BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

MAI VĂN SỸ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÀNH PHỐ ẢO

PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUY HOẠCH ĐÔ THỊ

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2019

Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Bản đồ, Khoa Trắc địa - Bản đồ

và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS. Nguyễn Trường Xuân

Phản biện 1: PGS.TS Trần Đình Trí

Phản biện 2: TS Nguyễn Phi Sơn

Phản biện 3: PGS.TS Phạm Việt Hòa

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp

tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi….. giờ ngày … tháng ….năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội

hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Như chúng ta đã biết quy hoạch đô thị là tổ chức và xây dựng không gian đô thị

phục vụ các kế hoạch và chương trình phát triển đô thị của các cấp các ngành. Quy

hoạch đô thị được gọi là Quy hoạch xây dựng đô thị. Quy hoạch xây dựng đô thị là một

ngành khoa học kỹ thuật, xã hội, nhân văn, là nghệ thuật về tổ chức không gian sống

cho các đô thị và các khu vực đô thị. Các không gian đô thị, công trình hạ tầng kỹ

thuật, công trình hạ tầng xã hội đô thị cần được quy hoạch phù hợp với phát triển tổng

thể kinh tế - xã hội- môi trường, an ninh - quốc phòng. Việc quy hoạch và quản lý đô thị

đòi hỏi phải giải quyết tổng thể các yêu cầu về thiết kế, quy hoạch cấu trúc không gian,

môi trường sinh thái, kinh tế và xã hội. Tất cả đều cần một môi trường đa chiều, cụ thể

là môi trường không gian 3D thực hay không gian 4D (để xem xét sự thay đổi theo thời

gian). Việc thực hiện quy hoạch đô thị, thiết kế đô thị trong môi trường 3D là một bước

tiến nhảy vọt về công nghệ thay thế cho phương pháp quy hoạch đô thị truyền thống

GIS 2D, nó có ý nghĩa to lớn đối với các nhà quản lý và thiết kế đô thị trong giai đoạn

hiện nay.

Việc nghiên cứu và ứng dụng mô hình bản đồ 3D biểu diễn bề mặt đất mới chỉ

dừng ở việc mô phỏng địa hình, địa vật, dựng hình và gán các thuộc tính đơn giản mà

chưa xây dựng và quản lý cơ sở dữ liệu (CSDL) các đối tượng đô thị theo mô hình 3D,

chưa có khung chuẩn thống nhất cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính của đối tượng

3D ... những vấn đề này sẽ làm cho việc nghiên cứu ứng dụng mô hình 3D trong công

tác quy hoạch đô thị ở nước ta chưa tương ứng với ý nghĩa của nó và chưa đáp ứng được

nhu cầu của thực tế. Chính vì vậy, việc xây dựng mô hình thành phố ảo 3D dựa trên một

CSDL 3D thống nhất về nội dung, cấu trúc sẽ đảm bảo cho công tác quy hoạch và quản

lý đô thị tiến thêm một bước mới trong trên con đường xây dựng thành phố thông minh

(SmartCity) và ở đó mô hình thành phố ảo 3D được thiết lập như một phần của cơ sở hạ

tầng dữ liệu không gian địa lý (SDI).

Trên thế giới, việc ứng dụng các mô hình thành phố ảo 3D trong công tác quy

hoạch, thiết kếvà quản lý đô thị, quản lý lãnh thổ đã và đang được nghiên cứu và đã trở

thành một phương pháp hiện đại.

Ở Việt Nam, một số nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu áp dụng kỹ thuật bản

2

đồ số, GIS và công nghệ tin học…để xây dựng các mô hình 3D phục vụ cho một vài

lĩnh vực.Tuy nhiên do khối lượng công việc lớn, nhiều vấn đề kỹ thuật còn vướng mắc

và chuẩn dữ liệu 3D chưa được thống nhất nên đến nay việc triển khai xây dựng các mô

hình thành phố ảo 3D vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu. Đặc biệt là việc nghiên

cứu một cách có hệ thống và đưa ra cơ sở khoa học và quy trình xây dựng các mô hình

thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị cần được triển khai.

Vì vậy, việc nghiên cứu cơ sở khoa học cũng như ứng dụng và phát triển các kỹ

thuật, các công cụ và các phương pháp phù hợp để xây dựng mô hình thành phố ảo 3D

phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị của đề tài luận án là cần thiết, mang tính

khoa học và có tính thực tiễn cao.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Xác lập cơ sở khoa học vàquy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ

cho công tác quy hoạch và quản lý đô thị, minh chứng qua thực nghiệm tại Khu đô thị

công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng.

3. Đối tượng nghiên cứu

Theo mục tiêu nghiên cứu của đề tài, đối tượng nghiên cứu là Mô hình thành phố

ảo 3D.

4. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân tích tổng hợp: Thu thập và nghiên cứu các đề tài đã nghiên

cứu trong và ngoài nước, trên Internet, sách, báo, tạp chí có liên quan đến mô hình 3D,

quy hoạch đô thị. Từ đó đánh giá, phân tích, phân loại tài liệu theo nguồn gốc, chủng

loại, thời gian, tác giả, ngôn ngữ…thành các loại tài liệu chính, tài liệu tham khảo, tài

liệu pháp lý, kế thừa có chọn lọc các kết quả đã nghiên cứu.

Phương pháp mô hình hóa: Mô hình bản đồ, mô hình ảnh, mô hình cấu trúc đối

với dữ liệu số, biểu thị bản đồ số, biểu thị mô hình 3D tĩnh, động.….

Phương pháp GIS: phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu và phân tích không gian địa

lý.

Phương pháp tin học: Phục vụ phát triển các Modul ứng dụng.

Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm tại Khu đô thị công nghiệp

Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng để chứng minh các kết quả nghiên cứu của luận án.

Phương pháp chuyên gia: Thông qua hội thảo, góp ý, xin ý kiến các chuyên gia,

các nhà khoa học trong lĩnh vực quy hoạch đô thị, trong lĩnh vực trắc địa bản đồ, lĩnh

3

vực công nghệ thông tin.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

- Luận án đã nghiên cứu và tổng hợp có hệ thống về cơ sở khoa học xây dựng mô

hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị. Do đó, kết quả

nghiên cứu của luận án sẽ góp phần làm sáng tỏ cơ sở khoa học công nghệ thành phố ảo

3D và có ý nghĩa trong việc tạo tiền đề cho việc xây dựng và phát triển mô hình dữ liệu

thành phố thông minh SmartCity.

Ý nghĩa thực tiễn:

- Mô hình thành phố ảo 3D được xây dựng là các thông tin có giá trị cho cho

các nhà quy hoạch và quản lý dự án khu công nghiệp Kiến Thụy thành phố Hải Phòng.

- Phương pháp và quy trình đã được nghiên cứu có thể phát triển áp dụng trong

công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta.

6. Những điểm mới của đề tài

- Đề xuất được CSDL thành phố ảo 3D bao gồm nội dung, cấu trúc dữ liệu, cấp

độ chi tiết để áp dụng trong xây dựng quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta.

