Tài liệu Nghiên cứu xây dựng mô hình thành phố ảo phục vụ công tác quy hoạch đô thị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT MAI VĂN SỸ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÀNH PHỐ ẢO PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUY HOẠCH ĐÔ THỊ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT MAI VĂN SỸ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÀNH PHỐ ẢO PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUY HOẠCH ĐÔ THỊ Ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ Mã số : 9 520503 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS Nguyễn Trường Xuân Hà Nội, 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả trong luận án trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả luận án Mai Văn Sỹ ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i MỤC LỤC ............................................................................................................. ii DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................. vii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................. 7 1.1. Tổng quan về công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta...................... 7 1.1.1. Tổng quan về quy hoạch không gian, quy hoạch đô thị ............................. 7 1.1.2. Yêu cầu của quy hoạch đô thị ..................................................................... 9 1.1.3. Thực trạng công tác lập đồ án quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta ..... 12 1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ứng dụng mô hình 3D trong công tác quy hoạch và quản lý đô thị trên thế giới ............................................................ 15 1.3. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam .......................................... 24 1.4. Hướng nghiên cứu của đề tài luận án ........................................................... 26 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG THÀNH PHỐ ẢO 3D PHỤC VỤ QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ ĐÔ THỊ ...................................................... 29 2.1. Thành phố ảo 3D .......................................................................................... 29 2.2. Nội dung dữ liệu không gian của mô hình thành phố 3D ............................ 30 2.2.1. Nhóm dữ liệu nền địa lý 3D ...................................................................... 32 2.2.2. Nhóm dữ liệu địa vật trong không gian đô thị .......................................... 33 2.2.3. Tích hợp từ các nguồn dữ liệu khác .......................................................... 39 2.3. Nghiên cứu đề xuất cơ sở dữ liệu thành phố ảo 3D ..................................... 46 2.3.1. Khung tham chiếu không gian của dữ liệu ............................................... 47 2.3.2. Cấu trúc đồ họa đối tượng 3D ................................................................... 47 2.3.4. Đề xuất cấp độ chi tiết trong mô hình thành phố ảo 3D ........................... 56 iii 2.3.5. Đề xuất nội dung và cấu trúc dữ liệu ........................................................ 59 2.4. Đề xuất quy trình xây dựng thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị .................................................................................................................... 72 2.4.1. Quy trình tổng quát ................................................................................... 72 2.4.2. Quy trình xây dựng bản đồ 3D từ ảnh viễn thám độ phân giải cao ............... 72 2.4.3. Đề xuất quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch đô thị .................................................................................................................... 74 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÀNH PHỐ ẢO 3D KHU CÔNG NGHIỆP ĐÔ THỊ KIẾN THỤY, TP HẢI PHÒNG ..................... 79 3.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu ..................................................................... 79 3.2. Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D khu thử nghiệm ................................. 82 3.2.1. Lựa chọn phần mềm .................................................................................. 