Luận văn Ứng dụng GIS trong quản lý quy hoạch xây dựng

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VĂN TUẤN ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ QUY HOẠCH XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội – 2011 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của riêng cá nhân tôi. Những điều được trình bày trong toàn bộ nội dung của luận văn, hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm theo quy định cho lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2011 Người cam đoan Nguyễn Văn Tuấn 3 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, động viên từ thầy cô, gia đình và bạn bè. Tôi muốn bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc của mình tới tất cả mọi người. Tôi xin bày tỏ sự cám ơn đặc biệt tới TS Nguyễn Ngọc Hóa, người đã định hướng cho tôi trong lựa chọn đề tài, đưa ra những nhận xét quý giá và trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin cảm ơn các thầy cô trong khoa CNTT - Trường Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà Nội đã dạy bảo tận tình cho tôi trong suốt khoảng thời gian học tập tại trường. Tôi xin cảm ơn toàn thể bạn bè đồng nghiệp tại Trung tâm Cơ sở dữ liệu và Hệ thống thông tin – Trung tâm Viễn thám Quốc gia, đơn vị mà tôi đang công tác, đã chia sẻ, giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi tham gia khoá học và hoàn thành khoá luận này. Xin cảm ơn tất cả những bạn bè đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và công tác. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình của mình, nguồn động viên và cổ vũ lớn lao và là động lực giúp tôi thành công trong công việc và trong cuộc sống. Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2011 Nguyễn Văn Tuấn 4 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................. 1 LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... 3 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................... 6 DANH MỤC HÌNH.............................................................................................................. 7 MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 8 Chương 1. Tổng quan về GIS và GIS 3D.......................................................................... 10 1.1 Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin địa lý....................................................................10 1.2 Các thành phần của GIS.....................................................................................................11 1.3 Các chức năng của GIS......................................................................................................11 1.4 GIS 3D..............................................................................................................................14 1.4.1 Một số khái niệm cơ bản ................................................................................................15 1.4.1.1 Mô hình độ cao số..........................................................................................................15 1.4.1.2 Mô hình địa hình số .......................................................................................................15 1.4.1.3 Mô hình bề mặt số .........................................................................................................15 1.4.2 Lưu trữ dữ liệu 3D .........................................................................................................15 1.4.3 Khái niệm về cấp độ chi tiết ...........................................................................................17 1.4.4 Biểu diễn đối tượng 3D ..................................................................................................18 1.4.4.1 Điểm .............................................................................................................................18 1.4.4.2 Đường thẳng ..................................................................................................................18 1.4.4.3 Mặt phẳng......................................................................................................................19 1.4.4.4 Đường cong ...................................................................................................................20 1.4.4.5 Hình khối.......................................................................................................................23 1.5 Một số ứng dụng của mô hình địa hình số 3D ....................................................................24 1.5.1 Các ứng dụng trong việc giám sát và phát hiện tài nguyên..............................................24 1.5.2 Các ứng dụng trong xây dựng cơ sở hạ tầng và viễn thông .............................................24 1.5.3 Các ứng dụng trong lĩnh vực quốc phòng .......................................................................25 1.6 Tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam .................................................................................25 1.7 Kết luận.............................................................................................................................27 Chương 2. Công tác quản lý quy hoạch xây dựng đô thị và ứng dụng của GIS.............. 28 2.1 Thực trạng công tác quản lý quy hoạch xây dựng và quản lý đô thị ....................................28 2.1.1 Sơ đồ trình tự lập đồ án quy hoạch .................................................................................30 2.1.2 Một số nhân tố tác động đến công tác lập đồ án quy hoạch .............................................30 2.1.3 Các khó khăn trong công tác quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị hiện nay..................31 2.2 Ứng dụng GIS trong quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị................................................32 2.2.1 Quản lý nhà nước...........................................................................................................33 2.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền và chuyên ngành.................................................................34 2.2.3 Tạo, lập các báo cáo.......................................................................................................34 2.2.4 Cải thiện chất lượng và số lượng thông tin địa lý............................................................35 5 2.3 Sự cần thiết của GIS 3D trong quy hoạch quản lý đô thị .....................................................36 2.4 Kết luận.............................................................................................................................37 Chương 3. Phát triển thử nghiệm hệ thống và đánh giá kết quả thu được...................... 38 3.1 Yêu cầu đặt ra....................................................................................................................38 3.2 Thiết kế hệ thống ...............................................................................................................40 3.2.1 Kiến trúc tổng thể của hệ thống......................................................................................40 3.2.2 Mô hình phân cấp chức năng của phân hệ GIS 3D..........................................................41 3.2.3 Sơ đồ luồng dữ liệu ........................................................................................................42 3.3 Xây dựng mô hình 3D từ dữ liệu 2D ..................................................................................43 3.3.1 Phép nội suy ..................................................................................................................43 3.3.2 Xây dựng bề mặt địa hình 3D.........................................................................................44 3.4 Các kết quả đạt được .........................................................................................................47 3.4.1 Xây dựng mô hình địa hình số........................................................................................47 3.4.2 Xây dựng bản đồ hiện trạng địa hình 3D và các thuộc tính từ 2D....................................48 3.4.3 Xây dựng mô hình 3D hoá các bản vẽ AutoCAD ...........................................................51 3.4.4 Quản lý kiểm soát không gian ........................................................................................51 3.4.5 Quy hoạch kiến trúc cảnh quan ......................................................................................57 3.4.6 Phân vùng không gian....................................................................................................58 3.5 Kết luận.............................................................................................................................59 Chương 4. Kết luận và hướng phát triển .......................