ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ CẢNH ĐỊNH TÍCH HP GIS VÀ KỸ THUẬT TỐI ƯU HOÁ ĐA MỤC TIÊU MỜ ĐỂ HỖ TR QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: BẢN ĐỒ MÃ NGÀNH: 62 52 85 20 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT (Tài liệu phục vụ báo cáo LATS cấp Nhà nước) Tp.HCM – 2011 ii iii CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Hướng dẫn KH 1: TS Trần Trọng Đức (Trường ĐH Bách khoa Tp.PHCM) Hướng dẫn KH 2: TS Tào Quốc Tuấn (Phân viện Quy hoạch TKNN) Phản biện độc lập 1: PGS.TS Nguyễn Thị Vòng Phản biện độc lập 2: TS Đồng Thị Thanh Phương Phản biện 1:…………………………………………………………… Phản biện 2:…………………………………………………………… Phản biện 3:…………………………………………………………… Luận án tiến só bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại: Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM Vào lúc giờ, ngày tháng năm 2011 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: − Thư viện Khoa học tổng hợp Tp.HCM − Thư viện trường Đại học Bách khoa - ĐHQG Tp.HCM iv MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Những đóng góp luận án Cấu trúc luận aùn PHẦN I: TỔNG QUAN Chương 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU 1.1 Toång quan quy hoạch sử dụng đất 1.2 Tối ưu hoá quy hoạch sử dụng đất 1.3 GIS quy hoạch sử dụng đất 1.4 Định hướng nghiên cứu cho luận án PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững 2.2 Toán học công nghệ ứng dụng nghiên cứu 10 Chương 3: MÔ HÌNH TÍCH HP GIS VÀ KỸ THUẬT TỐI ƯU ĐA MỤC TIÊU MỜ HỖ TR QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP 11 3.1 Mô hình xác định yếu tố bền vững quản lý sử dụng đất 11 3.2 Mô hình quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững 12 3.2.1 Mô hình GIS mờ đánh giá đất đai bền vững 12 3.2.2 Mô hình FMOLP xác định diện tích tối ưu phương án 13 3.2.3 Mô hình CA bố trí không gian sử dụng đất 14 3.3 Mô hình tích hợp 14 PHẦN III: ỨNG DỤNG THỰC TIỄN 16 Chương 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH VÀO QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP TỈNH LÂM ÑOÀNG 16 4.1 Cơ sở liệu phục vụ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp 16 4.2 Đánh giá thích nghi đất đai cho quản lý sử dụng đất bền vững 18 4.3 Quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững 19 4.3.1 Xây dựng, lựa chọn phương án sử dụng đất tối ưu 20 4.3.2 Bố trí không gian sử dụng đất 22 4.3.3 Đánh giá kết mô hình 22 PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 23 CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 25 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án + Sự xung đột mục tiêu khai thác sử dụng tài nguyên đất đai vào phát triển kinh tế - xã hội ngày gia tăng, tạo cạnh tranh gay gắt mục đích sử dụng đất Do vậy, việc định bố trí sử dụng đất thoả mãn đồng thời mục tiêu đem lại hiệu kinh tế cao, đáp ứng yêu cầu toàn xã hội, hạn chế đến mức thấp tác động xấu đến môi trường toán phức tạp mà người định (nhà quản lý, nhà quy hoạch, ) đối mặt Người định (DM) dựa vào sáng tạo kinh nghiệm khó giải toán cách hiệu quả, mà thay vào sử dụng kỹ thuật, công nghệ tri thức + Quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp nội dung quan trọng quy hoạch phát triển nông nghiệp - nông thôn, tiến trình thực gồm hai bước bản: đánh giá khả thích nghi đất đai bố trí sử dụng đất (1) Đánh giá khảù thích nghi đất đai (gọi tắt đánh giá đất đai) cung cấp thông tin khả thích nghi đất đai, chi phí đầu tư hiệu sản xuất hệ thống sử dụng đất (LUS), thông tin quan trọng hỗ trợ cho việc bố trí sử dụng đất + Đến nay, nghiên cứu tập trung vào đánh giá thích nghi điều kiện tự nhiên, số nghiên cứu có xem xét thêm yếu tố kinh tế chưa sâu nghiên cứu đánh giá tổng hợp điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội môi trường (gọi đánh giá đất đai bền vững) Bên cạnh đó, hầu hết nghiên cứu thực môi trường rõ Tuy nhiên, thực tiễn đối tượng không gian giới thực thường thông tin không chắn, khó biểu diễn xác dựa tập rõ (Sicat et al., 2005) Do đánh giá đất đai môi trường rõ (crisp) sai số lớn môi trường mờ (fuzzy), biểu diễn kết thích nghi liên tục nên số thông tin thường bị bỏ qua Như vậy, việc nghiên cứu xây dựng mô hình đánh giá đất đai bền vững môi trường mờ cần thiết, nhằm hạn chế sai số thông tin đầu vào, chắt lọc thông tin mô tả kết đầu cách liên tục, gần gũi với suy nghó người nên giúp DM định tốt bố trí sử dụng đất + Mặt khác, yếu tố (indicators) thuộc tính đất đai thể trạng thái sử dụng đất bền vững (gọi yếu tố bền vững) có vai trò vô quan trọng quản lý sử dụng đất bền vững (OECD, 1999), việc lựa chọn yếu tố bền vững đánh giá đất đai mang tính chủ quan (FAO, 2007) Hiện nay, có hai nhóm mô hình lựa chọn yếu tố bền vững: (i) Mô hình FESLM (FAO,1993b) thể tính chất đất đai bền vững mối quan hệ nhân yếu tố; (ii) Các mô hình PSR(OECD, 1994), DSR(UNCSD, 1997), DPSIR(EEA, 1999): thể mối quan hệ nhân yếu tố tính chất đất đai bền vững Do vậy, cần thiết phải nghiên cứu tích hợp mô hình với nhằm phát huy điểm mạnh khắc phục điểm yếu mô hình lựa chọn yếu tố bền vững (2) Bố trí sử dụng đất: Bố trí sử dụng đất thường thực dựa ma trận kết thích nghi đất đai (kết đánh giá đất đai) điều kiện ràng buộc tài nguyên, phát triển kinh tế, xã hội có liên quan đến sử dụng đất Khó khăn gặp phải trình bố trí sử dụng đất bố trí loại đất với diện tích bố trí đâu phương án sử dụng đất đáp ứng đồng thời nhiều mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội bảo vệ môi trường + Do vậy, toán bố trí diện tích loại đất nông nghiệp (trả lời câu hỏi bố trí loại đất với diện tích bao nhiêu?) toán tối ưu đa mục tiêu Về phân bố không gian (trả lời câu hỏi bố trí đâu?), trước nhà quy hoạch thường dựa vào đồ thích nghi đất đai để khoanh vùng sản xuất loại hình sử dụng đất (LUT), theo nguyên tắc lựa chọn từ vùng thích nghi cao (S1) đến thích nghi (S3) Theo cách này, việc tính toán diện tích LUT đồ trình bố trí có độ xác nhiều thời gian, trình khoanh vẽ mang tính chủ quan, việc giải mức độ cạnh tranh LUT khoanh đất thiếu tính quán Do đó, sản phẩm (bản đồ quy hoạch sử dụng đất) chất lượng chưa cao + Đến nay, giới có nhiều nghiên cứu phát triển hệ thống phân bố không gian sử dụng đất dựa GIS CA (cellular automata) Trong lónh vực quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp, có hệ thống: AEZWIN (Fischer et al., 1998) thiết kế cho quy mô vùng sinh thái nông nghiệp; LADSS (Matthews et al., 1999) cho quy mô trang trại; RULES (Riveira, 2008) thích hợp cho quy mô cấp huyện/tỉnh thuật toán bố trí sử dụng đất theo tế bào lý tưởng (ideal cell) nên không kế thừa trạng, gây xáo trộn sử dụng đất, không đáp ứng yêu cầu đặc thù Việt Nam + Công nghệ GIS với khả phân tích đồng thời liệu không gian thuộc tính, truy vấn hỏi đáp, dễ dàng cập nhật liệu kết nối với hệ thống sở liệu khác,… Bên cạnh đó, tri thức xử lý toán không gian không ngừng lớn mạnh, hỗ trợ giải toán liên quan đến yếu tố không gian cách trực quan thông qua đồ số hệ GIS Do đó, nghiên cứu tích hợp GIS kỹ thuật tối ưu hoá đa mục tiêu mờ để hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp yêu cầu cần thiết cấp bách Trong đó, kết hợp mô hình tối ưu đa mục tiêu, GIS mô hình xử lý không gian tri thức không gian tạo nên mô hình bố trí không gian sử dụng đất phù hợp với đặc thù Việt Nam Mô hình trả lời đầy đủ câu hỏi bố trí loại đất với diện tích bố trí đâu? Đây công cụ thực hữu ích cho người làm công tác quy hoạch, nhà quản lý hoạch định sách sử dụng đất nông nghiệp quản lý tài nguyên đất đai Từ phân tích nêu trên, luận án tập trung nghiên cứu giải toán quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp: (i) lựa chọn yếu tố bền vững, (ii) đánh giá thích nghi đất đai bền vững, (iii) xác định diện tích tối ưu phương án (iv) bố trí không gian phương án sử dụng đất Liên kết toán với để giải toàn diện toán quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp Mục tiêu nghiên cứu + Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu, hệ thống hoá sở khoa học quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp làm sở xây dựng mô hình xử lý cung cấp thông tin hỗ trợ định nhằm tối ưu hoá việc bố trí sử dụng đất, nâng cao chất lượng suất lao động công tác quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp + Mục tiêu cụ thể: (i) Nghiên cứu tổng quan, lựa chọn phương pháp thích hợp quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp; (ii) Mô hình hoá yếu tố ảnh hưởng đến sử dụng đất nông nghiệp bền vững trình bố trí sử dụng đất nông nghiệp; (iii) Xây dựng mô hình tích hợp GIS kỹ thuật tối ưu hoá đa mục tiêu mờ để hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp; (iv) Ứng dụng mô hình đề xuất điều kiện thực tiễn tỉnh Lâm Đồng đánh giá mô hình Đối tượng phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu: Quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp phạm vi cấp tỉnh (tỷ lệ đồ 1/100.000-1/50.000) + Phạm vi nghiên cứu: − − Trong đất sản nông nghiệp, luận án nghiên cứu bố trí sử dụng đất loại trồng (không nghiên cứu bố trí loại đất nông nghiệp khác đất chăn nuôi, đất dịch vụ nông nghiệp,…) Giá loại nông sản tính theo giá bán ruộng (return on farm) thời điểm năm 2010 Phạm vi không gian ứng dụng mô hình toàn diện tích tự nhiên tỉnh Lâm Đồng, tỷ lệ đồ 1/100.000 Những đóng góp luận án (1) Tích hợp mô hình FESLM (FAO, 1993b) DPSIR (EEA, 1999) để xác định yếu tố quản lý sử dụng đất bền vững (SLM) nhằm khai thác mạnh hạn chế điểm yếu mô hình nội dung luận án, mô hình tích hợp hỗ trợ DM nhận biết mối quan hệ nhân - yếu tố nên dễ dàng việc định kiểm soát yếu tố nguyên nhân gây kết SLM (2) Luận án phân tích độ nhạy yếu tố bền vững giúp DM hiểu biết sâu sắc yếu tố, nhận thức tầm ảnh hưởng, tác động, vai trò yếu tố thật tập trung vào yếu tố có độ nhạy cao (mức độ tập trung thấp cho yếu tố có độ nhạy thấp hơn), điều tiết kiệm thời gian chi phí trình thu thập thông tin định (3) Nghiên cứu xây dựng mô hình GIS mờ (fuzzy GIS) đánh giá thích nghi đất đai phục vụ SLM Ưu điểm mô hình: (i) sử dụng phương pháp AHP mờ định nhóm (FAHP-GDM) để xác định trọng số yếu tố bền vững nên hạn chế tính chủ quan tranh thủ tri thức nhiều chuyên gia lónh vực; (ii) dùng phương pháp đánh giá mờ nên chắt lọc thông tin, hạn chế sai số mô hàm thích nghi cách liên tục (gần gũi với suy nghó người) nên hỗ trợ DM tốt việc lựa chọn đất đai cho phát triển LUT (4) So sánh, đánh giá mô hình tích hợp GIS với phương pháp khác đánh giá đất đai: (i) GIS phương pháp yếu tố hạn chế lớn (FAO, 1976); (ii) GIS phương pháp đánh giá đa tiêu chuẩn (sử dụng FAHP-GDM); (iii) fuzzy GIS theo luật Max (iv) fuzzy GIS theo Lukasiewicz Các mô hình ứng dụng cho đánh giá đất đai tập liệu mẫu (tỉnh Lâm Đồng), đánh giá điểm mạnh điểm yếu phương pháp (cả sở lý thuyết chất lượng kết đầu ra), từ lựa chọn phương pháp phù hợp ứng với trường hợp nghiên cứu cụ thể Trên sở đề xuất chọn phương pháp fuzzy GIS (với thuật toán hợp mờ Lukasiewicz) cho đánh giá thích nghi đất đai điều kiện (hạn chế sai số, chắt lọc thông tin, mở diện tích cấp thích nghi đảm bảo bền vững không điều chỉnh vùng không thích nghi sang thích nghi) (5) Xây dựng mô hình FMOLP xác định diện tích tối ưu phương án sử dụng đất nông nghiệp Mô hình FMOLP cài đặt theo LUS, biến định LUS, yêu cầu đầu tư kết sản xuất LUS khác nhau, kết đầu mô hình diện tích tối ưu LUS, tính thực tiễn cao mô hình có trước (các nghiên cứu trước không tiếp cận theo LUS mà tiếp cận theo LUT, xem đầu vào/đầu LUT sản xuất vùng đất có chất lượng khác nhau) Theo đó, chương trình máy tính (programme) phát triển môi trường LINGO 11.0 để giải toán FMOLP theo phương pháp tương tác thoả hiệp mờ (Sakawa, 2002) (6) Xây dựng mô hình CA bố trí không gian phương án sử dụng đất Đặc biệt, nghiên cứu xây dựng thuật toán bố trí không gian sử dụng đất phù hợp với điều kiện đặc thù Việt Nam (kế thừa hợp lý trạng sử dụng đất giải toán cạnh tranh loại đất vị trí), với yêu cầu phần mềm có giới không giải Đây đóng góp bật luận án (7) Phát triển phần mềm SALUP (Saptial Allocation of Land Use Planning) để giải toán bố trí không gian sử dụng đất đáp ứng yêu cầu đặc thù Việt Nam mà phần mềm có giới không giải SALUP tương tác trực tiếp với người định (nhà quản lý, nhà quy hoạch), quan điểm phát triển địa phương mong muốn quyền đối tượng sử dụng đất đưa vào mô hình thông qua thay đổi mức độ ưu tiên mục tiêu Do vậy, kết bố trí sử dụng đất phù hợp với điều kiện thực tiễn định hướng phát triển địa phương Với SALUP, DM có điều kiện xem xét đồng thời nhiều phương án