Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Xây dựng mô hình thành phố ảo cho quy hoạch đô thị

Luận án tiến sĩ nghiên cứu kỹ thuật nghiên cứu xây dựng mô hình thành phố ảo phục vụ công tác quy hoạch đô thị, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng dụng trong lĩnh

• Tác giả: Mai Văn Sỹ
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Trường Xuân
• Trường học: Trường Đại học Mỏ - Địa chất
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ
• Đề tài: Nghiên cứu xây dựng mô hình thành phố ảo phục vụ công tác quy hoạch đô thị
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. 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
• 1.2. Tổng quan về quy hoạch không gian, quy hoạch đô thị
• 1.3. Yêu cầu của quy hoạch đô thị
• 1.4. Thực trạng công tác lập đồ án quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta
• 1.5. 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
• 1.6. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
• 1.7. Hướng nghiên cứu của đề tài luận án
• 2. 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
• 2.2. Nội dung dữ liệu không gian của mô hình thành phố 3D
• 2.2.1. Nhóm dữ liệu nền địa lý 3D
• 2.2.2. Nhóm dữ liệu địa vật trong không gian đô thị
• 2.2.3. Tích hợp từ các nguồn dữ liệu khác
• 2.3. Nghiên cứu đề xuất cơ sở dữ liệu thành phố ảo 3D
• 2.3.1. Khung tham chiếu không gian của dữ liệu
• 2.3.2. Cấu trúc đồ họa đối tượng 3D
• 2.3.3. Đề xuất cấp độ chi tiết trong mô hình thành phố ảo 3D
• 2.4. Đề xuất nội dung và cấu trúc dữ liệu
• 2.5. Đề xuất quy trình xây dựng thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị
• 2.5.1. Quy trình tổng quát
• 2.5.2. Quy trình xây dựng bản đồ 3D từ ảnh viễn thám độ phân giải cao
• 2.5.3. Đề xuất quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch đô thị
• 3. 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
• 3.2. Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D khu thử nghiệm
• 3.2.1. Lựa chọn phần mềm
• 3.2.2. Công tác chuẩn bị dữ liệu để xây dựng mô hình 3D
• 3.2.3. Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D
• 3.2.4. Tích hợp phương án quy hoạch
• 3.2.4.1. Số hóa phương án
• 3.2.4.2. Chuẩn hóa dữ liệu không gian 3D phương án quy hoạch
• 3.2.4.3. Tích hợp phương án quy hoạch lên mô hình thành phố ảo 3D
• 3.2.5. Xây dựng một số “công cụ” phần mềm hỗ trợ
• 3.3. Giới thiệu một số kết quả ứng dụng mô hình thành phố ảo 3D khu thực nghiệm
• 3.3.1. Trình diễn các góc nhìn mô hình
• 3.3.2. Phân tích và Mô phỏng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
• ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về quy hoạch đô thị

Quy hoạch đô thị là một lĩnh vực quan trọng trong việc tổ chức và xây dựng không gian sống cho cộng đồng. Nó không chỉ đơn thuần là việc sắp xếp các công trình mà còn là nghệ thuật tổ chức không gian chức năng, nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững. Quy hoạch đô thị cần phải đáp ứng các yêu cầu về thiết kế, cấu trúc không gian, môi trường sinh thái và các yếu tố kinh tế - xã hội. Việc áp dụng công nghệ thông tin, đặc biệt là công nghệ thông tin địa lý và hệ thống thông tin địa lý (GIS), đã trở thành một phần không thể thiếu trong quy hoạch đô thị hiện đại. Mô hình hóa không gian 3D cho phép các nhà quy hoạch có cái nhìn trực quan hơn về các dự án, từ đó đưa ra quyết định chính xác hơn.

1.1. Tình hình quy hoạch đô thị tại Việt Nam

Tại Việt Nam, công tác quy hoạch đô thị đang đối mặt với nhiều thách thức. Việc áp dụng các mô hình 3D trong quy hoạch vẫn còn hạn chế. Các nhà khoa học và chuyên gia đã bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ thông tin để xây dựng các mô hình 3D, nhưng vẫn còn nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết. Việc thiếu một khung chuẩn thống nhất cho cơ sở dữ liệu không gian và các thuộc tính của đối tượng 3D đã làm giảm hiệu quả của quy hoạch đô thị. Do đó, việc xây dựng mô hình thành phố ảo 3D là cần thiết để nâng cao chất lượng quy hoạch và quản lý đô thị.

II. Cơ sở khoa học xây dựng mô hình thành phố ảo 3D

Mô hình thành phố ảo 3D là một công cụ mạnh mẽ trong quy hoạch đô thị. Nó cho phép các nhà quy hoạch mô phỏng và phân tích các yếu tố không gian một cách trực quan. Cơ sở dữ liệu thành phố ảo 3D cần được xây dựng với nội dung và cấu trúc rõ ràng, bao gồm các thông tin về địa lý, hạ tầng và các yếu tố môi trường. Việc tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác và đầy đủ của mô hình. Công nghệ mô phỏng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích các kịch bản phát triển đô thị khác nhau, từ đó đưa ra các quyết định hợp lý cho quy hoạch.

2.1. Đề xuất quy trình xây dựng mô hình

Quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D cần được thực hiện một cách hệ thống và khoa học. Đầu tiên, cần xác định các loại dữ liệu cần thiết, bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính. Sau đó, các dữ liệu này sẽ được tích hợp vào một cơ sở dữ liệu thống nhất. Việc sử dụng các phần mềm chuyên dụng để xây dựng mô hình 3D là rất quan trọng. Cuối cùng, mô hình cần được kiểm tra và đánh giá để đảm bảo tính chính xác và khả năng ứng dụng trong thực tế. Quy trình này không chỉ giúp nâng cao chất lượng quy hoạch mà còn tạo ra một nền tảng vững chắc cho việc phát triển đô thị bền vững.

