Ứng dụng công nghệ gis trong thiết kế đô thị phục vụ quy hoạch xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐÀO THỊ THU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG THIẾT KẾ ĐÔTHIJ PHỤC VỤ QUY HOẠCH XÂY DỰNG Chuyên nghành Mã số : Bản đồ viễn thám hệ thông tin địa lý : 60440214 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Trường Xuân Hà Nội – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 16 tháng 10 năm 2014 Tác giả luận văn Đào Thị Thu MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài 3 Nhiệm vụ, nội dung đề tài Phạm vi nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUY HOẠCH XÂY DỰNG THIẾT KẾ ĐÔ THỊ VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1.1 Quy hoạch xây dựng 1.1.1 Quy hoạch vùng 1.1.2 Quy hoạch chung đô thị 1.1.3 Quy hoạch chi tiết 1.2 Thiết kế đô thị 1.2.1 Thiết kế đô thị quy hoạch chung xây dựng đô thị 1.2.2 Thiết kế đô thị quy hoạch chi tiết xây dựng đô thị 10 1.3 Giới thiệu chung hệ thống thông tin địa lý 13 1.3.1 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý GIS 13 1.3.2 Các thành phần GIS 15 1.3.3 Các chức GIS 19 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP CHUNG ỨNG DỤNG GIS TRONG QUY HOẠCH THIẾT KẾ ĐÔ THỊ 25 2.1 Các chức tìm kiếm phân tích khơng gian GIS 25 2.1.1 Buffer (tìm kiếm liệu vùng không gian) 26 2.1.2 Geocoding (tìm kiếm theo địa chỉ) 27 2.1.3 Networks (phân tích mạng) 27 2.1.4 Overlay (phủ trùm hay chồng đồ) 29 2.2 Giới thiệu phần mềm ArcGis 9.3 30 2.2.1 Giới thiệu chung phần mềm ArcGis 31 2.2.2 Các modul phần mềm ArcGis 31 2.2.3 Cơ sở liệu khả quản lý phần mềm ArcGis 32 2.3 Một số nghiên cứu có tính ứng dụng GIS quản lý, quy hoạch thiết kế đô thị 36 2.3.1 GIS – trợ thủ đắc lực quy hoạch phát triển đô thị 36 2.3.2 Các bước dự án GIS thiết kế đô thị 38 2.3.3 Một số nghiên cứu có ứng dụng GIS quy hoạch xây dựng 39 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ARCGIS TRONG THIẾT KẾ ĐÔ THỊ 48 3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên trạng khu vực nghiên cứu 48 3.1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 48 3.1.2 Đặc điểm trạng khu vực 52 3.2 Ứng dụng phần mềm Arcgis thiết kế đô thị 55 3.2.1 Yêu cầu văn quy định 55 3.2.2 Giải toán quy hoạch 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 CÁC TỪ VIẾT TẮT CAD Computer Aided Design CSDL Cơ sở liệu DTM Digital Terrain Modelling ESRI Environmental System Research Institute GDP Gross Domestic Product GIS Geographic Information System HTTĐL Hệ thống thông tin địa lý QHXD Quy hoạch xây dựng QHC Quy hoạch chung QHCT Quy hoạch chi tiết TIN Triangulated Irregular Network TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các hợp phần GIS hệ thống liên quan 20 Hình 1.2 Các thiết bị phần cứng GIS 21 Hình 2.1 Buffer bên