Luận văn Thạc sĩ Kiểm soát và Bảo vệ môi trường: Xây dựng mô hình 3D phục vụ quản lý đất đô thị tại phường Lộc Thọ, thành phố Nha Trang

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu đề tài là xây dựng hoàn chỉnh dữ liệu về địa chính và công trình phục vụ yêu cầu quản lý đất đai gồm chủ sử dụng, địa chỉ, mục đích sử dụng, diện tích, số thửa, số tờ bản đồ, loại nhà, diện tích nhà, chiều cao nhà… Xây dựng mô hình 3D của các công trình kiến trúc trên đất phục vụ cho việc phát triển một bước quản lý mới dựa trên nền tảng mô hình 3D trực quan, sinh động, có cái nhìn tổng quan về hiện trạng nhà cao tầng trên địa bàn, qua đó có thể thiết lập các công cụ bổ trợ cho vấn đề quản lý đất đô thị như quản lý xây dựng, lập quy hoạch…

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kiểm soát và Bảo vệ môi trường: Xây dựng mô hình 3D phục vụ quản lý đất đô thị tại phường Lộc Thọ, thành phố Nha Trang

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, luận văn này là kết quả nghiên cứu của tác giả dưới sự hướng dẫn khoa học của giáo viên hướng dẫn. Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này hoàn toàn trung thực, chính xác và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn này đều đã được cảm ơn và mọi thông tin tham khảo, trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Thừa Thiên Huế, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn ĐINH PHƯỚC QUANG HUY PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ii LỜI CẢM ƠN Luận văn là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu ở nhà trường, kết hợp với kinh nghiệm thực tiễn trong quá trình công tác, sự nỗ lực cố gắng của bản thân. Đạt được kết quả này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy, cô giáo trường Đại học Nông lâm Huế đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ cho tôi trong suốt quá trình học tập. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến TS. Nguyễn Hoàng Khánh Linh - Trường Đại học Nông Lâm Huế là người trực tiếp hướng dẫn khoa học; Cô đã nhiệt tình, dày công giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến các Lãnh đạo Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Khánh Hòa; các anh chị đồng nghiệp Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Khánh Hòa; Lãnh đạo và chuyên viên các phòng ban thuộc thành phố Nha Trang; Lãnh đạo và chuyên viên thuộc UBND phường Lộc Thọ đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân luôn đứng bên cạnh tôi động viên, khích lệ trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhưng luận văn không tránh khỏi những khiếm khuyết, tôi mong nhận được sự góp ý chân thành của quý thầy, cô giáo, đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Thừa Thiên Huế, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn ĐINH PHƯỚC QUANG HUY PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iii TÓM TẮT Đề tài “Xây dựng mô hình 3D phục vụ quản lý đất đô thị tại phường Lộc Thọ, thành phố Nha Trang” được thực hiện nhằm xây dựng mô hình 3D một phần không gian đô thị của phường Lộc Thọ, thành phố Nha Trang phục vụ công tác quản lý đất đô thị trên địa bàn. Trên cơ sở thu thập các dữ liệu địa chính, tài liệu thiết kế các công trình trong khu vực nghiên cứu kết hợp với việc điều tra khảo sát thực địa, tác giả đã thiết kế khái quát về quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu, mô hình cơ sở dữ liệu và mô hình 3D khu vực nghiên cứu. Từ đó, thực hiện việc xây dựng mô hình 3D khu vực nghiên cứu bằng các phần mềm chuyên ngành. Đề tài đã giải quyết được một số nội dung nghiên cứu được đề ra như khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và phân tích, đánh giá tình hình quản lý, sử dụng đất trên địa bàn phường Lộc Thọ; thiết kế quy trình và thực hiện việc xây dựng mô hình 3D cho khu vực nghiên cứu; đề xuất các ứng dụng thực tiễn của đề tài cho công tác quản lý đất đô thị hiện nay cũng như áp dụng trực tiếp vào nhiệm vụ chuyên môn của tác giả. Tuy đã giải quyết được cơ bản được một số yêu cầu về nội dung đối với luận văn thạc sĩ nhưng để có thể áp dụng trực tiếp các kết quả nghiên cứu vào thực tế lao động sản xuất thì cần nhiều hơn nữa các nghiên cứu liên quan để từ đó xây dựng được các quy trình, quy phạm cho việc thực hiện. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................................................i LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................................... ii TÓM TẮT ............................................................................................................................................ iii MỤC LỤC............................................................................................................................................ iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................................. vi DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU................................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ........................................................................................ viii MỞ ĐẦU................................................