ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ QUY HOẠCH XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của riêng cá
nhân tôi. Những điều được trình bày trong toàn bộ nội dung của luận văn, hoặc là của
cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo
đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp.

NGUYỄN VĂN TUẤN

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm theo quy định cho lời cam đoan của mình.
Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2011
Người cam đoan

Nguyễn Văn Tuấn

ỨNG DỤNG GIS TRONG
QUẢN LÝ QUY HOẠCH XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Hà Nội – 2011

1

2


LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được rất
nhiều sự giúp đỡ, động viên từ thầy cô, gia đình và bạn bè. Tôi muốn bày tỏ sự cảm ơn
sâu sắc của mình tới tất cả mọi người.

LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................. 1
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... 3
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH.............................................................................................................. 7
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 8
Chương 1. Tổng quan về GIS và GIS 3D.......................................................................... 10

Tôi xin bày tỏ sự cám ơn đặc biệt tới TS Nguyễn Ngọc Hóa, người đã định hướng
cho tôi trong lựa chọn đề tài, đưa ra những nhận xét quý giá và trực tiếp hướng dẫn tôi
trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

1.1

Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin địa lý....................................................................10

1.2

Các thành phần của GIS.....................................................................................................11

1.3

Các chức năng của GIS......................................................................................................11

Tôi xin cảm ơn các thầy cô trong khoa CNTT - Trường Đại học Công nghệ ĐHQG Hà Nội đã dạy bảo tận tình cho tôi trong suốt khoảng thời gian học tập tại

trường.

1.4

GIS 3D ..............................................................................................................................14

Tôi xin cảm ơn toàn thể bạn bè đồng nghiệp tại Trung tâm Cơ sở dữ liệu và Hệ
thống thông tin – Trung tâm Viễn thám Quốc gia, đơn vị mà tôi đang công tác, đã chia
sẻ, giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi tham gia khoá học và hoàn thành khoá luận này. Xin
cảm ơn tất cả những bạn bè đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và công tác.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình của mình, nguồn
động viên và cổ vũ lớn lao và là động lực giúp tôi thành công trong công việc và trong
cuộc sống.
Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2011

1.4.1

Một số khái niệm cơ bản ................................................................................................15

1.4.1.1

Mô hình độ cao số..........................................................................................................15

1.4.1.2

Mô hình địa hình số .......................................................................................................15

1.4.1.3

Mô hình bề mặt số .........................................................................................................15

1.4.2

Lưu trữ dữ liệu 3D .........................................................................................................15

1.4.3

Khái niệm về cấp độ chi tiết ...........................................................................................17

1.4.4

Biểu diễn đối tượng 3D..................................................................................................18

1.4.4.1

Điểm .............................................................................................................................18

1.4.4.2

Đường thẳng..................................................................................................................18

1.4.4.3

Mặt phẳng......................................................................................................................19

1.4.4.4

Đường cong...................................................................................................................20

1.4.4.5

1.5

Nguyễn Văn Tuấn

Hình khối.......................................................................................................................23
Một số ứng dụng của mô hình địa hình số 3D ....................................................................24

1.5.1

Các ứng dụng trong việc giám sát và phát hiện tài nguyên..............................................24

1.5.2

Các ứng dụng trong xây dựng cơ sở hạ tầng và viễn thông .............................................24

1.5.3

Các ứng dụng trong lĩnh vực quốc phòng .......................................................................25

1.6

Tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam .................................................................................25

1.7

Kết luận.............................................................................................................................27

Chương 2. Công tác quản lý quy hoạch xây dựng đô thị và ứng dụng của GIS.............. 28
2.1

Sơ đồ trình tự lập đồ án quy hoạch .................................................................................30

2.1.2

Một số nhân tố tác động đến công tác lập đồ án quy hoạch .............................................30

2.1.3
2.2

3

Thực trạng công tác quản lý quy hoạch xây dựng và quản lý đô thị ....................................28

2.1.1

Các khó khăn trong công tác quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị hiện nay..................31
Ứng dụng GIS trong quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị................................................32

2.2.1

Quản lý nhà nước...........................................................................................................33

2.2.2

Xây dựng cơ sở dữ liệu nền và chuyên ngành.................................................................34

2.2.3

Tạo, lập các báo cáo.......................................................................................................34

2.2.4

Cải thiện chất lượng và số lượng thông tin địa lý............................................................35
4


2.3

Sự cần thiết của GIS 3D trong quy hoạch quản lý đô thị.....................................................36

2.4

Kết luận.............................................................................................................................37

Chương 3. Phát triển thử nghiệm hệ thống và đánh giá kết quả thu được...................... 38
3.1

Yêu cầu đặt ra....................................................................................................................38

3.2

Thiết kế hệ thống ...............................................................................................................40

3.2.1

Kiến trúc tổng thể của hệ thống......................................................................................40

3.2.2

Mô hình phân cấp chức năng của phân hệ GIS 3D..........................................................41

3.2.3
3.3

Sơ đồ luồng dữ liệu........................................................................................................42

Phép nội suy ..................................................................................................................43

3.3.2

Xây dựng bề mặt địa hình 3D.........................................................................................44
Các kết quả đạt được .........................................................................................................47

3.4.1

Xây dựng mô hình địa hình số........................................................................................47

3.4.2

Xây dựng bản đồ hiện trạng địa hình 3D và các thuộc tính từ 2D....................................48

3.4.3

Xây dựng mô hình 3D hoá các bản vẽ AutoCAD ...........................................................51

3.4.4

Quản lý kiểm soát không gian ........................................................................................51

3.4.5

Quy hoạch kiến trúc cảnh quan ......................................................................................57

3.4.6
3.5

GIS

Geographical Information System

Hệ thống thông tin địa lý

2D

Two Dimension

Hai chiều

3D

Three Dimension

Ba chiều
Cơ sở dữ liệu

CSDL

Xây dựng mô hình 3D từ dữ liệu 2D ..................................................................................43

3.3.1

3.4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DBMS

Database Management System

Hệ quản trị Cơ sở dữ liệu

DEM

Digital Elevation Model

Mô hình độ cao số

DTM

Digital Terrain Model

Mô hình địa hình số

DSM

Digital Surface Model

Mô hình bề mặt số

Environmental Systems Research

Viện nghiên cứu các hệ thống về

Institute

môi trường

ESRI

Phân vùng không gian....................................................................................................58
Kết luận.............................................................................................................................59

Chương 4. Kết luận và hướng phát triển .......................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 62

5

Ủy ban nhân dân

UBND

6


DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU

Hình 1.

Các thành phần cơ bản của GIS .......................................................................... 11

Hình 2.

Cấp độ chi tiết LoD đối với các đối tượng nhà, khối nhà ..................................... 18

Hiện nay, hiện trạng đô thị luôn biến động trong khi nhu cầu của các cấp

Hình 3.

Dạng tham số của phương trình đường thẳng ...................................................... 18

lãnh đạo cũng như của người dân về một về một thành phố ngày càng văn minh

Hình 4.

Vật thể ba chiều được biểu diễn bằng mô hình khung nối kết .............................. 23

hiện đại và trật tự đã đặt ra cho các cơ quan quản lý những trách nhiệm nặng nề.

Hình 5.

Phân tích đa tiêu chí (khu vực nhiều tiếng ồn, vùng ngập lụt).............................. 26

Đặc biệt là trong việc quản lý cơ sở hạ tầng như: quản lý đất đai, giao thông đô

Hình 6.

Sử dụng GIS đánh giá mức độ tiếng ồn và dự báo ô nhiễm nguồn nước .............. 26

thị, quy hoạch kiến trúc... đang có những đòi hỏi cấp bách về việc nâng cao năng

Hình 7.

Trình tự lập đồ án quy hoạch .............................................................................. 30

Hình 8.

Kiến trúc tổng thể của hệ thống Quản lý quy hoạch xây dựng ............................. 41

Hình 9.

Mô hình phân cấp chức năng của phân hệ GIS 3D .............................................. 42

lực quản lý. Nhiệm vụ này chỉ có thể được hoàn thành tốt nếu có các công cụ
quản lý tiên tiến và phù hợp, được xây dựng trên nền tảng CSDL không gian với
độ chính xác cao, có tính đồng bộ, đảm bảo mức độ chi tiết và tính cập nhật.

Hình 10.

Luồng dữ liệu của phân hệ GIS 3D.................................................................. 42

Hình 11.

Quy trình tạo dữ liệu 3D từ dữ liệu 2D ............................................................ 44

Hiện tại Sở Quy hoạch Kiến trúc thường chỉ sử dụng các bản đồ hiện trạng,

Hình 12.

Bản đồ đường đồng mức thị xã Đồ Sơn........................................................... 47

bản đồ quy hoạch dưới dạng bản đồ phẳng hai chiều phục vụ cho các công việc

Hình 13.

Bản đồ bề mặt địa hình 3D .............................................................................. 48

Hình 14.

Chồng xếp các lớp đường đồng mức, bản đồ bề mặt và lớp điểm..................... 48

Hình 15.

Tạo mô hình 3D từ dữ liệu 2D và thuộc tính.................................................... 49

Hình 16.

Mô hình 3D thể hiện màu sắc theo thuộc tính .................................................. 51

Hình 17.

Chuyển đổi từ dạng dữ liệu và mặt bằng sang 3D ............................................ 51

Hình 18.

Hình ảnh đánh dấu tầng cao công trình trên mặt bằng (nếu cần chi tiết)........... 52

Hình 19.

Hình ảnh đánh dấu tầng cao trung bình của lô đất (không cần chi tiết)............. 52

Hình 20.

Thống kê công trình và lô đất toàn bộ bản vẽ................................................... 53

Hình 21.

Thống kê công trình trên 1 loại đất. ................................................................. 53

Hình 22.

Thống kê mật độ xây dựng theo khu vực. ........................................................ 54

Hình 23.

Thống kê về hạ tầng kỹ thuật........................................................................... 54

rất hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi. Trong lĩnh vực quản lý và quy hoạch đô

Hình 24.

Thống kê để tìm các đối tượng vi phạm vùng cấm. .......................................... 55

thị, GIS 3D có rất nhiều ứng dụng mà điển hình là: xây dựng mô hình địa hình số

Hình 25.

Kiểm tra vi phạm chiều cao bằng phương pháp 3D (H>=50m) ........................ 55

(DTM), xây dựng mô hình bề mặt số (DSM), theo dõi quản lý cơ sở hạ tầng đô

Hình 26.

Kiểm tra nhiều điều kiện bằng phương pháp thống kê và đánh dấu.................. 56

thị như: đường giao thông, đường điện, thoát nước; quản lý và quy hoạch xây

Hình 27.
Kiểm tra trường nhìn của người khi tham gia giao thông, với 1 góc nhìn
thông thường T=30,D=45,N=120 bằng phương pháp hình nón quan sát. .............................. 56

dựng đô thị; quản lý và quy hoạch sử dụng đất đô thị; quản lý và quy hoạch kiến

Hình 28.

Mô hình khu đô thị 13-5 và tuyến đường thiết kế ............................................ 57

trúc đô thị. Nhìn chung, các ứng dụng của công nghệ này rất đa dạng và mang lại

Hình 29.

Không gian trống, cây xanh............................................................................. 58

hiệu quả cao. Công nghệ này cũng mở ra khả năng xây dựng mô hình cảnh quan

Hình 30.