- Đề xuất được quy trình công nghệ phù hợp trong xây dựng và khai thác mô hình

thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị.

7. Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Cơ sở dữ liệu thành phố ảo 3D hoàn toàn đáp ứng cho trình diễn

phối cảnh, cung cấp thông tin không gian sáng tạo, trực quan, đảm bảo cho phân tích và

hỗ trợ ra quyết định trong quy hoạch và quản lý đô thị.

Luận điểm 2: Quy trình công nghệ được đề xuất phù hợp với yêu cầu xây dựng

thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị.

8. Cơ sở tài liệu của luận án

Luận án xây dựng trên cơ sở: Tổng hợp có hệ thống về cơ sở khoa học xây dựng

mô hình thành phố áo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị và tạo tiền đề

cho việc xây dựng và phát triển mô hình dữ liệu thành phố thông minh SmartCity; các

bài báo và các công trình nghiên cứu khoa học của tác giả trong nước và nước ngoài

đăng trên các tạp chí chuyên ngành.

9. Khối lượng và cấu trúc của luận án

Luận án gồm phần mở đầu, 3 chương, kết luận, kiến nghị và danh mục tài liệu

4

tham khảo. Toàn bộ nội dung luận án trình bày trong 133 trang khổ giấy A4, trong đó

có 6 bảng biểu, 70 hình vẽ.

5

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta

1.1.1. Tổng quan về quy hoạch không gian, quy hoạch đô thị

Nhu cầu phát triển kinh tế trong bối cảnh cạnh tranh và xung đột không gian khai

thác, sử dụng ở Việt Nam ngày càng gia tăng. Vì vậy, việc áp dụng quy hoạch không

gian đã trở thành nhu cầu thực tiễn cấp bách trong quản lý nhà nước tổng hợp và thống

nhất đối với Việt Nam trong thời gian tới [1].

Có thể nói, quy hoạch không gian và quản lý tổng hợp theo không gian đang còn

là những vấn đề mới mẻ đối với không chỉ các nhà quản lý và hoạch định chính sách,

mà còn đối với ngay cả các nhà khoa học và quy hoạch ở Việt Nam.

Có một số mức quy hoạch như sau [2]:

- Quy hoạch chung

- Quy hoạch phân khu

- Quy hoạch chi tiết

1.1.2. Yêu cầu của quy hoạch đô thị

1.1.2.1. Nội dung của quy hoạch đô thị

Nội dung đồ án quy hoạch đô thị bao gồm việc xác định chỉ tiêu về dân số, hạ

tầng xã hội, hạ tầng kỹ thuật và yêu cầu tổ chức không gian, kiến trúc cho toàn khu vực

quy hoạch; bố trí công trình hạ tầng xã hội phù hợp với nhu cầu sử dụng; chỉ tiêu sử

dụng đất và yêu cầu về kiến trúc công trình đối với từng lô đất; bố trí mạng lưới các

công trình hạ tầng kỹ thuật đến ranh giới lô đất [2]. Trong nội dung thiết kế đô thị của

đồ án quy hoạch đô thị bao gồm việc xác định các công trình điểm nhấn trong khu vực

quy hoạch theo các hướng tầm nhìn, tầng cao xây dựng công trình cho từng lô đất và

cho toàn khu vực; khoảng lùi của công trình trên từng đường phố và ngã phố; xác định

hình khối, màu sắc, hình thức kiến trúc chủ đạo của các công trình kiến trúc; hệ thống

cây xanh, mặt nước, quảng trường. Chất lượng, phương pháp và biểu thị không gian đô

thị trên mô hình bản đồ có ý nghĩa to lớn trong nội dung của đồ án quy hoạch đô thị.

Đây là vấn đề có tính kỹ thuật cao với sự kết hợp giữa các nhà quy hoạch và các nhà

bản đồ, nhằm cung cấp cho cấp có thẩm quyền trong xét duyệt phương án và đồng thời

cho cho các cơ quan, tổ chức, cá nhân trong thực thi phương án quy hoạch một cách

6

hiệu quả nhất.

1.1.2.2. Chức năng của một số loại bản đồ trong đồ án quy hoạch

Bản đồ địa hình phục vụ lập đồ án quy hoạch đô thị do cơ quan quản lý nhà nước

về bản đồ cấp hoặc do cơ quan chuyên môn khảo sát, đo đạc lập, bảo đảm yêu cầu về

chất lượng và kỹ thuật theo quy định về sản phẩm đo đạc bản đồ. Các thông tin, dữ liệu

của bản đồ địa hình phải đáp ứng yêu cầu phục vụ việc lập quy hoạch đô thị phù hợp

với từng loại đồ án quy hoạch đô thị. Trường hợp bản đồ địa hình không phù hợp với

hiện trạng tại thời điểm lập quy hoạch thì thực hiện khảo sát đo đạc chỉnh lý, bổ sung.

1.1.3. Thực trạng công tác lập đồ án quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta

Từ những vấn đề đặt ra và yêu cầu của thực tiễn quy hoạch đô thị, xu hướng ứng

dụng công nghệ 3D về mô hình hóa không gian đã được đặt ra không những đối với

nhiều ngành mà đối với lĩnh vực quy hoạch xây dựng đô thị lại có một tầm quan trọng

đặc biệt.

Trước đây, công tác thiết kế, quy hoạch và quản lý đô thị thường được thực hiện

trên cơ sở các bản đồ 2D và hơn nữa là GIS 2D. Các loại bản đồ này không thể hiện

được không gian 3 chiều của các khu đô thị và rất khó hiểu nếu chúng ta không phải là

những nhà chuyên môn. Với sự phát triển của công nghệ thông tin và các công nghệ đồ

họa có liên quan, công nghệ 3D tiên tiến thông qua việc sử dụng mô hình thành phố ảo

3D đã khắc phục được các nhược điểm của công nghệ 2D. Mô hình thành phố ảo 3D

cho phép các nhà quy hoạch và công chúng hiểu được các không gian đô thị phức tạp

và thấu hiểu được tác động của những phát triển trong tương lai. Mô hình 3D như vậy

không chỉ giúp các nhà quy hoạch đô thị thực hiện phân tích nâng cao, lập kế hoạch và

ra quyết định, mà còn giúp củng cố tính minh bạch trong quy hoạch bằng cách phổ biến

hiệu quả thông tin quy hoạch với cộng đồng. Hiện nay, công nghệ 3D nói chung, mô

hình thành phố ảo 3D nói riêng đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong công tác

thiết kế, quy hoạch và quản lý đô thị ở các nước phát triển và bước đầu ở nước ta. Điều

này một lần nữa khẳng định tính cấp thiết của đề tài luận án.