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài.....................................................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài .............................................................................................................................2 3. Yêu cầu của đề tài ..............................................................................................................................2 4. Ý nghĩa của đề tài...............................................................................................................................2 4.1. Ý nghĩa khoa học ...................................................................................................... 2 4.2. Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................................... 2 5. Những điểm mới của đề tài...............................................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.......................................................4 1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................................................4 1.1.1. Tổng quan về đô thị và không gian đô thị ............................................................. 4 1.1.2. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) ....... 6 1.1.3. Tổng quan về công nghệ GIS - 3D ...................................................................... 10 1.1.4. Một số phần mềm ứng dụng để xây dựng mô hình GIS – 3D ............................ 15 1.2. CƠ SỞ THỰC TIỄN .................................................................................................................. 19 1.2.1. Các ứng dụng của GIS – 3D ................................................................................ 19 1.2.2. Một số đề tài nghiên cứu ứng dụng GIS – 3D ..................................................... 20 1.2.3. Nhận xét ............................................................................................................... 21 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU23 2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ....................................................................... 23 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 23 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
v 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 23 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................................... 23 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................................................ 24 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp ................................................................. 24 2.3.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp ................................................................... 24 2.3.3. Phương pháp phân tích và xây dựng bản đồ số ................................................... 24 2.3.4. Phương pháp thống kê và phân tích, xử lý số liệu tổng hợp ............................... 24 2.4. THIẾT KẾ QUY TRÌNH XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU 24 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 27 3.1. KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI PHƯỜNG LỘC THỌ ... 27 3.1.1. Điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên và môi trường .................................. 27 3.1.2. Kinh tế - xã hội .................................................................................................... 30 3.1.3. Đánh giá chung .................................................................................................... 34 3.2. ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VÀ SỬ DỤNG ĐẤT TẠI PHƯỜNG LỘC THỌ35 3.2.1. Tình hình quản lý đất đai ..................................................................................... 35 3.2.2. Hiện trạng sử dụng đất và đánh giá tính hiệu quả của việc sử dụng đất ............. 36 3.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D KHU VỰC NGHIÊN CỨU ................................................... 40 3.3.1. Các nguồn dữ liệu đầu vào và đánh giá mức độ sử dụng .................................... 40 3.3.2. Thiết kế mô hình dữ liệu ..................................................................................... 41 3.3.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu........................................................................................ 44 3.4. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU................................................... 59 3.4.1. Quản lý hồ sơ địa chính ....................................................................................... 59 3.4.2. Quản lý quy hoạch đô thị..................................................................................... 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................................... 68 1. Kết luận ............................................................................................................................................ 68 2. Kiến nghị ......................................................................................