Các khu thấp tầng............................................................................................ 58

kiến trúc ba chiều của thành phố một cách nhanh chóng và chính xác.

chuyên môn của Sở. Các đối tượng được biểu diễn trên các bản đồ hai chiều
không trực quan và đòi hỏi người sử dụng phải có kiến thức chuyên môn về bản
đồ, ngoài ra khả năng biểu diễn về kiến trúc và mối quan hệ tương quan giữa các
đối tượng bị hạn chế rất nhiều.
GIS 3D là một công nghệ mới ở Việt Nam nhưng đã được các nước tiên
tiến ứng dụng rộng rãi từ vài chục năm gần đây. Công nghệ này tạo ra các sản
phẩm số với độ chính xác cao, khả năng linh động lớn và chia sẻ thông tin dễ
dàng. Chính các đặc điểm này làm cho công nghệ GIS 3D trở thành công nghệ

Thực tế cho thấy hầu hết các ứng dụng trong quản lý và quy hoạch đô thị
đều sử dụng mô hình địa hình số (DTM) và mô hình số mặt đất (DSM) như một
8
7


đầu vào cơ bản. Trong khi đó, dữ liệu đầu vào để giải các toán này lại có một số
hạn chế như đã trình bày ở trên. Hiện trạng này làm cho các đơn vị được giao

Chương 1. Tổng quan về GIS và GIS 3D

nhiệm vụ gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình thực thi: nếu thụ động chờ đến

Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – GIS) là một

khi nguồn dữ liệu đầu vào được xây dựng như mong muốn thì sẽ không hoàn

hệ thống thông tin trên máy tính được sử dụng để số hóa các đối tượng địa lý

thành đúng thời hạn. Nếu tự nâng cấp dữ liệu thì gặp khó khăn rất lớn về kinh phí

thực cũng như các sự kiện liên quan (các thuộc tính phi không gian liên kết với

và nguồn lực, nếu chỉ sử dụng dữ liệu hiện có thì kết quả sẽ có nhiều hạn chế.

không gian địa lý) tạo thành dữ liệu địa lý, từ đó cung cấp các công cụ cho phép

Việc ứng dụng phần mềm quản lý qui hoạch sẽ cho phép cập nhật kịp thời

phân tích, đánh giá và khai thác các dữ liệu địa lý đó.

thông tin qui hoạch xây dựng, bổ sung vào nguồn dữ liệu hiện trạng phục vụ kịp

"Mọi đối tượng có mặt trên trái đất đều có thể biểu diễn trong hệ thống thông tin

thời cho công tác cấp phép thẩm định qui hoạch. Sử dụng công nghệ GIS 3D cho

địa lý", đây là chìa khóa căn bản liên kết bất kỳ cơ sở dữ liệu nào với hệ thống

phép hiển thị trực quan cảnh quan kiến trúc đô thị phục vụ công tác quản lý qui

GIS. Bắt đầu xuất hiện vào cuối những năm 1950, nhưng phần mềm GIS đầu tiên

hoạch theo chiều cao. Nhanh chóng bổ sung vào nguồn dữ liệu 2D hiện có của

chỉ xuất hiện vào cuối những năm 1970 từ phòng thí nghiệm của Viện nghiên

bản đồ địa hình và qui hoạch. Trên cơ sở này tôi chọn đề tài: “Ứng dụng GIS

cứu môi trường Mỹ (ESRI). Lịch sử phát triển của GIS đã thay đổi cách mà các

trong quản lý quy hoạch xây dựng” nhằm nghiên cứu và đẩy mạnh ứng dụng

nhà quy hoạch, kỹ sư, nhà quản lý… làm việc với cơ sở dữ liệu và phân tích dữ

GIS trong công tác quản lý và quy hoạch xây dựng đô thị.

liệu.

Những kết quả chính của luận văn đã được tổng hợp, trình bày trong các
chương chính sau:

1.1

Khái niệm cơ bản về hệ thống thông tin địa lý
Có nhiều quan niệm khác nhau khi định nghĩa hệ thống thông tin địa lý:

Chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống thông tin địa lý và mô hình GIS
3D: khái niệm chung, chức năng cũng như cấu trúc của một hệ thống thông tin
địa lý, các khái niệm cơ bản về GIS 3D và ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý
GIS.
Chương 2 trình bày sự cần thiết và khả năng ứng dụng GIS trong quản lý
quy hoạch xây dựng ở Việt Nam: đưa ra các khái niệm, thực trạng và ứng dụng
của hệ thống thông tin trong lĩnh vực quản lý xây dựng. Các quy trình, nội dung
và các yếu tố ảnh hưởng đến quy hoạch xây dựng đô thị.
Chương 3 trình bày giải pháp công nghệ, phát triển thử nghiệm hệ thống
quản lý quy hoạch xây dựng ứng dụng công nghệ GIS 3D và nêu rõ những kết
quả đạt được.
Chương 4 trình bày kết luận và hướng phát triển của đề tài.

"Hệ thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số hệ con
(subsystem) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thông tin có
ích" – theo định nghĩa của Calkin và Tomlinson, 1977.
"Hệ thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính để
thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị không gian" (theo định nghĩa của National
Center for Geographic Information and Analysis, 1988).
Theo định nghĩa của ESRI (Environmental System Research Institute) thì
“Hệ thông tin địa lý là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm
máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu
trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất”.
Cho đến nay, định nghĩa được nhiều người sử dụng nhất là: hệ thống thông
tin địa lý là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các

Sau đây là chi tiết nội dung của từng chương.
9

10


thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục
vụ một mục đích nghiên cứu nhất định.
1.2

Thu thập dữ liệu
Dữ liệu mô tả các đối tượng địa lý được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu địa lý.
Cơ sở dữ liệu địa lý là một thành phần có chi phí xây dựng cao và tồn trong một

Các thành phần của GIS
Một hệ thống GIS gồm có 5 thành phần cơ bản sau:

thời gian dài cùng với hệ thống, vì vậy việc thu thập dữ liệu là một vấn đề hết sức
quan trọng. Làm thế nào để lấy dữ liệu chỉ tồn tại trên dạng giấy vào cơ sở dữ

1.

Phần cứng.

2.

Phần mềm.

nào? Một hệ thống thông tin địa lý phải cung cấp các phương pháp để nhập dữ

3.

Con người.

liệu địa lý (tọa độ) và dữ liệu dạng bảng (thuộc tính). Hệ thống càng có nhiều

4.

Dữ liệu.

5.

Các quy trình.

liệu? Dữ liệu này ở dạng số nhưng không thể sử dụng được, vậy nó ở định dạng

phương pháp nhập dữ liệu thì càng mềm dẻo và linh động.
Lưu trữ dữ liệu
Có hai mô hình cơ bản được sử dụng để lưu trữ dữ liệu địa lý: vector và
raster. Một hệ thống thông tin địa lý cần phải có khả năng lưu trữ cả hai định
dạng dữ liệu này.
Trong mô hình dữ liệu vector, đối tượng địa lý được biểu diễn tương tự
như cách chúng biểu diễn trên bản đồ (bằng các đối tượng điểm, đường và vùng).
Một hệ thống tọa độ x,y được sử dụng để xác định vị trí của các đối tượng này
trong thế giới thực.
Mô hình dữ liệu raster biểu diễn các đối tượng bằng cách sử dụng một
Hình 1.

Các thành phần cơ bản của GIS

lưới bao gồm nhiều ô. Các giá trị của các ô sẽ mô tả vị trí của các đối tượng. Mức
độ chi tiết của đối tượng phụ thuộc vào kích thước của các ô trong lưới. Định

1.3 Các chức năng của GIS

dạng dữ liệu raster rất phù hợp cho các bài toán phân tích không gian cũng như
Bất kỳ một hệ thống thông tin địa lý nào cũng phải có sáu chức năng cơ bản
để giải quyết hiệu quả các vấn đề trong thế giới thực. Sáu chức năng đó là:

việc lưu các dữ liệu dạng ảnh. Dữ liệu dạng raster không thích hợp cho các ứng
dụng như quản lý thửa đất vì ranh giới của các đối tượng cần phải được phân biệt



Thu thập dữ liệu.

rõ ràng.



Lưu trữ dữ liệu.

Truy vấn dữ liệu



Truy vấn dữ liệu.

Một hệ thống GIS phải có các công cụ để tìm ra các đối tượng cụ thể dựa



Phân tích dữ liệu.

trên vị trí địa lý hoặc thuộc tính của nó. Các truy vấn, thường được tạo ra bởi các



Hiển thị dữ liệu.



Xuất dữ liệu.

câu lệnh hoặc biểu thức logic, sẽ được sử dụng để chọn ra các đối tượng trên bản
đồ và các bản ghi của chúng trong cơ sở dữ liệu.

11

12


Một truy vấn của một hệ thống GIS thông thường sẽ trả lời câu hỏi: Cái

Xuất dữ liệu

gì? Ở đâu? Trong kiểu truy vấn này, người sử dụng biết đối tượng nằm ở vị trí

Hiển thị kết quả là một yêu cầu bắt buộc của hệ thống GIS. Việc hiển thị

nào, và muốn biết các thuộc tính của nó. Điều này có thể được thực hiện trong hệ

được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau. Càng nhiều dạng đầu ra mà GIS có

thống GIS bởi vì đối tượng địa lý được thể hiện trên bản đồ sẽ có liên kết với

thể đưa ra thì khả năng tiếp cận thông tin và đối tượng chính xác càng cao.

thông tin thuộc tính của nó lưu trong cơ sở dữ liệu.
1.4

GIS 3D

Một kiểu truy vấn khác của là tìm các vị trí thỏa mãn một số tính chất nào
đó. Trong trường hợp này, người sử dụng biết rõ các tính chất quan trọng và
muốn tìm xem những đối tượng nào có thuộc tính đó.

Trong những năm gần đây, với sự phát triển vượt bậc của các công nghệ
mới, các dữ liệu không gian có thể được hiển thị lập thể rất trực quan đáp ứng
nhu cầu ngày càng đa dạng của người sử dụng. Ngành bản đồ từ khi thành lập và

Phân tích dữ liệu

phát triển đến nay chỉ hạn chế ở việc xây dựng các cách hiển thị trực quan các dữ

Phân tích địa lý thường liên quan đến nhiều tập dữ liệu khác nhau và yêu

liệu không gian trong môi trường hai chiều. Một câu hỏi quan trọng được đặt ra

cầu một quá trình nhiều bước để cho ra kết quả cuối cùng. Một hệ thống GIS

là liệu ngành bản đồ có thể khai thác lợi thế của các công nghệ mới này không và

phải có khả năng phân tích mối quan hệ không gian giữa các tập dữ liệu để trả lời

khai thác như thế nào?

câu hỏi và giải quyết vấn đề mà người sử dụng đặt ra. Ba phương pháp phân tích
thông tin địa lý phổ biến là:
•

•

•

Một mô hình địa hình 3D tương tác sẽ có rất nhiều ưu điểm. Nó có thể
cung cấp cho người dùng khả năng chủ động chọn vị trí quan sát trong bản đồ,

Phân tích gần kề xấp xỉ: Sử dụng thuật toán buffering để xác định mối

cho phép nhận biết và tìm hiểu các dữ liệu không gian cũng như các thông tin

quan hệ gần kề giữ các đối tượng.

thuộc tính liên quan đến các đối tượng địa hình chính xác hơn. Chắc chắn việc áp

Phân tích chồng xếp: Kết hợp các đối tượng của hai lớp dữ liệu để tạo ra

dụng các công nghệ mới phục vụ cho ngành bản đồ sẽ hoàn thiện chất lượng của

một lớp mới, lớp kết quả này sẽ chứa đựng các thuộc tính có trong cả hai

các sản phẩm bản đồ và mở ra các lĩnh vực ứng dụng mới

lớp gốc. Lớp kết quả có thể được phân tích để tìm ra những đối tượng

Mặt khác, việc ứng dụng rộng rãi công nghệ mới trong thành lập bản đồ

chồng phủ, hoặc để tìm ra mức độ một đối tượng nằm trong một vùng

đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới. Ngành bản đồ các nước đang

hoặc nhiều vùng nào đó là bao nhiêu.