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 62 6 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT GIS Geographical Information System Hệ thống thông tin địa lý 2D Two Dimension Hai chiều 3D Three Dimension Ba chiều CSDL Cơ sở dữ liệu DBMS Database Management System Hệ quản trị Cơ sở dữ liệu DEM Digital Elevation Model Mô hình độ cao số DTM Digital Terrain Model Mô hình địa hình số DSM Digital Surface Model Mô hình bề mặt số ESRI Environmental Systems Research Institute Viện nghiên cứu các hệ thống về môi trường UBND Ủy ban nhân dân 7 DANH MỤC HÌNH Hình 1. Các thành phần cơ bản của GIS ..........................................................................11 Hình 2. Cấp độ chi tiết LoD đối với các đối tượng nhà, khối nhà .....................................18 Hình 3. Dạng tham số của phương trình đường thẳng ......................................................18 Hình 4. Vật thể ba chiều được biểu diễn bằng mô hình khung nối kết ..............................23 Hình 5. Phân tích đa tiêu chí (khu vực nhiều tiếng ồn, vùng ngập lụt)..............................26 Hình 6. Sử dụng GIS đánh giá mức độ tiếng ồn và dự báo ô nhiễm nguồn nước ..............26 Hình 7. Trình tự lập đồ án quy hoạch ..............................................................................30 Hình 8. Kiến trúc tổng thể của hệ thống Quản lý quy hoạch xây dựng .............................41 Hình 9. Mô hình phân cấp chức năng của phân hệ GIS 3D ..............................................42 Hình 10. Luồng dữ liệu của phân hệ GIS 3D..................................................................42 Hình 11. Quy trình tạo dữ liệu 3D từ dữ liệu 2D ............................................................44 Hình 12. Bản đồ đường đồng mức thị xã Đồ Sơn ...........................................................47 Hình 13. Bản đồ bề mặt địa hình 3D ..............................................................................48 Hình 14. Chồng xếp các lớp đường đồng mức, bản đồ bề mặt và lớp điểm.....................48 Hình 15. Tạo mô hình 3D từ dữ liệu 2D và thuộc tính....................................................49 Hình 16. Mô hình 3D thể hiện màu sắc theo thuộc tính ..................................................51 Hình 17. Chuyển đổi từ dạng dữ liệu và mặt bằng sang 3D ............................................51 Hình 18. Hình ảnh đánh dấu tầng cao công trình trên mặt bằng (nếu cần chi tiết) ...........52 Hình 19. Hình ảnh đánh dấu tầng cao trung bình của lô đất (không cần chi tiết).............52 Hình 20. Thống kê công trình và lô đất toàn bộ bản vẽ...................................................53 Hình 21. Thống kê công trình trên 1 loại đất. .................................................................53 Hình 22. Thống kê mật độ xây dựng theo khu vực. ........................................................54 Hình 23. Thống kê về hạ tầng kỹ thuật...........................................................................54 Hình 24. Thống kê để tìm các đối tượng vi phạm vùng cấm...........................................55 Hình 25. Kiểm tra vi phạm chiều cao bằng phương pháp 3D (H>=50m) ........................55 Hình 26. Kiểm tra nhiều điều kiện bằng phương pháp thống kê và đánh dấu..................56 Hình 27. Kiểm tra trường nhìn của người khi tham gia giao thông, với 1 góc nhìn thông thường T=30,D=45,N=120 bằng phương pháp hình nón quan sát. ..............................56 Hình 28. Mô hình khu đô thị 13-5 và tuyến đường thiết kế ............................................57 Hình 29. Không gian trống, cây xanh.............................................................................58 Hình 30. Các khu thấp tầng............................................................................................58 8 MỞ ĐẦU Hiện nay, hiện trạng đô thị luôn biến động trong khi nhu cầu của các cấp lãnh đạo cũng như của người dân về một về một thành phố ngày càng văn minh hiện đại và trật tự đã đặt ra cho các cơ quan quản lý những trách nhiệm nặng nề. Đặc biệt là trong việc quản lý cơ sở hạ tầng như: quản lý đất đai, giao thông đô thị, quy hoạch kiến trúc... đang có những đòi hỏi cấp bách về việc nâng cao năng lực quản lý. Nhiệm vụ này chỉ có thể được hoàn thành tốt nếu có các công cụ quản lý tiên tiến và phù hợp, được xây dựng trên nền tảng CSDL không gian với độ chính xác cao, có tính đồng bộ, đảm bảo mức độ chi tiết và tính cập nhật. Hiện tại Sở Quy hoạch Kiến trúc thường chỉ sử dụng các bản đồ hiện trạng, bản đồ quy hoạch dưới dạng bản đồ phẳng hai chiều phục vụ cho các công việc chuyên môn của Sở. Các đối tượng được biểu diễn trên các bản đồ hai chiều không trực quan và đòi hỏi người sử dụng phải có kiến thức chuyên môn về bản đồ, ngoài ra khả năng biểu diễn về kiến trúc và mối quan hệ tương quan giữa các đối tượng bị hạn chế rất nhiều. GIS 3D là một công nghệ mới ở Việt Nam nhưng đã được các nước tiên tiến ứng dụng rộng rãi từ vài chục năm gần đây. Công nghệ này tạo ra các sản phẩm số với độ chính xác cao, khả năng linh động lớn và chia sẻ thông tin dễ dàng. Chính các đặc điểm này làm cho công nghệ GIS 3D trở thành công nghệ rất hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi. Trong lĩnh vực quản lý và quy hoạch đô thị, GIS 3D có rất nhiều ứng dụng mà điển hình là: xây dựng mô hình địa hình số (DTM), xây dựng mô hình bề mặt số (DSM), theo dõi quản lý cơ sở hạ tầng đô thị như: đường giao thông, đường điện, thoát nước; quản lý và quy hoạch xây dựng đô thị; quản lý và quy hoạch sử dụng đất đô thị; quản lý và quy hoạch kiến trúc đô thị. Nhìn chung, các ứng dụng của công nghệ này rất đa dạng và mang lại hiệu quả cao. Công nghệ này cũng mở ra khả năng xây dựng mô hình cảnh quan kiến trúc ba chiều của thành phố một cách nhanh chóng và chính xác. Thực tế cho thấy hầu hết các ứng dụng trong quản lý và quy hoạch đô thị đều sử dụng mô hình địa hình số (DTM) và mô hình số mặt đất (DSM) như một 9 đầu vào cơ bản. Trong khi đó, dữ liệu đầu vào để giải các toán này lại có một số hạn chế như đã trình bày ở trên. Hiện trạng này làm cho các đơn vị được giao nhiệm vụ gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình thực thi: nếu thụ động chờ đến khi nguồn dữ liệu đầu vào được xây dựng như mong muốn thì sẽ không hoàn thành đúng thời hạn. Nếu tự nâng cấp dữ liệu thì gặp khó khăn rất lớn về kinh phí và nguồn lực, nếu chỉ sử dụng dữ liệu hiện có thì kết quả sẽ có nhiều hạn chế. Việc ứng dụng phần mềm quản lý qui hoạch sẽ cho phép cập nhật kịp thời thông tin qui hoạch xây dựng, bổ sung vào nguồn dữ liệu hiện trạng phục vụ kịp thời cho công tác cấp phép thẩm định qui hoạch. Sử dụng công nghệ GIS 3D cho phép hiển thị trực quan cảnh quan kiến trúc đô thị phục vụ công tác quản lý qui hoạch theo chiều cao. Nhanh chóng bổ sung vào nguồn dữ liệu 2D hiện có của bản đồ địa hình và qui hoạch. Trên cơ sở này tôi chọn đề tài: “Ứng dụng GIS trong quản lý quy hoạch xây dựng” nhằm nghiên cứu và đẩy mạnh ứng dụng GIS trong công tác quản lý và quy hoạch xây dựng đô thị. Những kết quả chính của luận văn đã được tổng hợp, trình bày trong các chương chính sau: Chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống thông tin địa lý và mô hình GIS 3D: khái niệm chung, chức năng cũng như cấu trúc của một hệ thống thông tin địa lý, các khái niệm cơ bản về GIS 3D và ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý GIS. Chương 2 trình bày sự cần thiết và khả năng ứng dụng GIS trong quản lý quy hoạch xây dựng ở Việt Nam: đưa ra các khái niệm, thực trạng và ứng dụng của hệ thống thông tin trong lĩnh vực quản lý xây dựng. Các quy trình, nội dung và các yếu tố ảnh hưởng đến quy hoạch xây dựng đô thị. Chương 3 trình bày giải pháp công nghệ, phát triển thử nghiệm hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng ứng dụng công nghệ GIS 3D và nêu rõ những kết quả đạt được. Chương 4 trình bày kết luận và hướng phát triển của đề tài. Sau đây là chi tiết nội dung của từng chương. 10 Chương 1. Tổng quan về GIS và GIS 3D Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – GIS) là một hệ thống thông tin trên máy tính được sử dụng để số hóa các đối tượng địa lý thực cũng như các sự kiện liên quan (các thuộc tính phi không gian liên kết với không gian địa lý) tạo thành dữ liệu địa lý, từ đó cung cấp các công cụ cho phép phân tích, đánh giá và khai thác các dữ liệu địa lý đó. "Mọi đối tượng có mặt trên trái đất đều có thể biểu diễn trong hệ thống thông tin địa lý", đây là chìa khóa căn bản liên kết bất kỳ cơ sở dữ liệu nào với hệ thống GIS. Bắt đầu xuất hiện vào cuối những năm 1950, nhưng phần mềm GIS đầu tiên chỉ xuất hiện vào cuối những năm 1970 từ phòng thí nghiệm của Viện nghiên cứu môi trường Mỹ (ESRI). Lịch sử phát triển của GIS đã thay đổi cách mà các nhà quy hoạch, kỹ sư, nhà quản lý… làm việc với cơ sở dữ liệu và phân tích dữ liệu. 1.1 Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin địa lý Có nhiều quan niệm khác nhau khi định nghĩa hệ thống thông tin địa lý: "Hệ thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số hệ con (subsystem) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thông tin có ích" – theo định nghĩa của Calkin và Tomlinson, 1977. "Hệ thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính để thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị không gian" (theo định nghĩa của National Center for Geographic Information and Analysis, 1988). Theo định nghĩa của ESRI (Environmental System Research Institute) thì “Hệ thông tin địa lý là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất”. Cho đến nay, định nghĩa được nhiều người sử dụng nhất là: hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các 11 thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu nhất định. 1.2 Các thành phần của GIS Một hệ thống GIS gồm có 5 thành phần cơ bản sau: 1. Phần cứng. 2. Phần mềm. 3. Con người. 4. Dữ liệu. 5. Các quy trình. Hình 1. Các thành phần cơ bản của GIS 1.3 Các chức năng của GIS Bất kỳ một hệ thống thông tin địa lý nào cũng phải có sáu chức năng cơ bản để giải quyết hiệu quả các vấn đề trong thế giới thực. Sáu chức năng đó là:  Thu thập dữ liệu.  Lưu trữ dữ liệu.  Truy vấn dữ liệu.  Phân tích dữ liệu.  Hiển thị dữ liệu.  Xuất dữ liệu. 12 Thu thập dữ liệu Dữ liệu mô tả các đối tượng địa lý được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu địa lý. Cơ sở dữ liệu địa lý là một thành phần có chi phí xây dựng cao và tồn trong một thời gian dài cùng với hệ thống, vì vậy việc thu thập dữ liệu là một vấn đề hết sức quan trọng. Làm thế nào để lấy dữ liệu chỉ tồn tại trên dạng giấy vào cơ sở dữ liệu? Dữ liệu này ở dạng số nhưng không thể sử dụng được, vậy nó ở định dạng nào? Một hệ thống thông tin địa lý phải cung cấp các phương pháp để nhập dữ liệu địa lý (tọa độ) và dữ liệu dạng bảng (thuộc tính). Hệ thống càng có nhiều phương pháp nhập dữ liệu thì càng mềm dẻo và linh động. Lưu trữ dữ liệu Có hai mô hình cơ bản được sử dụng để lưu trữ dữ liệu địa lý: vector và raster. Một hệ thống thông tin địa lý cần phải có khả năng lưu trữ cả hai định dạng dữ liệu này. Trong mô hình dữ liệu vector, đối tượng địa lý được biểu diễn tương tự như cách chúng biểu diễn trên bản đồ (bằng các đối tượng điểm, đường và vùng). Một hệ thống tọa độ x,y được sử dụng để xác định vị trí của các đối tượng này trong thế giới thực. Mô hình dữ liệu raster biểu diễn các đối tượng bằng cách sử dụng một lưới bao gồm nhiều ô. Các giá trị của các ô sẽ mô tả vị trí của các đối tượng. Mức độ chi tiết của đối tượng phụ thuộc vào kích thước của các ô trong lưới. Định dạng dữ liệu raster rất phù hợp cho các bài toán phân tích không gian cũng như việc lưu các dữ liệu dạng ảnh. Dữ liệu dạng raster không thích hợp cho các ứng dụng như quản lý thửa đất vì ranh giới của các đối tượng cần phải được phân biệt rõ ràng. Truy vấn dữ liệu Một hệ thống GIS phải có các công cụ để tìm ra các đối tượng cụ thể dựa trên vị trí địa lý hoặc