1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ứng dụng mô hình 3D trong công

tác quy hoạch và quản lý đô thị trên thế giới

Hiện nay, trên thế giới, mô hình 3D ứng dụng trong công tác quy hoạch và quản

lý đô thị đã được quan tâm nghiên cứu ở nhiều nước như Úc, Nhật, Đức, Anh, Trung

Quốc, Đài Loan,… [84], [69], [58], [43], [59]. Ngay từ thời kỳ đầu của lịch sử phát triển

7

bản đồ học, các nhà bản đồ đã tìm ra nhiều phương pháp mô hình hóa bề mặt trái đất lên

mặt phẳng bản đồ. Với các mô hình 3D các nhà bản đồ học đã mô hình hóa bề mặt lãnh

thổ một cách trực quan, sinh động giúp cho quá trình nhận thức về lãnh thổ nhanh hơn,

trực quan hơn. Các mô hình 3D đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:

thủy văn, giao thông, quy hoạch, quân sự,… [43], [44], [68]. Đặc biệt, ý tưởng ứng dụng

công nghệ 3D là trong công tác quy hoạch đã được Saarinen đưa ra từ nửa đầu thế kỷ

20 [40]. Tuy nhiên, chỉ đến khi công nghệ tin học phát triển thì việc hiện thực hóa ý

tưởng của Saarinen mới có thể thực hiện được [36], [83].

1.3. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt Nam, trong vài năm trở lại đây, 3D GIS và bản đồ ba chiều cũng đã được

quan tâm nghiên cứu. Có thể liệt kê ra đây một số nghiên cứu tiêu biểu như: công trình

“biểu diễn bản đồ ba chiều và ứng dụng” [16]. Công trình tập trung nghiên cứu các

phương pháp biểu diễn bản đồ ba chiều, qua đó đã chỉ ra rằng mô hình mạng các tam

giác không đều (TIN) phù hợp để biểu diễn bản đồ ba chiều. Nghiên cứu này đã tập

trung vào các khái niệm cơ bản, cơ sở toán học của bản đồ địa hình ba chiều, trên cơ sở

đó đề xuất thử nghiệm phương pháp xây dựng, biểu diễn bản đồ địa hình ba chiều dựa

trên công nghệ ArcGIS của hãng ESRI (Mỹ). Năm 2008, tại Hà Nội, Bộ Xây dựng đã

tổ chức hội thảo “Hội thảo ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong phát triển đô

thị”, trong đó nhấn mạnh đến vai trò quan trọng và khả năng ứng dụng của 3D GIS đối

với việc hỗ trợ quy hoạch và kiến trúc cho thành phố cũng như các vấn đề về giao thông.

Hiện nay, ở nước ta cũng đã ứng dụng nhiều công nghệ mới trong thể thu thập dữ liệu

không gian ba chiều như bay quét địa hình sử dụng công nghệ lazer (LiDAR), đo vẽ lập

thể, radar trực giao, …Những dữ liệu này là đầu vào rất tốt cho việc mô hình hóa bản

đồ ba chiều, nhưng hiện tại các dữ liệu này mới được lưu trữ dưới dạng file văn bản

(text) tập các tọa độ xyz, mô hình lưới đều (grid)…Ngành tài nguyên và môi trường

đang cần các nghiên cứu cụ thể ứng dụng cho các đối tượng dữ liệu quan trắc được để

xây dựng và quản lý các loại bản đồ ba chiều.

1.4. Hướng nghiên cứu của đề tài luận án

Qua nghiên cứu và tìm hiểu quá trình phát triển của công nghệ và các công trình

nghiên cứu ở trên thế giới và ở nước ta, chúng tôi nhận thấy rằng: Một số nước phát

triển trên thế giới đã bước đầu nghiên cứu và ứng dụng thành công các mô hình thành

phố ảo 3D trong quy hoạch và quản lý đô thị. Nội dung nghiên cứu của họ tập trung vào

8

ba vấn đề là: kỹ thuật xây dựng mô hình thành phố ảo 3D, phát triển công cụ (phần cứng

và phần mềm) và xây dựng hệ thống thông tin dựa trên mô hình thành phố ảo và liên kết

với mô hình chính phủ điện tử.

Do đó, với mong muốn góp phần cho việc sớm ứng dụng mô hình thành phố ảo

3D trong công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta, nghiên cứu sinh đã định hướng

nghiên cứu như sau: Trên cơ sở tham khảo và kế thừa một số thành quả nghiên cứu trên

thế giới và một số kết quả nghiên cứu bước đầu ở nước ta, sẽ nghiên cứu có hệ thống về

cơ sở khoa học của công nghệ, trong đó đề xuất danh mục nội dung, cấu trúc, cấp độ chi

tiết của mô hình thành phố ảo 3D, đề xuất quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D,

và nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm xây dựng mô hình 3D quy hoạch khu vực Khu đô

thị công nghiệp Kiến Thụy với diện tích khoảng 912,83ha thuộc Thành phố Hải Phòng

để kiểm chứng.

Kết luận chương 1

Cho đến nay, quan điểm về quy hoạch và quản lý đô thị đã thay đổi đáng

kể. Mặc dù trong quá trình hoạch định và quản lý đô thị trong thời gian qua chỉ là

một vài tổ chức và chuyên gia làm việc trong các lĩnh vực riêng của mình, nhưng

việc lập kế hoạch và quản lý hiện nay ngày càng được quan tâm bởi sự tham gia

và hợp tác giữa các nhóm các đơn vị liên quan khác nhau và bởi sự hội nhập chặt

chẽ hơn trong các lĩnh vực chuyên môn.

Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu đặc biệt, chưa triển khai xây

dựng mô hình thành phố ảo 3D dựa trên CSDL 3D phục vụ cho công tác định

hướng quy hoạch không gian, các khái niệm về mô hình thành phố ảo ở dạng mô

phỏng không gian mới được một số tác giả tiếp cận ở một số công trình nghiên

cứu, việc xây dựng mô hình thành phố ảo 3D dựa trên CSDL 3D như một hướng

tiếp cận từ 2D GIS lên 3D GIS gần như rất ít nghiên cứu ở Việt Nam.

Trên cơ sở tham khảo và kế thừa một số thành quả nghiên cứu trên thế giới

và một số kết quả nghiên cứu bước đầu ở nước ta, sẽ nghiên cứu có hệ thống về

cơ sở khoa học của công nghệ, trong đó đề xuất danh mục nội dung, cấu trúc, cấp

độ chi tiết của mô hình thành phố ảo 3D, đề xuất quy trình xây dựng mô hình

thành phố ảo 3D.

9

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG THÀNH PHỐ ẢO 3D

PHỤC VỤ QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ ĐÔ THỊ

2.1. Thành phố ảo 3D

Khái niệm về thành phố ảo 3D

Mô hình thành phố ảo 3D (3D geovirtual viết tắt là GeoVEs) được hiểu là sự biểu

diễn kỹ thuật số của các thành phố thực, có thể nhìn thành phố ở bất kỳ điểm nào và

khám phá tương tác bởi người dùng trên máy tính dựa trên dữ liệu không gian địa lý.

Định nghĩa này nhấn mạnh vào ba khía cạnh quan trọng:

1. Mô hình thành phố ảo 3D cung cấp một phương tiện truyền thông tương tác,

một không gian ảo, cho phép người dùng khám phá mô hình hóa môi trường đô thị thực

sự thu nhỏ.