hướng đến hai loại bản đồ tiên tiến là bản đồ 3D và bản đồ động. Mô hình địa

Phân tích mạng lưới: Để giải quyết các bài toán như mạng lưới giao

hình 3D với các nhóm nội dung, độ chi tiết khác nhau phục vụ cho các mục đích

thông, mạng lưới thủy văn...

du lịch, quy hoạch và dự báo trong tương lai cũng đã trở thành thương phẩm
thường gặp tại nhiều nước phát triển. Mô hình dữ liệu, phương pháp thành lập,

Hiển thị dữ liệu

khuôn dạng số liệu cũng rất đa dạng phụ thuộc vào các công nghệ sẵn có trong

Hệ thống GIS cũng cần phải có các công cụ để hiển thị các đối tượng địa
lý sử dụng nhiều ký hiệu khác nhau. Đối với nhiều loại phép toán phân tích, kết
quả cuối cùng chính là bản đồ, đồ thị hoặc các báo cáo.

từng trường hợp.
Ở Việt Nam, các ngành khoa học tuỳ theo yêu cầu riêng biệt và điều kiện
vật chất kỹ thuật của mình cũng đã có một số sản phẩm đồ họa có các yếu tố địa
hình 3D trong đó như: sơ đồ tuyến, mặt cắt trong các ngành giao thông, thuỷ lợi;

13

14


DEM được tạo trong quá trình xử lý ảnh máy bay; bản đồ tác chiến trong quân

Đường đồng mức mô tả địa bề mặt

sự; mô hình cảnh quan trong giáo dục hay du lịch. Các số liệu này được thành lập

Đường đồng mức mô tả địa bề mặt là nguồn dữ liệu sẵn có và phổ biến

cho một số khu vực nhưng còn thiếu tính hệ thống và mang đặc trưng riêng của

nhất cho việc lập DTM. Bởi đây là cách duy nhất để mô tả địa bề mặt theo cách

từng ngành.

làm truyền thống (hiện nay vẫn còn được sử dụng rộng rãi). Nguồn dữ liệu này

1.4.1

được lưu giữ ở dạng bản đồ giấy nên để có thể dùng để tạo DTM nó cần phải

1.4.1.1

Một số khái niệm cơ bản

được số hoá hiệu chỉnh và biến đổi thành dạng dữ liệu 3D.

Mô hình độ cao số

Dữ liệu ảnh (bao gồm ảnh máy bay và ảnh vệ tinh)
Mô hình độ cao số ((Digital Elevation Model - DEM) là mô hình số miêu
tả bề mặt mặt đất nhưng không bao gồm các đối tượng vật thể trên đó được xây
dựng dựa trên các điểm độ cao và các đường bình độ. DEM là một nội dung
chính của Mô hình địa hình 3D nên một trong những ứng dụng chính của mô
hình địa hình 3D là các ứng dụng từ DEM.

1.4.1.2

Dữ liệu ảnh có được từ ảnh chụp máy bay hay ảnh chụp vệ tinh và được
sử dụng để tạo ra dữ liệu địa hình chính xác có độ phân giải cao. Ngoài ra, nguồn
dữ liệu cho DTM kiểu này còn có thể có được từ việc đo đạc bằng radar, laser.
Dữ liệu đo đạc (trắc đạc)
Dữ liệu có được từ việc đo đạc là loại dữ liệu chính xác nhất có thể có

Mô hình địa hình số

được, bởi các điểm đo được thiết kế sao cho có để mô tả đúng hình dáng của địa
Cũng giống như DEM, mô hình địa hình số (Digital Terrain Model –

hình của bề mặt và trong thực tế nó bao gồm rất nhiều điểm đo. Chất lượng của

DTM) là mô hình số miêu tả bề mặt mặt đất không bao gồm các đối tượng vật

loại dữ liệu này rất cao, tuy nhiên đòi hỏi chi phí lớn về thời gian cho công tác đo

thể trên đó nhưng được xây dựng dựa trên các điểm độ cao, các đường bình độ và

đạc ngoài thực địa. Do vậy phương pháp này chỉ thực sự hiệu quả đối với những

các đối tượng nằm trên bề mặt như sông suối, ao hồ… Do vậy độ chính xác của

dự án, những nghiên cứu trong phạm vi có diện tích nhỏ.

DTM cao hơn DEM, DTM là cơ sở để đo vẽ địa hình trên trạm ảnh số.
1.4.1.3

Mô hình bề mặt số

Khi đã có dữ liệu về địa hình bề mặt cần phải chọn cách thích hợp để mô
hình hoá địa bề mặt. Có hai cách tiếp cận để mô hình hoá địa bề mặt từ dữ liệu:

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

Lập DTM bằng phương pháp toán học: Trong trường hợp này DTM được

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

tạo ra bởi một hay nhiều hàm toán học tương thích với tập dữ liệu đã có của địa

cửa, cây, đường giao thông... Mô hình bề mặt số có ý nghĩa rất quan trọng trong

bề mặt. Cách làm này là không phù hợp với các đối tượng địa môi trường, bởi

việc tạo ảnh trực giao đối với ảnh vệ tinh, ảnh máy bay chụp màu có độ phân giải

như đã trình bày, các đối tượng địa môi trường là các đối tượng của tự nhiên nên

cao.

nó có hình dạng bất kỳ.

1.4.2

Lập DTM trực tiếp từ dữ liệu đã có của địa bề mặt: Cách này là phù hợp

Lưu trữ dữ liệu 3D

cho việc mô hình hoá các đối tượng địa môi trường vì nó tạo ra DTM mô tả đối
Nguồn dữ liệu để tạo DTM

tượng một cách trung thực với lượng thông tin (dữ liệu) đã biết về đối tượng.

DTM được tạo từ 1 trong 3 nguồn dữ liệu sau:

Mức độ chính xác của việc mô tả đối tượng bằng DTM lúc này phụ thuộc chủ
yếu vào mức độ chính xác và mức độ đầy đủ của dữ liệu về đối tượng.

15

16


Vì các lý do như địa hình phức tạp, hiểm trở hoặc do đối tượng nằm dưới lòng
đất, hoặc vì lý do kinh tế không thể đủ chi phí, việc lấy mẫu, đo đạc không thể
thực hiện một cách liên tục, do vậy nguồn dữ liệu cho DTM dù ở dạng nào thì
cũng là tập dữ liệu rời rạc. Các đối tượng của địa môi trường mặc dù là có hình
dạng bất kỳ nhưng đều có tính liên tục. Nếu như lập DTM bằng phương pháp
toán học thì chính các hàm toán học là công cụ liên kết các điểm dữ liệu rời rạc
để mô tả đối tượng. Cũng tương tự như vậy, lập DTM trực tiếp từ dữ liệu cũng
Hình 2.

cần phải có mô hình thích hợp để liên kết các điểm dữ liệu rời rạc để mô tả đối

Cấp độ chi tiết LoD đối với các đối tượng nhà, khối nhà

tượng. Có 2 mô hình thích hợp cho việc tạo DTM trực tiếp từ dữ liệu: Đó là mô

1.4.4

Biểu diễn đối tượng 3D

hình lưới (Rectangular grid) và mô hình mạng tam giác (Triangulated Irregular

1.4.4.1

Điểm

Network – TIN).
1.4.3

Điểm là thành phần cơ sở được định nghĩa trong một hệ tọa độ. Đối với hệ

Khái niệm về cấp độ chi tiết

tọa độ hai chiều mỗi điểm được xác định bởi cặp tọa độ (x, y). Khi biểu diễn các

Khái niệm cấp độ chi tiết (Level of Detail – LoD) được đưa ra để diễn tả
mức độ chi tiết, sự giống nhau giữa mô hình địa hình 3D và thế giới thực.
Ở bước 1- xây dựng mô hình hình học, LoD sẽ quyết định độ chi tiết của
các đối tượng như độ chính xác của DEM, những chi tiết nào của bề mặt đất có
thể bỏ qua, những công trình kiến trúc nào phải được thể hiện và thể hiện đến

điểm độ cao địa hình, chúng ta thường biểu diễn điểm trong hệ tọa độ 3 chiều xác
định bởi các giá trị (x, y, z).
1.4.4.2

Đường thẳng
Một đường thẳng có thể xác định nếu biết hai điểm thuộc nó. Phương trình

đường thẳng đi qua hai điểm (x1, y1) và (x2, y2) có dạng sau :

mức nào, những tiểu tiết nào có thể được khái quát hoá.
Ở bước 2 - Hiển thị trực quan, LoD sẽ quyết định về mặt hình thức đối

x  x1 x 2  x1

y  y1 y 2  y1

tượng sẽ được thể hiện giống với hình ảnh thực đến mức nào. Có hai xu hướng
thể hiện trái ngược nhau. Một là ký hiệu hoá tối đa các đối tượng theo các
nguyên tắc bản đồ. Hai là cố gắng thể hiện các đối tượng càng giống với hình ảnh

Ngoài ra, người ta còn sử dụng phương trình tham số của đường thẳng có
dạng các tọa độ x, y được mô tả qua một thành phần thứ ba là t.

thực càng tốt. Thí dụ ở cách thứ nhất một ngôi nhà bê tông được qui định thể

(x2,y2)

hiện đơn giản là một khối màu xám, ở cách thứ hai nó được chụp ảnh ở tất cả các
bề mặt và các ảnh này được đính lên từng bề mặt của mô hình ngôi nhà. Người

t>1

t=1

(x1,y1)
t=0

thiết kế phải chọn được một điểm dừng hợp lý giữa hai xu hướng này.

t<0

LoD áp dụng ở bước xây dựng mô hình DEM, mô hình hình học các đối
tượng 3D trên DEM và ở bước hiển thị trực quan phải đồng đều.

17

Hình 3.

Dạng tham số của phương trình đường thẳng

18


Dạng này rất thuận tiện khi khảo sát các đoạn thẳng.

Khai triển các định thức trên ta được công thức tường minh của các hệ số:

x  (1  t)x1  tx 2

 y  (1  t)y1  ty 2

A  y1 (z 2  z 3 )  y 2 (z 3  z 1 )  y 3 (z1  z 2 )
B  z (x  x )  z (x  x )  z (x  x )


1
2
3
2
3
1
3
1
2

C  x 1 (y 2  y 3 )  x 2 (y 3  y1 )  x 3 (y1  y 2 )
D   x 1 (y 2 z 3  y 3 z 2 )  x 2 (y 3 z 1  y1 z 3 )  x 3 (y1z 2  y 2 z 1 )

Nếu t[0,1], ta có các điểm (x,y) thuộc về đoạn thẳng giới hạn bởi hai
điểm (x1, y1) và (x2, y2), nếu t[-, +], ta sẽ có toàn bộ đường thẳng
Trong biểu diễn bề mặt địa hình, đoạn thẳng nối hai điểm độ cao trên bề
mặt địa hình được dùng để miêu tả sự biến đổi tuyến tính của một phần bề mặt

Đôi khi, sẽ rất hữu ích nếu ta khảo sát các mặt phẳng thông qua phương
trình tham số. Phương trình tham số của một mặt là một hệ phương trình có hai
tham số u, v. Một điểm bất kì trên mặt sẽ có tọa độ được biểu diễn dưới dạng
vector tham số : p(u, v) = (x(u, v), y(u, v), z(u, v)). Với mỗi cặp giá trị (u, v) ta sẽ

địa hình nằm giữa hai điểm đó.

có một bộ các tọa độ (x, y, z) biểu diễn một điểm trên bề mặt đã cho. Các mặt
1.4.4.3

Mặt phẳng

khác nhau sẽ được phân biệt với nhau bằng các bộ hàm x(), y(), z() khác nhau.

