ứng dụng GIS và viễn thám trong quản lý tài nguyên và môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐHQG TPHCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN BÀI TẬP LỚN GIS ĐỀ TÀI ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH 3D TRONG QUẢN LÝ CƠ SỞ HẠ TẦNG THÀNH PHỐ GVHD LƯU ĐÌNH HIỆP SVTH ĐOÀN HỮU THÙY MSSV 1713407 LÊ MINH SANG MSSV 1712930 PHẠM QUỐC ĐẠT MSSV 1710985 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020 Mục Lục I Khái niệm về cơ sở hạ tầng 3 1 Khái niệm 3 2 Phân loại 3 III Tổng quan về 3D Gis 6 1 Khái niệm 6 2 Ứng dụng 6 3 Khái niệm về cấp độ chi tiết 6 3 1 Khái quát về ngôn ngữ tiêu chuẩn CityGML 7 IV Các p.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TPHCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN BÀI TẬP LỚN GIS ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH 3D TRONG QUẢN LÝ CƠ SỞ HẠ TẦNG THÀNH PHỐ GVHD: LƯU ĐÌNH HIỆP SVTH: ĐỒN HỮU THÙY MSSV: 1713407 LÊ MINH SANG MSSV: 1712930 PHẠM QUỐC ĐẠT MSSV: 1710985 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020 Mục Lục I Khái niệm sở hạ tầng .3 Khái niệm .3 Phân loại III Tổng quan 3D Gis .6 Khái niệm .6 Ứng dụng .6 Khái niệm cấp độ chi tiết 3.1 Khái quát ngôn ngữ tiêu chuẩn CityGML IV Các phần mềm 3D GIS ArcScene SketchUp Bentley Map .10 CityEngine 11 I Khái niệm sở hạ tầng Khái niệm Cơ sở hạ tầng hiểu toàn điều kiện vật chất, kỹ thuật, thiết chế xã hội… trang bị yếu tố vật chất phục vụ cho hoạt động sản xuất đời sống người Cơ sở hạ tầng vừa có yếu tố vật chất vừa phi vật chất sản phẩm trình đầu tư để làm tảng cho phát triển toàn xã hội Phân loại Dựa tiêu chí khác nhau, sở hạ tầng phân chia thành nhiều loại sau: Theo lĩnh vực kinh tế xã hội + Cơ sở hạ tầng kinh tế phận thuộc ngành phục vụ cho trình sản xuất tạo sản phẩm tiếp tục trình sản xuất lưu thơng hàng hóa Nó gồm hệ thống đường xá, giao thông vận tải, thủy lại, cấp thoát nước, sân bay, bến cảng… + Cơ sở hạ tầng xã hội phận thuộc lĩnh vực đảm bảo điều kiện chung cho hoạt động văn hóa, xã hội, đời sống người với ngành y tế, giáo dục, văn hóa, xã hội, cơng trình cơng cộng + Cơ sở hạ tầng môi trường phận thuộc lĩnh vực phục vụ cho việc bảo vệ, giữ gìn, cải tạo mơi trường sống cơng trình phịng chống thiên tai, cơng trình bảo vệ đất, rừng, biển, hệ thống xử lý chất thải công nghiệp… + Cơ sở hạ tầng an ninh quốc phòng phận đảm bảo điều kiện vật chất kỹ thuật chung cho lĩnh vực gồm hệ thống sở vật chất sản xuất bảo quản vũ khí, bảo dưỡng vũ khí, khí tài, Cơ sở hạ tầng phân chia theo nhiều lĩnh vực khác Theo ngành kinh tế quốc dân Cơ sở hạ tầng phân theo ngành như: giao thơng vận tải, bưu chính, lượng, xây dựng, thủy lợi, giáo dục, y tế, văn hóa xã hội… Theo vùng lãnh thổ, khu vực dân cư Cơ sở hạ tầng chia thành: sở hạ tầng đô thị, sở hạ tầng nông thôn, sở hạ tầng kinh tế biển, sở hạ tầng đồng bằng… Theo cấp quản lý Cơ sở hạ tầng chia thành cấp trung ương quản lý, địa phương quản lý: - Do trung ương quản lý bao gồm sở hạ tầng có quy mơ lớn