khác cách trực quan (ngoài số liệu diện tích có đồ) nên địnhđlựa chọn phương án sử dụng đất khách quan SALUP công cụ thật hữu ích công tác lập quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu, luận án gồm có phần, chương Phần I (Tổng quan) có chương (chương 1: Tổng quan nghiên cứu, trang 10-51); Phần II (Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình) gồm hai chương (chương 2: Cơ sở lý thuyết, trang 52-78; chương 3: Mô hình tích h p GIS k thuật tối ưu đa mục tiêu mờ hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp, trang 79-103); Phần III (Ứng dụng thực tiễn) có chương (chương 4: Ứng dụng mô hình vào quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp tỉnh Lâm Đồng, trang 104153); Phần IV: Kết luận hướng phát triển (trang 154-157) Luận án có 34 bảng, 44 hình, 10 đồ A4, sử dụng 156 tài liệu tham khảo PHẦN I: TỔNG QUAN Chương 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan quy hoạch sử dụng đất (1) Các phương pháp quy hoạch sử dụng đất: Trong phương pháp quy hoạch sử dụng đất: (i) Trước FAO (1993): bố trí sử dụng đất dựa vào yếu tố đất nước (ii).Phương pháp quy hoạch sử dụng đất có tham gia (PLUP): dễ đối tượng sử dụng đất chấp nhận thường mâu thuẫn với sách Nhà nước, (iii).Các phương pháp quy hoạch sử dụng đất FAO: sở phương pháp (FAO, 1993a), bổ sung nội dung đánh giá đất đai bền vững (FAO, 1993b, 2007), lập phương án sử dụng đất bền vững (FAO, 1995) FAO/UNEP(1997) đưa phương pháp quy hoạch tổng hợp tích hợp cách tiếp cận từ lên từ xuống Cuối cùng, FAO/UNEP (1999a) phát triển quan điểm quy hoạch tổng hợp thành phương pháp quy hoạch tổng hợp cho quản lý bền vững tài nguyên đất đai (IPSMLR) Tóm lại: Phương pháp quy hoạch tổng hợp cho quản lý bền vững tài nguyên đất đai (FAO/UNEP, 1999a) tiếp cận từ xuống, từ lên tiếp cận đa mục tiêu (xem xét đồng thời yếu tố kinh tế, xã hội môi trường), phương pháp hầu hết quốc gia áp dụng lập quy hoạch sử dụng đất (2) Các phương pháp đánh giá đất đai (Land Evaluation): (i) Các phương pháp FAO(1976, 1983, 1984, 1985, 1989, 1990, 1992) chưa đặt vấn đề đánh giá đất đai bền vững FAO (1993b) cho đời “Khung đánh giá đất đai phục vụ cho quản lý sử dụng đất bền vững (FESLM)” FAO (2007) nhấn mạnh vai trò “đánh giá đất đai bền vững”, có nghóa mục tiêu đánh giá đất đai phục vụ cho quản lý sử dụng đất bền vững (SLM) (ii) Các phương pháp khác FAO như: phương pháp tham số (Sys et al, 1991; Dengiz, 2005), phương pháp phân tích đa tiêu chuẩn (Malczewski, 1999; Jiang and Eastman, 2000; Lê Cảnh Định, 2005 ) Các phương pháp lượng hoá mức độ ảnh hưởng yếu tố, tính toán giá trị thích nghi tích hợp với GIS để biểu diễn kết thích nghi + Đến nay, có nhiều nghiên cứu ứng dụng logic mờ đánh giá đất đai nhằm hạn chế sai số, chắt lọc thông tin biểu diễn kết đầu cách liên tục (Ranst et al., 1996; Nisar et al., 2000; Sicat et al., 2005), nghiên cứu sử dụng phép toán hợp mờ (fuzzy union) theo luật max Trong đó, phép hợp mờ có thuật toán thường sử dụng phép hợp theo luật max theo Lukasiewicz (Klir Yuan, 1995; Minh Phước, 2006) Do đó, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu phép hợp mờ theo Lukasiewicz đánh giá đất đai, so sánh với luật max, từ đề xuất lựa chọn phép hợp mờ (fuzzy union) phù hợp đánh giá đất đai + Bên cạnh đó, đánh giá đất đai cho SLM, yếu tố (indicators) tham gia vào đánh giá phải yếu tố bền vững (FAO, 1993b; 2007; N.T Siêm, 2000) Tuy nhiên, phương pháp lựa chọn yếu tố đưa vào đánh giá đất chưa quan tâm nghiên cứu mức Do đó, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu phương pháp luận lựa chọn yếu tố đánh giá đất đai phục vụ SLM (3) Các phương pháp xác định yếu tố bền vững SLM: Hiện có mô hình xác định yếu tố bền vững: FESLM (FAO, 1993b), PSR(OECD, 1994), DSR (UNCSD, 1997) DPSIR (EEA, 1999) - FESLM, điểm mạnh mô hình LUS bền vững thoả mãn đồng thời tính chất: hiệu quả, an toàn, bảo vệ, lâu bền xã hội chấp nhận; điều định hướng cho DM xác định yếu tố SLM Điểm yếu mô hình mối quan hệ nhân yếu tố - Các mô hình PSR, DSR DPSIR thể mối quan hệ nhân yếu tố, giúp DM nhận biết vai trò yếu tố định tốt hơn, mô hình DPSIR có ưu điểm bật - Mô hình DPSIR thể logic chặt chẽ yếu tố, tự không hướng cho DM tìm kiếm yếu tố thể tính bền vững SLM Trong FESLM LUS bền vững thoả mãn đồng thời tính chất nên hỗ trợ cho DM lựa chọn yếu tố phù hợp với lónh vực SLM Do vậy, cần thiết phải nghiên cứu tích hợp mô hình FESLM DPSIR để xác định yếu tố SLM 1.2 Tối ưu hoá quy hoạch sử dụng đất + Hiện có hai cách tiếp cận để giải toán tối ưu quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp: (i) Tiếp cận mục tiêu (bài toán LP: Linear Programming): thích hợp toán quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp liên quan đến nhiều mục tiêu mâu thuẫn nhau; (ii) Tiếp cận đa mục tiêu (GP, MOP) đa mục tiêu tuyến tính (LGP, MOLP): phù hợp giải toán tối ưu đa mục tiêu + Trong quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp, mô hình hoá toán tìm diện tích tối ưu phương án sử dụng đất, biến định thường cài đặt diện tích loại trồng, hàm mục tiêu hệ ràng buộc biểu diễn dạng tuyến tính, mô hình tối ưu tìm diện tích phương án sử dụng đất nông nghiệp thuộc lớp toán tối ưu tuyến tính (Chang et al., 1995; Weintraub et al, 2007) + Nhö vậy, mô hình LGP MOLP phù hợp việc giải toán tìm diện tích tối ưu QHSDĐNN Vấn đề chọn mô hình LGP hay MOLP? Việc lựa chọn sử dụng mô hình LGP MOLP phụ thuộc vào yêu cầu toán cần giải, tất mục tiêu (goal) xác định rõ ràng áp dụng mô hình LGP (Ehrgott et al., 2003), thể mục tiêu định hướng (objective) dùng mô hình MOLP (McCarl et al., 1997) Trong quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp, mục tiêu tổng giá trị sản xuất lớn nhất, lãi lớn nhất, … mục tiêu định hướng, xác định giá trị rõ ràng (lớn hay nhỏ bao nhiêu), nên chọn mô hình MOLP xác định diện tích phương án sử dụng đất tối ưu Hiện nay, có nhiều phương 12 + Tiêu chuẩn lựa chọn yếu tố (FAO/UNDP/UNEP/WB, 1997): Có tính thực tiễn, tính toán được, liên quan đến sách, tính đặc trưng, dễ thu thập thông tin Thiết lập thứ bậc yếu tố Ma trận so sánh cặp chuyên gia k: [aijk] No CRk ≤ 10% Yes Mờ hoá ma trận so ~ sánh cặp [a ijk ] Ma trận so sánh tổng ~ hợp nhóm mờ [ Aij ] Tính trọng số yếu tố (fuzzy AHP): [w] Hình 3.2: FAHP-GDM xác định trọng số yếu tố + Tính chất yếu tố: Các yếu tố có chức độc lập, không phụ thuộc lẫn hệ yếu tố khác (Dumanski Pieri, 2000) + Tính trọng số yếu tố (hình 3.2): dùng phương pháp AHP mờ định nhóm (FAHPGDM) Sau xác định yếu tố bền vững, thiết lập thứ bậc, xây dựng ma trận so sánh cặp chuyên gia với CR ≤ 10% Mờ hoá ma trận so sánh cặp chuyên gia, giá trị mờ (l, m, u) biến ngôn ngữ theo Srdjevic et al.