nghiÊn cỨu xÂy dỰng mÔ hÌnh thÀnh phỐ Ảo phỤc vỤ...

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2019

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

Ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ

Mã số : 9 520503

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn Khoa học:

PGS.TS Nguyễn Trường Xuân

Hà Nội, 2019

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu,

kết quả trong luận án trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công

trình nào.

Tác giả luận án

Mai Văn Sỹ

ii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i

MỤC LỤC ............................................................................................................. ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................. vii

MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................. 7

1.1. Tổng quan về công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta...................... 7

1.1.1. Tổng quan về quy hoạch không gian, quy hoạch đô thị ............................. 7

1.1.2. Yêu cầu của quy hoạch đô thị ..................................................................... 9

1.1.3. Thực trạng công tác lập đồ án quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta ..... 12

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 ............................................................ 15

1.3. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam .......................................... 24

1.4. Hướng nghiên cứu của đề tài luận án ........................................................... 26

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG THÀNH PHỐ ẢO 3D PHỤC

VỤ QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ ĐÔ THỊ ...................................................... 29

2.1. Thành phố ảo 3D .......................................................................................... 29

2.2. Nội dung dữ liệu không gian của mô hình thành phố 3D ............................ 30

2.2.1. Nhóm dữ liệu nền địa lý 3D ...................................................................... 32

2.2.2. Nhóm dữ liệu địa vật trong không gian đô thị .......................................... 33

2.2.3. Tích hợp từ các nguồn dữ liệu khác .......................................................... 39

2.3. Nghiên cứu đề xuất cơ sở dữ liệu thành phố ảo 3D ..................................... 46

2.3.1. Khung tham chiếu không gian của dữ liệu ............................................... 47

2.3.2. Cấu trúc đồ họa đối tượng 3D ................................................................... 47

2.3.4. Đề xuất cấp độ chi tiết trong mô hình thành phố ảo 3D ........................... 56

iii

2.3.5. Đề xuất nội dung và cấu trúc dữ liệu ........................................................ 59

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

đô thị .................................................................................................................... 72

2.4.1. Quy trình tổng quát ................................................................................... 72

2.4.2. Quy trình xây dựng bản đồ 3D từ ảnh viễn thám độ phân giải cao ............... 72

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

đô thị .................................................................................................................... 74

CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÀNH PHỐ ẢO 3D

KHU CÔNG NGHIỆP ĐÔ THỊ KIẾN THỤY, TP HẢI PHÒNG ..................... 79

3.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu ..................................................................... 79

3.2. Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D khu thử nghiệm ................................. 82

3.2.1. Lựa chọn phần mềm .................................................................................. 82

3.2.2. Công tác chuẩn bị dữ liệu để xây dựng mô hình 3D ................................. 85

3.2.3. Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D ......................................................... 88

3.3. Tích hợp phương án quy hoạch .................................................................... 90

3.3.1. Số hóa phương án ...................................................................................... 90

3.3.2. Chuẩn hóa dữ liệu không gian 3D phương án quy hoạch ......................... 91

3.3.3. Tích hợp phương án quy hoạch lên mô hình thành phố ảo 3D ................. 96

3.4. Xây dựng một số “công cụ” phần mềm hỗ trợ ........................................... 101

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

nghiệm ............................................................................................................... 115

3.5.1. Trình diễn các góc nhìn mô hình ............................................................ 115

3.5.2. Phân tích và Mô phỏng ........................................................................... 116

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 122

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ................. 125

ĐÃ CÔNG BỘ CÓ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN .......................................... 125

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 126

iv

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận án, NCS đã nhận được sự giúp đỡ tận tình

của các thầy hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Trường Xuân cũng các cán

bộ, giảng viên thuộc Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Bộ môn Bản đồ, khoa Trăc

địa (Trường đại học Mỏ - Địa chất). NCS còn nhận được những ý kiến trao đổi

thẳng thắn về chuyên môn cũng như sự hỗ trợ về tài liệu tham khảo của các nhà

khoa học trong và ngoài nước, các cơ quan quản lý nhà nước thành phố Hải

Phòng. NCS xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu này. NCS xin

chân thành cảm ơn Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tạo mọi điều kiện để NCS

có thể hoàn thành bản luận án. NCS cũng xin chân thành cảm ơn sự động viên,

khích lệ của gia đình và bạn bè trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực

hiện luận án này.

Hà Nội, tháng 3 năm 2019

NCS. Mai Văn Sỹ

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2D 2-Dimension – Hai chiều

3D 3-Dimension – Ba chiều

3DCM 3D cartographic model – Mô hình bản đồ 3D

BIM Building Information Modeling

CSDL Cơ sở dữ liệu

CGS Computer Graphics Science - Khoa học máy tinh

CityGML City Geography Mark-up language

GML Geography Markup Language - Ngôn ngữ đánh dấu địa lý

DCM Digital Catorghaphic Model – Mô hình số bản đồ

DEM Digital Elevation Model - Mô hình số độ cao

DTM Digital Terrain Model – Mô hình số địa hình

DLM Digital Lanscape Model – Mô hình số cảnh quan

GIS Geographic Information System – Hệ thông tin địa lý

GPS Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu

GeoVE Geovirtual environments – Môi trường địa lý ảo.

LOD Level-of-detail

LiDaR Light Detection And Ranging – Công nghệ LiDaR

UAV Unmanned Air Vehicle – Máy bay không người lái

IFC Industry Foundation Class

QHKG Quy hoạch không gian

QHPK Quy hoạch phân khu

OGC Open Geospatial Consortium

SDI Spatial Data Infrastructure - Hạ tầng dữ liệu không gian

TIN Triangular Irregular Network – Mạng lưới tam giác không

gian không đều

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Quy định về độ chính xác về độ cao đối tượng 3D ............................ 62

Bảng 3.1: Cơ cấu sử dụng đất của đồ án thiết kế quy hoạch .............................. 81

Bảng 3.2: Các gói dữ liệu trong CSDL nền địa lý 1:2000 .................................. 87

Bảng 3.3: Tỷ lệ đất tối thiểu trồng cây xanh trong các lô đất xây dựng công trình

........................................................................................................................... 104

Bảng 3.4: Diện tích đất cây xanh sử dụng công cộng trong các đô thị ............. 105

Bảng 3.5: Tiêu chuẩn không gian trong thiết kế tương quan ............................ 111

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Một góc mô hình 3D thành phố Boston .............................................. 19

Hình 1.2: Một góc mô hình 3D thành phố NewYork ......................................... 19

Hình 1.3: Mô hình 3D khu vực đài tưởng niệm Lincoln tại Washington ........... 20

Hình 1.4: Mô hình 3D khu vực tòa tháp 101 tầng, Đài Bắc, Đài Loan .............. 20

Hình 1.5: Mô hình 3D thành phố SongDo, Hàn Quốc ........................................ 21

Hình 1.6: Mô hình thành phố 3D của Berlin, Cộng hòa liên bang Đức ............. 22

Hình 2.1: Ba thành phần cơ bản khung nhìn mô hình thành phố ảo 3D ............. 30

Hình 2.2: Phương pháp tích hợp cho dữ liệu vector địa lý ................................. 39

Hình 2.3: Phương pháp Extrusion-based modeling được sử dụng để biểu diễn

các sơ đồ tổng thể thông qua các mô hình khối và các cấu tạo bề mặt địa hình 41

Hình 2.4: Phương pháp tiếp cận mô hình 3D để tạo ra các biểu diễn quy hoạch

như là mô hình 3D ............................................................................................... 42

Hình 2.5: Minh họa phương pháp mô hình hóa dựa trên CityGML ................... 43

Hình 2.6: Đối tượng trên mô hình thành phố 3D ................................................ 48

Hình 2.7: Mô tả dựng hình 3D từ 5 loại đối tượng cơ sở ................................... 49

Hình 2.8: Kiểu mô hình thành phố 3D của Shiode, dựa trên mức độ thực tế ..... 55

Hình 2.9: Kiểu mô hình thành phố 3D của Shiode, dựa trên các chức năng phân

tích ....................................................................................................................... 55

Hình 2.10: Kiểu mô hình thành phố 3D của Batty ............................................. 56

Hình 2.11: Một số kiểu biến thể về mặt hình học của một mô hình 3D ở LoD1 57

Hình 2.12: Các cấp độ chi tiết (LoD) trong mô hình thành phố ảo 3D .............. 59

Hình 2.13: Lược đồ cấu trúc của mô hình CSDL thành phố ảo 3D.................... 63

Hình 2.14: Khung CSDL phương án quy hoạch. ................................................ 64

Hình 2.15: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung địa hình ........................................ 65

Hình 2.16: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung nhà và khối nhà ........................... 67

viii

Hình 2.17: Khung CSDL nhóm nội mô hình ngầm ............................................ 68

Hình 2.18: Khung CSDL nhóm nội mô hình cầu ............................................... 68

Hình 2.19: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung mặt nước ...................................... 69

Hình 2.20: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung giao thông .................................... 70

Hình 2.21: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung thực vật ........................................ 71

Hình 2.22: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung sử dụng đất .................................. 71

Hình 2.23: Quy trình xử lý và thành lập mô hình 3D ......................................... 72

Hình 2.24: Quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D bằng ảnh viễn thám độ

phân giải cao ........................................................................................................ 73

Hình 2.25: Mô hình thành phố ảo 3D được thành lập từ ảnh viễn thám độ phân

giải cao ................................................................................................................ 73

Hình 2.26: Quy trình xây dựng Mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch

và quản lý đô thị .................................................................................................. 75

Hình 3.1: Sơ đồ vị trí mối liên hệ vùng ............................................................... 79

Hình 3.2: Cấu trúc hoạt động của Skyline .......................................................... 83

Hình 3.3: Sơ đồ thiết kế lưới khống chế ảnh....................................................... 85

Hình 3.4: Bình đồ ảnh khu vực nghiên cứu được thành lập từ ảnh UAV .......... 86

Hình 3.5: Mô hình số bề mặt (DSM) .................................................................. 86

Hình 3.6: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 ............................................................... 87

Hình 3.7: Cấu trúc cơ sở dữ liệu ......................................................................... 88

Hình 3.8: Kết quả mô phỏng địa hình ................................................................. 88

Hình 3.9: Phương án quy hoạch được số hóa trên phần mềm ArcGIS ............... 90

Hình 3.10: Thông tin lớp nhà cao tầng................................................................ 91

Hình 3.11: Mô hình mẫu cột đèn và đèn báo hiệu giao thông ............................ 94

Hình 3.12: Thiết kế mô hình đối tượng trên phần mềm SketchUp ..................... 94

Hình 3.13: Ký hiệu hạ tầng kỹ thuật ................................................................... 95

Hình 3.14:Thư viện ký hiệu cây độc lập/thảm thực vật ...................................... 95

ix

Hình 3.15: Ảnh cấu trúc sử dụng trong bản đồ 3D ............................................. 96

Hình 3.16: Gán các cấp độ LoD cho đối tượng khối nhà ................................... 96

Hình 3.17: Mô hình 3D được thành lập từ CSDL 2D. ........................................ 97

Hình 3.18: Tích hợp mô hình nhà xưởng vào mô hình 3DCM ........................... 98

Hình 3.19:Tích hợp đường giao thông vào mô hình 3DCM ............................... 98

Hình 3.20: Mặt nước được tích hợp vào mô hình thành phố 3D ........................ 99

Hình 3.21: Cây xanh, công viên được tích hợp vào mô hình thành phố 3D ...... 99

Hình 3.22: Tàu điện được tích hợp vào mô hình thành phố 3D ....................... 100

Hình 3.23:Mô phỏng các tuyến đường dây điện ............................................... 100

Hình 3.24: Mô phỏng các công trình cấp thoát nước ........................................ 101

Hình 3.25: Cơ sở dữ liệu mô hình 3DCM ......................................................... 101

Hình 3.26: Giao diện chính phần mềm Mô hình thành phố ảo 3D ................... 102

Hình 3.27: Giao diện tiếng Việt, thân thiện với người dùng ............................ 102

Hình 3.28: Chức năng tính toán hệ số sử dụng đất đoạn code sau để tính toán hệ

số sử dụng đất: ................................................................................................... 105

Hình 3.29: Thuộc tính đối tượng nhà và khối nhà ............................................ 107

Hình 3.30: Kiểm tra thiết kế tòa nhà đoạn code sau kiểm tra thiết kế tòa nhà: 109

Hình 3.31: Kiểm tra khoảng lùi của công trình đoạn code chức năng kiểm tra

khoảng lùi công trình: ....................................................................................... 112

Hình 3.32: Mô hình 3DCM phục vụ trình diễn và giới thiệu thành phố .......... 116

Hình 3.33: Bản đồ về kiểm soát chiều cao của trung tâm thành phố ................ 117

Hình 3.34: Tìm kiếm các đối tượng theo khoảng cách ..................................... 118

Hình 3.35: Tìm kiếm các đối tượng theo khu vực ............................................ 118

Hình 3.36: Phân tích tầm nhìn ........................................................................... 119

Hình 3.37: Bóng tòa nhà ................................................................................... 120

Hình 3.38: Mô hình khái quát của hệ thống ...................................................... 103

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. Nó là nghệ thuật

sắp xếp tổ chức các không gian chức năng, khống chế hình thái kiến trúc trong

đô thị trên cơ sở điều tra, dự báo, tính toán sự phát triển, đặc điểm, vai trò, nhu

cầu và nguồn lực của đô thị, nhằm cụ thể hóa chính sách phát triển, giảm thiểu

các tác động có hại phát sinh trong quá trình đô thị hóa, tận dụng tối đa mọi

nguồn lực, và hướng tới sự phát triển bền vững. 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 2D, nó

có ý nghĩa to lớn đối với các nhà quản lý và thiết kế đô thị trong giai đoạn hiện

nay.

Thay vì được mô tả bằng văn bản, các sơ đồ thiết kế, quy hoạch thành phố

và các quy tắc có thể được trình bày và phân tích trong môi trường mô phỏng

3D. Việc thay đổi kết cấu đô thị và mật độ xây dựng có thể được phân tích thông

qua việc phân tích cấu trúc. Môi trường tiếng ồn, tình trạng ánh sáng, môi

https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%C3%B4_th%E1%BB%8B

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=H%C3%ACnh_th%C3%A1i_ki%E1%BA%BFn_tr%C3%BAc&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=%C4%90i%E1%BB%81u_tra,_d%E1%BB%B1_b%C3%A1o,_t%C3%ADnh_to%C3%A1n_s%E1%BB%B1_ph%C3%A1t_tri%E1%BB%83n,_%C4%91%E1%BA%B7c_%C4%91i%E1%BB%83m,_vai_tr%C3%B2,_nhu_c%E1%BA%A7u_v%C3%A0_ngu%E1%BB%93n_l%E1%BB%B1c_c%E1%BB%A7a_%C4%91%C3%B4_th%E1%BB%8B&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=%C4%90i%E1%BB%81u_tra,_d%E1%BB%B1_b%C3%A1o,_t%C3%ADnh_to%C3%A1n_s%E1%BB%B1_ph%C3%A1t_tri%E1%BB%83n,_%C4%91%E1%BA%B7c_%C4%91i%E1%BB%83m,_vai_tr%C3%B2,_nhu_c%E1%BA%A7u_v%C3%A0_ngu%E1%BB%93n_l%E1%BB%B1c_c%E1%BB%A7a_%C4%91%C3%B4_th%E1%BB%8B&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%C3%B4_th%E1%BB%8B_h%C3%B3a

https://vi.wikipedia.org/wiki/Ph%C3%A1t_tri%E1%BB%83n_b%E1%BB%81n_v%E1%BB%AFng

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Kh%C3%B4ng_gian_%C4%91%C3%B4_th%E1%BB%8B&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_tr%C3%ACnh_h%E1%BA%A1_t%E1%BA%A7ng_k%E1%BB%B9_thu%E1%BA%ADt

https://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_tr%C3%ACnh_h%E1%BA%A1_t%E1%BA%A7ng_k%E1%BB%B9_thu%E1%BA%ADt

https://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_tr%C3%ACnh_h%E1%BA%A1_t%E1%BA%A7ng_x%C3%A3_h%E1%BB%99i

https://vi.wikipedia.org/wiki/Kinh_t%E1%BA%BF

https://vi.wikipedia.org/wiki/X%C3%A3_h%E1%BB%99i

https://vi.wikipedia.org/wiki/M%C3%B4i_tr%C6%B0%E1%BB%9Dng

2

trường nhiệt, điều kiện thông gió và tình trạng ô nhiễm môi trường có thể được

phân tích thông qua việc tính các chỉ số không gian của đô thị. Việc kiểm soát

chiều cao, màu sắc và kiến trúc các tòa nhà và các đánh giá của môi trường xung

quanh các tòa nhà và đường phố có sẵn dựa trên các phân tích trực quan bở dữ

liệu số. Việc phân tích sự phân bố của các khu chức năng khác nhau và vị trí

thích hợp của nó có thể thông qua phân tích tương quan trong không gian 3D. Vì

vậy, chúng ta cần có các chiến lược quản lý hiện đại ứng dụng công nghệ thông

tin như hệ thông tin địa lý, dịch vụ thông tin dựa trên internet, hiển thị 3D, công

nghệ mô phỏng nhằm hỗ trợ việc ra quyết định và cải thiện thông lượng truyền

thông giữa các cơ quan chức năng, người dân và các doanh nghiệp.

Cho đến nay ở nước ta, 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 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.

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

quy hoạch, thiết kế và 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 đồ số, GIS và công nghệ tin học… để xây dựng các mô hình 3D phục vụ

3

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 và quy 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. Phạm vi nghiên cứu

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

- Thực nghiệm tại Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, TP Hải Phòng.

5. Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan tình hình nghiên cứu xây dựng mô hình thành phố ảo 3D

phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị trên thế giới và việt Nam.

- Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng thành phố ảo 3D, trong đó đề xuất

danh mục nội dung, cấu trúc, cấp độ chi tiết của mô hình thành phố ảo 3D từ cơ

sở dữ liệu nền địa lý kết hợp với đồ án thiết kế quy hoạch và các tư liệu liên

quan khác.

4

- Đề xuất quy trình công nghệ xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục

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

- Thực nghiệm xây dựng mô hình thành phố ảo 3D Khu đô thị công

nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng.

6. 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 vực công nghệ thông tin.

7. 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

5

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.

8. 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 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.

9. 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.

10. Cấu trúc của luận án

Luận án được trình bày trong 133 trang khổ giấy A4, trong đó có 6 bảng biểu,

70 hình vẽ và được cấu trúc thành:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở khoa học xây dựng thành phố ảo 3D trong quy hoạch và

quản lý đô thị

6

Chương 3: Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch Khu

đô thị công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng.

Kết luận và kiến nghị.

Tài liệu tham khảo.

7

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

Quy hoạch không gian hay quy hoạch xây dựng là việc tổ chức và định

hướng không gian vùng, không gian đô thị và dân cư, hệ thống công trình hạ

tầng kỹ thuật, hạ tầng xã hội, tạo lập môi trường sống thích hợp cho người dân

sống tại các lãnh thổ đó, đảm bảo kết hợp hài hòa giữa lợi ích quốc gia và lợi ích

cộng đồng, đáp ứng được các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội, quốc phòng -

an ninh và bảo vệ môi trường [1].

Như vậy, quy hoạch không gian (QHKG) là một hoạt động nhằm tạo ra

một chuỗi có trật tự các hành động dẫn dắt tới việc thực hiện một hay nhiều mục

tiêu đã dự kiến. Các kỹ thuật chính của quy hoạch là các văn bản tường trình

được bổ sung theo nhu cầu những dự báo thống kê, những công thức toán,

những đánh giá số lượng và những biểu bảng minh họa cho các quan hệ giữa các

bộ phận khác nhau của dự án [2]. Nó có thể, nhưng không nhất thiết phải bao

gồm các bản vẽ không gian chính xác của các đối tượng.

Quy hoạch không gian là một phương thức quy hoạch mới, được áp dụng

hiệu quả ở các nước và nhiều thành phố trên thế giới trong nhiều năm qua.

Tương tự như các loại hình quy hoạch khác, QHKG luôn đi trước các hoạt động

phát triển và đóng vai trò hỗ trợ kiểm soát phát triển các đô thị và lãnh thổ.

Quy hoạch không gian và quản lý không gian đòi hỏi xác lập một cơ chế

phối hợp liên ngành, liên cơ quan, liên vùng trong quản lý và giải quyết đồng bộ

các quan hệ phát triển khác nhau, trong đó quan hệ giữa các mảng không gian và

tổ chức không gian hợp lý cho phát triển kinh tế bền vững là một trong những

nhiệm vụ quan trọng và cần đi trước một bước.

8

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.

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.

Quy hoạch đô thị là việc tổ chức không gian, kiến trúc, cảnh quan đô thị,

hệ thống công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội và nhà ở để tạo

lập môi trường sống thích hợp, phù hợp với chiến lược phát triển tổng thể kinh

tế – xã hội, môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu, sử dụng năng lượng tiết

kiệm, hiệu quả, đảm bảo an ninh – quốc phòng, được thể hiện thông qua đồ án

quy hoạch đô thị. Theo đó, có một số mức quy hoạch như sau:

- Quy hoạch chung là việc tổ chức không gian, hệ thống các công trình hạ

tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội và nhà ở cho một đô thị phù hợp với sự

phát triển kinh tế – xã hội của đô thị, bảo đảm quốc phòng, an ninh và phát triển

bền vững.

- Quy hoạch phân khu là việc phân chia và xác định chức năng, chỉ tiêu sử

dụng đất quy hoạch đô thị của các khu đất, mạng lưới công trình hạ tầng kỹ

thuật, công trình hạ tầng xã hội trong một khu vực đô thị nhằm cụ thể hóa nội

dung quy hoạch chung.

- Quy hoạch chi tiết là việc phân chia và xác định chỉ tiêu sử dụng đất quy

hoạch đô thị, yêu cầu quản lý kiến trúc, cảnh quan của từng lô đất; bố trí công

trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội nhằm cụ thể hóa nội dung của

quy hoạch phân khu hoặc quy hoạch chung.

Bản chất và sự khác biệt giữa quy hoạch chung, quy hoạch phân khu, quy

9

hoạch chi tiết đô thị nằm ở mức độ yêu cầu của nội dung nghiên cứu, cách thức

thể hiện (tỉ lệ bản đồ), thời gian quy hoạch, cấp phê duyệt của từng loại đồ án và

tính quan hệ, phụ thuộc giữa chúng (Quy hoạch chung/quy hoạch cấp trên; quy

hoạch phân khu, quy hoạch chi tiết/quy hoạch cấp dưới).

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 hiệu quả nhất. Nội dung hồ sơ nhiệm vụ quy hoạch chung đô thị

đã được quy định tại Thông tư 12/2016/TT-BXD ngày 29/06/2016 bao gồm:

- Sơ đồ vị trí và liên hệ vùng: Xác định vị trí, ranh giới lập quy hoạch; thể

hiện các mối quan hệ giữa đô thị và vùng, khu vực có liên quan về kinh tế - xã

hội; điều kiện địa hình, địa vật, các vùng có ảnh hưởng lớn đến kiến trúc cảnh

quan đô thị; hạ tầng kỹ thuật đầu mối và các vấn đề khác tác động đến phát triển

10

đô thị. Thể hiện trên nền bản đồ địa hình theo tỷ lệ thích hợp.

- Bản đồ hiện trạng: Sử dụng đất, kiến trúc cảnh quan, hệ thống hạ tầng xã

hội (giáo dục, y tế, văn hóa, thương mại, cây xanh, nhà ở, ...); hiện trạng giao

thông, cấp điện và chiếu sáng đô thị, cấp nước, cao độ nền và thoát nước mưa,

thoát nước bẩn; thu gom chất thải rắn, nghĩa trang, môi trường. Thể hiện trên

nền bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2.000 hoặc 1:5.000.

- Bản đồ đánh giá tổng hợp về đất xây dựng trên cơ sở từ thuyết minh có

tiêu chí đánh giá phù hợp về địa hình, điều kiện hiện trạng, địa chất thủy văn;

đánh giá về giá trị sử dụng đất: Xác định các khu vực thuận lợi, ít thuận lợi,

không thuận lợi cho phát triển các chức năng đô thị; xác định các vùng cấm, hạn

chế phát triển đô thị. Thể hiện trên nền bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2.000 hoặc

1:5.000.

- Sơ đồ cơ cấu phát triển đô thị (các sơ đồ phân tích hiện trạng và đề xuất

các phương án kèm theo thuyết minh nội dung về tiêu chí xem xét, lựa chọn các

phương án). Thể hiện theo tỷ lệ thích hợp.

- Bản đồ định hướng phát triển không gian đô thị. Thể hiện trên nền bản

đồ địa hình tỷ lệ 1:2.000 hoặc 1:5.000.

- Bản đồ quy hoạch sử dụng đất và phân khu chức năng theo các giai đoạn

quy hoạch. Thể hiện trên nền bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2.000 hoặc 1:5.000.

- Các bản đồ định hướng phát triển hệ thống hạ tầng kỹ thuật. Thể hiện

trên nền bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2.000 hoặc 1:5.000.

- Các bản vẽ thiết kế đô thị theo quy định của Bộ Xây dựng tại Thông tư

số 06/2013/TT-BXD ngày 13/05/2013.

- Các bản vẽ về đánh giá môi trường chiến lược: Hiện trạng và đánh giá

môi trường chiến lược. Thể hiện trên nền bản đồ địa hình theo tỷ lệ thích hợp.

Như vậy có thể thấy tầm quan trọng không thể thiếu của các sản phẩm bản

đồ (2D) trong công tác lập quy hoạch nói chung và lập quy hoạch đô thị nói

11

riêng. 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 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.

Bản đồ quy hoạch chung tỉ lệ 1:5.000 có giá trị xác định các khu vực chức

năng, những định hướng tính giao thông, sẽ rõ ràng mốc giới, địa giới của các

phần đất dành để phát triển hạ tầng đường, cầu, cống, điện, trường học, khu dân

cư, cây xanh, hồ nước... Có thể nói, bản đồ quy hoạch 1:5.000 là cơ sở gốc để

xác định mục tiêu phát triển, kêu gọi đầu tư cũng như vấn đề giải phóng mặt

bằng, đền bù, di dân...

Bản đồ quy hoạch phân khu tỉ lệ 1:2.000 nhằm phân chia và xác định chức

năng sử dụng đất và mạng lưới công trình hạ tầng nhằm cụ thể hóa nội dung của

quy hoạch chung đô thị. Nội dung của quy hoạch phân khu bao gồm: xác định

phạm vi ranh giới, diện tích, tính chất khu vực lập quy hoạch, chỉ tiêu dự kiến về

dân số, sử dụng đất, hạ tầng xã hội, hạ tầng kỹ thuật đối với từng ô phố và đấu

nối hạ tầng kỹ thuật chung; xác định chức năng sử dụng đất cho từng khu đất;

nguyên tắc tổ chức không gian, kiến trúc cảnh quan và đánh giá tác môi trường

12

chiến lược. Mặt khác quy hoạch này có nhiều nội dung xác định vị trí công trình

kỹ thuật và ranh giới trên đất. Do đó quy hoạch này liên quan mật thiết với

quyền sờ hữu về đất đai (về quyền sử dụng đất), vì vậy nó có giá trị pháp lý cao,

nó là căn cứ để giải quyết tranh tụng.