2. Mô hình thành phố ảo 3D bao gồm ba thành phần cơ bản: Dữ liệu không gian

địa lý, các hệ thống trực quan biến đổi dữ liệu thành các mô hình 3D tương tác, phần

mềm và phần cứng máy tính.

3. Mô hình thành phố ảo 3D là không gian địa lý, tức là vị trí thực của bất kỳ đối

tượng nào được mô tả trong mô hình dữ liệu và được hiển thị là đối tượng 3D.

2.2. Nội dung dữ liệu không gian của mô hình thành phố 3D

2.2.1. Nhóm dữ liệu nền địa lý 3D

* Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model - DEM)

* Mô hình số địa hình (Digital Terrain Model – DTM)

* Mô hình số bề mặt (Digital Surrface Model - DSM)

* Dữ liệu nền cơ sở địa lý từ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn

* Tư liệu không ảnh

* Dữ liệu ảnh mặt đất

2.2.2. Nhóm dữ liệu địa vật trong không gian đô thị

2.2.2.1. Các nhóm đối tượng địa vật

Các đối tượng nằm ngay trên bề mặt địa hình dạng đường như sông, suối, đường

giao thông, dạng điểm như các điểm khống chế có thể được mô tả bằng các dữ liệu 2D

hoặc 3D. Đối với dữ liệu 3D chúng có thể được thể hiện độc lập và chính xác vị trí của

mình trong môi trường không gian ba chiều, không phụ thuộc vào dữ liệu bề mặt địa

hình làm nền cho chúng.

10

Trên các bản đồ 3D, chi tiết của các khu đô thị, nhà và các khối nhà là nhóm đối

tượng được quan tâm rất nhiều về cách thể hiện. Nhóm đối tượng này khá đa dạng về

cấu trúc hình học. Chúng có thể được thể hiện chi tiết bằng các mô hình 3D thực mà

mỗi nút đều mang giá trị X, Y, H hoặc được khái quát hoá ở các mức độ khác nhau phụ

thuộc vào mức độ chi tiết được thể hiện.

2.2.2.2. Xây dựng các đối tượng nhà cửa, công trình xây dựng trên nền địa hình 3D.

Trên bản đồ địa hình 3D, nhà có thể được thể hiện bằng các polygon đường viền

chân nhà gắn thuộc tính độ cao nhà, độ chịu lửa. Độ cao này được thu thập từ kết quả

của dữ liệu Lidar phản hồi cuối cùng (last-echo) như đã nêu ở trên. Đầu tiên, lớp polygon

nhà được phủ lên mặt DTM bằng công cụ Baseheight.

2.2.2.3. Thể hiện các đối tượng khác trên bản đồ

- Thuỷ hệ và các đối tượng liên quan

- Giao thông và các đối tượng liên quan

- Các đối tượng kinh tế, văn hoá xã hội

- Đường dây điện và đường dây thông tin

- Dáng đất, chất đất

- Thực vật:

- Ghi chú:

2.2.3. Tích hợp từ các nguồn dữ liệu khác

2.2.3.1. Tích hợp dữ liệu các vùng cần được bảo vệ

Dữ liệu về các khu bảo tồn thiên nhiên hoặc các khu bảo vệ khác được lưu trữ

dưới dạng dữ liệu vectơ địa lý. Các bảng thuộc tính chứa thông tin về trạng thái bảo vệ,

tên của vùng được bảo vệ, ngày chỉ định, cơ sở pháp lý cho việc chỉ định …. Hình 2.2

mô tả ba phương pháp được sử dụng để biểu diễn trực quan dữ liệu trên các khu vực

được bảo vệ trong mô hình thành phố ảo 3D.

2.2.3.2. Tích hợp các vùng nước

Dữ liệu sử dụng đất từ bản đồ địa chính số đã được sử dụng để lựa chọn các vùng

nước và tích hợp chúng thành CityGML WaterObjects vào mô hình thành phố ảo 3D.

Do đó, các tính năng được chọn đã được chuyển đổi và ghi vào tệp CityGML.

2.2.3.3. Tích hợp các kế hoạch từ quy hoạch đô thị

Một số quy trình lập kế hoạch đã diễn ra và vẫn đang tiếp tục trong khu vực chúng

ta nghiên cứu. Cho đến nay, ba loại kế hoạch khác nhau đã được kiểm tra: kế hoạch tổng

11

thể, kế hoạch phát triển và kế hoạch xây dựng.

2.2.3.4. Tích hợp các quy hoạch tổng thể

Các vấn đề chính trong quy trình lập kế hoạch là các khái niệm chiều cao và mật

độ xây dựng của các đề xuất quy hoạch. quy hoạch tổng thể và các phiên bản quy hoạch

đã được tích hợp liên tục vào Hệ thống thông tin đất đai 3D để cung cấp các mô phỏng

trực quan trong quá trình lập quy hoạch.

Hình 2.2: Phương pháp tích hợp

cho dữ liệu dạng vector

Hình 2.3: Phương pháp Extrusion-based modeling

được sử dụng để biểu diễn các sơ đồ tổng thểthông qua

các mô hình khối và các cấu tạo bề mặt địa hình

Hình 2.4: Phương pháp tiếp cận mô hình 3Dđể

tạo ra các biểu diễn quy hoạch nhưlà mô hình 3D

Hình 2.5: Minh họa phương pháp mô hình hóa

dựa trên CityGML

2.2.3.5. Tích hợp các sơ đồ quy hoạch

Loại quy hoạch thứ hai được kiểm tra là các sơ đồ quy hoạch. Các sơ đồ quy

hoạch là các văn bản quy hoạch ràng buộc về mặt pháp lý, trong đó xác định việc sử

dụng đất trong tương lai cũng như mật độ xây dựng và các đối tượng xây dựng.

2.2.3.6. Tích hợp đồ án xây dựng

Cần thiết phải chỉnh sửa dữ liệu topo và tạo một tập dữ liệu tính năng của các

khối tòa nhà. Chúng được chuẩn bị bằng cách thêm các thuộc tính giữ thông tin chiều

cao và xuất sang SketchUp. Các sơ đồ mặt bằng và bản vẽ mặt chính, phải được chuẩn

bị để xin phép xây dựng sẽ được sử dụng làm phương án cho mô hình 3D.

2.2.3.7. Tích hợp thêm thông tin thông qua các thuộc tính, các tác động và chú

giải

Các phương pháp được trình bày cho đến nay tập trung vào việc tích hợp các biểu

12

diễn trực quan của geodata và các quy hoạch vào mô hình thành phố 3D. Trong nhiều

trường hợp, các biểu diễn trực quan này có thể được coi là giao diện cho thông tin không

gian hơn.

