ LIS Land Information System - Hệ thống thông tin đất đai Metadata Siêu dữ liệu hay là dữ liệu quản lý dữ liệu Microsoft Access Là một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ do hãng Microsoft giữ bản quyền Microsoft SQL Server Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ được phát triển bởi Microsoft MySQL Hệ quản trị cơ sở dữ liệu mã nguồn mở phổ biến nhất thế giới Oracle Tên của một hãng phần mềm, một hệ quản trị cơ sở dữ liệu phổ biến trên thế giới Seed file Là một tệp chuẩn của phần mềm MicroStation được định nghĩa đầy đủ các thông số toán học bản đồ, hệ đơn vị đo được tính theo giá trị thật ngoài thực địa làm tăng giá trị chính xác và thống nhất giữa các file bản đồ SEMLA Strengthening Environment Managament and Land Administration - Chương trình hợp tác Việt Nam, Thụy Điển về tăng cường năng lực quản lý đất đai và môi trường SQL Structured Query Language - Ngôn ngữ truy vấn mang tính cấu trúc TMV.LIS Phần mềm hệ thống thông tin đất đai của Tổng công ty Tài nguyên & Môi trường Việt Nam (TMV) Topology Thuật ngữ được sử dụng để chỉ mối quan hệ không gian giữa các đối tượng địa lý ViLIS VietNam Land Information System - Phần mềm hệ thống thông tin đất đai do Bộ Tài nguyên và Môi trường xây dựng VLAP Vietnam Land Administration Project - Hoàn thiện và hiện đại hóa hệ thống quản lý đất đai Việt Nam XML eXtensible Markup Language - Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Cấu trúc bảng dữ liệu điểm ............................................................ 30 Bảng 2.2. Cấu trúc bảng dữ liệu nửa cạnh ...................................................... 31 Bảng 2.3. Cấu trúc bảng dữ liệu thửa đất ....................................................... 33 Bảng 2.4. Cấu trúc bảng dữ liệu véc tơ số hiệu chỉnh đỉnh thửa .................... 33 Bảng 2.5. Cấu trúc bảng dữ liệu các lớp đối tượng bản đồ ............................ 35 Bảng 2.6. Cấu trúc bảng dữ liệu mục đích sử dụng đất .................................. 39 Bảng 2.7. Cấu trúc bảng dữ liệu đối tượng sử dụng đất ................................. 39 Bảng 2.8. Cấu trúc bảng dữ liệu nguồn gốc sử dụng đất ................................ 39 Bảng 2.9. Cấu trúc bảng dữ liệu thông tin thuộc tính của thửa đất ................ 40 Bảng 2.10. Cấu trúc bảng dữ liệu thông tin chủ sử dụng đất ......................... 41 Bảng 2.11. Cấu trúc bảng dữ liệu đăng ký sử dụng đất .................................. 42 Bảng 2.12. Cấu trúc bảng dữ liệu đa mục đích sử dụng ................................. 43 Bảng 2.13. Cấu trúc bảng dữ liệu về giấy chứng nhận ................................... 43 Bảng 3.1. Hệ phương trình điều kiện cạnh của thửa đất ................................ 59 Bảng 3.2. Hệ phương trình điều kiện diện tích của một thửa ......................... 59 Bảng 3.3. Hệ phương trình điều kiện diện tích hai thửa không chung đỉnh ... 60 Bảng 3.4. Hệ phương trình điều kiện diện tích hai thửa chung đỉnh .............. 61 Bảng 3.5. Hệ phương trình điều kiện cạnh j và diện tích thửa đất i ............... 62 Bảng 3.6. Thời gian tính toán lập ma trận N theo hai phương pháp .............. 69 Bảng 3.7. Số liệu diện tích bản đồ giấy và diện tích bản đồ số hóa ............... 75 Bảng 3.8. Số hiệu chỉnh và tọa độ các đỉnh sau khi hiệu chỉnh theo cạnh đo mới .................................................................................................................. 77 Bảng 3.9. Số liệu đo thửa đất .......................................................................... 78 Bảng 3.10. Bảng tọa độ đỉnh thửa sau hiệu chỉnh .......................................... 79 Bảng 3.11. Bảng số liệu đo bổ sung thửa đất ................................................. 83 Bảng 3.12. Kết nối và cập nhật thửa đo bổ sung vào CSDL địa chính .......... 84 Bảng 3.13. Bảng tọa độ đỉnh thửa sau khi tính chuyển về CSDL địa chính .. 85 Bảng 3.14. Bảng hiệu chỉnh tọa độ lớp nhà .................................................... 86 Bảng 3.15. Lịch sử biến động đỉnh thửa ......................................................... 89 Bảng 3.16. Lịch sử biến động của thửa đất i .................................................. 89 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Hệ thống đất đai liên kết với NaLIS ................................................. 9 Hình 1.2. Hệ thống đăng ký nhà đất Hà Lan [52] .......................................... 10 Hình 1.3. Các thành phần của kết cấu thửa đất trong mô đun Cadastral Editor [53] ................................................................................................................. 13 Hình 1.4. Quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính ................................... 19 Hình 1.5. Giao diện chức năng chia tách, gộp thửa của phần mềm Vilis 2.0. 25 Hình 2.1. Mô tả các thành phần cấu tạo nên thửa đất ..................................... 28 Hình 2.2. Mô tả các thành phần nửa cạnh ...................................................... 30 Hình 2.3. Các lớp đối tượng bản đồ ............................................................... 34 Hình 2.4. Sơ đồ mô hình quan hệ giữa các bảng đơn vị hành chính .............. 38 Hình 2.5. Sơ đồ quan hệ giữa các bảng dữ liệu thuộc tính ............................. 