Bản đồ quy hoạch chi tiết tỉ lệ 1:500 cụ thể hóa nội dung quy hoạch phân

khu và quy hoạch chung. Bản đồ quy hoạch chi tiết bố trí cụ thể tất cả các công

trình trên đất. Về hạ tầng kỹ thuật, quy hoạch chi tiết bố trí đến từng ranh giới lô

đất. Nói cách khác, bản đồ quy hoạch chi tiết 1:500 chính là quy hoạch tổng mặt

bằng của các dự án dầu tư xây dựng, là cơ sở để định vị công trình, thiết kế cơ

sở, thiết kế kỹ thuật xây dụng công trình và thực hiện xây dựng.

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

nước ta

Có thể khẳng định, quy hoạch đô thị đã mang lại hiệu quả to lớn, làm tiền

đề, cơ sở để triển khai các dự án đầu tư trên mọi lĩnh vực nhằm thúc đẩy kinh tế

- xã hội phát triển, nâng cấp nhiều đô thị, từng bước nâng cao chất lượng cuộc

sống của nhân dân. Tuy nhiên, thời gian qua, công tác quy hoạch đô thị còn khá

nhiều bất cập, hạn chế. Hiện nay trên thế giới, việc áp dụng các công nghệ tiên

tiến trong nghiên cứu và thiết kế quy hoạch đã trở nên rất phổ biến. Đối với

nước ta, đây cũng là một yếu tố quan trọng để nâng cao chất lượng đồ án và tiết

kiệm thời gian. Trong những năm gần đây, nhiều phần mềm vi tính cũng như

các công nghệ phụ trợ đã được khai thác sử dụng khá rộng rãi trong công tác

quy hoạch, nhưng chủ yếu vẫn hạn chế ở mức độ thể hiện sản phẩm. Việc

nghiên cứu lựa chọn và chuyển giao công nghệ phần mềm để phục vụ quá trình

nghiên cứu thiết kế các đồ án quy hoạch, nâng cao chất lượng trang thiết bị cho

phù hợp chưa được quan tâm và đầu tư thích đáng trong các tổ chức tư vấn và

nghiên cứu thiết kế quy hoạch để quốc tế hoá sản phẩm, đáp ứng yêu cầu mở

rộng quan hệ, giao lưu trong quá trình hội nhập của đất nước.

13

Về cơ bản, trình tự lập quy hoạch ở các nước trên thế giới là tương đối

giống nhau. Tuy nhiên nội dung và phương pháp nghiên cứu cụ thể có những sự

khác nhau mà chúng phụ thuộc vàp thực tế của mỗi nước và nó được thống nhất

trong toàn bộ một quốc gia. Ở nước ta hiện nay, phương pháp luận quy hoạch

chưa được chuẩn hoá. Việc triển khai các đồ án chủ yếu dựa vào một số văn bản

quy định và hướng dẫn của Chính phủ và của Bộ Xây dựng. Việc vận dụng các

văn bản chưa thống nhất trên cả nước, mỗi nơi mỗi khác. Những văn bản này

hiện nay có một số ưu điểm không còn phù hợp với tỉnh hình thực tế cả về nội

dung cũng như về mức độ nghiên cứu, do đó nhiều đồ án đã lúng túng trong quá

trình nghiên cứu triển khai. Việc điều chỉnh sửa đổi các văn bản hiện hữu, đổi

mới nội dung và xây dựng phương pháp luận quy hoạch trên cơ sở các đề tài

nghiên cứu khoa học là một việc cần thiết và cấp bách để tạo ra một hệ thống

các quy định, tiêu chuẩn quy phạm phù hợp, nhằm nâng cao chất lượng và hiệu

quả của các đồ án.

Bên cạnh nhiều thành tựu của công tác quy hoạch ở nước ta vẫn còn

không ít những tồn tại, hạn chế:

- Chất lượng công tác quy hoạch chưa cao, chưa có tầm nhìn xa, công tác

phân tích và dự báo về thị trường còn thiếu tin cậy; tính khả thi chưa cao, chưa

phù hợp với khả năng huy động các nguồn lực để thực hiện. Nhiều quy hoạch

mang tính tình thế, thiếu tính khoa học, ảnh hưởng đến tiến trình chuyển đổi cơ

cấu kinh tế, hạn chế tăng trưởng kinh tế, gây lãng phí lớn tài nguyên thiên nhiên.

Chất lượng của nhiều đồ án quy hoạch còn thấp, chưa đáp ứng được yêu cầu;

chất lượng dự báo thấp nên phải điều chỉnh trước thời hạn; một số đồ án quy

hoạch xây dựng thiếu cập nhật các quy hoạch định hướng hạ tầng diện rộng của

vùng, của quốc gia nên khi triển khai gặp vướng mắc phải điều chỉnh.

- Các quy hoạch phát triển đô thị, khu dân cư, hạ tầng xã hội ở các tỉnh,

thành phố thiếu đồng bộ, triển khai chậm, chưa theo kịp tốc độ đô thị hóa. Hiện

14

vẫn còn xảy ra tình trạng không ăn khớp giữa quy hoạch tổng thể và quy hoạch

chi tiết, nhiều quy hoạch chi tiết triển khai trước khi có quy hoạch tổng thể hoặc

không căn cứ vào quy hoạch tổng thể, dẫn đến phải thay đổi nhiều lần.

- Hệ thống tổ chức cũng như đội ngũ cán bộ làm công tác quy hoạch từ

trung ương đến địa phương còn thiếu về số lượng, yếu về chất lượng. Công tác

đào tạo cán bộ quy hoạch chưa đúng tầm. Hiện nay cả nước chưa có cơ sở chuyên

đào tạo chuyên gia cho công tác quy hoạch.

- Việc lập và thực hiện các quy hoạch chuyên ngành trên cùng một địa

bàn còn thiếu đồng bộ, dẫn đến các dự án ĐTXD chuyên ngành cũng không

đồng bộ.

- Việc công bố, công khai và cung cấp thông tin QHXD chưa được thực

hiện nghiêm túc theo quy định tại Điều 32, 33 Luật Xây dựng; Điều 53, 54, 55

Luật quy hoạch đô thị; Điều 38, 39 Nghị định số 08/2005/NĐ-CP. Tham gia của

cộng đồng dân cư trong quá trình lập quy hoạch theo quy định tại các Điều 20,

21 Luật QHĐT chưa được thực hiện có hiệu quả, nhiều khi mang tính hình thức.

- Quản lý QHXD và quản lý đầu tư theo QHXD (Điều 34 Luật Xây dựng,

Điều 69 Luật Quy hoạch đô thị) còn nhiều yếu kém, để xảy ra tình trạng nhiều

dự án không tuân theo QHXD vì lợi ích cục bộ (như chuyển đổi đất từ quy

hoạch là đất dành cho công trình công cộng thành đất để xây dựng công trình

dịch vụ...) làm ảnh hưởng đến chất lượng sử dụng lâu dài không chỉ đối với một

dự án mà là của cả một khu vực. Công tác kiểm tra, thanh tra thực hiện theo quy

hoạch đã duyệt nhìn chung còn buông lỏng.

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

15

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

Từ khi GIS phát triển từ biểu diễn 2D sang biểu diễn 3D từ năm 1960,

GIS 3D thường được xem là một chủ đề kỹ thuật, nơi mà cấu trúc dữ liệu 3D, xử

lý và hiển thị được thực hiện. Việc hiển thị hiệu quả của môi trường xây dựng

3D phức tạp vẫn là một thách thức đối với các nhà quy hoạch đô thị. Với những

tiến bộ mới nhất trong công nghệ GIS về lập kế hoạch và phân tích đô thị định

lượng [80], tồn tại nhu cầu lớn về việc tích hợp hiệu quả và hiệu lực GIS 3D cho

mục đích quy hoạch đô thị để tăng cường phân tích, lập kế hoạch và ra quyết

định [50]. Đặc điểm chính của GIS 3D là phát triển kịch bản dựa trên các phân

tích và tạo ra các kịch bản [71]. GIS 3D hỗ trợ phân tích không gian, lập kế

hoạch và ra quyết định theo hai cách: Trước tiên, sử dụng khả năng lưu trữ và

16

truy xuất dữ liệu, cung cấp khả năng truy xuất và chia sẻ dữ liệu nhanh chóng và

hiệu quả để hỗ trợ các quyết định lập kế hoạch. Thứ hai, bằng khả năng phân

tích đô thị 3D tích hợp của nó, cho phép các phương án khác nhau được mô hình

hóa [71], [51]. Có nhiều phương pháp tạo ra các mô hình thành phố 3D mà chủ

yếu phụ thuộc vào số liệu GIS [39]. Công cụ mô hình hình học thông thường

như CAD, thường được sử dụng trong hệ thống lập kế hoạch của Ấn Độ, không

đủ năng lực để hiển thị các không gian đô thị lớn [55]. Phương pháp mô hình

hình học được ưa thích nhất của thành phố là kỹ thuật đùn trong GIS cho các

khối thể tích sinh khối. Kết hợp công cụ hình ảnh 3D và hiển thị 3D có thể là

công cụ quy hoạch đô thị hiệu quả và mạnh mẽ hơn [71].

Việc ứng dụng GIS 3D đã bắt đầu ảnh hưởng đến lĩnh vực quy hoạch.

GIS 3D hiện đang được sử dụng để mô hình hóa môi trường đô thị và khám phá

các kịch bản phát triển, hình dung các kế hoạch sử dụng đất thay thế và tác động

của chúng đối với môi trường đô thị [75]. Các mô hình GIS 3D có thể liên hệ

quá khứ, hiện tại và phát triển có thể trong tương lai của môi trường xây dựng,

phản ánh chặt chẽ thế giới thực [79]. Yin và Hastings [80] đã chứng minh các

ứng dụng của GIS 3D trong phân tích hiển thị và mô hình được tạo ra đã được

sử dụng để đánh giá quy định trong quy hoạch liên quan đến hạn chế chiều cao

xây dựng ở thành phố New York, [72] đã sử dụng 3D GIS để mô phỏng quá

trình phát triển của đô thị từ năm 1927 đến năm 2000. Các cơ quan phát triển

trên khắp thế giới đã tạo ra các mô hình thành phố ảo để kiểm soát và quản lý sự

phát triển đô thị, đảm bảo đúng quy hoạch, đúng tiêu chuẩn kiến trúc, kiểm soát

quyền và hạn chế quyền trong xây dựng, các hành lang an toàn về chiều cao và

phạm vi. Nhiều mô hình đã lồng ghép các quy định quy hoạch vào mô hình mô

phỏng [22], [35]. Mô hình GIS 3D, với các chức năng hiển thị và phân tích sẽ

cho phép các nhà quy hoạch đô thị truyền đạt hiệu quả các kế hoạch phát triển

trong tương lai [71], [79]. Với bản đồ GIS 2D thì một loạt các phân tích không

17

gian chỉ mang lại hiệu quả về mặt bằng [23], sử dụng dữ liệu 3D đã làm tăng các

ứng dụng, đặc biệt là các phân tích theo chiều cao và cả chiều sâu dưới đất. Bề

mặt ảo của địa hình đô thị 3D có thể hỗ trợ tốt cho các thiết kế về đường cống

thoát nước, hệ thống công trình ngầm, bố trí giao thông, hồ ao nhân tạo… [81].

Kể từ đó, GIS 3D được xây dựng trên cơ sở dữ liệu GIS 2D, một loạt các phân

tích không gian được thực hiện, chẳng hạn như, xem phân tích không gian, truy

vấn không gian và mô phỏng 2D, 3D [80].

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 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].

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ đã làm thay đổi nhanh chóng các

phương pháp mô hình hóa bề mặt và ứng dụng của nó. Với sự trợ giúp của công

nghệ tin học các hệ thống 3D GIS đã được nghiên cứu, xây dựng và phát triển.

Các hệ thống 3D GIS này thường mô hình hóa bề mặt lãnh thổ thông qua DEM

kết hợp với các ký hiệu mô phỏng đối tượng trên bề mặt trái đất với các cấp độ

chi tiết khác nhau đã làm cho việc ứng dụng 3D GIS trong công tác quy hoạch

ngày càng trở lên phổ biến hơn. Đặc biệt, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ

tin học đã tạo ra những bước đột phá trong công tác quy hoạch, việc triển khai

18

xây dựng các hệ thống CyberCity (thành phố ảo) hay SmartCity (thành phố

thông minh) đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng trong công tác quy hoạch

của nhiều tác giả trên thế giới [44], [58], [42], [59], [56], [74].

Các nước phát triển đã và đang nghiên cứu thành lập mô hình 3D cho 100

thành phố ở Châu Âu và Bắc Mỹ do hãng BlomInfo xây dựng để cung cấp dữ

liệu cho tập đoàn TeleAtlas. Nguồn dữ liệu này đã được sử dụng trong quy

hoạch, viễn thông, điều hành quản lý thành phố rất hữu hiện. Hãng Microsoft đã

tiến hành xây dựng mô hình 3D cho các khu trung tâm thành phố, các nhà cao

tầng trọng điểm, các khu du lịch nổi tiếng trên toàn thế giới để cung cấp cho

Google Earth, Virtual Earth hay Bing Map trong các dịch vụ Web.

Tại Thụy Sỹ, cơ quan quản lý dữ liệu địa hình quốc gia Swiss Topo từ

năm 2008 đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng mô hình cảnh quan địa hình trên

cả nước. Đây là mô hình dữ liệu bản đồ 3D được thành lập ở mức chi tiết cao,

được dùng làm dữ liệu nền cơ bản trong cơ sở dữ liệu không gian quốc gia của

Thụy Sỹ. Đan Mạch cũng là nước đầu tư xây dựng mô hình 3D các khu vực đô

thị từ năm 2004, đến 2008 đã xây dựng mô hình 3D cho 2,2 triệu ngôi nhà trên

toàn quốc, tiến tới hoàn thiện xây dựng CSDL không gian địa lý quốc gia mô

hình 3D cho tất cả các đối tượng nhà và công trình kiến trúc.

Tại Vương quốc Anh, tổng Công ty Ordnance Survey và các hãng sản

xuất đã tiến hành nghiên cứu, xây dựng hạ tầng dữ liệu không gian quốc gia

(dưới sự điều hành của chính phủ Anh), tromng đó xây dựng CSDL mô hình 3D

cho các đối tượng là công trình xây dựng, cơ sở hạ tầng văn hóa cho tất cả các

thành phố lớn tại Anh theo chuẩn dữ liệu CityGML

Tại Nhật Bản, nhiều giải pháp khác nhau được đề xuất cho công tác quy

hoạch, trong các đề xuất này thì mô hình thành phố 3D được cho là có tính ưu

việt hơn cả bởi nó mang lại cái nhìn trực quan nhất và có khả năng phân tích nhờ

các công cụ phân tích của GIS.

19

Hình 1.1: Một góc mô hình 3D thành phố Boston (Nguồn:

https://www.turbosquid.com/3d-models/3d-model-boston-city/

Tại Mỹ, nhiều thành phố đã ứng dụng công nghệ Cyber City trong xây

dựng mô hình đô thị 3D mang lại nhiều lợi ích như Boston, NewYork, San-

Francisco, Chicago, Washington DC,... Các mô hình này có tính trực quan cao

và được lưu trữ trong server, người dùng có thể xem và tương tác thông qua

mạng internet với phần mềm Skyline,…

Hình 1.2: Một góc mô hình 3D thành phố NewYork (Nguồn:

https://www.3dcadbrowser.com/3d-model/new-york-city-manhattan)

20

Hình 1.3: Mô hình 3D khu vực đài tưởng niệm Lincoln tại Washington

(Nguồn: Google map/WashingtonDC/)

Tại Đài Loan (Trung Quốc), cũng đã sớm đưa công nghệ 3D vào xây

dựng các thành phố ảo phục vụ quy hoạch cơ sở hạ tầng và phát triển kinh tế và

văn hóa - xã hội.

Hình 1.4: Mô hình 3D khu vực tòa tháp 101 tầng, Đài Bắc, Đài Loan

(Nguồn: https://www.gearthblog.com/blog/archives/)

21

Hình 1.5: Mô hình 3D thành phố SongDo, Hàn Quốc

(Nguồn: https://www.gearthblog.com/blog/archives/)

Trong dự án "Hệ thống thông tin đất đai dựa trên các mô hình thành phố

3D" là sự hợp tác một công ty liên doanh của Viện Hasso-Plattner-Potsdam, Đại

học Kỹ thuật Berlin và Công ty trách nhiệm hữu hạn 3DGeo GmbH. Nhằm mục

đích phát triển một hệ thống thông tin và truyền thông để quản lý đất đai dựa

trên các môi trường địa lý ảo. Cụ thể hơn, công trình nghiên cứu đề cập đến sự

phát triển của các kỹ thuật, công cụ và phương pháp cần thiết để triển khai thành

công các mô hình thành phố ảo 3D nhằm hỗ trợ quyết định trong quản lý đất đô

thị. Nó được xây dựng dựa trên các mô hình và công nghệ mô hình 3D ảo (Hình

1.7) và chuyên môn cao của các đối tác với việc thiết lập và sử dụng GeoVE

trong quy hoạch môi trường và đô thị, quản lý bất động sản và tư vấn của các

nhà đầu tư.

22

Hình 1.6: Mô hình thành phố 3D của Berlin, Cộng hòa liên bang Đức

(Nguồn: A. Krügera, T. H. Kolbea. 2012)

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. Trong nhu cầu phối hợp tốt

hơn giữa các nhóm các đơn vị liên quan khác nhau và để có sự phối hợp tốt hơn

và trao đổi thông tin giữa các ngành nghề, các khái niệm quản lý đất đai đô thị

trong thời đại hiện nay là các phương pháp tiếp cận tổng hợp. Tích hợp thông

qua các yếu tố và khái niệm có sự tham gia, hợp tác và đưa ra các yêu cầu về xã

hội, kinh tế và môi trường vào quá trình lập kế hoạch và quản lý, và các hoạt

động xây dựng được điều phối tốt hơn và dữ liệu (không gian) sử dụng hiệu quả

hơn và bình đẳng đối với các bên liên quan đến nhân dân và có thể tiếp cận

được. Các khái niệm và mục tiêu như vậy được tóm tắt trong thuật ngữ "Quản lý

đô thị trong thời đại 3D/4D" như đã thảo luận trong "Chiến dịch Toàn cầu về

Quản lý Đô thị" của Liên Hợp Quốc [77]. Đơn vị UN-HABITAT cũng cung cấp

một mô tả về thuật ngữ quản lý đô thị phản ánh một khái niệm toàn diện: "Quản

23

lý đô thị là tổng hợp của nhiều cá nhân và tổ chức, công cộng và nhân dân, lên

kế hoạch và quản lý công việc chung của thành phố [77].

Việc con người đưa lợi ích vào các quá trình ra quyết định về không gian

và môi trường và nói chung trong quản lý đất đai đô thị cũng như việc hội nhập

chặt chẽ hơn giữa các nguyên tắc đặt ra thách thức thông tin và truyền thông:

Các bên liên quan, các tổ chức quan trọng và cá nhân tất cả đều làm theo, và các

lợi ích phức tạp, có những kỹ năng, kiến thức và nguồn gốc khác nhau. Vì vậy,

không đảm bảo được các bên liên quan hiểu được nhu cầu và lập luận của nhau.

Trong trường hợp này, động lực chính của luận án bắt nguồn từ: Hiển thị - cho

dù đó là phác thảo vẽ tay để minh hoạ ý tưởng, kế hoạch xây dựng chi tiết, kỹ

thuật kết xuất ảnh chụp thực, bản đồ chuyên đề hoặc mô hình vật lý 3D thường

xuyên phục vụ trong quy hoạch không gian và môi trường (SEP), trong ngành

Kiến trúc, Xây dựng và Kỹ thuật (ACE) để chia sẻ thông tin không gian, các

khái niệm thiết kế và tăng cường sự hiểu biết giữa các nhóm người. Trên thực tế,

hình ảnh trực quan cho các công cụ cơ bản của các nhà lập kế hoạch, kỹ sư và

kiến trúc. Điều đáng chú ý là nghệ thuật của ảnh trực quan trong SEP và trong

ngành công nghiệp ACE đã trở nên hoàn toàn bằng kỹ thuật số. Tùy thuộc vào

nhiệm vụ của một kế hoạch hoặc một loạt dự án dựa vào máy tính, bao gồm Hệ

thông tin địa lý (GIS), các công cụ thiết kế và lập mô hình máy tính

(CAD/CAM), phần mềm xử lý hình ảnh, phần mềm ảnh động và thông tin dựa

trên web và hệ thống truyền thông là những thành phần phổ biến trong quy trình

quản lý đo thị và quy hoạch đô thị.

Nhận thức rõ về khả năng của các ảnh trực quan, các dữ liệu liên tục số

hóa và tiến trình công việc trong SEP, ACE, ý tưởng sử dụng mô hình GeoVE

(utilizing geovirtual environments - GeoVE) đưa ra nghiên cứu hiện tượng

không gian, các khái niệm không gian, tăng cường hiểu biết về chức năng không

gian và nâng cao nhận thức về vấn đề đã được phát triển từ khoảng hai thập kỷ.

24

Thuật ngữ GeoVE được sử dụng như một phép ẩn dụ thống nhất cho các

phương pháp đa dạng để tạo môi trường ảo tương tác trên máy tính của các cảnh

quan hoặc thành phố thực để khám phá và truyền thông dữ liệu không gian, các

khái niệm, quá trình và hiện tượng. Nó bao gồm các khái niệm về thành phố ảo,

các môi trường địa lý ảo (virtual geographic environments -VGE), hình ảnh 3D

tương tác trực quan và thực tế ảo (virtual reality -VR). Ý tưởng cơ bản và tiềm

ẩn trong bối cảnh lập kế hoạch và quản lý môi trường là nếu có thể tạo mô hình

kỹ thuật số 3D cho môi trường thực tế, chúng có thể là "sandboxes " để tích hợp

và truy cập vào các thiết kế, thử nghiệm các giải pháp thay thế và các kịch bản

trong tương lai, phân tích 3D và cuối cùng hỗ trợ phát triển các giải pháp tối ưu

cho các nhiệm vụ đang diễn ra. Nói tóm lại, đó là tầm nhìn của một mô hình tính

toán của thế giới thực, cho phép chúng ta hiểu rõ không gian và tối ưu hóa việc

sử dụng.

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

25

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.

Công nghệ GIS đã được ứng dụng trong công tác quy hoạch ở nước ta từ

những năm cuối của thế kỷ 20 [6]. Một số công trình nghiên cứu, ứng dụng GIS

trong công tác quy hoạch cũng đã được tiến hành triển khai theo những khía

cạnh khác nhau và đã được áp dụng thí điểm cho một số tỉnh, thành phố như Hà

Nội, Đà Lạt, Hạ Long,…[3], [4]. Ngày nay, công tác nghiên cứu và ứng dụng

mô hình 3D trong quy hoạch ngày càng được nhiều người làm quy hoạch quan

tâm nghiên cứu. Cùng với sự phát triển của công nghệ tin học, công nghệ GIS đã

tạo ra một công nghệ mới (công nghệ 3D GIS) hỗ trợ cho lĩnh vực quy hoạch

không gian [7], [11]. Đối với các dạng 3D GIS hiện nay chủ yếu được xây dựng

trên các phần mềm GIS như 3D Studio Max Design; ArcSence, City Engine của

hãng ESRI (Mỹ), Skyline,… Một số công trình nghiên cứu đã thực hiện như:

“Nghiên cứu ứng dụng dữ liệu LIDAR và ảnh viễn thám độ phân giải cao để xây

dựng bản đồ 3D phục vụ quản lý đô thị” (Trung tâm viễn thám quốc gia, 2011),

đây là dạng đề tài thử nghiệm trong sản xuất, chưa quan tâm đến xây dựng cơ sở

dữ liệu không gian; “Nghiên cứu cơ sở sở khoa học, đề xuất nội dung quy trình

kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình 3D tỷ lệ 1:2000 và tỷ lệ 1:5000” (Cục Đo đạc

và bản đồ Việt Nam, 2013), đề tài tập trung vào nghiên cứu phát triển, kế thừa

CSDL nền địa lý 2D theo hướng hiển thị trực quan bản đồ 3D mà không theo

hướng thành lập CSDL không gian địa lý; “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ

LIDAR kết hợp chụp ảnh số thành lập bình đồ trực ảnh phục vụ xây dựng bản

26

đồ 3D khu vực thành phố Hà Nội’’(Cục Đo đạc và bản đồ Việt Nam, 2014), nội

dung chủ yếu là thành lập bản đồ trực ảnh; (Anh, N.T.T, 2013, “Bản đồ 3D từ

dữ liệu lidar cho các ứng dụng đô thị”, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ (Bộ

Tài nguyên và Môi trường); [7], “Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu thông tin

địa hình 3D phục vụ công tác quy hoạch đô thị-nông thôn”, Đề tài nghiên cứu

khoa học cấp cơ sở T11-23, Trường đại học Mỏ-Địa chất, 2011; Bùi Ngọc Quý,

“Nghiên cứu ứng dụng ArcScense trong xây dựng cơ sở dữ liệu 3D GIS Thành

phố Lạng Sơn, Tạp chí Tài nguyên và Môi trường, số 9 năm 2008 [9], Bùi Ngọc

Quý, “Nghiên cứu xây dựng mô hình Cyber City phục vụ cho việc mô hình hóa

bề mặt và định hướng quy hoạch không gian”, đề tài nghiên cứu khoa học cấp

bộ (2015)[10] với kết quả thực nghiệm là xây dựng mô hình Cyber City thực

nghiệm cho hai khu vực là Trường đại học Mỏ - Địa chất và Khu chung cư cao

cấp The Major, Mễ Trì, Nam Từ Liêm, Hà Nội. NCS cũng là thành viên của cơ

quan phối hợp thực hiện đề tài nghiên cứu này. Năm 2014, nghiên cứu sinh đã

nghiên cứu và bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ tại Trường Đại học Mỏ-Địa

chất với đề tài “Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình theo công nghệ 3D phục vụ

công tác quản lý và quy hoạch đô thị khu vực thành phố Hải Phòng”. Đây cũng

là một trong những cơ sở khoa học giúp nghiên cứu sinh hình thành và phát triển

đề tài nghiên cứu trong luận án tiến sỹ.

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 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

27

tử.

Còn ở trong nước, mặc dù đã được một số cơ quan, đơn vị quan tâm

nghiên cứu, tuy nhiên các công trình nghiên cứu về bản đồ 3D cho công tác mô

hình hóa bề mặt và định hướng quy hoạch không gian ở nước ta vẫn còn mang

tính nhỏ lẻ chưa được thực hiện nhiều, dữ liệu còn thô sơ, chưa đi sâu vào mô

hình hóa chi tiết các đối tượng trên bề mặt,…. 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.

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

28

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, Luận án 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.

29

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

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.

Theo khái niệm này, các mô hình thành phố ảo 3D được hình thành như là

biểu diễn số của môi trường đô thị thực dựa trên ba thành phần hệ thống cơ bản

như nêu ở trên. Hơn nữa, điều rất quan trọng là phải chú ý và hiểu sự khác biệt

giữa mô hình hóa tương tác và dễ thấy là thành phố ảo và biểu diễn dữ liệu mô

hình thành phố 3D có liên quan với nhau thông qua trực quan hóa hệ thống.

Trong thực tế, sự khác biệt này dẫn đến kết luận rằng ba khung nhìn trên các mô

hình thành phố ảo 3D tồn tại phải được kiểm tra riêng biệt: khung nhìn dữ liệu,

khung nhìn hệ thống và phương tiện hoặc người dùng được mô tả trong Hình 2.1.

30

Hình 2.1: Ba thành phần cơ bản khung nhìn mô hình thành phố ảo 3D

Khái niệm được đề xuất không thể hiện bất cứ điều gì về chất lượng hoặc

sự phức tạp của các mô hình thành phố ảo 3D. Không liên quan đến cách thức

thực tế của các đối tượng thành phố được mô hình hóa, cũng như các đối tượng

thế giới thực được thể hiện trong mô hình hoặc nếu các đối tác kỹ thuật số của

chúng hiển thị thế giới thực như tác động.