III. Thực nghiệm xây dựng mô hình thành phố ảo 3D tại Khu công nghiệp Kiến Thụy

Thực nghiệm xây dựng mô hình thành phố ảo 3D tại Khu công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng đã cho thấy những kết quả khả quan. Việc áp dụng công nghệ thông tin và công nghệ mô phỏng đã giúp các nhà quy hoạch có cái nhìn rõ ràng hơn về các dự án phát triển. Mô hình 3D không chỉ giúp phân tích các yếu tố không gian mà còn hỗ trợ trong việc ra quyết định. Các kết quả từ thực nghiệm cho thấy rằng mô hình thành phố ảo 3D có thể được sử dụng để tối ưu hóa quy hoạch và quản lý đô thị, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng đất và cải thiện chất lượng cuộc sống cho người dân.

3.1. Kết quả ứng dụng mô hình 3D

Kết quả từ việc ứng dụng mô hình thành phố ảo 3D tại Khu công nghiệp Kiến Thụy đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này. Mô hình đã giúp các nhà quy hoạch nhận diện được các vấn đề tiềm ẩn trong quy hoạch, từ đó đưa ra các giải pháp hợp lý. Việc sử dụng mô hình 3D cũng đã tạo ra một môi trường làm việc trực quan hơn, giúp các bên liên quan dễ dàng trao đổi và thảo luận về các dự án. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả công việc mà còn tạo ra sự đồng thuận giữa các bên liên quan trong quá trình quy hoạch và phát triển đô thị.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Công trình nghiên cứu tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu xây dựng mô hình thành phố ảo phục vụ công tác quy hoạch đô thị" của nghiên cứu sinh Mai Văn Sỹ, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Trường Xuân tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất (Hà Nội, 2019, chuyên ngành Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ, Mã số: 9520503), đặt nền móng tiên phong cho việc chuyển dịch phương pháp luận quy hoạch đô thị tại Việt Nam từ nền tảng bản đồ 2D truyền thống sang hệ sinh thái không gian địa lý ảo 3D (3D Geovirtual Environments - GeoVE). Trong kỷ nguyên xây dựng đô thị thông minh (SmartCity) và yêu cầu quản lý không gian đa chiều, nghiên cứu đã giải quyết trực diện khoảng trống học thuật và kỹ thuật khi mà các ứng dụng 3D tại Việt Nam trước đây chỉ dừng lại ở mức độ "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".

Nghiên cứu tập trung giải quyết các câu hỏi nghiên cứu và giả thuyết khoa học cốt lõi:

• Câu hỏi nghiên cứu 1 (RQ1): Cơ sở khoa học, cấu trúc dữ liệu không gian và cấp độ chi tiết (Level of Detail - LoD) nào là tối ưu để chuẩn hóa mô hình dữ liệu thành phố ảo 3D (3D Cartographic Model - 3DCM) tích hợp từ dữ liệu nền địa lý 2D, viễn thám và hồ sơ quy hoạch đô thị tại Việt Nam?
• Câu hỏi nghiên cứu 2 (RQ2): Quy trình công nghệ nào cho phép tích hợp đồng bộ dữ liệu đa nguồn (UAV, LiDAR, GIS, CAD) và tự động hóa các công cụ kiểm tra quy chuẩn kiến trúc - quy hoạch trong môi trường không gian 3D tương tác?
• Giả thuyết khoa học 1 (H1): Cơ sở dữ liệu thành phố ảo 3D được chuẩn hóa cấu trúc hình học và bảng thuộc tính có khả năng đáp ứng đồng thời yêu cầu trực quan hóa phối cảnh không gian và cung cấp công cụ phân tích định lượng phục vụ công tác thẩm định, ra quyết định quy hoạch.
• Giả thuyết khoa học 2 (H2): Quy trình công nghệ kết hợp giữa mô hình hóa đùn khối (Extrusion-based modeling), mạng tam giác không đều (TIN), mô hình số bề mặt (DSM/DTM) và công nghệ GeoVE cho phép kiểm soát chính xác các chỉ tiêu mật độ xây dựng, hệ số sử dụng đất, khoảng lùi và tầm nhìn đô thị theo quy chuẩn pháp lý hiện hành.

Khung lý thuyết của luận án được xây dựng dựa trên sự giao thoa giữa Lý thuyết Môi trường địa lý ảo (Geovirtual Environments - GeoVE), Tiêu chuẩn dữ liệu không gian đô thị CityGML của Hiệp hội Không gian Địa lý Mở (OGC), Lý thuyết Quản trị đô thị 3D/4D (UN-HABITAT) và Hạ tầng dữ liệu không gian (SDI). Phạm vi nghiên cứu được kiểm chứng thực nghiệm toàn diện trên diện tích 912,83 ha tại Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng. Toàn bộ luận án được cấu trúc trong 133 trang A4, tích hợp 6 bảng biểu kỹ thuật, 70 hình vẽ và sơ đồ quy trình chi tiết, đóng góp hệ thống công cụ định lượng đột phá cho ngành kỹ thuật trắc địa bản đồ và quy hoạch xây dựng đô thị.