Khi biểu diễn bề mặt địa hình dưới dạng lưới tam giác không đều TIN, thì
mỗi tam giác sẽ đặc tả phần địa hình nằm bên trong tam giác đó. Mỗi tam giác là
một mặt phẳng, để biểu diễn các tam giác trên máy tính, chúng ta sử dụng

Để giới hạn không gian của các mặt, thông thường người ta định lại các
tọa độ biên sao cho u, v tương ứng biến đổi trong đoạn [0,1], ngược lại khi u, v
biến đổi trong khoảng (-, +) mặt phẳng sẽ trải dài đến vô tận.

phương trình toán học của mặt phẳng.
1.4.4.4

Phương trình tổng quát biểu diễn mặt phẳng có dạng:

Đường cong
Khi biểu diễn bề mặt địa hình, người ta còn thể hiện dáng điệu địa hình

Ax + By + Cz + D = 0

dưới dạng các đường bình độ. Đường bình độ là một đường cong phức tạp, luôn

Trong đó (x, y, z) là một điểm bất kì của mặt phẳng và A, B, C, D là các

uốn lượn bám sát bề mặt địa hình và có độ cao không đổi. Việc tìm ra các công
thức để biểu diễn các đường bình độ là rất phức tạp. Trong mục này chúng ta sẽ

hằng số diễn tả thông tin không gian của mặt phẳng.

khảo sát các phương pháp cho phép tạo ra các đường cong mô tả đường bình độ

Để xác định phương trình mặt phẳng của một tam giác trong không gian,

dựa trên tập các điểm xác định trên đường cong.

ta sử dụng tọa độ của ba đỉnh (x1,y1,z1), (x2,,y2,z2), (x3 ,y3,z3) của tam giác
Bài toán đặt ra ở đây là cần xây dựng một đường cong đi qua tập hợp các

này. Từ (2.5) ta có:

điểm phân biệt p1, p2, .... , pL+1 có độ cao không đổi và luôn bám sát bề mặt địa
Axk + Byk + Czk + D = 0 ; ( k = 1,2,3)

hình.

Dùng quy tắc Cramer, ta có thể xác định A, B, C, D theo công thức:

1 y1
A  1 y2
1 y3

z1
z2
z3

x 1 1 z1

x1

B  x2 1 z2
x3 1 z3

C  x2
x3

x1

y1

z1

y 2 1 D   x2
y3 1
x3

y1 1

y2
y3

z2
z3

Có hai cách giải quyết như sau:
-

Định tọa độ của một số điểm nào đó thuộc đường cong, sau đó tìm các
phương trình toán học và hiệu chỉnh chúng để đường cong đi qua tất cả
các điểm pk (k = 1 ÷ L+1).

19

20


-

Cách khác là xác định một số các điểm gọi là điểm điều khiển và dùng

mọi nơi trên giá mang của nó, nên đường cong tại các chỗ nối là trơn, g(t) là một

một giải thuật nào đó để xây dựng đường cong dựa trên các điểm này.

ví dụ của hàm trộn Spline.

Đường cong được xây dựng bởi một tập các điểm điều khiển này có
thể được phát sinh lại khi cần.

Đường cong tổng quát được xây dựng từ tập các nút t0, t1, .., với ti R và
ti  ti+1. Với mỗi điểm kiểm soát pk ta kết hợp với một hàm trộn tương ứng là

Trong phần này, luận văn sẽ nghiên cứu theo hướng tiếp cận thứ hai là
cách phổ biến nhất để xây dựng các đường đồng mức dựa trên các đường cong

Rk(t). Rk(t) là đa thức riêng phần liên tục trên mỗi đoạn con [ti, ti+1] và liên tục
tại mỗi nút.

Spline và B-Spline.
Các đoạn đường cong riêng phần này gặp nhau tại các điểm nút, do các
Đường cong Spline

hàm trộn Spline liên tục tại các nút nên đường cong tạo ra cũng liên tục. Những

Đường cong Spline p(t) được xây dựng dựa trên (L+1) điểm kiểm soát pk
bằng cách sử dụng các hàm trộn Spline Rk(t) có dạng như sau :

k 0

Vấn đề được đặt ra tiếp ở đây: Cho trước một vector nút, có tồn tại hay
không họ các hàm trộn sao cho chúng có thể phát sinh ra mọi đường cong Spline

L

p(t)   p k R k (t)

đường cong như vậy là đường cong Spline.

tR

Tập các hàm trộn Ri(t) này có giá mang là khoảng t  [ti, ti+1] trên đó
hàm lấy giá trị là một phần của đoạn [0, 1], ngoài giá mang này hàm có giá trị là
0. Như vậy, đường cong chỉ phụ thuộc vào một số điểm kiểm soát mà thôi. Các

được định nghĩa trên vector nút đó. Một họ các hàm như vậy được gọi là cơ sở
cho Spline, nghĩa là bất kì đường cong Spline nào cũng có thể được đưa về cùng
một công thức bằng cách chọn đa giác kiểm soát phù hợp.
Câu trả lời là có nhiều họ hàm như vậy, nhưng đặc biệt có một họ hàm
trộn có giá mang nhỏ nhất đó là B-Spline (B là từ viết tắt của basis).

hàm trộn mà ta đề cập đến ở đây chính là tập các đa thức được định nghĩa trên
các đoạn kề nhau để các đoạn đường cong được tạo ra, nối lại với nhau, tạo nên

một đường cong liên tục. Ví dụ ta định nghĩa hàm g(t) bao gồm ba đa thức a(t),
b(t), c(t) như sau :

Đường cong B-Spline
Một đường cong B-Spline cấp m xây dựng dựa trên vector nút T và (L+1)
điểm kiểm soát pk có dạng:

1 2

 a(t)  2 t

2

3 
3
g(t)   b(t)    t  
4
2




1
2
 c(t)  (3  t)
2


L

p(t)   p k N k,m (t)
k 0

với k = 0, 1, .., L

Trong đó Nk,m(t) là đa thức có bậc (m-1) có công thức đệ quy:

Giá mang của g(t) là [0,3], của a(t) là [0,1], của b(t) là [1,2], của c(t) là
[2,3].

 t  tk 
 t
t 
 N k, m 1 (t)   k  m
 N k 1, m 1 (t)
N k, m (t)  
t

t
t

 k  m 1 k 
 k  m t k 1 
nếu tk  t  tk+1

Các điểm tại các đoạn đường cong gặp nhau được gọi là các điểm nối, và
giá trị t tại các điểm đó được gọi là nút. Có thể kiểm chứng được g(t) liên tục tại
21

1 nếu với t còn lại

N k ,1 ( t )  
0
với
22


Các điểm ti có thể được xác định theo nhiều cách khác nhau. Một trong
các cách đó là cho ti = i, lúc này khoảng cách giữa các điểm nút là bằng nhau.

1.5

Một số ứng dụng của mô hình địa hình số 3D

1.5.1 Các ứng dụng trong việc giám sát và phát hiện tài nguyên

Chúng ta có thể có cách định nghĩa khác:
Giám sát lũ lụt: Việc mô hình hoá vùng lưu vực sông dựa trên dữ liệu địa

0

t i  L  m  1
L  m  2


Nếu i
hình 3D, các thông tin tại các điểm nút (các mặt cắt ngang, mặt cắt dọc), dữ liệu

Nếu m≤i≤L

về lượng mưa, lượng nước bị giữ lại và sức chứa của lưu vực có thể được dùng

Nếu i>L

để đưa ra các dự báo về khoảng thời gian, phạm vi ngập lũ và đề xuất các biện
pháp phòng ngừa. Trong quá trình đang xảy ra thiên tai dựa trên các nội dung của

với i = 0, …, L+m.
1.4.4.5

Mô hình địa hình 3D, cơ quan phụ trách có thể đưa ra các quyết định tức thời,
chính xác về việc di dời người và tài sản, giảm nhẹ thiệt hại về người và của,

Hình khối
Một phương pháp thông dụng và đơn giản để mô hình hóa các địa vật trên

mô hình số địa hình và trong bản đồ ba chiều là mô hình khung nối kết. Mỗi địa
vật là một mô hình khung nối kết gồm có một tập các đỉnh và tập các cạnh nối
giữa các đỉnh đó. Khi thể hiện bằng mô hình này, các đối tượng ba chiều có vẻ
rỗng và không giống thực tế lắm. Để hoàn thiện hơn, người ta dùng các kĩ thuật
tạo bóng và loại bỏ các đường và mặt khuất. Tuy nhiên vẽ bằng mô hình này
thường cho kết quả hiển thị nhanh.

đánh giá thiệt hại và đưa ra các biện pháp cứu trợ hiệu quả.
Phòng chống cháy rừng, phòng chống sụt lở đất cũng có thể phát hiện một
cách rất hiệu quả dựa trên thông tin của Mô hình địa hình 3D. Từ DEM, dữ liệu
về lớp phủ thực vật kết hợp với các thông tin về lượng mưa, chiều gió, độ ẩm,
chất đất... có thể đưa ra các cảnh báo, các phản ứng tức thời và các phương án
nhằm giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra.
1.5.2 Các ứng dụng trong xây dựng cơ sở hạ tầng và viễn thông

Với mô hình khung nối kết, hình dạng của đối tượng ba chiều được biểu
diễn bằng hai danh sách, danh sách các đỉnh và danh sách các cạnh nối các đỉnh
đó. Danh sách các đỉnh cho biết thông tin hình học đó là vị trí các đỉnh, còn danh
sách các cạnh xác định thông tin về sự kết nối, nó cho biết cặp các đỉnh tạo ra
cạnh. Chúng ta hãy quan sát một vật thể ba chiều được biểu diễn bằng mô hình
khung nối kết như sau:

Trong xây dựng cơ sở hạ tầng
Thiết kế - qui hoạch là một trong những lĩnh vực rộng lớn rất cần Mô hình
địa hình 3D. Từ thiết kế giao thông, đô thị, công trình công cộng đến thiết kế nhà
máy thuỷ điện đều cần đến các thông tin chính xác này để nghiên cứu tình trạng
hiện thời, tính toán khối lượng đào đắp để đưa ra phương án tối ưu, lên kế hoạch
giải toả và tái định cư, hiển thị mô hình thiết kế, lấy ý kiến đóng góp, trình duyệt.
Trong viễn thông
DEM cũng đã được ứng dụng trong viễn thông để thiết kế các trạm phát
sóng, tiếp sóng dựa trên phân tích về vùng thông hướng nhìn. Nhưng gần đây với
quá trình đô thị hoá, các khu nhà cao tầng mọc lên rất nhanh thì DEM không còn
khả năng cung cấp đủ thông tin cho việc quản lý viễn thông nữa nhất là trong các
khu vực mật độ dân số cao. Mô hình địa hình 3D hoặc một biến thể của nó là mô

Hình 4.

Vật thể ba chiều được biểu diễn bằng mô hình khung nối kết
23

hình thành phố 3D có thể cung cấp thông tin đầy đủ hơn cho việc chọn các vị trí
24

tối ưu để xây dựng trạm thu phát, đảm bảo việc truyền phát sóng được thực hiện
hiệu quả nhất.
1.5.3 Các ứng dụng trong lĩnh vực quốc phòng
Với ưu điểm về môi trường hiển thị ba chiều rất giống với thế giới thực,
Mô hình địa hình 3D được sử dụng cho các ứng dụng mô phỏng địa hình trong
lĩnh vực quân sự, hàng không... Bằng cách kết hợp các nội dung Mô hình địa
hình 3D với cơ sở dữ liệu của sân bay, các công ty phần mềm có thể cung cấp
cho các sân bay công cụ để thiết lập một hệ thống phòng tránh các va chạm hàng
không, cảnh báo tiếp cận sân bay và quản lý các chuyến bay.
Ngoài ra trong quân sự Mô hình địa hình 3D có thể sử dụng phục vụ tác
chiến, phân tích địa hình cho các hoạt động chiến trường như: phân tích tầm nhìn

Hình 5.