Với mô hình thành phố ảo 3D, chúng ta có thể thực hiện được các chức

năng trình diễn và đo đạc, phân tích và mô phỏng, trao đổi thông tin theo mô

hình chính phủ điện tử, quản lý cơ sở hạ tầng và cơ sở vật chất, hỗ trợ quy trình

lập kế hoạch, quy hoạch và ra quyết định.

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

Mô hình thành phố ảo 3D thể hiện không gian đô thị tham chiếu trên

nền dữ liệu địa lý. Thành phần cơ bản của mô hình bao gồm bề mặt số địa hình

(DTM), mô hình các công trình kiến trúc, công trình xây dựng, đường phố, thủy

hệ, cây xanh, hạ tầng đô thị... Bản đồ không gian ba chiều có rất nhiều ưu điểm

so với bản đồ hai chiều (2D), các đối tượng địa lý dạng vector được gắn kết với

các thuộc tính và được hiển thị trong không gian ba chiều. Bản đồ 3D có thể

được thành lập từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau có khả năng mô phỏng cấu

trúc cảnh quan đô thị phục vụ quy hoạch, xây dựng phát triển đô thị, phục vụ

31

giáo dục, quốc phòng, du lịch…và đặc biệt trong tiến trình phát triển các đô thị

thông minh SmartCity ở Việt Nam thì mô hình thành phố ảo 3D vừa là phương

pháp, vừa là công cụ để tổ chức triển khai trong thực tế. Để có được độ chính

xác cao cho các vị trí điểm trên bản đồ thì hiện nay nguồn dữ liệu thu nhận từ

công tác bay quét Lidar đang thể hiện là tối ưu nhất.

Trước đây, người ta sử dụng mô hình dữ liệu dạng mô phỏng khối không

gian hay ký hiêu hình tượng không gian mà chưa có các thuộc tính như vị trí,

cấu trúc, đặc điểm nhận dạng hay các thông số kỹ thuật của đối tượng 3D. Việc

xây dựng được mô mô hình dữ liệu không gian 3D có thuộc tính và tổ chức quản

lý theo cấu trúc là vấn đề khó khăn, trong thời gian gần đây ở một số quốc gia đã

nghiên cứu ứng dụng dựa trên XML và phát triển hơn nữa là CityGML, đã nâng

tầm mô hình không gian thành phố lên một tầm cao mới. Tuy nhiên vân đề này

ở Việt Nam là hoàn toàn mới, chưa có nghiên cứu nào đề cập đến CSDL 3D hay

CSDL thành phố ảo 3D và cũng chưa có tiêu chuẩn nào quy định chi tiết về

khung dữ liệu hay chuẩn dữ liệu 3D đô thị, trong khi đó thực tiễn phát triển của

đô thị và nhu cầu ứng dụng trong quản lý đô thị nói chung hay quy hoạch đô thị

nói riêng đang thực sự cần thiết, đòi hỏi các nghiên cứu cũng như đề xuất được

mô hình CSDL 3D là hết sức cần thiết trong xu thế xây dựng SmartCity hiện

nay.

Với các tiêu chuẩn cụ thể, mô hình thành phố 3D ảo có thể được khai thác

dưới nhiều hình thức và phục vụ nhiều lĩnh vực chuyên ngành khác nhau. Ví dụ,

một cổng thông tin bất động sản có thể hình dung được công việc của năm và

tiền thuê hàng tháng trung bình của các tòa nhà…Trong trường hợp này, mô

hình thành phố 3D ảo phục vụ như là công cụ khai thác dữ liệu đô thị. Dữ liệu

trong mô hình thành phố ảo 3D bao gồm 3 nhóm dữ liệu chính: Dữ liệu nền địa

lý 3D; Dữ liệu địa vật trong không gian đô thị; Tích hợp từ các nguồn dữ liệu

khác.

32

2.2.1. Nhóm dữ liệu nền địa lý 3D

* Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model - DEM) ngày càng được sử

dụng nhiều cho các mục đích nghiên cứu khác nhau và được coi là một dữ liệu

đầu vào quan trọng của Mô hình địa hình 3D. Theo các phương pháp truyền

thống, DEM chủ yếu được xây dựng bằng phương pháp nội suy từ đường bình

độ của bản đồ địa hình (dạng số) trong một số phần mềm chuyên dụng ArcGIS,

Vertical Mapper,…Ngoài ra, DEM còn được xây dựng bằng cách sử dụng các

kỹ thuật quan sát lập thể từ cặp ảnh hàng không, cặp ảnh lập thể vệ tinh hay từ

dữ liệu đo đạc trực tiếp địa hình ngoài thực địa.

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

tả bề mặt mặt đất không bao gồm các đối tượng vật thể trên đó nhưng được xây

dựng dựa trên các điểm độ cao, các đường bình độ và các đối tượng nằm trên bề

mặt như sông suối, ao hồ…

* Mô hình số bề mặt (Digital Surrface Model - DSM) là một mô hình độ

cao số miêu tả bề mặt mặt đất và bao gồm cả các đối tượng vật thể trên đó như

nhà cửa, cây, đường giao thông...

* Dữ liệu nền cơ sở địa lý từ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn: dữ liệu này được

thu thập từ CSDL nền địa lý 1:10.000, 1:5000 và 1;2000 đã được Cục Đo đạc

bản đồ và hệ thông tin địa lý thành lập phủ trùm cả nước và đang được lưu trữ

tại các Sở tài nguyên và Môi trường các tỉnh/thành phố

* Tư liệu không ảnh: Bao gồm các loại ảnh máy bay hoặc ảnh vệ tinh có

độ phân giải siêu cao. Các tư liệu này lien kết với mô hình 3D (bao gồm cả mô

hình hình học của khối nhà, thực vật …và DTMs). Ngoài ra người ta có thể sử

dụng thêm các tư liệu ảnh chụp bề mặt đứng của các đối tượng trong mô hình

3D ảo như là hình ảnh mặt tiền, mặt bên của công trình kiến trúc để xây dựng

mô hình 3D một cách rõ ràng, chi tiết và đảm bảo tính thực tế [5]. Đối với các

khu đô thị diện tích không lớn, ảnh được chụp từ UAV thường được sử dụng bởi

33

tình phổ biến và kinh tế của loại tư liệu này.

* Dữ liệu ảnh mặt đất: bao gồm các ảnh chụp các đối tượng nhà, công

trình kiến trúc, các địa vật… sẽ được gán cho nắn và ghép nắn vào bề mặt các

đối tượng sau khi mô hình hóa. Tùy thuộc vào cấp độ LoD của mô hình mà chế

độ hiển thị sẽ lựa chọn mức độ chi tiết của ảnh mặt đất đa xgans để hiển thị.

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. Trường hợp nếu các đối

tượng này chỉ có tọa độ X, Y chúng cũng có thể được bổ sung tọa độ Z từ mô

hình số địa hình bằng một phép chiếu vuông góc đơn giản. Các đối tượng dạng

vùng như các bãi cát, bãi cỏ, sân ...thường chỉ có tọa độ X, Y. Để thể hiện trong

không gian ba chiều chúng sẽ được đẩy lên bề mặt địa hình và được thể hiện

bằng các ký hiệu tương ứng. Các đối tượng nằm nổi trên bề mặt địa hình có độ

cao riêng gồm nhóm các đối tượng dạng vùng như nhà và các công trình xây

dựng, các đối tượng dạng đường như hàng rào, tường vây, các loại đường dây

truyền tải, các đối tượng dạng điểm như cột điện, cây cối. Các đối tượng này có

cấu trúc phức tạp hơn. Để mô tả chúng ngoài tọa độ X, Y cần có các giá trị độ

cao: giá trị Z là độ cao của mặt địa hình tại vị trí (X, Y) của đối tượng và giá trị

h là độ cao riêng của đối tượng so với mặt địa hình hoặc độ cao thực H của đối

tượng trong không gian ba chiều.

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

34

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. Một cách

thể hiện đơn giản nhất là nhà được đẩy lên từ đường viền đáy nhà nằm trên mặt

địa hình một khoảng bằng chiều cao riêng h của nhà thành một hình hộp. Đối

với công nghệ Lidar thì chúng ta có tập hợp các điểm có giá trị mặt bằng và độ

cao rất chi tiết, từ đó cũng có mô hình số địa hình và mô hình số bề mặt cũng rất

chi tiết và chính xác, do đó việc thể hiện các công trình xây dựng trên bản đồ 3D

là đảm bảo được mức độ chi tiết rất cao.

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.

Các polygon nhà trên nền DTM trong ArcSence. Sau đó, các khối nhà

được dựng lên bằng công cụ Extrusion sử dụng độ cao nhà đã được xây dựng từ

dữ liệu last-echo. Chọn smooth shading và hide backside cho việc chiếu sáng và

tạo bóng của các khối nhà. Trong trường hợp này các chi tiết về hình dáng mái

và các tầng trên đều được khái quát hóa. Tuy nhiên, có thể chọn lọc một số khối

nhà quan trọng có tính định hướng cao để thể hiện chi tiết hơn giữa các nhà bình

thường được hiển thị theo nguyên tắc đơn giản nói trên. Với công cụ 3D

building có thể dựng khối nhà lên từ footprint và gán hình ảnh thật của các bề

mặt nhà lên đó. Để thực hiện việc thể hiện chi tiết khối nhà, trước hết cần chuẩn

bị ảnh *.BMP của các bề mặt nhà và mái nhà. Các dữ liệu ảnh trên được lấy từ

ảnh hàng không trực giao và ảnh chụp tại thực địa. Có thể lặp lại việc gán ảnh bề

mặt nhiều lần cho các nhóm nhà có hình ảnh bề mặt khác nhau. Kết quả có thể

35

cùng được lưu trữ dưới dạng *.LYR là dạng dữ liệu mặc định của ArcScene.

Cách thể hiện này đặc biệt phù hợp với các nhà cao tầng của các khu đô thị.

2.2.2.3. Thể hiện các đối tượng khác trên bản đồ

Thuỷ hệ và các đối tượng liên quan: Sông hai nét được thể hiện như một

đối tượng vùng trên bản đồ 2D. Trong bản đồ địa hình 3D, đối tượng vùng này

được phủ lên mặt DTM sử dụng công cụ Baseheight và tô màu xanh nước biển

nhạt. Ngoài ra đường viền sông hai nét cũng được thể hiện trên mặt DEM bằng

màu nước biển sẫm với mục đích làm nổi bật đường bờ nước. Sông một nét

cũng được thể hiện nằm ngay trên mặt DEM bằng ký hiệu dạng đường liên tục

màu nước biển sẫm. Sông suối chảy theo mùa thể hiện bằng hai ký hiệu. Một ký

hiệu dạng đường chạy liên tục màu nước biển nhạt. Thuộc tính của đối tượng

được gắn vào đường này. Ký hiệu thứ hai dùng cho mục đích hiển thị được drop

từ dạng đường nét đứt của sông suối chảy theo mùa trên bản đồ 2D, thể hiện

bằng màu nước biển đậm nằm trên đường chạy liên tục màu nước biển nhạt nói

trên. Cả hai ký hiệu này đều nằm ngay trên mặt DTM. Đê cũng được thể hiện

theo nguyên tắc tương tự. Các chi tiết về độ chênh cao của đê được bổ sung vào

DTM dựa trên các số liệu có được về đê như vị trí mặt đê, vị trí chân đê, độ cao

mặt đê, tỷ cao đê. Con trạch trên mặt đê nếu có được thể hiện bằng một đối

tượng dạng đường, thuộc tính về tỷ cao con trạch được lưu trữ và được dùng cho

công cụ Extrusion để dựng đường này lên vuông góc với mặt đê (lúc này đã

được bổ sung vào mặt DTM) đúng như đặc điểm của con trạch trong thực tế.

Cống được thể hiện bằng đoạn thẳng đặt vuông góc với kênh mương bằng màu

đen. Các thông tin về tên kênh mương, tên cống, thiết bị điều tiết nước nếu có

được gắn vào bảng thuộc tính của cống.

Giao thông và các đối tượng liên quan: Các đối tượng dạng điểm liên

quan như trạm ghi, cột đèn hiệu, cột tín hiệu, cột cây số, biển chỉ đường nếu có

được dựng lên bằng công cụ Plan tree trên mặt DTM dùng một hình ảnh tự thiết

36

kế dạng *.BMP gần giống với hình ảnh thực. Độ cao của các đối tượng này tuân

theo qui định chuẩn của ngành giao thông. Đường ô tô là một yếu tố được quan

tâm rất nhiều đối với người dùng bản đồ. Chúng được thể hiện là các đối tượng

dạng vùng nằm ngay trên mặt DTM. Phần trải mặt đường được thể hiện bằng

ảnh thực của các loại chất liệu: bêtông - nhựa, đá, đất hoặc bằng nền màu đơn

giản. Trục phân tuyến, vỉa hè nếu có và đủ rộng để thể hiện ở dạng vùng theo tỷ

lệ bản đồ thì trải mặt bằng chất liệu thực tế như nền cỏ thấp hay nền gạch. Nếu

các trục phân tuyến chỉ là dạng đường thì dùng Extrusion dựng chúng lên thành

dải ngăn cách chạy liên tục. Đường đất nhỏ và đường mòn được thể hiện bằng

các đường một nét chạy liên tục trên mặt DTM. Để phân biệt, hai loại đường

này đường đất nhỏ thể hiện bằng nét đen đậm, còn đường mòn màu xám. Ký

hiệu nét đứt của đường mòn được chuẩn bị trong môi trường đồ họa và hiển thị

lên trên đường mòn màu xám nhạt, chay liên tục. Đường ô tô được gắn các

thuộc tính: tên đường, chất liệu rải mặt, độ rộng đường, độ rộng phần trải mặt.

Địa hình đắp cao xẻ sâu của đường được bổ sung và thể hiện bằng mặt DTM.

Các đối tượng kinh tế, văn hoá xã hội: Trên bản đồ 3D, ở mức độ chi tiết

rất cao có thể thể hiện các đối tượng kinh tế, văn hóa xã hội bằng mô hình 3D

thực của đối tượng được chuẩn bị sẵn trong môi trường đồ họa. Ở mức độ chi

tiết thấp hơn, các đối tượng văn hóa, kinh tế, xã hội có thể được thể hiện bằng

công cụ Plant tree sử dụng ảnh lấy từ các ký hiệu mẫu của bản đồ địa hình 2D.

Cách thể hiện này nghiêng về xu hướng ký hiệu hóa hơn. Các đối tượng văn

hóa, kinh tế, xã hội sau khi dựng lên được lưu lại thành một file *.LYR dùng để

hiển thị, các ký hiệu điểm gốc với các thuộc tính như tên riêng của đối tượng

cũng vẫn được giữ lại nhằm cung cấp thông tin khi cần truy vấn

Đường dây điện và đường dây thông tin: Đường dây điện và đường dây

thông tin sẽ được thể hiện độc lập bằng hai loại đối tượng. Thứ nhất là các đối

tượng dạng điểm thể hiện cột, chúng được gắn các thông tin thuộc tính về chiều

37

cao cột, cột cao thế hay hạ thế được điều tra từ thực địa. Có hai nguyên tắc thể

hiện các đối tượng dạng điểm này. Ở các tỷ lệ nhỏ, cột được thể hiện với độ chi

tiết – LoD thấp bằng cách hiển thị điểm trên mặt DTM với công cụ Baseheight

và sau đó extrude điểm lên từ mặt DTM sử dụng trường độ cao riêng của cột.

Cách thứ hai phù hợp với các tỷ lệ lớn, cột được dựng lên trên mặt DTM sử

dụng công cụ Plant Tree. Ảnh của cột được 70 chuẩn bị sẵn ở dạng *.BMP và

dựng lên với độ cao được lưu trữ sẵn trong trường thuộc tính của điểm. Đường

dây tải điện đối tượng dạng đường đơn giản được gắn thuộc tính về loại đường:

cao thế, hạ thế; độ cao trung bình của đường dây; điện áp nếu có. Đường dây ở

dạng 2D sẽ tính chuyển thành đường 3D dựa trên độ cao của DTM bằng công cụ

Convert features to 3D của ArcGis 3D Analyst, kết quả là đường 3D sẽ được bổ

sung thêm rất nhiều đỉnh trong khoảng giữa đỉnh gốc tức là các cột. Sau đó

chuyển đường dây 3D này về môi trường đồ họa và bỏ tất cả các đỉnh mới phát

sinh giữa các cột. Sau đó đưa đường dây vào thể hiện trong ArcScene bằng tọa

độ X, Y, H thực không phụ thuộc vào DTM với khoảng offset lấy từ thuộc tính

chiều cao dây. Một đối tượng có nhiều điểm tương tự với các loại dây dẫn là ống

dẫn. Ống dẫn được thể hiện là dạng đường, màu xám sẫm, gắn các thuộc tính: tỷ

cao, đường kính ống, vật liệu làm ống, chất dẫn trong ống. Nếu ống đặt trên trụ

cao thì nguyên tắc thể hiện tương tự như các loại dây dẫn và thể hiện các trụ đỡ

kèm theo. Trường hợp ống dẫn nằm nổi trên mặt đất hay ống dẫn ngầm thì chỉ

cần thể hiện đường ống dẫn dạng 2D theo mặt DTM với giá trị offset âm dựa

trên thuộc tính độ sâu của ống. Các giếng kiểm tra được thể hiện bằng điểm

cũng được extrude một giá trị âm chìm dưới mặt DTM một khoảng bằng độ sâu

của ống. Với độ trong - transparency của DTM là 50% - 70% sẽ cho phép quan

sát được tương đối rõ các đối tượng chạy ngầm dưới đất này.

Dáng đất, chất đất: Dáng đất đã được thể hiện bằng mô hình số độ cao

DTM và đường bình độ. Nhưng ký hiệu nét đứt của bình độ phụ không thể hiện

38

được trong ArcScene nên bình độ phụ nếu có sẽ được thể hiện bằng đường nét

liền màu nhạt hơn. Các yếu tố này chỉ là được đưa ra với mục đích bổ trợ cho

DTM trong việc thể hiện địa hình nên chỉ được thể hiện với độ trong -

transperancy là 50%.

Thực vật: Cách nhìn vào các đối tượng thuộc nhóm thực vật và cách phân

nhóm chúng cho bản đồ địa hình 3D sẽ phải có một số điểm khác biệt so với bản

đồ địa hình 2D trong đó độ cao riêng h của đối tượng là một trong các yếu tố

chính để phân loại và quyết định cách thể hiện. Các đối tượng thực vật có độ cao

riêng thấp như cỏ, lúa, hoa màu... sẽ được thể hiện là đối tượng dạng vùng phủ

lên mặt DTM bằng công cụ Baseheight và được tô màu bằng công cụ Picture fill

symbol với các ảnh chụp bề mặt thực của đối tượng hoặc bằng các nền màu đơn

giản.

Ở tỷ lệ lớn, các đối tượng thực vật có độ cao riêng lớn như rừng, hàng

cây, cây độc lập có thể được thể hiện bằng các đối tượng dạng điểm. Đối với

rừng và hàng cây dựa vào các thông số về mật độ cây để xác định vị trí tương

đối của các điểm. Các đối tượng này được gắn thuộc tính độ cao và loại cây.

Thông tin này được lấy từ nội dung của bản đồ địa hình nếu có hoặc bằng điều

vẽ thực địa. Sau đó dùng công cụ Plan Tree của ArcScene để dựng cây lên từ

các đối tượng dạng điểm này trên nền DTM sử dụng các ảnh cây tương ứng và

độ cao cây lấy từ trường thuộc tính điểm. Công cụ Plant Tree được áp dụng lần

lượt với từng loại cây, kết quả được lưu thành các file *.LYR và dùng để hiện

thị trong ArcScene. SHP file chứa các đối tượng dạng điểm sau khi đã được

dựng lên thành cây sẽ không được hiển thị nhưng vẫn được lưu giữ trong Scene

của bản đồ địa hình 3D để phục vụ cho mục đích truy cập thông tin.

Ghi chú: Một số ghi chú dạng số được sử dụng để xác định kích thước

hay vị trí hình học của đối tượng. Ngoài ra các thuộc tính này đều có thể được

truy cập bằng các công cụ query hay info của ArcScene. Hơn nữa các đối tượng

39

địa hình khi được dựng lên trong môi trường lập thể khá dày đặc nên chỉ một số

ghi chú quan trọng được chọn để thể hiện trong Scene của ArcScene. Do hạn

chế của công cụ 3D label chưa hỗ trợ tiếng Việt nên các ghi chú tên riêng này

chỉ được hiển thị ở dạng tiếng Việt không dấu.

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.

Phương pháp đầu tiên là tích hợp trực tiếp dữ liệu vectơ địa lý vào mô

hình thành phố 3D tương tác là cấu tạo bề mặt địa hình bằng cách chiếu các đặc

điểm vectơ lên địa hình. Tương tác trong nội dung này có nghĩa là các truy vấn

dựa trên quy tắc và tương tác có thể được sử dụng để truy cập thông tin thuộc

tính và tạo các lựa chọn.

Hình 2.2: Phương pháp tích hợp cho dữ liệu dạng vector

Phương pháp thứ hai, tích hợp như bản đồ raster, sử dụng bản đồ mã hóa

địa lý được xử lý từ dữ liệu vectơ gốc bằng cách sử dụng phương pháp từ bản đồ

số (ví dụ: tô màu, sử dụng chữ ký và nhãn văn bản). Các bản đồ raster mã hóa

40

địa lý bắt nguồn từ điều này được tích hợp dưới dạng cấu tạo bề mặt địa hình.

Phương pháp thứ ba, tích hợp dưới dạng các ký hiệu 3D, được sử dụng để

tích hợp các ký hiệu 3D bằng cách chuyển đổi dữ liệu nguồn (các đối tượng

vùng) thành các đối tượng điểm. Các biểu tượng cho thấy các dấu hiệu chính

thức được sử dụng như các ký hiệu 3D đặt tại các vị trí điểm để truyền trực quan

loại hình bảo vệ nào được mô tả.

Ba phương pháp này có thể áp dụng cho các khu bảo tồn thiên nhiên, các

khu bảo tồn sinh thái và vùng bảo vệ nước ...

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. Sự hỗ trợ của đặc tả CityGML cho phép hệ thống soạn thảo

mô hình thành phố ảo 3D giải thích dữ liệu và sử dụng trình đổ bóng nước trên

đó. Một bóng trong lĩnh vực đồ họa máy tính là một hướng dẫn phần mềm, được

sử dụng bởi GPU để tạo hiệu ứng kết xuất đồ họa nâng cao, chẳng hạn như mô

phỏng một bề mặt nước thực tế.

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

các kế hoạch này có thể được phân biệt đối với nội dung và quy mô của chúng,

chúng giống nhau ở chỗ chúng mô tả các thay đổi được đề xuất và có thể có

trong cảnh quan thành phố. Do đó, việc tích hợp các biểu diễn trực quan vào các

mô hình thành phố ảo 3D sẽ phải bao gồm các thay đổi trong không gian mô

hình ba chiều. Do đó, miêu tả các phương pháp để tạo ra kế hoạch 3D được

kiểm tra.

41

Ngược lại với geodata, hầu hết các kế hoạch được chọn để tích hợp không

được tham chiếu địa lý và không thể tích hợp chúng trực tiếp vào mô hình thành

phố ảo 3D. Hơn nữa, thông tin về các đối tượng quy hoạch, chẳng hạn như số

tầng của một tòa nhà được đề xuất, không được mã hóa trong bảng thuộc tính

nhưng trong đồ họa của đồ án. Vì lý do này, một số bước tiền xử lý là cần thiết

để tạo ra các miêu tả kế hoạch 3D từ các kế hoạch được kiểm tra. Trong trường

hợp xấu nhất, nơi chỉ có các tệp ảnh có sẵn dưới dạng dữ liệu nguồn, chúng phải

được mã hóa địa lý trước tiên và các tính năng của quy hoạch phải được số hóa

trước khi các mô hình tiếp theo có thể được thực hiện.

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 2.3: Phương pháp Extrusion-based modeling

được sử dụng để biểu diễn các sơ đồ tổng thể

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

Mô hình extrusion-based ban đầu được sử dụng để tạo ra các mô hình

khối tương tác từ việc xây dựng các khuôn tòa nhà và xây dựng thông tin chiều

cao. Để đảm bảo độ cao chính xác, chiều cao xây dựng tuyệt đối trên mực nước

42

biển được mã hóa trong hình học của khuôn tòa nhà. Với các hàm nhập dữ liệu

trong xây dựng của các mô hình khối hệ thống sẽ được xử lý từ dữ liệu này, có

thể tương tác và dựa trên quy tắc được truy vấn, tô màu và cấu tạo bề mặt. Hơn

nữa, chiều cao của các mô hình khối có thể được thao tác và các thuộc tính có

thể được chỉnh sửa. Để bao gồm khái niệm sử dụng đất được đề xuất trong biểu

diễn kế hoạch 3D, kế hoạch raster mã hóa địa lý được che khuất với khu vực

quy hoạch và được tích hợp vào mô hình thành phố 3D làm cấu tạo bề mặt địa

hình (Hình 2.3).

Phương pháp thứ hai, mô hình hóa 3D, được sử dụng để tạo ra các biểu

diễn quy hoạch 3D với nhiều chi tiết hình học và chi tiết hơn trong các ứng dụng

bên ngoài. Mô hình 3D là một phương pháp được thiết lập để tạo mô hình kiến

trúc và trực quan hóa và nó rất linh hoạt đối với mô hình hình học và bề ngoài.

Vì lý do này, có thể tạo ra các biểu diễn quy hoạch 3D thực tế và toàn diện

không chỉ bao gồm các tòa nhà mà còn bao quanh không gian xanh, cây cối,

đường phố, không gian mở ....

Hình 2.4: Phương pháp tiếp cận mô hình 3D

để tạo ra các biểu diễn quy hoạch như là mô hình 3D

Để đơn giản hóa cho mô hình 3D, các tính năng của quy hoạch được phân

loại thành các loại (tòa nhà, đối tượng vận chuyển và đối tượng thực vật) và

chiều cao của tòa nhà trên mặt đất và chiều cao cơ sở được thêm vào khối tòa

43

nhà làm thuộc tính trong môi trường GIS. Sau công việc chuẩn bị này, các điểm

đặc trưng đã được xuất từ GIS sang phần mềm mô hình 3D. Các điểm đặc trưng

được đưa vào và được định cấu hình để xử lý các mô hình khối từ các điểm đặc

trưng của tòa nhà và các cấp đặc trung dựa trên thông tin thuộc tính. Từ mô hình

3D cơ bản này, một mô hình chi tiết đã được tạo ra. Các mô hình 3D được nhập

thông qua định dạng .3ds và định vị thích hợp được đảm bảo bằng cách sử dụng

điểm trung tâm của hộp giới hạn làm vectơ định vị trí. Hình 2.4 minh họa

phương pháp tiếp cận mô hình 3D.

Phương pháp mô hình hóa thứ ba, mô hình dựa trên CityGML, được phát

triển để tạo ra một biểu diễn quy hoach 3D dựa trên CityGML. Mục đích của

phương pháp này là: a) phát triển một phương pháp cho việc chuyển đổi quy

hoạch tự động (bán) thành các đại diện 3D dựa trên CityGML để b) lưu trữ các

quy hoạch trong cơ sở dữ liệu địa lý 3D dựa trên CityGML. Dữ liệu xây dựng và

dữ liệu sử dụng đất được chuẩn bị cho phương pháp lập mô hình 3D đã được sử

dụng làm dữ liệu nguồn.