2.3. Nghiên cứu đề xuất cơ sở dữ liệu thành phố ảo 3D

CSDL cho mô hình 3D phức tạp hơn nhiều đối với CSDL 2D, đây là vấn đề mới

ở Việt Nam, chưa có tiêu chuẩn hay quy định nào của nhà nước ban hành, việc xây dựng

mô hình thành phố ảo 3D phải dựa trên một khung tiêu chuẩn về CSDL 3D có cấu trúc

là bắt buộc

2.3.1. Khung tham chiếu không gian của dữ liệu

Theo quy định hiện hành về các sản phẩm đo đạc bản đồ trên lãnh thổ Việt Nam

phải thống nhất sử dụng hệ tọa độ VN2000 cho các bản đồ: địa hình, địa chính, quy

hoạch, hiện trạng…

2.3.2. Cấu trúc đồ họa đối tượng 3D

Một đối tượng bất kỳ được xây dựng dựa trên: điểm, đường thẳng, mặt phẳng và

cuối cùng là dùng các phép dựng hình 3D để tạo nên vật thể. Sau khi có một mô hình

3D thì công việc tiếp theo là gán hình ảnh bề mặt, tô màu, bóng, pattern, trong đó hình

mảnh bề mặt liên quan đến cấp độ chi tiết của hình ảnh (LoD).

2.3.3. Cấp độ chi tiết trong mô hình thành phố ảo 3D

Quá trình xây dựng bản đồ 3D có thể chia thành hai bước chính cũng tương tự

như khi làm sa bàn, đầu tiên phải tạo khung, sau đó mới phủ lên trên các lớp màu và gắn

thêm các đối tượng khác.

2.3.4. Đề xuất cấp độ chi tiết trong mô hình thành phố ảo 3D

Như vậy, trên cơ sở các phân tích trên đây, có thể thấy rằng trong thực tế khái

niệm LoD được sử dụng để thể hiện độ mịn bề mặt của đối tượng 3D. Tuy nhiên, LoD

chỉ là một trong những khía cạnh cần xem xét khi có được mô hình thành phố ảo 3D, vì

từ quan điểm hình học, có tồn tại nhiều biến thể của các mô hình trong mỗi LoD.

Như vậy sẽ có 3 cấp độ LoD1, LoD2, LoD3 sẽ được sử dụng trong mô phỏng

không gian đô thị là phù hợp nhất, đảm bảo cho các chức năng cũng như phục vụ hiệu

quả cho các bài toán phân tích không gian ảo.

13

Hình 2.12: Các cấp độ chi tiết (LoD) trong mô hình thành phố ảo 3D

2.3.5. Đề xuất nội dung và cấu trúc dữ liệu

2.3.5.1. Phân tích các thành phần nội dung của CSDL thành phố ảo 3D

Trong dữ liệu vector 2D có 3 loại đối tượng chính: điểm, đường, vùng còn đối

với dữ liệu vector 3D có 5 loại: điểm, đường, vùng, mặt, khối. tất cả các đối tượng này

được gắn liền với bề mặt DEM. Cấu trúc của mô hình không gian 3D bao gồm nền

DEM, dữ liệu đồ họa của các đối tượng địa lý, dữ liệu thuộc tính gắn với dữ liệu đồ họa

của đối tượng và tất cả được hiển thị trong môi trường 3D theo nguyên tắc bản đồ.

Bảng 2.1: Quy định về độ chính xác về độ cao đối tượng 3D

LOD0 LOD1 LOD2 LOD3 LOD4

Cấp độ chi tiết Địa

phương,

Toàn cảnh

Thành phố,

vùng

Thành phố,

quận, dự án

Quận, mô hình

kiến trúc (mặt

ngoài), điểm mốc

Mô hình kiến

trúc (bên trong),

điểm mốc

Độ chính xác Thấp nhất Thấp Trung bình Cao Rất cao

Độ chính xác

điểm (vị trí/ độ

cao)

Thấp hơn

LOD1

5/5m 2/2m 0.5/0.5m 0.2/0.2m

Mức độ tổng

quát hóa

Tổng quát

hóa tối đa

Các đối tượng

> 6*6m/3m

được tổng quát

hóa thành các

khối đối tượng

Các đối tượng

> 4*4m/2m

được tổng quát

hóa thành các

đối tượng

Các đối tượng >

2*2m/1m giữ

nguyên

Các đối tượng có

kiến trúc và mở

rộng được tái

biểu diễn lại.

Nhà Không Không Có Những đối tượng

có kiến trúc bên

ngoài đặc trưng

Đối tượng thực

Cấu trúc mái

nhà/Biểu diễn

Có Mặt phẳng Các kiểu cấu

trúc mái nhà

Đối tượng thực Đối tượng thực

Độ nhô cao của

mái

Có Không Có, nếu biết Có Có

14

Kiến trúc thành

phố

Không Đối tượng

chính

Nguyên mẫu,

Đối tượng tổng

quát hóa

Đối tượng thực Đối tượng thực

Thực vật dạng

khối

Không Đối tượng

chính

Nguyên mẫu,

cao hơn 6m

Nguyên mẫu, cao

hơn 2m

Nguyên mẫu,

Đối tượng thực

Phủ thực vật Không >50*50m >5*5m <LOD2 <LOD2

2.3.5.2. Đề xuất danh mục nội dung và cấu trúc của dữ liệu

Luận án đề xuất nội dung và cấu trúc của CSDL thành phố ảo 3D như sau:

Hình 2.13: Lược đồ cấu trúc của mô hình CSDL thành phố ảo 3D

2.4. Đề xuất quy trình xây dựng thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản

lý đô thị

2.4.1. Quy trình tổng quát

Có ba yếu tố thiết kế và xây dựng chính trong quy trình xây dựng mô hình thành

phố ảo 3D. Trước hết, cần phải thiết lập và xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý với tính năng

của bộ dữ liệu đã được thiết kế. Thứ hai, thiết lập mô hình hình học 3D dựa trên bộ dữ

liệu đã được xây dựng trước đó. Cuối cùng, quá trình phân tích để hiển thị kết quả cuối

cùng trong môi trường 3D.

Hình 2.23: Quy trình xử lý và thành lập mô hình 3D

15

2.4.2. Quy trình xây dựng bản đồ 3D từ ảnh viễn thám độ phân giải cao

Quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D từ ảnh viễn thám độ phân giải cao

về cơ bản gồm 4 bước gồm: đo ảnh lập thể; xử lý tạo ảnh trực giao; chiết xuất đồ hình

nền móng các tòa nhà, công trình và xây dựng mô hình thành phố 3D.

2.4.3. Đề xuất quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy

hoạch đô thị

Trên thực tế, quy trình 2.24 cho phép xây dựng mô hình thành phố ảo 3D

(3DCM), nhưng chưa phải là mô hình 3D phục vụ công tác quy hoạch chi tiết. Mô hình

thành phố ảo 3D được thành lập từ viễn thám độ phân giải cao, siêu cao sẽ cung cấp mô

hình hiện trạng, trên cơ sở đó, kết hợp với các bản mô hình 3D quy hoạch sẽ tạo ra mô

hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch đô thị.

Kết luận Chương 2:

Nội dung của chương đã nghiên cứu và tổng hợp có hệ thống về cơ sở khoa học

xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lýđô thị.