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................ 70 1. Tiếng Việt ........................................................................................................................................ 70 2. Tiếng Anh ........................................................................................................................................ 71 PHỤ LỤC ............................................................................................................................................ 72 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Ý nghĩa 2D Two-dimensional: Không gian 2 chiều 3D Three-dimensional: Không gian 3 chiều CAD Computer-aided design: Thiết kế hỗ trợ bằng máy tính CSDL Cơ sở dữ liệu DEM Digital Elevation Model: Mô hình độ cao số DSM Digital Surface Model: Mô hình bề mặt số DTM Digital Terrain Model: Mô hình địa hình số DTTN Diện tích tự nhiên ĐGHC Địa giới hành chính GIS Geographic Information System: Hệ thống thông tin địa lý HĐND Hội đồng nhân dân LoD Level of detail: Cấp độ chi tiết MRT Mass Rapid Transport: Hệ thống giao thông công cộng cao tốc TIN Triangle Irregular Network: Mạng lưới tam giác không đều UBND Ủy ban nhân dân VLAP Vietnam Land Administration Project: Dự án hoàn thiện và hiện đại hóa hệ thống quản lý đất đai Việt Nam PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
vii DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Bảng 3.1. Hiện trạng sử dụng đất phường Lộc Thọ năm 2014...................................................... 38 Bảng 3.2. Thuộc tính lớp thửa đất ..................................................................................................... 42 Bảng 3.3. Thuộc tính lớp nhà............................................................................................................. 43 Bảng 3.4. Thuộc tính lớp đường giao thông .................................................................................... 44 Bảng 3.5. Thuộc tính lớp cảnh quang ............................................................................................... 44 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Biến động công trình xây dựng tại thành phố Nha Trang ................................................1 Hình 1.2. Các thành phần của GIS .......................................................................................................7 Hình 1.3. Mô hình dữ liệu địa lý ..........................................................................................................9 Hình 1.4. Các nội dung chính của mô hình địa hình 3D................................................................. 12 Hình 1.5. Cấp độ chi tiết LoD đối với các đối tượng nhà, khối nhà .............................................. 14 Hình 2.1. Sơ đồ vị trí phường Lộc Thọ trong thành phố Nha Trang............................................. 23 Hình 2.2. Khung logic quy trình xây dựng CSDL .......................................................................... 25 Hình 2.3. Quy trình xây dựng mô hình 3D ...................................................................................... 26 Hình 3.1. Vị trí địa lý phường Lộc Thọ ............................................................................................ 27 Hình 3.2. Lọc bỏ các đối tượng không cần thiết.............................................................................. 45 Hình 3.3. Lớp nhà của tờ bản đồ số 1 ............................................................................................... 46 Hình 3.4. Lớp nhà của khu vực nghiên cứu (tong_nha.dgn).......................................................... 46 Hình 3.5. Kiểm tra khép vùng ........................................................................................................... 47 Hình 3.6. Tạo file Geodatabase để lưu trữ dữ liệu........................................................................... 47 Hình 3.7. Hiển thị các đối tượng của file bản đồ ............................................................................. 48 Hình 3.8. Xuất đối tượng thành đối tượng của ArcGIS .................................................................. 48 Hình 3.9. Chuyển đối tượng dạng đường sang vùng ...................................................................... 49 Hình 3.10. Định nghĩa hệ tọa độ VN-2000 cho Khánh Hòa .......................................................... 50 Hình 3.11. Mở bảng dữ liệu thuộc tính............................................................................................. 51 Hình 3.12. Bảng dữ liệu thuộc tính sau khi biên tập ....................................................................... 51 Hình 3.13. Bộ CSDL khu vực nghiên cứu ....................................................................................... 52 Hình 3.14. Chọn đối tượng và xuất dữ liệu sang shapefile............................................................. 52 Hình 3.15. Chuyển đổi dữ liệu bằng phần mềm FME.................................................................... 53 Hình 3.16. Mở file bằng phần mềm SketchUp ................................................................................ 53 Hình 3.17. Dựng chiều cao đối tượng............................................................................................... 54 Hình 3.18. Mô hình 3D đối tượng..................................................................................................... 54 Hình 3.19. Export đối tượng sang file *.wrl..................................................................................... 55 Hình 3.20. Mở dữ liệu và biên tập màu trong ArcScene ................................................................ 55 Hình 3.21. Dựng chiều cao cho đối tượng nhà ................................................................................ 56 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
