Luận văn thạc sĩ ứng dụng gis xây dựng mô hình 3d phục vụ quy hoạch không gian đô thị thành phố thái nguyên tỉnh thái nguyên

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích ứng dụng gis xây dựng mô hình 3d phục vụ quy hoạch không gian đô thị thành phố thái nguyên tỉnh, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Phạm Văn Duy
• Người hướng dẫn: Th.S Ngô Thị Hồng Gấm
• Trường học: Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Địa chính môi trường
• Đề tài: Ứng dụng GIS xây dựng mô hình 3D phục vụ quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục đích, yêu cầu, ý nghĩa
• 1.2.1. Mục đích nghiên cứu
• 1.2.2. Yêu cầu của đề tài
• 1.2.3. Mục tiêu
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tổng quan về quy hoạch không gian đô thị
• 2.1.1. Khái niệm về quy hoạch không gian đô thị
• 2.1.2. Những hoạt động cụ thể liên quan đến quy hoạch không gian đô thị
• 2.1.3. Bộ khung pháp lý cho các quy hoạch không gian đô thị ở Việt Nam
• 2.1.4. Thực trạng quy hoạch không gian đô thị tại Việt Nam
• 2.2. Tổng quan về công nghệ GIS
• 2.2.1. Kiến thức cơ bản về GIS
• 2.2.1.1. Định nghĩa về GIS
• 2.2.1.2. Các thành phần của GIS
• 2.2.1.2.1. Phần cứng
• 2.2.1.2.2. Phần mềm
• 2.2.1.2.3. Dữ liệu
• 2.2.1.2.4. Con người
• 2.2.1.2.5. Phương pháp
• 2.2.2. Tổng quan về công nghệ Gis 3D
• 2.2.2.1. Một số khái niệm cơ bản
• 2.2.2.1.1. Mô hình độ cao số
• 2.2.2.1.2. Mô hình địa hình số
• 2.2.2.1.3. Mô hình bề mặt số
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1.1. Phạm vi nghiên cứu
• 3.1.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.3. Phương pháp nghiên cứu
• 3.3.1. Phương pháp điều tra, thu thập số liệu
• 3.3.2. Phương pháp phân tích và xây dựng bản đồ số
• 3.3.3. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa
• 3.4. Quy trình thực hiện
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của khu vực thành phố Thái Nguyên
• 4.1.1. Về điều kiện tự nhiên
• 4.1.2. Đặc điểm về kinh tế, xã hội
• 4.2. Tình hình quản lí và sử dụng đất của thành phố Thái Nguyên
• 4.2.1. Thực trạng sử dụng đất của thành phố Thái Nguyên
• 4.2.2. Tình hình quản lí sử dụng đất của thành phố Thái Nguyên
• 4.3. Tình hình quy hoạch và xây dựng không gian đô thị của thành phố Thái Nguyên
• 4.3.1. Đánh giá thực hiện quy hoạch chung
• 4.3.2. Định hướng phát triển không gian đô thị Thành phố Thái Nguyên
• 4.4. Xây dựng mô hình 3D phục vụ cho quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên
• 4.4.1. Quy trình xây dựng mô hình 3D trong GIS
• 4.4.2. Nguồn dữ liệu đầu vào cần thiết
• 4.4.3. Cơ sở dữ liệu thuộc tính và không gian để xây dựng mô hình 3D phục vụ cho quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên
• 4.4.4. Quy trình xây dựng mô hình 3D phục vụ cho quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên
• 4.4.5. Tạo mô hình số độ cao DEM cho khu vực nghiên cứu
• 4.4.6. Xây dựng mô hình 3D phục vụ cho quy hoạch đô thị của thành phố Thái Nguyên
• 4.4.7. Mô hình 3D các công trình trên địa bàn nghiên cứu
• 4.4.8. Hoàn chỉnh dữ liệu 3D với mô hình DEM
• 4.5. Ứng dụng mô hình 3D trên một số phần mềm
• 4.5.1. Hiển thị mô hình 3D trên ArcGoble
• 4.5.2. Phối cảnh không gian đô thị Hồ Xương Rồng phục vụ quy hoạch không gian đô thị bằng Google Sketchup Pro- 2013
• 4.5.3. Hiển thị, truy xuất, quản lý dữ liệu 3D phục vụ quy hoạch không gian đô thị trên Arcgis 10
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Ứng Dụng GIS

Ứng dụng GIS là một công nghệ hiện đại được sử dụng rộng rãi trong quản lý và quy hoạch đô thị. Trong nghiên cứu này, GIS được áp dụng để xây dựng mô hình 3D phục vụ quy hoạch không gian đô thị tại Thái Nguyên. Công nghệ này cho phép thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị dữ liệu không gian một cách chính xác và hiệu quả. GIS không chỉ giúp quản lý các thông tin địa lý mà còn hỗ trợ trong việc ra quyết định quy hoạch đô thị, đặc biệt là trong việc xây dựng các mô hình ba chiều.

1.1 Công Nghệ GIS

Công nghệ GIS bao gồm các thành phần chính như phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp. Phần mềm GIS được sử dụng trong nghiên cứu này là ArcGIS 10.0 và Google Sketchup Pro 2013, cho phép xử lý và hiển thị dữ liệu không gian một cách trực quan. GIS cung cấp các công cụ để phân tích không gian, tạo ra các mô hình địa hình số (DEM) và mô hình bề mặt số (DSM), giúp hỗ trợ quy hoạch đô thị một cách hiệu quả.