thuộc tính của nó. Các truy vấn, thường được tạo ra bởi các câu lệnh hoặc biểu thức logic, sẽ được sử dụng để chọn ra các đối tượng trên bản đồ và các bản ghi của chúng trong cơ sở dữ liệu. 13 Một truy vấn của một hệ thống GIS thông thường sẽ trả lời câu hỏi: Cái gì? Ở đâu? Trong kiểu truy vấn này, người sử dụng biết đối tượng nằm ở vị trí nào, và muốn biết các thuộc tính của nó. Điều này có thể được thực hiện trong hệ thống GIS bởi vì đối tượng địa lý được thể hiện trên bản đồ sẽ có liên kết với thông tin thuộc tính của nó lưu trong cơ sở dữ liệu. Một kiểu truy vấn khác của là tìm các vị trí thỏa mãn một số tính chất nào đó. Trong trường hợp này, người sử dụng biết rõ các tính chất quan trọng và muốn tìm xem những đối tượng nào có thuộc tính đó. Phân tích dữ liệu Phân tích địa lý thường liên quan đến nhiều tập dữ liệu khác nhau và yêu cầu một quá trình nhiều bước để cho ra kết quả cuối cùng. Một hệ thống GIS phải có khả năng phân tích mối quan hệ không gian giữa các tập dữ liệu để trả lời câu hỏi và giải quyết vấn đề mà người sử dụng đặt ra. Ba phương pháp phân tích thông tin địa lý phổ biến là: • Phân tích gần kề xấp xỉ: Sử dụng thuật toán buffering để xác định mối quan hệ gần kề giữ các đối tượng. • Phân tích chồng xếp: Kết hợp các đối tượng của hai lớp dữ liệu để tạo ra một lớp mới, lớp kết quả này sẽ chứa đựng các thuộc tính có trong cả hai lớp gốc. Lớp kết quả có thể được phân tích để tìm ra những đối tượng chồng phủ, hoặc để tìm ra mức độ một đối tượng nằm trong một vùng hoặc nhiều vùng nào đó là bao nhiêu. • Phân tích mạng lưới: Để giải quyết các bài toán như mạng lưới giao thông, mạng lưới thủy văn... Hiển thị dữ liệu Hệ thống GIS cũng cần phải có các công cụ để hiển thị các đối tượng địa lý sử dụng nhiều ký hiệu khác nhau. Đối với nhiều loại phép toán phân tích, kết quả cuối cùng chính là bản đồ, đồ thị hoặc các báo cáo. 14 Xuất dữ liệu Hiển thị kết quả là một yêu cầu bắt buộc của hệ thống GIS. Việc hiển thị được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau. Càng nhiều dạng đầu ra mà GIS có thể đưa ra thì khả năng tiếp cận thông tin và đối tượng chính xác càng cao. 1.4 GIS 3D Trong những năm gần đây, với sự phát triển vượt bậc của các công nghệ mới, các dữ liệu không gian có thể được hiển thị lập thể rất trực quan đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của người sử dụng. Ngành bản đồ từ khi thành lập và phát triển đến nay chỉ hạn chế ở việc xây dựng các cách hiển thị trực quan các dữ liệu không gian trong môi trường hai chiều. Một câu hỏi quan trọng được đặt ra là liệu ngành bản đồ có thể khai thác lợi thế của các công nghệ mới này không và khai thác như thế nào? Một mô hình địa hình 3D tương tác sẽ có rất nhiều ưu điểm. Nó có thể cung cấp cho người dùng khả năng chủ động chọn vị trí quan sát trong bản đồ, cho phép nhận biết và tìm hiểu các dữ liệu không gian cũng như các thông tin thuộc tính liên quan đến các đối tượng địa hình chính xác hơn. Chắc chắn việc áp dụng các công nghệ mới phục vụ cho ngành bản đồ sẽ hoàn thiện chất lượng của các sản phẩm bản đồ và mở ra các lĩnh vực ứng dụng mới Mặt khác, việc ứng dụng rộng rãi công nghệ mới trong thành lập bản đồ đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới. Ngành bản đồ các nước đang hướng đến hai loại bản đồ tiên tiến là bản đồ 3D và bản đồ động. Mô hình địa hình 3D với các nhóm nội dung, độ chi tiết khác nhau phục vụ cho các mục đích du lịch, quy hoạch và dự báo trong tương lai cũng đã trở thành thương phẩm thường gặp tại nhiều nước phát triển. Mô hình dữ liệu, phương pháp thành lập, khuôn dạng số liệu cũng rất đa dạng phụ thuộc vào các công nghệ sẵn có trong từng trường hợp. Ở Việt Nam, các ngành khoa học tuỳ theo yêu cầu riêng biệt và điều kiện vật chất kỹ thuật của mình cũng đã có một số sản phẩm đồ họa có các yếu tố địa hình 3D trong đó như: sơ đồ tuyến, mặt cắt trong các ngành giao thông, thuỷ lợi; 15 DEM được tạo trong quá trình xử lý ảnh máy bay; bản đồ tác chiến trong quân sự; mô hình cảnh quan trong giáo dục hay du lịch. Các số liệu này được thành lập cho một số khu vực nhưng còn thiếu tính hệ thống và mang đặc trưng riêng của từng ngành. 1.4.1 Một số khái niệm cơ bản 1.4.1.1 Mô hình độ cao số Mô hình độ cao số ((Digital Elevation Model - DEM) là mô hình số miêu tả bề mặt mặt đất nhưng không bao gồm các đối tượng vật thể trên đó được xây dựng dựa trên các điểm độ cao và các đường bình độ. DEM là một nội dung chính của Mô hình địa hình 3D nên một trong những ứng dụng chính của mô hình địa hình 3D là các ứng dụng từ DEM. 1.4.1.2 Mô hình địa hình số Cũng giống như DEM, mô hình địa hình số (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… Do vậy độ chính xác của DTM cao hơn DEM, DTM là cơ sở để đo vẽ địa hình trên trạm ảnh số. 1.4.1.3 Mô hình bề mặt số Mô hình bề mặt số (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... Mô hình bề mặt số có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tạo ảnh trực giao đối với ảnh vệ tinh, ảnh máy bay chụp màu có độ phân giải cao. 1.4.2 Lưu trữ dữ liệu 3D Nguồn dữ liệu để tạo DTM DTM được tạo từ 1 trong 3 nguồn dữ liệu sau: 16 Đường đồng mức mô tả địa bề mặt Đường đồng mức mô tả địa bề mặt là nguồn dữ liệu sẵn có và phổ biến nhất cho việc lập DTM. Bởi đây là cách duy nhất để mô tả địa bề mặt theo cách làm truyền thống (hiện nay vẫn còn được sử dụng rộng rãi). Nguồn dữ liệu này được lưu giữ ở dạng bản đồ giấy nên để có thể dùng để tạo DTM nó cần phải được số hoá hiệu chỉnh và biến đổi thành dạng dữ liệu 3D. Dữ liệu ảnh (bao gồm ảnh máy bay và ảnh vệ tinh) Dữ liệu ảnh có được từ ảnh chụp máy bay hay ảnh chụp vệ tinh và được sử dụng để tạo ra dữ liệu địa hình chính xác có độ phân giải cao. Ngoài ra, nguồn dữ liệu cho DTM kiểu này còn có thể có được từ việc đo đạc bằng radar, laser. Dữ liệu đo đạc (trắc đạc) Dữ liệu có được từ việc đo đạc là loại dữ liệu chính xác nhất có thể có được, bởi các điểm đo được thiết kế sao cho có để mô tả đúng hình dáng của địa hình của bề mặt và trong thực tế nó bao gồm rất nhiều điểm đo. Chất lượng của loại dữ liệu này rất cao, tuy nhiên đòi hỏi chi phí lớn về thời gian cho công tác đo đạc ngoài thực địa. Do vậy phương pháp này chỉ thực sự hiệu quả đối với những dự án, những nghiên cứu trong phạm vi có diện tích nhỏ. Khi đã có dữ liệu về địa hình bề mặt cần phải chọn cách thích hợp để mô hình hoá địa bề mặt. Có hai cách tiếp cận để mô hình hoá địa bề mặt từ dữ liệu: Lập DTM bằng phương pháp toán học: Trong trường hợp này DTM được tạo ra bởi một hay nhiều hàm toán học tương thích với tập dữ liệu đã có của địa bề mặt. Cách làm này là không phù hợp với các đối tượng địa môi trường, bởi như đã trình bày, các đối tượng địa môi trường là các đối tượng của tự nhiên nên nó có hình dạng bất kỳ. Lập DTM trực tiếp từ dữ liệu đã có của địa bề mặt: Cách này là phù hợp cho việc mô hình hoá các đối tượng địa môi trường vì nó tạo ra DTM mô tả đối tượng một cách trung thực với lượng thông tin (dữ liệu) đã biết về đối tượng. Mức độ chính xác của việc mô tả đối tượng bằng DTM lúc này phụ thuộc chủ yếu vào mức độ chính xác và mức độ đầy đủ của dữ liệu về đối tượng. 17 Vì các lý do như địa hình phức tạp, hiểm trở hoặc do đối tượng nằm dưới lòng đất, hoặc vì lý do kinh tế không thể đủ chi phí, việc lấy mẫu, đo đạc không thể thực hiện một cách liên tục, do vậy nguồn dữ liệu cho DTM dù ở dạng nào thì cũng là tập dữ liệu rời rạc. Các đối tượng của địa môi trường mặc dù là có hình dạng bất kỳ nhưng đều có tính liên tục. Nếu như lập DTM bằng phương pháp toán học thì chính các hàm toán học là công cụ liên kết các điểm dữ liệu rời rạc để mô tả đối tượng. Cũng tương tự như vậy, lập DTM trực tiếp từ dữ liệu cũng cần phải có mô hình thích hợp để liên kết các điểm dữ liệu rời rạc để mô tả đối tượng. Có 2 mô hình thích hợp cho việc tạo DTM trực tiếp từ dữ liệu: Đó là mô hình lưới (Rectangular grid) và mô hình mạng tam giác (Triangulated Irregular Network – TIN). 1.4.3 Khái niệm về cấp độ chi tiết Khái niệm cấp độ chi tiết (Level of Detail – LoD) được đưa ra để diễn tả mức độ chi tiết, sự giống nhau giữa mô hình địa hình 3D và thế giới thực. Ở bước 1- xây dựng mô hình hình học, LoD sẽ quyết định độ chi tiết của các đối tượng như độ chính xác của DEM, 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. Ở bước 2 - Hiển thị trực quan, LoD sẽ quyết định về mặt hình 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. Hai là cố gắng thể hiện các đối tượng càng giống với hình ảnh thực càng tốt. 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 DEM, mô hình hình học các đối tượng 3D trên DEM và ở bước hiển thị trực quan phải đồng đều. 18 Hình 2. Cấp độ chi tiết LoD đối với các đối tượng nhà, khối nhà 1.4.4 Biểu diễn đối tượng 3D 1.4.4.1 Điểm Điểm là thành phần cơ sở được định nghĩa trong một hệ tọa độ. Đối với hệ tọa độ hai chiều mỗi điểm được xác định bởi cặp tọa độ (x, y). Khi biểu diễn các điểm độ cao địa hình, chúng ta thường biểu diễn điểm trong hệ tọa độ 3 chiều xác định bởi các giá trị (x, y, z). 1.4.4.2 Đường thẳng Một đường thẳng có thể xác định nếu biết hai điểm thuộc nó. Phương trình đường thẳng đi qua hai điểm (x1, y1) và (x2, y2) có dạng sau : 12 12 1 1 yy xx yy xx      Ngoài ra, người ta còn sử dụng phương trình tham số của đường thẳng có dạng các tọa độ x, y được mô tả qua một thành phần thứ ba là t. Hình 3. Dạng tham số của phương trình đường thẳng (x1,y1) t=0 t=1 t>1 t<0 (x2,y2) 19 Dạng này rất thuận tiện khi khảo sát các đoạn thẳng.      