ix Hình 3.22. Kết quả sau khi dựng chiều cao lớp nhà........................................................................ 56 Hình 3.23. Chọn công cụ Feature to Point ....................................................................................... 57 Hình 3.24. Thực hiện chuyển đổi định dạng đối tượng .................................................................. 57 Hình 3.25. Hiển thị điểm vừa tạo bằng file *.wrl ............................................................................ 58 Hình 3.26. Kết quả thực hiện ............................................................................................................. 58 Hình 3.27. Mô hình 3D khu vực nghiên cứu ................................................................................... 59 Hình 3.28. Dữ liệu không gian và thuộc tính của đối tượng .......................................................... 60 Hình 3.29. Tra cứu đối tượng theo thuộc tính .................................................................................. 61 Hình 3.30. Tra cứu đối tượng theo vị trí ........................................................................................... 61 Hình 3.31. Thống kê diện tích lớp nhà ............................................................................................. 62 Hình 3.32. Chỉnh sửa thông tin thửa đất ........................................................................................... 63 Hình 3.33. Công cụ Cut Polygons dùng để tách thửa ..................................................................... 63 Hình 3.34. Công cụ Merge dùng để gộp thửa.................................................................................. 64 Hình 3.35. Tuyến đường sau khi mở rộng bằng công cụ Buffer ................................................... 64 Hình 3.36. Dữ liệu phục vụ công tác giải phóng mặt bằng ............................................................ 65 Hình 3.37. Quản lý chỉ giới đường đỏ, chỉ giới xây dựng .............................................................. 66 Hình 3.38. Minh họa cho các công trình cao hơn 45 m .................................................................. 67 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đất đai là tài nguyên vô cùng quan trọng và có hạn của mỗi quốc gia. Để đáp ứng nhu cầu của dân số ngày càng tăng, việc hình thành các công trình xây dựng, trong đó có nhà cao tầng là một vấn đề thiết yếu của mỗi quốc gia, mỗi địa phương, đặc biệt là tại các đô thị, thành phố có mật độ dân số cao. Việc hình thành các nhà cao tầng giúp khai thác tối đa hệ số sử dụng đất, tăng mật độ xây dựng, đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội. Với vai trò là đô thị trung tâm của tỉnh Khánh Hòa nói riêng và của cả nước nói chung, trong những năm gần đây, trên địa bàn thành phố Nha Trang đã hình thành nhiều công trình hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt các công trình xây dựng cao tầng. Tuy nhiên, công tác quản lý đất đô thị hiện nay chủ yếu dựa vào các bản đồ mặt bằng (2D) với nhược điểm chỉ xác định được vị trí, ranh giới và diện tích của các thửa đất cũng như công trình xây dựng trên đất chứ chưa thể hiện được chiều cao của các công trình. Điều này gây khó khăn trong công tác quản lý xây dựng, quản lý quy hoạch… cho đất đô thị. Trước đây Hiện nay Hình 1.1. Biến động công trình xây dựng tại thành phố Nha Trang Hiện nay, dữ liệu về công trình xây dựng của thành phố Nha Trang được xây dựng ở nhiều khuôn dạng, lưu trữ ở nhiều cơ quan chuyên ngành khác nhau và mang tính rời rạc, đơn lẻ; gây khó khăn cho công tác quản lý và quy hoạch hoặc công tác nghiên cứu của các ngành, lĩnh vực (lập quy hoạch, đánh giá môi trường…). Trong khi đó, hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System – GIS) với ưu điểm kết hợp các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính, kèm theo các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích được xem là một giải pháp tối ưu cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản lý đa ngành, đa lĩnh vực hiện nay. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