(2008) Onut et al.(2010), số mờ nghịch đảo (1/u, 1/m, 1/l) Tổng hợp ma trận so sánh cặp theo Chang (2009) Jaskowski et al.(2010) Tính trọng số yếu tố theo phương pháp AHP mờ (Chang, 1992; 1996) 3.2 Mô hình quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững Trong nghiên cứu tập trung mô hình hoá nội dung chính: (i) Đánh giá thích nghi đất đai bền vững, kết đồ đề xuất sử dụng đất bền vững; (ii) Dựa đồ đề xuất sử dụng đất bền vững, kết hợp với định hướng phát triển kinh tế-xã hội, cài đặt mô hình FMOLP để xác định diện tích tối ưu phương án sử dụng đất; (iii) Trên sở diện tích phương án xác định, cài đặt mô hình CA (Cellular Automata) môi trường GIS để bố trí không gian sử dụng đất phương án 3.2.1 Mô hình GIS mờ đánh giá đất đai bền vững Mô hình GIS mờ đánh giá đất đai bền vững gồm công đoạn: (i) Xác định yếu tố bền vững theo mô hình lựa chọn yếu tố bền vững (hình 3.1), tính trọng số yếu tố theo phương pháp FAHP-GDM (hình 3.2), sở liệu GIS đất đai xây dựng sở yếu tố bền vững chọn (ii) Đánh giá thích nghi đất đai tự nhiên: Xác định khả thích nghi tự nhiên cho hệ thống sử dụng đất (LUS) (iii) Đánh giá tính bền vững: Chỉ có LUS thích nghi tự nhiên (S1, S2, S3) chọn để đánh giá tính bền vững Đánh giá thích nghi tự nhiên, thích nghi kinh tế, thích nghi bền vững tiến hành môi trường mờ, thứ tự bước sau: - Bước 1(Xác định độ thuộc): Chuẩn hoá mức độ thích nghi yếu tố LUT thông qua giá trị điểm Xi, từ tính độ thuộc Xi (ký hiệu: µ(x)) - Bước 2: Chồng xếp mờ (fuzzy Union) đồ đơn tính để xây dựng đồ đánh giá mờ (Sui, 1992 Kali, 2003) 13      µ11 ( x) µ12 ( x) µ13 ( x) µ14 ( x)      ~ ~ ~  i µ 21 ( x) µ 22 ( x) µ 23 ( x) µ 24 ( x)   o C i = B o C i S = (W o R) o C =  [W1 W2 KWn ] o            µ n1 ( x) µ n ( x) µ n3 ( x) µn ( x)      Trong đó: - W: trọng số tính chất đất đai; ~ ~ - S ma trận thích nghi, B : ma trận đánh giá mờ; - R : ma trận quan hệ mờ; µij(x) độ thuộc tính chất i cấp thích nghi j ~ (i=1,2, n; j=1,…,4); x điểm thể mức độ thích nghi LC với LUT ~ - Trong ma trận R , số hàng số LC, số cột số lớp thích nghi (cột đến cột tương ứng với S1 đến S3; cột tương ứng với không thích nghi) - Ký hiệu ° : toán tử mờ (fuzzy operator), phép hợp mờ có thuật toán thường sử dụng phép hợp theo luật max theo Lukasiewicz (Minh Phước, 2006) - Ci ma trận thể giá trị luận lý (được [C1]/không[C0]) yếu tố hạn chế sản xuất nông nghiệp Ví dụ: Vùng đất có độ dốc < 250 sản xuất nông nghiệp (C1); vùng có độ dốc >250 không sản xuất nông nghiệp (C0), yếu tố khác (đất, tầng dày,…) phù hợp C1, C0 xác định sau: 0 0 1 Bước 3: Giải mờ (defuzzification) để xác định 1 0 0   khả thích nghi đất đai Giải mờ dựa vào 0 0    ; C = 0 0 1 C = 0 0 1 nguyên tắc độ thuộc lớn nhaát (Sui, 1992; Ergin, 0      0 0 0 2004) để xác định cấp thích nghi     3.2.2 Mô hình FMOLP xác định diện tích tối ưu phương án Kết đánh giá khả thích nghi đất đai minh hoạ bảng 3.2 Trong đó: Sij thể mức thích nghi, Sij thường có giá trị thuộc mức: thích nghi (S1), thích nghi trung bình (S2), thích nghi (S3) không thích nghi (N) Bảng 3.2: Mô tả khả thích nghi đất đai loại hình sử dụng đất LMU-ID LUT1 LUT2 … LUTn LMU1 S11; [Val11]; [X11] S12; [Val12]; [X12] … S1n; [Val1n]; [X1n] … LMUm Diện tích (demand) Sm1; [Valm1]; [Xm1] [SLUT1] Sm2; [Valm2]; [Xm2] [SLUT2] … … Diện tích (supply) [S1] … Smn; [Valmn]; [Xmn] [Sm] [SLUTn] Ghi chuù: Sij khả thích nghi; [Valij]: giá trị đầu vào/đầu LUSij; [Xij] diện tích LUSij Mỗi LUS có chi phí đầu tư (phân bón, thuốc trừ sâu, công lao động, nước tưới,…) hiệu sản xuất (tổng giá trị sản xuất, lãi, thu nhập, B/C, …) khác Khó khăn 14 gặp phải trình bố trí sử dụng đất bố trí LUS với diện tích để đáp ứng mục tiêu đặt Cài đặt toán theo LUS điểm khác biệt (trong cài đặt mô hình toán) nghiên cứu với nghiên cứu trước * Mô hình toán FMOLP cài đặt theo bước sau: (i) Xác định hàm mục tiêu (objective functions): Mục tiêu tổng quát: Nâng cao hiệu kinh tế – xã hội hạn chế đến mức thấp tác động đến môi trường m n Hàm mục tiêu: max(min)Z1 = ∑∑Valij × X ij Valij giá trị đầu vào/đầu j =1 i =1 1ha LUTj LMUi, Xij diện tích cần tìm LUTj LMUi Tùy từ vùng nghiên cứu mà có mục tiêu cụ thể về: kinh tế, xã hội, mội trường (ii) Hệ ràng buộc (subject to): Ràng buộc tài nguyên (supply), ràng buộc yêu cầu sản xuất (demand), ràng buộc khả đáp ứng lao động,… (iii) Giải toán đa mục tiêu: Bài toán giải phương pháp tương tác thoả thoả hiệp mờ (Sakawa, 2002), thuật giải hình 2.10 Kết xác định diện tích tối ưu phương án sử dụng đất 3.2.3 Mô hình CA bố trí không gian sử dụng đất Mô hình CA bố trí không gian sử dụng đất phương án thỏa mãn điều kiện không gian phát triển diện tích tối ưu LUT xác định bỡi mô hình FMOLP (a) Cấu trúc mô hình CA (Cellular Automata) gồm thành phần (i) Mạng tế bào (cell space): Tất loại đồ dạng raster GIS, mạng tế bào chiều (CA-2D); (ii) Trạng thái tế bào (cell state): Xác định loại hình sử dụng đất khả thích nghi đất đai; (iii) Thời điểm (time step): Trước sau bố trí sử dụng đất, trạng thái cell cập nhật sau thời điểm Ví dụ: Thời điểm trước (hiện trạng) cà phê, thời điểm sau (quy hoạch) đất rừng; (iv) Tế bào lân cận (neighborhood cell): Mỗi tế bào có tế bào lân cận (Moore); (v) Luật vận hành (transition rules): Quyết định tiến hóa tế bào, nên kết (bản đồ quy hoạch) phụ thuộc vào luật vận hành Luật vận hành xác định thông qua thuật toán bố trí không gian sử dụng đất (b) Thuật toán bố trí không gian sử dụng đất: + Chương trình gồm thủ tục (procedure) chính: (i) Thủ tục bố trí vùng chuyên canh có chức xác định vùng trồng thông qua cell hạt giống (seed cell) điều chỉnh không gian sử dụng đất phương án, (ii) Thủ tục bố trí sử dụng đất có chức bố trí loại hình sử dụng đất (LUT) thỏa mãn điều kiện diện tích tối ưu, thích nghi, yêu cầu phát triển + Thủ tục bố trí sử dụng đất gồm pha (phase), Pha 