Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bản đồ 3D trong QHĐT

Chủ nhiệm: Nguyễn Hoàng Ánh

PHẦN MỞ ĐẦU

I. Lý do, sự cần thiết

Quy hoạch xây dựng đô thị là một ngành khoa học kỹ thuật, xã hội, nhân văn, là nghệ thuật về tổ chức, sắp xếp các không gian sống, các không gian chức năng cho các đô thị và các khu vực đô thị, khống chế hình thái kiến trúc trong đô thị trên cơ sở các điều tra, dự báo, tính toán sự phát triển, đặc điểm, vai trò, nhu cầu và nguồn lực của đô thị, nhằm cụ thể hóa chính sách phát triển, giảm thiểu các tác động có hại phát sinh trong quá trình đô thị hóa, tận dụng tối đa mọi nguồn lực, và hướng tới sự phát triển bền vững. Các không gian đô thị, công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội đô thị cần được quy hoạch phù hợp với phát triển tổng thể kinh tế - xã hội, môi trường, an ninh - quốc phòng. Việc quy hoạch và quản lý đô thị đòi hỏi phải giải quyết các yêu cầu phức tạp bao gồm các vấn đề về thiết kế, quy hoạch, môi trường sinh thái, kinh tế và xã hội, các vấn đề này liên quan đến các cấu trúc không gian, kinh tế - xã hội và môi trường. Có thể thấy Quy hoạch 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. Chính vì thế, công tác quy hoạch đô thị cần phải được 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 hiện các phương pháp bố trí đó. Việc lập quy hoạch đô thị cần tuân theo nhiều nguyên tắc như: Chính sách xây dựng của Đảng và Nhà nước, ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật, chú ý bảo vệ môi trường sống…

Cùng các chuyên ngành khác, có thể khẳng định quy hoạch đã và đang mang lại những hiệu quả to lớn, làm tiền đề, cơ sở để triển khai các dự án đầu tư trên mọi lĩnh vực nhằm thúc đẩy kinh tế - xã hội phát triển, nâng cấp nhiều đô thị, từng bước nâng cao chất lượng cuộc sống của nhân dân. Tuy nhiên, thời gian qua, công tác quy hoạch đô thị vẫn còn khá nhiều bất cập. Hiện tượng đô thị hóa gia tăng với tốc độ lớn ở nước ta trong những năm gần đây, kéo theo sự bùng nổ dân số đô thị, 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 quy hoạch và quản lý đô thị một cách chắp vá, thiếu căn bản, thiếu hệ thống, thiếu sự đồng bộ đã khiến cho nguy cơ chồng lấn giữa các dự án, việc quy hoạch ngành không khớp nối nhau, dẫn 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 vấn đề mà lâu nay các nhà quản lý đô thị, quản lý xây dựng tìm giải pháp tháo gỡ.

Theo phương pháp truyền thống từ trước đến nay, bản đồ địa hình (bản đồ 2D) đóng một vai trò hết sức quan trọng công tác nghiên cứu quy hoạch nói chung cũng như nghiên cứu quy hoạch xây dựng đô thị. Điều này được thể hiện ở tất cả các loại hình quy hoạch, đồng thời bản đồ 2D còn là công cụ đắc lực cho các ban, ngành, địa phương trong việc quản lý phát triển đô thị theo quy hoạch. Tuy vậy, do nhiều các lý do khác nhau, hệ thống bản đồ địa hình 2D Quốc gia đến nay còn chưa thực sự là nền tảng ứng dụng cho các ngành bao gồm cả lĩnh vực quy hoạch quản lý đô thị. Công tác lập bản đồ nền số hoá bằng công nghệ GIS đã và đang triển khai nhưng chưa phát huy rõ hiệu quả thực tiễn, rất cần một lộ trình và định lượng khoa học cụ thể cho công tác ứng dụng công nghệ số và GIS, đảm bảo kiểm soát năng lực hiệu quả công tác quy hoạch và quản lý đô thị trong thời gian tới.

Hiện nay trên thế giới, việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong nghiên cứu và thiết kế quy hoạch đã trở nên rất phổ biến, nhiều phần mềm vi tính cũng như các công nghệ phụ trợ đã được khai thác sử dụng khá rộng rãi trong công tác quy hoạch, nhưng chủ yếu vẫn hạn chế ở mức độ thể hiện sản phẩm. Đối với nước ta, đây cũng là một yếu tố quan trọng để nâng cao chất lượng đồ án và tiết kiệm thời gian. Việc nghiên cứu lựa chọn và chuyển giao công nghệ, phần mềm để phục vụ quá trình nghiên cứu thiết kế các đồ án quy hoạch, nâng cao chất lượng trang thiết bị cho phù hợp chưa được quan tâm và đầu tư thích đáng trong các tổ chức tư vấn và nghiên cứu thiết kế quy hoạch để quốc tế hoá sản phẩm, đáp ứng yêu cầu mở rộng quan hệ, giao lưu trong quá trình hội nhập của đất nước. 