gồm hệ thống đường quốc lộ, đường sắt, sân bay, bến cảng, - Do địa phương quản lý gồm: sở hạ tầng giao cho tỉnh/huyện/xã cầu đường, kênh rạch, sở giáo dục, y tế, văn hóa… Nhờ vào cách phân loại nhằm để xác định rõ trách nhiệm nâng cao tính chủ động cấp quyền việc khai thác tối đa nguồn vốn đầu tư phát triển sở hạ tầng địa phương Đồng thời, nhờ vào để có biện pháp quản lý, sử dụng tốt sở hạ tầng thuộc phạm vi quản lý Theo tính chất, đặc điểm Cơ sở hạ tầng phân thành sở hạ tầng mang hình thái vật chất phi vật chất: - Cơ sở hạ tầng mang hình thái vật chất gồm cơng trình hệ thống đường giao thơng, điện, kênh rạch, trường học, cơng trình y tế, sở quốc phòng an ninh… - Cơ sở hạ tầng mang hình thái phi vật chất bao gồm hệ thống thiết chế xã hội, chế hoạt động, an ninh trật tự, thủ tục hành chính… Đây yếu tố liên quan đến điều kiện, môi trường phục vụ cho hoạt động văn hóa, kinh tế, xã hội II Tổng quan 3D Gis Khái niệm GIS 3D (Geographic Information System) hệ thống thông tin địa lý ứng dụng quản lý hạ tầng đô thị Tại nước phát triển giới, GIS 3D ứng dụng rộng rãi thành công Ứng dụng Công nghệ 3D GIS City có khả cung cấp chức cần thiết cho việc quản lý liệu, quy trình cơng việc người dùng trình liên quan đến hạ tầng thị 3D GIS City có nhiều lợi ích công tác quản lý phát triển thị, phân tích trạng dự báo xu hướng phát triển đô thị… nhờ hiển thị đầy đủ sinh động điện, nước, viễn thông, nhà cửa, đất đai… bề mặt cơng trình ngầm lịng đất thị cách nhanh chóng xác, cụ thể là: Nó cung cấp tồn trạng thị giúp nhà quản lý có nhìn tồn diện phân tích trạng xu hướng phát triển đô thị, thị thực chương trình ngầm hóa tồn hệ thống hạ tầng; hiển thị trực quan cảnh quan kiến trúc đô thị phục vụ công tác quản lý quy hoạch theo chiều cao; cập nhật kịp thời thông tin quy hoạch xây dựng, bổ sung vào nguồn liệu trạng phục vụ kịp thời cho công tác cấp phép thẩm định quy hoạch Thậm chí, phần mềm cung cấp thơng tin chi tiết khu vực như: Chủ hộ, tên đường, bề rộng mặt đường, hệ thống cấp thoát nước, đường dây điện… Khái niệm cấp độ chi tiết Khái niệm cấp độ chi tiết(Level of Detail – LoD) diễn tả mức độ chi tiết, giống mơ hình địa hình 3D giới thực Quá trình xây dựng đồ 3D chia thành bước, bước phải tạo khung sau bước phủ lên lớp màu gắn thêm đối tượng khác - Bước 1: Xây dựng mơ hình hình học bao gồm xây dựng mơ hình địa hình mơ hình hóa đối tượng địa hình 3D LoD miêu tả độ chi tiết đối tượng cụ thể độ xác DEM, chi tiết bề mặt đất bỏ qua, cơng trình kiến trúc phải thể thể đến mức nào, tiểu tiết khái qt hố - Bước 2: Hiển thị trực quan LoD miêu tả mặt hình thức đối tượng thể giống với hình ảnh thực đến mức Khi thiết kế mơ hình mơ giới thực người thiết kế khó xây dựng mơ hình giống giới thực 100% Mơ hình giống thực tế dung tích liệu lớn, tốc độ hiển thị chậm chi phí xây dựng cao 3.1 Khái quát ngôn ngữ tiêu chuẩn CityGML 3.1.1 Thơng tin chung CityGML Hiện nay, mơ hình thị 3D xây dựng chuẩn liệu khác nhau, CityGML chuẩn dạng ngôn ngữ eXtensible