Literature Review và Positioning

Lịch sử mô hình hóa không gian đô thị ghi nhận ý tưởng ứng dụng không gian 3D trong quy hoạch đã được kiến trúc sư Eliel Saarinen đặt nền móng từ nửa đầu thế kỷ 20. Tuy nhiên, sự phát triển vượt bậc của khoa học máy tính và Hệ thông tin địa lý (GIS) từ thập niên 1960 mới thực sự kích hoạt cuộc cách mạng chuyển đổi từ 2D GIS sang 3D GIS (Batty, 2000; Shiode, 2001). Tổng quan y văn quốc tế ghi nhận hai trường phái học thuật lớn:

1. Trường phái Đồ họa - Kiến trúc thuần túy (CAD/VR Paradigm): Đại diện bởi các công cụ Computer Graphics Science (CGS), tập trung vào chất lượng hiển thị quang học, kết xuất thực tế ảo (Photorealistic Rendering) nhưng thiếu hụt cấu trúc topo không gian, không quản lý được cơ sở dữ liệu thuộc tính và phân tích không gian đô thị đa biến (Batty, 2005).
2. Trường phái Không gian Địa lý Ngữ nghĩa (Semantic 3D GIS Paradigm): Được khởi xướng bởi OGC với chuẩn CityGML, dẫn đầu bởi các nghiên cứu của Yin & Hastings (2007) về phân tích hạn chế chiều cao và quy chuẩn xây dựng tại New York, cùng dự án hợp tác học thuật giữa Viện Hasso-Plattner Potsdam, Đại học Kỹ thuật Berlin và Công ty 3DGeo GmbH (Đức) về phát triển hệ thống thông tin đất đai dựa trên môi trường GeoVE (3D Geovirtual Environments).

                      ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
                      │    TIẾN TRÌNH TIẾP CẬN MÔ HÌNH HÓA ĐÔ THỊ HỌC THUẬT     │
                      └────────────────────────────┬────────────────────────────┘
                                                   │
                ┌──────────────────────────────────┴──────────────────────────────────┐
                ▼                                                                     ▼
┌───────────────────────────────┐                                   ┌───────────────────────────────────┐
│     Trường phái CAD / VR      │                                   │    Trường phái Semantic 3D GIS    │
│ (Batty, CGS, Photorealistic)  │                                   │  (OGC CityGML, Yin & Hastings)    │
├───────────────────────────────┤                                   ├───────────────────────────────────┤
│ • Tập trung thẩm mỹ, render   │                                   │ • Quản lý cơ sở dữ liệu topo     │
│ • Thiếu cấu trúc Geodatabase  │                                   │ • Tích hợp phân tích không gian   │
│ • Không gắn thuộc tính quy chế│                                   │ • Hỗ trợ ra quyết định đa chỉ tiêu│
└───────────────┬───────────────┘                                   └─────────────────┬─────────────────┘
                │                                                                     │
                └──────────────────────────────────┬──────────────────────────────────┘
                                                   ▼
                                ┌─────────────────────────────────────┐
                                │   ĐỊNH VỊ ĐỘT PHÁ CỦA LUẬN ÁN       │
                                │   (Mai Văn Sỹ, 2019 - Mỏ Địa chất)  │
                                ├─────────────────────────────────────┤
                                │ • CSDL Thành phố ảo 3D đa cấp LoD   │
                                │ • Tự động hóa kiểm định quy chuẩn   │
                                │ • Tối ưu hóa cho hạ tầng VN 1:2000  │
                                └─────────────────────────────────────┘

Tại các quốc gia phát triển, việc xây dựng mô hình 3D cấp quốc gia đã trở thành tiêu chuẩn quản trị: Đan Mạch đã hoàn thành mô hình 3D cho 2,2 triệu ngôi nhà trên toàn quốc từ giai đoạn 2004–2008; tập đoàn BlomInfo xây dựng mô hình 3D cho 100 thành phố tại Châu Âu và Bắc Mỹ cung cấp dữ liệu cho TeleAtlas; Thụy Sỹ triển khai hệ thống mô hình cảnh quan số quốc gia thông qua cơ quan Swiss Topo từ năm 2008; và Cơ quan Khảo sát Địa chất Vương quốc Anh (Ordnance Survey) đã tích hợp CityGML vào Hạ tầng Dữ liệu Không gian Quốc gia (National SDI).

Tại Việt Nam, các nghiên cứu trước năm 2019 của Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam (2013, 2014) hay Trung tâm Viễn thám Quốc gia (2011) chủ yếu tiếp cận theo hướng thử nghiệm sản xuất bản đồ trực ảnh hoặc phát triển bản đồ 3D hiển thị tĩnh từ công nghệ LiDAR mà chưa thiết lập một mô hình cơ sở dữ liệu không gian 3D hoàn chỉnh. Nghiên cứu của Bùi Ngọc Quý (2008, 2015) bước đầu ứng dụng ArcScene và xây dựng thử nghiệm mô hình CyberCity cho một số công trình đơn lẻ (Đại học Mỏ - Địa chất, The Manor Mễ Trì). Luận án của Mai Văn Sỹ định vị chính xác khoảng trống tri thức này: xây dựng hệ thống cơ sở khoa học, đề xuất chuẩn hóa cấu trúc CSDL thành phố ảo 3D từ dữ liệu nền địa lý 1:2000 kết hợp đồ án quy hoạch phân khu, đồng thời thiết lập chu trình công nghệ khép kín từ thu nhận dữ liệu UAV/LiDAR đến phát triển các module phân tích quy hoạch tự động.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng Lý thuyết Môi trường Không gian Địa lý Ảo (GeoVE Theory) trong quy hoạch không gian (Spatial Planning Theory) thông qua việc hệ thống hóa 3 thành phần bản thể học của mô hình thành phố 3D: Khung nhìn Dữ liệu (Data View), Khung nhìn Hệ thống (System View) và Khung nhìn Người dùng (User/Media View). Công trình cung cấp minh chứng khoa học khẳng định: việc chuyển dịch từ biểu diễn 2D sang 3D không đơn thuần là sự nâng cấp hiển thị trực quan mà là một bước chuyển biến mô hình (Paradigm Shift) trong phân tích tương quan không gian đô thị.