1.2 GIS Trong Quy Hoạch

GIS trong quy hoạch đô thị đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý cơ sở hạ tầng, quy hoạch sử dụng đất và kiến trúc đô thị. Tại Thái Nguyên, GIS được sử dụng để xây dựng mô hình 3D phục vụ quy hoạch không gian đô thị, giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan và chi tiết về khu vực quy hoạch. Công nghệ này cũng hỗ trợ trong việc giám sát và phát triển các khu đô thị mới, đảm bảo sự phát triển bền vững.

II. Mô Hình 3D

Mô hình 3D là một công cụ quan trọng trong quy hoạch đô thị, cho phép hiển thị không gian đô thị một cách trực quan và chi tiết. Trong nghiên cứu này, mô hình 3D được xây dựng dựa trên dữ liệu địa hình và các thông tin thuộc tính của Thái Nguyên. Mô hình này giúp các nhà quản lý và quy hoạch có cái nhìn tổng quan về không gian đô thị, từ đó đưa ra các quyết định quy hoạch phù hợp.

2.1 Xây Dựng Mô Hình 3D

Quy trình xây dựng mô hình 3D bao gồm các bước thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu và tạo mô hình. Dữ liệu đầu vào bao gồm các thông tin về địa hình, cơ sở hạ tầng và các công trình xây dựng. ArcGIS và Google Sketchup Pro được sử dụng để tạo ra mô hình 3D của Thái Nguyên, giúp hiển thị các công trình, cây xanh và hệ thống giao thông một cách chi tiết.

2.2 Mô Hình 3D Đô Thị

Mô hình 3D đô thị là một công cụ hữu ích trong việc quy hoạch và quản lý đô thị. Tại Thái Nguyên, mô hình này được sử dụng để phân tích và đánh giá hiện trạng sử dụng đất, cũng như dự báo các xu hướng phát triển trong tương lai. Mô hình 3D cũng giúp các nhà quản lý hình dung rõ hơn về các khu vực cần cải tạo hoặc phát triển, đảm bảo sự phát triển bền vững của đô thị.

III. Quy Hoạch Đô Thị Thái Nguyên

Quy hoạch đô thị tại Thái Nguyên là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa các yếu tố kinh tế, xã hội và môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng GIS và mô hình 3D để hỗ trợ quy hoạch không gian đô thị tại Thái Nguyên. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng công nghệ hiện đại giúp nâng cao hiệu quả quy hoạch và quản lý đô thị.

3.1 Phục Vụ Quy Hoạch

Phục vụ quy hoạch là mục tiêu chính của nghiên cứu này. Mô hình 3D và GIS được sử dụng để cung cấp các thông tin chi tiết về không gian đô thị, giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định quy hoạch phù hợp. Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, việc ứng dụng công nghệ hiện đại giúp tối ưu hóa quy trình quy hoạch và quản lý đô thị.

3.2 Đô Thị Thái Nguyên

Đô thị Thái Nguyên đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ, với nhiều dự án quy hoạch và xây dựng cơ sở hạ tầng. Nghiên cứu này đã sử dụng GIS và mô hình 3D để phân tích và đánh giá hiện trạng quy hoạch tại Thái Nguyên, từ đó đề xuất các giải pháp quy hoạch phù hợp. Các kết quả nghiên cứu cũng góp phần vào việc phát triển bền vững của đô thị này.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong công tác quản lý và quy hoạch đô thị truyền thống tại Việt Nam, các cơ quan chức năng chủ yếu sử dụng bản vẽ kỹ thuật và sơ đồ hiện trạng mặt bằng 2D. Phương thức này bộc lộ nhiều hạn chế khi không thể hiện trực quan không gian thực tế của công trình, độ cao tầng nhà, mật độ xây dựng đan xen với hạ tầng giao thông, hệ thống cây xanh và đường dây điện. Tại thành phố Thái Nguyên—trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa - xã hội của vùng trung du miền núi phía Bắc—quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng đã kéo theo áp lực lớn về hạ tầng, mật độ dân cư và quản lý trật tự xây dựng. Việc thiếu hụt công cụ mô phỏng không gian ba chiều gây trở ngại cho việc kiểm soát không gian theo chiều cao và định hướng phát triển kiến trúc cảnh quan.

Để giải quyết bất cập trên, đề tài khóa luận "Ứng dụng GIS xây dựng mô hình 3D phục vụ quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên" được thực hiện nhằm khai thác thế mạnh của hệ thống thông tin địa lý 3D trong việc trực quan hóa hiện trạng và hỗ trợ ra quyết định quy hoạch.

Mục đích nghiên cứu:

1. Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm ArcGIS 10.0, Google SketchUp Pro 2013 và các công cụ liên quan để xây dựng mô hình 3D phục vụ quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên.
2. Xây dựng hoàn chỉnh mô hình 3D của khu vực nghiên cứu làm cơ sở trực quan cho công tác quản lý và quy hoạch đô thị.