21 21 tyt)y(1y txt)x(1x Nếu t[0,1], ta có các điểm (x,y) thuộc về đoạn thẳng giới hạn bởi hai điểm (x1, y1) và (x2, y2), nếu t[-, +], ta sẽ có toàn bộ đường thẳng Trong biểu diễn bề mặt địa hình, đoạn thẳng nối hai điểm độ cao trên bề mặt địa hình được dùng để miêu tả sự biến đổi tuyến tính của một phần bề mặt địa hình nằm giữa hai điểm đó. 1.4.4.3 Mặt phẳng Khi biểu diễn bề mặt địa hình dưới dạng lưới tam giác không đều TIN, thì mỗi tam giác sẽ đặc tả phần địa hình nằm bên trong tam giác đó. Mỗi tam giác là một mặt phẳng, để biểu diễn các tam giác trên máy tính, chúng ta sử dụng phương trình toán học của mặt phẳng. Phương trình tổng quát biểu diễn mặt phẳng có dạng: Ax + By + Cz + D = 0 Trong đó (x, y, z) là một điểm bất kì của mặt phẳng và A, B, C, D là các hằng số diễn tả thông tin không gian của mặt phẳng. Để xác định phương trình mặt phẳng của một tam giác trong không gian, ta sử dụng tọa độ của ba đỉnh (x1,y1,z1), (x2,,y2,z2), (x3 ,y3,z3) của tam giác này. Từ (2.5) ta có: Axk + Byk + Czk + D = 0 ; ( k = 1,2,3) Dùng quy tắc Cramer, ta có thể xác định A, B, C, D theo công thức: 1 1 2 2 3 3 1 y z A 1 y z 1 y z  33 22 11 z1x z1x z1x B  1yx 1yx 1yx C 33 22 11  1 1 1 2 2 2 3 3 3 x y z D x y z x y z   20 Khai triển các định thức trên ta được công thức tường minh của các hệ số:            )zyz(yx)zyz(yx)zyz(yxD )y(yx)y(yx)y(yxC )x(xz)x(xz)x(xzB )z(zy)z(zy)z(zyA 122133113223321 213132321 213132321 213132321 Đôi khi, sẽ rất hữu ích nếu ta khảo sát các mặt phẳng thông qua phương trình tham số. Phương trình tham số của một mặt là một hệ phương trình có hai tham số u, v. Một điểm bất kì trên mặt sẽ có tọa độ được biểu diễn dưới dạng vector tham số : p(u, v) = (x(u, v), y(u, v), z(u, v)). Với mỗi cặp giá trị (u, v) ta sẽ có một bộ các tọa độ (x, y, z) biểu diễn một điểm trên bề mặt đã cho. Các mặt khác nhau sẽ được phân biệt với nhau bằng các bộ hàm x(), y(), z() khác nhau. Để giới hạn không gian của các mặt, thông thường người ta định lại các tọa độ biên sao cho u, v tương ứng biến đổi trong đoạn [0,1], ngược lại khi u, v biến đổi trong khoảng (-, +) mặt phẳng sẽ trải dài đến vô tận. 1.4.4.4 Đường cong Khi biểu diễn bề mặt địa hình, người ta còn thể hiện dáng điệu địa hình dưới dạng các đường bình độ. Đường bình độ là một đường cong phức tạp, luôn uốn lượn bám sát bề mặt địa hình và có độ cao không đổi. Việc tìm ra các công thức để biểu diễn các đường bình độ là rất phức tạp. Trong mục này chúng ta sẽ khảo sát các phương pháp cho phép tạo ra các đường cong mô tả đường bình độ dựa trên tập các điểm xác định trên đường cong. Bài toán đặt ra ở đây là cần xây dựng một đường cong đi qua tập hợp các điểm phân biệt p1, p2, .... , pL+1 có độ cao không đổi và luôn bám sát bề mặt địa hình. Có hai cách giải quyết như sau: - Định tọa độ của một số điểm nào đó thuộc đường cong, sau đó tìm các phương trình toán học và hiệu chỉnh chúng để đường cong đi qua tất cả các điểm pk (k = 1 ÷ L+1). 21 - Cách khác là xác định một số các điểm gọi là điểm điều khiển và dùng một giải thuật nào đó để xây dựng đường cong dựa trên các điểm này. Đường cong được xây dựng bởi một tập các điểm điều khiển này có thể được phát sinh lại khi cần. Trong phần này, luận văn sẽ nghiên cứu theo hướng tiếp cận thứ hai là cách phổ biến nhất để xây dựng các đường đồng mức dựa trên các đường cong Spline và B-Spline. Đường cong Spline Đường cong Spline p(t) được xây dựng dựa trên (L+1) điểm kiểm soát pk bằng cách sử dụng các hàm trộn Spline Rk(t) có dạng như sau :    L 0k kk (t)Rpp(t) t  R Tập các hàm trộn Ri(t) này có giá mang là khoảng t  [ti, ti+1] trên đó hàm lấy giá trị là một phần của đoạn [0, 1], ngoài giá mang này hàm có giá trị là 0. Như vậy, đường cong chỉ phụ thuộc vào một số điểm kiểm soát mà thôi. Các hàm trộn mà ta đề cập đến ở đây chính là tập các đa thức được định nghĩa trên các đoạn kề nhau để các đoạn đường cong được tạo ra, nối lại với nhau, tạo nên một đường cong liên tục. Ví dụ ta định nghĩa hàm g(t) bao gồm ba đa thức a(t), b(t), c(t) như sau :                    2 2 2 t)(3 2 1c(t) 2 3t 4 3b(t) t 2 1a(t) g(t) Giá mang của g(t) là [0,3], của a(t) là [0,1], của b(t) là [1,2], của c(t) là [2,3]. Các điểm tại các đoạn đường cong gặp nhau được gọi là các điểm nối, và giá trị t tại các điểm đó được gọi là nút. Có thể kiểm chứng được g(t) liên tục tại 22 nếu tk  t  tk+1 nếu với t còn lại mọi nơi trên giá mang của nó, nên đường cong tại các chỗ nối là trơn, g(t) là một ví dụ của hàm trộn Spline. Đường cong tổng quát được xây dựng từ tập các nút t0, t1, .., với ti R và ti  ti+1. Với mỗi điểm kiểm soát pk ta kết hợp với một hàm trộn tương ứng là Rk(t). Rk(t) là đa thức riêng phần liên tục trên mỗi đoạn con [ti, ti+1] và liên tục tại mỗi nút. Các đoạn đường cong riêng phần này gặp nhau tại các điểm nút, do các hàm trộn Spline liên tục tại các nút nên đường cong tạo ra cũng liên tục. Những đường cong như vậy là đường cong Spline. Vấn đề được đặt ra tiếp ở đây: Cho trước một vector nút, có tồn tại hay không họ các hàm trộn sao cho chúng có thể phát sinh ra mọi đường cong Spline được định nghĩa trên vector nút đó. Một họ các hàm như vậy được gọi là cơ sở cho Spline, nghĩa là bất kì đường cong Spline nào cũng có thể được đưa về cùng một công thức bằng cách chọn đa giác kiểm soát phù hợp. Câu trả lời là có nhiều họ hàm như vậy, nhưng đặc biệt có một họ hàm trộn có giá mang nhỏ nhất đó là B-Spline (B là từ viết tắt của basis). Đường cong B-Spline Một đường cong B-Spline cấp m xây dựng dựa trên vector nút T và (L+1) điểm kiểm soát pk có dạng:    L 0k mk,k (t)Npp(t) với k = 0, 1, .., L Trong đó Nk,m(t) là đa thức có bậc (m-1) có công thức đệ quy: (t)N tt tt(t)N tt tt(t)N 1m1,k 1kmk mk 1mk, k1mk k mk,                       với     0 1 )t(N 1,k 23 Các điểm ti có thể được xác định theo nhiều cách khác nhau. Một trong các cách đó là cho ti = i, lúc này khoảng cách giữa các điểm nút là bằng nhau. Chúng ta có thể có cách định nghĩa khác:        2mL 1mL 0 t i với i = 0, …, L+m. 1.4.4.5 Hình khối Một phương pháp thông dụng và đơn giản để mô hình hóa các địa vật trên mô hình số địa hình và trong bản đồ ba chiều là mô hình khung nối kết. Mỗi địa vật là một mô hình khung nối kết gồm có một tập các đỉnh và tập các cạnh nối giữa các đỉnh đó. Khi thể hiện bằng mô hình này, các đối tượng ba chiều có vẻ rỗng và không giống thực tế lắm. Để hoàn thiện hơn, người ta dùng các kĩ thuật tạo bóng và loại bỏ các đường và mặt khuất. Tuy nhiên vẽ bằng mô hình này thường cho kết quả hiển thị nhanh. Với mô hình khung nối kết, hình dạng của đối tượng ba chiều được biểu diễn bằng hai danh sách, danh sách các đỉnh và danh sách các cạnh nối các đỉnh đó. Danh sách các đỉnh cho biết thông tin hình học đó là vị trí các đỉnh, còn danh sách các cạnh xác định thông tin về sự kết nối, nó cho biết cặp các đỉnh tạo ra cạnh. Chúng ta hãy quan sát một vật thể ba chiều được biểu diễn bằng mô hình khung nối kết như sau: Hình 4. Vật thể ba chiều được biểu diễn bằng mô hình khung nối kết Nếu i<m Nếu m≤i≤L Nếu i>L 24 1.5 Một số ứng dụng của mô hình địa hình số 3D 1.5.1 Các ứng dụng trong việc giám sát và phát hiện tài nguyên Giám sát lũ lụt: Việc mô hình hoá vùng lưu vực sông dựa trên dữ liệu địa hình 3D, các thông tin tại các điểm nút (các mặt cắt ngang, mặt cắt dọc), dữ liệu về lượng mưa, lượng nước bị giữ lại và sức chứa của lưu vực có thể được dùng để đưa ra các dự báo về khoảng thời gian, phạm vi ngập lũ và đề xuất các biện pháp phòng ngừa. Trong quá trình đang xảy ra thiên tai dựa trên các nội dung của Mô hình địa hình 3D, cơ quan phụ trách có thể đưa ra các quyết định tức thời, chính xác về việc di dời người và tài sản, giảm nhẹ thiệt hại về người và của, đánh giá thiệt hại và đưa ra các biện pháp cứu trợ hiệu quả. Phòng chống cháy rừng, phòng chống sụt lở đất cũng có thể phát hiện một cách rất hiệu quả dựa trên thông tin của Mô hình địa hình 3D. Từ DEM, dữ liệu về lớp phủ thực vật kết hợp với các thông tin về lượng mưa, chiều gió, độ ẩm, chất đất... có thể đưa ra các cảnh báo, các phản ứng tức thời và các phương án nhằm giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra. 1.5.2 Các ứng dụng trong xây dựng cơ sở hạ tầng và viễn thông Trong xây dựng cơ sở hạ tầng Thiết kế - qui hoạch là một trong những lĩnh vực rộng lớn rất cần Mô hình địa hình 3D. Từ thiết kế giao thông, đô thị, công trình công cộng đến thiết kế nhà máy thuỷ điện đều cần đến các thông tin chính xác này để nghiên cứu tình trạng hiện thời, tính toán khối lượng đào đắp để đưa ra phương án tối ưu, lên kế hoạch giải toả và tái định cư, hiển thị mô hình thiết kế, lấy ý kiến đóng góp, trình duyệt. Trong viễn thông DEM cũng đã được ứng dụng trong viễn thông để thiết kế các trạm phát sóng, tiếp sóng dựa trên phân tích về vùng thông hướng nhìn. Nhưng gần đây với quá trình đô thị hoá, các khu nhà cao tầng mọc lên rất nhanh thì DEM không còn khả năng cung cấp đủ thông tin cho việc quản lý viễn thông nữa nhất là trong các khu vực mật độ dân số cao. Mô hình địa hình 3D hoặc một biến thể của nó là mô hình thành phố 3D có thể cung cấp thông tin đầy đủ hơn cho việc chọn các vị trí 25 tối ưu để xây dựng trạm thu phát, đảm bảo việc truyền phát sóng được thực hiện hiệu quả nhất. 1.5.3 Các ứng dụng trong lĩnh vực quốc phòng Với ưu điểm về môi trường hiển thị ba chiều rất giống với thế giới thực, Mô hình địa hình 3D được sử dụng cho các ứng dụng mô phỏng địa hình trong lĩnh vực quân sự, hàng không... Bằng cách kết hợp các nội dung Mô hình địa hình 3D với cơ sở dữ liệu của sân bay, các công ty phần mềm có thể cung cấp cho các sân bay công cụ để thiết lập một hệ thống phòng tránh các va chạm hàng không, cảnh báo tiếp cận sân bay và quản lý các chuyến bay. Ngoài ra trong quân sự Mô hình địa hình 3D có thể sử dụng phục vụ tác chiến, phân tích địa hình cho các hoạt động chiến trường như: phân tích tầm nhìn hay khả năng cơ động của các trang thiết bị cơ giới... Các ứng dụng tiêu biểu khác của DEM trong quân sự là phục vụ dẫn đường cho tên lửa và thiết kế mạng thông tin liên lạc. Các ứng dụng trong quân sự cũng đòi hỏi phải có các chức năng hiển thị mạnh như các công cụ hiển thị hình ảnh động trong các mô hình mô phỏng tác chiến. 1.6 Tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam Hệ thống GIS đã bắt đầu được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều bộ ngành: Quy hoạch xây dựng, sử dụng đất, tài nguyên môi trường, giao thông vận tải... và bắt đầu đã được đưa vào chương trình giảng dạy tại một số trường đại học. Trong lĩnh vực Quy hoạch xây dựng, công nghệ GIS đã được áp dụng tại một số đơn vị trong ngành quy hoạch xây dựng và cơ quan quản lý địa phương như: Viện Kiến trúc, Quy hoạch đô thị và nông thôn, UBND Thành phố Hà nội, Sở địa chính, Viện Quy hoạch Hải Phòng, Sở Tài nguyên – Môi trường Cần Thơ... và nhiều cơ quan khác. Các phần mềm chính được sử dụng như: MapInfo, ArcInfo, AutoCad, ArcView, Microstation, Access, SQL server,... 