Bằng việc tích hợp các mô hình phân loại hình học của Shiode (2001) và Batty (2000), luận án chuẩn hóa hệ thống phân cấp độ chi tiết (Level of Detail - LoD) phù hợp với thực tiễn dữ liệu trắc địa Việt Nam:

• LoD0: Mô hình số độ cao khu vực (DEM/DTM) phủ trùm bề mặt địa hình 2.5D.
• LoD1: Mô hình khối hình học hộp (Prismatic block models) được đùn (Extrusion) từ footprint bản đồ 2D kết hợp chiều cao trung bình công trình.
• LoD2: Mô hình công trình kiến trúc xác định cấu trúc mái (Roof structures) và phân chia khối kiến trúc cơ bản, gán ảnh cấu trúc bề mặt đặc trưng.
• LoD3: Mô hình kiến trúc chi tiết bên ngoài, nhận diện chính xác các ô cửa sổ, ban công, hành lang và kết cấu mặt đứng thực tế.

┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│               PHÂN CẤP CẤP ĐỘ CHI TIẾT (LoD) TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU THÀNH PHỐ ẢO 3D       │
├───────────────┬───────────────────────────────┬────────────────────────────────────────┤
│ Cấp độ (LoD)  │ Đặc trưng Cấu trúc Hình học   │ Ứng dụng Quản lý & Quy hoạch           │
├───────────────┼───────────────────────────────┼────────────────────────────────────────┤
│     LoD0      │ DTM / DSM / Mạng lưới TIN     │ Quy hoạch vùng, phân tích lưu vực thoát │
│               │ Phủ trực ảnh trực giao Ortho  │ nước, địa hình tổng thể                │
├───────────────┼───────────────────────────────┼────────────────────────────────────────┤
│     LoD1      │ Khối hộp đùn (Footprint + H)  │ Quy hoạch chung 1:5.000, kiểm soát mật │
│               │ Đáy phẳng, mái bằng phẳng     │ độ xây dựng, hệ số sử dụng đất (FAR)   │
├───────────────┼───────────────────────────────┼────────────────────────────────────────┤
│     LoD2      │ Mô phỏng kiến trúc mái vỏ     │ Quy hoạch phân khu 1:2.000, phân tích  │
│               │ Gán texture ảnh thực địa/BMP  │ bóng đổ, vi khí hậu, đường chân trời   │
├───────────────┼───────────────────────────────┼────────────────────────────────────────┤
│     LoD3      │ Chi tiết cửa, ban công, façade│ Quy hoạch chi tiết 1:500, thiết kế đô  │
│               │ Kiến trúc mặt đứng chính xác  │ thị, thẩm định khoảng lùi công trình   │
└───────────────┴───────────────────────────────┴────────────────────────────────────────┘

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp liên ngành 3 lý thuyết: Lý thuyết Bản đồ học Số (Digital Cartography), Khoa học Thông tin Địa lý (GIScience) và Lý thuyết Thiết kế Đô thị Bền vững (Sustainable Urban Design). Khung cấu trúc CSDL thành phố ảo 3D được thiết kế theo cấu trúc module đa tầng bao gồm 8 nhóm lớp thực thể:

1. Nhóm dữ liệu nền địa hình (DTM/TIN/DEM).
2. Nhóm đối tượng nhà và khối nhà xây dựng (Footprint, Chiều cao, Số tầng, Kết cấu).
3. Nhóm hạ tầng giao thông (Mặt đường, vỉa hè, dải phân cách, biển báo, đèn tín hiệu).
4. Nhóm thủy hệ và công trình thủy lợi (Sông, kênh rạch, hồ điều hòa, đê điều, cống ngăn triều).
5. Nhóm thực vật và cảnh quan (Thảm phủ thực vật, cây xanh độc lập, công viên).
6. Nhóm công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm và nổi (Đường dây tải điện cao/hạ thế, trạm biến áp, mạng lưới cấp thoát nước ngầm).
7. Nhóm ranh giới quy hoạch và phân khu chức năng (Ranh giới quy hoạch, chỉ giới đường đỏ, khoảng lùi).
8. Nhóm dữ liệu bảo tồn và hạn chế xây dựng.

Điều kiện biên (Boundary Conditions) của khung phân tích được xác lập chặt chẽ: Áp dụng tối ưu cho các đồ án quy hoạch phân khu tỷ lệ 1:2.000 và quy hoạch chi tiết tỷ lệ 1:500 tại các vùng đô thị hóa có địa hình phức tạp, sở hữu nguồn dữ liệu ảnh hàng không độ phân giải siêu cao (UAV Photogrammetry) hoặc dữ liệu mây điểm quét laser mặt đất/hàng không (LiDAR).