2 Xuất phát từ tình hình thực tế nêu trên, việc nghiên cứu xây dựng mô hình 3D trên cơ sở kết hợp các dữ liệu địa chính với mô hình không gian của các công trình xây dựng trên đất nhằm phục vụ quản lý đất đô thị là hết sức cần thiết. Tuy nhiên, với hạn chế về thời gian và khối lượng công việc thực hiện, tôi chọn nghiên cứu đề tài “Xây dựng mô hình 3D phục vụ quản lý đất đô thị tại phường Lộc Thọ, thành phố Nha Trang” với phạm vi không gian thực hiện là một phần diện tích phường Lộc Thọ - một phường trung tâm với mật độ xây dựng cao của thành phố Nha Trang - để thực hiện Luận văn tốt nghiệp chương trình cao học Quản lý đất đai của mình. 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng hoàn chỉnh dữ liệu về địa chính và công trình phục vụ yêu cầu quản lý đất đai gồm chủ sử dụng, địa chỉ, mục đích sử dụng, diện tích, số thửa, số tờ bản đồ, loại nhà, diện tích nhà, chiều cao nhà… Xây dựng mô hình 3D của các công trình kiến trúc trên đất phục vụ cho việc phát triển một bước quản lý mới dựa trên nền tảng mô hình 3D trực quan, sinh động, có cái nhìn tổng quan về hiện trạng nhà cao tầng trên địa bàn, qua đó có thể thiết lập các công cụ bổ trợ cho vấn đề quản lý đất đô thị như quản lý xây dựng, lập quy hoạch… 3. Yêu cầu của đề tài Nắm vững và có khả năng sử dụng thành thạo phần mềm xây dựng mô hình dữ liệu 3D; bản đồ sản phẩm phải phản ánh đúng hiện trạng không gian đô thị. Các dữ liệu dựng phải đảm bảo đầy đủ và chính xác, nắm chắc và thể hiện rõ được cách thức ứng dụng hệ thống thông tin địa lý trong xây dựng cơ sở dữ liệu. Cơ sở dữ liệu phải đáp ứng nhu cầu phân tích, xử lý, lưu trữ số liệu, cung cấp thông tin và có thể trao đổi với các hệ thống thông tin khác. 4. Ý nghĩa của đề tài 4.1. Ý nghĩa khoa học Đề tài góp phần khẳng định ưu thế vượt trội của GIS so với các hệ thống thông tin khác khi tích hợp được dữ liệu không gian và phi không gian, kết hợp với các công cụ truy vấn, phân tích nhằm hỗ trợ cho việc ra quyết định của các nhà quản lý, đặc biệt là công tác quản lý nhà nước đối với đất đai nói riêng và tài nguyên – môi trường nói chung. 4.2. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài là cơ sở để áp dụng vào thực tiễn thực hiện nhiệm vụ “Đánh giá ảnh hưởng do các công trình xây dựng đến vi khí hậu, môi trường trong khu dân cư nội PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
3 thành phố Nha Trang” đang được Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Khánh Hòa triển khai, trong đó xây dựng mô hình 3D khu dân cư nội thành phố Nha Trang nhằm xác định các công trình xây dựng gây ảnh hưởng đến vi khí hậu và môi trường là một yêu cầu của nhiệm vụ. Việc hoàn thành đề tài luận văn góp phần đánh giá chất lượng sản phẩm mô hình 3D của nhiệm vụ này khi nghiệm thu. Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần nâng cao hiệu quả quản lý cho nhiều ngành, nhiều lĩnh vực; là tiền đề để xây dựng các cơ sở dữ liệu khác như địa chính, đất đai, quy hoạch, tài nguyên, môi trường… 5. Những điểm mới của đề tài Hiện nay, công tác quản lý đất đai, quản lý đô thị chủ yếu sử dụng các bản đồ, bản vẽ thành lập bằng các phần mềm đồ họa CAD như AutoCAD, Microstation… Nhược điểm của vấn đề này là các đối tượng không gian được thể hiện chủ yếu ở khuôn dạng 2D và không cung cấp đầy đủ các thông tin thuộc tính. Đơn cử là bản đồ địa chính chỉ thể hiện được hình thể, diện tích, loại đất, chủ sử dụng… mà không thể hiện được dáng đất, quy mô công trình… Việc ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng mô hình không gian đô thị sẽ khắc phục được các nhược điểm này khi tích hợp dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính, kèm theo các phần mềm hỗ trợ giúp thể hiện mô hình không gian 3D của các đối tượng, góp phần nâng cao hiệu quả công tác quản lý. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.1. Tổng quan về đô thị và không gian đô thị 1.1.1.1. Các khái niệm Theo Điều 3, Luật Quy hoạch Đô thị được Quốc hội khóa 12 thông qua ngày 17/6/2009 [10]: - Đô thị là khu vực tập trung dân cư sinh sống có mật độ cao và chủ yếu hoạt động trong lĩnh vực kinh tế phi nông nghiệp, là trung tâm chính trị, hành chính, kinh tế, văn hoá hoặc chuyên ngành, có vai trò thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của quốc gia hoặc một vùng lãnh thổ, một địa phương, bao gồm nội thành, ngoại thành của thành phố; nội thị, ngoại thị của thị xã; thị trấn. - Không gian đô thị là không gian bao gồm các vật thể kiến trúc đô thị, cây xanh, mặt nước trong đô thị có ảnh hưởng trực tiếp đến cảnh quan đô thị. - Kiến trúc đô thị là tổ hợp các vật thể trong đô thị, bao gồm các công trình kiến trúc, kỹ thuật, nghệ thuật, quảng cáo mà sự tồn tại, hình ảnh, kiểu dáng của chúng chi phối hoặc ảnh hưởng trực tiếp đến cảnh quan đô thị. - Cảnh quan đô thị là không gian cụ thể có nhiều hướng quan sát ở trong đô thị như không gian trước tổ hợp kiến trúc, quảng trường, đường phố, hè, đường đi bộ, công viên, thảm thực vật, vườn cây, vườn hoa, đồi, núi, gò đất, đảo, cù lao, triền đất tự nhiên, dải đất ven bờ biển, mặt hồ, mặt sông, kênh, rạch trong đô thị và không gian sử dụng chung thuộc đô thị. - Quy hoạch đô thị là việc tổ chức không gian, kiến trúc, cảnh quan đô thị, hệ thống công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội và nhà ở để tạo lập môi trường sống thích hợp cho người dân sống trong đô thị, được thể hiện thông qua đồ án quy hoạch đô thị. 1.1.1.2. Đặc điểm đất đô thị Đặc điểm của đất đai là tính cố hữu, tư liệu sản xuất gắn với hoạt động của con người nhưng đất đô thị có những đặc trưng chủ yếu để phân biệt với các loại đất khác: • Có nguồn gốc từ đất tự nhiên hoặc đất nông nghiệp được trang bị cơ sở hạ tầng công cộng khi chuyển mục đích sử dụng; • Việc sử dụng đất đô thị phải căn cứ vào qui hoạch và dự án đầu tư được phê duyệt; • Khi người sử dụng đất có yêu cầu chuyển đổi mục đích sử dụng đang sử dụng thì phải được UBND tỉnh thành phố cho phép; PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