1: Giữ trạng LUT(j) vùng thích nghi Si (ưu tiên mức thích nghi S1>S2>S3), chưa đạt diện tích mục tiêu (Area(j)Target) tiếp tục mở rộng (tiếp tục thực phase 2, 3); Pha 2: Ưu tiên mở rộng vùng liền kề LUT(j) vùng thích nghi Si; Pha 3: Mở rộng vùng không liền kề vùng thích nghi Si (ưu tiên bố trí vùng có diện tích từ lớn đến nhỏ) 3.3 Mô hình tích hợp Kiến trúc mô hình tích h p hình 3.11 (trang sau) 15 Xác định yếu tố bền vững SLM CSDL GIS đất đai Mô hình tích hợp FESLM DPSIR Tính chất tự nhiên BĐ đánh giá mờ (fuzzy evaluation) Chuyên gia Lựa chọn loại hình sử dụng đất (LUT) Xác định hàm thuộc µij(x) fuzzy Union Xác định LUR (Đất, nước, …) Xác định trọng số LC (w) Giải mờ Kết thích nghi đất đai tự nhiên No Đánh giá bền vững Bản đồ thích nghi tự nhiên Kết thúc Yes Đánh giá ảnh hưởng LUS xã hội: xác định µij(x), ma trận quan hệ R Trọng số (W) yếu tố kinh tế, xã hội, môi trường Đánh giá ảnh hưởng hiệu kinh tế LUS: xác định µij(x), ma trận quan hệ R Kết đề xuất sử dụng đất bền vững (1) W°R Giải mờ Đánh giá ảnh hưởng LUS môi trường: xác định µij(x), ma trận quan hệ R Xác định PA.SDĐ No Yes Mô hình CA (3) Hiện trạng sử dụng đất Yes Đề xuất SDĐ Phân vùng S.xuất Tính diện tích tối ưu PA.SDĐ (FMOLP) (2) Bố trí K.gian No Định hướng SDĐ Bản đồ phương án sử dụng đất nông nghiệp Định hướng phát triển kinh tế-xã hội Kết thúc Hình 3.11: Kiến trúc mô hình tích hợp GIS FMOLP hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp (kết nghiên cứu luận án) (Kết nghiên cứu luận án) + Liên kết mô hình con: Các mô hình liên kết với hình 3.10: 16 Input Data: + Các yếu tố bền vững + TN đất đai + Sử dụng đất (LUTs) + Đầu tư + Lao động + Đ Hướng phát triển,… Mô hình 1: Mô hình 2: Mô hình 3: fuzzy GIS đánh giá đất đai bền vững FMOLP xác định diện tích PA.SDĐ tối ưu Bố trí không gian PA.SDĐ Sản phẩm: Sản phẩm: Bản đồ đề xuất SD đất Diện tích PA.SDĐ (phần mềm SALUP) Output Data: Bản đồ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp Hình 3.10: Tiến trình hoạt động liên kết mô hình (kết nghiên cứu luận án) (2) Phát triển phần mềm bố trí không gian sử dụng đất (SALUP): Vì sản phẩm (phần mềm, công cụ,…) có không thoả mãn yêu cầu toán bố trí không gian sử dụng đất nông nghiệp nước ta (như phân tích trên), nên nghiên cứu phát triển phần mềm SALUP (Spatial Allocation of Land Use Planning) để giải toán bố trí không gian phương án sử dụng đất (hình 3.13) Thêm đồ: trạng, thích nghi, định hướng sử dụng đất, phân vùng phát triển,… Hình 3.13: Giao diện phần mềm SALUP (Kết nghiên cứu luận án) SALUP khung chương trình (không chứa liệu), tích hợp tri thức quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp, tuỳ vào điều kiện cụ thể tỉnh mà thêm tài liệu đồ, sở liệu, khai báo yêu cầu phương án, chạy chương trình tự động bố trí không gian sử dụng đất phương án (tự động vẽ đồ quy hoạch) SALUP cung cấp thông tin không gian thông tin mô tả, hỗ trợ người định cách trực quan lựa chọn phương án sử dụng đất PHẦN III: ỨNG DỤNG THỰC TIỄN Chương 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH VÀO QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP TỈNH LÂM ĐỒNG Trong chương xây dựng mô hình lý thuyết “Tích hợp GIS kỹ thuật tối ưu hoá đa mục tiêu mờ để hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp”, chương ứng dụng thực nghiệm mô hình với tập liệu mẫu tỉnh Lâm Đồng đánh giá kết 4.1 Cơ sở liệu phục vụ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp Ngoài tài liệu kinh tế-xã hội, sở liệu phục vụ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững - tỉnh Lâm Đồng bao gồm: (i) Các yếu tố bền vững quản lý sử 17 dụng đất nông nghiệp địa bàn tỉnh Lâm Đồng, (ii) Hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp tỉnh Lâm Đồng, (iii) Tài nguyên đất đai tỉnh Lâm Đồng (1) Lựa chọn yếu tố bền vững địa bàn tỉnh Lâm Đồng: Ứng dụng mô hình xác định yếu tố bền vững SLM (hình 3.1): Đầu tiên, dựa sở tri thức yếu tố bền vững (tổng hợp từ phần nghiên cứu tổng quan, kết có 41 yếu tố); Tiếp theo, so sánh yếu tố với tiêu chuẩn lựa chọn (FAO/UNDP/UNSP/WB, 1997) tính chất yếu tố (Dumanski, Pieri, 2000); Cuối cùng, lựa chọn 20 yếu tố SLM địa bàn tỉnh Lâm Đồng (hình 4.2) [W] Tổng giá trị sản xuất, W11 = 0,441 Lãi thuần, W12 = 0,367 0,180 0,094 Giải việc làm, W21=0,235 0,045 Văn hóa địa phương, tập quán sản xuất, W22=0,070 0,013 Phù hợp với sách, W23= 0,359 0,068 Hỗ trợ kỹ thuật (phát huy kỹ N.dân),W24=0,137 0,026 Phù hợp với khả vốn đ.t s.xuất, W25=0,199 Xã hội W2=0,191 0,216 Giá trị sản xuất/Chi phí sản xuất, W13 = 0,192 Kinh tế W1=0,491 0,038 Lượng mưa, W311=0,111 Thời gian mưa, W312=0,111 0,018 Tầng dày, W315=0,111 0,018 Độ sâu kết von, W316=0,111 0,018 0,018 0,018 Ngập lũ, W319=0,111 Môi trường W32=0,5 Độ dốc, W314=0,111 Điều kiện tưới, W318=0,111 TNTN Môi trường W3=0,319 0,018 Độ cao, W317=0,111 Tài nguyên thiên nhiên W31=0,5 0,018 Chất lượng đất, W313=0,111 Mục tiêu: SLM 0,018 0,018 Lượng thuốc trừ sâu phân bón đưa vào đất, W321=0,355 Nâng cao đa dạng sinh học, W322=0,143 Độ che phủ, W323 = 0,502 0,057 0,023 0,080 Hình 4.2: Cấu trúc thứ bậc trọng số yếu tố (2) Tính trọng số yếu tố: Tính trọng số yếu tố theo phương pháp FAHP-GDM (hình 3.2), kết trọng số yếu tố thể hình 4.2 18 (3) Phân tích độ nhạy yếu tố: Phân tích độ nhạy 20 yếu tố xác định theo phương pháp E Triantaphyllou (2000) Kết sau: • Trong yếu tố cấp 1, độ nhạy xếp từ cao đến thấp: kinh tế > tài nguyên thiên nhiên môi trường > xã hội • Trong nhóm kinh tế, độ nhạy xếp từ cao đến thấp: Tổng giá trị sản xuất > Lãi > B/C • Trong nhóm xã hội, độ nhạy xếp từ cao đến thấp: Giải việc làm > Phù hợp với khả vốn đối tượng sản xuất > Phù hợp với sách > Hỗ trợ kỹ thuật (phát huy kỹ nông dân) > Văn hoá địa phương (tập quán, văn hoá, ) • Trong nhóm Tài nguyên thiên nhiên Môi trường: - Trong nhóm Tài nguyên thiên nhiên: yếu tố có độ nhạy - Trong nhóm môi trường: Độ che phủ > Lượng thuốc trừ sâu phân bón đưa vào đất > Nâng cao đa dạng sinh học (4) Lựa chọn LUT cho đánh giá đất đai: LUT có triển vọng chọn để đánh giá thích nghi đề xuất sử dụng đất cho tương lai: LUT1 (2 vụ lúa), LUT2 (1 vụ lúa), LUT3 (Chuyên màu), LUT4 (Rau – hoa), LUT5 (Cà phê), LUT6 (Chè), LUT7 (Điều) (5) Tài nguyên đất đai: Bản đồ tài nguyên đất đai (Land Mapping Unit –LMU) thực phương pháp chồng xếp lớp thông tin chuyên đề hệ GIS: loại đất (ký hiệu So, chia thành nhóm); độ dày tầng đất hữu hiệu (De, cấp), độ sâu xuất tầng kết von (La, cấp), độ cao (To, cấp), độ dốc (Sl, cấp), ngập lũ (Fl, cấp), điều kiện tưới (Ir, cấp), lượng mưa (Ra, cấp), thời gian mưa (Ti, cấp), kết đồ đơn vị đất đai có 104 đơn vị đất đai 4.2 Đánh giá thích nghi đất đai cho quản lý sử dụng đất bền vững (1) Đánh giá thích nghi tự nhiên: So sánh kết đánh giá thích nghi đất đai theo phương pháp tập liệu mẫu tỉnh Lâm Đồng: (i) GIS phương pháp yếu tố hạn chế lớn (FAO, 1976); (ii) GIS MCE (sử dụng FAHP-GDM); (iii) fuzzy GIS theo luật Max (iv) fuzzy GIS theo Lukasiewicz; từ đưa kết luận: điều kiện khan tài nguyên đất đai nay, việc đánh giá thích nghi đất đai để tìm kiếm mở rộng diện tích đất cho phát triển trồng ứng dụng phương pháp mờ Lukasiewicz hợp lý (2) Đánh giá Thích nghi kinh tế: Đánh giá thích nghi kinh tế tiến hành cho LUS thích nghi tự nhiên (S1, S2, S3), kết thông tin hỗ trợ người định lựa chọn loại bỏ (không đề xuất sử dụng tương lai) LUS hiệu mặt kinh tế (m c dù thích nghi tự nhiên loại hình lúa vụ) (3) Đánh giá đất phục vụ quản lý sử dụng đất bền vững: Tương tự đánh giá thích nghi tự nhiên kinh tế, thực phép hợp mờ Lukasiewicz yếu tố để đánh giá thích nghi Xã hội Môi trường, kết đánh giá thích nghi bền vững (hình 4.10) Qua cho thấy: Nếu đánh giá thích nghi tự nhiên lúa vụ chọn sử dụng tương lai, đánh giá đất đai tự nhiên kinh tế điều bị loại (vì thích nghi kinh tế trung bình) Vậy, Trong đánh giá thích nghi đất đai phục vụ cho quản lý sử 19 dụng đất bền vững cần phải xem xét đồng thời khía cạnh tự nhiên, kinh tế, xã hội môi trường có nghóa đánh giá đất đai bền vững 1.000 900 Diệ n tích (1000ha) 800 700 600 500 400 300 200 100 TN KT BV LUT1 TN KT BV TN LUT2 KT BV TN LUT3 KT BV TN LUT4 S1 S2 KT BV TN LUT5 S3 KT BV LUT6 TN KT BV LUT7 N Hình 4.10: So sánh thích nghi tự nhiên (TN), kinh tế (KT), bền vững (BV) 4.3 Quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững (1) Xác định ranh giới, diện tích đất sản xuất nông nghiệp: Chồng xếp đồ định hướng sử dụng đất đồ thích nghi bền vững kết đồ đề xuất sử dụng đất bền vững có thuộc tính sau (bảng 4.26): Bảng 4.26: Đề xuất sử dụng đất bền vững Vùng Đơn vị LUT1 LUT2 LUT3 thích đất đai LMU Lúa Lúa Màu nghi vụ vụ S3 N S1 LUT4 LUT5 LUT6 LUT7 D.tích Phân định Chè Điều T.nhiên N.Nghiệp (ha) (ha) Rau Cà -hoa Phê S1 S1 N N 13.467 8.273 S3 N S1 N S1 N N 3.037 2.000 S3 N S3 S1 S1 N N 3.469 2.126 2, S3 N S3 N N N N 35.714 24.321 N N S1 N N S1 S1 6.942 2.845 N N S3 S1 S1 S1 N 260.126 136.427 6, 14, 22, 31, 48, 15, 16, 17, 18, 20, 23, 24, 25, 26, 27, 33, 34, 42, 43, 44, 56, 57, 58, 64, 65, 74, 87, 88, 92 21, 30, 47, 73, 9, 10, 11, 28, 32, 36, 37, 38, 50, 51, 52, 71, 84, 98 N N S3 N S1 S1 S1 45.321 13.268 12, 39, 40, 53, 85 N N N N S1 S1 S1 30.068 7.686 8, 35, 45, 59, 60, 66, 75, 82, 89, 93, 99, 101 N N N N S1 S1 N 71.842 23.190 10 69 N N N N N S1 N 11.409 290 11 13, 29, 41, 54, 55, 72, 79, 81, 86 N N N N N N S1 103.699 10.809 20 Vùng Đơn vị LUT1 LUT2 LUT3 LUT4 LUT5 LUT6 LUT7 D.tích Phân định thích đất đai LMU Lúa Lúa Màu Rau Cà Chè Điều T.nhiên N.Nghiệp vụ vụ -hoa Phê (ha) (ha) N N N N nghi 46, 49, 61, 62, 63, 67, 68, 70, 76, 77, 78, 80, 83, 90, 91, 94, 95, 96, 97, 100, 102, 103, 104 12 N N N 362.506 Sông suối, ao-hồ,… 29.754 Diện tích tự nhiên 977.354 45.581 276.816 Nguồn: Kết tính toán từ sở liệu luận án; S1: thích nghi, S2: thích nghi trung bình, S3 thích nghi, N: khôngđề xuất sử dụng cho nông nghiệp 4.3.1 Xây dựng, lựa chọn phương án sử dụng đất tối ưu Quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp phải tập trung nâng cao hiệu kinh tế, giải việc làm cho lao động nông nghiệp hạn chế đến mức thấp tác động xấu sản xuất nông nghiệp đến môi trường Cụ thể, phương án sử dụng đất nông nghiệp thoả mãn đồng thời mục tiêu: Tối đa tổng giá trị sản xuất (Z1), tối đa nhu cầu lao động (Z2), tối đa độ che phủ (Z3) nhằm giảm đến mức thấp tượng rửa trôi xói mòn đất Dựa vào yêu cầu trên, toán FMOLP cài đặt sau: (1) Hàm mục tiêu: Trên sở đề xuất sử dụng đất bền vững (bảng 4.26), tiến hành bố trí LUT nông nghiệp Gọi Xij diện tích LUTj (j=1,…,7) LMUi (i =1,…,104), Xij ≥ 0, Xij∈Z, Gọi GMij lãi thuần/1ha sản xuất LUTj LMUi, Gọi LBij nhu cầu công lao động/1ha cho sản xuất LUTj LMUi, Gọi CVij hệ số che phủ sản xuất LUTj LMUi (i) Các hàm mục tiêu cài đặt sau: - Mục tiêu tối đa lãi (Z1): 104 ∑∑ GM ij X ij → max i =1 j =1 - Mục tiêu tối đa nhu cầu lao động (Z2): 104 ∑∑ LB X ij ij → max i =1 j =1 - Mục tiêu tối đa độ che phủ (Z3): 104 ∑∑ CV X ij ij → max i =1 j = (ii) Các hệ ràng buộc: +Ràng buộc tài nguyên: Tổng diện tích vùng thích nghi: ∑X ij ≤ Si , i = 1, , 104 , j =1 đó: Si diện tích phân định cho sản xuất nông nghiệp LMUi (i=1,…, 104) + Ràng buộc tài nguyên nước (ràng buộc tổng thể lượng nước): 104 ∑∑ IR X ij ij ≤ WR ; với: WR =SW+GW; i =1 j =1 Trong đó, IRij nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất 1ha LUTj LMUi; WR tổng lượng nước; SW: lượng nước mặt; GW: lượng nước ngầm Trên địa bàn Lâm Đồng, ràng buộc tổng thể lượng nước không ảnh hưởng đến lời giải toán Tuy nhiên, lượng nước phân bố không lưu vực, nghiên cứu mức độ chi tiết hơn, cần phải tính toán cân đối lượng nước theo lưu vực 21 + Ràng buộc yêu cầu phát triển: Trên sở định hướng phát triển loại trồng địa bàn tỉnh Lâm Đồng đến năm 2020, ràng buộc phát triển loại trồng 104 sau: Diện tích đất vụ lúa (LUT1): 8.000 ≤ ∑ X ij ≤ 12.000, j = ; Diện tích lúa vụ i =1 (LUT2): 104 ∑X ij = 0, j = (trong quy hoạch bỏ lúa vụ); Diện tích màu (LUT3): i =1 30.000 ≤ ∑ X ij ≤ 40.000, j = ; Diện tích rau- hoa (LUT4): 10.000 ≤ ∑ X ij ≤ 20.000, j = ; Diện 104 104 i =1 tích cà i =1 phê (LUT5): 110.000 ≤ ∑ X ij ≤ 150.000, j = ; 104 Diện tích chè (LUT6): i =1 25.000 ≤ ∑ X ij ≤ 32.000, j = ; Diện 104 tích điều (LUT7): 10.000 ≤ ∑ X ij ≤ 15.000, j = 104 i =1 i =1 + Ràng buộc lao động nông nghiệp: Theo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội tỉnh Lâm Đồng đến năm 2020, lao động ngành trồng trọt khoảng 230.000 lao động, số ngày làm việc năm lao động nông nghiệp 260 ngày/năm Tổng lao động 104 nông nghiệp: ∑∑ LBij X ij / 260 ≤ 230.000 (*) i =1 j =1 (iii) Giải