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án tuân thủ triết lý nghiên cứu Thực chứng thực nghiệm (Empirical Positivism) kết hợp phương pháp Kỹ thuật hệ thống (Systems Engineering Methodology). Thiết kế nghiên cứu đa cấp độ (Multi-level Research Design) được triển khai qua 3 tầng phân tích:

• Tầng vĩ mô: Tích hợp quy hoạch không gian vùng và phân tích mối liên hệ không gian kinh tế xã hội trên nền bình đồ địa hình tỷ lệ 1:5.000 – 1:10.000.
• Tầng trung mô: Thiết lập cấu trúc dữ liệu nền địa lý 1:2.000 cho đồ án quy hoạch phân khu (QHPK).
• Tầng vi mô: Mô hình hóa chi tiết hình khối kiến trúc 3D, kiểm soát chỉ tiêu từng ô phố và lô đất theo đồ án quy hoạch chi tiết 1:500.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình công nghệ xây dựng mô hình thành phố ảo 3D được chuẩn hóa qua 5 giai đoạn liên hoàn:

┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│               QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÀNH PHỐ ẢO 3D                    │
└───────────────────────────────────────────┬────────────────────────────────────────────┘
                                            │
    ┌───────────────────────────────────────┴───────────────────────────────────────┐
    ▼                                       ▼                                       ▼
┌───────────────────────┐       ┌───────────────────────┐       ┌───────────────────────┐
│     GIAI ĐOẠN 1       │       │      GIAI ĐOẠN 2      │       │      GIAI ĐOẠN 3      │
│  Thu nhận Dữ liệu     │       │ Xử lý & Chuẩn hóa CSDL│       │  Mô hình hóa Hình học │
├───────────────────────┤       ├───────────────────────┤       ├───────────────────────┤
│ • Bay chụp UAV/LiDAR  │──────►│ • Bình sai lưới GPS   │──────►│ • DTM/DSM interpolation│
│ • Thiết kế khống chế  │       │ • Geodatabase chuẩn   │       │ • Baseheight & Extrude│
│ • CSDL nền 1:2000     │       │ • Gán mã thuộc tính   │       │ • Texture mapping BMP │
└───────────────────────┘       └───────────────────────┘       └───────────┬───────────┘
                                                                            │
    ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
    ▼                                       ▼
┌───────────────────────┐       ┌───────────────────────┐
│     GIAI ĐOẠN 4       │       │      GIAI ĐOẠN 5      │
│  Tích hợp Đồ án QH    │       │ Phân tích & Tương tác │
├───────────────────────┤       ├───────────────────────┤
│ • Số hóa phân khu     │──────►│ • Skyline & ArcScene  │
│ • Chuẩn hóa 3D CAD/GIS│       │ • Module kiểm tra FAR │
│ • Khớp nối không gian │       │ • Viewshed & Khoảng lùi│
└───────────────────────┘       └───────────────────────┘

1. Thu nhận và tiền xử lý dữ liệu viễn thám: Thiết kế lưới khống chế ảnh ngoại nghiệp liên kết hệ tọa độ quốc gia VN-2000. Ứng dụng thiết bị bay không người lái (UAV) chụp ảnh lập thể độ phân giải siêu cao kết hợp công nghệ LiDAR quét đa xung phản hồi (Last-Echo LiDAR). Điểm độ cao phản hồi cuối cùng được bóc tách chính xác để xây dựng DTM tự nhiên loại bỏ lớp phủ thực vật và vật cản nhân tạo.
2. Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu không gian: Chuyển đổi dữ liệu nền địa lý 2D từ hệ thống cơ sở dữ liệu quốc gia sang định dạng Geodatabase không gian 3D. Tích hợp phép chiếu bề mặt cơ sở (Baseheight) trong môi trường ArcGIS 3D Analyst, liên kết trường độ cao thực tế ($H$) và độ cao riêng ($h$) của từng địa vật.
3. Mô hình hóa đối tượng 3D chuyên sâu:
   • Đối tượng khối nhà: Ứng dụng kỹ thuật Extrusion dựng khối từ đường viền đa giác chân nhà (Footprint), kết hợp gán ảnh cấu trúc thực địa định dạng *.BMP cho bề mặt đứng và mái công trình thông qua công cụ chuyên dụng và Google SketchUp Pro.
   • Mạng lưới hạ tầng kỹ thuật: Đường dây truyền tải điện cao/hạ thế và đường ống ngầm được tính chuyển từ vector 2D sang 3D qua thuật toán nội suy nút (Convert features to 3D), loại bỏ đỉnh dư thừa giữa các cột trụ, gán giá trị offset âm ($-\Delta z$) cho hệ thống giếng thăm và đường ống thoát nước ngầm.
   • Thủy hệ và thực vật: Mặt nước sông hồ được áp kỹ thuật Picture fill symbol và gán độ trong suốt bề mặt (Transparency) từ 50% đến 70% trên nền DTM nhằm cho phép quan sát đồng thời các công trình ngầm xuyên cắt đáy nước. Thực vật được phân loại theo chiều cao riêng $h$, áp dụng công cụ Plant Tree tái tạo chân thực thảm thực vật đặc trưng.
4. Tích hợp phương án quy hoạch kiến trúc: Chuyển đổi hồ sơ thiết kế quy hoạch từ định dạng CAD (*.DWG) sang cấu trúc dữ liệu không gian GIS 3D, số hóa ranh giới phân lô, chỉ tiêu tầng cao, hệ số sử dụng đất, khoảng lùi và khớp nối chính xác tọa độ thực tế.
5. Thiết lập nền tảng hiển thị và phân tích tương tác: Cấu hình dữ liệu trên nền tảng phần mềm Skyline TerraExplorer Pro và ESRI ArcScene, xây dựng bộ công cụ tùy biến (Custom Toolsets) bằng ngôn ngữ lập trình nhúng hỗ trợ tính toán và kiểm tra đồ án tự động.

Data và phân tích

Địa bàn thực nghiệm được triển khai tại Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng với tổng diện tích quy hoạch 912,83 ha. Bộ số liệu nghiên cứu tích hợp:

• Dữ liệu ảnh trực giao độ phân giải mặt đất (GSD) siêu cao thành lập từ máy bay không người lái UAV.
• Bình đồ địa hình và mô hình số bề mặt (DSM), mô hình số độ cao (DTM) tỷ lệ 1:2.000.
• Bản đồ quy hoạch phân khu chức năng và bảng cân bằng cơ cấu sử dụng đất công nghiệp, dịch vụ, hạ tầng kỹ thuật, cây xanh theo quy chuẩn quốc gia.

Các công cụ phần mềm và thuật toán được lập trình thực thi:

• Thuật toán tính toán hệ số sử dụng đất (Floor Area Ratio - FAR): $$\text{FAR} = \frac{\sum_{i=1}^{n} (S_i \times N_i)}{S_{\text{lô đất}}}$$ Trong đó $S_i$ là diện tích xây dựng tầng $i$, $N_i$ là số tầng của khối nhà thứ $i$, $S_{\text{lô đất}}$ là tổng diện tích lô đất quy hoạch.
• Thuật toán kiểm tra vi phạm khoảng lùi xây dựng: Tính toán ma trận khoảng cách hình học ngắn nhất từ đa giác chân công trình 3D đến tim đường và chỉ giới đường đỏ theo từng cấp đường phân loại trong Thông tư 06/2013/TT-BXD.
• Thuật toán phân tích vùng quan sát và tầm nhìn (Viewshed & Line-of-Sight Analysis): Thiết lập ma trận góc nhìn từ các điểm nhấn kiến trúc trung tâm đô thị nhằm đánh giá mức độ che chắn không gian cảnh quan.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Khẳng định tính vượt trội của mô hình Geodatabase 3D so với CAD/3D Max truyền thống: Việc tích hợp dữ liệu quy hoạch vào CSDL thành phố ảo 3D giúp nâng cao độ chính xác kiểm định chỉ tiêu kiến trúc lên 100% tự động hóa, loại bỏ hoàn toàn các sai số do đọc hiểu bản vẽ 2D thủ công.
2. Phát hiện và xử lý triệt để các điểm xung đột hạ tầng không gian ngầm - nổi: Nhờ thiết lập độ trong suốt DTM 50% - 70%, mô hình 3D thực nghiệm tại Kiến Thụy (Hải Phòng) đã phát hiện chính xác các vị trí giao cắt không gian giữa tuyến mương hở thoát nước mưa quy hoạch với hành lang an toàn lưới điện cao thế 110kV và hệ thống đường ống cấp nước ngầm.
3. Chứng minh năng lực kiểm soát vi phạm thiết kế kiến trúc theo thời gian thực: Thuật toán tùy biến viết riêng cho đồ án đã tự động phát hiện 100% các công trình vi phạm tĩnh không chiều cao (vượt quá số tầng cho phép) và các khối nhà vi phạm khoảng lùi xây dựng tại các trục đường chính lộ giới 30m của Khu công nghiệp Kiến Thụy.
4. Tối ưu hóa hiệu năng hiển thị không gian lớn: Xác lập cấu trúc dữ liệu phân tầng LoD1 đến LoD3 cho phép phần mềm Skyline hiển thị trơn tru toàn bộ 912,83 ha bề mặt đô thị mà không gây quá tải bộ nhớ đồ họa máy trạm, đáp ứng yêu cầu truyền dẫn dữ liệu qua mạng Internet trong mô hình chính phủ điện tử.

┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│        SO SÁNH HIỆU QUẢ CÔNG TÁC QUY HOẠCH: PHƯƠNG PHÁP 2D VS THÀNH PHỐ ẢO 3D          │
├───────────────────────────────┬───────────────────────────────┬────────────────────────┤
│ Tiêu chí Đánh giá             │ Phương pháp Truyền thống (2D) │ Mô hình Thành phố Ảo 3D│
├───────────────────────────────┼───────────────────────────────┼────────────────────────┤
│ Đánh giá Tầm nhìn & Cảnh quan │ Dựa trên phán đoán trực quan  │ Phân tích Viewshed số  │
│                               │ sai số cao, góc nhìn hạn chế  │ chính xác 100% 360 độ  │
├───────────────────────────────┼───────────────────────────────┼────────────────────────┤
│ Kiểm tra Khoảng lùi & Tầng cao│ Đo vẽ thủ công từng mặt cắt,  │ Thuật toán tự động hóa │
│                               │ dễ bỏ sót công trình vi phạm  │ quét toàn bộ ô phố     │
├───────────────────────────────┼───────────────────────────────┼────────────────────────┤
│ Khớp nối Hạ tầng Ngầm & Nổi   │ Chồng xếp bản đồ phẳng 2D,    │ Phân tích xung đột     │
│                               │ nguy cơ xung đột cao độ lớn   │ không gian 3 chiều     │
├───────────────────────────────┼───────────────────────────────┼────────────────────────┤
│ Tham vấn Cộng đồng Dân cư     │ Bản vẽ kỹ thuật phức tạp,     │ Trực quan hóa tương tác│
│ (Public Participation)        │ khó hiểu với người dân        │ minh bạch, dễ tiếp cận │
└───────────────────────────────┴───────────────────────────────┴────────────────────────┘

Implications đa chiều

• Ý nghĩa Lý luận (Theoretical Implications): Đặt nền tảng khoa học bản đồ 3D cho ngành Trắc địa - Bản đồ Việt Nam; mở rộng lý thuyết GIS không gian ba chiều trong quản trị quy hoạch lãnh thổ bền vững.
• Ý nghĩa Phương pháp luận (Methodological Innovations): Cung cấp chu trình kỹ thuật chuẩn hóa cho việc tích hợp ảnh viễn thám UAV, công nghệ quét LiDAR phản hồi cuối cùng và dữ liệu bản đồ địa hình 1:2.000 vào việc lập quy hoạch đô thị.
• Ứng dụng Thực tiễn (Practical Applications): Trực tiếp chuyển giao cơ sở dữ liệu và mô hình 3D cho Ban Quản lý Khu kinh tế Hải Phòng và Sở Xây dựng Hải Phòng, làm công cụ điều hành, xúc tiến đầu tư và quản lý trật tự xây dựng tại Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy.
• Hàm ý Chính sách (Policy Recommendations): Cung cấp cơ sở khoa học để Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Xây dựng hoàn thiện thông tư định mức kinh tế kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình 3D, đồng thời hiện thực hóa các điều khoản về minh bạch thông tin quy hoạch quy định tại Luật Quy hoạch đô thị (Điều 53, 54, 55) và Luật Xây dựng (Điều 32, 33, 34).

Limitations và Future Research

Nghiên cứu thẳng thắn thừa nhận 3 giới hạn kỹ thuật nội tại:

1. Hạn chế về công cụ hiển thị chữ tiếng Việt (3D Labeling): Module 3D Label của các phần mềm GIS quốc tế (ArcScene) tại thời điểm nghiên cứu chưa hỗ trợ font Unicode tiếng Việt có dấu đầy đủ trong không gian 3D tương tác, đòi hỏi các ghi chú địa danh phải sử dụng định dạng không dấu.
2. Mức độ chi tiết hình học nội thất (LoD4): Do tập trung vào công tác quy hoạch không gian đô thị diện rộng (912,83 ha), mô hình mới dừng lại ở việc mô phỏng ngoại thất công trình kiến trúc (LoD2–LoD3) mà chưa tích hợp cấu trúc chi tiết bên trong tòa nhà (LoD4/IFC-BIM).
3. Cơ chế cập nhật dữ liệu tự động theo thời gian thực (Real-time Dynamics): Dữ liệu không gian vẫn mang tính chất mô phỏng tĩnh theo kịch bản đồ án, chưa được kết nối trực tiếp với mạng lưới cảm biến IoT đô thị để phản ánh biến động giao thông và môi trường theo thời gian thực (4D GIS).

Chương trình nghiên cứu tương lai (Future Research Agenda) mở ra 4 hướng tiếp cận đột phá:

• Tích hợp sâu rộng Mô hình Thông tin Công trình (BIM - Building Information Modeling) với 3D GIS theo chuẩn định dạng CityGML 3.0 nhằm quản lý vòng đời công trình từ khâu quy hoạch đến vận hành chi tiết.
• Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI/Deep Learning) trong việc tự động phân loại mây điểm LiDAR và tự động tái tạo mô hình 3D công trình kiến trúc (Automated 3D Reconstruction).
• Phát triển nền tảng WebGIS 3D dựa trên công nghệ WebGL/CesiumJS, cho phép người dân tra cứu thông tin quy hoạch trực tiếp trên trình duyệt thiết bị di động mà không cần cài đặt phần mềm chuyên dụng.
• Mở rộng mô hình 4D không thời gian tích hợp kịch bản ngập lụt đô thị và biến đổi khí hậu phục vụ quy hoạch hạ tầng thích ứng tại các đô thị ven biển Việt Nam.

Tác động và ảnh hưởng

Luận án tạo ra tác động học thuật và thực tiễn sâu rộng:

• Tác động Học thuật (Academic Impact): Công trình là tài liệu tham khảo mẫu mực trong đào tạo sau đại học chuyên ngành Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ, Quản lý Đất đai và Quy hoạch Đô thị tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Trường Đại học Bách khoa (ĐHQG TP.HCM) và Đại học Kiến trúc. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành uy tín trong nước.
• Chuyển đổi Ngành Quy hoạch & Bất động sản (Industry Transformation): Nâng tầm năng lực cạnh tranh cho các viện quy hoạch và doanh nghiệp tư vấn xây dựng thông qua việc áp dụng công nghệ mô hình hóa trực quan tương tác, rút ngắn thời gian thẩm định đồ án quy hoạch từ vài tháng xuống vài ngày.
• Tác động Quản lý Nhà nước (Governance Impact): Hỗ trợ đắc lực cho các cơ quan chính quyền đô thị (UBND thành phố Hải Phòng, Sở Xây dựng, Sở Quy hoạch - Kiến trúc) thiết lập công cụ quản lý quy hoạch chuẩn xác, ngăn chặn tình trạng điều chỉnh quy hoạch tùy tiện, giảm thiểu tranh chấp đất đai và bảo vệ hành lang an toàn công trình công cộng.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giới học giả: Kế thừa phương pháp luận xây dựng cơ sở dữ liệu không gian 3D, hệ thống phân cấp LoD và quy trình xử lý dữ liệu viễn thám đa nguồn.
• Viện Quy hoạch và Đơn vị Tư vấn Thiết kế: Ứng dụng trực tiếp quy trình công nghệ để nâng cấp sản phẩm đồ án từ bản vẽ giấy 2D sang mô hình số 3D sinh động, tối ưu hóa quá trình bảo vệ đồ án trước hội đồng thẩm định.
• Cơ quan Quản lý Nhà nước (Sở TN&MT, Sở Xây dựng): Sở hữu công cụ số hóa giám sát trật tự xây dựng, cấp phép xây dựng chuẩn xác theo tĩnh không và mật độ phê duyệt.
• Cộng đồng Xã hội và Dân cư Đô thị: Được tiếp cận thông tin quy hoạch một cách trực quan, minh bạch, dễ hiểu; tham gia hiệu quả vào quá trình phản biện xã hội đối với các đồ án phát triển không gian sống.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào?

Đóng góp độc đáo nhất là việc mở rộng Lý thuyết Môi trường Không gian Địa lý Ảo (GeoVE Theory) và cấu trúc CityGML vào điều kiện thực tiễn của hệ thống quản lý quy hoạch Việt Nam. Nghiên cứu đã chứng minh rằng một Geodatabase 3D chuẩn hóa có thể dung hợp toàn diện giữa dữ liệu nền địa lý quốc gia 1:2.000 với dữ liệu quy hoạch phân khu, giải quyết triệt để sự phân tách giữa mô hình hình học đồ họa (CAD) và mô hình phân tích không gian thuộc tính (GIS).

2. Tính đổi mới về mặt phương pháp luận so với các công trình quốc tế và trong nước?

So với các nghiên cứu trong nước trước đó (vốn chỉ dừng lại ở việc hiển thị trực quan bản đồ trực ảnh hoặc dựng hình 3D Max tĩnh), luận án đã thiết lập quy trình công nghệ tích hợp đa nguồn: sử dụng điểm LiDAR phản hồi cuối (last-echo) kết hợp ảnh UAV để tạo DTM chính xác, áp dụng kỹ thuật Baseheight/Extrusion trong ArcGIS và Skyline, đồng thời phát triển các script thuật toán tùy biến tự động hóa việc tính toán hệ số FAR, kiểm tra khoảng lùi và kiểm soát tĩnh không chiều cao theo quy chuẩn xây dựng Việt Nam.

3. Phát hiện thực nghiệm đáng ngạc nhiên nhất từ dữ liệu là gì?

Phát hiện thực nghiệm nổi bật nhất là việc phát hiện các xung đột không gian đa tầng giữa quy hoạch hệ thống thoát nước mặt và hành lang an toàn của mạng lưới truyền tải điện ngầm/nổi tại Khu công nghiệp Kiến Thụy. Đây là những lỗi thiết kế mà phương pháp đối soát bản vẽ mặt bằng 2D truyền thống hoàn toàn không thể nhận diện được do thiếu chiều cao độ ($Z$).

4. Luận án có cung cấp quy trình tái lập (Replication Protocol) hoàn chỉnh không?

Hoàn toàn có. Luận án cung cấp sơ đồ công nghệ chi tiết từ khâu thiết kế lưới khống chế ảnh UAV, thông số bay chụp, quy tắc gán texture ảnh *.BMP, cấu trúc bảng thuộc tính Geodatabase chuẩn cho 8 nhóm lớp thực thể, đến các đoạn mã nguồn (Script codes) tính toán hệ số sử dụng đất và kiểm tra khoảng lùi công trình (Hình 2.26, Hình 3.28, Hình 3.30, Hình 3.31).

5. Định hướng nghiên cứu 10 năm tới được phác thảo ra sao?

Nghiên cứu vạch ra lộ trình tích hợp toàn diện mô hình thành phố ảo 3D với công nghệ BIM (Building Information Modeling) cấp độ LoD4, phát triển nền tảng điện toán đám mây WebGIS 3D mã nguồn mở và kết nối dữ liệu cảm biến thời gian thực (IoT Urban Sensors) để tiến tới xây dựng mô hình Bản sao số Đô thị hoàn chỉnh (Urban Digital Twins).

Kết luận

1. Xác lập thành công hệ thống cơ sở khoa học hoàn chỉnh cho công nghệ thành phố ảo 3D (3D GeoVE) phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị tại Việt Nam.
2. Đề xuất chuẩn hóa danh mục nội dung, cấu trúc cơ sở dữ liệu không gian và hệ thống cấp độ chi tiết (LoD0 đến LoD3) tích hợp từ bản đồ nền địa lý 1:2.000 và hồ sơ thiết kế quy hoạch.
3. Hoàn thiện quy trình công nghệ 5 bước khép kín từ thu nhận dữ liệu viễn thám (UAV, LiDAR), chuẩn hóa Geodatabase đến phân tích tương tác 3D đa kịch bản.
4. Lập trình và ứng dụng thành công các công cụ tự động hóa kiểm định quy chuẩn xây dựng: tính toán hệ số sử dụng đất, kiểm tra khoảng lùi công trình, kiểm soát tĩnh không chiều cao và phân tích tầm nhìn không gian.
5. Thực nghiệm thành công tại Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy (Hải Phòng) với quy mô 912,83 ha, chứng minh tính khả thi, độ tin cậy và giá trị thực tiễn vượt trội của mô hình.
6. Mở ra hướng nghiên cứu đột phá, tạo tiền đề vững chắc cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian phục vụ tiến trình chuyển đổi số và phát triển Đô thị thông minh (SmartCity) trên phạm vi toàn quốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta 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. Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 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 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 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). Yêu cầu của quy hoạch đô thị 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 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 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. - 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.

- 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.

- 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. - 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.

- 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 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 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. 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.