Hình 2.5: Minh họa phương pháp mô hình hóa dựa trên CityGML

Việc chuyển đổi dữ liệu sử dụng đất được thực hiện thông qua nội suy với

một mô hình dữ liệu TIN, sau đó là chuyển biến đổi dữ liệu từ ESRI nhiều đối

tượng thành các đối tượng CityGML, như minh họa trong Hình 2.5, một thư

viện lớp Java được phát triển bởi Viện Geodesy và Khoa học địa lý tại Viện

44

Công nghệ Berlin, và GeoTools, một thư viện mã Java mã nguồn mở

(geotools.codehaus.org), được sử dụng để thực hiện việc chuyển đổi dữ liệu. Kết

hợp với các mô hình xây dựng theo định dạng CityGML, có nguồn gốc từ việc

xuất các mô hình xây dựng được tạo ra trước đó bằng cách sử dụng các

extrusion functions, một biểu diễn quy hoạch 3D dựa trên CityGML được tạo ra.

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. Vì nội dung và đồ họa của các sơ đồ quy hoạch được quy định theo luật,

việc tích hợp đồ họa quy hoạch làm cấu tạo cấu trúc bề mặt sẽ được chọn làm

phương pháp chính.

Để tiếp tục truyền đạt hiệu quả khả năng của các sơ đồ quy hoach trên

cảnh quan thành phố, biên giới xác định các lô xây dựng sẽ được số hóa và quy

định về diện tích mặt đất tối đa, tổng diện tích sàn, số tầng, chiều cao xây dựng

tối đa và chức năng xây dựng được thêm làm thuộc tính cho các đối tượng địa

lý. Dữ liệu này được sử dụng để tạo các mô hình khối thông qua các extrusion

functions, đại diện cho các lô xây dựng 3D. Tính minh bạch được thêm vào các

lô xây dựng 3D để chỉ ra rằng ảnh không hiển thị các tòa nhà thực tế hoặc được

lên quy hoạch, nhưng không gian 3D trong đó các tòa nhà có thể được xây dựng.

2.2.3.6. Tích hợp đồ án xây dựng

Đồ án xây dựng chứa tất cả các thông tin cần thiết để tạo ra kiến trúc hoặc

các mô hình 3D chi tiết bên trong. Mặc dù thực tế này, nó đã được quyết định

rằng các quy hoạch này nên được tích hợp như các mô hình LOD3 tương đối

đơn giản để giao tiếp trực quan các đặc điểm quy hoạch và để giữ cho mô hình

3D hiệu quả thấp. Luồng công việc được sử dụng tương tự như cách tiếp cận mô

hình 3D được sử dụng trước đó. Sự khác biệt duy nhất là trong trường hợp này

45

các bản vẽ địa hình được mã hóa địa lý trong Định dạng Trao đổi Bản vẽ (.dxf)

có thể được sử dụng làm dữ liệu nguồn cho quy trình tạo mô hình.

Tuy nhiên, bản vẽ mặt bằng chỉ chứa nhiều dòng và điểm. Do đó, 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. Các bản vẽ mặt chính được sử dụng thêm làm họa tiết mặt chính để tăng chi

tiết hình ảnh mà không cần mô hình hóa cửa sổ, cửa ra vào và các chi tiết

khác. Như đã mô tả ở trên, việc tích hợp các mô hình 3D vào mô hình thành phố

3D được thực hiện thông qua các định dạng .3ds và các vectơ định vị trí.

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 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, ví dụ: tích hợp trực tiếp các vectơ đặc trưng

làm cấu tạo cấu trúc bề mặt địa hình cho phép các tính năng được chọn và thông

tin thuộc tính của chúng được truy vấn. Trong các trường hợp khác, thông tin

được mã hóa trong biểu diễn trực quan, ví dụ: bản đồ raster được mã hóa địa lý

làm cấu tạo cấu trúc bề mặt địa hình hoặc mô hình 3D. Do đó, cần phải quyết

định xem một biểu diễn trực quan đã chọn có phù hợp để truyền đạt thông tin dự

định hay không, và nếu không, cách biểu diễn có thể được tăng cường hoặc sử

dụng các phương pháp khác để đạt được mục đích truyền đạt thông tin cụ thể.

2.2.3.7.1. Thông tin như các thuộc tính đối tượng

Trong trường hợp của mô hình 3D, thông tin thuộc tính, được thêm vào

dữ liệu trước đó, bị mất trong quá trình xuất và nhập dữ liệu. Có thể thêm thông

46

tin này theo cách thủ công trong hệ thống tác giả nhập thông tin sau. Tuy nhiên,

phương pháp này tốn thời gian và dễ bị lỗi. Vì lý do này, các mô hình 3D của

các tòa nhà bên ngoài đã được chuyển đổi thành CityGML sử dụng các hàm

dựng sẵn của hệ thống tác giả và một hàm được phát triển để chuyển các thuộc

tính từ khối tòa nhà nguồn sang dữ liệu CityGML dựa trên sự liên kết không

gian (vị trí sáng suốt). Chức năng tương tự đã được sử dụng để chuyển thông tin

địa chỉ và xây dựng dữ liệu từ bản đồ địa chính đến các tòa nhà.

2.2.3.7.2. Tích hợp thông tin thông qua các tác động

Hầu hết các thông tin không gian được tích hợp trong quá trình phát triển

hệ thống có liên quan đến các dữ liệu khác hoặc bao gồm một số tài liệu. Dữ liệu

và thông tin bổ sung này được cung cấp bằng cách liên kết các phương tiện và

ứng dụng kỹ thuật số với các nhãn 3D và các ký hiệu 3D. Phương pháp này

được áp dụng, trong số những người khác, liên kết các biểu diễn quy hoạch 3D

với hệ thống thông tin kế hoạch dựa trên web-based, để khởi động các dự án

GIS nằm bên dưới Hệ thống thông tin đất 3D và liên kết các quy hoạch với các

tập dữ liệu bổ sung (ví dụ: tệp văn bản , lập tài liệu quy hoạch ở định dạng PDF

và ảnh).

2.2.3.7.3. Tích hợp thông tin thông qua chú giải

Nếu các tập dữ liệu raster chuyên đề được sử dụng làm cấu tạo cấu trúc bề

mặt địa hình, cần phải cung cấp chú giải để giải thích các chữ ký, ký hiệu và

màu sắc được mô tả thành thông tin. Điều này có thể được thực hiện bằng cách

sử dụng một tác động liên quan đến một tệp tin chú giải, hoặc bằng cách tích

hợp chú thích như một hình ảnh được phủ lên mô hình thành phố 3D. Do đó,

chú giải đã được chuẩn bị và lưu trữ dưới dạng ảnh với cấu tạo cấu trúc bề mặt

địa hình.

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

47

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. Do vậy trong nghiên cứu của luận

án sẽ tham khảo và kế thừa các quy định của các tổ chức quốc tế, bên cạnh đó

tham khảo phát triển các tiêu chuẩn của dữ liệu địa lý 2D đã có ở Việt Nam, từ

đó đề xuất khung CSDL cho thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản lý đô

thị. Mô hình CSDL thành phố ảo 3D bao gồm các thành phần được giới thiệu

dưới đây.

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… Việc lựa chọn cơ sở toán học cho mô hình

thành phố 3D phải thống nhất với các quy định về cơ sở toán học đang sử dụng

cho bản đồ 2D, để đảm bảo tính thống nhất của dữ liệu tương đồng, tăng hiệu

quả khai thác ứng dụng. VN2000 là khung tham chiếu không gian cho dữ liệu

không gian, để đảm bảo sự thống nhất về tọa độ, độ cao cho địa hình, địa vật.

Quy định về khung tham chiếu VN2000 đã được ban hành tại Thông

tư 973/2001/TT-TCĐC hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu và hệ toạ độ quốc

gia VN-2000 do Tổng cục Địa chính ban hành.

Độ chính xác của mô hình đô thị 3D bao gồm: độ chính xác về vị trí mặt

phẳng của đối tượng, độ chính xác của bề mặt DEM và độ chính xác xác định độ

cao riêng của các đối tượng nằm nổi trên mặt DEM. Về độ chính xác mặt phẳng

quy định tương ứng với tỷ lệ bản đồ địa hình ở dạng 2D, đối với độ cao riêng

của các đối tượng nhà, khối nhà, địa vật khác thường được quy định với độ chi

tiết cao hơn đối với độ cao trên bản đồ địa hình 2D tỷ lệ tương ứng.

2.3.2. Cấu trúc đồ họa đối tượng 3D

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

48

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).

Hình 2.6: Đối tượng trên mô hình thành phố 3D

Như vậy, một mô hình 3D được dựng lên một cách dễ dàng bằng các phép

chiếu 3D. Do đó việc xây dựng các hình phẳng 2D chính là cơ sở để thực hiện

các phép chiếu. Nói cách khác để xây dựng mô hình thành phố 3D chúng ta phải

dựng bản đồ cơ sở nền địa lý 2D trước. Đường nét cơ bản trong vẽ 2D gồm các

chức năng vẽ: điểm, đường thẳng, đường tròn, hình chữ nhật, đường cong

(Spline), lục giác, … Ngoài ra còn có các hình dạng đặc biệt khác thường dùng

trong thiết kế: dạng then, chuỗi ký tự… Một đối tương 3D bất kỳ là sự tổ hợp

của các phép dựng hình được xây dựng sẵn trong các chương trình vẽ 3D. Mặc

dù với tên gọi mỗi chức năng ở mỗi phần mềm có thể khác nhau nhưng đều có

các chức năng cơ bản về dựng hình dựa trên hình phẳng cơ sở kết hợp với phép

tịnh tiến theo đường thẳng (Extruded): với một hình phẳng 2D được vẽ bất kỳ

sau khi tịnh tiến tạo một khối 3D.

https://www.thegioicad.com/group/wp-content/uploads/2016/05/KTV3D_05.jpg

49

Hình 2.7: Mô tả dựng hình 3D từ 5 loại đối tượng cơ sở

Mô tả đối tượng địa lý bằng GML: GML được xây dựng dựa trên mô hình

dữ liệu địa lý phát triển bởi tổ chức OGC. Các dữ liệu địa lý được mô tả ở đây

bao gồm các thực thể đối tượng địa lý gọi là các địa vật. Ví dụ về các đối tượng

địa lý bao gồm mọi đối tượng có trong thế giới thực như sông, nhà, đường, núi,

v.v. Một địa vật sẽ bao gồm một loạt các thuộc tính (tính chất) và hình thể của

đối tượng. Tính chất bao gồm tên, loại đối tượng địa lý, và giá trị mô tả. Ví dụ

như Sông hồng, thuộc loại đối tượng là sông, nước có màu đỏ và nhiều phù sa.

Hình thể được tạo thành từ các đối tượng hình học cơ bản như điểm, đường,

đường cong, bề mặt và các đường đa giác. Để đơn giản, các đặc tính địa lý ban

đầu được giới hạn trong thông tin 2 chiều (2D), tuy nhiên sau đó các phần mở

rộng được xây dựng cho phép ngôn ngữ này có thể sử dụng được cho dữ liệu

hình thể 2.5D hoặc 3D cũng như là mối quan hệ tương quan giữa các dữ đối

tượng địa lý.

GML cho phép mã hóa được khá nhiều đối tượng phức tạp. Mỗi đối tượng

địa lý sẽ có thể cấu thành từ các đối tượng khác. Một đối tượng như bến xe

khách có thể cấu thành từ các đối tượng như đường vào, đường ra, vị trí đỗ xe và

điểm bán vé. Về mặt hình thể, một hình thể của một đối tượng địa lý có thể tạo

thành từ nhiều đối tượng hình học cơ bản khác nhau. Một đối tượng địa lý có

hình thể phức tạp sẽ có thể bao gồm nhiều loại đối tượng khác nhau như các

điểm, các đường và các hình đa giác. Sau này, mô hình dữ liệu của GML mở

rộng mô tả đối với các đối tượng phức tạp hơn thành các đối tượng đa điểm, đa

đường và đa polygon. Tất cả các định nghĩa cho hình thể của các đối tượng địa

lý này viết bằng ngôn ngữ XML có thể xác định tại địa chỉ URL

https://www.thegioicad.com/group/wp-content/uploads/2016/05/KTV3D_07.jpg

50

http://www.opengis.net/gml.

Mã hóa các đối tượng không gian bằng GML: Trong ngôn ngữ GML, các

đối tượng dữ liệu không gian được định nghĩa bao gồm: điểm, chuỗi các đoạn

thẳng, chuỗi các đoạn thẳng khép kín, các đường đa giác, đối tượng đa điểm, đối

tượng gồm nhiều chuỗi các đoạn thẳng, đối tượng gồm nhiều đa giác và đối

tượng gồm nhiều đối tượng hình thể không gian: Coordinates; Kiểu dữ liệu dạng

Point; Kiểu dữ liệu dạng lineString; Kiểu dữ liệu dạng Polygon sẽ bao gồm một

đường biên ngoài (outerBoundary) và một hoặc nhiều đường biên trong

(innerBoundary). Cả đường biên ngoài và đường biên trong đều là các dữ liệu có

dạng lineString; Từ các kiểu dữ liệu địa lý đơn giản như trên, các kiểu dữ liệu

địa lý phức tạp có thể được địa nghĩa và mã hóa, từ đó sử dụng để lưu trữ và

truyền đạt dữ liệu giữa các hệ thống với nhau.

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. Cụ thể là: Bước 1: Xây dựng mô

hình hình học (modeling) bao gồm xây dựng mô hình số địa hình và mô hình

hoá các đối tượng địa hình 3D. Bước này sẽ quyết định độ chi tiết của các đối

tượng như độ chính xác của mô hình số địa hình, những chi tiết nào của bề mặt

đất có thể bỏ qua, những công trình kiến trúc nào phải được thể hiện và thể hiện

đến mức nào, những tiểu tiết nào có thể được khái quát hoá; Bước 2: Hiển thị

trực quan (visualisation) các đối tượng của mô hình. Khi thiết kế mô hình mô

phỏng thế giới thực người thiết kế khó có thể xây có được một mô hình giống

thế giới thực 100%. Mô hình càng giống với thực tế thì dung tích dữ liệu càng

lớn và tốc độ hiển thị càng chậm và chi phí xây dựng mô hình càng cao. Khái

niệm cấp độ chi tiết LoD được đưa ra để diễn tả mức độ chi tiết, sự giống nhau

giữa mô hình bản đồ 3D và thế giới thực. Bước này sẽ quyết định về mặt hình

http://www.opengis.net/gml

51

thức đối tượng sẽ được thể hiện giống với hình ảnh thực đến mức nào. Có hai xu

hướng thể hiện trái ngược nhau. Một là ký hiệu hoá tối đa các đối tượng theo các

nguyên tắc bản đồ: symbolised. Hai là cố gắng thể hiện các đối tượng càng

giống với hình ảnh thực càng tốt: photorealistic. Thí dụ ở cách thứ nhất một ngôi

nhà bê tông được qui định thể hiện đơn giản là một khối màu xám, ở cách thứ

hai nó được chụp ảnh ở tất cả các bề mặt và các ảnh này được đính lên từng bề

mặt của mô hình ngôi nhà. Người thiết kế phải chọn được một điểm dừng hợp lý

giữa hai xu hướng này. LoD áp dụng ở bước xây dựng mô hình số địa hình, mô

hình hình học các đối tượng 3D và ở bước hiển thị trực quan phải đồng đều.

Nhiều ý kiến cho rằng trong một bản đồ địa hình 3D lý tưởng, mỗi đối tượng

phải có nhiều cách thể hiện khác nhau (multi-presentation–multi-LoD) cho các

mức độ chi tiết khác nhau. Một số đề xuất về LoD đã được đưa ra cho một mô

hình như thế, trong đó dữ liệu được chia thành các tầng nhỏ (tile). Ba bộ dữ liệu

ở ba cấp độ chi tiết (độ chi tiết cao, trung bình và thấp) được lưu trữ cho từng

tầng nhỏ đó. Để tạo ra một hình ảnh phối cảnh của mô hình, mỗi tầng nhỏ sẽ

được thể hiện ở một cấp độ chi tiết nhất định phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí

theo dõi đến khu vực biểu thị đó. Cần phải có phương án xử lý thật tốt khi hiển

thị ở khu vực ranh giới giữa hai tầng có cấp độ chi tiết khác nhau. Một khó khăn

khác khi xây dựng một mô hình như thế là dung lượng dữ liệu sẽ tăng rất nhanh

cùng với số cấp độ chi tiết được lưu trữ. Mối liên hệ giữa khái niệm tỷ lệ của

bản đồ 2D và LoD của bản đồ 3D có nhiều điểm tương đương. Chúng đều liên

quan đến độ chính xác và mức độ khái quát hoá của các đối tượng. Đối với bản

đồ 3D, độ chi tiết, độ chính xác của mô hình số địa hình phải tương đồng với

cách thể hiện của các đối tượng nằm trên bề mặt địa hình. Ở các tỷ lệ nhỏ, trên

bản đồ 2D rất nhiều đối tượng được thể hiện nửa tỷ lệ hoặc phi tỷ lệ. Trên bản

đồ 3D tỷ lệ nhỏ, độ cao riêng (h) hay độ rộng, độ dài trên mặt phẳng ngang của

các đối tượng nằm trên bề mặt địa hình thường là không đáng kể so với độ chính

52

xác, hay chênh cao của mô hình số địa hình. Người xem không có ấn tượng

nhiều khi xem chúng được dựng lên trong môi trường 3D cho một khu vực rộng

đúng như kích thước thực của một tờ bản đồ tỷ lệ nhỏ. Các đối tượng nổi trên

mặt đất dường như nằm ép sát xuống mặt địa hình. Ở các tỷ lệ lớn, chúng nổi

lên và cho người khảo sát ấn tượng rõ ràng hơn.

Khái niệm về cấp độ chi tiết LoD liên quan chặt chẽ đến khái niệm về tỉ lệ

và nó được lần đầu tiên được đưa ra bởi Clark (1976). Ngày nay, đã có nhiều

định nghĩa khác nhau tùy thuộc vào cách sử dụng, ví dụ: LoD được sử dụng để

cải thiện hiệu suất và chất lượng hình ảnh ba chiều trong đồ họa máy tính. Nó

tuân theo một nguyên lý cơ bản và đơn giản, đó là khi cảnh 3D được hiển thị, nó

có đủ không gian quang học và hiệu quả tính toán để thể hiện ít chi tiết hơn cho

các đối tượng nhỏ, xa hoặc không quan trọng của cảnh quan. Theo định nghĩa

này, LoD là "kỹ thuật đồ họa máy tính 3D thời gian thực trong đó một đối tượng

phức tạp được biểu diễn ở các độ phân giải khác nhau và biểu diễn thích hợp

nhất được chọn trong thời gian thực để tạo ra sự cân bằng giữa độ trung thực của

hình ảnh và tốc độ khung hình”. Thuật ngữ này thường được sử dụng thay thế

cho nhau để chỉ cả hai kỹ thuật đồ họa và biểu diễn của một đối tượng.

Tiêu chuẩn CityGML, Hiệp hội không gian địa lý mở (2012) cho rằng các

LoD được yêu cầu phản ánh các quy trình thu thập dữ liệu độc lập với các yêu

cầu ứng dụng khác nhau. Hơn nữa, LoD tạo điều kiện cho việc trực quan hóa và

phân tích dữ liệu hiệu quả. Trong khi đó, trên trang web hướng dẫn Ngôn ngữ

mô hình hóa thực tế ảo [89], đã đưa ra một định nghĩa ngắn gọn là: LoD xác

định tập hợp các đại diện thay thế của một đối tượng đồ họa. Trong Ngôn ngữ

mô hình hóa thực tế ảo (VRML), việc biểu diễn các đối tượng được chọn tùy

thuộc vào khoảng cách từ đối tượng đến người quan sát. Trên

www.wikipedia.org cho rằng: Trong đồ họa máy tính, tính toán mức độ chi tiết

liên quan đến việc giảm độ phức tạp của việc thể hiện đối tượng 3D khi nó di

http://www.wikipedia.org/

53

chuyển ra khỏi trình xem hoặc theo các chỉ số khác như tầm quan trọng đối

tượng, tốc độ quan sát không gian hoặc vị trí. Cấp độ kỹ thuật chi tiết làm tăng

hiệu quả của đồ họa bằng cách giảm khối lượng công việc trên các giai đoạn đồ

họa. Chất lượng hình ảnh của mô hình giảm thường không được chú ý vì nó chỉ

ảnh hưởng nhỏ đến sự xuất hiện của đối tượng khi ở xa hoặc di chuyển nhanh.

Trên đây là một số các khái niệm, định nghĩa và các giải thích được đề

cập trong các nghiên cứu. Các định nghĩa, khái niện này xuất phát từ các nguồn

gốc và nền tảng khác nhau. Tuy vậy, chúng đều đề cập đến một ý tưởng chung,

cơ bản đó là việc có các mức biểu diễn dữ liệu khác nhau cho các khía cạnh tính

toán và người dùng. Tỉ lệ và LoD trong các nghiên cứu, nói một cách đơn giản,

là LoD là một sản phẩm của một thuật toán tổng quát hóa thông qua các phương

pháp tự động từ một LoD chi tiết hơn (hoặc tỉ lệ lớn hơn).

Trong lĩnh vực bản đồ, mỗi tỉ lệ có thể được xem như là một mức độ chi

tiết gần như tương đương như trong mô hình thành phố 3D. Tuy nhiên, thuật

ngữ này hiếm khi được sử dụng. Trong bản đồ truyền thống, mỗi bản đồ là một

LoD tương ứng với một tỉ lệ nhất định. Một bản đồ khác có tỉ lệ lớn hơn hoặc

nhỏ hơn hàm ý là LoD của chính nó. Trong khi đối với bản đồ kỹ thuật số, với

phạm vi cân đối tinh tế hơn, cùng một LoD có thể được chia sẻ bởi nhiều hơn

một tỉ lệ. Về lý thuyết, có thể có sự kết hợp của việc sử dụng một LoD thấp để

đại diện cho một tỉ lệ lớn. Mặt khác, thuật ngữ tỉ lệ hiếm khi được sử dụng trong

mô hình thành phố ảo 3D. Các tài liệu trong mô hình thành phố ảo 3D hiếm khi

cung cấp một định nghĩa tỉ lệ đối với các LoD là gì. Trong các mô hình thành

phố ảo 3D, tỉ lệ sẽ được sử dụng tương tự như trong bản đồ, nhưng một cách

thận trọng và áp dụng trong một số trường hợp nhất định. Thang đo hay thước tỷ

lệ có thể áp dụng cho một số trường hợp bản đồ in và các mô hình vật lý 3D có

kích thước đại diện để có thể dễ dàng liên tưởng đến thế giới thực.

Để có được hình ảnh hiện thực nhất có thể, các nhà thiết kế và các nhà

54

nghiên cứu có thể sử dụng các thủ thuật hoặc kỹ thuật đa dạng [28]. Phân loại ở

trên chỉ xử lý cấu trúc vectơ của các tòa nhà. Một thủ thuật thông thường là để

có được những bức ảnh mặt đất của các mặt phẳng như mặt tiền của các tòa nhà.

Khoảng cách từ tường đến kính cửa sổ là nhỏ so với kích thước toàn bộ mặt tiền.

Ngay trước mặt tiền, kết cấu hình ảnh xuất hiện thực tế, nhưng rõ ràng có một

vấn đề khi xem mặt tiền từ một góc nhọn hơn. Các vật lộ ra từ tòa nhà xuất hiện

như những bức tranh trên tường. Mặc dù, ở một mức độ nhất định, phương pháp

này được sử dụng thành công mà không làm giảm cảm giác của việc xem cảnh

3D. Đối với các mặt phẳng của vật thể, việc sử dụng các kết cấu làm tăng cường

chi tiết cảm nhận ngay cả khi không có mô hình chi tiết [30]. Bằng cách này một

số bức tường của một tòa nhà có thể được mô hình hóa ở cấp độ 2, trong khi các

đối tượng đặc biệt như ở cấp 4 sẽ được mô hình hóa và kết cấu riêng biệt. Việc

tạo kết cấu có lợi hơn cho các tòa nhà cao lặp đi lặp lại (như tòa nhà chọc trời)

hơn ví dụ lâu đài vì một phần của kết cấu trên hình chữ nhật đứng có thể được

lặp lại trên tường (ốp lát). Trong một môi trường đô thị lớn với các tòa nhà hình

chữ nhật, có thể đính kèm ngẫu nhiên bản đồ kết cấu từ thư viện kết cấu. Các tòa

nhà nổi tiếng, được gọi là các mốc, sau đó được tạo ra với hình học chi tiết hơn

và bản đồ kết cấu chính xác [76].

Shiode phân loại các mô hình thành phố 3D thành sáu loại dựa trên mức

độ chi tiết (Hình 2.8) như sau: bản đồ số 2D và ảnh chụp, Kết xuất hình ảnh,

Khối xây dựng lăng trụ, Chặn các mô hình với kết cấu, Mô hình chi tiết kiến

trúc và Mô hình CAD thể tích [71].

Shiode cũng phân loại các mô hình thành phố 3D theo 4 loại dựa trên khả

năng phân tích của nó (Hình 2.9) là: (1). Các mô hình thẩm mỹ, nhằm mục đích

minh họa và đánh giá thẩm mỹ các dự án phát triển cho chính quyền và công

chúng. Mặc dù, các mô hình thẩm mỹ có mức độ thực tế cao nhất, nhưng chức

năng phân tích của nó rất hạn chế; (2). Mô hình bất động sản là các mô hình

55

được trang bị một hoặc nhiều chức năng phân tích, ví dụ phân tích theo dõi, khối

xây dựng động và một số hàm truy vấn cơ bản; (3). Các mô hình tính năng phân

tích đầy đủ, là các mô hình được trang bị nhiều chức năng phân tích hơn, như

phân tích xem, phân tích bóng, mô phỏng dựa trên kịch bản; (4). Mô hình

Hybird, là sự kết hợp của mô hình vật lý và mô hình thực tế ảo được sử dụng để

đánh giá dự án.

Hình 2.8: Kiểu mô hình thành phố 3D của Shiode, dựa trên mức độ thực tế

Mô hình tính năng phân tích đầy đủ Mô hình Hybird

Hình 2.9: Kiểu mô hình thành phố 3D của Shiode,

dựa trên các chức năng phân tích

56

Hình 2.10: Kiểu mô hình thành phố 3D của Batty

Phân loại mô hình thành phố 3D mô phỏng thành ba loại, chẳng hạn như

mô hình thể tích, hiển thị dựa trên hình ảnh và mô hình lai như trong Hình 2.10

[22]. Một mô hình thể tích là việc dựng hình trên nền 2D, chi tiết có thể thay đổi

từ các mô hình khối hình học đơn giản đến chi tiết kiến trúc phức tạp. Dựng

hình dựa trên hình ảnh là mô hình dựa trên hình ảnh toàn cảnh [71], ở đây một

loạt các hình ảnh được bao bọc để tạo ra một điểm nhìn. Mặc dù, mô hình dựa

trên hình ảnh ít tốn kém và tạo ra biểu diễn thực tế của thế giới, mô hình này

không có hình học 3D. Các mô hình lai là sự kết hợp của kỹ thuật mô hình hóa

dựa trên thể tích và hình ảnh, trong đó một mô hình thể tích được gán các LoD

khác nhau để tạo ra các mô hình thành phố 3D sát thực tế. Một mô hình 3D thích

hợp với mức chi tiết cần thiết là được lựa chọn dựa trên các yêu cầu của dự án.