82 3.2.2. Công tác chuẩn bị dữ liệu để xây dựng mô hình 3D................................. 85 3.2.3. Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D ......................................................... 88 3.3. Tích hợp phương án quy hoạch .................................................................... 90 3.3.1. Số hóa phương án ...................................................................................... 90 3.3.2. Chuẩn hóa dữ liệu không gian 3D phương án quy hoạch ......................... 91 3.3.3. Tích hợp phương án quy hoạch lên mô hình thành phố ảo 3D ................. 96 3.4. Xây dựng một số “công cụ” phần mềm hỗ trợ........................................... 101 3.5. Giới thiệu một số kết quả ứng dụng mô hình thành phố ảo 3D khu thực nghiệm ............................................................................................................... 115 3.5.1. Trình diễn các góc nhìn mô hình ............................................................ 115 3.5.2. Phân tích và Mô phỏng ........................................................................... 116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................... 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ................. 125 ĐÃ CÔNG BỘ CÓ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN .......................................... 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 126 iv LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận án, NCS đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Trường Xuân cũng các cán bộ, giảng viên thuộc Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Bộ môn Bản đồ, khoa Trăc địa (Trường đại học Mỏ - Địa chất). NCS còn nhận được những ý kiến trao đổi thẳng thắn về chuyên môn cũng như sự hỗ trợ về tài liệu tham khảo của các nhà khoa học trong và ngoài nước, các cơ quan quản lý nhà nước thành phố Hải Phòng. NCS xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu này. NCS xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tạo mọi điều kiện để NCS có thể hoàn thành bản luận án. NCS cũng xin chân thành cảm ơn sự động viên, khích lệ của gia đình và bạn bè trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án này. Hà Nội, tháng 3 năm 2019 NCS. Mai Văn Sỹ v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2D 2-Dimension – Hai chiều 3D 3-Dimension – Ba chiều 3DCM 3D cartographic model – Mô hình bản đồ 3D BIM Building Information Modeling CSDL Cơ sở dữ liệu CGS Computer Graphics Science - Khoa học máy tinh CityGML City Geography Mark-up language GML Geography Markup Language - Ngôn ngữ đánh dấu địa lý DCM Digital Catorghaphic Model – Mô hình số bản đồ DEM Digital Elevation Model - Mô hình số độ cao DTM Digital Terrain Model – Mô hình số địa hình DLM Digital Lanscape Model – Mô hình số cảnh quan GIS Geographic Information System – Hệ thông tin địa lý GPS Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu GeoVE Geovirtual environments – Môi trường địa lý ảo. LOD Level-of-detail LiDaR Light Detection And Ranging – Công nghệ LiDaR UAV Unmanned Air Vehicle – Máy bay không người lái IFC Industry Foundation Class QHKG Quy hoạch không gian QHPK Quy hoạch phân khu OGC Open Geospatial Consortium SDI Spatial Data Infrastructure - Hạ tầng dữ liệu không gian TIN Triangular Irregular Network – Mạng lưới tam giác không gian không đều vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Quy định về độ chính xác về độ cao đối tượng 3D ............................ 62 Bảng 3.1: Cơ cấu sử dụng đất của đồ án thiết kế quy hoạch .............................. 81 Bảng 3.2: Các gói dữ liệu trong CSDL nền địa lý 1:2000 .................................. 87 Bảng 3.3: Tỷ lệ đất tối thiểu trồng cây xanh trong các lô đất xây dựng công trình ........................................................................................................................... 104 Bảng 3.4: Diện tích đất cây xanh sử dụng công cộng trong các đô thị............. 105 Bảng 3.5: Tiêu chuẩn không gian trong thiết kế tương quan ............................ 111 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Một góc mô hình 3D thành phố Boston .............................................. 