MarkUp Language xây dựng thành tiêu chuẩn quốc tế Open GIS Consortium (OGC) đề xuất với mục đích thành lập trao đổi liệu không gian đô thị chiều Trong CityGML, đối tượng địa lý 3D thị định nghĩa mặt hình học, cấu trúc hình học (topology), tính chất chun đề hình dáng bên ngồi Các định nghĩa cho phép mã hóa đối tượng địa lý 3D thị phục vụ mục đích quy hoạch thị, định vị, mơ tình môi trường quản lý hạ tầng đô thị 3.1.2 Các lớp chuyên đề CityGML Trong CityGML định nghĩa lớp chuyên đề: Lớp mô đun tảng, lớp nhà, lớp cầu, lớp đường hầm, lớp giao thơng, lớp điện lưới, lớp sơng ngịi, bề mặt đô thị lớp sử dụng chung 3.1.3 Cấu trúc hình học quan hệ hình học đối tƣợng CityGML Mặt phẳng đường thẳng hai cấu trúc hình học đơn giản xây dựng nên cấu trúc hình học CityGML Các đối tượng hình học CityGML có quan hệ hình học (topology) tương đối đơn giản Các đối tượng hình học sở hữu chung đối tượng hình học thành phần 3.1.4 Mơ hình cấp độ chi tiết đối tƣợng CityGML Đối tượng CityGML biểu diễn theo nguyên tắc đa tỷ lệ với cấp độ chi tiết khác Các đối tượng không gian chia thành mức độ chi tiết (Level of Detail) khác bao gồm LoD0, LoD1, LoD2, LoD3 LoD4 Hình 1.4 ví dụ đối tượng không gian nhà hiển thị cấp độ chi tiết khác Trong cấp độ chi tiết: Cấp độ chi tiết LoD0 cấp độ tương đương với liệu 2D (bao gồm đường viền chân nhà) Cấp độ chi tiết LoD1 hiển thị khối nhà hình khối đặc đơn giản cách dâng cao (extrution) đường viên chân nhà lên độ cao định Cấp độ chi tiết LoD2 bổ sung thêm phần mái nhà so với cấp độ chi tiết LoD1 Ở cấp độ chi tiết LoD3, phần nhà bổ sung ống khói, cửa sổ, cửa vào, v.v… Ở cấp độ chi tiết cao LoD4, ngơi nhà hiển thị khơng gian bên nhà, đồ vật, nội thất bên nhà Các cấp độ chi tiết từ LoD0, LoD1, LoD2, LoD3, LoD4 đối tượng nhà III Các phần mềm 3D GIS ArcScene Được sử dụng cho việc mơ hình hóa khơng gian ba chiều ArcScene công cụ ArcGIS hỗ trợ việc xây dựng mơ hình 3D từ 2D, xây dựng đồ DEM truy xuất, lập trình cơng cụ 3D… SketchUp Các chức Google SketchUp:  Xây dựng vẽ xây dựng, kỹ thuật  Dựng hình dạng 2D, 3D  Cho phép chia sẻ đối tượng thiết kế lên internet  Có thể lấy thiết kể có sắn thơng qua mạng trực tuyến Google Building Maker  Xây dựng thiết kế vẽ dễ dàng thuận lợi phần mềm khác  Sketchup trực quan hóa động tương tự vẽ tay Đơn vị Sketchup đường- mặt với chuỗi thao tác vẽ, chia, nối, di chuyển, xoay, thu phóng, nâng khối, cắt khối, trượt dẫn, tơ màu, vẽ địa hình Bentley Map Bentley map đồ giàu tính Nó đáp ứng u cầu tổ chức liên quan đến việc lập đồ, lập kế hoạch, tạo dựng quản lý sở hạ tầng giới tạo điều kiện cho việc thành lập, trì, chia sẻ phân tích thơng tin địa lý 2D/3D Nó hỗ trợ cho phát triển ứng dụng GIS tùy chỉnh Bản đồ Bentley mang đến cho người sử dụng khả sau: 10  Tận dụng không gian địa lý tự nhiên, lưu giữ chỉnh sửa tất loại liệu không gian  Sử dụng công cụ chỉnh sửa 3D thông minh  Phân tích liệu khơng gian 2D 3D  Đánh giá quản lý liệu không đồng  Tạo cảnh phim 3D chất lượng cao sinh động  Xuất đồ chất lượng cao  Khởi động nhanh chóng dự án thành phố 3D GIS cách sử dụng City GML đồ Bentley dựa vào mơ hình liệu Bản đồ Bently cung cấp phiên để phù hợp với yêu cầu người sử dụng Đó là: – Bentley map powerview: hình dung chỉnh sửa thông tin không gian địa lý 2D/3D – Bentley map: chỉnh sửa, phân tích quản lý thông tin không gian địa lý 2D/3D bao gồm việc hồn thành đồ nâng cao cơng cụ quản lý (chạy độc lập MicroStation) – Bentley map Enterprise: chỉnh sửa, phân tích quản lý thông tin không gian địa lý 2D/3D với việc nâng cao quản lý hình ảnh quét khung chất rắn cho quy trình cơng việc thành phố 3D 11 CityEngine CityEngine phần mềm độc lập cung cấp cho người dùng chuyên nghiệp kiến trúc, quy hoạch đô thị, GIS sản xuất nội dung 3D chung với thiết kế ý tưởng độc đáo giải pháp xây dựng mơ hình để tạo hiệu thành phố tòa nhà 3D Điều quan trọng bật CityEngine bao gồm:  CityEngine hỗ trợ định dạng chuẩn công nghiệp ESRI Shapefile DXF mà cho phép xuất nhập liệu geo-spatial / vector bưu kiện, xây dựng dấu chân với thuộc tính tùy tiện, dịng liệu để tạo mạng lưới đường phố  Để chép thành phố trực thuộc thực có hiệu tạo môi trường đô thị cho thiết kế, sử dụng liệu từ OpenStreetMap Ở bạn tải liệu miễn phí khơng gian địa lý thành phố thực nhập trực tiếp vào CityEngine  CityEngine cung cấp phát triển cơng cụ để nhanh chóng thiết kế bố trí xây dựng thị Street mẫu lưới, hữu trịn có sẵn địa hình địa hình đưa vào mơ hình 12  CityEngine hỗ trợ Collada, Autodesk FBX, 3DS cho phép trao đổi liệu 3D hoàn hảo IV Ứng dụng vào phần mềm Có nhiều cách để chuyển liệu dạng 3D từ phần mềm nêu sang phần mềm ArcScene Esri Nhóm chúng em chọn phần mềm Sketchup để thao tác, vẽ Sau thao tác xong, Export file Bước 1: Xác định khu vực cần vẽ Google Earth, sau thực nghiệm, thực địa vị trí Đo xác kích thước khu vực 13 Bước 2: Vẽ khu vực cần chuyển hóa sở hạ tầng dạng 3D sketchup Ví dụ lấy khu vực Singapore Bước 3: Xuất file vẽ sang file 3D 14 Bước 4: Mở ứng dụng ArcScene để Import file 3D vào hộp toolbox Bước 5: Nhập file theo bược ArctoolBox 3D Analys Tools Conversion Import 3D Files 15 Bước 6: File nhập hình Bước 7: Nhập thêm tool từ file gốc vào lệnh 3D Editor Insert tool Chọn file gốc 16 Bước 8: Xóa layer giữ lại layer có thuộc tính, tool gốc lại với theo lệnh Edit placement Chọn vào file gốc Delete Kết cho cịn lại layer có tool Bước 9: Thao tác vẽ file 17 ... đến điều kiện, môi trường phục vụ cho hoạt động văn hóa, kinh tế, xã hội II Tổng quan 3D Gis Khái niệm GIS 3D (Geographic Information System) hệ thống thông tin địa lý ứng dụng quản lý hạ tầng đô... giới, GIS 3D ứng dụng rộng rãi thành công Ứng dụng Cơng nghệ 3D GIS City có khả cung cấp chức cần thiết cho việc quản lý liệu, quy trình cơng việc người dùng q trình liên quan đến hạ tầng thị 3D GIS. .. tầng kinh tế biển, sở hạ tầng đồng bằng… Theo cấp quản lý Cơ sở hạ tầng chia thành cấp trung ương quản lý, địa phương quản lý: - Do trung ương quản lý bao gồm sở hạ tầng có quy mơ lớn gồm hệ thống