Nhiệm vụ và mục tiêu cụ thể:

1. Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, tình hình quản lý và hiện trạng sử dụng đất của thành phố Thái Nguyên.
2. Đánh giá thực trạng công tác quy hoạch và xây dựng không gian đô thị trên địa bàn thành phố.
3. Thiết lập quy trình chuẩn hóa dữ liệu và xây dựng mô hình 3D trong môi trường GIS.
4. Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian, thuộc tính và tích hợp mô hình 3D các công trình, giao thông, cây xanh trên nền địa hình số.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Ứng dụng phần mềm ArcGIS 10.0 (ArcMap, ArcScene, ArcGlobe, ArcCatalog) kết hợp Google SketchUp Pro 2013; không gian đô thị thành phố Thái Nguyên.
• Phạm vi không gian: Tập trung nghiên cứu thực nghiệm trên địa bàn 3 phường trung tâm của thành phố Thái Nguyên (gồm phường Hoàng Văn Thụ, Trưng Vương, Phan Đình Phùng) và trích xuất xây dựng mô hình chi tiết tại Khu đô thị Hồ Xương Rồng (phường Phan Đình Phùng).
• Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ ngày 20/01/2014 đến ngày 30/04/2014, sử dụng số liệu thống kê đất đai và quy hoạch tính đến giai đoạn 2012–2013.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung pháp lý và cơ sở lý thuyết

Khóa luận thiết lập hệ thống cơ sở lý luận dựa trên các văn bản quy phạm pháp luật của Nhà nước trong lĩnh vực quy hoạch và quản lý đất đai:

• Luật Quy hoạch Đô thị năm 2009.
• Luật Đất đai năm 1993 và Luật Đất đai năm 2003.
• Nghị định số 37/2010/NĐ-CP về lập, thẩm định, phê duyệt và quản lý quy hoạch đô thị, kèm theo Thông tư số 10/2010/TT-BXD của Bộ Xây dựng quy định hồ sơ từng loại quy hoạch.
• Nghị định số 38/2010/NĐ-CP về quản lý không gian, kiến trúc, cảnh quan đô thị, kèm theo Thông tư số 19/2010/TT-BXD của Bộ Xây dựng.
• Nghị định số 39/2010/NĐ-CP về quản lý không gian xây dựng ngầm đô thị, kèm theo Thông tư số 11/2010/TT-BXD của Bộ Xây dựng.
• Quyết định số 08/2008/QĐ-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành quy phạm thành lập bản đồ địa chính.
• Quyết định số 129/QĐ-UB (15/01/2002) và Quyết định số 1550/QĐ-UBND (31/07/2006) của UBND tỉnh Thái Nguyên về quy hoạch sử dụng đất.

Về mặt lý thuyết kỹ thuật, tác giả tổng hợp các khái niệm nền tảng về GIS từ các công trình quốc tế (Burroughs, Pavlidis, NCGIA, Tomlinson & Boy, Dangermond, Clarke, Marble) với 5 thành phần cốt lõi: phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và phương pháp. Cơ sở mô hình hóa 3D bao gồm:

• Mô hình số độ cao (DEM): Biểu diễn bề mặt địa hình liên tục không chứa vật thể nhân tạo.
• Mô hình địa hình số (DTM): Miêu tả bề mặt địa hình kết hợp các yếu tố thủy văn, sông ngòi, đường bình độ.
• Mô hình bề mặt số (DSM): Miêu tả bề mặt bao gồm cả các thực thể tự nhiên và nhân tạo (nhà cửa, cây xanh).
• Mô hình toán học hình học 3D: Điểm $(x, y, z)$, phương trình đường thẳng tham số, phương trình mặt phẳng tổng quát $Ax + By + Cz + D = 0$, đường bình độ và mô hình khung nối kết (wireframe).

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

Tác giả kết hợp đồng bộ các phương pháp nghiên cứu địa chính và địa tin học:

1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp: Thu thập bản đồ địa chính tỷ lệ 1:5000 và 1:500, bản đồ hiện trạng sử dụng đất tỷ lệ 1:5000 và 1:500, Niên giám thống kê tỉnh Thái Nguyên năm 2012, báo cáo quy hoạch sử dụng đất các giai đoạn 2001–2010 và 2011–2020, thuyết minh Điều chỉnh quy hoạch chung thành phố Thái Nguyên đến năm 2035.
2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa: Tiến hành điều tra trực tiếp thông qua phiếu khảo sát dọc theo các tuyến đường trung tâm (Hoàng Văn Thụ, Cách Mạng Tháng Tám, Hùng Vương, Bến Tượng, Phan Đình Phùng, Lương Ngọc Quyền, Bắc Sơn, Nguyễn Du, Bến Oánh, Phùng Chí Kiên) nhằm thu thập số liệu về số tầng nhà hiện tại, diện tích mặt phố và khả năng xây dựng phát triển không gian trong tương lai.
3. Phương pháp phân tích và xử lý bản đồ số: Ứng dụng chức năng Universal Translator trên MapInfo và công cụ xuất dữ liệu của MicroStation để chuyển đổi dữ liệu không gian từ định dạng *.tab, *.dgn sang định dạng ESRI Shapefile (*.shp).
4. Phương pháp xây dựng mô hình bề mặt và 3D: Sử dụng bộ công cụ 3D Analyst Tools trong ArcGIS để xây dựng mô hình mạng tam giác không đều (TIN) từ điểm độ cao và đường bình độ, sau đó chuyển đổi sang Raster để tạo mô hình DEM. Dựng hình khối kiến trúc 3D trên ArcScene, thể hiện trên toàn cầu với ArcGlobe và phối cảnh kiến trúc chi tiết bằng Google SketchUp Pro 2013.