5 • Từng lô đất trong đô thị có vị trí cố định, mỗi vị trí có đặc thù riêng không giống với bất kì vị trí nào; • Ngoài ra đất đô thị cũng là tài sản đặc biệt có giá trị cao hơn so với các loại đất khác bởi vị trí và cơ sở hạ tầng trên đất; • Có sự mất cân đối giữa cung và cầu, do quá trình đô thị hoá diễn ra nhanh chóng trong những năm gần đây làm cho dân số đô thị tăng nhanh (về cơ học) cầu tăng nhanh nhưng cung bị hạn chế mất cân đối. Nó là công cụ cho việc thực hiện và quản lý sử dụng đất một cách khoa học của nhà nước, bởi vì khi thực hiện qui hoạch sử dụng đất đai nhằm phục vụ cho nhu cầu sử dụng đất đai và quyền lợi của toàn xã hội góp phần giải quyết tốt các mối quan hệ trong quản lý và sử dụng đất để sử dụng một cách có hiệu quả bảo vệ đất và nâng cao hiệu quả [8]. 1.1.1.3. Phân loại và đặc điểm của không gian đô thị a. Phân loại Không gian đô thị là không gian hình học ba chiều, trong không gian đó đô thị tồn tại và phát triển. Có hai loại ranh giới không gian đô thị là ranh giới theo cấu trúc đô thị và ranh giới hành chính. Theo cấu trúc đô thị, không gian đô thị được xác định bằng hai tiêu chí là độ kết tụ (agglomeration) của các công trình và ngưỡng dân số (threshold population). Độ kết tụ thể hiện sự tập trung dày đặc của các công trình. Ngưỡng dân số là số dân tối thiểu sống trong không gian có độ kết tụ như trên để được coi là đô thị. Không gian đô thị cũng được hiểu là không gian vừa đủ để chứa tất cả các công trình phục vụ dân đô thị. Các tiêu chuẩn thiết kế quy hoạch đô thị được quy định theo khái niệm này. Khái niệm không gian đô thị liên quan mật thiết tới cấu trúc đô thị là khái niệm không gian đô thị có tính kỹ thuật. Theo ranh giới hành chính, không gian đô thị là không gian bên trong ranh giới lãnh thổ của đô thị. Đây là cách xác định đô thị theo luật quy hoạch đô thị Việt Nam. Đô thị Việt Nam có vùng nội thị và vùng ngoại thị; ngoại thị có thể có các công trình của đô thị, còn lại là nông thôn hay rừng núi. b. Đặc điểm Không gian đô thị phát triển nhờ các điều kiện tạo thị. Có ba điều kiện cơ bản để một đô thị hình thành và phát triển là điều kiện tự nhiên, điều kiện thị trường và điều kiện chính trị - xã hội. • Điều kiện tự nhiên là các yếu tố về vị trí địa lý, nguồn nước, địa chất, thủy văn, khí hậu… Trong đó, điều kiện về vị trí địa lý và giao thông đóng vai trò quan PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
6 trọng nhất. Khu vực nằm ở trung tâm một vùng lãnh thổ, có điều kiện giao thông thuận tiện với các khu vực khác sẽ có đọng lực tạo thị mạnh. • Điều kiện thị trường là khả năng phát triển kinh tế hàng hóa và dịch vụ của khu vực. Từ khả năng đó, tự nhiên dân cư sẽ phát triển, dân cư phát triển làm thị trường phát triển, thị trường phát triển làm đô thị phát triển. • Điều kiện chính trị - xã hội liên quan đến các mục tiêu chính trị, xã hội, an ninh, quốc phòng của quốc gia. Các mục tiêu chính trị xã hội có thể có kích thích hay kìm hãm đô thị phát triển, điều chỉnh sự phát triển không gian đô thị. Không gian đô thị có thể có biên giới, có thể không. Đối với đô thị vừa và nhỏ, bán kính không gian đô thị được xác định từ điều kiện thuận lợi về giao thông. Đô thị vừa và nhỏ không có hệ thống giao thông công cộng cao tốc (MRT – Mass Rapid Transport). Thời gian đi về trong ngày thuận lợi không quá 30 phút. Không gian đô thị nằm trong tầm mắt. Đô thị có tính độc lập cao, về cơ bản mọi hoạt động của các gia đình đều xảy ra trong ranh giới đô thị. Đối với đô thị lớn và cực lớn, điều kiện về giao thông công cộng khối lớn, tốc độ cao quyết định bán kính không gian đô thị. Bán kính đi lại của mỗi cá nhân cũng vẫn giới hạn dưới 30 phút là tốt nhất. Tuy nhiên do có MRT các đô thị nhỏ được hình thành và nối lại với nhau thành đại đô thị. Công ăn việc làm cũng được tổ chức khắp các khu vực. Hệ thống công ăn việc làm nối liền nhau trên chiều dài hàng trăm cây số, lúc này các đô thị không còn biên giới. Biên giới hành chính chỉ còn có ý nghĩa phân công khu vực cho việc quản trị đô thị. Thậm chí biên giới quốc gia cũng có thể đi qua một không gian đô thị. Trong ba điều kiện tạo thị nêu trên, tác động của điều kiện thị trường lên đô thị có tính tự phát. Nghĩa là không phải do tác động chủ quan của Nhà nước. Giống như “bàn tay vô hình” đã điều khiển nền kinh tế, đô thị cũng tự hình thành và phát triển theo sự chỉ đạo của bàn tay vô hình đó. Ta biết bàn tay vô hình là quy luật cung - cầu của thị trường, nhưng nguồn gốc sâu xa của nó là từ bản năng sinh tồn của con người. Bản năng đó nhiều khi mù quáng vì cái ăn trước mắt. Không gian đô thị phát triển tự phát là không gian phát sinh do nhu cầu hoặc lợi ích kinh tế trước mắt. Cho nên, dù thị trường là động lực tạo thị mạnh mẽ nhất, nhưng cũng là mối đe doạ lớn nhất đối với sự cân bằng, ổn định của đô thị [3]. 1.1.2. Tổng quan về hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS) 1.1.2.1. Định nghĩa về GIS Hệ thống thông tin địa lý – GIS (Geographic Information System) là một hệ thống thông tin đặc biệt với cơ sở dữ liệu gồm những đối tượng, những hoạt động hay những sự kiện phân bố trong không gian được biểu diễn như những điểm, đường, vùng trong hệ thống máy tính. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