Đã phân tích các đối tượng nội dung khi mô hình hóa không gian thực của đô thị,

tổng hợp và phân loại theo nhóm dựa trên các tính chất và đặc trưng của không gian đô

thị, từ đó đề xuất được khung nội dung các đối tượng trong không gian đô thị. Khung

nội dung đề xuất dựa trên việc kế thừa các tiêu chuẩn quốc tế (CityGML của OGC), phát

16

triển dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia về dữ liệu địa lý 2D hiện hành của Việt

Nam (QCVN11: 2008/BTNMT; QCVN04: 2009/BTNMT; QCVN42: 2012/BTNMT).

Khung tiêu chuẩn của 10 nhóm dữ liệu đã đề xuát phù hợp với mục đích quy hoạch và

quản lý đô thị.

Đã phát triển khung CSDL 3D thành phố với việc đề xuất danh mục dữ liệu của

từng nhóm dữ liệu, mô hình cấu trúc cho từng lớp dữ liệu, cấp độ chi tiết trong trình

diễn (LoD), phù hợp với yêu cầu quy hoạch đô thị Việt Nam. Mỗi đối tượng được quản

lý trong CSDL đảm bảo cho việc thiết lập mô hình 3D của đô thị dựa trên từng thuộc

tính không gian, thuộc tính định lượng các tính chất của đối tượng, từ đó đảm bảo cho

phân tích định lượng các bài toán quy hoạch, như một GIS 3D.

Đã đề xuất được một quy trình công nghệ hoàn chỉnh về xây dựng mô hình thành

phố ảo 3D phục vụ xây dựng quy hoạch và quản lý đô thị.

17

CHƯƠNG 3

THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÀNH PHỐ ẢO 3D

KHU CÔNG NGHIỆP ĐÔ THỊ KIẾN THỤY, TP HẢI PHÒNG

3.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu

Hình 3.1: Sơ đồ vị trí mối liên hệ vùng

3.2. Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D khu thử nghiệm

3.2.1. Lựa chọn phần mềm

Dựa trên các kết quả khảo sát các phần mềm hiện có và qua kinh nghiệm, Skyline

được chọn làm phần mềm để thử nghiệm đưa ra các sản phẩm mô hình 3D trong thực

nghiệm này vì đây là bộ phần mềm phục vụ cho các ứng dụng không gian 3 chiều, cung

cấp giải pháp hiển thị trực quan, phân tích địa hình, lập kế hoạch trong không gian 3

chiều.

Bộ phần mềm Skyline có các modul như: TerraBuilder, TerraExplorer (Pro, Plus,

Viewer), TerraGate, Web có cấu trúc hoạt động như sau:

Hình 3.2: Cấu trúc hoạt động của Skyline

3.2.2.2. Lập bình đồ ảnh và mô hình số độ cao khu vực nghiên cứu

Ảnh UAV thu được sau bay chụp sẽ được xử lý bằng phần mềm Pix4D mapper.

18

Kết quả là bình đồ ảnh UAV với độ phân giải 5cm và DSM 10 cm.

Hình 3.4: Bình đồ ảnh khu vực nghiên cứu được

thành lập từ ảnh UAV

Hình 3.5: Mô hình số bề mặt (DSM)

3.2.2.3. Xây dựng CSDL nền thông tin địa lý tỷ lệ 1:2000

Tư liệu ảnh UAV kết với các tư liệu trên các phần mềm chuyên dụng, bình đồ

ảnh, bản đồ địa hình và cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:2.000 khu vực thực nghiệm được

hoàn thiện.

3.2.3. Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D

Để xây dựng mô hình 3D thành phố từ nguồn CSDL 2D đã được lập ở trên, cần

tiến hành phân loại đối tượng theo chuẩn CityGML.

Hình 3.6: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000

Hình 3.8: Kết quả mô phỏng địa hình

3.3. Tích hợp phương án quy hoạch

Để tích hợp các phương án quy hoạch vào 3DCM thì bước đầu tiên cần số hóa

bản đồ quy hoạch 2D, chuyển đối tượng lên nền DEM, gán độ cao và mức độ LoD và

cuối cùng tích hợp phương án vào mô hình thành phố 3DCM.

3.3.1. Số hóa phương án

Khác với dữ liệu địa lý, hầu hết các kế hoạch, phương án quy hoạch không được

tham chiếu địa lý và không thể tích hợp trực tiếp vào mô hình thành phố 3D.

Do đó, đầu tiên phải được mã hóa địa lý bản đồ quy hoạch và chuyển khung tham

chiếu không gian về VN2000 trước khi mô hình tích hợp vào 3DCM.

19

Hình 3.9: Phương án quy hoạch được số hóa trên phần mềm ArcGIS

3.3.2. Chuẩn hóa dữ liệu không gian 3D phương án quy hoạch

Mô hình 3D phương án quy hoạch được phân loại thành các nhóm (các tòa nhà,

các đối tượng vận động, và các đối tượng thực vật), và chiều cao riêng của tòa nhà trên

mặt đất và chiều cao cơ sở đã được gán vào độ cao của DEM tại vị trí đối tượng như là

thuộc tính trong môi trường GIS.

- Chuẩn bị phần mềm

- Chuẩn bị thư viện ký hiệu 3D

- Mô hình địa vật

- Nhà và khối nhà

- Các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị

- Các ký hiệu cây

- Ảnh mô hình địa vật và cấp độ chi tiết - LoD

3.3.3. Tích hợp phương án quy hoạch lên mô hình thành phố ảo 3D

3.3.3.1. Công trình xây dựng (nhà cao tầng, nhà thấp tầng, nhà xưởng)

Vấn đề then chốt trong quá trình hoạch định là khái niệm chiều cao và mật độ

xây dựng các kế hoạch đề xuất. Quy hoạch tổng thể và phiên bản kế hoạch đã liên tục

tích hợp vào Mô hình 3DCM để cung cấp hình ảnh mô phỏng trong quá trình quy hoạch.

3.3.3.2. Đường giao thông (trục chính, đường đê, vỉa hè)

Các lớp đối tượng giao thông, đường đê, vỉa hè sau khi được số hóa trên phần

mềm ArcGIS thành CSDL sẽ được tích hợp vào mô hình thành phố 3D. Trên phần mềm

3D có các chức năng để nhập và trình bày các lớp đối tượng này. Phần mềm cho phép

chọn tô màu hoặc kết cấu của đối tượng.

3.3.3.3. Thủy hệ

Từ CSDL mặt nước được chuyển đổi vào Mô hình thành phố. Trên phần mềm

20

cho phép chọn màu tô hoặc hiệu ứng nước.

3.3.3.5. Các đối tượng động

Để mô hình thành phố 3D thêm sinh động, sát thực thì cần thêm các mô hình 3D

động như: Ô tô, tàu điện,...

3.3.3.6. Đường điện

Trên phần mềm cho phép mô phỏng các tuyến đường dây điện.

3.3.3.7. Công trình cấp thoát nước

Trên phần mềm cho phép mô phỏng các công trình cấp thoát nước. Các công

trình cấp thoát nước thường đặt ngầm, dưới bề mặt DEM.