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 chi tiết của đối tượng 3D. Tuy nhiên,

57

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. Ví dụ, một mô hình khối LoD1 của một tòa nhà có thể được mô

hình hoá trong vô số các khả năng (Hình 2.8). Trong số các tùy chọn khác, bề

mặt trên có thể đại diện cho chiều cao ở mái hiên của tòa nhà hoặc chiều cao ở

phía trên của công trình. Nếu chúng ta bỏ qua độ cao, hình ảnh móng nhà có thể

được mô hình hóa ở vị trí của các bức tường, hoặc nó có thể đại diện cho một

phép chiếu của đa giác cạnh mái nhà xuống đất. Ví dụ này đã dẫn đến một số

biến thể của một mô hình LoD1 như trong hình 2.11.

Hình 2.11: Một số kiểu biến thể về mặt hình học của một mô hình 3D ở LoD1

Dựa trên 5 cấp độ LoD để phản ánh quy mô của khung nhìn 3D, vấn đề

mô phỏng quy hoạch đô thị phải tuân theo các tiêu chuẩn của đồ án quy hoạch

đô thị, do vậy cần phân tích 5 cấp độ LoD để đảm bảo các tiêu chí về quy mô

của các tỷ lệ bản đồ 1:500, 1:2000, 1:5000:

- LoD0 là cấp độ thô nhất. Về cơ bản nó là mô hình số địa hình 2.5D

(DTM) mà trên đó ảnh viễn thám hoặc bản đồ có thể chỉ làm nền. Trong LoD0,

các tòa nhà có thể được thể hiện bằng bằng hình nền móng/hoặc đa giác cạnh

(hình 2D trong không gian 3D). Nếu một tòa nhà được đại diện bởi cả bằng hình

nền móng và đa giác cạnh, các đa giác được lưu trữ riêng biệt, có nghĩa là các

mô hình trong LoD0 không chứa khối lượng và không phải là đối tượng 3D.

58

LoD0 thường được sử dụng để xây dựng thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy

hoạch cảnh quan ở cấp độ khu vực.

- LoD1 là mô hình khối, bao gồm các tòa nhà lăng trụ có cấu trúc mái

phẳng. Mức này được sử dụng để xây dựng mô hình 3D phục vụ Quy hoạch cấp

phân khu, tương ứng với tỷ lệ 1:5000 trên bản đồ 2D và đây là một mức độ cần

thiết cho một đồ án quy hoạch.

- LoD2 có cấu trúc mái khác biệt và các bề mặt ranh giới được phân biệt

theo chủ đề. LoD2 phù hợp nhất cho xây dựng thành phố ảo 3D phục vụ công

tác quy hoạch các quận và dự án của thành phố. Ở mức này ảnh viễn thám độ

phân giải từ 0.7 đến 1m để sử dụng làm nền và dựng hình 3D, tương ứng với

khung nhìn của tỷ lệ 1:2000 trên bản đồ 2D. Mức độ này đảm bảo cho nhận diện

bao quát cả đô thị và đây là một mức độ cần thiết cho một đồ án quy hoạch.

- LoD3 biểu thị các mô hình kiến trúc với các cấu trúc tường và mái chi

tiết có khả năng nhìn thấy bao gồm cửa ra vào và cửa sổ. Nó chủ yếu được sử

dụng cho các dự án quy hoạch chi tiết. Trong trường hợp này, ảnh viễn thám có

độ phân giải siêu cao (0.2-1m) hoặc ảnh chụp từ UAV một mặt sẽ được sử dụng

để làm nền phối cảnh cho thành phố ảo 3D, mặt khác nó có thể được ứng dụng

xây dựng mô hình số địa hình độ chính xác cao phục vụ công tác xây dựng mô

hình 3D. Ở mức LoD3 có thể được sử dụng Quy hoạch chi tiết và ở mức xin phê

duyệt là cơ sở để cấp giấy phép xây dựng và lập dự án đầu tư xây dựng. Đây là

mức độ chi tiết phù hợp nhất đối với các đồ án quy hoạch đô thị, đảm bảo các

tiêu chuẩn về khung nhìn và đồ họa như: khung nhìn trên một của sổ hiện thị của

máy tính với mức độ LoD3 có thể bao quát được từng phần khu vục thành phố,

có thể tính toán, đo đếm và phân tích các ứng dụng không gian, tương ứng tỷ lệ

1:500 trên bản đồ 2D. Mức độ này đảm bảo cho nhận diện chi tiết đến từng đối

tượng địa hình, địa vật trong đô thị và đây là một mức độ cần thiết cho một đồ

án quy hoạch.

59

- LoD4 là mức hoàn thành mô hình ở LoD3 bằng cách thêm các cấu trúc

bên trong cho các tòa nhà. Ví dụ, các tòa nhà trong LoD4 bao gồm các phòng,

cửa nội thất, cầu thang và đồ nội thất. Cấp độ này thường phù hợp cho thiết kế

nội thất, thiết kế đồ vật và trình diễn mô phỏng không gian hẹp. Trong quy

hoạch không gian đô thị ít sử dụng, trong luận án không thử nghiệm cấp độ này.

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.

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. Khi phân tích về tính chất không gian có thể phân

60

thành [12]:

- Điểm nằm ngay trên mặt DEM, ví dụ như điểm độ cao ….

- Điểm không nằm trên mặt DEM, ví dụ như điểm khống chế gắn trên

vật kiến trúc…

- Đường nằm ngay trên mặt DEM, ví dụ đường giao thông, sông 1 nét…

- Đường nằm trên hoặc dưới mặt DEM, ví dụ như đường đây điện,

đường ống ngầm…

- Đường nằm vuông góc với mặt DEM, ví dụ như cột điện, biển quảng

cáo…

- Mặt nằm trùng với mặt DEM, ví dụ như sân bóng, công viên…

- Mặt nằm vuông góc với mặt DEM, ví dụ như bờ tường, thành lũy…

- Khối nằm nổi trên mặt DEM, ví dụ như khối nhà, công trình xây

dựng…

- Khối không nằm trên mặt DEM, ví dụ như nhà có kiến trúc đặc biệt,

giàn khoan…

Trong mô hình dữ liệu 3D, thông tin thuộc tính của các đối tượng đều

phải được gắn với (FCode) theo quy định thống nhất về mã đối tượng địa hình,

địa vật, mã này được ghi trong trường Fcode. Có rất nhiều dạng thuộc tính cần

lưu trữ để phục vụ cho truy vấn không gian cũng như hiển thị, ví dụ:

- Tên riêng của đối tượng: tên sông, tên đường, tên dân cư…

- Độ cao H thực của đối tượng: độ cao đường bình độ, điểm độ cao…

- Độ cao riêng của đối tượng: chiều cao tòa nhà, chiếu cao cây…

- Độ rộng của đối tượng: độ rộng đường, độ rộng cầu…

- Độ sâu của đối tượng: độ sâu của đường hầm, cống ngầm…

- Chiều dài của đối tượng: chiều dài nhà, chiều dài cầu…

- Trọng tài của đối tượng: trọng tải cầu, …

- Chất liệu của đối tượng: chất liệu đường, chất liệu nhà, cầu…

61

- Số tầng của khối nhà, số căn hộ của một sàn, chiều cao tầng…..

- Loại thực vật: rau, hoa, lúa…

- Loại cây trong đô thị….

Mô hình 3D không gian sẽ được phân loại theo đặc trưng hạ tầng đô thị:

- Mô hình số địa hình DTM (TIN/GRID).

- Vị trí (của tòa nhà, cầu, đường hầm…),

- Thảm thực vật (diện tích, khối, cây độc lập, thảm thực vật),

- Mặt nước các loại (thể tích, bề mặt),

- Giao thông (cả cấu trúc đồ thị và dữ liệu bề mặt 3D),

- Sử dụng đất (thể hiện diện tích bề mặt trái đất dành riêng cho việc sử

dụng đất cụ thể),

- Đối tượng hạ tầng kỹ thuật (biển báo, hố ha, bốt điện…),

- Các đối tượng và thuộc tính chung của thành phố,

- Nhóm người dùng có thể xác định (đệ quy)

- Cấu trúc bề mặt.

Mô hình đa tỷ lệ với 5 cấp độ chi tiết liên tục được xác định rõ ràng

(LoD):

LoD0 – cho vùng khu vực, mô tả cảnh quan.

LoD1 – cho toàn thành phố, vùng.

LoD2 - các huyện, dự án trong thành phố.

LoD3 - mô hình kiến trúc (mặt bên ngoài), đối tượng dễ nhận biết từ xa.

LoD4 - mô hình kiến trúc (có nội thất).

62

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


> 4*4m/2m

được tổng quát

hóa thành các

đối tượng

Các đối tượng >

2*2m/1m giữ

nguyên


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

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

Trên cơ sở tham khảo quy định về nội dung và cấu trúc của CSDL nền địa

lý tỷ lệ lớn (1:2000, 1:5000) đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành

theo Thông tư 55/2014/TT - BTNMT về Quy định kỹ thuật về mô hình cấu trúc,

63

nội dung cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:2000 và 1:5000; và dựa trên yêu cầu thể

hiện nội dung của đồ án quy hoạch đô thị đã được Bộ Xây dựng ban hành tại

Thông tư 06/2013/TT-BXD ngày 13/05/2013 Hướng dẫn về nội dung thiết kế đô

thị và Thông tư 12/2016/TT-BXD ngày 29/06/2016 quy đinh về hồ sơ của

nhiệm vụ và đồ án quy hoạch xây dựng vùng, quy hoạch đô thị và quy hoạch

xây dựng khu chức năng đặc thù, 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

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

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

Hơn nữa, thông tin về các đối tượng quy hoạch, chẳng hạn như số tầng của

một tòa nhà không được mã hóa trong các bảng thuộc tính nhưng có trong đồ

họa quy hoạch. Vì lý do này, một số bước tiền xử lý là cần thiết để tạo ra hình

ảnh kế hoạch 3D từ các đồ án quy hoạch cần kiểm tra. Do đó, đầu tiên phải

được mã hóa địa lý bản quy hoạch và các tính năng quy hoạch phải được số

hóa trước khi mô hình tích hợp vào 3DCM.

Trong một phương án quy hoạch gồm nhiều nhóm lớp đối tượng khác

nhau. Để tiện cho việc quản lý và xây dựng các ánh xạ trình bày 3DCM từ

CSDL 2D cần xây dựng khung CSDL 3D thành phố. Khung CSDL gồm các

64

nhóm lớp: Sử dụng đất, Mô hình số địa hình, Mô hình cầu cống, Mô hình

công trình ngầm, Mô hình nhà, Giao thông, Mặt nước, Thực vật, Hạ tầng đô

thị.

Hình 2.14: Khung CSDL 3D thành phố ảo

Trong mỗi nhóm lớp có nhiều lớp đối tượng: Nhóm lớp giao thông gồm

đường đô thị, vỉa hè; Nhóm lớp về hạ tầng kỹ thuật gồm biển báo, bốt điện;

Nhóm lớp Mô hình nhà gồm nhà cao tầng, nhà phố, nhà máy... Trong mô

hình dữ liệu 3D, thông tin thuộc tính của đối tượng được gắn với mã của đối

tượng theo quy định thống nhất.

- CSDL thành phố 3D được cập nhật trên phần mềm ArcGIS. Sau khi

nhập dữ liệu không gian, các đối tượng được cập nhật thông tin thuộc tính. VD:

các toà nhà cao tầng có các thông tin như: Tên nhà, địa chỉ, chiều cao, số tầng,

diện tích sàn, dân số, ... Các thông tin này vừa để tự động sinh các mô hình đối

tượng 3D trên phần mềm Skyline, đồng thời để quản lý, tra cứu đối tượng trên

mô hình 3DCM.

* Nhóm dữ liệu mô hình số địa hình (DTM)

Một phần quan trọng của mô hình thành phố 3D là địa hình. Mô hình số

CSDL 3D

Thành phố ảo

Nhóm lớp về Mô

hình số địa hình


hình cầu cống


hình đường hầm

Nhóm lớp về

Mô hình nhà

Nhóm lớp về Mặt

nước cảnh quan

Nhóm lớp về

Giao thông

Nhóm lớp về

Thực vật

Nhóm lớp về

Hạ tầng đô thị

Nhóm lớp về

Sử dụng đất

65

địa hình (DTM) được đại diện bởi lớp “Địa hình” và thường đi kèm với LoD1

đến LoD3. Nhóm địa hình bao gồm một hoặc nhiều thực thể của lớp địa hình

thành phần. Giá trị của nó có thể bị giới hạn ở một khu vực nhất định được xác

định bởi đa giác hợp lệ tùy chọn. Địa hình có thể ở dạng raster hoặc GRID/TIN,

và các đường đặc trưng (Breakline), hoặc theo các điểm độ cao (Masspoint).

Bốn loại được thực hiện bởi các lớp GML tương ứng. Trong một bộ dữ liệu

GML, bốn loại địa hình có thể được kết hợp theo những cách khác nhau, tạo ra

sự linh hoạt cao. Đầu tiên, mỗi loại có thể được thể hiện ở các mức chi tiết khác

nhau, phản ánh các độ chính xác hoặc độ phân giải của địa hình bề mặt. Thứ hai,

một phần của địa hình có thể được mô tả bằng cách kết hợp nhiều loại, ví dụ

bằng raster và đường đặc trưng, hoặc bằng TIN. Thứ ba, các vùng lân cận có thể

được đại diện bởi các loại mô hình địa hình khác nhau. Để tạo thuận lợi cho sự

kết hợp này, mỗi đối tượng địa hình được cung cấp với một thuộc tính không

gian biểu thị mức độ hợp lệ của nó. Lớp thành phần:

- Đối tượng địa hình nổi và thành phần kèm theo địa hình nổi;

- TIN địa hình.

- Raster địa hình.

- Điểm độ cao địa hình;

- Đường Breakline địa hình;

Hình 2.15: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung địa hình

66

* Nhóm mô hình tòa nhà, khối nhà

Mô hình nhà và khối nhà là một trong những khái niệm chuyên đề chi tiết

nhất về GML. Nó cho phép trình bày các khía cạnh chuyên đề và không gian

của các tòa nhà và các công trình xây dựng theo thời gian cấp độ chi tiết, từ

LoD1 đến LoD3. Các khu phức hợp xây dựng, bao gồm một số tòa nhà riêng

biệt như khu vực nhà máy hoặc khu phức hợp bệnh viện, nên được tổng hợp

bằng cách sử dụng khái niệm “nhóm đối tượng”. Tòa nhà chính của khu phức

hợp có thể được biểu thị bằng cách tập hợp nhóm các nhà độc lập.

Cả hai lớp nhà và khối nhà sẽ phải bao gồm các trường thông tin: địa chỉ,

lớp của tòa nhà, chức năng (ví dụ như khu dân cư, công cộng hoặc công nghiệp),

cách sử dụng, năm xây dựng, năm phá dỡ, loại mái nhà, chiều cao đo được, và

số lượng và chiều cao của từng tầng trên và dưới mặt đất. Tập hợp các thông số

này phù hợp để tái tạo lại hình dạng ba chiều của một tòa nhà khi có biến động,

thông tin này sẽ được lấy từ bản thiết kế quy hoạch ban đầu.

Mô hình được tinh chỉnh liên tục từ LoD1 đến LoD3. Do đó, không phải

tất cả các thành phần của một mô hình tòa nhà phức hợp đều được thể hiện cấp

độ LoD như nhau. Trong GML, tất cả các lớp đối tượng được liên kết với các

LoD liên quan đến các tiêu chí thu nhận tối thiểu được đề xuất cho từng Bộ

LoD. Một đối tượng có thể được biểu diễn đồng thời trong các LoD khác nhau

bằng cách cung cấp các hình dạng riêng biệt cho các LoD tương ứng. Trong

LoD1, tòa nhà có thể được thể hiện bằng các bề mặt ngang, 3 chiều. Đây có thể

đại diện cho nhà riêng biệt, mép mái nhà, loại nhà. Lớp này được tích hợp dễ

dàng dữ liệu 2D vào mô hình.

Các thuộc tính mô tả:

+ Phân loại phần xây dựng hoặc tòa nhà (lớp), các mục đích sử dụng khác

nhau (chức năng) và các cách sử dụng thực tế khác nhau (công năng). Các giá trị

được phép cho các thuộc tính này có thể được chỉ định trong danh sách mã.

67

+ Năm xây dựng và năm phá dỡ của tòa nhà hoặc tòa nhà. Các thuộc tính

này có thể được sử dụng để mô tả niên đại của sự phát triển tòa nhà trong một

mô hình thành phố.

+ Loại mái của tòa nhà hoặc phần xây dựng. Các giá trị được phép cho

thuộc tính này có thể được chỉ định trong danh sách mã.

+ Chiều cao tương đối đo được (độ cao đo) của tòa nhà hoặc phần tòa nhà.

+ Số tầng trên (mặt đất) và dưới (mặt đất).

+ Danh sách các chiều cao tầng trên (mặt đất) và dưới (mặt đất) mặt đất.

Giá trị đầu tiên trong một danh sách biểu thị chiều cao của tầng gần nhất. đến

mặt đất và giá trị cuối cùng chiều cao của xa nhất.

Hình 2.16: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung nhà và khối nhà

* Nhóm mô hình đường hầm

Mô hình đường hầm liên quan chặt chẽ đến mô hình xây dựng. Các bộ

phận đường hầm cũng sử dụng 3 cấp độ chi tiết, LoD1 đến LoD3. Cả hai lớp

“Đường hầm” và “Phụ trợ đường hầm” bao gồm các thuộc tính: chức năng, cách

sử dụng, năm xây dựng và năm phá hủy. Các lớp và trường thuộc tính:

- Đường hầm và các phần phụ thự đường hầm;

- Gán bề mặt ngoài cho đường hầm;

- Bề mặt biên;

Mô hình tòa nhà

Nhà dạng vùng

Tên nhà

Địa chỉ

Phân loại

Năm xây dựng

Năm phá dỡ

Loại mái

Chiều cao

Số tầng

Dân số

Ghi chú

Nhà dạng điểm

Tên nhà

Địa chỉ

Phân loại

Năm xây dựng

Năm phá dỡ

Mô hình

Dân số

Ghi chú

68

- Cửa, cổng;

Hình 2.17: Khung CSDL nhóm nội mô hình ngầm

* Nhóm mô hình cầu

Nếu một cây cầu chỉ bao gồm một phần (đồng nhất), nó sẽ được biểu diễn

bằng phần tử cầu độc lập. Tuy nhiên, nếu một cây cầu bao gồm các đoạn kết cấu

riêng lẻ, nó sẽ được mô hình hóa bằng một phần tử cầu và các phần tử phụ trợ.

Chỉ các đặc tính hình học và không gian chính của cầu và phụ trợ gồm:

- Cầu và các phần phụ của cầu;

- Các yếu tố xây dựng cầu và gán với cầu;

- Bề mặt biên;

Hình 2.18: Khung CSDL nhóm nội mô hình cầu

Mô hình công trình ngầm

Đường thoát nước

Tên đường

Khu vực

Chiều dài

Đường kính

Độ sâu

Kết cấu bề mặt

Mục đích sử dụng

Đơn vị xây dựng

Đơn vị quản lý

Ghi chú

Đường cab

Tuyến cáp

Khu vực

Chiều dài

Đường kính

Độ sâu

Vật liệu




Ghi chú

Cống thoát nước

Tuyến cống

Khu vực

Chiều dài

Đường kính

Kết cấu cống




Ghi chú

Mô hình cầu

Cầu dạng đường

Tên cầu

Khu vực

Chiều dài

Chiều rộng

Chất liệu bề mặt

Loại cầu

Số nhịp

Độ cao




Ghi chú

Cầu dạng điểm

Tên cầu

Khu vực

Chiều dài

Chiều rộng

Kết cấu bề mặt

Mô hình

Loại cầu

Độ cao




Ghi chú

69

* Nhóm mặt nước

Cảnh quan của nhiều thành phố bị chi phối bởi các mặt nước, liên quan

trực tiếp đến mô hình 3D thành phố như các nguy cơ có thể xảy ra, ví dụ như lũ

lụt. Vùng nước là bề mặt động. Mặt nước có thể nhìn thấy thay đổi về mực nước

và khu vực có thể bị ngập nước dựa trên DTM. Mô hình mặt nước đại diện cho

các khía cạnh chuyên đề và hình học ba chiều của các con sông, kênh rạch, hồ

và lưu vực. Trong các vùng nước thường được gán LoD2-3. Bao gồm các thuộc

tính:

- Bề mặt nước;

- Bề mặt biên;

- Danh mục Code mở rộng;

Hình 2.19: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung mặt nước

* Nhóm đối tượng giao thông

Mô hình giao thông của GML là một mô hình đa chức năng, đa quy mô

tập trung vào chuyên đề và chức năng hình học/topo. Các đối tượng giao thông

được biểu diễn dưới dạng mạng tuyến tính trong LoD0. Bắt đầu từ LoD1, tất cả

các tính năng vận chuyển được mô tả bằng hình học bằng các bề mặt 3D. Mô

hình theo diện của các tính năng giao thông cho phép áp dụng các thuật toán lập

quy hoạch tuyến đường hình học. Lớp chính là “Giao thông: ví dụ như đường,

đường ray, vỉa hè, làn đường, bãi đậu xe, quảng trường và thiết bị giao thông

Mặt nước

Đường bờ

Khu vực

Diện tích

Độ cao

Bờ kè

Ghi chú

Mặt nước tĩnh

Khu vực

Diện tích

Độ sâu

Thể tích

Ghi chú

70

phụ trợ như biển báo.

- Tổ hợp giao thông;

- Các lớp thành phần của các tổ hợp giao thông;

- Phân khu tổ hợp giao thông;

Hình 2.20: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung giao thông

* Nhóm đối tượng thực vật

Tính năng thực vật là những thành phần quan trọng của mô hình thành

phố 3D, bất kỳ thành phố nào đều có quy định về diện tích cây xanh, diện tích

vườn hoa công cộng. Bằng cách phân tích và trực quan hóa các đối tượng thực

vật, các quy định về sự phân bố, cấu trúc và đa dạng hóa của chúng có thể được

thực hiện. Thuộc tính của thực vật (độc lập hay thảm) được sử dụng trong phân

tích sinh khối và các tiêu chí môi trường đô thị. Các thuộc tính kèm theo của các

loại thực vật độc lập hay thảm đều bao gồm: loại thực vật, chiều cao, mật độ,

đường kính thân cây, thời gian trồng, người quản lý. Nếu trong mô hình quy

hoạch các thuộc tính trên có thể không đầy đủ thuộc tính, vì vậy trong quá trình

quản lý đô thị cần phải cập nhật các thay đổi cho phù hợp.

Sơ đồ UML của mô hình thực vật được mô tả trong hình 2.21, cho định

nghĩa lược đồ XML xem bên dưới.

- Đối tượng thực vật;

- Đối tượng thực vật độc lập;

Giao thông

Đường giao thông

Tên đường

Cấp đường

Kết cấu

Đèn Giao thông

Đường sắt

Tên đường

Khu vực

Chiều rộng

Loại đường sắt

Ghi chú

Vỉa hè

Khu vực

Diện tích

Kết cấu

Cao độ

Ghi chú

Dải phân cách

Khu vực

Diện tích

Kết cấu

Cao độ

Ghi chú

Bãi đỗ xe

Tên bãi

Khu vực

DIện tích

Ghi chú

Biển báo

Tên biển

Khu vực

Nội dung

Ghi chú

71

- Đối tượng che phủ thực vật;

- Example CityGML dataset.

Hình 2.21: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung thực vật

* Nhóm sử dụng đất đai

Nhóm sử dụng đất mô tả các khu vực của bề mặt trái đất dành riêng mục

đích sử dụng như đất ở, đất giao thông, đất công cộng, đất chùa, đất sản xuất

kinh doanh…. cụ thể. Thường được xây dựng từ LoD0. Chúng đại diện cho thửa

đất trên bề mặt DTM trong không gian 3D. Hình 2.22 cho thấy sơ đồ UML của

các đối tượng sử dụng đất.

Hình 2.22: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung sử dụng đất

Thực vật

Cây dạng vùng

Diện tích

Loại cây

Mặt độ tối đa

Mật độ tối thiểu

Chiều cao tối đa

Chiều cao tối thiểu

Ghi chú

Cây dạng điểm

Loại cây

Chiều cao

Mô hình

Ghi chú

Công viên

Tên công viên

Địa chỉ

Diện tích

Loại cây

Mật độ tối đa

Mật độ tối thiểu

Chiều cao tối đa

Chiều cao tối thiểu

Ghi chú

Sử dụng đất

Đất Công nghiệp

Đất công nghiệp

Đất có bãi

Diện tích

Tỷ lệ

Ghi chú

Đất đô thị

Đất chung cư

Đất nhà ở

Đất tái định cư

Tỷ lệ

Diện tích

Cây xanh cảnh

quan

Mặt nước

Công viên

Tỷ lệ

Ghi chú

Hạ tầng

Giao thông

Đầu mối kỹ

thuật

Bãi đỗ xe

Đất công cộng

Đất dịch vụ

thương mại

Các công trình

tiện ích

Diện tích

Ghi chú

72

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 mô tả

quy trình tổng quát của quá trình xây dựng thành phố ảo 3D.

Tất cả các tính năng, thông tin của dữ liệu sử dụng trong xây dựng mô

hình 3D được lưu trữ trong một cơ sở dữ liệu địa lý. Một cơ sở dữ liệu hữu ích

có thể đóng góp tích cực rất lớn cho quá trình phân tích, xử lý mô hình 3D sau

này. Cơ sở dữ liệu địa lý bao gồm ba bộ dữ liệu với các tính năng: tính năng tiên

liên quan đến yếu tố giao thông như tuyến đường, nền đường, mặt đường (độ

cao và mái dốc); bộ dữ liệu phân tích; và bộ dữ liệu bản đồ cơ sở như tòa nhà,

các tầng của tòa nhà (tầng 1, tầng 2,…), bề mặt và đồ hình nền móng.

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

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

Cơ sở dữ

liệu 2D

Cập nhật tọa

độ địa lý

Xây dựng cơ

sở dữ liệu địa

lý

Thiết lập mô

hình hình học

3D

Thiết kế Mô

hình thành

phố ảo 3D

Phân tích, xử

lý

Hiển thị kêt

quả mô hình

3D

73

phố 3D. Hình 2.24 mô tả quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D bằng

ảnh viễn thám độ phân giải cao. Các kỹ thuật được sử dụng trong việc tạo ra một

Mô hình thành phố 3D GIS được cung cấp bởi môi trường GIS và được hỗ trợ

bởi dữ liệu ảnh viễn thám quang học có độ phân giải cao và siêu cao dựa trên

việc sử dụng kỹ thuật ảnh số và phần mềm tạo mô hình 3D.

Hình 2.24: Quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D

bằng ảnh viễn thám độ phân giải cao

Cuối cùng, tiến hành thành lập mô hình thành phố ảo 3D (Hình 2.25)

bằng cách sử dụng đồ hình nền móng nhà và chiều cao liên quan của các tòa nhà

từ DEM.