26 Hình 5. Phân tích đa tiêu chí (khu vực nhiều tiếng ồn, vùng ngập lụt) Hình 6. Sử dụng GIS đánh giá mức độ tiếng ồn và dự báo ô nhiễm nguồn nước Hiện nay trong công tác quy hoạch xây dựng, phần mềm chính được sử dụng phổ biến hiện nay nhất là phần mềm hỗ trợ thiết kế AutoCad, phần mềm xử lý ảnh Photoshop...; việc ứng dụng các phần mềm GIS như Arcview, Mapinfo,... còn rất hạn chế. Chính những hạn chế này đã đặt ra cho các nhà qui Đánh giá mức độ tiếng ồn tại sân bay Gia Lâm bằng phương pháp nội suy Dù b¸o « nhiÔm nguån n­íc khi xây dựng nhµ m¸y 27 hoạch và quản lý là vấn đề chuyển hoá các sản phẩm xây dựng từ các phần mềm thiết kế sang quản lý bằng công nghệ GIS.1 1.7 Kết luận Chương 1 đã trình bày tổng quan về hệ thống thông tin địa lý và mô hình GIS 3D: khái niệm chung, chức năng cũng như cấu trúc của một hệ thống thông tin địa lý, các khái niệm cơ bản về GIS 3D và ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý GIS và tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam. 1 Các thông tin này được thu thập từ hội thảo Quốc gia về ứng dụng Gis trong phát triển đô thị. Hà nội 2008 28 Chương 2. Công tác quản lý quy hoạch xây dựng đô thị và ứng dụng của GIS 2.1 Thực trạng công tác quản lý quy hoạch xây dựng và quản lý đô thị Qui hoạch và quản lý đô thị là một trong những công cụ chủ yếu của bộ máy quản lý nhà nước nhằm định hướng, kiểm soát sự hoạt động và tăng trưởng của các đô thị. Hiện nay ở Việt Nam hiện tượng đô thị hóa với tốc độ chóng mặt, kéo theo sự bùng nổ dân số đô thị cùng với sự phát triển nhanh chóng về công sở, nhà ở, các khu công nghiệp, khu du lịch và hệ thống hạ tầng kỹ thuật đã làm gia tăng hàng loạt các vấn đề trong việc phục vụ nhân dân và doanh nghiệp như quản lý đất đai, sở hữu tài sản … Các hoạt động của con người gắn liền với không gian vật chất xung quanh hết sức phức tạp. Tình trạng mỗi cấp, mỗi ngành mỗi địa phương tự quản lý qui hoạch và quản lý đô thị một cách chắp vá, thiếu căn bản, thiếu hệ thống đã khiến cho nguy cơ chồng lấn giữa các dự án, việc qui hoạch ngành không khớp nối nhau, cho đến các vấn đề cụ thể như kiện tụng về đất đai, sở hữu vật kiến trúc … rất phổ biến. Gây lãng phí thất thoát, mất trật tự an toàn xã hội. Đó là căn bệnh trầm kha mà lâu nay các nhà quản lý đô thị, quản lý xây dựng loay hoay tìm giải pháp tháo gỡ. Vì vậy, việc đòi hỏi phải có một hệ thống thông tin địa lý đầy đủ, chính xác, giúp các nhà quản lý đô thị, quản lý nhà nước thực hiện chức năng nhiệm vụ của mình một cách nhanh chóng. Với hệ thống thông tin địa lý GIS được vận hành, liên kết, cập nhật đầy đủ, người quản lý với một số thao tác có thể tìm kiếm được đầy đủ thông tin trên một vị trí cần tìm. Các thông tin theo các lớp dữ liệu từ cấu trúc địa chất, địa hình, thủy văn, cho đến các công việc cụ thể như xác định nước ngầm, các công trình ngầm hiện có, các thông tin về diện tích, ranh giới, tọa độ, chủ sở hữu đất và các công trình trên đất, các thông tin về mật độ dân số, qui hoạch định hướng và qui hoạch chi tiết xây dựng, các biến động về sử dụng đất và không gian kiến trúc có thể có … sẽ được chuẩn bị sẵn sàng để đáp ứng các nhu cầu phát triển. Điều này cũng giúp hoàn thiện hệ thống cải cách hành chính theo hướng một cửa cung cấp thông tin. 29 Tất cả ứng dụng tại các đô thị sẽ đảm bảo kết nối thông tin với hệ thống cung cấp thông tin, cung cấp các dịch vụ tốt nhất cho người dân, giúp cơ quan nhà nước xử lý cung cấp thông tin cho các đối tượng liên quan, thông tin cho dân biết và có các quyết định chính sách kịp thời cho các nhu cầu giúp người dân, các doanh nghiệp. Tránh được các sai sót trong quản lý và xây dựng đô thị theo qui hoạch, giúp người lãnh đạo có thể theo dõi thông tin đầy đủ và kịp thời trên mạng. Bên cạnh đó, việc có nhiều nhà đầu tư trong và ngoài nước tìm đến dẫn tới tốc độ tăng trưởng của các đô thị hằng năm rất cao. Kéo theo nhiều biến động về dân cư và đô thị. Hàng loạt các khu đô thị mới, các khu công nghiệp, các khu du lịch, các khu tái định cư,…. đang được đầu tư xây dựng nhanh chóng. Và như nhiều khu đô thị trẻ khác trên toàn quốc, những khiếm khuyết, bất cập cũng đã và đang bộc lộ. Việc xây dựng hệ thống thông tin địa lý phục vụ cho công tác quy hoạch xây dựng đô thị trước mắt sẽ giúp ngành quản lý xây dựng phục vụ các yêu cầu của lãnh đạo tỉnh trong việc phát triển, đồng thời có khả năng chia sẻ, tích hợp dữ liệu các Sở chuyên ngành về xây dựng, tài nguyên môi trường, các ban quản lý đô thị, công nghiệp. Về lâu dài, sẽ phát triển liên kết và chia sẻ dữ liệu với tất cả các ngành, các địa phương trong toàn tỉnh/thành cũng như trong khu vực, trung ương. 30 2.1.1 Sơ đồ trình tự lập đồ án quy hoạch Hình 7. Trình tự lập đồ án quy hoạch Quá trình này diễn ra không hoàn toàn tuần tự. Từ bước 7 trình duyệt có thể quay lại bước 3 để điều chỉnh lại phương án. Đây là quá trình điều chỉnh ngược và thường bộc lộ rõ những nhược điểm của phương pháp thể hiện quy hoạch hiện nay. Đó là việc điều chỉnh 1 yếu tố kéo theo nhiều yếu tố khác phải điều chỉnh . Việc thực hiện thủ công và không có sự kết nối giữa các khâu nên thường xảy ra nhầm lẫn. Ví dụ việc thay đổi quy mô của một lô đất sẽ kéo theo quy mô các lô đất kế cận thay đổi. Sau khi sủa đổi bản vẽ lại phải sửa đổi các bảng thống kê, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Đây chính là giai đoạn dễ xảy ra sai sót do điều chỉnh không hết các tham số thay đổi. 2.1.2 Một số nhân tố tác động đến công tác lập đồ án quy hoạch Công tác quy hoạch đô thị nghiên cứu có hệ thống những phương pháp để bố trí hợp lý các thành phần của đô thị, phù hợp với những nhu cầu của con người và điều kiện tự nhiên, đồng thời đề ra những giải pháp kỹ thuật để thực 31 hiện các phương pháp bố trí đó. Việc lập quy hoạch đô thị cần tuân theo nhiều nguyên tắc như: Chính sách xây dựng của Đảng và Nhà nước, ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật, chú ý bảo vệ môi trường sống… Khi lập quy hoạch cần phải chú ý đến các yếu tố sau: - Ý kiến tham gia của các nhà lãnh đạo, các cơ quan quản lý - Diễn biến hiện trạng trong thời gian nghiên cứu lập quy hoạch - Các nhân tố tạo thị và mối liên hệ đến các giải pháp quy hoạch. - Các công cụ để kiểm soát các chỉ tiêu khống chế xây dựng - Yếu tố thời gian triển khai lập quy hoạch - Sức ép của cơ chế thị trường - Khả năng trình chiếu, báo cáo - Công bố quy hoạch, sự tham gia của cộng đồng trong công tác quy hoạch - Khả năng về quản lý xây dựng, phát triển đô thị của đồ án quy hoạch. 2.1.3 Các khó khăn trong công tác quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị hiện nay Công tác quản lý nhà đất và hạ tầng kỹ thuật đô thị Sở Xây dựng thường xuyên phải cập nhật, khai thác và xử lý các thông tin trong các tài liệu, hồ sơ, đặc biệt phải khai thác xử lý nhiều thông tin liên quan đến bản đồ, sơ đồ, bản vẽ. Tuy nhiên, hiện nay, việc quản lý xây dựng, qui hoạch và đô thị chủ yếu dựa trên hồ sơ giấy. Bản đồ giấy không được cập nhật kịp thời, khó sử dụng trong phân tích. Bên cạnh đó, dữ liệu quy hoạch thường được lưu trong các bản vẽ Autocad, các bản vẽ này chỉ đáp ứng tốt trên máy cá nhân, không thích hợp cho việc chia sẻ và quản lý trên môi trường mạng, do đó khó khăn trong việc cập nhật biến động. Các đồ án qui hoạch phải làm quá nhiều, thời gian nghiên cứu, cho ý kiến về các đồ án qui hoạch kéo dài, kho hồ sơ về các đồ án qui hoạch, các dự án của các nhà đầu tư xin ý kiến quá lớn, hồ sơ nhiều khi chiếm hết cả diện tích làm việc cần thiết của cơ quan. Kho hồ sơ lưu rất lớn nhưng thường bị đóng bụi vì khó khai thác, hồ sơ lưu thường không đầy đủ do một số thành phần bị rút ra để 32 sử dụng và không được quản lý việc thu hồi. Các đồ án qui hoạch, các dự án đầu tư do các cơ quan khác nhau lập, thiếu một chuẩn thống nhất, các bản đồ qui hoạch không theo một hệ tọa độ thống nhất dẫn đến khi đặt chồng các qui hoạch chuyên đề của cùng một khu vực lên nhau hay đặt các đồ án của các khu vực liền kề cạnh nhau thì dẫn đến các mâu thuẫn đôi khi nghiêm trọng Đồ án qui hoạch được trình bày bằng ngôn ngữ chuyên môn khó hiểu đối với những người ngoài nghề. Điều này dẫn đến việc lấy ý kiến công chúng và các cơ quan cấp trên về qui hoạch thường là mất công và khá hình thức vì công chúng cũng như người lãnh đạo khó có thể hiểu rõ được ý đồ của nhà qui hoạch thông qua các bản đồ, bản vẽ bằng ngôn ngữ chuyên ngành. Cũng vì lý do này mà việc quản lý phát triển theo qui hoạch hay gặp khó khăn do cơ quan quản lý qui hoạch khó có thể hóa giải được áp lực của các nhà quản lý cấp trên về các dự án xây dựng không phù hợp qui hoạch đã được phê duyệt Chính vì vậy, việc ứng dụng GIS phục vụ quản lý nhà nước trong lĩnh vực xây dựng là một vấn đề bức xúc và cần thiết hiện nay. 2.2 Ứng dụng GIS trong quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị Hệ thống GIS có thể được xem như là “hệ thống các công cụ nền máy tính dùng thu nhập, lưu trữ, truy cập và biến đổi, phân tích và thể hiện dữ liệu liên quan đến vị trí trên bề mặt trái đất, và tích hợp các thông tin này vào quá trình lập quyết định”. Từ chương 1 chúng ta đã thấy rằng có năm thành phần quan trọng cấu thành nên GIS: phần cứng, phần mềm máy tính, các công cụ và phương pháp phân tích; con người và dữ liệu. Đối với công tác quản lý thông tin đô thị, thì thành phần thứ 5 đề cập đến dữ liệu vị trí của cơ sở hạ tầng đô thị, cùng các thuộc tính liên quan của chúng. Với vai trò như là công nghệ giúp thu thập thông tin vị trí, hệ thống định vị toàn cầu GPS có thể làm tốt vai trò là nguồn thu dữ liệu đưa vào hệ GIS. Trong quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị, từ đó những phân tích lở phần trên, chúng ta có thể ứng dụng GIS để giải quyết, hỗ trợ những lớp bài toán sau đây: 33 2.2.1 Quản lý nhà nước Nhu cầu ứng dụng GIS như là công cụ nhằm thực hiện quản lý nhà nước một số lĩnh vực chủ yếu của các đô thị trên địa bàn tỉnh như sau: a. Quản lý tài nguyên và môi trường - Thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường - Xử lý thông tin từ trung tâm quan trắc môi trường - Xử lý thông tin từ VP Đăng ký Quyền sử dụng đất. - Xử phạt vi phạm luật môi trường, cấp giấy phép khai thác tài nguyên. b. Quản lý Qui hoạch, Kế hoạch và Tiến độ được duyệt - Quản lý qui hoạch và cấp địa điểm. - Phê duyệt qui hoạch chi tiết, thẩm tra và phê duyệt bản đồ địa chính. - Cung cấp thông tin quy hoạch. - Giao đất và cho thuê đất, xử phạt hành chính về vi phạm qui hoạch - Phê duyệt phương án đền bù, ban hành các loại giá, trong đó có giá cho thuê đất. - Giao đất, cho thuê đất, thu hồi và điều chỉnh đối với diện tích đã có qui hoạch chi tiết được duyệt - Phê duyệt qui hoạch chi tiết, điều chỉnh qui hoạch chi tiết - Thẩm định và phê duyệt phương án đền bù c. Quản lý đô thị - Quản lý một số lĩnh vực tại các đô thị như quản lý đất đai, quản lý dịch vụ buôn bán nhỏ, quản lý hộ tịch, hộ khẩu - Giải quyết giao đất, cho thuê đất, chuyển quyền sử dụng đất, cấp số đỏ, chuyển mục đích sử dụng đất trong khu vực đã có qui hoạch chi tiết được duyệt và đang đầu tư phát triển hạ tầng - Thỏa thuận về tách hộ, chuyển hộ khẩu, trong phạm vi qui hoạch chung đô thị. - Cấp giấy phép kinh doanh đối với các hộ buôn bán, dịch vụ trong khu 34 vực trên cơ sở phù hợp với qui hoạch chi tiết được duyệt. - Quản lý và duy tu, bảo dưỡng công trình công cộng, quản lý môi trường đô thị - Quản lý qui hoạch – Đầu tư – Xây dựng d. Quản lý các công trình hạ tầng, tiện ích công ích trong đô thị Các công trình hạ tầng do các doanh nghiệp đầu tư (điện nước, thông tin, liên lạc …) còn có các công trình hạ tầng tiện ích do nhà nước đầu tư. e. Quản lý doanh nghiệp - Cấp giấy phép kinh doanh f. Quản lý đầu tư và xây dựng - Cấp giấy phép đầu tư cho cả đầu tư trong nước và đầu tư nước ngoài. - Cấp giấy phép xây dựng, thỏa thuận địa điểm, cấp chứng chỉ qui hoạch (thay cho cấp địa điểm). 