19 Hình 1.2: Một góc mô hình 3D thành phố NewYork ......................................... 19 Hình 1.3: Mô hình 3D khu vực đài tưởng niệm Lincoln tại Washington ........... 20 Hình 1.4: Mô hình 3D khu vực tòa tháp 101 tầng, Đài Bắc, Đài Loan .............. 20 Hình 1.5: Mô hình 3D thành phố SongDo, Hàn Quốc........................................ 21 Hình 1.6: Mô hình thành phố 3D của Berlin, Cộng hòa liên bang Đức ............. 22 Hình 2.1: Ba thành phần cơ bản khung nhìn mô hình thành phố ảo 3D............. 30 Hình 2.2: Phương pháp tích hợp cho dữ liệu vector địa lý ................................. 39 Hình 2.3: Phương pháp Extrusion-based modeling được sử dụng để biểu diễn các sơ đồ tổng thể thông qua các mô hình khối và các cấu tạo bề mặt địa hình 41 Hình 2.4: Phương pháp tiếp cận mô hình 3D để tạo ra các biểu diễn quy hoạch như là mô hình 3D ............................................................................................... 42 Hình 2.5: Minh họa phương pháp mô hình hóa dựa trên CityGML ................... 43 Hình 2.6: Đối tượng trên mô hình thành phố 3D ................................................ 48 Hình 2.7: Mô tả dựng hình 3D từ 5 loại đối tượng cơ sở ................................... 49 Hình 2.8: Kiểu mô hình thành phố 3D của Shiode, dựa trên mức độ thực tế ..... 55 Hình 2.9: Kiểu mô hình thành phố 3D của Shiode, dựa trên các chức năng phân tích ....................................................................................................................... 55 Hình 2.10: Kiểu mô hình thành phố 3D của Batty ............................................. 56 Hình 2.11: Một số kiểu biến thể về mặt hình học của một mô hình 3D ở LoD1 57 Hình 2.12: Các cấp độ chi tiết (LoD) trong mô hình thành phố ảo 3D .............. 59 Hình 2.13: Lược đồ cấu trúc của mô hình CSDL thành phố ảo 3D.................... 63 Hình 2.14: Khung CSDL phương án quy hoạch. ................................................ 64 Hình 2.15: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung địa hình ........................................ 65 Hình 2.16: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung nhà và khối nhà ........................... 67 viii Hình 2.17: Khung CSDL nhóm nội mô hình ngầm ............................................ 68 Hình 2.18: Khung CSDL nhóm nội mô hình cầu ............................................... 68 Hình 2.19: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung mặt nước ...................................... 69 Hình 2.20: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung giao thông .................................... 70 Hình 2.21: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung thực vật ........................................ 71 Hình 2.22: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung sử dụng đất .................................. 71 Hình 2.23: Quy trình xử lý và thành lập mô hình 3D ......................................... 72 Hình 2.24: Quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D bằng ảnh viễn thám độ phân giải cao........................................................................................................ 73 Hình 2.25: Mô hình thành phố ảo 3D được thành lập từ ảnh viễn thám độ phân giải cao ................................................................................................................ 73 Hình 2.26: Quy trình xây dựng Mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị .................................................................................................. 75 Hình 3.1: Sơ đồ vị trí mối liên hệ vùng............................................................... 79 Hình 3.2: Cấu trúc hoạt động của Skyline .......................................................... 83 Hình 3.3: Sơ đồ thiết kế lưới khống chế ảnh....................................................... 85 Hình 3.4: Bình đồ ảnh khu vực nghiên cứu được thành lập từ ảnh UAV .......... 86 Hình 3.5: Mô hình số bề mặt (DSM) .................................................................. 86 Hình 3.6: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 ............................................................... 87 Hình 3.7: Cấu trúc cơ sở dữ liệu ......................................................................... 