Phân tích đa tiêu chí (khu vực nhiều tiếng ồn, vùng ngập lụt)

hay khả năng cơ động của các trang thiết bị cơ giới... Các ứng dụng tiêu biểu
khác của DEM trong quân sự là phục vụ dẫn đường cho tên lửa và thiết kế mạng

Đánh giá mức độ tiếng ồn tại sân bay Gia Lâm
bằng phương pháp nội suy

Dù b¸o « nhiÔm nguån n­íc khi xây
dựng nhµ m¸y

thông tin liên lạc. Các ứng dụng trong quân sự cũng đòi hỏi phải có các chức
năng hiển thị mạnh như các công cụ hiển thị hình ảnh động trong các mô hình
mô phỏng tác chiến.
1.6

Tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam
Hệ thống GIS đã bắt đầu được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều bộ

ngành: Quy hoạch xây dựng, sử dụng đất, tài nguyên môi trường, giao thông vận
tải... và bắt đầu đã được đưa vào chương trình giảng dạy tại một số trường đại
học.
Trong lĩnh vực Quy hoạch xây dựng, công nghệ GIS đã được áp dụng tại
một số đơn vị trong ngành quy hoạch xây dựng và cơ quan quản lý địa phương
như: Viện Kiến trúc, Quy hoạch đô thị và nông thôn, UBND Thành phố Hà nội,
Sở địa chính, Viện Quy hoạch Hải Phòng, Sở Tài nguyên – Môi trường Cần
Thơ... và nhiều cơ quan khác. Các phần mềm chính được sử dụng như: MapInfo,
ArcInfo, AutoCad, ArcView, Microstation, Access, SQL server,...

Hình 6. Sử dụng GIS đánh giá mức độ tiếng ồn và dự báo ô nhiễm nguồn nước
Hiện nay trong công tác quy hoạch xây dựng, phần mềm chính được sử
dụng phổ biến hiện nay nhất là phần mềm hỗ trợ thiết kế AutoCad, phần mềm
xử lý ảnh Photoshop...; việc ứng dụng các phần mềm GIS như Arcview,
Mapinfo,... còn rất hạn chế. Chính những hạn chế này đã đặt ra cho các nhà qui

25

26


hoạch và quản lý là vấn đề chuyển hoá các sản phẩm xây dựng từ các phần mềm
thiết kế sang quản lý bằng công nghệ GIS. 1
1.7

Kết luận
Chương 1 đã trình bày tổng quan về hệ thống thông tin địa lý và mô hình

GIS 3D: khái niệm chung, chức năng cũng như cấu trúc của một hệ thống thông
tin địa lý, các khái niệm cơ bản về GIS 3D và ứng dụng của hệ thống thông tin
địa lý GIS và tình hình ứng dụng GIS ở Việt Nam.

Chương 2. Công tác quản lý quy hoạch xây dựng
đô thị và ứng dụng của GIS
2.1 Thực trạng công tác quản lý quy hoạch xây dựng và quản lý đô thị
Qui hoạch và quản lý đô thị là một trong những công cụ chủ yếu của bộ
máy quản lý nhà nước nhằm định hướng, kiểm soát sự hoạt động và tăng trưởng
của các đô thị. Hiện nay ở Việt Nam hiện tượng đô thị hóa với tốc độ chóng mặt,
kéo theo sự bùng nổ dân số đô thị cùng với sự phát triển nhanh chóng về công sở,
nhà ở, các khu công nghiệp, khu du lịch và hệ thống hạ tầng kỹ thuật đã làm gia
tăng hàng loạt các vấn đề trong việc phục vụ nhân dân và doanh nghiệp như quản
lý đất đai, sở hữu tài sản … Các hoạt động của con người gắn liền với không gian
vật chất xung quanh hết sức phức tạp. Tình trạng mỗi cấp, mỗi ngành mỗi địa
phương tự quản lý qui hoạch và quản lý đô thị một cách chắp vá, thiếu căn bản,
thiếu hệ thống đã khiến cho nguy cơ chồng lấn giữa các dự án, việc qui hoạch
ngành không khớp nối nhau, cho đến các vấn đề cụ thể như kiện tụng về đất đai,
sở hữu vật kiến trúc … rất phổ biến. Gây lãng phí thất thoát, mất trật tự an toàn
xã hội. Đó là căn bệnh trầm kha mà lâu nay các nhà quản lý đô thị, quản lý xây
dựng loay hoay tìm giải pháp tháo gỡ.
Vì vậy, việc đòi hỏi phải có một hệ thống thông tin địa lý đầy đủ, chính
xác, giúp các nhà quản lý đô thị, quản lý nhà nước thực hiện chức năng nhiệm vụ
của mình một cách nhanh chóng. Với hệ thống thông tin địa lý GIS được vận
hành, liên kết, cập nhật đầy đủ, người quản lý với một số thao tác có thể tìm kiếm
được đầy đủ thông tin trên một vị trí cần tìm. Các thông tin theo các lớp dữ liệu
từ cấu trúc địa chất, địa hình, thủy văn, cho đến các công việc cụ thể như xác
định nước ngầm, các công trình ngầm hiện có, các thông tin về diện tích, ranh
giới, tọa độ, chủ sở hữu đất và các công trình trên đất, các thông tin về mật độ

dân số, qui hoạch định hướng và qui hoạch chi tiết xây dựng, các biến động về sử
dụng đất và không gian kiến trúc có thể có … sẽ được chuẩn bị sẵn sàng để đáp
ứng các nhu cầu phát triển. Điều này cũng giúp hoàn thiện hệ thống cải cách

1

Các thông tin này được thu thập từ hội thảo Quốc gia về ứng dụng Gis trong phát triển đô thị. Hà nội
2008

27

hành chính theo hướng một cửa cung cấp thông tin.
28


Tất cả ứng dụng tại các đô thị sẽ đảm bảo kết nối thông tin với hệ thống

2.1.1 Sơ đồ trình tự lập đồ án quy hoạch

cung cấp thông tin, cung cấp các dịch vụ tốt nhất cho người dân, giúp cơ quan
nhà nước xử lý cung cấp thông tin cho các đối tượng liên quan, thông tin cho dân
biết và có các quyết định chính sách kịp thời cho các nhu cầu giúp người dân, các
doanh nghiệp. Tránh được các sai sót trong quản lý và xây dựng đô thị theo qui
hoạch, giúp người lãnh đạo có thể theo dõi thông tin đầy đủ và kịp thời trên
mạng.
Bên cạnh đó, việc có nhiều nhà đầu tư trong và ngoài nước tìm đến dẫn tới
tốc độ tăng trưởng của các đô thị hằng năm rất cao. Kéo theo nhiều biến động về
dân cư và đô thị. Hàng loạt các khu đô thị mới, các khu công nghiệp, các khu du
lịch, các khu tái định cư,…. đang được đầu tư xây dựng nhanh chóng. Và như
nhiều khu đô thị trẻ khác trên toàn quốc, những khiếm khuyết, bất cập cũng đã và

đang bộc lộ.
Việc xây dựng hệ thống thông tin địa lý phục vụ cho công tác quy hoạch
xây dựng đô thị trước mắt sẽ giúp ngành quản lý xây dựng phục vụ các yêu cầu
của lãnh đạo tỉnh trong việc phát triển, đồng thời có khả năng chia sẻ, tích hợp dữ

Hình 7.

Trình tự lập đồ án quy hoạch

liệu các Sở chuyên ngành về xây dựng, tài nguyên môi trường, các ban quản lý

Quá trình này diễn ra không hoàn toàn tuần tự. Từ bước 7 trình duyệt có

đô thị, công nghiệp. Về lâu dài, sẽ phát triển liên kết và chia sẻ dữ liệu với tất cả

thể quay lại bước 3 để điều chỉnh lại phương án. Đây là quá trình điều chỉnh

các ngành, các địa phương trong toàn tỉnh/thành cũng như trong khu vực, trung

ngược và thường bộc lộ rõ những nhược điểm của phương pháp thể hiện quy

ương.

hoạch hiện nay. Đó là việc điều chỉnh 1 yếu tố kéo theo nhiều yếu tố khác phải
điều chỉnh . Việc thực hiện thủ công và không có sự kết nối giữa các khâu nên
thường xảy ra nhầm lẫn.
Ví dụ việc thay đổi quy mô của một lô đất sẽ kéo theo quy mô các lô đất
kế cận thay đổi. Sau khi sủa đổi bản vẽ lại phải sửa đổi các bảng thống kê, các
chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Đây chính là giai đoạn dễ xảy ra sai sót do điều chỉnh
không hết các tham số thay đổi.

2.1.2 Một số nhân tố tác động đến công tác lập đồ án quy hoạch
Công tác quy hoạch đô thị nghiên cứu có hệ thống những phương pháp để
bố trí hợp lý các thành phần của đô thị, phù hợp với những nhu cầu của con
người và điều kiện tự nhiên, đồng thời đề ra những giải pháp kỹ thuật để thực
29

30


hiện các phương pháp bố trí đó. Việc lập quy hoạch đô thị cần tuân theo nhiều

sử dụng và không được quản lý việc thu hồi.

nguyên tắc như: Chính sách xây dựng của Đảng và Nhà nước, ứng dụng các

Các đồ án qui hoạch, các dự án đầu tư do các cơ quan khác nhau lập, thiếu

thành tựu khoa học kỹ thuật, chú ý bảo vệ môi trường sống… Khi lập quy hoạch

một chuẩn thống nhất, các bản đồ qui hoạch không theo một hệ tọa độ thống nhất

cần phải chú ý đến các yếu tố sau:

dẫn đến khi đặt chồng các qui hoạch chuyên đề của cùng một khu vực lên nhau

-

Ý kiến tham gia của các nhà lãnh đạo, các cơ quan quản lý

hay đặt các đồ án của các khu vực liền kề cạnh nhau thì dẫn đến các mâu thuẫn

-

Diễn biến hiện trạng trong thời gian nghiên cứu lập quy hoạch

đôi khi nghiêm trọng

-

Các nhân tố tạo thị và mối liên hệ đến các giải pháp quy hoạch.

-

Các công cụ để kiểm soát các chỉ tiêu khống chế xây dựng

-

Yếu tố thời gian triển khai lập quy hoạch

chúng cũng như người lãnh đạo khó có thể hiểu rõ được ý đồ của nhà qui hoạch

-

Sức ép của cơ chế thị trường

thông qua các bản đồ, bản vẽ bằng ngôn ngữ chuyên ngành. Cũng vì lý do này

-

Khả năng trình chiếu, báo cáo

mà việc quản lý phát triển theo qui hoạch hay gặp khó khăn do cơ quan quản lý

-

Công bố quy hoạch, sự tham gia của cộng đồng trong công tác quy hoạch

-

Khả năng về quản lý xây dựng, phát triển đô thị của đồ án quy hoạch.

Đồ án qui hoạch được trình bày bằng ngôn ngữ chuyên môn khó hiểu đối
với những người ngoài nghề. Điều này dẫn đến việc lấy ý kiến công chúng và các
cơ quan cấp trên về qui hoạch thường là mất công và khá hình thức vì công

qui hoạch khó có thể hóa giải được áp lực của các nhà quản lý cấp trên về các dự
án xây dựng không phù hợp qui hoạch đã được phê duyệt
Chính vì vậy, việc ứng dụng GIS phục vụ quản lý nhà nước trong lĩnh vực

2.1.3 Các khó khăn trong công tác quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị
hiện nay

xây dựng là một vấn đề bức xúc và cần thiết hiện nay.
2.2 Ứng dụng GIS trong quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị

Công tác quản lý nhà đất và hạ tầng kỹ thuật đô thị Sở Xây dựng thường
xuyên phải cập nhật, khai thác và xử lý các thông tin trong các tài liệu, hồ sơ, đặc
biệt phải khai thác xử lý nhiều thông tin liên quan đến bản đồ, sơ đồ, bản vẽ.
Tuy nhiên, hiện nay, việc quản lý xây dựng, qui hoạch và đô thị chủ yếu dựa trên
hồ sơ giấy. Bản đồ giấy không được cập nhật kịp thời, khó sử dụng trong phân

tích.