7 Hệ thống thông tin địa lý có khả năng nhập, xử lý, truy vấn và xuất tham chiếu địa lý hoặc dữ liệu không gian theo điểm, đường, vùng phục vụ cho những hỏi đáp và phân tích đặc biệt: quản lý, quy hoạch tài nguyên thiên nhiên và môi trường (Dueker, 1979) [5]. 1.1.2.2. Các thành phần của GIS GIS bao gồm năm thành phần cơ bản là: phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu, người sử dụng và phương pháp. Hình 1.2. Các thành phần của GIS a. Phần cứng (Hardware) Phần cứng là phần trong thấy của hệ thống, đó có thể là hệ thống dựa trên máy vi tính độc lập hay một siêu máy tính. Ngoài ra còn có các đầu vào như bàn số hóa, máy quét, thiết bị lưu trữ, hiển thị… Các bộ xử lý của phần cứng yêu cầu phải có bộ xử lý đủ mạnh để chạy phần mềm và dung lượng đủ lớn để lưu trữ dữ liệu. b. Phần mềm (Software) Là tập hợp các câu lệnh, chỉ thị nhằm điều khiển phần cứng của máy tính thực hiện một nhiệm vụ xác định, phần mềm hệ thống thông tin địa lý có thể là một hoặc tổ hợp các phần mềm máy tính. Phần mềm được sử dụng trong kỹ thuật GIS phải bao gồm các tính năng cơ bản sau: • Nhập và kiểm tra dữ liệu (Data input); • Lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu (Geographic database); • Xuất dữ liệu (Display and reporting); • Biến đổi dữ liệu (Data transformation); • Tương tác với người dùng (Query input). PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
8 Tuỳ theo yêu cầu và khả năng ứng dụng trong công việc cũng như khả năng kinh phí của đơn vị, việc lưu chọn một phần mềm máy tính sẽ khác nhau. c. Cơ sở dữ liệu (Database) Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý (Geo-referenced data) riêng lẻ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu (database). Những thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về: vị trí địa lý (location); thuộc tính (attributes) của thông tin; mối liên hệ không gian (spatial relationships) của các thông tin và thời gian. Có 2 dạng dữ liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là: • Cơ sở dữ liệu bản đồ: là những mô tả hình ảnh bản đồ được số hoá theo một khuôn dạng nhất định mà máy tính hiểu được. GIS sử dụng các dữ liệu này để xuất ra các bản đồ trên màn hình hoặc các thiết bị ngoại vi khác như máy in, máy vẽ; • Dữ liệu Vector: được trình bày dưới dạng điểm, đường và diện tích; mỗi dạng có liên quan đến 1 số liệu thuộc tính được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu; • Dữ liệu Raster: được trình bày dưới dạng lưới ô vuông hay ô chữ nhật đều nhau, giá trị được ấn định cho mỗi ô sẽ chỉ định giá trị của thuộc tính. Số liệu của ảnh vệ tinh và số liệu bản đồ được quét (scanned map) là các loại số liệu Raster; • Dữ liệu thuộc tính (Attribute): được trình bày dưới dạng các ký tự hoặc số, hoặc ký hiệu để mô tả các thuộc tính của các thông tin thuộc về địa lý. Trong các dạng số liệu trên, số liệu Vector là dạng thường sử dụng nhất. Tuy nhiên, số liệu Raster rất hữu ích để mô tả các dãy số liệu có tính liên tục như nhiệt độ, cao độ… và thực hiện các phân tích không gian (spatial analyses) của số liệu. Có nhiều cách để nhập số liệu, nhưng cách thông thường nhất hiện nay là số hoá (digitizing) bằng bàn số hoá (digitizer), hoặc thông qua việc sử dụng máy quét ảnh (Scanner). d. Người sử dụng (People) Con người được coi là thành phần quan trọng nhất trong các thành phần. Hệ thống sẽ không phát huy được tác dụng nếu không có sự tác động của những chuyên gia thực hiện các công việc như quản lý cơ sở dữ liệu, số hóa, kết xuất… Những người này cần thông thạo về việc lựa chọn các công cụ GIS để sử dụng, có kiến thức về các số liệu được sử dụng và thông hiểu về các tiến trình đang và sẽ thực hiện. e. Phương pháp (Methods) Ðây là hợp phần rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả phục vụ người sử dụng thông tin. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