3.4. Xây dựng một số “công cụ” phần mềm hỗ trợ

Trên hệ thống phần mềm Skyline có một số công cụ phân tích không gian: Phân

tích tầm nhìn, Phân tích bóng mặt trời..., nhưng để giải quyết các bài toán quy hoạch cần

gắn các tiêu chí quy hoạch cụ thể thì trên bộ phần mềm này chưa có. Để giải quyết các

bài toán đó cần phải xây dựng một số “công cụ” phần mềm hỗ trợ trên nền Skyline.

Trong luận án này, NCS đã đi sâu nghiên cứu Bộ phần mềm Skyline và đã phát triển

thêm các công cụ hỗ trợ quy hoạch đô thị.

3.4.1. Kiểm tra tỷ lệ đất tối thiểu trồng cây xanh

Việc kiểm tra bản đồ sử dụng đất có phù hợp với tiêu chuẩn chưa là rất quan

trọng. Trước đây, việc kiểm tra này được làm thủ công và khi có sự thay đổi thì phải

tính toán lại từ đầu. Trong 3DCM, chúng tôi đã xây dựng công cụ để kiểm tra bản đồ sử

dụng đất nói chung và cụ thể là tỷ lệ đất trồng cây xanh.

3.4.2. Kiểm tra thiết kế tòa nhà

Đối tượng nhà và khối nhà được thiết kế với trường thông tin chi tiết gồm:

Hình 3.29: Thuộc tính đối tượng nhà và khối nhà

Hình 3.30: Kiểm tra thiết kế tòa nhà

Trong quy hoạch đô thị cần phải tuân thủ nguyên tắc thiết kế đô thị.

3.4.3. Quy định về khoảng lùi công trình

21

Tương tự tiêu chuẩn của một đồ án quy hoạch đô thị cũng quy định khoảng lùi

của công trình nằm tiếp giáp các trục giao thông đô thị.

3.4.4. Quy định về khoảng cách tối thiểu giữa các dãy nhà

Theo các tiêu chuẩn của một đồ án quy hoạch đô thị, việc quy định khoảng cách

tối thiểu giữa các khối nhà là bắt buộc, việc thiết kế quy hoạch luôn phải đảm bảo chỉ

tiêu này. Mô hình 3D cung cấp công cụ tiện tích để kiểm soát chỉ tiêu này.

3.4.5. Hỗ trợ kiểm tra thiết kế đô thị

Trong luận án, chúng tôi đã xây dựng công cụ cho phép kiểm tra thiết kế đô thị

để kiểm tra các yêu cầu về khoảng cách giữa các dãy nhà, khoảng lùi công trình, mật độ

xây dựng... Nếu đối tượng quy hoạch nào không đáp ứng các yêu cầu trên hệ thống sẽ

liệt kê thành danh sách để nhà thiết kế đô thị kiểm tra lại phương án thiết kế đó.

3.5. Giới thiệu một số kết quả ứng dụng mô hình thành phố ảo 3D khu thực

nghiệm

3.5.1. Trình diễn các góc nhìn mô hình

Trên phần mềm 3D cho phép người dùng xây dựng các kịch bản gồm các hiệu

ứng: vị trí địa lý, tạo hoạt cảnh đối tượng chuyển động, mô phỏng quá trình xây dựng

tòa nhà... để trình chiếu, thuyết trình kế hoạch quy hoạch.

3.5.2. Phân tích và Mô phỏng

Đối với nhà thiết kế đô thị, ứng dụng quan trọng nhất dựa trên các mô hình thành

phố 3D là phân tích trực quan. Trong không gian 3D môi trường ảo động, thông qua

việc tính toán tầm nhìn qua mô phỏng tầm nhìn của mô hình và phân tích trực quan cho

các khu vực, lượng hóa các quan hệ hình học có thể nhìn thấy hoặc có trợ giúp của các

công cụ phần mềm ứng dụng làm cho quá trình thiết kế thực tế và khoa học hơn.

- Mô phỏng không gian trực quan

- Phân tích trực quan và tính toán khả năng hiển thị.

- Phân tích chất lượng vật lý không gian đô thị

3.5.3. Hỗ trợ ra quyết định

Một hệ thống hỗ trợ quyết định quá trình thiết kế rất phức tạp, và nó tham gia vào

tất cả các khía cạnh nêu trên, chất lượng vật lý, chất lượng hình ảnh, và chất lượng chức

năng của không gian. Nói chung, có cần một số chức năng phân tích để ra quyết định.

Trong một hệ thống hỗ trợ ra quyết định không gian (SDSS), để thích ứng với quá trình

thiết kế, tất cả các chức năng phân tích cần thiết nên được tích hợp. Hình ảnh trực quan

22

từ máy tính có thể thay đổi cách chúng ta suy nghĩ và cách chúng ta làm việc. Đối với

các kiến trúc sư và các nhà quy hoạch, nó có thể thay đổi cách thiết kế. Khả năng hình

dung thay đổi kết cấu đô thị và trải nghiệm những thay đổi trong bối cảnh thực tế của

họ cho phép các nhà quy hoạch và thiết kế để đánh giá lựa chọn thay thế nhanh chóng,

chi tiết hơn, và chi phí thấp hơn thông qua phân tích truyền thống hơn.

Kết luận Chương 3:

Trong Chương 3, NCS đã hoàn tất thực nghiệm xây dựng mô hình thành phố ảo

3D khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy thành phố Hải Phòng trên cơ sở sử dụng công

nghệ UAV với các phần mềm chuyên dụng như Pix4D mapper, phần mềm Agisoft

Photoscan và Skyline … Ngoài ra, NCS đã sử dụng ngôn ngữ c# chuẩn hóa giao diện

bằng tiếng Việt trong Skyline, viết thêm 5 modul ứng dụng hỗ trợ cho công tác quy

hoạch và quản lý đô thị. Kết quả thực nghiệm bước đầu đã chứng minh được mục tiêu

và các đề xuất của án.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Kết quả nghiên cứu của Luận án này đã phát triển mô hình thành phố ảo 3D lên

một mức mới, bên cạnh khả năng trình diễn, mô phỏng, trực quan, mà còn có khả năng

phân tích các bài toán không gian, quản lý đối tượng 3D theo cấu trúc, đảm bảo mục

tiêu hỗ trợ công tác quy hoạch và quản lý đô thị. Từ đó thông qua nghiên cứu thực

nghiệm tại khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, Hải Phòng để chứng minh tính hiệu quả

trong hỗ trợ công tác quản lý của mô hình bản đồ 3D nói chung và mô hình 3D thành

phố ảo nói riêng. Các kết quả nghiên cứu của đề tài luận án bao gồm:

1. Qua nghiên cứu tổng quan các vấn đề về xây dựng mô hình 3D ứng dụng trong

xây dựng quy hoạch và quản lý đô thị, đã giới thiệu đầy đủ và bao quát các vấn đề về

quy hoạch đô thị, sự cần thiết của các dạng bản đồ nói chung và của mô hình bản đồ 3D

nói riêng trong đồ án quy hoạch xây dựng. Các phương pháp xây dựng mô hình 3D, xu

hướng và tình hình nghiên cứu ứng dụng mô hình 3D trong nước và thế giới, từ đó làm

cơ sở cho việc lựa chọn giải pháp công nghệ trong xây dựng thành phố ảo của Luận án.