Hệ thống GIS có thể được xem như là “hệ thống các công cụ nền máy tính
dùng thu nhập, lưu trữ, truy cập và biến đổi, phân tích và thể hiện dữ liệu liên
quan đến vị trí trên bề mặt trái đất, và tích hợp các thông tin này vào quá trình lập
quyết định”. Từ chương 1 chúng ta đã thấy rằng có năm thành phần quan trọng
cấu thành nên GIS: phần cứng, phần mềm máy tính, các công cụ và phương pháp
phân tích; con người và dữ liệu. Đối với công tác quản lý thông tin đô thị, thì

Bên cạnh đó, dữ liệu quy hoạch thường được lưu trong các bản vẽ
Autocad, các bản vẽ này chỉ đáp ứng tốt trên máy cá nhân, không thích hợp cho
việc chia sẻ và quản lý trên môi trường mạng, do đó khó khăn trong việc cập nhật
biến động. Các đồ án qui hoạch phải làm quá nhiều, thời gian nghiên cứu, cho ý
kiến về các đồ án qui hoạch kéo dài, kho hồ sơ về các đồ án qui hoạch, các dự án
của các nhà đầu tư xin ý kiến quá lớn, hồ sơ nhiều khi chiếm hết cả diện tích làm
việc cần thiết của cơ quan. Kho hồ sơ lưu rất lớn nhưng thường bị đóng bụi vì
khó khai thác, hồ sơ lưu thường không đầy đủ do một số thành phần bị rút ra để
31

thành phần thứ 5 đề cập đến dữ liệu vị trí của cơ sở hạ tầng đô thị, cùng các thuộc
tính liên quan của chúng. Với vai trò như là công nghệ giúp thu thập thông tin vị
trí, hệ thống định vị toàn cầu GPS có thể làm tốt vai trò là nguồn thu dữ liệu đưa
vào hệ GIS.
Trong quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị, từ đó những phân tích lở
phần trên, chúng ta có thể ứng dụng GIS để giải quyết, hỗ trợ những lớp bài toán
sau đây:
32


vực trên cơ sở phù hợp với qui hoạch chi tiết được duyệt.

2.2.1 Quản lý nhà nước

- Quản lý và duy tu, bảo dưỡng công trình công cộng, quản lý môi trường

Nhu cầu ứng dụng GIS như là công cụ nhằm thực hiện quản lý nhà nước
một số lĩnh vực chủ yếu của các đô thị trên địa bàn tỉnh như sau:

đô thị

a. Quản lý tài nguyên và môi trường

- Quản lý qui hoạch – Đầu tư – Xây dựng

- Thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường

d. Quản lý các công trình hạ tầng, tiện ích công ích trong đô thị
Các công trình hạ tầng do các doanh nghiệp đầu tư (điện nước, thông tin,

- Xử lý thông tin từ trung tâm quan trắc môi trường
- Xử lý thông tin từ VP Đăng ký Quyền sử dụng đất.

liên lạc …) còn có các công trình hạ tầng tiện ích do nhà nước đầu tư.

- Xử phạt vi phạm luật môi trường, cấp giấy phép khai thác tài nguyên.

e. Quản lý doanh nghiệp

b. Quản lý Qui hoạch, Kế hoạch và Tiến độ được duyệt

- Cấp giấy phép kinh doanh

- Quản lý qui hoạch và cấp địa điểm.

f. Quản lý đầu tư và xây dựng

- Phê duyệt qui hoạch chi tiết, thẩm tra và phê duyệt bản đồ địa chính.

- Cấp giấy phép đầu tư cho cả đầu tư trong nước và đầu tư nước ngoài.

- Cung cấp thông tin quy hoạch.

- Cấp giấy phép xây dựng, thỏa thuận địa điểm, cấp chứng chỉ qui hoạch

- Giao đất và cho thuê đất, xử phạt hành chính về vi phạm qui hoạch
- Phê duyệt phương án đền bù, ban hành các loại giá, trong đó có giá cho

(thay cho cấp địa điểm).
2.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền và chuyên ngành
Hệ thống thông tin địa lý đang chứng minh tính hiệu quả trong việc xây

thuê đất.
- Giao đất, cho thuê đất, thu hồi và điều chỉnh đối với diện tích đã có qui

dựng và quản lý cơ sở dữ liệu cũng như kết hợp các dữ liệu cần thiết để phục vụ
công tác trực tiếp chỉ đạo điều hành của lãnh đạo, hỗ trợ cho công tác qui hoạch

hoạch chi tiết được duyệt
- Phê duyệt qui hoạch chi tiết, điều chỉnh qui hoạch chi tiết
- Thẩm định và phê duyệt phương án đền bù

và quản lý điều hành qui hoạch xây dựng
2.2.3

Tạo, lập các báo cáo
Hệ thống thông tin địa lý quản lý quy hoạch xây dựng phải có khả năng

c. Quản lý đô thị
- Quản lý một số lĩnh vực tại các đô thị như quản lý đất đai, quản lý dịch
vụ buôn bán nhỏ, quản lý hộ tịch, hộ khẩu
- Giải quyết giao đất, cho thuê đất, chuyển quyền sử dụng đất, cấp số đỏ,

giúp cho các cơ quan chức năng thực hiện các báo cáo với lãnh đạo các cấp, bảo
đảm về nội dung, chất lượng, và thời gian thực hiện báo cáo, cụ thể như:
- Báo cáo dự thảo qui hoạch tổng thể

chuyển mục đích sử dụng đất trong khu vực đã có qui hoạch chi tiết được duyệt

- Báo cáo nhanh thiết kế sơ bộ của một dự án, công trình

và đang đầu tư phát triển hạ tầng

- Báo cáo nhanh tình hình của một hiện tượng, một sự kiện cùng các yếu

- Thỏa thuận về tách hộ, chuyển hộ khẩu, trong phạm vi qui hoạch chung

tố liên quan thuộc một lĩnh vực hoặc một khu vực phạm vi nào đó trong tỉnh.
- Báo cáo tổng hợp từ nhiều lĩnh vực như:

đô thị.

- Cấp giấy phép kinh doanh đối với các hộ buôn bán, dịch vụ trong khu
33

+ Cơ sở hạ tầng kỹ thuật của một khu vực
34


Gần đây, tiến trình hiện đại hóa cơ sở hạ tầng kỹ thuật của tỉnh đã làm

lớn, buộc phải tăng cường nhận thức ứng dụng CNTT trong quản lý về những

tăng nhanh chóng khối lượng đầu tư các công trình hạ tầng kỹ thuật. Đường sá,

thay đổi này và hoạt động theo một phương thức hiệu quả hơn nữa. Các phương

cầu c ống, được mở rộng, nâng cấp, hoặc thêm nhiều tuyến mới như nâng cấp.

pháp mô phỏng, dự báo, đánh giá, quyết định, cũng như chính sách về lập kế

Nhiều công trình phúc lợi được nâng cấp hoặc xây dựng mới nhanh chóng. Khối

hoạch, quy hoạch phải đáp ứng các chỉ tiêu về môi trường, kinh tế, xã hội, mối

lượng công trình ngầm của Bưu điện, Điện lực cũng ngày càng nhiều. Xung đột

tương tác giữa chúng và các hệ quả có thể xảy ra đối với tất cả các lĩnh vực liên

trong tiến trình thiết kế và thi công các công trình hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là

hệ.

công trình ngầm ngày càng gia tăng vì thời gian, không gian thi công, ngày càng

Hiện tượng này dẫn đến nhu cầu phải cải thiện chất lượng và số lượng

thu hẹp, thông tin về các công trình hạ tầng kỹ thuật, trong đó có công trình ngầm

thông tin để đáp ứng tình thế mới. Thông tin từ các CSDL là phần tử quan trọng

không được cung cấp đầy đủ hoặc thiếu chính xác. Việc thiếu thông tin của các

và cơ bản nhất của các hệ tri thức cấu thành của bất cứ nền kinh tế tri thức nào

công trình hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt là các hạ tầng cấp vùng liên tỉnh hoặc khu

tên thế giới. Thông tin càng được cải thiện và kịp thời sẽ giúp cho việc quy hoạch

vực do các bộ, ngành trung ương đầu tư, đã làm chậm tiến trình hiện đại hóa cơ

và quản lý hành chính nhà nước được hiệu quả và cân đối với các bộ phận khác

sở hạ tầng kỹ thuật của tỉnh đồng thời phát sinh rất nhiều chi phí do sự không

nhau trong toàn bộ hệ thống kinh tế và xã hội.

tương thích giữa các công trình. Tất cả các cơ quan liên quan đến cơ sở hạ tầng

2.3 Sự cần thiết của GIS 3D trong quy hoạch quản lý đô thị

kỹ thuật đều cần được cung cấp đầy đủ, dễ dàng, chính xác các dữ liệu về hệ

thống cơ sở hạ tầng kỹ thuật, quy hoạch và dự án đầu tư cơ sở hạ tầng kỹ thuật.

Việc ứng dụng GIS 3D là một nhiệm vụ quan trọng trong công tác quản lý
đô thị và quy hoạch đô thị tại Việt Nam hiện nay, đặc biệt là những năm gần đây,

+ Cơ sở hạ tầng kinh tế - xã hội của một khu vực
Cơ sở hạ tầng kinh tế - xã hội của một khu vực: dữ liệu về kinh tế xã hội
bao gồm những hiện tượng, sự kiện xảy ra trên địa bàn các đô thị của tỉnh nếu

khi mà một số vấn đề quan trọng mang tính toàn cầu bị ảnh hưởng như biến đổi
khí hậu, ô nhiễm môi trường, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên... đang làm biến
dạng bề mặt địa hình của trái đất.

được liên kết với dữ liệu không gian trong hệ thống thông tin địa lý sẽ giúp thực
hiện các bài toán phân tích, đánh giá các hiện tượng, các sự kiện kinh tế- xã hội
để trên cơ sở đó có những tác động tích cực đến quá trình cải tạo điều chỉnh các

Trong quản lý đô thị, một số ngành như cấp nước, điện lực đã áp dụng GIS
2D vào quản lý. Tuy nhiên, dùng GIS 2D thì chỉ thấy được phần trên của hệ
thống công trình ngầm, còn đối với GIS 3D sẽ thấy hết được hiện trạng các công

hoạt động này.

trình bên dưới, giúp cho việc quản lý dễ dàng hơn.
+ Điều kiện tự nhiên của một khu vực
Dữ liệu về điều kiện tự nhiên bao gồm những dữ liệu về địa chất, thổ
nhưỡng, địa mạo, khí hậu, … liên quan đến phân tích lãnh thổ và các bài toán

Hơn nữa, việc sử dụng GIS 2D làm cho công tác quản lý xây dựng trở nên
khó khăn, như xác định các tòa nhà vượt quá chiều cao cho phép trong một khu

vực xây dựng nào đó. Khó quan sát được tất cả không gian xung quanh khu vực

liên quan đến đầu tư hạ tầng kỹ thuật.

xây dựng…
2.2.4 Cải thiện chất lượng và số lượng thông tin địa lý
Trước những yêu cầu trên, việc xây dựng hệ thống thông tin GIS 3D tích
Các vấn đề quản lý, điều hành qui hoạch xây dựng ngày càng trở nên sống
động vì những thay đổi nhanh chóng và phức tạp trong tỉnh cũng như trong vùng

hợp vào hệ thống GIS 2D là cần thiết với nhiều lợi ích về tiết kiệm chi phí, thời
gian. Hệ thống này có thể quản lý thông tin không gian một cách hiệu quả, giúp

về xã hội, kinh tế và môi trường. Các nhà quản lý bị đặt dưới sức ép ngày càng
35

36


cho công tác đánh giá hiện trạng cũng như xây dựng các kịch bản được thực hiện

Chương 3. Phát triển thử nghiệm hệ thống và
đánh giá kết quả thu được

nhanh chóng hơn.
2.4 Kết luận
Như vậy trong chương II, đã tập trung giới thiệu về quy trình quản lý quy

3.1 Yêu cầu đặt ra

hoạch xây dựng, thực trạng và yêu cầu cần phải có phần mềm để quản lý cơ sở

Phần mềm phục vụ công tác quản lý qui hoạch và xây dựng đô thị bằng công

dữ liệu quy hoạch xây dựng cũng như yêu cầu về hệ thống thông tin GIS 3D để

nghệ GIS 3D được xây dựng với các mục tiêu sau:

phục vụ công tác quy hoạch.