88 Hình 3.8: Kết quả mô phỏng địa hình ................................................................. 88 Hình 3.9: Phương án quy hoạch được số hóa trên phần mềm ArcGIS ............... 90 Hình 3.10: Thông tin lớp nhà cao tầng................................................................ 91 Hình 3.11: Mô hình mẫu cột đèn và đèn báo hiệu giao thông ............................ 94 Hình 3.12: Thiết kế mô hình đối tượng trên phần mềm SketchUp ..................... 94 Hình 3.13: Ký hiệu hạ tầng kỹ thuật ................................................................... 95 Hình 3.14:Thư viện ký hiệu cây độc lập/thảm thực vật ...................................... 95 ix Hình 3.15: Ảnh cấu trúc sử dụng trong bản đồ 3D ............................................. 96 Hình 3.16: Gán các cấp độ LoD cho đối tượng khối nhà ................................... 96 Hình 3.17: Mô hình 3D được thành lập từ CSDL 2D. ........................................ 97 Hình 3.18: Tích hợp mô hình nhà xưởng vào mô hình 3DCM........................... 98 Hình 3.19:Tích hợp đường giao thông vào mô hình 3DCM............................... 98 Hình 3.20: Mặt nước được tích hợp vào mô hình thành phố 3D ........................ 99 Hình 3.21: Cây xanh, công viên được tích hợp vào mô hình thành phố 3D ...... 99 Hình 3.22: Tàu điện được tích hợp vào mô hình thành phố 3D ....................... 100 Hình 3.23:Mô phỏng các tuyến đường dây điện ............................................... 100 Hình 3.24: Mô phỏng các công trình cấp thoát nước........................................ 101 Hình 3.25: Cơ sở dữ liệu mô hình 3DCM......................................................... 101 Hình 3.26: Giao diện chính phần mềm Mô hình thành phố ảo 3D ................... 102 Hình 3.27: Giao diện tiếng Việt, thân thiện với người dùng ............................ 102 Hình 3.28: Chức năng tính toán hệ số sử dụng đất đoạn code sau để tính toán hệ số sử dụng đất:................................................................................................... 105 Hình 3.29: Thuộc tính đối tượng nhà và khối nhà ............................................ 107 Hình 3.30: Kiểm tra thiết kế tòa nhà đoạn code sau kiểm tra thiết kế tòa nhà: 109 Hình 3.31: Kiểm tra khoảng lùi của công trình đoạn code chức năng kiểm tra khoảng lùi công trình: ....................................................................................... 112 Hình 3.32: Mô hình 3DCM phục vụ trình diễn và giới thiệu thành phố .......... 116 Hình 3.33: Bản đồ về kiểm soát chiều cao của trung tâm thành phố................ 117 Hình 3.34: Tìm kiếm các đối tượng theo khoảng cách ..................................... 118 Hình 3.35: Tìm kiếm các đối tượng theo khu vực ............................................ 118 Hình 3.36: Phân tích tầm nhìn........................................................................... 119 Hình 3.37: Bóng tòa nhà ................................................................................... 120 Hình 3.38: Mô hình khái quát của hệ thống ...................................................... 103 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Như chúng ta đã biết quy hoạch đô thị là tổ chức và xây dựng không gian đô thị phục vụ các kế hoạch và chương trình phát triển đô thị của các cấp các ngành. Quy hoạch đô thị được gọi là Quy hoạch xây dựng đô thị. Quy hoạch xây dựng đô thị là một ngành khoa học kỹ thuật, xã hội, nhân văn, là nghệ thuật về tổ chức không gian sống cho các đô thị và các khu vực đô thị. Nó là nghệ thuật sắp xếp tổ chức các không gian chức năng, khống chế hình thái kiến trúc trong đô thị trên cơ sở 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 tổng thể các yêu cầu về thiết kế, quy hoạch cấu trúc không gian, môi trường sinh thái, kinh tế và xã hội. Tất cả đều cần một môi trường đa chiều, cụ thể là môi trường không gian 3D thực hay không gian 4D (để xem xét sự thay đổi theo thời gian). Việc thực hiện quy hoạch đô thị, thiết kế đô thị trong môi trường 3D là một bước tiến nhảy vọt về công nghệ thay thế cho phương pháp quy hoạch đô thị truyền thống 2D, nó có ý nghĩa to lớn đối với các nhà quản lý và thiết kế đô thị trong giai đoạn hiện nay. Thay vì được mô tả bằng văn bản, các sơ đồ thiết kế, quy hoạch thành phố và các quy tắc có thể được trình bày và phân tích trong môi trường mô phỏng 3D. Việc thay đổi kết cấu đô thị và mật độ xây dựng có thể được phân tích thông qua việc phân tích cấu trúc. Môi trường tiếng ồn, tình trạng ánh sáng, môi 2 trường nhiệt, điều kiện thông gió và tình trạng ô nhiễm môi trường có thể được phân tích thông qua việc tính các chỉ số không gian của đô thị. Việc kiểm soát chiều cao, màu sắc và kiến trúc các tòa nhà và các đánh giá của môi trường xung quanh các tòa nhà và đường phố có sẵn dựa trên các phân tích trực quan bở dữ liệu số. Việc phân tích sự phân bố của các khu chức năng khác nhau và vị trí thích hợp của nó có thể thông qua phân tích tương quan trong không gian 3D. Vì vậy, chúng ta cần có các chiến lược quản lý hiện đại ứng dụng công nghệ thông tin như hệ thông tin địa lý, dịch vụ thông tin dựa trên internet, hiển thị 3D, công nghệ mô phỏng nhằm hỗ trợ việc ra quyết định và cải thiện thông lượng truyền thông giữa các cơ quan chức năng, người dân và các doanh nghiệp. Cho đến nay ở nước ta, việc nghiên cứu và ứng dụng mô hình bản đồ 3D biểu diễn bề mặt đất mới chỉ dừng ở việc mô phỏng địa hình, địa vật, dựng hình và gán các thuộc tính đơn giản mà chưa xây dựng và quản lý cơ sở dữ liệu các đối tượng đô thị theo mô hình 3D, chưa có khung chuẩn thống nhất cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính của đối tượng 3D ... những vấn đề này sẽ làm cho việc nghiên cứu ứng dụng mô hình 3D trong công tác quy hoạch đô thị ở nước ta chưa tương ứng với ý nghĩa của nó và chưa đáp ứng được nhu cầu của thực tế. Chính vì vậy, việc xây dựng mô hình thành phố ảo 3D dựa trên một CSDL 3D thống nhất về nội dung, cấu trúc sẽ đảm bảo cho công tác quy hoạch và quản lý đô thị tiến thêm một bước mới trong trên con đường xây dựng thành phố thông minh (SmartCity) và ở đó mô hình thành phố ảo 3D được thiết lập như một phần của cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian địa lý. Trên thế giới, việc ứng dụng các mô hình thành phố ảo 3D trong công tác quy hoạch, thiết kế và quản lý đô thị, quản lý lãnh thổ đã và đang được nghiên cứu và đã trở thành một phương pháp hiện đại. Ở Việt Nam, một số nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu áp dụng kỹ thuật bản đồ số, GIS và công nghệ tin học… để xây dựng các mô hình 3D phục vụ 3 cho một vài lĩnh vực. Tuy nhiên do khối lượng công việc lớn, nhiều vấn đề kỹ thuật còn vướng mắc và chuẩn dữ liệu 3D chưa được thống nhất nên đến nay việc triển khai xây dựng các mô hình thành phố ảo 3D vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu. Đặc biệt là việc nghiên cứu một cách có hệ thống và đưa ra cơ sở khoa học và quy trình xây dựng các mô hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị cần được triển khai. Vì vậy, việc nghiên cứu cơ sở khoa học cũng như ứng dụng và phát triển các kỹ thuật, các công cụ và các phương pháp phù hợp để xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị của đề tài luận án là cần thiết, mang tính khoa học và có tính thực tiễn cao. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xác lập cơ sở khoa học và quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ cho công tác quy hoạch và quản lý đô thị, minh chứng qua thực nghiệm tại Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng. 3. Đối tượng nghiên cứu Theo mục tiêu nghiên cứu của đề tài, đối tượng nghiên cứu là Mô hình thành phố ảo 3D. 4. Phạm vi nghiên cứu - Mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị. - Thực nghiệm tại Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, TP Hải Phòng. 5. Nội dung nghiên cứu - Tổng quan tình hình nghiên cứu xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị trên thế giới và việt Nam. - Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng thành phố ảo 3D, trong đó đề xuất danh mục nội dung, cấu trúc, cấp độ chi tiết của mô hình thành phố ảo 3D từ cơ sở dữ liệu nền địa lý kết hợp với đồ án thiết kế quy hoạch và các tư liệu liên quan khác. 4 - Đề xuất quy trình công nghệ xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta. - Thực nghiệm xây dựng mô hình thành phố ảo 3D Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng. 6. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp phân tích tổng hợp: Thu thập và nghiên cứu các đề tài đã nghiên cứu trong và ngoài nước, trên Internet, sách, báo, tạp chí có liên quan đến mô hình 3D, quy hoạch đô thị. Từ đó đánh giá, phân tích, phân loại tài liệu theo nguồn gốc, chủng loại, thời gian, tác giả, ngôn ngữ…thành các loại tài liệu chính, tài liệu tham khảo, tài liệu pháp lý, kế thừa có chọn lọc các kết quả đã nghiên cứu. Phương pháp mô hình hóa: Mô hình bản đồ, mô hình ảnh, mô hình cấu trúc đối với dữ liệu số, biểu thị bản đồ số, biểu thị mô hình 3D tĩnh, động.…. Phương pháp GIS: phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu và phân tích không gian địa lý. Phương pháp tin học: Phục vụ phát triển các Modul ứng dụng. Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm tại Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng để chứng minh các kết quả nghiên cứu của luận án. Phương pháp chuyên gia: Thông qua hội thảo, góp ý, xin ý kiến các chuyên gia, các nhà khoa học trong lĩnh vực quy hoạch đô thị, trong lĩnh vực trắc địa bản đồ, lĩnh vực công nghệ thông tin. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: - Luận án đã nghiên cứu và tổng hợp có hệ thống về cơ sở khoa học xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị. Do đó, kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp phần làm sáng tỏ cơ sở khoa học 5 công nghệ thành phố ảo 3D và có ý nghĩa trong việc tạo tiền đề cho việc xây dựng và phát triển mô hình dữ liệu thành phố thông minh SmartCity. Ý nghĩa thực tiễn: - Mô hình thành phố ảo 3D được xây dựng là các thông tin có giá trị cho cho các nhà quy hoạch và quản lý dự án khu công nghiệp Kiến Thụy thành phố Hải Phòng. - Phương pháp và quy trình đã được nghiên cứu có thể phát triển áp dụng trong công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta. 8. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Cơ sở dữ liệu thành phố ảo 3D hoàn toàn đáp ứng cho trình diễn phối cảnh, cung cấp thông tin không gian sáng tạo, trực quan, đảm bảo cho phân tích và hỗ trợ ra quyết định trong quy hoạch và lý đô thị. Luận điểm 2: Quy trình công nghệ được đề xuất phù hợp với yêu cầu xây dựng thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị. 9. Những điểm mới của đề tài - Đề xuất được CSDL thành phố ảo 3D bao gồm nội dung, cấu trúc dữ liệu, cấp độ chi tiết để áp dụng trong xây dựng quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta. - Đề xuất được quy trình công nghệ phù hợp trong xây dựng và khai thác mô hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị. 10. Cấu trúc của luận án Luận án được trình bày trong 133 trang khổ giấy A4, trong đó có 6 bảng biểu, 70 hình vẽ và được cấu trúc thành: Mở đầu Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Chương 2: Cơ sở khoa học xây dựng thành phố ảo 3D trong quy hoạch và quản lý đô thị 6 Chương 3: Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng. Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo. 7 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta 1.1.1. Tổng quan về quy hoạch không gian, quy hoạch đô thị Quy hoạch không gian hay quy hoạch xây dựng là việc tổ chức và định hướng không gian vùng, không gian đô thị và dân cư, hệ thống công trình hạ tầng kỹ thuật, hạ tầng xã hội, tạo lập môi trường sống thích hợp cho người dân sống tại các lãnh thổ đó, đảm bảo kết hợp hài hòa giữa lợi ích quốc gia và lợi ích cộng đồng, đáp ứng được các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội, quốc phòng an ninh và bảo vệ môi trường [1]. Như vậy, quy hoạch không gian (QHKG) là một hoạt động nhằm tạo ra một chuỗi có trật tự các hành động dẫn dắt tới việc thực hiện một hay nhiều mục tiêu đã dự kiến. Các kỹ thuật chính của quy hoạch là các văn bản tường trình được bổ sung theo nhu cầu những dự báo thống kê, những công thức toán, những đánh giá số lượng và những biểu bảng minh họa cho các quan hệ giữa các bộ phận khác nhau của dự án [2]. Nó có thể, nhưng không nhất thiết phải bao gồm các bản vẽ không gian chính xác của các đối tượng. Quy hoạch không gian là một phương thức quy hoạch mới, được áp dụng hiệu quả ở các nước và nhiều thành phố trên thế giới trong nhiều năm qua. Tương tự như các loại hình quy hoạch khác, QHKG luôn đi trước các hoạt động phát triển và đóng vai trò hỗ trợ kiểm soát phát triển các đô