toán FMOLP bố trí sử dụng đất nông nghiệp với thuật giải tương tác thoả hiệp mờ, hình 2.10 (Sakawa, 2002): + Giải toán quy hoạch tuyến tính cho mục tiêu xác định hàm mục tiêu tổng hợp: U = w1 × Z1 − 9.550.924.473 Z − 44.965.719 Z − 117.255 + w2 × + w3 × → max (**) 6.537.986.144 14.517.316 15.257 Trong đó: w1, w2, w3, trọng số mục tiêu Z1, Z2, Z3 + Giải toán (**): Ứng với trọng số có phương án sử dụng đất tối ưu, vậy, có nhiều trọng số thoả điều kiện (w1 + w2 + w3 =1 vaø w1, w2, w3 > ), có nghóa có nhiều phương án sử dụng đất tối ưu Việc giải tìm tất nghiệm tối ưu nhiều thời gian tìm hết (Sakawa, 2002) Do đó, phương pháp tương tác với DM thể hiệu cao, giải toán với vài trọng số tìm phương án thoả mãn yêu cầu DM Hình 4.11: SALUP tương tác với DM Luận án phát triển chương trình máy tính môi trường LINGO 11.0 nhúng vào phần mềm SALUP để hỗ trợ DM giải toán FMOLP Phần mềm cung cấp chế mềm dẻo, tương tác với DM thông qua cửa sổ nhập liệu (hình 4.11), từ DM thay đổi mức độ ưu tiên mục tiêu (thay đổi trọng số), phần mềm giải tìm diện tích tối ưu phương án sử dụng đất tương ứng * Sau lời giải điển hình cho trường hợp tỉnh Lâm Đồng: Quan điểm phát triển: Kinh tế ưu tiên phát triển sở đáp ứng lợi ích toàn xã hội hạn chế đến mức thấp tác hại đến môi trường Như vậy, bố trí sử dụng đất nông nghiệp có kịch (scenarios) xếp theo thứ tự ưu tiên sau: 22 - Kịch I: Kinh tế (Z1) ≥ Xã hội (Z2) ≥ Môi trường (Z3) ⇔ w1 ≥ w2 ≥ w3, - Kịch II: Kinh tế (Z1) ≥ Môi trường (Z3) ≥ Xã hội (Z2) ⇔ w1 ≥ w3 ≥ w2, Điều kiện: w1 + w2 + w3 =1 w1, w2, w3 > + Với điều kiện vậy, toán FMOLP giải với 14 trọng số (bước nhảy trọng số λ =0,1) tương ứng với 14 phương án Trong đó, phương án (PA.7) với trọng số [0,8; 0,1; 0,1] có giá trị hàm mục tiêu tổng hợp cao (U7 =0,909), nên chọn PA.7 làm phương án thực 4.3.2 Bố trí không gian sử dụng đất Cơ sở liệu trạng sử dụng đất, thích nghi đất đai, đồ hành chánh, đồ định hướng sử dụng đất đưa vào (import) phần mềm SALUP 1000 + Khai báo thông số phần mềm SALUP: (i) Định hướng không gian phát triển loại trồng, (ii) Diện tích phương án tối ưu (đầu mô hình FMOLP) đầu vào phầm mềm SALUP SALUP tự động vẽ đồ quy hoạch (hình 4.13) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 LUT1: LUT2: LUT3: luù a lúa Màu Rau-hoa Cà phê Hiện trạ ng Hình 4.13: Kết bố trí không gian sử dụng đất nông nghiệp phương án chọn (PA.7) LUT4: LUT5: PA_SALUP LUT6: LUT7: Chè Điều PA_Tỉnh Đồ thị so sánh diện tích PA sử dụng đất Tỉnh với kết mô hình 4.3.3 Đánh giá kết mô hình So sánh kết bố trí sử dụng đất nông nghiệp luận án (PA_SALUP) với phương án sử dụng đất nông nghiệp quy hoạch phát triển nông nghiệp-nông thôn tỉnh Lâm Đồng đến năm 2020 (PA_tỉnh) + Về phương pháp: Cả hai nghiên cứu tiếp cận theo phương pháp FAO/UNEP (1999a) Trong đó: (i) Nội dung đánh giá đất đai: Quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp tỉnh đánh giá thích nghi đất đai tự nhiên (FAO, 1976) có xem xét mặt kinh tế thực môi trường rõ Trong nghiên cứu luận án sử dụng phương pháp đánh giá đất đai bền vững FAO (1993b, 2007), thực môi trường mờ (ii) Nội dung bố trí sử dụng đất: Luận án sử dụng mô hình toán tối ưu mô hình bố trí không gian; Phương án (PA) tỉnh bố trí sở thích nghi đất đai 23 + Về phương án sử dụng đất nông nghiệp: Cả hai nghiên cứu chuyển toàn diện tích lúa vụ sang trồng màu, rau-hoa, diện tích đất màu tương đương Diện tích đất lúa PA tỉnh cao số địa phương đề xuất giữ lại diện tích sản xuất lúa vụ (kể số nằm lâm phần), mô hình luận án không xem xét phần diện tích phân định cho sản xuất nông nghiệp Diện tích chè cà phê hai nghiên cứu Cây điều có tính bền vững cao nên chọn trồng Huyện phía nam thay cho màu cà phê + Tóm lại: So với PA Tỉnh, PA.7 (kết mô hình) có mục tiêu tốt (giá trị sản xuất, nhu cầu lao động độ che phủ cao hơn) nên có tính bền vững cao PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN Mục tiêu luận án xây dựng mô hình xử lý cung cấp thông tin hỗ trợ lập quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp cấp tỉnh Luận án nghiên cứu xây dựng mô hình lý thuyết (chương 3), mô phương pháp quy hoạch tổng hợp phục vụ cho quản lý bền vững tài nguyên đất đai (FAO/UNEP, 1999a) với nội dung đánh giá thích nghi đất đai theo FAO(2007) Mô hình tích hợp gồm mô hình thực theo trình tự sau: (1) Mô hình xác định yếu tố bền vững quản lý sử dụng đất, (2) Mô hình GIS mờ (fuzzy GIS) đánh giá thích nghi đất đai bền vững, (3) Mô hình tối ưu đa mục tiêu tuyến tính mờ (FMOLP) xác định diện tích phương án sử dụng đất tối ưu, (4) Mô hình CA bố trí không gian phương án sử dụng đất Tích hợp mô hình với để giải toàn diện toán quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp + Những đóng góp luận án mô tả cụ thể mục 4, trang (bc tóm tắt) + Về ý nghóa khoa học: (i).Nghiên cứu, hệ thống hoá phương pháp quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp, đánh giá mức độ phù hợp phương pháp đề xuất lựa chọn phương pháp nghiên cứu thích hợp quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững (ii).Nghiên cứu sở khoa học quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững, mô hình hoá vấn đề trọng tâm, xây dựng mô hình lựa chọn công nghệ phù hợp giải nội dung toán quy hoạch sử dụng đất, góp phần hoàn thiện phương pháp quy hoạch theo hướng đại Trong đó, nghiên cứu tích hợp công nghệ khác (Fuzzy GIS, CA, FMOLP) giải toán quy hoạch sử dụng đất Như vậy, luận án nghiên cứu giải toán quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp m t cách toàn diện không lý thuyết mà công nghệ + Về ý nghóa thực tiễn: Mô hình tích hợp (kết nghiên cứu luận án) cung cấp thông tin nhanh chóng, xác, nâng cao chất lượng suất lao động công tác quy hoạch sử dụng đất Mô hình hỗ trợ người định xây dựng sách sử dụng đất nông lâm nghiệp, chuyển đổi cấu trồng, xây dựng quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất cấp tỉnh Trong tương lai nhân rộng mô hình 24 cho tỉnh khác nước Kết nghiên cứu địa bàn tỉnh Lâm Đồng (gồm tài liệu, số liệu, đồ) sở liệu hữu ích cho công tác quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp công tác quản lý đất đai địa bàn tỉnh Lâm Đồng HƯỚNG PHÁT TRIỂN Từ kết đạt luận án, số vấn đề cần nghiên cứu phát triển sau: + Vấn đề thứ nhất: Nghiên cứu nâng