 Quản lý hồ sơ bản vẽ qui hoạch phục vụ cho quá trình xây dựng quy

Với những nội dung đó, do khuôn khổ thời gian thực hiện, luận văn tập
trung vào giải quyết việc tích hợp dữ liệu GIS 3D trong hệ thống quản lý quy
hoạch xây dựng, xây dựng dữ liệu 3D từ dữ liệu 2D, tạo các bản đồ chuyên đề
trong môi trường 3D và các công cụ trợ giúp việc đánh giá quy hoạch trong môi

hoạch, phê duyệt kiến trúc bằng công nghệ GIS.
 Hiển thị trực quan các dự án quy hoạch bằng công nghệ GIS 3D
 Chồng phủ quy hoạch và hiện trạng, trợ giúp các công việc thẩm định liên
quan đến mỹ quan đô thị, hài hòa kiến trúc.

trường 3D.

 Áp dụng các công nghệ mới nhằm cải tiến quy trình lập và quản lý quy
Trong chương tiếp theo sẽ trình bày về giải pháp công nghệ và thiết kế của
hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng mà luận văn đã đặt ra.

hoạch xây dựng, quy hoạch kiến trúc.
 Cung cấp các công cụ phân tích cảnh quan trong quá trình quy hoạch như

tầm quan sát, tầm ảnh hưởng, định hướng không gian.
 Quản lý và giám sát các vấn đề về xây dựng theo qui hoạch.
Với các yêu cầu trên, hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng đạt được các mục
tiêu cụ thể sau:
a. Hiển thị trực quan hiện trạng quy hoạch, kiến trúc
 Bản đồ hiện trạng thông thường chỉ cung cấp các thông tin về vị trí, kích
thước mặt bằng của các tòa nhà, công trình kiến trúc, các thông tin về độ
cao, kiến trúc tòa nhà... thường chỉ được thể hiện bằng các thông tin văn
bản mô tả kèm theo. Với phần mềm GIS 3D cho phép quản lý qui hoạch,
thẩm định kiến trúc cảnh quan đô thị, các công trình xây dùng, kiến trúc
các công trình văn hoá, các khu bảo tồn được hiển thị một cách trực quan
sinh động như trên thực tế. Mô hình ba chiều cảnh quan đô thị cho phép:
 Quan sát hiện trạng xây dựng, kiến trúc chung của từng khu vực
 Quan sát hiện trạng xây dựng, kiến trúc chi tiết của từng khu nhà, từng
con đường

37

38


 Lựa chọn quan sát mỗi công trình xây dựng, kiến trúc từ nhiều góc độ cao
thấp, ở các khoảng cách xa gần khác nhau, quan sát cả phía trước và các
phía xung quanh công trình.

c. Áp dụng các công nghệ mới nhằm cải tiến quy trình lập quy hoạch xây
dựng, quy hoạch kiến trúc
 Từ trước đến nay công việc lập quy hoạch xây dựng, quy hoạch kiến trúc

 Xem xét sự hòa hợp về tổng thể kiến trúc cho từng đường phố, khu quy

hoạch...

thường mới chỉ dừng ở mức bản vẽ quy hoạch hai chiều cùng với một số
quy định bằng văn bản về độ cao xây dựng, kiến trúc tổng thể. Với việc

 Quan sát mô hình mô phỏng và đánh giá, so sánh các phương án quy
hoạch/kiến trúc/xây dựng giả định để chọn ra phương án tối ưu.
b. Chồng phủ mô hình 3 chiều của quy hoạch và hiện trạng, trợ giúp các
công việc thẩm định kiến trúc, hài hòa mỹ quan đô thị
 Hiện tại công việc thẩm định kiến trúc thường chỉ dựa trên các bản vẽ
phối cảnh kiến trúc của công trình kiến trúc cần phê duyệt. Các bản vẽ này
cho phép hình dung và xem xét các khía cạnh kiến trúc của bản thân công
trình thiết kế. Tuy nhiên việc xem xét này chưa thật đầy đủ vì các cán bộ
chuyên môn khó có sự so sánh về tính hài hòa mỹ quan kiến trúc của công
trình thiết kế với các công trình hiện có xung quanh.
 Mô hình 3 chiều thành phố cho phép đặt chồng phủ kiến trúc của công
trình thẩm định thiết kế lên trên nền mô hình quy hoạch kiến trúc, mô hình
kiến trúc hiện có của các công trình trong khu vực để xem xét về các khía

ứng dụng công nghệ GIS 3D cho phép xây dựng mô hình cảnh quan 3
chiều và khả năng ứng dụng thiết thực của nó, những người quản lý quy
hoạch có thể cải tiến quy trình lập quy hoạch với những quy định đổi mới:
 Thiết kế quy hoạch tổng thể và quy hoạch chi tiết các khu vực trên mô
hình ba chiều (đảm bảo đầu đủ các thông tin về quy hoạch cho mặt bằng,
quy hoạch cho độ cao).
 Thiết kế và nộp quy hoạch dự án đầu tư trong mô hình 3 chiều nhằm đảm
bảo việc chồng phủ thiết kế mới và quy hoạch đã phê duyệt.
 Sử dụng các công cụ phân tích mô hình 3 chiều như tính tương quan
không gian, tầm quan sát, tầm ảnh hưởng, định hướng không gian trong
quá trình xây dựng quy hoạch.

3.2 Thiết kế hệ thống
Trong chương trước đã trình bày các khái niệm chung, thực trạng và ứng
dụng hệ thống thông tin trong công tác quản lý quy hoạch ở nước ta. Trong

cạnh:
 Kiến trúc của công trình xin phê duyệt có vi phạm kiến trúc đã quy hoạch

khuôn khổ nội dung như đã trình bày trong chương 2, luận văn tập trung xây

không (vi phạm về chiều cao xây dựng, vi phạm về tầm thông thoáng...)

dựng và tích hợp mô đun GIS 3D với hệ thống Quản lý quy hoạch xây dựng để

 Mối tương quan kiến trúc giữa công trình xin phê duyệt kiến trúc và các

giải quyết bài toán mô hình hóa 3D nhằm trợ giúp công tác thẩm định và quản lý
quy hoạch một cách có hiệu quả hơn.

công trình hiện có.
 Sự hài hòa về mỹ quan kiến trúc giữa công trình xin phê duyệt kiến trúc

3.2.1 Kiến trúc tổng thể của hệ thống

và các công trình hiện có.


Điều này làm cho công tác thẩm định kiến trúc được nâng lên một tầm
cao mới, gắn liền công tác duyệt quy hoạch với hiện trạng thực tế.

Hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng là một hệ thống phần mềm quản lý

thông tin quy hoạch trong xây dựng. Hệ thống được xây dựng quản lý tích hợp
các lớp thông tin khác nhau trong một hệ thống thống nhất: bản đồ và thông tin
thuộc tính, thông tin nhà, qui hoạch, bản đồ ảnh, ảnh quét, hồ sơ bản vẽ kỹ thuật.
Hệ thống cung cấp đầy đủ các chức năng cơ bản nhất phục vụ công tác quản
quy hoạch xây dựng.

39

40


Phân hệ
Quản trị hệ thống

Phân hệ
Quản hiện trạng

Phân hệ
Quản lý quy hoạch

Phân hệ
GIS 3D

ArcEngine

Phân hệ
Tra cứu thông tin

ArcGIS Server

ArcSDE

CƠ SỞ DỮ LIỆU QH XD

Hình 9.

Mô hình phân cấp chức năng của phân hệ GIS 3D

3.2.3 Sơ đồ luồng dữ liệu
Hình 8.

Kiến trúc tổng thể của hệ thống Quản lý quy hoạch xây dựng

Hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng bao gồm 5 phân hệ và quản lý hai
khối thông tin: bản đồ và thông tin thuộc tính. Trước đây bản đồ được vẽ trên các
vật liệu truyền thống như ván gỗ bồi, giấy, diamat, thông tin thuộc tính được tổ
chức lưu trên các loại sổ sách. Sự phát triển của công nghệ thông tin, nhu cầu
ngày càng tăng với thông tin quy hoạch và tiềm năng của việc áp dụng công nghệ
mới trong lĩnh vực này là các động lực thúc đẩy việc xây dựng Hệ thống trên nền
tảng một hệ thống máy tính cho các cấp trung ương và địa phương.

Hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng vận hành theo nguyên tắc của một hệ
thống quản lý dữ liệu tập trung.

3.2.2 Mô hình phân cấp chức năng của phân hệ GIS 3D
Phân hệ quản GIS 3D thực hiện các chức năng quản lý bản đồ và các chức
năng hỗ trợ công tác quy hoạch: hiển thị bản đồ, quản lý các lớp, đảm bảo tính
đúng đắn, tránh dư thừa dữ liệu của cơ sở dữ liệu bản đồ; tạo mô hình TIN, tạo
đường đồng mức, tính toán các công trình xây dựng vượt quá độ cao cho phép,
chồng xếp các lớp quy hoạch và hiện trạng.

Hình 10.

41

Luồng dữ liệu của phân hệ GIS 3D

42


Thông tin được lưu trữ tập trung trong CSDL duy nhất. CSDL đặt tại Sở
xây dựng. Hệ thống hoạt động theo kiến trúc khách/chủ (Client/Server) trên hệ

cận của điểm chưa biết để tiến hành tính toán. Trong mô hình số địa hình phép
nội suy được sử dụng là các phép nội suy hàm cục bộ.

thống mạng máy tính cục bộ (Local Area Network - LAN).

Các phép nội suy hàm cục bộ sử dụng các giá trị được đo tại các điểm gần
nhất với các điểm cần nội suy để tính toán. Trong các phép nội suy này quá trình
được tiến hành như sau:

Để quản trị CSDL và đáp ứng nhu cầu về thông tin của các người sử dụng
khác nhau, hệ thống có một hệ quản trị CSDL (Database Management System).
Những người dùng khác nhau của hệ thống (client) sử dụng các ứng dụng khác
nhau (application) truy nhập vào CSDL thông qua hệ quản trị CSDL. Mô hình
hoạt động theo kiến trúc khách/chủ cho phép hệ thống quản lý được tập trung dữ
liệu và phục vụ nhiều người sử dụng cùng một lúc.
3.3 Xây dựng mô hình 3D từ dữ liệu 2D
Bề mặt địa hình rất khó được mô hình hóa một cách chính xác, các thông
tin về địa hình hầu hết được dựa trên các yếu tố được lấy mẫu thường là trị đo

của các điểm, các đường đặc trưng địa hình. Nói một cách khác, kết quả thu thập
dữ liệu (kết quả đo đạc) cho DTM chỉ là các mẫu nhất định (rời rạc) của một bề
mặt liên tục. Để có thể mô hình hóa một bề mặt liên tục dựa trên các trị đo rời rạc
thì cần phải có các quy tắc nội suy cho phép tính được độ cao các điểm nằm ở
khoảng giữa các trị đo. Do vậy việc thành lập mô hình số địa hình ngoài việc thu
thập dữ liệu còn phải thực hiện một nhiệm vụ quan trọng khác là nội suy để có
thể đảm bảo rằng tại bất cứ vị trí nào giữa các điểm đã được đo cũng có thể có

Xác định vùng lân cận xung quanh điểm cần nội suy
Tìm các điểm đã được lấy mẫu trong vùng lân cận này
Chọn một hàm toán học để miêu tả sự biến thiên của bề mặt trong vùng lân
cận với số lượng điểm nhất định đã được lấy mẫu.
Tính giá trị tại các điểm cần nội suy.
Chất lượng của phép nội suy phụ thuộc vào số lượng, sự phân bố, độ chính
xác của các điểm đã biết và hàm toán học được chọn
3.3.2 Xây dựng bề mặt địa hình 3D
Quy trình tạo mô hình số địa hình và các dữ liệu 3D

Xử lý dữ liệu đầu
vào

Xây dựng và biên tập mô
hình TIN

Tạo dữ liệu 3D

được giá trị độ cao của bề mặt địa hình.
3.3.1 Phép nội suy

Sắp xếp

điểm

Xây dựng mô hình
từ tập các điểm
đầu vào

Loại điểm
trùng

Xây dụng mô hình
từ các điểm đo kết
hợp với các đường
đặc trưng địa hình

Nội suy độ cao

Cơ sở logic của phép nội suy
Cơ sở logic của phép nội suy là các giá trị tại các điểm gần nhau hơn trong
không gian thì thường có khả năng giống nhau hơn các điểm cách xa nhau trong
không gian. Nói chung hai điểm được đo cách nhau một khoảng ngắn cỡ vài mét
thì dễ có các giá trị độ cao gần giống nhau hơn là các điểm cách xa nhau khoảng

Vẽ đường đồng
mức

Vẽ mặt cắt địa hình

vài ki lô mét.
Hình 11.

Quy trình tạo dữ liệu 3D từ dữ liệu 2D

Các phương pháp nội suy
Các phương pháp nội suy có thể được chia làm hai nhóm được là nội suy
hàm tổng thể (global) và nội suy hàm cục bộ (local). Các phép nội suy hàm tổng
thể sử dụng toàn bộ các dữ liệu đã thu tập được để tính toán cho các điểm chưa
biết của mô hình. Các phép nội suy hàm cục bộ sử dụng các điểm đã được đo lân

43

Xử lý dữ liệu đầu vào
Dữ liệu đầu vào của chương trình là số liệu đo các điểm đặc trưng địa hình,
các điểm này được phân bố ngẫu nhiên. Do đó trước khi đưa và chương trình xử
lý cần phải được tổ chức sắp xếp cho phù hợp với quy trình làm việc của phần
mềm.

44


Xây dựng mô hình
Chức năng xây dụng mô hình cho phép thành lập lưới tam giác từ dữ liệu
các điểm địa hình đã qua xử lý và các đường đặc trưng địa hình.
Tạo dữ liệu 3D từ mô hình số địa hình
Từ mô hình xây dựng được dựa trên yêu cầu của thực tế sử dụng, khai thác
mô hình để đưa ra các dữ liệu khác như: độ cao tại một điểm, đường đồng mức,
mặt cắt địa hình...

tạp ít nhất là O(nlogn), do đó bất kỳ một thuật toán tam giác hóa Delaunay nào
cũng có độ phức tạp ít nhất là O(nlogn). Thuật toán Chia để trị đã đạt được độ
phức tạp này, là tốt nhất về lý thuyết. Tuy nhiên, trên thực tế Dwyer (1987) đã

công bố một số biện pháp để thuật toán này có độ phức tạp trung bình và trong
tình huống xấu nhất là O(nloglogn)
Mô hình TIN theo thuật toán này có thể được xây dựng bằng cách sử dụng
sơ đồ Voronoi hoặc trực tiếp tạo các tam giác Delaunay. Thuật toán Lee và
Schachter được thể hiện bằng các bước khái quát như sau:

Xây dựng bề mặt địa hình 3D
Từ tập hợp các điểm dữ liệu đo ban đầu có nhiều cách để phân chia bề mặt
địa hình thành một mạng lưới gồm các tam giác không đều liền kề (tam giác hóa
bề mặt địa hình) . Vấn đề là phải tìm cách để tam giác hóa bề mặt địa hình từ tập
các điểm đo sao cho lưới tam giác này biểu diễn bề mặt địa hình một cách sát
thực nhất.
Có rất nhiều phương pháp để thành lập mô hình TIN. Hiện nay chủ yếu sử
dụng lưới tam giác Delaunay để biểu diễn bề mặt địa hình.
 Phương pháp góc lớn nhất
Phương pháp này xây dựng trực tiếp các tam giác Delaunay, dựa theo một
tính chất được rút ra từ định nghĩa.
Vì ba điểm của tam giác không chứa một điểm trong nó, nên nếu giả sử ta
đã biết hai điểm là đỉnh của tam giác Delaunay, đỉnh thứ ba sẽ là điểm trong tập
hợp điểm có góc nhìn từ điểm này xuống hai điểm đã biết kia là lớn nhất. Do góc
trong tam giác có giá trị trong khoảng từ 00 đến 1800, hàm cosin luôn nghịch
biến, ta có thể thay thế bằng việc tìm giá trị cosin nhỏ nhất. Ký hiệu hai đỉnh
Delaunay đã biết là A và B, đỉnh cần tìm là C, các cạnh đối diện tương ứng là a,
b, c ta có: cos C 

a2  b2  c2
2ab

Việc tìm góc lớn nhất phải được thực hiện theo từng phía của cạnh.
Phương pháp góc lớn nhất có thể được sử dụng khi số lượng điểm cần tam

giác hóa nhỏ.



-

Sắp xếp các điểm theo giá trị tọa độ X, nếu X bằng nhau sắp xếp theo Y

-

Chia danh sách điểm thành hai nửa

-

Tam giác hóa cho từng nửa

-

Trộn các tam giác ở hai nửa

Phương pháp tăng dần (Incremental)

Nếu phương pháp tăng dần có sử dụng các cấu trúc dữ liệu phù hợp, theo
OhyaIri và Murota (1984), thì hiệu quả của nó còn cao hơn thuật toán Chia để trị,
bởi vì tư tưởng của thuật toán này đơn giản và có độ phức tạp trung bình tuyến
tính (mặc dù độ phức tạp trong tình huống xấu nhất là O(n2)).
Cũng như phương pháp chia để trị, phương pháp này có thể được xây dựng
thông qua sơ đồ Voronoi hoặc trực tiếp tạo các tam giác Delaunay. Tư tưởng của
thuật toán là chèn từng điểm vào một mô hình tam giác Delaunay đã có.
Các bước cho phương thức trực tiếp:

-

Tạo bao lồi.

-

Tam giác hóa cho các điểm trên bao lồi

-

Chèn điểm (đối với các điểm còn lại)

-

Tìm tam giác chứa điểm

-

Tạo tam giác mới có đỉnh là điểm xét

-

Kiểm tra với tam giác kế cận, nếu cần thì hoán đổi tam giác

Phương pháp chia để trị có độ phức tạp O(nlogn) được đề xuất bởi Shamos
và Hoey (1975), Lee và Schachter (1980). Vì các thuật toán sắp xếp có độ phức

Do việc kiểm tra và hoán đổi tam giác sẽ kết thúc rất nhanh, nên độ phức
tạp của thuật toán sẽ phụ thuộc chủ yếu vào độ phức tạp của thao tác tìm tam giác
chứa điểm. Điểm yếu của phương pháp này khi tất cả các điểm nằm trên bao lồi.

Tuy nhiên, các bước trong thao tác chèn điểm có thể được sử dụng cho mục đích

45

46



Phương pháp chia để trị (Divide anh Conquer)


biên tập trên mô hình. Hiện nay phương pháp này đã được cải tiến, sự cải tiến
của phương pháp này là sử dụng 3 điểm ảo chứa hòan toàn tập điểm cần tam giác
hóa thay cho bước tạo bao lồi. Việc lựa chọn 3 điểm ảo này sao cho nó không
phá hủy bất kỳ cạnh nào của lưới tam giác sinh ra từ tập điểm. Thuật toán
Incremental dễ hiểu, dễ cài đặt gần gũi với các thao tác biên tập tam giác.
3.4 Các kết quả đạt được
Hệ thống Quản lý quy hoạch xây dựng có tích hợp phân hệ GIS 3D đã được
ứng dụng trong việc lập quy hoạch chi tiết khu đô thị mới đại lộ 13-5 thành phố
Hải Phòng. Sau đây là một số kết quả đạt được:
3.4.1 Xây dựng mô hình địa hình số

Hình 13.

Bản đồ bề mặt địa hình 3D

3.4.2 Xây dựng bản đồ hiện trạng địa hình 3D và các thuộc tính từ 2D

Hình 12.

Bản đồ đường đồng mức thị xã Đồ Sơn

Mô hình địa hình số TIN được xây dựng từ dữ liệu 2D với các lớp dữ liệu:
đường bình độ, điểm độ cao, các đối tượng địa hình như sông suối, ao hồ...
Sử dụng thuật toán Delaunay để tạo các tam giác liên kết với nhau, Mỗi
đỉnh của tam giác được thể hiện bằng tọa độ địa lý x,y và z, trong đó z được gán
bằng với giá trị cao độ của địa hình.

Hình 14.

Chồng xếp các lớp đường đồng mức, bản đồ bề mặt và lớp điểm

+ Chồng xếp các lớp đường đồng mức, bản đồ bề mặt địa hình hình thành
bản đồ đánh giá hiện trạng tự nhiên với nhiều thuộc tính trong thời gian ngắn
47

48


- Hiện trạng sử dụng đất:

+ Vùng nâng cao chất lượng sống

+ Gắn các thuộc tính: chức năng sử dụng đất, diện tích, mật độ, tầng cao
đến từng ô đất (mức độ chi tiết theo yêu cầu của đồ án: quy hoạch chung, quy
hoạch chi tiết 1/2000, quy hoạch chi tiết 1/500)
+ Mô hình hóa dạng 3D có gắn các thuộc tính

+ Vùng kém thu hút đầu tư….
- Đánh giá phân vùng:

+ Vùng cấm xây dựng: di tích lịch sử văn hoá, đất quốc phòng an ninh
+ Vùng hạn chế xây dựng:
o Khu dân cư lâu đời, truyền thống, mật độ cao
o Các công trình công cộng cần mở rộng nâng cấp
o Các khu công viên cây xanh cần nâng cấp
o Các tuyến giao thông không đảm bảo
o Hệ thống hồ điều hoà cần chỉnh trang
+ Vùng thuận lợi xây dựng:
o Đất trống: đất nông nghiệp xen kẽ, năng suất thấp, đất hoang
hoá, bãi bồi, vùng ngập nước.
o Các khu vực gây ô nhiễm
o Các khu dân cư tạm tự phát
o Có điểm nhấn tốt
o Có khả năng gắn kết với đầu mối giao thông

Hình 15.

Tạo mô hình 3D từ dữ liệu 2D và thuộc tính

- Hiện trạng kiến trúc cảnh quan: Liên kết các thuộc tính, mô hình hóa dạng 3D
từ bản đồ 2D và các thuộc tính sau:
+ Di tích lịch sử, văn hoá: kiến trúc, kinh tế, quy mô tầng cao
+ Công trình công cộng: trung tâm hành chính chính trị, y tế, giáo dục,
thương mại dịch vụ: kiến trúc hiện đại, trung bình, xấu
+ Nhà ở
+ Công viên cây xanh tập trung: đảm bảo, không đảm bảo
+ Cây xanh đường phố: đảm bảo, không đảm bảo
- Phân vùng theo giá trị của đất:
+ Vùng sinh lời bán
49

50