2.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền và chuyên ngành Hệ thống thông tin địa lý đang chứng minh tính hiệu quả trong việc xây dựng và quản lý cơ sở dữ liệu cũng như kết hợp các dữ liệu cần thiết để phục vụ công tác trực tiếp chỉ đạo điều hành của lãnh đạo, hỗ trợ cho công tác qui hoạch và quản lý điều hành qui hoạch xây dựng 2.2.3 Tạo, lập các báo cáo Hệ thống thông tin địa lý quản lý quy hoạch xây dựng phải có khả năng giúp cho các cơ quan chức năng thực hiện các báo cáo với lãnh đạo các cấp, bảo đảm về nội dung, chất lượng, và thời gian thực hiện báo cáo, cụ thể như: - Báo cáo dự thảo qui hoạch tổng thể - Báo cáo nhanh thiết kế sơ bộ của một dự án, công trình - Báo cáo nhanh tình hình của một hiện tượng, một sự kiện cùng các yếu tố liên quan thuộc một lĩnh vực hoặc một khu vực phạm vi nào đó trong tỉnh. - Báo cáo tổng hợp từ nhiều lĩnh vực như: + Cơ sở hạ tầng kỹ thuật của một khu vực 35 Gần đây, tiến trình hiện đại hóa cơ sở hạ tầng kỹ thuật của tỉnh đã làm tăng nhanh chóng khối lượng đầu tư các công trình hạ tầng kỹ thuật. Đường sá, cầu c ống, được mở rộng, nâng cấp, hoặc thêm nhiều tuyến mới như nâng cấp. Nhiều công trình phúc lợi được nâng cấp hoặc xây dựng mới nhanh chóng. Khối lượng công trình ngầm của Bưu điện, Điện lực cũng ngày càng nhiều. Xung đột trong tiến trình thiết kế và thi công các công trình hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là công trình ngầm ngày càng gia tăng vì thời gian, không gian thi công, ngày càng thu hẹp, thông tin về các công trình hạ tầng kỹ thuật, trong đó có công trình ngầm không được cung cấp đầy đủ hoặc thiếu chính xác. Việc thiếu thông tin của các công trình hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là các hạ tầng cấp vùng liên tỉnh hoặc khu vực do các bộ, ngành trung ương đầu tư, đã làm chậm tiến trình hiện đại hóa cơ sở hạ tầng kỹ thuật của tỉnh đồng thời phát sinh rất nhiều chi phí do sự không tương thích giữa các công trình. Tất cả các cơ quan liên quan đến cơ sở hạ tầng kỹ thuật đều cần được cung cấp đầy đủ, dễ dàng, chính xác các dữ liệu về hệ thống cơ sở hạ tầng kỹ thuật, quy hoạch và dự án đầu tư cơ sở hạ tầng kỹ thuật. + Cơ sở hạ tầng kinh tế - xã hội của một khu vực Cơ sở hạ tầng kinh tế - xã hội của một khu vực: dữ liệu về kinh tế xã hội bao gồm những hiện tượng, sự kiện xảy ra trên địa bàn các đô thị của tỉnh nếu được liên kết với dữ liệu không gian trong hệ thống thông tin địa lý sẽ giúp thực hiện các bài toán phân tích, đánh giá các hiện tượng, các sự kiện kinh tế- xã hội để trên cơ sở đó có những tác động tích cực đến quá trình cải tạo điều chỉnh các hoạt động này. + Điều kiện tự nhiên của một khu vực Dữ liệu về điều kiện tự nhiên bao gồm những dữ liệu về địa chất, thổ nhưỡng, địa mạo, khí hậu, … liên quan đến phân tích lãnh thổ và các bài toán liên quan đến đầu tư hạ tầng kỹ thuật. 2.2.4 Cải thiện chất lượng và số lượng thông tin địa lý Các vấn đề quản lý, điều hành qui hoạch xây dựng ngày càng trở nên sống động vì những thay đổi nhanh chóng và phức tạp trong tỉnh cũng như trong vùng về xã hội, kinh tế và môi trường. Các nhà quản lý bị đặt dưới sức ép ngày càng 36 lớn, buộc phải tăng cường nhận thức ứng dụng CNTT trong quản lý về những thay đổi này và hoạt động theo một phương thức hiệu quả hơn nữa. Các phương pháp mô phỏng, dự báo, đánh giá, quyết định, cũng như chính sách về lập kế hoạch, quy hoạch phải đáp ứng các chỉ tiêu về môi trường, kinh tế, xã hội, mối tương tác giữa chúng và các hệ quả có thể xảy ra đối với tất cả các lĩnh vực liên hệ. Hiện tượng này dẫn đến nhu cầu phải cải thiện chất lượng và số lượng thông tin để đáp ứng tình thế mới. Thông tin từ các CSDL là phần tử quan trọng và cơ bản nhất của các hệ tri thức cấu thành của bất cứ nền kinh tế tri thức nào tên thế giới. Thông tin càng được cải thiện và kịp thời sẽ giúp cho việc quy hoạch và quản lý hành chính nhà nước được hiệu quả và cân đối với các bộ phận khác nhau trong toàn bộ hệ thống kinh tế và xã hội. 2.3 Sự cần thiết của GIS 3D trong quy hoạch quản lý đô thị Việc ứng dụng GIS 3D là một nhiệm vụ quan trọng trong công tác quản lý đô thị và quy hoạch đô thị tại Việt Nam hiện nay, đặc biệt là những năm gần đây, khi mà một số vấn đề quan trọng mang tính toàn cầu bị ảnh hưởng như biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi trường, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên... đang làm biến dạng bề mặt địa hình của trái đất. Trong quản lý đô thị, một số ngành như cấp nước, điện lực đã áp dụng GIS 2D vào quản lý. Tuy nhiên, dùng GIS 2D thì chỉ thấy được phần trên của hệ thống công trình ngầm, còn đối với GIS 3D sẽ thấy hết được hiện trạng các công trình bên dưới, giúp cho việc quản lý dễ dàng hơn. Hơn nữa, việc sử dụng GIS 2D làm cho công tác quản lý xây dựng trở nên khó khăn, như xác định các tòa nhà vượt quá chiều cao cho phép trong một khu vực xây dựng nào đó. Khó quan sát được tất cả không gian xung quanh khu vực xây dựng… Trước những yêu cầu trên, việc xây dựng hệ thống thông tin GIS 3D tích hợp vào hệ thống GIS 2D là cần thiết với nhiều lợi ích về tiết kiệm chi phí, thời gian. Hệ thống này có thể quản lý thông tin không gian một cách hiệu quả, giúp 37 cho công tác đánh giá hiện trạng cũng như xây dựng các kịch bản được thực hiện nhanh chóng hơn. 2.4 Kết luận Như vậy trong chương II, đã tập trung giới thiệu về quy trình quản lý quy hoạch xây dựng, thực trạng và yêu cầu cần phải có phần mềm để quản lý cơ sở dữ liệu quy hoạch xây dựng cũng như yêu cầu về hệ thống thông tin GIS 3D để phục vụ công tác quy hoạch. Với những nội dung đó, do khuôn khổ thời gian thực hiện, luận văn tập trung vào giải quyết việc tích hợp dữ liệu GIS 3D trong hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng, xây dựng dữ liệu 3D từ dữ liệu 2D, tạo các bản đồ chuyên đề trong môi trường 3D và các công cụ trợ giúp việc đánh giá quy hoạch trong môi trường 3D. Trong chương tiếp theo sẽ trình bày về giải pháp công nghệ và thiết kế của hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng mà luận văn đã đặt ra. 38 Chương 3. Phát triển thử nghiệm hệ thống và đánh giá kết quả thu được 3.1 Yêu cầu đặt ra Phần mềm phục vụ công tác quản lý qui hoạch và xây dựng đô thị bằng công nghệ GIS 3D được xây dựng với các mục tiêu sau:  Quản lý hồ sơ bản vẽ qui hoạch phục vụ cho quá trình xây dựng quy hoạch, phê duyệt kiến trúc bằng công nghệ GIS.  Hiển thị trực quan các dự án quy hoạch bằng công nghệ GIS 3D  Chồng phủ quy hoạch và hiện trạng, trợ giúp các công việc thẩm định liên quan đến mỹ quan đô thị, hài hòa kiến trúc.  Áp dụng các công nghệ mới nhằm cải tiến quy trình lập và quản lý quy hoạch xây dựng, quy hoạch kiến trúc.  Cung cấp các công cụ phân tích cảnh quan trong quá trình quy hoạch như tầm quan sát, tầm ảnh hưởng, định hướng không gian.  Quản lý và giám sát các vấn đề về xây dựng theo qui hoạch. Với các yêu cầu trên, hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng đạt được các mục tiêu cụ thể sau: a. Hiển thị trực quan hiện trạng quy hoạch, kiến trúc  Bản đồ hiện trạng thông thường chỉ cung cấp các thông tin về vị trí, kích thước mặt bằng của các tòa nhà, công trình kiến trúc, các thông tin về độ cao, kiến trúc tòa nhà... thường chỉ được thể hiện bằng các thông tin văn bản mô tả kèm theo. Với phần mềm GIS 3D cho phép quản lý qui hoạch, thẩm định kiến trúc cảnh quan đô thị, các công trình xây dùng, kiến trúc các công trình văn hoá, các khu bảo tồn được hiển thị một cách trực quan sinh động như trên thực tế. Mô hình ba chiều cảnh quan đô thị cho phép:  Quan sát hiện trạng xây dựng, kiến trúc chung của từng khu vực  Quan sát hiện trạng xây dựng, kiến trúc chi tiết của từng khu nhà, từng con đường 39  Lựa chọn quan sát mỗi công trình xây dựng, kiến trúc từ nhiều góc độ cao thấp, ở các khoảng cách xa gần khác nhau, quan sát cả phía trước và các phía xung quanh công trình.  Xem xét sự hòa hợp về tổng thể kiến trúc cho từng đường phố, khu quy hoạch...  Quan sát mô hình mô phỏng và đánh giá, so sánh các phương án quy hoạch/kiến trúc/xây dựng giả định để chọn ra phương án tối ưu. b. Chồng phủ mô hình 3 chiều của quy hoạch và hiện trạng, trợ giúp các công việc thẩm định kiến trúc, hài hòa mỹ quan đô thị  Hiện tại công việc thẩm định kiến trúc thường chỉ dựa trên các bản vẽ phối cảnh kiến trúc của công trình kiến trúc cần phê duyệt. Các bản vẽ này cho phép hình dung và xem xét các khía cạnh kiến trúc của bản thân công trình thiết kế. Tuy nhiên việc xem xét này chưa thật đầy đủ vì các cán bộ chuyên môn khó có sự so sánh về tính hài hòa mỹ quan kiến trúc của công trình thiết kế với các công trình hiện có xung quanh.  Mô hình 3 chiều thành phố cho phép đặt chồng phủ kiến trúc của công trình thẩm định thiết kế lên trên nền mô hình quy hoạch kiến trúc, mô hình kiến trúc hiện có của các công trình trong khu vực để xem xét về các khía cạnh:  Kiến trúc của công trình xin phê duyệt có vi phạm kiến trúc đã quy hoạch không (vi phạm về chiều cao xây dựng, vi phạm về tầm thông thoáng...)  Mối tương quan kiến trúc giữa công trình xin phê duyệt kiến trúc và các công trình hiện có.  Sự hài hòa về mỹ quan kiến trúc giữa công trình xin phê duyệt kiến trúc và các công trình hiện có.  Điều này làm cho công tác thẩm định kiến trúc được nâng lên một tầm cao mới, gắn liền công tác duyệt quy hoạch với hiện trạng thực tế. 40 c. Áp dụng các công nghệ mới nhằm cải tiến quy trình lập quy hoạch xây dựng, quy hoạch kiến trúc  Từ trước đến nay công việc lập quy hoạch xây dựng, quy hoạch kiến trúc thường mới chỉ dừng ở mức bản vẽ quy hoạch hai chiều cùng với một số quy định bằng văn bản về độ cao xây dựng, kiến trúc tổng thể. Với việc ứng dụng công nghệ GIS 3D cho phép xây dựng mô hình cảnh quan 3 chiều và khả năng ứng dụng thiết thực của nó, những người quản lý quy hoạch có thể cải tiến quy trình lập quy hoạch với những quy định đổi mới:  Thiết kế quy hoạch tổng thể và quy hoạch chi tiết các khu vực trên mô hình ba chiều (đảm bảo đầu đủ các thông tin về quy hoạch cho mặt bằng, quy hoạch cho độ cao).  Thiết kế và nộp quy hoạch dự án đầu tư trong mô hình 3 chiều nhằm đảm bảo việc chồng phủ thiết kế mới và quy hoạch đã phê duyệt.  Sử dụng các công cụ phân tích mô hình 3 chiều như tính tương quan không gian, tầm quan sát, tầm ảnh hưởng, định hướng không gian trong quá trình xây dựng quy hoạch. 3.2 Thiết kế hệ thống Trong chương trước đã trình bày các khái niệm chung, thực trạng và ứng dụng hệ thống thông tin trong công tác quản lý quy hoạch ở nước ta. Trong khuôn khổ nội dung như đã trình bày trong chương 2, luận văn tập trung xây dựng và tích hợp mô đun GIS 3D với hệ thống Quản lý quy hoạch xây dựng để giải quyết bài toán mô hình hóa 3D nhằm trợ giúp công tác thẩm định và quản lý quy hoạch một cách có hiệu quả hơn. 3.2.1 Kiến trúc tổng thể của hệ thống Hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng là một hệ thống phần mềm quản lý thông tin quy hoạch trong xây dựng. Hệ thống được xây dựng quản lý tích hợp các lớp thông tin khác nhau trong một hệ thống thống nhất: bản đồ và thông tin thuộc tính, thông tin nhà, qui hoạch, bản đồ ảnh, ảnh quét, hồ sơ bản vẽ kỹ thuật. Hệ thống cung cấp đầy đủ các chức năng cơ bản nhất phục vụ công tác quản quy hoạch xây dựng. 41 Phân hệ Quản trị hệ thống Phân hệ Quản hiện trạng Phân hệ Quản lý quy hoạch Phân hệ Tra cứu thông tin Phân hệ GIS 3D ArcGIS Server ArcSDE ArcEngine CƠ SỞ DỮ LIỆU QH XD Hình 8. Kiến trúc tổng thể của hệ thống Quản lý quy hoạch xây dựng Hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng bao gồm 5 phân hệ và quản lý hai khối thông tin: bản đồ và thông tin thuộc tính. Trước đây bản đồ được vẽ trên các vật liệu truyền thống như ván gỗ bồi, giấy, diamat, thông tin thuộc tính được tổ chức lưu trên các loại sổ sách. Sự phát triển của công nghệ thông tin, nhu cầu ngày càng tăng với thông tin quy hoạch và tiềm năng của việc áp dụng công nghệ mới trong lĩnh vực này là các động lực thúc đẩy việc xây dựng Hệ thống trên nền tảng một hệ thống máy tính cho các cấp trung ương và địa phương. 3.2.2 Mô hình phân cấp chức năng của phân hệ GIS 3D Phân hệ quản GIS 3D thực hiện các chức năng quản lý bản đồ và các chức năng hỗ trợ công tác quy hoạch: hiển thị bản đồ, quản lý các lớp, đảm bảo tính đúng đắn, tránh dư thừa dữ liệu của cơ sở dữ liệu bản đồ; tạo mô hình TIN, tạo đường đồng mức, tính toán các công trình xây dựng vượt quá độ cao cho phép, chồng xếp các lớp quy hoạch và hiện trạng. 42 Hình 9. Mô hình phân cấp chức năng của phân hệ GIS 3D 3.2.3 Sơ đồ luồng dữ liệu Hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng vận hành theo nguyên tắc của một hệ thống quản lý dữ liệu tập trung. Hình 10. Luồng dữ liệu của phân hệ GIS 3D 43 Thông tin được lưu trữ tập trung trong CSDL duy nhất. CSDL đặt tại Sở xây dựng. Hệ thống hoạt động theo kiến trúc khách/chủ (Client/Server) trên hệ thống mạng máy tính cục bộ (Local Area Network - LAN). Để quản trị CSDL và đáp ứng nhu cầu về thông tin của các người sử dụng khác nhau, hệ thống có một hệ quản trị CSDL (Database Management System). Những người dùng khác nhau của hệ thống (client) sử dụng các ứng dụng khác nhau (application) truy nhập vào CSDL thông qua hệ quản trị CSDL. Mô hình hoạt động theo kiến trúc khách/chủ cho phép hệ thống quản lý được tập trung dữ liệu và phục vụ nhiều người sử dụng cùng một lúc. 3.3 Xây dựng mô hình 3D từ dữ liệu 2D Bề mặt địa hình rất khó được mô hình hóa một cách chính xác, các thông tin về địa hình hầu hết được dựa trên các yếu tố được lấy mẫu thường là trị đo của các điểm, các đường đặc trưng địa hình. Nói một cách khác, kết quả thu thập dữ liệu (kết quả đo đạc) cho DTM chỉ là các mẫu nhất định (rời rạc) của một bề mặt liên tục. Để có thể mô hình hóa một bề mặt liên tục dựa trên các trị đo rời rạc thì cần phải có các quy tắc nội suy cho phép tính được độ cao các điểm nằm ở khoảng giữa các trị đo. Do vậy việc thành lập mô hình số địa hình ngoài việc thu thập dữ liệu còn phải thực hiện một nhiệm vụ quan trọng khác là nội suy để có thể đảm bảo rằng tại bất cứ vị trí nào giữa các điểm đã được đo cũng có thể có được giá trị độ cao của bề mặt địa hình. 3.3.1 Phép nội suy Cơ sở logic của phép nội suy Cơ sở logic của phép nội suy là các giá trị tại các điểm gần nhau hơn trong không gian thì thường có khả năng giống nhau hơn các điểm cách xa nhau trong không gian. Nói chung hai điểm được đo cách nhau một khoảng ngắn cỡ vài mét thì dễ có các giá trị độ cao gần giống nhau hơn là các điểm cách xa nhau khoảng vài ki lô mét. Các phương pháp nội suy Các phương pháp nội suy có thể được chia làm hai nhóm được là nội suy hàm tổng thể (global) và nội suy hàm cục bộ (local). Các phép nội suy hàm tổng thể sử dụng toàn bộ các dữ liệu đã thu tập được để tính toán cho các điểm chưa biết của mô hình. Các phép nội suy hàm cục bộ sử dụng các điểm đã được đo lân 44 cận của điểm chưa biết để tiến hành tính toán. Trong mô hình số địa hình phép nội suy được sử dụng là các phép nội suy hàm cục bộ. Các phép nội suy hàm cục bộ sử dụng các giá trị được đo tại các điểm gần nhất với các điểm cần nội suy để tính toán. Trong các phép nội suy này quá trình được tiến hành như sau: Xác định vùng lân cận xung quanh điểm cần nội suy Tìm các điểm đã được lấy mẫu trong vùng lân cận này Chọn một hàm toán học để miêu tả sự biến thiên của bề mặt trong vùng lân cận với số lượng điểm nhất định đã được lấy mẫu. Tính giá trị tại các điểm cần nội suy. Chất lượng của phép nội suy phụ thuộc vào số lượng, sự phân bố, độ chính xác của các điểm đã biết và hàm toán học được chọn 3.3.2 Xây dựng bề mặt địa hình 3D Quy trình tạo mô hình số địa hình và các dữ liệu 3D Hình 11. Quy trình tạo dữ liệu 3D từ dữ liệu 2D Xử lý dữ liệu đầu vào Dữ liệu đầu vào của chương trình là số liệu đo các điểm đặc trưng địa hình, các điểm này được phân bố ngẫu nhiên. Do đó trước khi đưa và chương trình xử lý cần phải được tổ chức sắp xếp cho phù hợp với quy trình làm việc của phần mềm. Xử lý dữ liệu đầu vào Xây dựng và biên tập mô hình TIN Tạo dữ liệu 3D Sắp xếp điểm Loại điểm trùng Xây dựng mô hình từ tập các điểm đầu vào Xây dụng mô hình từ các điểm đo kết hợp với các đường đặc trưng địa hình Vẽ đường đồng mức Nội suy độ cao Vẽ mặt cắt địa hình 45 Xây dựng mô hình Chức năng xây dụng mô hình cho phép thành lập lưới tam giác từ dữ liệu các điểm địa hình đã qua xử lý và các đường đặc trưng địa hình. Tạo dữ liệu 3D từ mô hình số địa hình Từ mô hình xây dựng được dựa trên yêu cầu của thực tế sử dụng, khai thác mô hình để đưa ra các dữ liệu khác như: độ cao tại một điểm, đường đồng mức, mặt cắt địa hình... Xây dựng bề mặt địa hình 3D Từ tập hợp các điểm dữ liệu đo ban đầu có nhiều cách để phân chia bề mặt địa hình thành một mạng lưới gồm các tam giác không đều liền kề (tam giác hóa bề mặt địa hình) . Vấn đề là phải tìm cách để tam giác hóa bề mặt địa hình từ tập các điểm đo sao cho lưới tam giác này biểu diễn bề mặt địa hình một cách sát thực nhất. Có rất nhiều phương pháp để thành lập mô hình TIN. Hiện nay chủ yếu sử dụng lưới tam giác Delaunay để biểu diễn bề mặt địa hình.  Phương pháp góc lớn nhất Phương pháp này xây dựng trực tiếp các tam giác Delaunay, dựa theo một tính chất được rút ra từ định nghĩa. Vì ba điểm của tam giác không chứa một điểm trong nó, nên nếu giả sử ta đã biết hai điểm là đỉnh của tam giác Delaunay, đỉnh thứ ba sẽ là điểm trong tập hợp điểm có góc nhìn từ điểm này xuống hai điểm đã biết kia là lớn nhất. Do góc trong tam giác có giá trị trong khoảng từ 00 đến 1800, hàm cosin luôn nghịch biến, ta có thể thay thế bằng việc tìm giá trị cosin nhỏ nhất. Ký hiệu hai đỉnh Delaunay đã biết là A và B, đỉnh cần tìm là C, các cạnh đối diện tương ứng là a, b, c ta có: ab cbaC 2 cos 222   Việc tìm góc lớn nhất phải được thực hiện theo từng phía của cạnh. Phương pháp góc lớn nhất có thể được sử dụng khi số lượng điểm cần tam giác hóa nhỏ.  Phương pháp chia để trị (Divide anh Conquer) Phương pháp chia để trị có độ phức tạp O(nlogn) được đề xuất bởi Shamos và Hoey (1975), Lee và Schachter (1980). Vì các thuật toán sắp xếp có độ phức 46 tạp ít nhất là O(nlogn), do đó bất kỳ một thuật toán tam giác hóa Delaunay nào cũng có độ phức tạp ít nhất là O(nlogn). Thuật toán Chia để trị đã đạt được độ phức tạp này, là tốt nhất về lý thuyết. Tuy nhiên, trên thực tế Dwyer (1987) đã công bố một số biện pháp để thuật toán này có độ phức tạp trung bình và trong tình huống xấu nhất là O(nloglogn) Mô hình TIN theo thuật toán này có thể được xây dựng bằng cách sử dụng sơ đồ Voronoi hoặc trực tiếp tạo các tam giác Delaunay. Thuật toán Lee và Schachter được thể hiện bằng các bước khái quát như sau: - Sắp xếp các điểm theo giá trị tọa độ X, nếu X bằng nhau sắp xếp theo Y - Chia danh sách điểm thành hai nửa - Tam giác hóa cho từng nửa - Trộn các tam giác ở hai nửa  Phương pháp tăng dần (Incremental) Nếu phương pháp tăng dần có sử dụng các cấu trúc dữ liệu phù hợp, theo OhyaIri và Murota (1984), thì hiệu quả của nó còn cao hơn thuật toán Chia để trị, bởi vì tư tưởng của thuật toán này đơn giản và có độ phức tạp trung bình tuyến tính (mặc dù độ phức tạp trong tình huống xấu nhất là O(n2)). Cũng như phương pháp chia để trị, phương pháp này có thể được xây dựng thông qua sơ đồ Voronoi hoặc trực tiếp tạo các tam giác Delaunay. Tư tưởng của thuật toán là chèn từng điểm vào một mô hình tam giác Delaunay đã có. Các bước cho phương thức trực tiếp: - Tạo bao lồi. - Tam giác hóa cho các điểm trên bao lồi - Chèn điểm (đối với các điểm còn lại) - Tìm tam giác chứa điểm - Tạo tam giác mới có đỉnh là điểm xét - Kiểm tra với tam giác kế cận, nếu cần thì hoán đổi tam giác Do việc kiểm tra và hoán đổi tam giác sẽ kết thúc rất nhanh, nên độ phức tạp của thuật toán sẽ phụ thuộc chủ yếu vào độ phức tạp của thao tác tìm tam giác chứa điểm. Điểm yếu của phương pháp này khi tất cả các điểm nằm trên bao lồi. Tuy nhiên, các bước