Những năm gần đây, một số những nghiên cứu trong và ngoài nước về bản đồ không gian ba chiều 3D là khá nhiều. Có thể nói bản đồ 3D ra đời thực sự là một cuộc cách mạng đối với thế giới bản đồ, các kết quả không chỉ dừng ở mức độ nghiên cứu mà đã được hiện thực hóa trên diện rộng. Một số các thành phố lớn của các nước phát triển đều đã thành lập bản đồ 3D dựa trên các công nghệ khác nhau và hướng tới các ứng dụng khác nhau. Mô hình 3D với kỹ thuật hiển thị hiện đại cho phép quan sát đối tượng trực quan từ nhiều phía và cho phép mô phỏng và thực hiện nhiều tính toán phức tạp. Đồng thời, nó cũng cho phép đánh giá mối tương quan mặt bằng và độ cao giữa các công trình xây dựng, tầm nhìn từ một điểm cho trước, mô phỏng sự phân bổ thực tế của một vùng lãnh thổ, một vùng diện tích một cánh toàn diện giúp cho việc phân tích, đánh giá, điều chỉnh quy hoạch và quản lý đô thị được nhanh chóng và chính xác hơn, là công cụ quản lý không chỉ trong mặt phẳng nằm ngang mà cả trong mặt phẳng thẳng đứng. Ở nước ta, có nhiều đề tài nghiên cứu trong các trường đại học đi theo hướng này và còn có nhiều sản phẩm bản đồ 3D cũng đã được ra mắt. Có thể kể đến như việc ứng dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực bản đồ viễn thám và Hệ thông tin địa lý (GIS) đã có những bước tiến vượt bậc và đã tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao trong xây dựng mô hình 3D các công trình xây dựng, từ đó có thể xây dựng bản đồ không gian ba chiều (bản đồ 3D) khu vực đô thị một cách nhanh chóng, chính xác phục vụ công tác quy hoạch đô thị; Nhiều công nghệ với sự tiến bộ vượt trội so với các công nghệ truyền thống đã ra đời được ứng dụng trong việc thành lập mô hình số địa hình, mô hình số bề mặt phục vụ công tác lập bản đồ địa hình, bản đồ không gian ba chiều và xây dựng cơ sở dữ liệu nền thông tin địa lý, như công nghệ Lidar, UAV, vệ tinh... Nó cho phép đẩy nhanh tiến độ thi công một cách đáng kể, giảm chi phí thi công và cho độ chính xác cao.

Bản đồ không gian ba chiều có rất nhiều ưu điểm so với bản đồ hai chiều (bản đồ 2D). Bản đồ không gian ba chiều gồm nền mô hình số địa hình, các đối tượng địa lý dạng vector được gắn kết với các thuộc tính và được hiển thị trong không gian ba chiều. Bản đồ 3D có thể được thành lập từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau có khả năng mô phỏng cấu trúc cảnh quan đô thị phục vụ quy hoạch, xây dựng phát triển đô thị, phục vụ giáo dục, quốc phòng, du lịch… Để có được độ chính xác cao cho các vị trí điểm trên bản đồ thì hiện nay nguồn dữ liệu thu nhận từ công tác bay quét Lidar, bay chụp UAV hoặc ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao đang thể hiện có nhiều ưu điểm.

Với những ưu thế và hiệu quả của việc xây dựng bản đồ không gian ba chiều và các nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, đặc biệt là trong quy hoạch đô thị trong bối cảnh tốc độ phát triển đô thị ở Việt Nam đang rất nhanh thì việc nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn các phương pháp, giải pháp kỹ thuật mới trong thành lập bản đồ 3D và những ứng dụng bản đồ 3D trong các nhiệm vụ quy hoạch đô thị, quản lý quy hoạch xây dựng là rất cần thiết trong thời điểm hiện nay.

Công tác lập quy hoạch đô thị với việc ứng dụng bản đồ 3D dựa trên phân tích không gian sẽ cho khả năng nâng cao chất lượng so với việc sử dụng bản đồ 2D truyền thống. So với bản đồ 2D, các mô hình bản đồ 3D cho phép phân tích không gian 3 chiều trực quan hơn, xử lý dữ liệu một cách đầy đủ, hay nói cách khác, là có thể dựng lại kịch bản theo các ý tưởng của nhà thiết kế quy hoạch, cụ thể:

-   Biểu thị các yếu tố bề mặt lãnh thổ và các thuộc tính của đối tượng, phục vụ trực tiếp cho công tác lập quy hoạch đô thị (cũng là nội hàm của công tác nghiên cứu quy hoạch xây dựng nói chung).

-   Tạo lập một mô hình mang đầy đủ nguồn thông tin chiều sâu, phục vụ các bài toán phân tích CSDL và cho phép chúng ta có cái nhìn trực quan, tổng thể về bề mặt lãnh thổ, cũng như mối liên hệ hữu cơ giữa các yếu tố liên quan có sự biến đổi phức tạp như thiên tai, các sự cố môi trường do chịu sự ảnh hưởng trực tiếp của biến đổi khí hậu...