cấp mô hình tích hợp (đã xây dựng luận án) thành hệ hỗ trợ định không gian (SDSS) phục vụ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp − SDSS gồm thành phần (Malczewski J., 1999): Hệ thống máy tính, quản lý liệu, quản lý mô hình, quản lý sở tri thức, hệ thống giao tiếp với người sử dụng Trong đó, quản lý mô hình sở liệu thành phần quan trọng hệ thống luận án nghiên cứu xây dựng Bên cạnh đó, hệ thống giao tiếp với người sử dụng thiết kế phần mềm SALUP, hỗ trợ tích cực cho nhà chuyên môn chưa đạt đến thân thiết cho tất người dùng mà họ am hiểu quy hoạch − Trên sở kết đạt luận án, tương lai cần nghiên cứu phát triển thêm: (i) liên kết thành phần với thành hệ thống hoàn chỉnh, (ii) phát triển hệ thống giao diện thân thiện tiện lợi hơn, cho người sử dụng am hiểu chuyên môn điều hành chương trình, (iii) xây dựng thêm hệ tri thức gắn vào hệ thống để giải toán phi cấu trúc bán cấu trúc phức tạp, (iv) nhằm tranh thủ ý kiến tất đối tượng sử dụng đất trình định, tương lai cần thiết kế SDSS chạy mạng máy tính, theo gắn module tính trọng số mờ định nhóm (FAHP-GDM) vào hệ thống + Vấn đề thứ hai: Tiếp tục đại hoá mô hình (sub-model) Nghiên cứu thiết kế mạng thần kinh nhân tạo tích hợp với logic mờ (Fuzzy Neural Network -FNN) giải mô hình Mặt khác, giải toán FMOLP với phương pháp đại khác thường ứng dụng công nghệ thông tin: thuật toán di truyền (Genetic Algorithm -GA), luyện kim (Simulation Annealing - SA), mạng thần kinh nhân tạo (ANN), FNN, - H t - 25 CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN (Trong thời gian thực luận án) I Tạp chí: [1] Lê Cảnh Định “Ứng dụng Logic mờ GIS đánh giá đất đai”, Tạp chí Khoa học đất, số 31, trang 135-139, 2009 [2] Lê Cảnh Định “Tích hợp ALES GIS đánh giá tiềm đất đai, đề xuất sử dụng đất nông nghiệp hợp lý - huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng”, Tạp chí Nông nghiệp Phát triển Nông thôn-Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn, số 3, trang 57-62, 2009 [3] Lê Cảnh Định “Ứng dụng mạng Nơron GIS đánh giá đất đai huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng”, Tạp chí Khoa học đất, số 30, trang 100-105, 2008 [4] Lê Cảnh Định “Tích hợp phần mềm ALES GIS đánh giá thích nghi đất đai huyện Cẩm M -tỉnh Đồng Nai”, Tạp chí khoa học kỹ thuật Nông Lâm nghiệp, ĐH Nông Lâm-TpHCM, số 1&2, trang 206-213, 2007 II Sách: [5] Lê Cảnh Định “Ứng dụng GIS Đánh giá đất đai Quy hoạch sử dụng đất”, sách Hệ thống thông tin địa lý nâng cao, Nguyễn Kim Lợi (chủ biên), NXB Nông nghiệp - Tp.HCM, 2009, trang 68-174 III Hội nghị khoa học: [6] Lê Cảnh Định, Cao Duy Trường, Trần Trọng Đức “Mô hình tích hợp Callular Automata GIS mô không gian phương án quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp”, kỷ yếu hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc 2010, Đại học Nông Lâm TpHCM, 5-6/11/2010, trang 33-40 [7] Lê Cảnh Định, Trần Trọng Đức “Hệ hỗ trợ định không gian quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp”, tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học đo đạc đồ Việt Nam nghiệp xây dựng bảo vệ tổ quốc, kỷ niệm 50 năm thành lập ngành đo đạc đồ Việt Nam, Hà Nội, 12/2009, trang 272-284 [8] Le Canh Dinh, Tran Trong Duc “The Integration of GIS and Fuzzy MultiObjective Linear Programming (FMOLP)- An Interactive Decision Making Tool in Sustainable Use of Agricultural Land”, presented at the 7th FIG Regional Conference, Spatial Data Serving People: Land Governance and the Environment - Building the Capacity, Hanoi, Vietnam, 19-22 Oct 2009 [9] Le Canh Dinh “Fuzzy multi-objective optimization model and GIS for agricultural land use planning, case study of Tan Thanh village-Duc Trong Dist.Lam Dong province”, presented at the GISpro conference, Ho Chi Minh City, Vietnam, 21-23 Oct 2008 [10] Nguyễn Tấn Trung, Lê Cảnh Định “Ứng dụng AHP GIS đánh giá tài nguyên đất đai”, báo cáo Hội thảo khoa học quốc tế GISpro, Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam, 21-23/10/2008 26 IV Các đề tài, dự án liên quan đến luận án: Số TT Tên đề tài, dự án Quy hoạch Nông nghiệp Phát triển Nông thôn tỉnh Lâm Đồng đến năm 2020 Quy hoạch sử đất đến năm 2020, kế hoạch sử dụng đất năm 2011-2015, tỉnh Lâm Đồng Quy hoạch Nông nghiệp Phát triển Nông thôn tỉnh Kiên Giang đến năm 2020 Quy hoạch phát triển trồng đến 2020, TX Long Khánh –tỉnh Đồng Nai Điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến 2010, kế hoạch sử dụng đất 2006-2010 cho 95 đơn vị cấp xã – tỉnh Lâm Đồng Điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến 2010, kế hoạch sử dụng đất 2006-2010 cho huyện Cát Tiên, Đức Trọng, Lạc Dương, Bảo Lâm - tỉnh Lâm Đồng Điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến 2010 cho Tp Đà Lạt huyện: Đơn Dương, Lâm Hà, Bảo Lộc, Đạ Huoai, Đạ Tẻh - tỉnh Lâm Đồng Điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất đến 2010, kế hoạch sử dụng đất 2006-2010, tỉnh Lâm Đồng Thời gian Cơ quan đặt hàng Bắt đầu Nghiệm thu Sở Nông nghiệp PTNT tỉnh 8/2009 Lâm Đồng 9/2010 Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh 12/2009 Lâm Đồng 12/2010 Sở Nông nghiệp PTNT tỉnh 11/2009 Kiên Giang 9/2010 UBND thị Long Khánh 09/2008 3/2009 Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh 01/2007 Lâm Đồng 3/2008 Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh 06/2006 Lâm Đồng 06/2007 Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh 06/2006 Lâm Đồng 06/2007 Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh 01/2006 Lâm Đồng 12/2006 xã Chủ trì tham gia Chủ Tham trì gia ... ỨNG DỤNG MÔ HÌNH VÀO QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP TỈNH LÂM ĐỒNG Trong chương xây dựng mô hình lý thuyết ? ?Tích hợp GIS kỹ thuật tối ưu hoá đa mục tiêu mờ để hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất nông. .. tích h p GIS k thuật tối ưu đa mục tiêu mờ hỗ trợ quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp, trang 79-103); Phần III (Ứng dụng thực tiễn) có chương (chương 4: Ứng dụng mô hình vào quy hoạch sử dụng đất. .. Quy hoạch sử dụng đất nông nghiệp bền vững 2.2 Toán học công nghệ ứng dụng nghiên cứu 10 Chương 3: MÔ HÌNH TÍCH HP GIS VÀ KỸ THUẬT TỐI ƯU ĐA MỤC TIÊU MỜ HỖ TR QUY HOẠCH SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG