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.

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.