Hình 2.25: Mô hình thành phố ảo 3D được thành lập

từ ảnh viễn thám độ phân giải cao

Xử lý ảnh thô

Tạo khối ảnh lập

thể

Chọn điểm khống

chế ảnh

Chọn điểm kiểm

kiểm tra

Tạo file điểm ảnh

Thành lập bình đồ

ảnh

Thành lập DEM

Chọn điểm khớp

ảnh

Số hóa đồ hình móng

nhà, công trình

Tạo file điểm đồ hình

móng nhà, công trình

Tích hợp ảnh độ

phân giải cao, siêu

cao

Tích hợp DEM, chiết

xuất 3D khối nhà

Thể hiện thành phố ảo

3D

Thành lập mô hình

thành phố ảo 3D

Gán độ cao nền

móng khối nhà,

công trình

Tự động chiết xuất đồ

hình nề móng nhà

74

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. Trong

trường hợp này, việc kết hợp mô hình 3D hiện trạng và mô hình 3D thiết kế quy

hoạch sẽ thể hiện đầy đủ thành phố ảo 3D với nền phối cảnh giữa khu vực cũ

(không được quy hoạch) và khu vực quy hoạch mới nhằm tăng tính trực quan về

tính hài hòa của kiến trúc không gian quy hoạch.

Đối với khu vực quy hoạch chi tiết, tỉ lệ lớn, có thể kết hợp ảnh viễn thám

với ảnh UAV để tãng độ chính xác của mô hình 3D các tòa nhà, công trình kiến

trúc.

Trên cơ sở đó, tác giả đề xuất quy trình công nghệ xây dựng mô hình

thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị (hình 2.26).

75

Hình 2.26: Quy trình xây dựng Mô

hình thành phố ảo 3D phục vụ quy

hoạch và quản lý đô thị

CSDL

thành phố

ảo 3D

CSDL thành phố

ảo 3D

Khung CSDL

thành phố ảo

Xây dựng CSDL

thành phố ảo

Mô hình

hóa đối

tượng quy

hoạch 3D

Mô hình đối tượng quy

hoạch 3D

Xuất file .xpl

Mô hình

hóa đối

tượng 3D

Mô hình địa vật 3D

Xuất file .xpl

Xây dựng CSDL

CSDL nền địa lý

Khung

CSDL nền

địa lý

CSDL nền

địa lý tỷ lệ

1/2000

Tạo nền địa hình 3D

Nền địa hình 3D *.mpt

Mô phỏng

nền địa

hình

Chuẩn bị tư liệu địa hình

Điều tra, thu thập dữ liệu

Địa hình 3D hiện trạng

Chuẩn hóa dữ liệu

Bay chụp và xử lý ảnh UAV

DSM Bình đồ ảnh

Thành lập lưới KCA

Bay chụp ảnh

Tạo đám mây điểm

Thiết kế tuyến bay Điều tra ngoại nghiệp

Mô hình thành phố ảo 3D

Ứng dụng

mô hình

thành phố

ảo 3D

Trình bày, khảo sát phương án quy hoạch

Phân tích, mô phỏng

Hỗ trợ ra quyết định lựa chọn phương án

Tích hợp CSDL

Quản lý cơ sở hạ tầng

Xây dựng phương án quy hoạch 2D

Nhiệm vụ quy hoạch Chỉ tiêu quy hoạch

Bản vẽ phương án quy hoạch (.dxf)

Chụp ảnh địa vật

76

Các bước chính trong quy trình xây dựng mô hình 3DCM, tích hợp

phương án quy hoạch và phân tích phương án gồm:

Bước 1: Công tác chuẩn bị;

- Nghiên cứu đồ án quy hoạch. Thu thập các tài liệu số liệu, bản đồ sản

phẩm của đồ án thiết kế quy hoạch.

- Thu thập các tài liệu bản đồ, sơ đồ, số liệu về tình hình kinh ế xã hội của

khu vực cần xây dựng mô hình thành phố ảo.

- Phân tích, đánh giá các tài liệu.

Bước 2: Xây dựng bình đồ ảnh số khu vực dự án, xây dựng DTM và

lập bản đồ nền cơ sở địa lý ở các tỷ lệ 1:500, 1:2000, 1:5000.

- Thiết kế bay chụp ảnh khu vực dự án bằng UAV: Thiết kê tuyến bay,

thời điểm bay, ca bay, khống chế ảnh ngoại nghiệp...),

- Đo khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng GPS và tính toán bình sai.

- Nắn ảnh, lập bình đồ ảnh.

- Đo vẽ địa hình, địa vật khu vực dự án.

- Lập DTM và biên tập bản đồ địa hình các tỷ lệ 1:500, 1:2000 và 1:5000.

- Quản lý dữ liệu bằng Geodatabase.

Bước 3: Chuẩn bị các mẫu thiết kế về kiểu dáng, minh họa và cấu

trúc bề mặt các đối tượng công trình và phi công trình tại đô thị

- Chuẩn bị các Maket về biểu thị không gian công trình quy hoạch.

- Chụp ảnh hoặc quét bề mặt các đối tượng hiện trạng trong vùng dự án.

- Thu thập thông tin thuộc tính các đối tượng trong đô thị.

Bước 4: Chuẩn hóa dữ liệu nền cơ sở địa lý, DTM, ảnh, dữ liệu công

trình quy hoạch, phương án thiết kế quy hoạch.

- Chuẩn hóa dữ liệu nền cơ sở địa lý từ 2D thành 3D dựa theo DTM và

kết quả đo vẽ lập thể trên ảnh UAV.

- Chuẩn hóa dữ liệu quy hoạch từ 2D thành 3D theo đồ án quy hoạch.

77

Bước 5: Xây dựng mô hình 3DCM:

- Sử dụng phần mềm 3D để xây dựng mô hình thành phố 3D bằng việc

tích hợp các nguồn dữ liệu đã chuẩn hóa ở bước 4.

- Gán các cấp độ LoD1 LoD2, LoD3 cho các bề mặt đối tượng

- Kiểm tra thuộc tính của từng đối tượng theo tiêu chuẩn thiết kế.

Bước 6: Khai thác các chức năng ứng dụng và phân tích không gian

đô thị phục vụ kiểm tra đồ án quy hoạch và quản lý đô thị, lập báo cáo.

- Trình bày, khỏ sát phương án quy hoạch.

- Phân tích, mô phỏng, trình diễn.

- Hỗ trợ ra quyết định, lựa chọn phương án.

- Quản lý cơ sở hạ tầng theo quy hoạch.

Trên đây là quy trình và các công đoạn xây dựng mô hình thành phố ảo

3D được đúc rút từ các nghiên cứu về cơ sở của bản đồ 3D, mô hình không gian

3D ứng dụng cho các thành phố, nguyên tắc tổ chức dữ liệu và yêu cầu của quy

hoạch, trên cơ sở các công nghệ tiên tiến hiện nay.

Quy trình này sẽ được thử nghiệm trong quá trình xây dựng mô hình

thành phố ảo 3D khu công nghiệp đô thị Kiến Thụy trong Chương 3.

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 lý đô 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 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:

78

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.

79

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

Khu vực nghiên cứu là Dự án khu công nghiệp đô thị Kiến Thụy nằm

trong địa giới hành chính 3 xã: Ngũ Phúc, Kiến Quốc và Tân Trào thuộc huyện

Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng.

+ Phía Bắc: giáp xã An Thọ - huyện An Lão; phần còn lại của xã Ngũ

Phúc, xã Kiến Quốc và xã Tân Trào – huyện Kiến Thụy.

+ Phía Nam: giáp sông Văn Úc.

+ Phía Đông: giáp phần còn lại của xã Tân Trào.

+ Phía Tây: giáp sông Văn Úc.

Sơ đồ vị trí mối liên hệ vùng như Hình 3.1 dưới đây.

Hình 3.1: Sơ đồ vị trí mối liên hệ vùng

Vị trí của dự án tiếp giáp với các tuyến đường giao thông đối ngoại:

Đường cao tốc Hà Nội - Hải Phòng: khoảng 4,8 km; Đường vành đai 3: khoảng

80

6,0 km; Đường vành đai ven sông Văn Úc đi qua khu vực nghiên cứu; Đường

tỉnh 354: khoảng 4,1 km; Đường tỉnh 362: khoảng 700m.

Khu đất thực hiện Dự án chủ yếu là đất nông nghiệp trồng lúa và nuôi

trồng thủy sản. Cote cao độ từ +0.70m đến +2.80m.

Quy mô dự án: Xây dựng hạ tầng kỹ thuật Khu đô thị công nghiệp Kiến

Thụy với diện tích khoảng 912,83ha;

Mục tiêu dự án:Phát triển khu đô thị và công nghiệp ven sông Văn Úc và

từng bước hoàn thiện hệ thống khu công nghiệp theo định hướng phát triển

không gian đô thị và theo điều chỉnh quy hoạch chung xây dựng thành phố đến

năm 2025, tầm nhìn đến 2050 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại

Quyết định số 1448/QĐ-TTg ngày 16/9/2009.

Nhiệm vụ của dự án:Theo quyết định phê duyệt dự án có nhiệm vụ sau:

- Xác định các mối quan hệ hữu cơ về tính chất, chức năng, nhiệm vụ của

khu vực nghiên cứu quy hoạch trong tổng thể quy hoạch phát triển thành phố

Hải Phòng.

- Xây dựng quy hoạch chi tiết sử dụng đất.

- Đề xuất các giải pháp cụ thể về quy hoạch tổ chức không gian, thiết kế

đô thị và quy hoạch hệ thống hạ tầng kĩ thuật.

Nội dung quy hoạch khu đô thị và công nghiệp Kiến Thụy:Xây dựng khu

đô thị và công nghiệp Kiến Thụy đạt tiêu chuẩn khu đô thị và công nghiệp quốc

tế hiện đại với các chức năng như sau: Khu đô thị, Các công trình hạ tầng kỹ

thuật, các công trình tiện ích công cộng, khu công nghiệp sinh thái, xây dựng

khu nhà ở cho công công nhân kết hợp thương mại dịch vụ để phục vụ cho

người lao động trong KCN.

Sau khi xác định được phạm vi, quy mô của khu vực nghiên cứu, áp dụng

các chỉ tiêu đối với Khu Công nghiệp và đối với đô thị loại I; xác định được cơ

cấu quy hoạch sử dụng đất, cụ thể như sau:

81

Bảng 3.1: Cơ cấu sử dụng đất của đồ án thiết kế quy hoạch

TT Loại đất

Diện

tích

(ha)

Tỷ lệ

(%)

MĐXD

( % )

Hiều

cao

tầng

Hiệu

xuất sử

dụng đất

(Lần)

A Khu Công nghiệp 776,64 100,00

1 Đất phục vụ công cộng 12,26 1,58

1.1 CC-1 5,87

40,00 5 2,00

1.2 CC-2 6,39

40,00 5 2,00

2 Đất công nghiệp, kho bãi 547,79 70,53

3 Đất cây xanh - mặt nước 132,21 17,02

3.1 Đất cây xanh công viên 31,81 4,10 5,00 1

3.2 Đất cây xanh cách ly 64,00 8,24 - -

3.3 Đất mặt nước 36,40 4,69 - -

4 Đất kỹ thuật đầu mối 8,01 1,03

4.1 KT-01 4,37

20,00 1 0,20

4.2 KT-02 2,65

20,00 1 0,20

4.3 KT-03 0,99

20,00 1 0,20

5 Đất cầu cảng 13,05 1,68

.

6 Đất giao thông toàn khu vực 63,32 8,15

6.1 Đất bãi xe 2,36 0,26

6.1.1 P-1 1,44

20,00 1 0,20

6.1.2 P-2 0,92

20,00 1 0,20

6.2 Đất giao thông 60,96 7,85 - -

B Khu Đô thị 136,19 100,00

1 Đất phục vụ công cộng 25,84 18,97

1.1 CCĐT-1 (Thương mại, dịch vụ) 1,65

40,00 25 10,00


40,00 25 10,00


40,00 15 6,00

1.4 CCĐT-4 (Đất giáo dục) 3,22

40,00 5 2,00

1.4.1 Trường mẫu giáo 1,15

1.4.2 Trường tiểu học 1,05

1.4.3 Trường THCS 1,02


40,00 5 2,00

1.6 CCĐT-6 (Đất hành chính, văn

hóa, y tế) 3,52

40,00 5 2,00

82

1.6.1 UBND phường 1,50

1.6.2 Công an 0,85

1.6.3 Nhà văn hóa 0,81

1.6.4 Trạm y tế, phòng khám đa khoa 0,36


40,00 5 2,00


40,00 5 2,00

2 Đất ở 20,60 15,13

2.1 OCT-1 13,39

40,00 9 3,60

2.2 OTT-1 2,62

80,00 5 4,00

2.3 OTT-2 2,62

80,00 5 4,00

2.4 OTT-3 1,97

80,00 5 4,00

3 Đất cây xanh - mặt nước -

TDTT 50,07 36,76

4 Đất giao thông toàn khu vực 39,68 29,14

4.1 Đất bãi xe 1,66 1,22

4.1.1 PĐT-1 0,83

20,00 1 0,20

4.1.2 PĐT-2 0,83

20,00 1 0,20

4.2 Đất giao thông 38,02 27,92 - -

TỔNG DIỆN TÍCH 912,83

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. Skyline có các ưu điểm sau:

- Triển khai nhanh chóng, tiết kiệm chi phí.

- Phần mềm có thể nhập hầu như tất cả các định dạng chuẩn của dữ liệu

hình ảnh, (.tiff, .ecw...), độ cao (.dem, .tiff...), mô hình đối tượng (.dae, .3ds...).

- Khả năng sắp xếp hợp lý để quản lý kho lưu trữ không gian địa lý quy mô

lớn, có khả năng lưu trữ dữ liệu lên đến hàng TB.

- Hoạt động trong cả môi trường có kết nối mạng (Internet, WAN, LAN) và

83

máy tính cá nhân.

- Công nghệ máy chủ Streaming hiệu quả cao để hỗ trợ triển khai quy mô

lớn mà yêu cầu phần cứng không quá cao.

- Có đầy đủ các công cụ để trình bày các nhóm lớp đối tượng của mô hình

thành phố ảo: Đường giao thông, Mặt nước, Nhà cao tầng, Đường dây điện, Các

công trình ngầm (Đường cấp nước, thoát nước...)...

- Các công cụ phân tích không gian phong phú: Tính toán tầm nhìn, Tính

toán ngập lụt, Mô phỏng ánh sáng mặt trời... Ngoài ra trên phần mềm có các

công cụ để xây dựng kịch bản mô phỏng, báo cáo trực quan sinh động.

- Bộ phần mềm có các hàm API có khả năng mở rộng cao cho phép bổ

sung các công cụ để quản lý và trình bày mô hình thành phố ảo.

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

* Gói modul TerraBuilder có các chức năng chính sau:

- Cho phép người dùng nhanh chóng tạo, chỉnh sửa và duy trì cơ sở dữ liệu

nền địa hình 3D.

- Hỗ trợ nhiều định dạng dữ liệu ảnh (ảnh hàng không, ảnh vệ tinh), thông

84

tin địa hình, địa lý và mô hình số độ cao.

- Có thể thực hiện với khối dữ liệu lớn.

- Tối ưu hóa quá trình hiển thị dữ liệu qua mạng Internet, qua mạng nội bộ

hoặc các phương tiện truyền thông địa phương.

- Các bộ xử lý nâng cao TerraBuilder cho phép nhiều người dùng tạo ra cơ

sở dữ liệu nền bằng mạng.

TerraBuilder rất hữu ích trong việc phục vụ tạo lập mô hình 3D từ ảnh vệ

tinh, ảnh hàng không để hiển thị nhanh qua mạng Internet, mạng nội bộ hoặc

trên các máy tính cá nhân. Bên cạnh đó, TerraBuilder còn có rất nhiều các chức

năng như chỉnh sửa DEM, điều chỉnh độ xám của ảnh (Histogram adjustment)

và nhiều công cụ khác. TerraBuilder cho phép người sử dụng tạo ra tập dữ liệu

về độ cao và ảnh hàng không chính xác, TerraBuilder có thể phân chia qua hệ

thống mạng cho nhiều bộ máy đồng thời xử lý để tạo ra một cơ sở dữ liệu 3D.

Chúng ta có thể tiết kiệm thời gian và không gian lưu trữ với TerraBuilder

DirectConnect, nó có thể tạo ra mô hình 3D mà không cần phải chuyển đổi dữ

liệu về những định dạng chuẩn nào.

* Gói TerraExplorer Pro có các chức năng chính:

- TerraExplorer Pro là một phần mềm thuộc hệ thống phần mềm Skyline

được sử dụng để thành lập và xuất bản mô hình bản đồ 3D.

- Người sử dụng có thể tạo mới và chỉnh sửa các đối tượng, nhóm đối

tượng bằng các công cụ trên giao diện của phần mềm. Phần mềm cũng cho phép

chia sẻ dữ liệu hoặc tổ chức tác nghiệp trên cùng một cơ sở dữ liệu, tại cùng một

thời điểm với nhiều máy PC khác nhau thông qua hệ thống mạng.

- TerraExplorer Pro còn chứa một thư viện ký hiệu tương đối phong phú và

cho phép người sử dụng khai thác trong quá trình biên tập mô hình bản đồ 3D.

Bên cạnh đó, phần mềm cũng cho phép thiết kế một số ký hiệu đơn giản và cập

nhật các ký hiệu 3D đã thiết kế từ một số phần mềm chuyên dụng khác. Trên mô

85

hình bản đồ 3D đã xây dựng, có thể thực hiện các phép phân tích địa lý và địa

hình cơ bản.

- Sản phẩm mô hình bản đồ 3D có thể được tổ chức và lưu trữ trên máy

theo các Project riêng biệt, kết xuất dưới dạng phim (*.avi), các tập tin ghi lại

hình ảnh theo một đường bay (*.fly) hoặc các gói dữ liệu cho các dự án khác

nhau.

* Gói TerraGate:

- Modul TerraGate tạo ra cổng kết nối dữ liệu qua hệ thống mạng. Trường

hợp sử dụng trên máy tính cá nhân thì không cần đến TerraGate.

- TerraGate truyền tải dữ liệu địa hình, vecto, ảnh vệ tinh đến các máy sử

dụng TerraExplorer (Client-Server) và qua dịch vụ WFS/WMS (Web-Base).

3.2.2. Công tác chuẩn bị dữ liệu để xây dựng mô hình 3D

3.2.2.1. Thiết kế và bay chụp ảnh bằng UAV, đo khống chế ảnh

Sử dụng thiết bị bay không người lái (UAV) Phantom 3 kèm camera chụp

ảnh FC300S và các thiết bị phụ trợ khác. Trong quá trình bay chụp ảnh theo

tuyến, thiết bị UAV có thể tự động hiệu chỉnh vị trí cân bằng nhờ thiết bị con

quay hồi chuyển IMU để thu nhận những tấm ảnh luôn ở vị trí nằm ngang (góc

Hình 3.3: Sơ đồ thiết kế lưới khống chế ảnh

86

- Xác định phạm vi bay chụp ảnh: thiết kế trên bản đồ địa hình 1:25.000.

- Thiết kế tuyến bay chụp ảnh: Độ cao bay 150m, độ phân giải 10cm.

- Lưới khống chế ảnh khu vực thực nghiệm được thiết kế gồm 35 điểm

tiêu (từ 1-35) và 10 điểm mốc đường chuyền cấp 2 (DC1-DC10) phục vụ nắn

ảnh UAV.

- Chụp ảnh bằng công nghệ thiết bị bay không người lái (UAV);

- Xử lý ảnh UAV: tiến hành xử lý ảnh UAV trên cả hai công nghệ phần

mềm là phần mềm Pix4D mapper và phần mềm Agisoft Photoscan.

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. Kết quả là bình đồ ảnh UAV với độ phân giải 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)

87

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.

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

Các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình công nghệ xây dựng CSDL nền địa

lý 1:2000 tuân thủ đúng theo quy định của Bộ Tài nguyên và Môi trường (Thông

tư 55/2014/TT-BTNMT ngày 12/9/2014 quy định kỹ thuật về mô hình cấu trúc,

nội dung cơ sở dữ liệu nền địa lý và bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 và 1:5000).

Bảng 3.2: Các gói dữ liệu trong CSDL nền địa lý 1:2000

Chủ đề dữ liệu Tên gói UML

Cơ sở đo đạc CoSoDoDac

Biên giới địa giới BienGioiDiaGioi

Địa hình DiaHinh

Thủy hệ ThuyHe

Giao thông GiaoThong

Dân cư, cơ sở hạ tầng DanCuCoSoHaTang

Phủ bề mặt PhuBeMat

Đối tượng ngầm DoiTuongNgam

88

Hình 3.7: Cấu trúc cơ sở dữ liệu

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. Sau đó thực hiện

các bước sau:

- Tạo nền địa hình 3D: Sử dụng mô hình số độ cao DTM từ quá trình đo

ảnh UAV, tạo chế độ phân giải ảnh Pyramid (hình tháp) theo độ phân giải của

các mức nhìn khác nhau. Sau khi có dữ liệu mô hình số độ cao (*.DEM) và bản

đồ raster (*.TIFF), sử dụng phần mềm TerraBuilder để xây dựng mô hình địa

hình 3D. Tập tin *.mpt là kết quả mô phỏng địa hình 3D.

Hình 3.8: Kết quả mô phỏng địa hình

89

- Trình bày nội dung bản đồ 3D thành phố: Khi biên tập trình bày trong

phần mềm chuyên dụng phải thể hiện nổi bật các nhóm đối tượng: Cơ sở đo đạc;

địa giới hành chính; địa hình; thủy hệ; giao thông; dân cư hạ tầng cơ sở; thực

vật.

Cơ sở đo đạc: gồm điểm mốc đo đạc trình bày số hiệu điểm, không biểu

thị ký hiệu đối tượng.

Địa giới hành chính: Địa phận hành chính hoặc địa bàn khu đô thị được

phủ trên nền địa hình 3D, tô màu trắng kết hợp với việc thể hiện độ trong 1% để

nhìn thấy rõ nền ảnh phía dưới, sử dụng trường thông tin DiaDanh để thể hiện

tên phạm vi hành chính, ký hiệu đường địa giới không gán LoD.

Địa hình: Điểm độ cao không gán LoD, chỉ gán giá trị độ cao; ghi chú địa

danh cho địa hình.

Thủy hệ: gồm các đối tượng như kênh, mương, mặt nước tĩnh, sông suối,

đê, đập, cống thủy lợi, trạm bơm, công trình trên đê, ghi chú tên riêng. Các yếu

tố nền thể hiện độ trong từ 10-30% để nhìn thấy lớp ảnh nền. Các đối tượng này

nằm ngay trên bề mặt DEM.

Giao thông: Các đối tượng gồm bến bãi, mặt đường bộ, hầm giao thông,

đèo, cầu, cống giao thông, vỉa hè, đường sắt, ghi chú giao thông. Các yếu tố nền

thể hiện độ trong từ 10-30% để nhìn thấy lớp ảnh nền.

Dân cư hạ tầng cơ sở: các đối tượng chính gồm địa danh dân cư, nhà,

khối nhà, khu chức năng, tháp nước, tượng đài, hàng rào, dây thông tin, hệ thống

cột tượng đài, trạm phát sóng. Các đối tượng này được gán đủ thuộc tính, ghi

chú, gán các mức LoD khác nhau cho mỗi loại, yếu tố nền được thể hiện độ

trong 30% để có thể quan sát được nền ảnh phía dưới.

Phủ bề mặt: phủ bề mặt được phủ trên bề mặt địa hình 3D, thể hiện độ

trong 1% để nhìn ảnh phía dưới. Các đối tượng phủ bề mặt như: khu công trình,

khu dân cư, khu đất trống, mặt nước…Các đối tượng nổi lên trên DEM có kèm

90

theo độ cao riêng, đối tượng nằm ngay trên DEM không có độ cao riêng.

Công trình ngầm: chỉ thể hiện một số đối tượng đường ống cấp nước,

thoát nước, cống ngầm tại đô thị, có ghi chú tính chất cống kèm theo.

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. Hơn nữa, thông tin về các đối tượng kế hoạch, chẳng hạn như số tầng

của một tòa nhà không được mã hóa trong các bảng thuộc tính nhưng có trong

đồ họa kế hoạch. Vì lý do này, một số bước tiền xử lý là cần thiết để tạo ra hình

ảnh quy hoạch 3D từ bản đồ quy hoạch và dữ liệu BIM. 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.

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

Trong một phương án quy hoạch gồm 5 nhóm lớp đối tượng như sau:

BDSDDat: CayXanh; CongVien_SDD; Khu_ChungCu; Khu_CN;

Khu_CN_2; Khu_HaTang.

91

DanCu: NhaCaoTang; NhaCaoTang_P; NhaThapTang; NhaXuong.

GiaoThong: DuongDe; GiaoThong; ViaHe.

ThucPhu: CongVien; VuonCay;

ThuyHe: MatNuoc

Việc xây dựng CSDL được thực hiện trên phần mềm ArcGIS.Dữ liệu 2D

được số hóa bằng bộ ký hiệu quy hoạch và gán đầy đủ các thuộc tính trong hệ

VN2000.

Sau khi nhập các lớp đối tượng vào CSDL, các đối tượng cần được cập

nhật thông tin thuộc tính. VD: các toàn nhà cao tầng có các thông tin như: Tên

nhà, địa chỉ, chiều cao, số tầng... Các thông tin này vừa để quản lý, tra cứu đối

tượng trên mô hình 3DCM vừa để dựng hình các mô hình đối tượng 3D trên

phần mềm Skyline.

Hình 3.10: Thông tin lớp nhà cao tầng

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. Sau khi công việc chuẩn

bị này, các thông số của mô hình đã được chiết xuất từ GIS vào phần mềm để

mô hình hóa mô hình 3D. Trong xây dựng chức năng chiết xuất đã được cấu

92

hình để xử lý mô hình khối từ các tính năng xây dựng và cấp các tính năng dựa

trên các thông tin thuộc tính. Từ mô hình 3D cơ bản này, một mô hình cụ thể đã

được tạo ra. Các mô hình 3D được nhập vào thông qua định dạng *.3ds, *.dae

và vị trí thích hợp được đảm bảo bằng cách đặt vào điểm trung tâm của khung

tòa nhà. Hình 3.12 minh họa mô hình tiếp cận 3D định dạng *.dae.

3.3.2.1. Chuẩn bị phần mềm

SketchUp là một phần mềm mô hình hóa 3D, dành cho các kiến trúc sư,

các kỹ sư đồ họa, các nhà biên tập bản đồ, các đạo diễn điện ảnh và các ngành

nghề có liên quan. Phần mềm này khởi đầu được phát triển bởi công ty @Last

Software, có trụ sở tại Boulder, Colorado, Mỹ. Phần mềm này nổi bật như một

công cụ diễn tả ý tưởng đơn giản, nhanh gọn với giao diện đồ họa cho người sử

dụng.Một vài đặc điểm nổi bật:Không cần phần cứng mạnh như các phần mềm

mô hình hóa khác; Hệ thống giao diện với con trỏ đồ họa thông minh cho phép

người sử dụng dựng hình vẽ ba chiều trong không gian hai chiều của màn hình;

Các mặt, diện (face) được định nghĩa đơn giản dựa trên một miền khép kín; Tạo

khối đơn giản nhanh gọn bằng công cụ push-pull tool; Công cụ chỉnh sửa khối

và tạo khối theo đường sinh cho trước; Khả năng cho phép mô phỏng, hiệu

chỉnh góc chiếu của mặt trời vào tất cả các thời điểm trong năm cũng như bao

quát các góc nhìn cho hiệu quả gần như tức thời; Bản vẽ được kết xuất ở tốc độ

cao dựa trên tốt giản hệ mô hình đa giác thấp, có phong cách trình bày độc đáo;

Khả năng giao tiếp rộng rãi với các phần mềm mô hình khác; Có thể kết hợp với

các trình kết xuất ngoài (Renderer) để cho ra những hình ảnh tốt hơn (etc.