Nội dung chính theo từng phần của khóa luận

Phần 1: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của việc áp dụng GIS 3D nhằm khắc phục các nhược điểm của bản đồ 2D trong quản lý không gian đô thị tại thành phố Thái Nguyên. Xác định rõ mục đích, mục tiêu cụ thể, yêu cầu kỹ thuật tuân thủ quy phạm của Bộ Tài nguyên và Môi trường, cùng ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

Phần 2: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Hệ thống hóa cơ sở lý luận về quy hoạch không gian đô thị và bộ khung pháp lý hiện hành tại Việt Nam. Trình bày tổng quan về hệ thống GIS, công nghệ GIS 3D, phần mềm Google SketchUp Pro 2013 cùng các ứng dụng của mô hình địa hình số trong giám sát tài nguyên (lũ lụt, cháy rừng, sạt lở), hạ tầng viễn thông và quốc phòng. Tác giả cũng điểm qua các công trình nghiên cứu ứng dụng GIS 3D tiêu biểu đã thực hiện tại Việt Nam (nghiên cứu của Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ, Đại học Quy Nhơn, Công ty TNHH Kỹ thuật Môi trường Việt An).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Xác định cụ thể đối tượng, địa bàn 3 phường trung tâm thành phố Thái Nguyên, thời gian nghiên cứu và quy trình công nghệ 4 bước: (1) Thu thập và xử lý dữ liệu nền, dữ liệu chuyên đề; (2) Xây dựng mô hình dữ liệu trên ArcCatalog và ArcMap; (3) Xây dựng mô hình 3D trên ArcScene và dựng phối cảnh trên Google SketchUp; (4) Hiển thị, tích hợp trên ArcGlobe để xuất ra sản phẩm hoàn chỉnh.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Nội dung chương tập trung vào 4 nhóm kết quả chính:

1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và hiện trạng đất đai

Thành phố Thái Nguyên có diện tích tự nhiên 18.630,60 ha (theo số liệu kiểm kê 2012), gồm 28 đơn vị hành chính (19 phường, 9 xã), dân số năm 2013 là 278.143 người. Tốc độ tăng trưởng GDP đạt 11,72%, cơ cấu kinh tế chuyển dịch với thương mại - dịch vụ chiếm 48,42%, công nghiệp - xây dựng chiếm 47,78%, nông - lâm nghiệp chiếm 3,8%.

STT	Mục đích sử dụng đất	Mã	Diện tích (ha)	Cơ cấu (%)
1	Đất nông nghiệp	NNP	12.266,55	65,84
1.1	Đất sản xuất nông nghiệp	SXN	9.071,08	48,69
1.1.1	Đất trồng cây hàng năm	CHN	5.011,04	26,90
Trong đó	Đất trồng lúa	LUA	3.931,23	21,10
1.1.2	Đất trồng cây lâu năm	CLN	4.060,04	21,79
1.2	Đất lâm nghiệp	LNP	2.862,12	15,36
1.3	Đất nuôi trồng thuỷ sản	NTS	329,94	1,77
1.4	Đất nông nghiệp khác	NKH	3,41	0,02
2	Đất phi nông nghiệp	PNN	5.992,86	32,17
2.1	Đất ở tại nông thôn	ONT	556,20	2,99
2.2	Đất ở tại đô thị	ODT	997,02	5,35
2.3	Đất chuyên dùng	CDG	3.159,46	16,96
2.4	Đất tôn giáo, tín ngưỡng	TTN	13,54	0,07
2.5	Đất nghĩa trang, nghĩa địa	NTD	115,40	0,62
2.6	Đất sông suối và mặt nước chuyên dùng	SMN	1.146,24	6,15
2.7	Đất phi nông nghiệp khác	PNK	3,30	0,02
3	Đất chưa sử dụng	CSD	371,19	1,99
3.1	Đất bằng chưa sử dụng	BCS	282,96	1,52
3.2	Đất đồi núi chưa sử dụng	DCS	88,23	0,47
Tổng	Tổng diện tích tự nhiên		18.630,60	100,00

2. Đánh giá công tác quy hoạch và định hướng không gian

Thành phố đã triển khai 22 đồ án quy hoạch chi tiết các khu chức năng và 16 dự án đầu tư lớn. Định hướng quy hoạch không gian chú trọng giảm tỷ lệ chia lô, tăng tỷ lệ nhà chung cư, quy hoạch hệ thống cây xanh đạt chỉ tiêu 10–12 m²/người, tạo điểm nhấn cao tầng ven sông Cầu và các trục phố chính như đường Hoàng Văn Thụ, đường Hùng Vương, đường Đội Cấn.

3. Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính

Tác giả tách lớp từ bản đồ địa chính và hiện trạng để chuẩn hóa thành 3 lớp dữ liệu không gian chính: lớp thửa đất/nhà, lớp giao thông và lớp cây xanh. Cấu trúc trường thuộc tính được thiết lập chi tiết để phục vụ mô hình hóa:

Lớp dữ liệu	Tên trường	Kiểu dữ liệu	Diễn giải chức năng
Lớp Nhà	ID	Integer	Số thứ tự thửa đất
	Ghichu	Character (10)	Mục đích sử dụng đất theo ký hiệu Thông tư 29/BTNMT
	Tang	Integer	Số tầng nhà hiện tại (dùng để đùn khối 3D)
	Tangtuonglai	Integer	Dự kiến số tầng xây dựng theo quy hoạch tương lai
Lớp Cây xanh	ID	Integer	Số thứ tự cây xanh
	ANGLE	Float	Góc quay của mô hình cây trong không gian
	MODEL	Character (10)	Tên loại mô hình cây (ví dụ: College 1, White Oak, Silver Maple)
Lớp Giao thông	Id	Integer	Số thứ tự tuyến đường
	Tenduong	Character (10)	Tên tuyến đường giao thông
	Do_rong	Decimal (10,2)	Chiều rộng mặt đường
	Lan_duong	Float	Số làn đường hiện tại
	Ketcau	Character (20)	Loại kết cấu mặt đường (bê tông, nhựa asphalt, v.v.)

4. Quy trình kỹ thuật xây dựng mô hình DEM và 3D

• Tạo DEM: Nhập dữ liệu điểm độ cao và đường bình độ từ bản đồ hiện trạng năm 2013 vào ArcMap. Dùng công cụ Create TIN trong ArcToolbox (3D Analyst tools \ TIN management \ Create TIN) để tạo lưới tam giác TIN. Sau đó dùng công cụ TIN to Raster (3D Analyst tools \ Conversion \ From TIN \ TIN to Raster) cắt theo ranh giới nghiên cứu (RANHGIOI) để thu được mô hình số độ cao DEM.
• Dựng hình 3D trên ArcScene: Sử dụng trường thuộc tính Tang để nâng chiều cao hình học của các thửa đất; áp dụng thư viện 3D symbology để gán mô hình cây xanh theo trường MODEL và ANGLE; thêm các chi tiết phụ trợ như đèn đường, phương tiện giao thông.
• Phối cảnh trên Google SketchUp Pro 2013: Ứng dụng cho dự án Khu đô thị Hồ Xương Rồng (quy mô 45 ha với 9,5 ha diện tích mặt hồ) để mô phỏng kiến trúc công trình phức tạp, tạo bóng thời gian thực và mô phỏng cảnh quan không gian quy hoạch trong tương lai.
• Tích hợp ArcGlobe: Đưa toàn bộ mô hình 3D khu vực nghiên cứu lên bề mặt địa cầu số để quản lý, truy vấn thông tin thuộc tính và hiển thị trực quan ở nhiều góc nhìn.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các kết quả đạt được về mặt phương pháp luận và sản phẩm thực nghiệm; khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng công nghệ GIS 3D trong việc đổi mới phương thức quản lý quy hoạch đô thị.

Kết quả và đóng góp của đề tài

Kết quả chính

• Tổng hợp và hệ thống hóa toàn bộ số liệu hiện trạng sử dụng đất thành phố Thái Nguyên năm 2012 với tổng diện tích 18.630,60 ha (đất nông nghiệp chiếm 65,84%, đất phi nông nghiệp chiếm 32,17%, đất chưa sử dụng chiếm 1,99%).
• Thiết lập quy trình công nghệ chuẩn hóa và chuyển đổi dữ liệu không gian từ định dạng CAD/MapInfo sang hệ thống cơ sở dữ liệu GIS chuẩn ESRI Shapefile.
• Xây dựng thành công cơ sở dữ liệu thuộc tính 3D tích hợp độ cao hiện tại (Tang) và định hướng quy hoạch (Tangtuonglai) cho khu vực 3 phường trung tâm.
• Tạo lập mô hình DEM hoàn chỉnh từ dữ liệu bình độ và điểm độ cao, làm nền địa hình chuẩn xác để gán các lớp chuyên đề (giao thông, cây xanh, nhà ở).
• Xây dựng mô hình không gian 3D chi tiết khu đô thị Hồ Xương Rồng bằng Google SketchUp Pro 2013 và hiển thị đa tỷ lệ trên ArcScene, ArcGlobe phục vụ công tác tra cứu thuộc tính và phân tích không gian.

Giải pháp và định hướng đề xuất

• Chuyển đổi phương thức quản lý quy hoạch xây dựng từ dạng bản vẽ mặt phẳng 2D sang mô hình số 3D trực quan.
• Đối với khu dân cư mới, hạn chế việc chia lô liền kề, ưu tiên phát triển chung cư cao tầng kết hợp không gian cây xanh.
• Chỉnh trang các kiệt, hẻm có mặt cắt nhỏ không đảm bảo phòng cháy chữa cháy bằng cách quy hoạch sân vườn, thông thoáng môi trường.
• Tập trung tạo điểm nhấn chiều cao kiến trúc dọc trục cảnh quan sông Cầu và các tuyến phố chính (Đội Cấn, Hùng Vương, Hoàng Văn Thụ) theo hướng hiện đại, không nhại cổ, đồng thời đảm bảo diện tích cây xanh đô thị đạt 10–12 m²/người.

Đóng góp thực tiễn

Khóa luận đã chứng minh giải pháp kỹ thuật kết hợp giữa các phân hệ của ArcGIS (ArcMap, ArcScene, ArcGlobe) và Google SketchUp Pro 2013 là phương pháp tiếp cận hiệu quả, chi phí thấp, tận dụng tối đa nguồn bản đồ địa chính sẵn có để nâng cấp thành cơ sở dữ liệu không gian 3D phục vụ công tác quản lý đô thị cấp quận, huyện.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tự chỉ ra một số hạn chế khách quan và chủ quan trong quá trình thực hiện:

• Hạn chế về nguồn dữ liệu: Nguồn dữ liệu bản đồ thu thập từ nhiều thời điểm khác nhau, áp dụng các quy phạm kỹ thuật khác nhau dẫn đến ký hiệu chưa hoàn toàn đồng nhất; dữ liệu bản đồ địa chính có phần cũ so với hiện trạng thực tế phát triển nhanh của đô thị.
• Thiếu hụt dữ liệu độ cao công trình: Hồ sơ lưu trữ ban đầu hoàn toàn không có thông số về độ cao và số tầng của các tòa nhà, buộc tác giả phải tiến hành điều tra thực địa bằng phương pháp thủ công, dẫn đến phạm vi xây dựng mô hình chi tiết mới chỉ dừng lại ở 3 phường trung tâm và khu đô thị Hồ Xương Rồng.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Cần mở rộng khảo sát và cập nhật số tầng công trình cho toàn bộ 28 xã, phường của thành phố Thái Nguyên; ứng dụng các công nghệ thu nhận dữ liệu độ cao tiên tiến (như quét LiDAR) và tích hợp cơ sở dữ liệu công trình ngầm theo quy định của Nghị định 39/2010/NĐ-CP để hoàn thiện mô hình 3D toàn diện cho đô thị.

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:

• Sinh viên và học viên ngành Quản lý đất đai, Địa chính môi trường, Kỹ thuật trắc địa - bản đồ: Tham khảo chi tiết quy trình chuyển đổi định dạng dữ liệu (*.dgn, *.tab sang Shapefile) và kỹ thuật tạo DEM từ lưới TIN trên ArcGIS.
• Cán bộ quản lý quy hoạch đô thị và địa chính cấp cơ sở: Tham khảo phương pháp xây dựng bảng thuộc tính tích hợp số tầng hiện tại và quy hoạch tương lai, phục vụ công tác giám sát trật tự xây dựng và quản lý chiều cao không gian.
• Nhà nghiên cứu về GIS ứng dụng: Kế thừa phương pháp tích hợp đa phần mềm (ArcGIS kết hợp Google SketchUp) để dựng phối cảnh kiến trúc với độ chính xác hình học và hiệu ứng trực quan cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng các nguồn dữ liệu bản đồ gốc nào và chuyển đổi sang định dạng GIS ra sao?
Tác giả sử dụng bản đồ địa chính và bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Thái Nguyên tỷ lệ 1:5000 và 1:500 ở định dạng DGN (MicroStation) và TAB (MapInfo). Quy trình chuyển đổi được thực hiện bằng công cụ Universal Translator trên MapInfo (chuyển TAB sang ESRI Shapefile) và chức năng Export Data trên ArcMap đối với tệp DGN, sau đó bóc tách thành các lớp chuyên đề độc lập (thửa đất, giao thông, cây xanh).

2. Tổng diện tích tự nhiên và cơ cấu đất đai của thành phố Thái Nguyên năm 2012 được ghi nhận cụ thể như thế nào?
Theo số liệu thống kê năm 2012 trong khóa luận, tổng diện tích tự nhiên của thành phố là 18.630,60 ha. Trong đó: đất nông nghiệp chiếm 12.266,55 ha (65,84%), đất phi nông nghiệp chiếm 5.992,86 ha (32,17%), và đất chưa sử dụng còn 371,19 ha (1,99%).

3. Mô hình số độ cao (DEM) trong nghiên cứu được tạo lập qua những công cụ cụ thể nào trên ArcGIS?
Mô hình DEM được thiết lập qua 2 bước chính bằng ArcToolbox:

• Tạo mô hình mạng tam giác TIN từ lớp điểm độ cao và đường bình độ thông qua công cụ: 3D Analyst tools \ TIN management \ Create TIN.
• Chuyển đổi mô hình TIN sang dữ liệu dạng ô lưới Raster và cắt theo ranh giới vùng nghiên cứu thông qua công cụ: 3D Analyst tools \ Conversion \ From TIN \ TIN to Raster.

4. Bảng thuộc tính của lớp nhà được thiết kế gồm những trường dữ liệu nào để phục vụ mô hình hóa 3D?
Bảng thuộc tính lớp nhà được thiết kế gồm 4 trường dữ liệu chính: ID (kiểu Integer, số thứ tự thửa đất), Ghichu (kiểu Character, ký hiệu mục đích sử dụng đất theo Thông tư 29 của Bộ Tài nguyên và Môi trường), Tang (kiểu Integer, số tầng hiện tại của công trình) và Tangtuonglai (kiểu Integer, số tầng dự kiến thay đổi trong quy hoạch tương lai).

5. Dự án đô thị cụ thể nào được chọn để dựng phối cảnh 3D chi tiết trên Google SketchUp Pro 2013?
Dự án được chọn là Khu đô thị Hồ Xương Rồng thuộc phường Phan Đình Phùng, thành phố Thái Nguyên, có tổng diện tích quy hoạch 45 ha với 9,5 ha diện tích lòng hồ điều hòa sinh thái, được mô hình hóa kiến trúc chi tiết nhằm thể hiện phối cảnh không gian đô thị hiện đại trong tương lai.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Phạm Văn Duy đã giải quyết thành công bài toán ứng dụng công nghệ địa tin học kết hợp giữa ArcGIS 10.0 và Google SketchUp Pro 2013 để xây dựng mô hình 3D phục vụ quy hoạch đô thị thành phố Thái Nguyên. Đề tài đã xây dựng được cơ sở dữ liệu không gian, thuộc tính cho các lớp nhà ở, giao thông, cây xanh và mô hình số độ cao DEM trên địa bàn 3 phường trung tâm và khu đô thị Hồ Xương Rồng. Đây là tài liệu thực nghiệm có giá trị chuyên môn cao, cung cấp quy trình kỹ thuật rõ ràng giúp đổi mới công tác quản lý và giám sát không gian kiến trúc đô thị theo hướng hiện đại, trực quan.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài Thái Nguyên là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hoá – xã hội của vùng Việt Bắc: có vị trí thuận lợi, quan trọng trong việc phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh và các tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam. Thái Nguyên được tiếp thêm nguồn sức mạnh mới, ngày càng được đầu tư và phát triển mạnh mẽ hơn. Thành phố có những lợi thế đặc biệt về địa lý, giao thông, hạ tầng cơ sở và nhân văn. Đồng hành với nó là sự mở rộng không gian đô thị, phát triển giao thông, xây dựng cơ sở hạ tầng.

Sự phát triển đã thu hút dân cư tập trung về đây ngày càng nhiều, kéo theo nhiều vấn đề khó khăn cho xây dựng và phát triển đô thị như: vấn nạn giao thông, ô nhiễm môi trường, thiết kế mạng lưới điện, cung cấp nước sạch, quy hoạch không gian xanh, công trình công cộng. Trong khi hình thức quản lý đô thị chủ yếu dựa vào các bản vẽ, sơ đồ hiện trạng mặt bằng của các thửa đất, hình ảnh dưới dạng 2D khó khăn trong việc hình dung cụ thể và chi tiết khu vực quản lý, không gian thực của các công trình, hệ thống cây xanh, mạng lưới điện, mạng lưới giao thông, đặc biệt là độ cao của các công trình nhà ở, khoảng trống trong đô thị, các lô đất không đồng đều đan xen với mạng lưới giao thông khu phố. 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 như: xây dựng mô hình địa hình số, xây dựng mô hình bề mặt số, 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.

Công nghệ GIS 3D cho phép hiển thị trực quan cảnh quan kiến trúc đô thị n 2 phục vụ công tác quản lý quy hoạch theo chiều cao. Nhanh chóng bổ sung vào nguồn dữ liệu 2D hiện có của bản đồ địa hình và quy hoạch. Với mục đích nêu trên, được sự đồng ý của ban chủ nhiệm khoa Quản Lý Tài Nguyên, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn của cô giáo Th. Ngô Thị Hồng Gấm em tiến hành lựa chọn đề tài: “Ứng dụng GIS xây dựng mô hình 3D phục vụ quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên” nhằm giúp cho các nhà nghiên cứu có cái nhìn thực tế về thế giới thực, về những hạn chế của kiến trúc không gian đô thị hiện tại để từ đó định hướng phù hợp cho công tác quy hoạch và cải tạo, chỉnh trang đô thị trong tương lai.

Mục đích, yêu cầu, ý nghĩa 1. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm ArcGis 10.0, Google Sketchup Pro 2013, và các phần mềm liên quan khác trong xây dựng mô hình 3D phục vụ quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên. - Xây dựng được mô hình 3D của thành phố Thái Nguyên phục vụ cho quy hoạch không gian đô thị. Yêu cầu của đề tài - Nắm vững và có khả năng sử dụng các phần mềm chuyên dùng cho ngành quản lý đất đai, đặc biệt là phần mềm ArcGis.

- Sử dụng thành thạo phần mềm ArcGis 3D. - Bản đồ được thành lập phải đảm bảo các quy định trong quy phạm thành lập bản đồ địa chính theo quyết định số 08/2008 của Bộ Tài nguyên và Môi trường. Mục tiêu - Đánh giá Tình hình quản lí và sử dụng đất của thành phố Thái Nguyên - Đánh giá công tác quy hoạch của thành phố Thái Nguyên. - Xây dựng được quy trình xây dựng mô hình 3D khu vực nghiên cứu - Xây dựng được mô hình 3D phục vụ cho quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên.

n 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2. Tổng quan về quy hoạch không gian đô thị 2.1 Khái niệm về quy hoạch không gian đô thị Quy hoạch đô thị là khoa học kỹ thuật, xã hội, nhân văn, là nghệ thuật về tổ chức không gian sống cho các đô thị và các khu vực đô thị. Nó là nghệ thuật sắp xếp tổ chức các không gian chức năng, khống chế hình thái kiến trúc trong đô thị trên cơ sở các điều tra, dự báo, tính toán sự phát triển, đặc điểm, vai trò, nhu cầu và nguồn lực của đô thị, nhằm cụ thể hóa chính sách phát triển, giảm thiểu các tác động có hại phát sinh trong quá trình đô thị hóa, tận dụng tối đa mọi nguồn lực và hướng tới sự phát triển bền vững [9].2 Những hoạt động cụ thể liên quan đến quy hoạch không gian đô thị - Đầu tư và phát triển bất động sản: Ở đây việc đầu tư và phát triển bất động sản phải tuân theo quy luật phát triển chung của xã hội-kinh tế riêng từng khu vực cụ thể. - Văn hóa, lối sống cộng đồng - Chính sách quản lý và phát triển bất động sản và nhà ở - Chiến lược phát triển kinh tế xã hội cho mỗi vùng, mỗi khu vực - Đầu tư hạ tầng kỹ thuật - Phát triển và bảo tồn các di sản kiến trúc và thiên nhiên - Phát triển bền vững của nhân loại.Bộ khung pháp lý cho các quy hoạch không gian đô thị ở Việt Nam Hệ thống khung pháp lý cho các quy hoạch không gian đô thị ở Việt Nam khá chi tiết và đầy đủ, cụ thể như sau: - Luật Quy hoạch Đô thị 2009 - Nghị định 37/2010/NĐ-CP về lập, thẩm định, phê duyệt và quản lý quy hoạch đô thị - kèm theo Thông tư 10/2010/TT-BXD quy định hồ sơ của từng loại quy hoạch đô thị do Bộ Xây dựng ban hành.

n 4 - Nghị định 38/2010/NĐ-CP về quản lý không gian, kiến trúc, cảnh quan đô thị - kèm theo Thông tư 19/2010/TT-BXD hướng dẫn lập quy chế quản lý quy hoạch, kiến trúc đô thị do Bộ Xây dựng ban hành. - Nghị định 39/2010/NĐ-CP về quản lý không gian xây dựng ngầm đô thị - kèm theo Thông tư 11/2010/TT-BXD hướng dẫn về quản lý cơ sở dữ liệu công trình ngầm đô thị do Bộ Xây dựng ban hành.Thực trạng quy hoạch không gian đô thị tại Việt Nam 2.1 Thực trạng quy hoạch không gian đô thị trên cả nước Hầu hết cả tỉnh trên cả nước đều đã có quy hoạch không gian đô thị và được chính phủ phê duyệt. Thành phố Hồ Chí Minh với kiến trúc quy hoạch không gian vùng mở rộng sẽ tạo đòn bẩy và đóng vai trò là trung tâm kinh tế của cả nước. Đà Nẵng, Cần Thơ, Huế, Hải Phòng đều là những thành phố trọng điểm của các vùng miền.

Tại các tỉnh này đều có quy hoạch phát triển vùng và kết nối không gian với các vùng kinh tế trọng điểm, và vùng kinh tế thế giới. Riêng Hà Nội đã có quy hoạch Vùng thủ đô Hà Nội là một vùng đô thị lấy thành phố Hà Nội làm đô thị trung tâm và các thành phố, thị xã của các tỉnh lân cận Hà Nội làm đô thị vệ tinh. Không gian quy hoạch của vùng thủ đô Hà Nội bao trùm thành phố Hà Nội và 9 tỉnh là Phú Thọ, Vĩnh Phúc,Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh, Hưng Yên, Hải Dương, Hà Nam và Hòa Bình với diện tích tự nhiên khoảng 24. Với những công trình quy hoạch không gian trong thời gian tới sẽ tạo cho Việt Nam bộ mặt mới, thúc đẩy phát triển kinh tế, đẩy nhanh công cuộc CNH-HĐH, phấn đấu đến năm 2020 Việt Nam cơ bản trở thành một nước công nghiệp theo hướng hiện đại.Thực trạng quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên Từ năm 2000 đến nay thành phố Thái Nguyên đã thực hiện 22 đồ án quy hoạch chi tiết các khu chức năng và 16 dự án đầu tư.

Đặc biệt như quy hoạch xây dựng trường Đại học Thái Nguyên, khu trung tâm hành chính trị của tỉnh và thành phố, hệ thống chợ và các công trình dịch vụ công cộng. Khu sân vận n 5 động, công viên cây xanh và bảo tàng Việt Bắc. Các công trình hạ tầng kỹ thuật như nhà máy nước, các trạm điện, các tuyến giao thông, khu xử lý rác. Thành phố đã xây dựng 5 cụm công nghiệp trọng điểm.

Hiện nay thành phố đang đầu tư xây dựng các khu đô thị mới, trong đó có các khu ở kiểu văn chung cư văn minh hiện đại đáp ứng nhu cầu của đô thị loại I. Tổng quan về công nghệ GIS 2. Kiến thức cơ bản về GIS 2. Định nghĩa về GIS Xuất phát từ lĩnh vực địa lý, địa chất, môi trường, tài nguyên… các nhà khoa học đã sử dụng GIS cho các công trình nghiên cứu của mình đã định nghĩa: - “Hệ thống thông tin địa lý là tập hợp đa dạng các công cụ dùng để thu thập, lưu trữ, truy cập, biến đổi và thể hiện dữ liệu không gian ghi nhận được từ thế giới thực tiễn” (Burroughs, 1986).

- “Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống có chức năng xử lý các thông tin địa lý nhằm phục vụ việc quy hoạch, trợ giúp quyết định trong một lĩnh vực chuyên môn nhất định” (Pavlidis, 1982). Từ những chức năng cần có của một hệ thống thông tin địa lý, một số nhà khoa học đã định nghĩa: - “Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu trên máy tính để thu thập, lưu trữ, truy cập, phân tích và thể hiện dữ liệu không gian” (NCGIA = National Center for Geographic Information and Analsis,1988). - “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống chứa hàng loạt chức năng phức tạp dựa khả năng của máy tính và các toán tử xử lý thông tin không gian” (Tomlinson and Boy, 1981; Dangemond, 1983). thông tin địa lý là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân tích và hiển thiện dữ liệu không gian” (Clarke, 1995).