2. Đề tài đã nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ tiên tiến của lĩnh vực đo đạc

23

bản đồ trong quá trình xây dựng mô hình dữ liệu 3D. Các giải pháp công nghệ về UAV

trong xây dựng dữ liệu nền địa lý 2D, bình đồ ảnh, DTM, dữ liệu bản đồ địa hình… từ

đó là dữ liệu đầu vào cho mô hình 3D. Điều này minh chứng rằng các công nghệ của đo

đạc bản đồ hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu thu nhận dữ liệu trong xây dựng mô hình

thành phố ảo 3D

3. Trong Luận án đã phân tích các đối tượng nội dung khi mô hình hóa không

gian thực của đô thị, tổng hợp và phân loại theo nhóm dựa trên các tính chất và đặc trưng

của không gian đô thị, từ đó đề xuất được khung nội dung các đối tượng trong không

gian đô thị. Khung nội dung đề xuất dựa trên việc kế thừa các tiêu chuẩn quốc tế

(CityGML của OGC), phát triển dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia về dữ liệu địa

lý 2D hiện hành của Việt Nam (QCVN11: 2008/BTNMT; QCVN04: 2009/BTNMT;

QCVN42: 2012/BTNMT). Khung tiêu chuẩn của 10 nhóm dữ liệu đã đề xuát phù hợp

với mục đích quy hoạch và quản lý đô thị.

4. Trong Luận án đã phát triển khung CSDL 3D thành phố với việc đề xuất danh

mục dữ liệu của từng nhóm dữ liệu, mô hình cấu trúc cho từng lớp dữ liệu, cấp độ chi

tiết trong trình diễn (LoD), phù hợp với yêu cầu quy hoạch đô thị Việt Nam. Mỗi đối

tượng được quản lý trong CSDL đảm bảo cho việc thiết lập mô hình 3D của đô thị dựa

trên từng thuộc tính không gian, thuộc tính định lượng các tính chất của đối tượng, từ

đó đảm bảo cho phân tích định lượng các bài toán quy hoạch, như một GIS 3D.

5. Từ mô hình CSDL thành phố ảo 3D, luận án đã phát triển các ứng dụng phân

tích định lượng không gian trong đô thị. Mô hình 3D phục vụ công tác quy hoạch và

quản lý đô thị có khả năng ứng dụng trong phân tích định lượng theo các tiêu chuẩn của

quy hoạch đô thị, đây là vấn đề mới đã được thiết lập nhằm hỗ trợ việc kiểm tra các đồ

án quy hoạch và phục vụ ra quyết định trong quá trình quản lý đô thị theo quy hoạch.

6. Luận án đã đề xuất được một quy trình công nghệ hoàn chỉnh về xây dựng mô

hình thành phố ảo 3D phục vụ xây dựng quy hoạch và quản lý đô thị. Kết quả nghiên

cứu tạo cở sở để phát triển mô hình SmartCity ở các đô thị khác.

7. Kết quả thực nghiệm xây dựng mô hình thành phố ảo 3D Khu đô thị công

nghiệp Kiến Thụy (với diện tích 912,83 ha) thuộc Thành phố Hải Phòng đã bước đầu

minh chứng về các đề xuất và khả năng ứng dụng mô hình thành phố ảo 3D trong công

tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta.

Cơ sở khoa học và kết quả thực nghiệm của luận án về xây dựng mô hình thành

24

phố ảo 3D sẽ là cơ sở hỗ trợ đắc lực cho công tác quy hoạch và quản lý đô thị không chỉ

với vùng nghiên cứu mà có thể làm nền tảng để phát triển và nhân rộng mô hình ứng

dụng thành phố ảo trong công tác quy hoạch phát triển các khu đô thị và các khu công

nghiệp trong cả nước.

Kiến nghị

Hiện nay ở nước ta, việc nghiên cứu mô hình 3D nói chung, mô hình thành phố

ảo 3D trong công tác quy hoạch và quản lý đô thị nói riêng mới chỉ là những bước đi

ban đầu. Để có thể triển khai nghiên cứu và áp dụng có hiệu quả ở nước ta, chúng ta cần

tập trung vào một số vấn đề sau:

1. Xây dựng và ban hành một tiêu chuẩn kỹ thuật Quốc gia về CSDL 3D, trước

mắt cho các đô thị Việt Nam.

2. Quản lý các đồ án quy hoạch đô thị ở dạng GeodataBase 3D tích hợp trong các

CSDL thành phố để đảm bảo công tác quản lý và hỗ trợ ra quyết định của chính quyền

đô thị.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ

ĐÃ CÔNG BỘ CÓ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN

1. Mai Văn Sỹ, Bùi Ngọc Quý, Nguyễn Trường Xuân, Khả năng ứng dụng mô hình

Cyber City trong công tác quy hoạch. Tạp chí khoa học đo đạc và bản đồ, số 24 –

6/2015.

2. Mai Văn Sỹ, Bùi Ngọc Quý, Phạm Văn Hiệp, Lê Đình Quý. Nghiên cứu sử dụng dữ

liệu ảnh máy bay không người lai (UAV) trong thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. Tạp chí

khoa học đo đạc và bản đồ, số 33-9/2017

3. Mai Van Sy, Do Thi Phuong Thao, Nguyen Thi Phuong Hoa, Pham Van Hiep

(2017), Appication of remote Sensing and GIS for predicting of Land Use change

with the LCM model for territorial planning of Hai Phong province (Vietnam), 38th

Asian Conference on Remote Sensing, New Delhi, India .

4. Đỗ Thị Phương Thảo, Mai Văn Sỹ, Nguyễn Văn Lợi, kết hợp dữ liệu thống kê dân

số và tư liệu viễn thám thành lập bản đồ phân bố dân cư. Tạp chí Khoa học đo đạc và

Bản đồ, số 36-6/2018.

5. Đỗ Thị Phương Thảo, Mai văn Sỹ, Bùi Ngọc Quý, Nghiêm Thị Huyền, (2017), Lập

bản đồ dự báo sử dụng đất tỉnh Bình Dương đến năm 2030 bằng mô hình Land

Changer Modeler (LCM) kết hợp dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat, Tạp chí Khoa học đo

đạc và Bản đồ số 31/3-2017.

6. Nguyễn Trường Xuân, Cáp Xuân Tú, Mai Văn Sỹ. Phát triển module hỗ trợ ứng dụng

hệ thống tích hợp Lidar – máy ảnh số trong thành lập mô hình số độ cao và bình đồ

trực ảnh. Tạp chí khoa học đo đạc và bản đồ, số 17-9/2013.

7. Sy Mai Van, Tuan Ta Minh, Xuan Nguyen Truong, Van Tran Thi Hai, Dung Nguyen

Thi Mai and Quynh Nguyen Thi Huong (2018), Application of virtual 3D city models

in urban planning, GIS-IDEAS 2018, Can Tho Unversity, Viet Nam.