9 Để hoạt động thành công, hệ thống GIS phải được đặt trong một khung tổ chức phù hợp và có những hướng dẫn cần thiết để quản lý, thu thập, lưu trữ và phân tích số liệu, đồng thời có khả năng phát triển được hệ thống GIS theo nhu cầu. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ phận quản lý, bộ phận này phải được bổ nhiệm để tổ chức hoạt động hệ thống GIS một cách có hiệu quả để phục vụ người sử dụng thông tin. Trong quá trình hoạt động, mục đích chỉ có thể đạt được và tính hiệu quả của kỹ thuật GIS chỉ được minh chứng khi công cụ này có thể hỗ trợ những người sử dụng thông tin để giúp họ thực hiện được những mục tiêu công việc. Ngoài ra việc phối hợp giữa các cơ quan chức năng có liên quan cũng phải được đặt ra, nhằm gia tăng hiệu quả sử dụng của GIS cũng như các nguồn số liệu hiện có [14]. 1.1.2.3. Mô hình dữ liệu của GIS Hệ thống thông tin địa lý bao gồm: Dữ liệu không gian và phi không gian. a. Dữ liệu không gian Dữ liệu không gian (Spatial Data) là loại dữ liệu mô tả tính chất địa lý của các đối tượng như kích thước, vị trí, hình dáng, diện tích… Hệ thống thông tin địa lí làm việc với hai dạng mô hình dữ liệu địa lý khác nhau: mô hình Vector và mô hình Raster. Hình 1.3. Mô hình dữ liệu địa lý b. Dữ liệu phi không gian Dữ liệu phi không gian hay còn gọi là dữ liệu thuộc tính (Non - Spatial Data hay Attribute) là những mô tả về đặc tính, đặc điểm và các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định. Một trong các chức năng đặc biệt của công nghệ GIS là khả năng của nó trong việc liên kết và xử lý đồng thời giữa dữ liệu bản đồ và dữ liệu thuộc tính [14]. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
10 1.1.2.4. Chức năng của GIS Một hệ thống GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau: • Thu thập dữ liệu (Capture): Dữ liệu địa lý là thành phần đắt tiền và tồn tại lâu đời của một hệ thống thông tin địa lý, vì vậy việc thu thập dữ liệu để đưa vào sử dụng trong hệ thống là một bước khởi đầu quan trọng. Các nguồn dữ liệu GIS sử dụng hiện nay được thu thập chủ yếu từ: số hóa từ bản đồ giấy, các số liệu tọa độ thu được từ các máy đo đạc, số liệu thống kê, ảnh vệ tinh, hệ thống định vị toàn cầu (GPS)… • Lưu trữ dữ liệu (Store): Dữ liệu được lưu trữ ở 2 dạng là dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính như đã nêu ở trên. • Hiển thị dữ liệu (Display): Dữ liệu GIS được hiển thị trên màn hình máy tính hay trên giấy in để cung cấp thông tin cho người dùng. Trong GIS người ta sử dụng hình ảnh, hình vẽ, biểu đồ, bản đồ, mô hình 3D, hiển thị động… tạo trực quan cao, hấp dẫn người dùng. • Truy vấn dữ liệu (Query): người dùng có thể truy vấn thông tin đồ hoạ hiển thị trên bản đồ. • Phân tích dữ liệu (Analyze): Hệ thống thông tin địa lý với những khả năng của máy vi tính và toán học đã cung cấp nhiều phương tiện để thực hiện những bài toán phân tích theo không gian và thời gian. Những thuật toán phân tích trên một lớp dữ liệu, chồng xếp nhiều lớp dữ liệu, phân tích mạng, phân tích theo mặt không gian, thời gian là những thuật toán hỗ trợ tích cực trong các bài toán quản lý, quy hoạch, kế hoạch của nhiều lãnh vực như tài nguyên, đất đai, cơ sở hạ tầng, thương mại dịch vụ… • Xuất dữ liệu (Output): Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu dưới nhiều định dạng: giấy in, website, ảnh, file… [14]. 1.1.3. Tổng quan về công nghệ GIS - 3D 1.1.3.1. Một số khái niệm cơ bản a. Mô hình độ cao số (Digital Elevation Model – DEM) Mô hình độ cao số 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. b. Mô hình địa hình số (Digital Terrain Model – DTM) Cũng giống như DEM, mô hình địa hình số là mô hình số miêu tả bề mặt mặt đất nhưng không bao gồm các đối tượng vật thể trên đó nhưng được xây dựng dựa trên các điểm độ cao, các đường bình độ và các đối tượng nằm trên bề mặt như sông, suối, PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma
11 ao hồ… Do vậy, độ chính xác của DTM cao hơn DEM, DTM là cơ sở để đo vẽ địa hình trên trạm ảnh số. c. Mô hình bề mặt số (Digital Surface Model – DSM) Mô hình bề mặt số là một mô hình độ cao số miêu tả bề mặt mặt đất và bao gồm cả các đối tượng vật thể trên đó như nhà cửa, cây xanh, đường giao thông… Mô hình bề mặt số có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tạo ảnh trực giao đối với ảnh vệ tinh, ảnh máy bay chụp màu có độ phân giải cao [9]. 1.1.3.2. Biểu diễn đối tượng 3D a. Điểm Điểm là thành phần cơ sở được định nghĩa trong hệ tọa độ. Các điểm khi thể hiện trong hệ tọa độ 3 chiều được xác định bằng các giá trị (x, y, z). b. Đường Một đường thẳng được xác định khi biết hai điểm thuộc đường thẳng. Trong biểu diễn bề mặt địa hình, đoạn thẳng nối hai điểm độ cao trên bề mặt địa hình miêu tả sự biến đổi tuyến tính của một phần bề mặt địa hình. c. Mặt phẳng Khi biểu diễn bề mặt địa hình dưới dạng lưới tam giác không đều TIN thì mỗi tam giác sẽ đặc tả phần địa hình nằm bên trong tam giác đó. Mỗi tam giác là một mặt phẳng. d. Đường cong Khi biểu diễn bề mặt địa hình, người ta còn thể hiện dáng điệu địa hình dưới dạng các đường bình độ. Đường bình độ là đường cong phức tạp, uốn lượn bám sát bề mặt địa hình và có độ cao không đổi. e. 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 các đỉnh và các cạnh giữa các đỉnh đó. Khi thể hiện bằng mô hình này, các đối tượng ba chiều trông rỗng và không giống thực tế lắm. Để hoàn thiện hơn, người ta dùng các kỹ 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 [9]. 1.1.3.3. Mô hình địa hình 3D Trong những năm gần đây, với sự phát triển vượt bậc của các công nghệ mới, các dữ liệu không gian có thể được hiển thị lập thể rất trực quan đáp ứng nhu cầu đa dạng của người sử dụng. Tuy nhiên ngành bản đồ hiện nay chỉ hạn chế ở việc xây PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the waterma