trong thao tác chèn điểm có thể được sử dụng cho mục đích 47 biên tập trên mô hình. Hiện nay phương pháp này đã được cải tiến, sự cải tiến của phương pháp này là sử dụng 3 điểm ảo chứa hòan toàn tập điểm cần tam giác hóa thay cho bước tạo bao lồi. Việc lựa chọn 3 điểm ảo này sao cho nó không phá hủy bất kỳ cạnh nào của lưới tam giác sinh ra từ tập điểm. Thuật toán Incremental dễ hiểu, dễ cài đặt gần gũi với các thao tác biên tập tam giác. 3.4 Các kết quả đạt được Hệ thống Quản lý quy hoạch xây dựng có tích hợp phân hệ GIS 3D đã được ứng dụng trong việc lập quy hoạch chi tiết khu đô thị mới đại lộ 13-5 thành phố Hải Phòng. Sau đây là một số kết quả đạt được: 3.4.1 Xây dựng mô hình địa hình số Hình 12. Bản đồ đường đồng mức thị xã Đồ Sơn Mô hình địa hình số TIN được xây dựng từ dữ liệu 2D với các lớp dữ liệu: đường bình độ, điểm độ cao, các đối tượng địa hình như sông suối, ao hồ... Sử dụng thuật toán Delaunay để tạo các tam giác liên kết với nhau, Mỗi đỉnh của tam giác được thể hiện bằng tọa độ địa lý x,y và z, trong đó z được gán bằng với giá trị cao độ của địa hình. 48 Hình 13. Bản đồ bề mặt địa hình 3D 3.4.2 Xây dựng bản đồ hiện trạng địa hình 3D và các thuộc tính từ 2D Hình 14. Chồng xếp các lớp đường đồng mức, bản đồ bề mặt và lớp điểm + Chồng xếp các lớp đường đồng mức, bản đồ bề mặt địa hình hình thành bản đồ đánh giá hiện trạng tự nhiên với nhiều thuộc tính trong thời gian ngắn 49 - Hiện trạng sử dụng đất: + Gắn các thuộc tính: chức năng sử dụng đất, diện tích, mật độ, tầng cao đến từng ô đất (mức độ chi tiết theo yêu cầu của đồ án: quy hoạch chung, quy hoạch chi tiết 1/2000, quy hoạch chi tiết 1/500) + Mô hình hóa dạng 3D có gắn các thuộc tính Hình 15. Tạo mô hình 3D từ dữ liệu 2D và thuộc tính - Hiện trạng kiến trúc cảnh quan: Liên kết các thuộc tính, mô hình hóa dạng 3D từ bản đồ 2D và các thuộc tính sau: + Di tích lịch sử, văn hoá: kiến trúc, kinh tế, quy mô tầng cao + Công trình công cộng: trung tâm hành chính chính trị, y tế, giáo dục, thương mại dịch vụ: kiến trúc hiện đại, trung bình, xấu + Nhà ở + Công viên cây xanh tập trung: đảm bảo, không đảm bảo + Cây xanh đường phố: đảm bảo, không đảm bảo - Phân vùng theo giá trị của đất: + Vùng sinh lời bán 50 + Vùng nâng cao chất lượng sống + Vùng kém thu hút đầu tư…. - Đánh giá phân vùng: + Vùng cấm xây dựng: di tích lịch sử văn hoá, đất quốc phòng an ninh + Vùng hạn chế xây dựng: o Khu dân cư lâu đời, truyền thống, mật độ cao o Các công trình công cộng cần mở rộng nâng cấp o Các khu công viên cây xanh cần nâng cấp o Các tuyến giao thông không đảm bảo o Hệ thống hồ điều hoà cần chỉnh trang + Vùng thuận lợi xây dựng: o Đất trống: đất nông nghiệp xen kẽ, năng suất thấp, đất hoang hoá, bãi bồi, vùng ngập nước. o Các khu vực gây ô nhiễm o Các khu dân cư tạm tự phát o Có điểm nhấn tốt o Có khả năng gắn kết với đầu mối giao thông 51 Hình 16. Mô hình 3D thể hiện màu sắc theo thuộc tính 3.4.3 Xây dựng mô hình 3D hoá các bản vẽ AutoCAD Hình 17. Chuyển đổi từ dạng dữ liệu và mặt bằng sang 3D Ngoài khả năng không mất thời gian và công sức chuyển từ dạng 2D sang 3D, thì hệ thống có cơ chế chuyển đổi mà vẫn tồn tại các thuộc tính gốc. Do đó, khi cần thiết chúng ta có thể thay đổi các thông số như: chỉ tiêu, hệ số sử dụng đất, số tầng cao nhà, chiều cao nhà... 3.4.4 Quản lý kiểm soát không gian - Đánh dấu tầng cao: nhằm đánh giá mật độ xây dựng, sức chứa, quan sát, phân tích không gian. 52 Hình 18. Hình ảnh đánh dấu tầng cao công trình trên mặt bằng (nếu cần chi tiết) Hình 19. Hình ảnh đánh dấu tầng cao trung bình của lô đất (không cần chi tiết) - Thống kê theo vùng hoặc theo khu vực cần thiết: Khi nghiên cứu lập dự án quy hoạch hoặc quản lý sự phát triển của đô thị, hai công tác này luôn luôn muốn nắm rõ những thông số kỹ thuật của vùng mình đang nghiên cứu hoặc đang quản lý. GIS cho phép chúng ta quan sát thông tin dưới rất nhiều cách mà vẫn không mất thời gian tính toán. 53 Hình 20. Thống kê công trình và lô đất toàn bộ bản vẽ Hình 21. Thống kê công trình trên 1 loại đất. 54 Hình 22. Thống kê mật độ xây dựng theo khu vực. Hình 23. Thống kê về hạ tầng kỹ thuật. 55 Hình 24. Thống kê để tìm các đối tượng vi phạm vùng cấm. Trên đây là 5 cách thống kê thường dùng nhất khi nghiên cứu lập dự án và quản lý sự phát triển đô thị. Ngoài 5 cách này còn có một số cách thống kê khác phục vụ cho công tác nghiên cứu lập quy hoạch ta sẽ xét trong phần ví dụ. - Kiểm tra các không gian, cảnh quan Hình 25. Kiểm tra vi phạm chiều cao bằng phương pháp 3D (H>=50m) 56 Hình 26. Kiểm tra nhiều điều kiện bằng phương pháp thống kê và đánh dấu. - Lựa chọn địa điểm, tầm nhìn từ đó xây dựng các công trình điểm nhấn quan trọng. Hình 27. Kiểm tra trường nhìn của người khi tham gia giao thông, với 1 góc nhìn thông thường T=30,D=45,N=120 bằng phương pháp hình nón quan sát. 57 Phương pháp hình nón còn là một cơ sở rất quan trọng khi chúng ta quản lý sự phát triển tầng cao các công trình xây quanh một quảng trường hoặc bờ hồ... (lúc này góc nhìn là tuỳ chọn theo khống chế, tâm nhìn tại vùng trung tâm và hướng nhìn vuông góc với mặt đất. 3.4.5 Quy hoạch kiến trúc cảnh quan Xây dựng mô hình kiến trúc cảnh quan bằng GIS (quá trình xây dựng hoàn toàn tự động và không chỉ xây dựng theo chiều cao thông thường mà có thể theo nhiều trường thuộc tính khác nhau). Hình 28. Mô hình khu đô thị 13-5 và tuyến đường thiết kế 58 3.4.6 Phân vùng không gian - Không gian trống, cây xanh Hình 29. Không gian trống, cây xanh - Các khu thấp tầng Hình 30. Các khu thấp tầng Khi nghiên cứu và lập quy hoạch, không gian do người thiết kế dựa trên các yêu cầu, trên ý tưởng hoặc sự hình dung nào đó về tuyến giao thông, sự đóng 59 mở không gian cũng được tưởng tượng ra mà chưa hề thực trải. Một cách thông thường, muốn thấy trước được việc đi trên tuyến đường này ra sao cần dùng chương trình 3Dmax lập lại mô hình, trình chiếu video động. Nhưng cách làm video quá mất công, mất thời gian, và kinh phí lớn. Đây cũng là một khó khăn cho người thiết kế khi kiểm tra lại sản phẩm của mình có đạt hiệu quả không gian hay không. 3.5 Kết luận Hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng đô thị được phát triển với nhiều chức năng xử lý dữ liệu, quản lý các bản vẽ, đồ án quy hoạch… đã đáp ứng được một phần yêu cầu thực tế về việc sử dụng GIS trong việc quản lý quy hoạch xây dựng ở các địa phương. Hệ thống có tính mở cao, dễ phát triển, cập nhật và thân thiện với người sử dụng. Hệ thống đã được ứng dụng tại Sở quy hoạch xây dựng của các địa phương: Hải Phòng, Hà Nội và bước đầu được đánh giá là đã đáp ứng được các yêu cầu trong công tác quản lý quy hoạch, giúp cho công tác quản lý nhanh chóng và hiệu quả hơn. 60 Chương 4. Kết luận và hướng phát triển Những kết quả tìm hiểu, nghiên cứu của luận văn về yêu cầu quản lý nhà nước trong lĩnh vực quản lý quy hoạch đô thị và thực trạng ứng dụng công nghệ thông tin đã cho thấy việc xây dựng hệ thống phần mềm hỗ trợ cho công tác quản lý quy hoạch xây dựng là vô cùng cần thiết. Hệ thống này không chỉ là một hệ thống hỗ trợ quản lý, công cụ đa mục tiêu của riêng ngành quản lý mà còn có tác động to lớn đến sự phát triển của nhiều ngành kinh tế khác như xây dựng, giao thông, nông nghiệp, quy hoạch đô thị, quản lý dân số, an ninh lương thực, bảo vệ trật tự an ninh… Sau đây là các kết quả chính mà luận văn thực hiện được:  Tìm hiểu về hệ thống thông tin địa lý và công nghệ GIS 3D.  Trên cơ sở phân tích thực trạng và nhu cầu, luận văn đã xác định được yêu cầu và những nội dung chính của hệ thống thông tin phục vụ cho bài toán quản lý quy hoạch xây dựng.  Phân hệ quản lý quy hoạch xây dựng với GIS 3D đã được phát triển trong luận văn và được tiến hành thử nghiệm ở Sở quy hoạch kiến trúc Hải Phòng với các kết quả đạt được như sau: - Mô hình hóa 3D theo chuyên đề, thuộc tính: hiện trạng tự nhiên, hiện trạng sử dụng đất, hiện trạng kiến trúc cảnh quan - Chuyển đổi dữ liệu từ 2D sang 3D. - Chồng xếp các lớp chuyên đề để phân tích đánh giá hiện trạng để phân định ra các vùng thuận lợi, hạn chế, cấm xây dựng và vùng đất có khả năng sinh lời… - Thiết kế quy hoạch o Thể hiện các ý tưởng quy hoạch bằng tạo các đối tượng vùng, điểm, đường. o Nghiên cứu lập các kịch bản cơ cấu quy hoạch phân khu chức năng dưới dạng 3D có gắn với các thuộc tính cơ bản. o Xác định chi tiết từng khu chức năng theo các kịch bản: tỷ lệ các loại đất theo yêu cầu, kiểm tra sự hợp lý về tính toán bán kính phục vụ của các công trình công cộng, sức chứa, độ cao… 61 o Thiết kế, kiểm soát độ cao các công trình điểm nhấn, cây xanh không gian mở, hiệu quả không gian các điểm nhìn chính. - Phân tích và mô hình hóa các phương án thiết kế o Lập bản đồ chuyên đề o Chồng xếp o Mô hình hóa 3D - Điều chỉnh quy hoạch theo các phương án, qua mỗi đợt báo cáo tiếp thu nâng cao. - Tổng hợp thuộc tính các báo cáo theo yêu cầu. - Xuất bản vẽ GIS ra Autocad, 3D Max, Photoshop…để tinh chỉnh. Hướng phát triển  Tiếp tục hoàn thiện phần mềm để đáp ứng các nhu cầu khác nhau về công tác quản lý quy hoạch xây dựng đô thị.  Phát triển các công cụ xử lý dữ liệu.  Tiếp tục hoàn thiện và đi đến xây dựng một hệ thống các qui trình và chức năng chuẩn về phần mềm quản lý quy hoạch xây dựng trong toàn ngành nhằm đảm bảo sự thống nhất của hệ thống thông tin quản lý xây dựng đô thị ở Việt Nam. 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Bộ Xây Dựng (2006), Quy chuẩn và tiêu chuẩn xây dựng, Hà Nội. 2. Bộ Xây Dựng (2008), Quy chuẩn xây dựng Việt Nam, quy hoạch xây dựng, Hà Nội. 3. Nguyễn Văn Ba (2003), Phân tích và thiết kế hệ thống thông tin, Hà Nội. 4. Lê Thị Kim Dung (2007), Giáo trình kỹ thuật đô thị, Đà Nẵng. 5. Đặng Văn Đức (2001), Hệ thống thông tin địa lý, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội. Tiếng Anh 6. Environmental Systems Research Institute (2000), Modeling our word, ESRI Press; illustrated edition edition Esri. 7. Environmental Systems Research Institute (1999), Building a geodatabase, ESRI Press; illustrated edition. 8. Kang Tsung Chang (2007), Programming ArcObjects with VBA, CRC Press. 9. Michael Zeiler (2010), Modeling Our World: The ESRI Guide to Geodatabase Concepts, ESRI Press. 10. Michael Zeiler (2001), Exploring ArcObjects, ESRI Press. 11. P.A.Burrouch (1987), Principle of Geographycal Information System, Oxford. 12. USGS (2005), Geographic Information System, U. S. Geological Survey. 509. National Center, Reston, VA 20192, USA.