-   Qua việc phân tích các dữ liệu thu được, ta có thể so sánh các đô thị với nhau, phân tích hướng mở rộng phát triển đô thị, các khu vực có nguy cơ bị rủi ro, thiên tai, góp phần từng bước bổ sung thêm hướng tiếp cận mới, đa dạng hơn cho công tác nghiên cứu quy hoạch tiến đến việc hoàn thiện quy trình nghiên cứu quy hoạch một cách đầy đủ và chính xác hơn.

-   Hỗ trợ công tác giám sát, quản lý quy hoạch xây dựng và góp phần nâng cao chất lượng đào tạo các cán bộ khoa học kỹ thuật chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS), cũng như là tài liệu tham khảo có giá trị cho các cán bộ khoa học, các nhà nghiên cứu chuyên ngành, các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực Quy hoạch xây dựng, Trắc địa - Bản đồ - Viễn thám và hệ thông tin địa lý… trên phạm vi cả nước.

Do đó việc triển khai xây dựng bản đồ 3D có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, đặc biệt là trong công tác mô hình hóa bề mặt, hỗ trợ công tác quy hoạch đô thị và quản lý quy hoạch. Đồng thời, tiến tới việc tích hợp lồng ghép trên hệ thống cơ sở dữ liệu đồng bộ, là một trong những nhiệm vụ cấp thiết trong giai đoạn phát triển hiện nay.

II. Mục tiêu Nghiên cứu

Từ những lý do cần thiết trên, mục tiêu nghiên cứu của đê tài được đặt ra với những nội dung sau được thể hiện qua 04 Chương:

Chương 1. Tổng quan và thực trạng ứng dụng phương pháp đo đạc bản đồ 2D và bản đồ 3D phục vụ quy hoạch đô thị (Bao gồm nội dung 1 và 2).

• Nội dung 1: Nghiên cứu tình hình bản đồ 2D phục vụ công tác lập quy hoạch đô thị hiện nay. Phân tích ưu nhược điểm, nhận diện các vấn đề bất cập cần giải quyết.
• Nội dung 2: Đánh giá tổng quan về bản đồ 3D và việc ứng dụng bản đồ 3D trong công tác lập Quy hoạch đô thị.

Chương 2. Nghiên cứu cơ sở khoa học. (Nội dung 3).

• Nội dung 3: Nghiên cứu cơ sở khoa học về bản đồ 3D, ứng dụng trong công tác lập Quy hoạch đô thị.

Chương 3. Đề xuất quy trình kỹ thuật, yêu cầu nội dung sản phẩm bản đồ 3D. (Bao gồm nội dung 4 và 5)

• Nội dung 4: Nghiên cứu đề xuất quy trình kỹ thuật, yêu cầu nội dung sản phẩm bản đồ 3D
• Nội dung 5: Nghiên cứu ứng dụng bản đồ 3D trong công tác Quy hoạch đô thị

Chương 4. Thí điểm ứng dụng đo đạc bản đồ 3D phục vụ một quy hoạch Phân khu tại thành phố Yên Bái. (Nội dung 6)

- Nội dung 6: Thí điểm xây dựng bản đồ 3D, ứng dụng lập Quy hoạch phân khu một khu vực cụ thể.

Mục tiêu cố gắng đạt được của Đề tài là thể hiện được những gì mà công tác nghiên cứu quy hoạch khi sử dụng nền nghiên cứu là bản đồ địa hình 2D, kết hợp với kết quả nghiên cứu của công tác ứng dụng nền nghiên cứu là bản đồ 3D lên chính bản đồ 3D vừa mới thành lập; Đó chính là Kết quả tổng hợp của cả công tác xây dựng được bản đồ 3D cùng công tác Quy hoạch sử dụng bản đồ 3D và công nghệ 3D có tích hợp, lồng ghép trên hệ thống cơ sở dữ liệu đồng bộ (GIS). Đồng thời triết xuất được đầy đủ các bản vẽ thể hiện kết quả của công tác nghiên cứu quy hoạch tương tự như các bản vẽ của đồ án Quy hoạch phân khu thí điểm. Từ đó phân tích, đánh giá, rút ra được những ứng dụng của bản đồ 3D trong công tác lập quy hoạch đô thị.

III. Phạm vi, khu vực ứng dụng của nghiên cứu

Theo địa giới hàng chính Phường Minh Tân, thành phố Yên Bái để thí điểm xây dựng, thành lập bản đồ 3D;

Áp dụng phục vụ cho việc nghiên cứu cụ thể Đồ án Quy hoạch phân khu phường Minh Tân, thành phố Yên Bái, tỉnh Yên Bái.

IV. Sản phẩm chính của đề tài

1. Báo cáo tổng hợp kết quả đề tài

2. Bài báo đăng tạp chí chuyên ngành.