44 Hình 2.6. Tệp dữ liệu đồ họa .......................................................................... 47 Hình 2.7. Tệp số liệu đo đạc ........................................................................... 47 Hình 2.8. Tệp số liệu định dạng shape file ..................................................... 47 Hình 2.9. Bảng dữ liệu điểm........................................................................... 48 Hình 2.10. Bảng dữ liệu nửa cạnh .................................................................. 49 Hình 2.11. Bảng dữ liệu thửa đất .................................................................... 49 Hình 3.1. Hiệu chỉnh cạnh i, j, k ..................................................................... 58 Hình 3.2. Trường hợp đưa vào điều kiện diện tích một thửa ......................... 60 Hình 3.3. Trường hợp hai thửa đất không chung đỉnh ................................... 60 Hình 3.4. Hai thửa chung đỉnh ....................................................................... 61 Hình 3.5. Xác định hệ số khi hai thửa chung nhau đỉnh ................................. 62 Hình 3.6. Điều kiện cạnh j và diện tích thửa i ................................................ 62 Hình 3.7. Xác định véc tơ chắn đỉnh pk của thửa đất i ................................... 64 Hình 3.8. Thuật toán xác định véc tơ chắn đỉnh pk của thửa đất i .................. 65 Hình 3.9. Xác định tổng các tích vô hướng véc tơ chắn đỉnh thửa i .............. 65 Hình 3.10. Thuật toán xác định tổng các tích véc tơ chắn đỉnh của thửa đất i 66 Hình 3.11. Mối quan hệ đỉnh chung hai thửa đất i, j ...................................... 67 Hình 3.12. Thuật toán tính tổng tích vô hướng véc tơ của các đỉnh chung thửa i, j .................................................................................................................... 68 ix Hình 3.13. Các bước lập cơ sở dữ liệu và xử lý khi hiệu chỉnh thửa đất ....... 74 Hình 3.14. Bảng tọa độ đỉnh thửa sau khi hiệu chỉnh .................................... 76 Hình 3.15. Cạnh thửa trước khi hiệu chỉnh .................................................... 77 Hình 3.16. Cạnh thửa hiệu chỉnh theo trị đo mới ........................................... 77 Hình 3.17. Sơ đồ thửa trích đo ....................................................................... 78 Hình 3.18. Đồng nhất dữ liệu bản đồ và hồ sơ ............................................... 79 Hình 3.19. Sơ đồ thuật toán kiểm tra chất lượng điểm song trùng ................. 82 Hình 3.20. Các bước cập nhật và xử lý thửa đất đo bổ sung .......................... 83 Hình 3.21. Cập nhật thửa đo mới vào hệ thống bản đồ .................................. 84 Hình 3.22. Các bước tính hiệu chỉnh các lớp đối tượng trên bản đồ .............. 85 Hình 3.23. Quy trình chia tách bản đồ hiện tại và giải pháp đề xuất.............. 86 Hình 3.24. Các bước chia tách và xử lý bản đồ .............................................. 87 Hình 3.25. Sơ đồ quy trình thực hiện việc cập nhật biến động thửa đất ........ 88 Hình 3.26. Lịch sử biến động thửa đất i ......................................................... 89 Hình 4.1. Bản đồ địa chính thể hiện thửa đất khi có đường bao là đường cong ở khu phố Alachua County (Mỹ)[53] ............................................................. 91 Hình 4.2. Bản đồ địa chính thể hiện thửa đất khi có đường bao là đường cong ở Việt Nam ..................................................................................................... 91 Hình 4.3. Các yếu tố cơ bản của cung tròn ..................................................... 93 Hình 4.4. Hình chữ nhật nhỏ nhất chứa cung tròn ......................................... 97 Hình 4.5. Xác định giao của đoạn thẳng PmPn và cung tròn C ....................... 99 Hình 4.6. Hình thang chứa cung tròn ........................................................... 100 Hình 4.7. Thửa đất chứa cung tròn ............................................................... 101 Hình 4.8. Sơ đồ thửa đất có đường bào là đường cong ................................ 102 Hình 4.9. Sơ đồ thửa đất thể hiện khi có đường bao là đường cong ............ 102 Hình 4.10. Đặt thông số đơn vị làm việc trên phần mềm MGE ................... 104 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trước đây ở Việt Nam bản đồ địa chính được đo vẽ theo công nghệ thủ công để thành lập ra bản đồ giấy, bản đồ giải thửa, bản đồ đo ở tọa độ giả định. Sau năm 1995 bản đồ địa chính được lập theo công nghệ số và được biên tập bằng nhiều phần mềm khác nhau như Famis, CesMap trên các nền đồ họa Autocad, MicroStation dẫn đến dữ liệu không gian và thuộc tính thửa đất lưu trữ riêng rẽ, rời rạc. Bản đồ số địa chính được đo đạc, biên tập in ra giấy để sử dụng là chủ yếu, chưa chú trọng đến khai thác, xây dựng CSDL địa chính. Khi có biến động đất đai công tác cập nhật biến động đa phần được thực hiện thủ công, cập nhật biến động trên bản đồ giấy, ghi chú biến động vào hồ sơ địa chính, chủ yếu cập nhật riêng lẻ do đó dữ liệu bản đồ và hồ sơ vẫn tách rời nhau. Đến nay ngoài bản đồ in giấy để sử dụng thường xuyên cần thêm nhiều thông tin về dữ liệu địa chính khác để quản lý và khai thác sử dụng