IRender, Podium, Indigo, Kerkythea...). Phiên bản đầu tiên của SketchUp được

phát hành đầu năm 2001 với mục đích tạo các đối tượng ba chiều đơn giản,

SketchUp đã có vị trí trong thị trường kiến trúc và thiết kế, sau khi có một vài

sửa đổi nhỏ để phù hợp với đặc điểm của các ngành chuyên môn. Chìa khóa

quyết định cho thành công của phần mềm nằm ở độ nhận biết các đường cong,

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Ph%E1%BA%A7n_m%E1%BB%81m_m%C3%B4_h%C3%ACnh_h%C3%B3a_3D&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/wiki/Ki%E1%BA%BFn_tr%C3%BAc_s%C6%B0

https://vi.wikipedia.org/wiki/K%E1%BB%B9_s%C6%B0

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=@Last_Software&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=@Last_Software&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/wiki/Boulder,_Colorado

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Giao_di%E1%BB%87n_%C4%91%E1%BB%93_h%E1%BB%8Da&action=edit&redlink=1

https://vi.wikipedia.org/wiki/Thi%E1%BA%BFt_b%E1%BB%8B_hi%E1%BB%83n_th%E1%BB%8B

https://vi.wikipedia.org/wiki/K%E1%BA%BFt_xu%E1%BA%A5t_%C4%91%E1%BB%93_h%E1%BB%8Da

https://vi.wikipedia.org/wiki/2001

93

tuy không sâu như các phần mềm mô hình hóa 3D trên thị trường nhưng đã đem

lại tốc độ xử lý nhanh. Tuy nhiên chính điều này cũng hạn chế khả năng mô

phỏng thực tế của SketchUp.Một ứng dụng hữu hiệu của phần mềm này là thiết

kế mẫu nhà (mức độ LoD3 hoặc LoD4). Sau khi thiết kế xong mô hình, người

dùng có thể kết hợp sử dụng Google Earth để dán mẫu nhà vừa thiết kế lên hình

ảnh khu vực có lô đất đó, để xem nó phù hợp với toàn cảnh ra sao. Ngoài ra,

người sử dụng cũng có thể chia sẻ thiết kế của mình với những người dùng khác

thông qua tính năng 3D warehouse các mô hình đã hoàn thành từ nhà cửa cho

tới đồ đạc, vật dụng, xe cộ, tượng, cầu...

3.3.2.2. Chuẩn bị thư viện ký hiệu 3D

Bộ ký hiệu 3D phải thể hiện được toàn bộ các đối tượng dạng điểm,

đường, vùng, ghi chú. Các ký hiệu dạng điểm có thể sưu tầm, thiết kế mới bằng

phần mềm SketchUp hoặc các phần mềm tương tự có hỗ trợ định dạng *.fly,

*.xpc. Các ký hiệu dạng đường, vùng thiết kế trực tiếp trong chương trình

Skyline.

Bộ ký hiệu phải đảm bảo cho việc thể hiện nội dung của bản đồ 3D được

trực quan nhất, ký hiệu phải dễ hiểu, càng giống với hình dạng thật của đối

tượng càng tốt, tất nhiên là tuân thủ quy định về ký hiệu bản đồ tỷ lệ 1:2000

Bộ ký hiệu bản đồ 3D gồm 5 loại chính sau: Ảnh cấu trúc (Textured

Image.gif); Mô hình địa vật (3D Model *.xpc, *.xpl); Biểu tượng (Icon.gif); Ký

hiệu bản đồ (Map_Sign); Ghi chú (Text Label).

3.3.2.3. Mô hình địa vật

Thông thường các đối tượng dân cư khi thể hiện trên bản đồ 3D sẽ tuân

thủ theo đúng những thuộc tính của CSDL nền địa lý, chiều cao của các đối

tượng khi trình bày sẽ được dâng lên đúng theo trường độ cao được lấy giá trị từ

số liệu đo vẽ trên trạm đo vẽ ảnh số.

Tuy nhiên, để nội dung bản đồ 3D được thể hiện trực quan, sinh động

94

hơn, ta sẽ thiết kế mô hình địa vật riêng cho những đối tượng địa vật được chọn

theo các mục đích khác nhau, cụ thể trong đề tài luận văn sẽ thiết kế mô hình địa

vật cho 8 nhóm đối tượng theo danh mục ở Chương 2.

Các đối tượng có hình dạng, cấu trúc phổ biến như cột đèn, cột điện,…sẽ

sử dụng trong thư viện có sẵn của Skyline và khai thác thêm trên mạng Internet.

Hình 3.11: Mô hình mẫu cột đèn và đèn báo hiệu giao thông

Khu vực thử nghiệm bao gồm các công trình hạ tầng: nhà xưởng, nhà

máy, chung cư,… Vì vậy trong luận văn thiết kế mô hình cho tất cả các công

trình hạ tầng này trên phần mềm Google SketchUp 8.

Sau đó ta chuyển vào phần mềm Google SketchUp để thiết kế mô hình

thông qua định dạng *.dxf hoặc *.dwg

3.3.2.4. Nhà và khối nhà

Hình 3.12: Thiết kế mô hình đối tượng trên phần mềm SketchUp

95

3.3.2.5. Các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị

Biểu tượng được sử dụng nhằm hỗ trợ cho việc đọc bản đồ 3D, vì vậy các

biểu tượng phải quen thuộc với người sử dụng bản đồ.Các ký hiệu bản đồ địa

hình tỷ lệ 1:2000 được chuyển thành các biểu tượng.

Hình 3.13: Ký hiệu hạ tầng kỹ thuật

3.3.2.6. Ký hiệu cây

Các ký hiệu sử dụng chủ yếu cho lớp phủ bề mặt, trong đó chủ yếu là đối

tượng thực vật. Chụp ảnh các loại cây đại hiện cho loại phủ bề mặt như cây ăn

quả, cây bụi, cây công nghiệp ngắn ngày, cây dừa cọ, cây hoa, cây cảnh,...

Hình 3.14:Thư viện ký hiệu cây độc lập/thảm thực vật

3.3.2.7. Ảnh mô hình địa vật và cấp độ chi tiết – LoD

Trong quá trình mô hình hóa các đối tượng 3D, để mô hình trực quan thì

mô hình cần được dán mặt cho các phần chi tiết. Ví dụ như cửa, nền nhà, màu

tường,... Do đó cần xây dựng bộ ảnh mẫu cho các chi tiết này. Việc chụp ảnh

phối cảnh các đối tượng địa vật cho các khu vực không thay đổi quy hoạch (giữ

96

nguyên hiện trạng), chụp vuoogn góc tất cả các bề mặt, chụp một ảnh theo

hướng 450 so với đối tượng, đối tượng có bao nhiêu mặt sẽ chụp đủ bấy nhiêu,

định dạng ảnh JPG, PNG, độ phân giải 1024x1024. Đối với khu vực quy hoạch

theo thiết kế mới, các bề mặt được lấy theo dữ liệu của đồ án BIM.

Hình 3.15: Ảnh cấu trúc sử dụng trong bản đồ 3D

Hình 3.16: Gán các cấp độ LoD cho đối tượng khối nhà

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.

- Phương pháp thứ nhất, tạo các đối tượng từ chiều cao riêng của đối

tượng (chiều cao thiết kế, số tầng thiết kế, kiểu dáng thiết kế, chất liệu thiết kế)

97

sau đó đưa lên độ cao mặt DEM. Phương pháp này được áp dụng hiệu quả cho

các toàn nhà cao tầng. Để đảm bảo một hình ảnh chiều cao chính xác, chiều cao

tòa nhà là thông tin thuộc tính của CSDL nhà cao tầng. Với các chức năng nhập

đối tượng công trình xây dựng. Các mô hình khối 3D được mô phỏng từ các dữ

liệu này, có thể truy vấn, được tô màu hoặc kết cấu cho mái và các mặt.

Hình 3.17: Mô hình 3D được thành lập từ CSDL 2D.

- Phương pháp thứ hai, mô hình 3D được xây dựng từ phần mềm

Sketchup để tạo ra hình ảnh 3D với nhiều yếu tố hình học và chi tiết trong các

ứng dụng bên ngoài. Mô hình 3D là một phương pháp thành lập để tạo mô hình

kiến trúc và trực quan hóa và nó rất linh hoạt đối với các hình học và mô hình

hóa bề ngoài. Vì lý do này, nó có thể tạo ra hình ảnh mô hình 3D thực tế và toàn

diện không chỉ có các tòa nhà mà còn không gian xung quanh chúng bao gồm

không gian xanh và cây cối, đường phố, không gian mở. Để tạo thuận tiện cho

xây dưng mô hình 3D, các tính năng kế hoạch được phân loại thành các nhóm

(các tòa nhà, các đối tượng vận chuyển, và các đối tượng thực vật), và chiều cao

của tòa nhà trên mặt đất và chiều cao của DEM tại vị trí địa vật như là thuộc tính

trong môi trường GIS. Sau khi công việc chuẩn bị này, các tính năng đã được

chiết xuất từ GIS vào phần mềm mô hình 3D. Trong xây dựng chức năng của

chiết xuất đã được cấu hình để xử lý mô hình khối từ các tính năng xây dựng và

98

cấp các tính năng dựa trên các thông tin thuộc tính. Từ mô hình 3D cơ bản này,

một mô hình cụ thể đã được tạo ra. Các mô hình 3D được nhập vào thông qua

định dạng *.3ds, *.dae và vị trí thích hợp được đảm bảo bằng cách đặt vào điểm

trung tâm của khung tòa nhà. Hình 3.18 minh họa mô hình tiếp cận 3D định

dạng *.dae.

Hình 3.18: Tích hợp mô hình nhà xưởng vào mô hình 3DCM

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.

Hình 3.19:Tích hợp đường giao thông vào mô hình 3DCM

99

3.3.3.3. Thủy hệ

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

mềm cho phép chọn màu tô hoặc hiệu ứng nước.

Hình 3.20: Mặt nước được tích hợp vào mô hình thành phố 3D

3.3.3.4. Thực vật

Từ dữ liệu công viên, cây xanh được nhập vào phần mềm 3D. Các đối

tượng là ở dạng vùng. Trên phần mềm 3D có công cụ tự động trải cây 3D theo

vùng đối tượng. Người dùng chỉ cần chọn mẫu cây, chiều cao cây, khoảng

cách... và phần mềm sẽ trải đối tượng thực vật như hình 3.21.

Hình 3.21: Cây xanh, công viên được tích hợp vào mô hình thành phố 3D

3.3.3.5. Các đối tượng động

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

100

hình 3D động như: Ô tô, tàu điện,...

Hình 3.22: Tàu điện được tích hợp vào mô hình thành phố 3D

3.3.3.6. Đường điện

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

Hình 3.23: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.

101

Hình 3.24: Mô phỏng các công trình cấp thoát nước

Hình 3.25: Cơ sở dữ liệu mô hình 3DCM

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.

NCS đã xây dựng “công cụ” phần mềm hỗ trợ Mô hình thành phố ảo 3D

trên nền Skyline bằng ngôn ngữ lập trình C#. Đầu tiên, toàn bộ các chức năng

102

của phần mềm Terra Explorer Pro đã được tác giả Việt hóa và đưa lên ứng dụng

có giao diện bằng tiếng Việt, thân thiện với người dùng.

Hình 3.26: Giao diện chính phần mềm Mô hình thành phố ảo 3D

Hình 3.27: Giao diện tiếng Việt, thân thiện với người dùng

Sau đó lập trình xây dựng một số “công cụ” phần mềm hỗ trợ Mô hình

thành phố ảo 3D với 5 ứng dụng phục vụ đánh giá quy hoạch và quản lý đô thị.

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

103

thiết nên được tích hợp. Hình ảnh trực quan 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. Dựa trên đề xuất

lượng hóa thông qua hàm mục tiêu của phương án

min

Trong đó: f là hàm mục tiêu

n: là số tiêu chí đánh giá.

fi là giá trị của tiêu chí i, Wi là trọng số của tiêu chí i

Mô hình khái quát của hệ thống:

Hình 3.38: Mô hình khái quát của hệ thống

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. Tỷ

lệ cây xanh được quy định chi tiết trong Bảng 3.3.

Các biến không

kiểm soát được

Biến

quyết

định

Hỏi đáp thu thập

thông tin, tạo biến

đầu vào.

Phương án

Các biến quyết định, trọng số

đặc tính, điểm đặc tính, ràng

buộc…

104

Bảng 3.3: Tỷ lệ đất tối thiểu trồng cây xanh trong các lô đất

xây dựng công trình

Trong lô đất xây dựng công trình Tỷ lệ đất tối thiểu trồng

cây xanh (%)

1- Nhà ở:

- Đơn lập (nhà vườn, biệt thự) 20

- Nhóm nhà chung cư 20

2- Nhà công cộng:

- Nhà trẻ, trường học 30

- Bệnh viện 30

- Nhà văn hóa 30

3- Nhà máy: 20

- Xây dựng phân tán 20

- Trong khu, cụm công nghiệp tập trung 20

(Nguồn: QCVN 04-1:2015/BXD)

Cây xanh đô thị có 3 nhóm chính:

- Cây xanh sử dụng công cộng (quảng trường, công viên, vườn hoa, vườn

dạo..., bao gồm cả diện tích mặt nước nằm trong các khuôn viên các công trình

này và diện tích cây xanh cảnh quan ven sông được quy hoạch xây dựng thuận

lợi cho người dân đô thị tiếp cận và sử dụng cho các mục đích luyện tập thể dục

thể thao, nghỉ ngơi, giải trí, thư giãn...). Đối với các diện tích mặt nước không

thường xuyên có nước, cần phải có các giải pháp quy họach đảm bảo cảnh quan

môi trường khi không có nước.

- Cây xanh đường phố (cây xanh, thảm cỏ trồng trong phạm vi chỉ giới

đường đỏ). Tất cả các tuyến đường cấp phân khu vực trở lên đều phải trồng cây

xanh đường phố.

- Cây xanh chuyên dụng (cách ly, phòng hộ, vườn ươm, nghiên cứu thực

vật học, vườn ươm...).

105

Bảng 3.4: Diện tích đất cây xanh sử dụng công cộng trong các đô thị

Loại đô thị Tiêu chuẩn (m2/người)

Đặc biệt 7

I và II 6

III và IV 5

V 4

(Nguồn: QCXDVN 01:2008/BXD Về quy hoạch xây dựng)

Để thuận tiệnc cho việc kiểm tra, trong phần mềm Mô hình thành phố 3D

đã xây dựng chức năng tính toán hệ số sử dụng đất. Căn cứ vào lớp sử dụng đất,

phần mềm sẽ kiểm tra hệ số sử dụng đất có phù hợp với quy định hay không.

Hình 3.28: Chức năng tính toán hệ số sử dụng đất

Đoạn code sau để tính toán hệ số sử dụng đất:

private double getTyLe(string KhuTP,string SDD)

{

double tyle = 0;

double _dtKhuTP=0;

double _dtSDD = 0;

string idKhuTP = sgworld.ProjectTree.FindItem(KhuTP);

string idSDD = sgworld.ProjectTree.FindItem(SDD);

if (sgworld.ProjectTree.IsLayer(idKhuTP) && sgworld.ProjectTree.IsLayer(idSDD))

{

var cFeatureLayer_KhuTP = sgworld.ProjectTree.GetLayer(idKhuTP);

//cFeatureLayer_KhuTP.Refresh();

106

var cFeatureLayer_SDD = sgworld.ProjectTree.GetLayer(idSDD);

//cFeatureLayer.FeatureGroups.Point.gete

IDataSourceInfo65 cFeatureLayerDataSource_khuTP =

cFeatureLayer_KhuTP.DataSourceInfo;

IDataSourceInfo65 cFeatureLayerDataSource_SDD =

cFeatureLayer_SDD.DataSourceInfo;

int i = 0;

IFeature65 fea=null;

for (i = 0; i <

cFeatureLayer_KhuTP.FeatureGroups.Polygon.Features.Count; i++)

{

fea =

(IFeature65)cFeatureLayer_KhuTP.FeatureGroups.Polygon.Features[i];

string a =

fea.FeatureAttributes.GetFeatureAttribute("Shape_Area").Value.ToString();

_dtKhuTP = double.Parse(a);

IFeatures65 cSQResFeatures = null;

cSQResFeatures =

cFeatureLayer_SDD.ExecuteSpatialQuery(fea.Geometry, IntersectionType.IT_INTERSECT);

for (i = 0; i < cSQResFeatures.Count; i++)

{

IFeature65 feaSDD = (IFeature65)cSQResFeatures[i];

if ((feaSDD.FeatureAttributes.GetFeatureAttribute("LoaiVung").Value

.ToString() == "Cay")||

(feaSDD.FeatureAttributes.GetFeatureAttribute("LoaiVung").Value.ToString() == "Công

viên"))

{

_dtSDD = _dtSDD +

double.Parse(feaSDD.FeatureAttributes.GetFeatureAttribute("SHAPE_Area").Value.ToString

());

}

107

}

}

}

tyle = _dtSDD / _dtKhuTP;

string thongbao;

thongbao ="Diện tích khu đô thị là:" +_dtKhuTP +"m2 \n";

thongbao +="Diện tích cây xanh là:" +_dtSDD +"m2 \n";

thongbao +="Tỷ lệ đất cây xanh khu đô thị là:" + tyle ;

MessageBox.Show (thongbao ,"Tỷ lệ sử dụng đất");

return tyle;

}

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

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

kế đô thị trong quy hoạch chung xây dựng độ thị cần phải đáp ứng các yêu cầu

sau:

- Xác định được các vùng kiến trúc, cảnh quan đặc trưng trong đô thị; xác

định được các nguyên tắc tổ chức không gian cho các khu trung tâm, cửa ngõ đô

thị, các tuyến phố chính...

- Quy định được chiều cao tối đa, chiều cao tối thiểu, hoặc không khống

108

chế chiều cao của các công trình xây dụng thuộc các khu chức năng trong đô thị.

- Xây dựng được các yêu cầu về quản lý kiến trúc đô thị theo nội dung của

đồ án quy hoạch chung xây dựng để quản lý kiến trúc cảnh quan chung của toàn

đô thị theo các nội dung trên.

Yêu cầu về thiết kế đô thị trong quy hoạch chi tiết xây dựng đô thị:

- Xác định được các công trình điểm nhấn trong không gian khu vực quy

hoạch theo các hướng, tầm nhìn chính.

- Quy định được các ngưỡng khống chế tối đa, tối thiểu và nguyên tắc về

mối tương quan về chiều cao các công trình lân cận cho từng khu chức năng và

cho toàn khu vực.

- Xác định được quy định khoảng lùi của các công trình trên các đường phố

chính và các ngã phố chính.

Trong phần mềm Mô hình thành phố 3D đã xây dựng chức năng kiểm tra

thiết kế tòa nhà có đúng theo quy định không. Nếu không đúng phần mềm sẽ

đưa ra thông báo và đổi màu các tòa nhà vi phạm thiết kế.

Hình 3.30: Kiểm tra thiết kế tòa nhà

109

Đoạn code sau kiểm tra thiết kế tòa nhà:

private double getthietke(string KhuTP, string nha, string giaothong)

{

double tyle = 0;

double _dtKhuTP = 0;

double _dtSDD = 0;


string idnha = sgworld.ProjectTree.FindItem(nha);

string idgiaothong = sgworld.ProjectTree.FindItem(giaothong);

if (sgworld.ProjectTree.IsLayer(idKhuTP) && sgworld.ProjectTree.IsLayer(idnha))

{



var cFeatureLayer_nha = sgworld.ProjectTree.GetLayer(idnha);

var cFeatureLayer_giaothong = sgworld.ProjectTree.GetLayer(idgiaothong);

//cFeatureLayer.FeatureGroups.Point.gete

IDataSourceInfo65 cFeatureLayerDataSource_khuTP =

cFeatureLayer_KhuTP.DataSourceInfo;

IDataSourceInfo65 cFeatureLayerDataSource_nha =

cFeatureLayer_nha.DataSourceInfo;

int i = 0;

IFeature65 fea = null;

for (i = 0; i < cFeatureLayer_KhuTP.FeatureGroups.Polygon.Features.Count; i++)

{

fea = (IFeature65)cFeatureLayer_KhuTP.FeatureGroups.Polygon.Features[i];

string a =


110


IFeatures65 cSQResFeatures_Nha = null;

cSQResFeatures_Nha = cFeatureLayer_nha.ExecuteSpatialQuery(fea.Geometry,

IntersectionType.IT_INTERSECT);

IFeatures65 cSQResFeatures_giaothong = null;

cSQResFeatures_giaothong =

cFeatureLayer_giaothong.ExecuteSpatialQuery(fea.Geometry,


//m_feature = (IFeature65)cFeatureLayer.ExecuteSpatialQuery(geometry,


//kiem tra khoảng cách giữa các tòa nhà

for (int j = 0; j < cSQResFeatures_Nha.Count; j++)

{

IFeature65 fea_Nha1 = (IFeature65)cSQResFeatures_Nha[j];

double _chieucao1 =

double.Parse(fea_Nha1.FeatureAttributes.GetFeatureAttribute("Chiều_cao_nhà").Value.ToStr

ing());

for (int k = 0; k < cSQResFeatures_Nha.Count; k++)

{

IFeature65 fea_Nha2 = (IFeature65)cSQResFeatures_Nha[k];

if (fea_Nha2.ID != fea_Nha1.ID)

{

double kc =

fea_Nha1.Geometry.SpatialOperator.Distance(fea_Nha2.Geometry);

double _chieucao2 =

double.Parse(fea_Nha2.FeatureAttributes.GetFeatureAttribute("Chiều_cao_nhà").Value.ToStr

ing());

bool test=testChieuCao (_chieucao1 ,_chieucao2 ,kc);

}

}

}

111

//Kiểm tra khoảng cách với đường giao thông

MessageBox.Show(_dtSDD.ToString());

}

}

tyle = _dtSDD / _dtKhuTP;

MessageBox.Show(tyle.ToString());

return tyle;

}

3.4.3. Quy định về khoảng lùi công trình

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:

- Khoảng lùi công trình so với lộ giới đường quy hoạch được quy định tùy

thuộc vào tổ chức quy hoạch không gian kiến trúc, chiều cao công trình và chiều

rộng của lộ giới nhưng khoảng lùi tối thiểu phải thỏa mãn theo Bảng 3.5:

Bảng 3.5: Tiêu chuẩn không gian trong thiết kế tương quan

Chiều cao xây dựng

công trình (m)

Lộ giới

đường tiếp

giáp với lô đất xây dựng

công trình (m)

≤16 19 22 25 28

< 19 0 0 3 4 6

19 < 22 0 0 0 3 6

22 < 25 0 0 0 0 6

25 0 0 0 0 6

(Nguồn: QCVN 04-1:2015/BXD)

Trong phần mềm Mô hình thành phố 3D đã xây dựng chức năng kiểm tra

khoảng lùi công trình có đúng theo quy định không. Nếu không đúng phần mềm

sẽ đưa ra thông báo.

112

Hình 3.31: Kiểm tra khoảng lùi của công trình

Đoạn code chức năng kiểm tra khoảng lùi công trình:

private void testgiaothong(IFeature65 feaNha, string KhuTP, string nha, string giaothong)

{

double tyle = 0;

double _dtKhuTP = 0;

double _dtSDD = 0;

IFeatures65[] m_feas;

IFeatureLayer65 m_fLay = null;


string idnha = sgworld.ProjectTree.FindItem(nha);

string idgiaothong = sgworld.ProjectTree.FindItem(giaothong);

if ( sgworld.ProjectTree.IsLayer(idgiaothong))

{


113


var cFeatureLayer_nha = sgworld.ProjectTree.GetLayer(idnha);

var cFeatureLayer_giaothong = sgworld.ProjectTree.GetLayer(idgiaothong);

int i = 0;

IFeature65 fea = null;

for (i = 0; i < cFeatureLayer_KhuTP.FeatureGroups.Polygon.Features.Count; i++)

{

fea = (IFeature65)cFeatureLayer_KhuTP.FeatureGroups.Polygon.Features[i];

string a =



IFeatures65 cSQResFeatures_giaothong = null;

cSQResFeatures_giaothong =

cFeatureLayer_giaothong.ExecuteSpatialQuery(fea.Geometry,


double _chieucao1 =

double.Parse(feaNha.FeatureAttributes.GetFeatureAttribute("Chiều_cao_nhà").Value.ToStrin

g());

int j = 0;

string thongbao;

bool test=true ;

thongbao = "Chiều cao tòa nhà cần kiểm tra là " + _chieucao1 + "m\n";

for (int k = 0; k < cSQResFeatures_giaothong.Count; k++)

{

IFeature65 fea_giaothong = (IFeature65)cSQResFeatures_giaothong[k];

//if (fea_giaothong.ID != feaNha.ID)

//{

double kc =

feaNha.Geometry.SpatialOperator.Distance(fea_giaothong.Geometry);

double _chieurongduong =5;

114

string kcd =

fea_giaothong.FeatureAttributes.GetFeatureAttribute("Chiều_rộng").Value.ToString();

if (kcd!="")

_chieurongduong =

double.Parse(fea_giaothong.FeatureAttributes.GetFeatureAttribute("Chiều_rộng").Value.ToSt

ring());

test = testkhoangcachduong(_chieucao1, _chieurongduong, kc);

if (test == false)

{

fea_giaothong.Tint.FromRGBColor(0xFF0FF00);

thongbao += "Tòa nhà vi phạm về khoảng cách lộ giới \n";

j++;

}

}

if (test == true) thongbao += "Tòa nhà đạt yêu cầu về khoảng cách lộ giới \n";

MessageBox.Show(thongbao, "Kiểm tra chiều cao tòa nhà");

}

}

}

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.

- Khoảng cách giữa các cạnh dài của hai dãy nhà có chiều cao <46m phải

đảm bảo ≥1/2 chiều cao công trình (≥1/2h) và không <7m. Đối với công trình có

chiều cao ≥46m, khoảng cách giữa các cạnh dài của hai dãy nhà phải đảm bảo

≥25m.

115

- Khoảng cách giữa hai đầu hồi của hai dãy nhà có chiều cao <46m phải

đảm bảo ≥1/3 chiều cao công trình (≥1/3h) và không <7m. Đối với công trình có

chiều cao ≥46m, khoảng cách giữa hai đầu hồi của hai dãy nhà phải đảm bảo

≥15m.

3.4.5. Hỗ trợ kiểm tra thiết kế đô thị

Với các phương pháp truyền thống, GIS 2D việc kiểm tra thiết kế đô thị rất

khó khăn. Việc kiểm tra chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của nhà thiết kế, nhà quy

hoạch mà chưa có công cụ, hệ thống nào hỗ trợ việc này. Với các phương pháp

truyền thống: Vẽ trên giấy; Hoặc thiết kế trên các phần mềm CAD/CAM không

tự tính toán khoảng cách giữa đối tượng, giữa các tòa nhà cũng như xác định

được thông tin thuộc tính của đối tượng. Với GIS 2D thì chưa xác định được các

thuộc tính về chiều cao của đối tượng.

Với hệ thống 3D thành phố ảo sẽ hỗ trợ đắc lực cho việc kiểm tra thiết kế

đô thị. Trên hệ thống có thể truy vấn đến từng đối tượng quy hoạch, xác định vị

trí toạ độ, trả về thông tin đối tượng (bao gồm thông tin 2D và 3D), xác định

khoảng cách đến các đối tượng khác (giao thông, tòa nhà...).

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

Việc sử dụng các 3DCM cho việc thuyết trình và trình diễn mô hình

người đọc có thể nhận thấy bất kỳ đối tượng nào ở tất cả các góc độ mà 4 mức

độ chi tiết khác nhau, tùy thuộc vào thao tác màn hình.