thị và lãnh thổ. Quy hoạch không gian và quản lý không gian đòi hỏi xác lập một cơ chế phối hợp liên ngành, liên cơ quan, liên vùng trong quản lý và giải quyết đồng bộ các quan hệ phát triển khác nhau, trong đó quan hệ giữa các mảng không gian và tổ chức không gian hợp lý cho phát triển kinh tế bền vững là một trong những nhiệm vụ quan trọng và cần đi trước một bước. 8 Nhu cầu phát triển kinh tế trong bối cảnh cạnh tranh và xung đột không gian khai thác, sử dụng ở Việt Nam ngày càng gia tăng. Vì vậy, việc áp dụng quy hoạch không gian đã trở thành nhu cầu thực tiễn cấp bách trong quản lý nhà nước tổng hợp và thống nhất đối với Việt Nam trong thời gian tới. Có thể nói, quy hoạch không gian và quản lý tổng hợp theo không gian đang còn là những vấn đề mới mẻ đối với không chỉ các nhà quản lý và hoạch định chính sách, mà còn đối với ngay cả các nhà khoa học và quy hoạch ở Việt Nam. Quy hoạch đô thị là việc tổ chức không gian, kiến trúc, cảnh quan đô thị, hệ thống công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội và nhà ở để tạo lập môi trường sống thích hợp, phù hợp với chiến lược phát triển tổng thể kinh tế – xã hội, môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu, sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả, đảm bảo an ninh – quốc phòng, được thể hiện thông qua đồ án quy hoạch đô thị. Theo đó, có một số mức quy hoạch như sau: - Quy hoạch chung là việc tổ chức không gian, hệ thống các công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội và nhà ở cho một đô thị phù hợp với sự phát triển kinh tế – xã hội của đô thị, bảo đảm quốc phòng, an ninh và phát triển bền vững. - Quy hoạch phân khu là việc phân chia và xác định chức năng, chỉ tiêu sử dụng đất quy hoạch đô thị của các khu đất, mạng lưới công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội trong một khu vực đô thị nhằm cụ thể hóa nội dung quy hoạch chung. - Quy hoạch chi tiết là việc phân chia và xác định chỉ tiêu sử dụng đất quy hoạch đô thị, yêu cầu quản lý kiến trúc, cảnh quan của từng lô đất; bố trí công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội nhằm cụ thể hóa nội dung của quy hoạch phân khu hoặc quy hoạch chung. Bản chất và sự khác biệt giữa quy hoạch chung, quy hoạch phân khu, quy 9 hoạch chi tiết đô thị nằm ở mức độ yêu cầu của nội dung nghiên cứu, cách thức thể hiện (tỉ lệ bản đồ), thời gian quy hoạch, cấp phê duyệt của từng loại đồ án và tính quan hệ, phụ thuộc giữa chúng (Quy hoạch chung/quy hoạch cấp trên; quy hoạch phân khu, quy hoạch chi tiết/quy hoạch cấp dưới). 1.1.2. Yêu cầu của quy hoạch đô thị 1.1.2.1. Nội dung của quy hoạch đô thị Nội dung đồ án quy hoạch đô thị bao gồm việc xác định chỉ tiêu về dân số, hạ tầng xã hội, hạ tầng kỹ thuật và yêu cầu tổ chức không gian, kiến trúc cho toàn khu vực quy hoạch; bố trí công trình hạ tầng xã hội phù hợp với nhu cầu sử dụng; chỉ tiêu sử dụng đất và yêu cầu về kiến trúc công trình đối với từng lô đất; bố trí mạng lưới các công trình hạ tầng kỹ thuật đến ranh giới lô đất [2]. Trong nội dung thiết kế đô thị của đồ án quy hoạch đô thị bao gồm việc xác định các công trình điểm nhấn trong khu vực quy hoạch theo các hướng tầm nhìn, tầng cao xây dựng công trình cho từng lô đất và cho toàn khu vực; khoảng lùi của công trình trên từng đường phố và ngã phố; xác định hình khối, màu sắc, hình thức kiến trúc chủ đạo của các công trình kiến trúc; hệ thống cây xanh, mặt nước, quảng trường. Chất lượng, phương pháp và biểu thị không gian đô thị trên mô hình bản đồ có ý nghĩa to lớn trong nội dung của đồ án quy hoạch đô thị. Đây là vấn đề có tính kỹ thuật cao với sự kết hợp giữa các nhà quy hoạch và các nhà bản đồ, nhằm cung cấp cho cấp có thẩm quyền trong xét duyệt phương án và đồng thời cho cho các cơ quan, tổ chức, cá nhân trong thực thi phương án quy hoạch một cách hiệu quả nhất. Nội dung hồ sơ nhiệm vụ quy hoạch chung đô thị đã được quy định tại Thông tư 12/2016/TT-BXD ngày 29/06/2016 bao gồm: - Sơ đồ vị trí và liên hệ vùng: Xác định vị trí, ranh giới lập quy hoạch; thể hiện các mối quan hệ giữa đô thị và vùng, khu vực có liên quan về kinh tế - xã hội; điều kiện địa hình, địa vật, các vùng có ảnh hưởng lớn đến kiến trúc cảnh quan đô thị; hạ tầng kỹ thuật đầu mối và các vấn đề khác tác động đến phát triển