116

Mục đích chính của việc sử dụng các 3DCM như một bài thuyết trình và

công cụ trình diễn cho dữ liệu không gian không đồng nhất là cung cấp một hình

ảnh trực quan để có thêm thông tin không gian. Do đó, một đặc điểm chung của

việc sử dụng các 3DCM cho các bài thuyết trình và trình diễn dữ liệu không

gian không đồng nhất, cho dù đó là trong quá trình quy hoạch, hay trong quá

trình quản lý đều cung cấp hình ảnh kèm thuộc tính cụ thể, hoặc cho các hệ

thống tiếp thị thành phố và thông tin du lịch, đó là các mô hình thường nhằm tạo

ra một cảm giác của sự hiện diện trong những người sử dụng cho phép trực giác

của họ liên kết hình ảnh của 3DCM đến các địa điểm thực sự.

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.

Hình 3.32: Mô hình 3DCM phục vụ trình diễn và giới thiệu thành phố

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

117

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.

3.5.2.1. Mô phỏng không gian trực quan

Khái niệm phân tích mô hình trực quan và tiêu chí phân tích đến từ

phương châm thiết kế đô thị. Dựa trên 3DCM, nhà thiết kế có thể thực hiện việc

thiết kế xen kẽ trong nó, và nhúng chương trình của họ vào 3DCM. Ví dụ, trong

một số trường hợp, việc xây dựng phải phù hợp với đường ranh giới đỏ đối với

một số khoảng cách, và có giới hạn chiều cao quy định. Sau đó, các nhà thiết kế

đô thị có thể truyền đạt kết quả thiết kế của họ với hình thức mô hình điều khiển

3D, và đánh giá các hiệu ứng hình ảnh thông qua việc phân tích thị giác. Lựa

chọn các loại nhà phù hợp cũng có thể được hướng dẫn bằng cách truy vấn cơ sở

dữ liệu liên quan theo hướng dẫn thiết kế đô thị. Nếu chúng ta nhúng các tiêu chí

định lượng không gian đô thị trong các mô hình phân tích thì có thể kiểm soát

không gian đô thị một cách hiệu quả hơn.

Hình 3.33: Bản đồ về kiểm soát chiều cao của trung tâm thành phố

Thông qua việc hạn chế chiều cao của khu vực, việc kiểm soát khoảng

cách các tòa nhà của với đường phố, hoặc kiểm soát không gian mở, các nhà

thiết kế có thể trình bày đầy đủ kết quả thiết kế đô thị kiểm soát và phân tích

một cách hiệu quả về chất lượng hình ảnh của không gian đô thị.“Sự hiệu quả

118

của khả năng phân tích tự động đã phát triển đáng kể trong những năm qua vì

cải thiện rõ rệt của các phần cứng và thuật toán phần mềm. Những tiến bộ tương

lai trong lĩnh vực này cuối cùng sẽ giúp giải quyết khả năng hiển thị khó nắm

bắt phân tích trong môi trường đô thị ba chiều”.

Ngoài ra, trên mô hình 3DCM có thể phân tích không gian như tìm kiếm

đối tượng theo khoảng cách, theo khu vực, theo đường.

Theo khoảng cách, từ một vị trí để tìm các đối tượng (như tòa nhà) cách

khoảng 300m.

Hình 3.34: Tìm kiếm các đối tượng theo khoảng cách

Hình 3.35: Tìm kiếm các đối tượng theo khu vực

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

Khả năng quan sát như một ngữ cảnh, liên quan đến phạm vi tầm nhìn,

119

chất lượng hình ảnh và tưởng tượng là yêu cầu của các quy hoạch cảnh quan và

thiết kế 3D. Các vị trí có thể nhìn thấy bằng mắt dưới một góc nhìn nhất định có

thể được tính toán diện tích và không gian chúng ta có thể nhìn thấy ở một số

điểm quan sát. Nhưng những gì chúng ta thấy có thể không bằng những gì chúng

ta tưởng tượng. Những gì chúng ta thấy có thể phụ thuộc vào mục đích và các

điều kiện và phụ thuộc vào thời tiết, màu sắc …. Tính toán tầm nhìn là tiền đề

của việc phân tích trực quan. Tất nhiên, trường quan sát là một tập hợp của các

trường nhìn thấy được. Để trình bày các tác động trực quan phù hợp cho thiết kế

đô thị, phạm vi có thể nhìn thấy và cảm giác nên được hình dung, do đó người

dùng có thể trích xuất các thông tin hình ảnh bản thân và thực hiện đánh giá.

Chế độ đa năng và thời gian thực là một lựa chọn tốt.

Hình 3.36: Phân tích tầm nhìn

3.5.2.3. Phân tích chất lượng vật lý không gian đô thị

Phân tích chất lượng vật lý quyết định mức độ thoải mái tinh thần của

người dân. Môi trường tiếng ồn, điều kiện ánh sáng mặt trời, môi trường nhiệt,

điều kiện thông gió và tình trạng ô nhiễm môi trường có thể được phân tích

thông qua việc phân tích chất lượng vật lý đô thị. Việc phân tích chất lượng vật

lý của không gian đô thị thường có thể có một tác động xã hội đối với đời sống

con người. Việc bố trí và tính chất của các tòa nhà và không gian đô thị xung

120

quanh chúng ta có thể kiểm soát hành vi cư dân.

Chúng ta có thể chọn bất kỳ ngày nào và nhận được thời gian ánh sáng

mặt trời của bất kỳ nơi nào trên bất kỳ tòa nhà cùng một ngày. Nếu thời gian ánh

sáng mặt trời đặt cố định, tòa nhà này sẽ được đánh dấu và hiển thị thời gian tại

thời điểm đó. Đặc biệt, chúng ta có thể thấy sự thay đổi động bóng tòa nhà trong

theo thời gian, do đó điều kiện ánh sáng mặt trời có thể được đánh giá trong môi

trường 4D như Hình 3.37.

Hình 3.37: Bóng tòa nhà

Một ứng dụng tiềm năng khác của các mô hình thành phố 3D là việc phân

tích hệ thống thông gió. Với sự hợp nhất của tòa nhà chọc trời ngày càng nhiều,

vấn đề thông gió xuất hiện. Áp suất từ hướng gió của tòa nhà cao tầng là tốt cho

các hệ thống thông gió bên trong, nhưng đối với bên ngoài nó sẽ làm cho mọi

người khó chịu đặc biệt là trong mùa đông lạnh. Càng nhiều tòa nhà cao tầng

càng có các luồng không khí phức tạp hơn. Làm thế nào để tính toán các luồng

không khí hoạt động và kiểm soát sự thay đổi của nó một cách chính xác là một

vấn đề lớn đối với kiến trúc và thiết kế đô thị. Với các mô hình thành phố 3D,

chúng ta có thể xây dựng các mô hình phân tích để mô phỏng hoạt động luồng

không khí.

121

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.

122

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

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.

Kết quả nghiên cứu của luận án đã đạt được mục tiêu đề ra, từ cơ sở lý thuyết,

cơ sở thực tiễn, phương pháp luận hình thành các luận cứ trong xây dựng, quản

lý và khai thác mô hình không gian thành phố ảo 3D. Mô hình thành phố ảo 3D

đã được nghiên cứu ứng dụng ở nhiều quốc gia tiên tiến phục vụ các ngành, lĩnh

vực có sử dụng dữ liệu không gian trong mô phỏng, trình diễn và phân tích định

lượng, đối với Việt Nam đã có một số tác giả đề cập đến bản đồ 3D chủ yếu là

bản đồ địa hình 3D dựng trên nền DTM phục vụ các mục đích mô phỏng địa

hình hoặc trong mục đích quân sự, cảnh quan, kiến trúc… mà chưa có mô hình

3D xây dựng trên khung tiêu chuẩn kỹ thuật ở dạng CSDL. Chính vì vậy 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

123

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 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

124

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 có thể làm 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 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.

125

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.

126

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng việt

1. Nguyễn Thế Bá (1997). Quy hoạch phát triển đô thị. Nxb Xây dựng.

2. Nguyễn Thế Bá (2004). Quy hoạch xây dựng phát triển đô thị, Trường Đại

học Kiến Trúc Hà Nội.

3. Vũ Chí Đồng và nnk (2002). “Nghiên cứu áp dụng công nghệ hệ thống thông

tin địa lý phục vụ quy hoạch và quản lý xây dựng đô thị”, Báo cáo tổng kết đề

tài khoa học cấp Bộ RD54.

4. Vũ Chí Đồng và nnk (2008). “Đổi mới công tác lập đồ án quy hoạch xây

dựng từ nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS”, Báo cáo tổng kết đề tài khoa

học cấp Bộ RD25-07.

5. Lưu Đức Hải (2008). “Thực trạng và giải pháp ứng dụng thông tin địa lý

trong phát triển đô thị”, Bộ xây dựng, Hà Nội.

6. Phạm Trọng Mạnh (1996). “Quy hoạch đô thị với việc tiếp cận hệ thống

thông tin địa lý (GIS)”, Luận án tiến sĩ, Trường đại học Kiến trúc Hà Nội.

7. Nguyễn Quang Minh (2011). “Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu thông tin

địa hình 3D phục vụ công tác quy hoạch đô thị - nông thôn”, Đề tài nghiên

cứu khoa học cấp cơ sở, T11-23, Trường đại học Mỏ - Địa chất.

8. Quyết định số 445/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ, “Điều chỉnh định

hướng Quy hoạch tổng thể phát triển hệ thống đô thị Việt Nam đến năm

2025 và tầm nhìn đến năm 2050”.

9. Bùi Ngọc Quý (2008). “Nghiên cứu ứng dụng ArcScene trong xây dựng cơ

sở dữ liệu 3D GIS thành phố Lạng Sơn”, Tạp chí Tài nguyên và Môi trường,

số 9, trang 53-55, (9/2008).

10. Bùi Ngọc Quý (2015). "Nghiên cứu xây dựng mô hình Cyber City phục vụ

cho việc mô hình hóa bề mặt và định hướng quy hoạch không gian,"Trường

127

Đại học Mỏ - Địa chất, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở, mã số T15-33

2015.

11. Nguyễn Thế Thận (2008). “Giải pháp xây dựng mô hình cảnh quan đô thị ảo

3D bằng phần mềm thông tin địa lý MapsiteGIS”, Bộ xây dựng, Hà Nội.

12. Nguyễn Thị Thục Anh, Nguyễn Thơ Các, Vũ Văn Chất, Tăng Quốc Cương,

Trần Tuấn Ngọc, Đặng Thị Liên, Vũ Thị Tuyết, Phạm Thị Luyến (2006),

Nghiên cứu và thử nghiệm thành lập bản đồ địa hình 3D, Kỷ yếu Các đề tài

nghiên cứu Khoa học - Công nghệ giai đoạn 2002 – 2006, Bộ Tài nguyên và

Môi trường.

13. Hồ Đình Duẩn, Lê Trung Chơn, Đặng Quốc Trung (2008), Cơ sở toán học

của GIS 3D và các ứng dụng, Hội trắc địa Bản đồ TP. Hồ Chí Minh.

14. Đặng Văn Đức (2001), Hệ thống thông tin địa lý, NXB Khoa học và Kỹ

thuật.

15. Đặng Văn Đức (2001), Một số vấn đề về GIS 3D, Đề tài cấp cơ sở, Viện

Công nghệ thông tin, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

16. Lê Quốc Hưng, Đặng Văn Đức, Nguyễn Tiến Phương, Đặng Quốc Hữu

(2002), Biểu diễn bản đồ 3 chiều và ứng dụng, Tạp chí Khoa học và Công

nghệ, 40 (Số đặc biệt kỷ niệm 40 năm thành lập Tạp chí Khoa học và Công

nghệ (1962-2002)), tr. 105-114.

17. Lương Chính Kế (2012). Thành lập DEM/DTM DSM bằng công nghệ

LiDAR, Viện Đo ảnh và Bản đồ, ĐH Bách Khoa Vacsava. 7. Báo cáo kết

quả thực hiện dự án xây dựng mô hình số độ cao bằng công nghệ LiDAR

khu vực thành phố Cần Thơ, Trung tâm Viễn thám Quốc gia, Bộ Tài nguyên

và Môi trường.

18. Nguyễn Trường Xuân (2012). Lý thuyết khớp ảnh, Nhà xuất bản Khoa học

tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội.

19. Nguyễn Trường Xuân (2014). Công nghệ 3S, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ

thuật, Hà Nội.

128

Tiếng Anh

20. Abdullah S.K., Asensio L., Monfort E., Gomez-Vidal, S., PalmaGuerrero J.,

Salinas J., Lopez-Lorca L.V., Jansson H.B. , Guarro J. (2005). Occurrence in

Elx, SE Spain of inflorescence rot disease of date palm caused by Mauginiella

scaettae. J. Phytopathol. 153: 417–422

21. Autodesk (2009). Autodesk LandXplorer Studio Professional 2009.

http://www.autodesk.com/landxplorer

22. Batty, M. (1997). Virtual geography. Futures, 29, 337-352.

23. Batty, M., Dodge, M., Doyle, S., & Smith, A. (1998). Modeling virtual

urban environments. UCL Working Paper Series (p. 29). London: UCL

Center for Advanced Spatial Analysis.

24. Batty, M., Chapman, D., Evans, S., Haklay, M., Kueppers, S., Shiode, N.,

Smith, A., & Torrens, P. M. (2000). Visualizing the city: Communicating

urban design to planners and decision-makers. UCL Working Paper Series (p.

35). London: UCL Center for Advanced Spatial Analysis.

25. Batty, M. and Hudson-Smith, A. (2005) Urban Simulacra. Architectural

Design.75(6): 42-47.

26. Bentley (2009). 3D City GIS - A major step towards sustainable

infrastructure. A Bentley White Paper.

27. Benner, J., Leinemann, K., & Ludiwg, A. (2004). Übertragung von

Geometrie und Semantik aus IFC-Gebäudemodellen in 3D-Stadtmodelle. In

M. Schrenk (Ed.), CORP 2004 & Geomultimedia04, 9th International

Symposium on Planning and IT (pp. 573 - 578). Vienna, Austria.

28. Benner, J., & Krause, K.-U. (2007a). Das GDI-DE Modellprojekt XPlanung.

Erste Erfahrungen mit der Umsetzung des XPlanGML-Standards. In M.

Schrenk (Ed.), REAL CORP 2007: To Plan is not Enough: Strategies,

Concepts, Plans, Projects and their Successful Implementation in Urban,

http://www.autodesk.com/landxplorer

129

Regional and Real Estate Development (pp. 379-388). Vienna.

29. Benner, J., & Krause, K.-U. (2007b). XPlanung - Ein GIS-Standard zum

Austausch digitaler Bauleitpläne. Flächenmanagement und Bodenordnung,

Band 6, S. 274 - 280.

30. Bourdakis, V. (1997) Making Sense of the City, Centre for advanced Studies

in Architecture (CASA), University of Bath, UK.

31. Buchholz, H., Döllner, J., Ross, L., & Kleinschmit, B. (2006). Automated

construction of urban terrain models. In A. Riedl, W. Kainz & G. Elmes

(Eds.), Progress in Spatial Data Handling - 12th International Symposium on

Spatial Data Handling (pp. 547562). Vienna: Springer

32. Brenner, C. & Haala, N. (1999) Rapid Production of Virtual Reality City

Models, Inst. for Photogrammetry, University of Stuttgart.

33. Coors, V., Hünlich, K., & On, G. (2009). Constraint-based Generation and

visualization of 3D city models. In J. Lee & S. Zlatanova (Eds.), 3D Geo-

information Science (pp. 365-378). Berlin: Springer.

34. Curtis, E. (2008). Serving CityGML via Web Feature Services in the OGC

Web Service - Phase 4 Testbed. In P. v. Oosterom, S. Zlatanova, F.

Penninga & E. M. Fendel (Eds.), Advances in 3D Geoinformation Systems

(pp. 331-340). Berlin: Springer.

35. Czerwinski, A., Kolbe, T. H., Plümer, L., & Stöcker-Meier, E. (2006).

Interoperability and accuracy requirements for EU environmental noise

mapping. In H. Kremers (Ed.), 12th InterCarto - InterGIS (pp. 182-194).

Berlin, Germany.

36. Danahy, J. W. (2005). Negotiating public view protection and high density

in urban design. In I. D. Bishop & E. Lange (Eds.), Visualization in

Landscape and Environmental Planning - Technology and Applications (pp.

203-211). Oxon, UK: Taylor & Francis.

130

37. Delaney, B. (2000). Visualization in urban planning: they didn’t build LA in

a day. IEEE Computer Graphics and Applications, 10–16.

38. Dodge, M., S. Doyle, A. Smith and S. Fleetwood, 1998, Towards the virtual

city: VR&Internet GIS for urban planning, in: Virtual Reality and

Geographical Information Systems Workshop, 22nd May 1998, Birkbeck

College, London, 12 p.

39. Döllner, J., & Hagedorn, B. (2008). Integrating urban GIS, CAD, and BIM

data by servicebased virtual 3D city models. In R. e. al. (Ed.), Urban and

Regional Data Management - Annual 2007 (pp. 157-160). London: Taylor

and Francis.

40. Döller, J. and Hegedorn, B., Integrating urban GIS (2007). CAD and BIM

data by service-based virtual 3D City models, Urban and Regional Data

Management, UDMS Annual, Taylor and Francis: London, 157- 170, 2008.

41. Emem, O & Batuk, F (2004). Generating precise and accurate 3D city

models using photogrammetric data. ISPSR 2004, Istanbul, pp. 431-436.

42. Eliel Saarinen, “The city, its growth, its decay, its future”, Massachussetts

Institute of Technology Press paperback series, 1943.

43. ESRI (2010). ArcGIS 9.3 extension 3D analyst.

http://www.esri.com/software/arcgis/extensions/3danalyst/index.html

44. Fuan Tsai (2013). “Cyber City Implementation, Visualization and

applications”, Center for Space and Remote Sensing Research, National

University Central, Taiwan.

45. G Drogue, L Pfister, T Leviandier, J Humbert, L Hoffmann, A El Idrissi, J.-

F Iffly (2002). “Using 3D dynamic cartography and hydrological modelling

for linear streamflow mapping”, Computers & Geosciences, Volume 28,

Issue 8, October 2002, Pages 981–994

46. Gerhard Gröger, Lutz Plümer, “Topology of surfaces modelling bridges and

http://www.google.com.vn/search?hl=vi&tbo=p&tbm=bks&q=inauthor:%22Eliel+Saarinen%22

http://www.google.com.vn/search?hl=vi&tbo=p&tbm=bks&q=bibliogroup:%22Massachussetts+Institute+of+Technology+Press+paperback+series%22&source=gbs_metadata_r&cad=6

http://www.google.com.vn/search?hl=vi&tbo=p&tbm=bks&q=bibliogroup:%22Massachussetts+Institute+of+Technology+Press+paperback+series%22&source=gbs_metadata_r&cad=6

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0098300402000286








http://www.sciencedirect.com/science/journal/00983004

http://www.sciencedirect.com/science/journal/00983004/28/8




131

tunnels in 3D-GIS”, Computers, Environment and Urban Systems, Volume

35, Issue 3, May 2011, Pages 208–216.

47. Geertman, S., & Stillwell, J. (2003). Planning support systems: An

introduction. In S. Geertman & J. Stillwell (Eds.), Planning support systems

in practice (pp. 3-22). Berlin: Springer.

48. Halfawy, M. R. (2010). Municipal information models and federated

software architecture for implementing integrated infrastructure management

environments. Automation in Construction, In Press, Corrected Proof.

49. Hagedorn & Döllner (2007), High-Level Web Service for 3D Building

Information Visualization and Anlysis, ACMGIS 07, 2007, Seattle,WA.

50. IGG, University of Rostock, 1999, 3D Geo-information systems for urban

planning and design, http://www.agr.uni-rostock.de/gg/cebit_e/

51. Isikdag, U. and Zlatanova, S. (2009). Towards defining a framework for

automatic generation of buildings in CityGML using Building Information

Models. In: 3D Geo-Information Sciences, Lecture Notes in Geoinformation

and Cartography. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, pp.79–96.

52. Jiang, L. and Li, C.Y. (2005) Based on Empirical Mode Decomposition of

the Wavelet Threshold Denoising Method Research. Signal Processing, 6,

659-662.

53. Johar, I. and Maguire, C. (2007) Sustaining our Suburbs, a Report for RICS

and CABE. London: RICS.

54. Kegel, A., & Döllner, J. (2007). Photorealistische Echtzeit-Visualisierung

geovirtueller Umgebungen - Ausarbeitung. (pp. 1-9). Potsdam: Hasso-

Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik.

55. Kolbe, T. H. (2008). CityGML, KML und das Open Geospatial Consortium.

Berlin, Germany: Intitut für Geodäsie und Geoinformationstechnik der

Technischen Universität Berlin.

http://www.sciencedirect.com/science/journal/01989715



http://www.agr.uni-rostock.de/gg/cebit_e/

132

56. Kolbe, T. H. (2009). Representing and Exchanging 3D City Models with

CityGML. In J. Lee & S. Zlatanova (Eds.), 3D Geoinformation Sciences.

Berlin: Springer.

57. Lange, E. (2001). The limits of realism: perceptions of virtual landscapes.

Landscape and Urban Planning, 54, 163-182.

58. Leonidas G. Anthopoulos, and Athena Vakali (2011). “Urban Planning and

Smart Cities: Interrelations and Reciprocities” © Springer-Verlag Berlin

Heidelberg.

59. Lundin et al., (2007). R. Lundin, H. Lammer, I. Ribas Planetary magnetic

fields and solar forcing: implications for atmospheric evolution, Space Sci.

Rev., 129 (2007), pp. 245-278

60. Masahiko Murata (2013). “3D-GIS Application for Urban Planning based on

3D City Model”, PASCO Corporation, Tokyo, Japan.

61. Mao Wei-qing (2014). Study on the Construction and Application of 3D

Geographic Information services for the Smart City”, ISPRS Annals of the

Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences,

Volume II-4, 2014, ISPRS Technical Commission IV Symposium, 14 – 16

May 2014, Suzhou, China.

62. Narushige Shiode (2012) 3d city models in the context of urban planning.

63. Nurminen A. (2008). Mobile 3D City Maps. IEEE Computer Graphics &

Applications, 28(4), pp. 20–31.

64. Open Geospatial Consortium (2008a). Open GIS Keyhole Markup Language

(KML) Version 2.2.0.

65. Open Geospatial Consortium (2008b). OpenGIS City Geography Markup

Language (CityGML) Encoding Standard, Version 1.0.0.

66. Pittman, K. (1992). A laboratory for the visualization of virtual

environments. Landscape and Urban Planning, 21, 327-331.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X14001629#bbr0190

133

67. Sadek, F., Main, J. A., Lew, H.S., and El-Tawil, S. (2012). “Performance of

steel moment connections under a column remova

68. Schilling, A., Lanig, S., Neis, P., & Zipf, A. (2009). Integrating terrain

surface and street network for 3D routing. In J. Lee & S. Zlatanova (Eds.),

3D Geo-Information Science (pp. 109-126). Berlin: Springer.

69. Sinning-Meister, M., Gruen, A., & Dan, H. (1996). 3D city models for

CAAD-supported analysis and design of urban areas. ISPRS Journal of

Photogrammetry and Remote Sensing, 51, 196-208.

70. Siyka Zlatanova, Alias Abdul Rahman, Morakot Pilouk (2002). “Trends in

3D GIS development”, Journal of Geospatial Engineering, Vol. 4, No. 2

(December, 2002), pp.1-10.

71. Siyka Zlatanova (2009). “3D GIS for Urban Development”, PhD thesis,

Enschede, ITC, The Netherlands.

72. Song, Y., Wang, H., Hamilton, A., & Arayici, Y. (2009). Producing 3D

applications for urban planning by integrating 3D scanned building data with

geo-spatial data. In J. Lee & S. Zlatanova (Eds.), 3D Geo-Information

Science (pp. 397-412). Berlin: Springer.

73. Shiode, N. (2001). 3D urban models: Recent developments in the digital

modelling of urban environments in three-dimensions. GeoJournal, 263-269.

74. Shiode, N., & Yin, L. (2008). Spatial-temporal visualization of built

environments. In K. Hornsby, & M. Yuan, Understanding Dynamics of

Geographic Domains (pp. 133- 150). London: CRC Press

75. Skauge, J. (1995). Urban design analysis by computer. Cities, 12, 425-430.

76. S.P. Sekar, “Marching Towards Cyber City - A Planning Perspective”,

School of Architecture and Planning, Anna University, Chennai 600 025,

India. E-Mail: [email protected] or [email protected]

77. Steinicke, E., Cirasuolo, L. and S. Vavti (2006) I tedeschi e gli sloveni nella

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

134

Val Canale quadrilingue: la diversità etnica in pericolo, Bollettino della

Società Geografica Italiana 11, 3: 721–736.

78. Takase, Y., Sho, N., Sone, A. & Shimiya, K. (2003) Automatic Generation

of 3D City Models and Related Applications, CAD Center Corporation,

Tokyo, Japan.

79. UN-HABITAT (2002). Global Campaign on Urban Governance - Concept

Paper. Nairobi, Kenya: United Nations Human Settlements Programme.

80. Wu, H., He, Z., & Gong, J. (2010). A virtual globe-based 3D visualization

and interactive framework for public participation in urban planning

processes. Computers, Environment and Urban Systems, In Press, Corrected

Proof.

81. Yin, L. (2010). Integrating 3D Visualization and GIS in Planning Education.

Journal of Geography in Higher Education, 34(3), 419–438. [19].

82. Yin, L., & Hastings, J. (2007). Capitalizing on Views: Assessing Visibility

Using 3D Visualization and GIS Technologies for Hotel Development in the

City of Niagara Falls, USA. Journal of Urban Technology, 14(3), 59–82.

83. Yin, L., & Shiode, N. (2014). 3D spatial-temporal GIS modeling of urban

environments to support design and planning processes. Journal of

Urbanism: International Research on Placemaking and Urban Sustainability,

(7:2), 152-169.

84. Zhao Zhongyuan (2012). “Research on 3D Digital Map System and Key

Technology” Procedia Environmental Sciences, Volume 12, Part A, Pages

514–520, 2011 International Conference of Environmental Science and

Engineering.

85. Zhang Xia, Zhu Qing (2004). “Applications of 3D City models based spatial

analysis to Urban design”, ISPRS Conggress, Processdings of Commission

WG II/6. Istanbul.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187802961200312X

135

86. Zhao Zhongyuan (2011). Research on Modeling Precision and Standard of

3D Digital City, Procedia Environmental Sciences 12 (2012) 521 – 527.

Nguồn Internet

87. http://www.citygmlwiki.org/index.php/CityGML-ADEs

88. IGG (2010a). 3DCityDBv2. http://opportunity.bv.tu-

berlin.de/software/projects/3dcitydb IGG (2010b). citygml4j.

http://opportunity.bv.tu-berlin.de/software/projects/show/ Institute for

Geodesy and Geoinformation Science (2008). citygml4j.

89. http://opportunity.bv.tu-berlin.de/software/projects/show/ Isikdag, U., &

Zlatanova, S. (2009). Automatic Generation of Buildings in CityGML using.

90. http://www.geoweb3d.com/solutions/defense/ (Geoweb 3D – Advancing

Visualization, “Rapid and Accurate 3D visualization and analysis for

defense solutions”)

91. www.lighthouse3d.com

http://www.citygmlwiki.org/index.php/CityGML-ADEs

http://www.geoweb3d.com/solutions/defense/

http://www.lighthouse3d.com/

nghiÊn cỨu xÂy dỰng mÔ hÌnh thÀnh phỐ Ảo phỤc vỤ...

Documents