vùng có bán kính xác định 32 Hình 2.2 Kết tìm kiếm theo địa 33 Hình 2.3 Kết tìm kiếm mạng giao thơng 34 Hình 2.4 Phép hợp 36 Hình 2.5 Phép giao 36 Hình 2.6 Phép đồng 36 Hình 2.7 Các biểu tượng shapefile 39 Hình 2.8 Cấu trúc GeoDatabase 40 Hình 2.9 Ứng dụng GIS quy hoạch xây dựng 43 Hình 2.10 Các bước dự án GIS 44 Hình 2.11 Bản đồ đánh giá đất xây dựng 46 Hình 2.12 Bản đồ thống kê diện tích đất 47 Hình 2.13 Chiến lược giảm nghèo thành phố Cần Thơ 49 Hình 2.14 Phân bố dân số thị theo vịng đai Bắc Bộ 50 Hình 2.15 Bản đồ đánh giá trạng quy hoạch mơi trường thị 50 Hình 2.16 Bán kính dịch vụ thị tỉnh Bắc Kạn 51 Hình 2.17 Bản đồ đánh giá thay đổi trạng sang quy hoạch 53 Hình 3.1 Hiện trạng sử dụng đất 59 Hình 3.2 Các lớp liệu đầu vào 63 Hình 3.3 Sơ đồ thực phân tích 64 Hình 3.4 Lệnh tạo buffer cho lớp gt_chính 64 Hình 3.5 Kết “vung1” 65 Hình 3.6 Lệnh tạo buffer “dedieu” 65 Hình 3.7 Kết “vung2” 66 Hình 3.8 Lệnh tạo buffer “rg_sxnn” 66 Hình 3.9 Kết “vung3” 66 Hình 3.10 Lệnh Union 67 Hình 3.11 Kết “vung4” 68 Hình 3.12 Lệnh Erase 68 Hình 3.13 Kết “vung5” 68 Hình 3.14 Nhập thơng tin truy vấn SQL 69 Hình 3.15 Vị trí khu đất xây dựng khu đô thị 69 Hình 3.16 Các lớp liệu đầu vào 70 Hình 3.17 Sơ đồ thực phân tích 70 Hình 3.18 Lệnh tạo buffer gt 71 Hình 3.19 Kết “vnm1” 71 Hình 3.20 Lệnh tạo buffer khudothi 72 Hình 3.21 Kết “vmn2” 72 Hình 3.22 Lệnh Union 73 Hình 3.23 Kết “vmn3” 73 Hình 3.24 Lệnh Erase 74 Hình 3.25 Vị trí xây dựng trường học 84 Hình 3.26 Dữ lớp liệu đầu vào 75 Hình 3.27 Sơ đồ tiến hành phân tích 76 Hình 3.28 Lệnh tạo buffer “vbv1” 76 Hình 3.29 Kết “vbv1” 77 Hình 3.30 Lệnh tạo buffer “vbv2” 77 Hình 3.31 Kết “vbv2” 78 Hình 3.32 Lệnh Union 78 Hình 3.33 Kết “vbv3” 79 Hình 3.34 Lệnh Erase 79 Hình 3.35 Kết “dat_bvien” 79 Hình 3.36 Lệnh SQL 80 Hình 3.37 Kết “dat_benhvien” 80 Hình 3.38 Kết tốn tìm vị trí thích hợp 81 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Q trình thị hóa diễn nhanh chóng Việt Nam với tốc độ tăng khoảng 8,9%/năm Phát triển đô thị đạt nhiều thành quan trọng khu vực đô thị đóng góp khoảng 65-70% tổng GDP nước Tuy nhiên, với tăng nhanh dân số đô thị, q trình thị hóa làm tăng thêm sức ép lên hệ thống sở hạ tầng dịch vụ thị dẫn đến tình trạng mơi trường đô thị xuống cấp trầm trọng Mặt khác, công tác quản lý thị cịn nhiều hạn chế vấn đề cộm chưa có hệ thống thị thống nhất, phân khu chức bố trí chưa hợp lý khoa học Quy hoạch xây dựng thị cịn gọi quy hoạch tổng thể xây dựng đô thị Nó xác định phương hướng nhiệm vụ cải tạo xây dựng đô thị phát triển không gian, sở hạ tầng tạo lập mơi trường sống thích hợp, xác định giải pháp cụ thể sử dụng đất, phân khu chức năng, tổ chức không gian kiến trúc cảnh quan, quy hoạch hệ thống hạ tầng kỹ thuật, tiêu kinh tế kỹ thuật loại cơng trình xây dựng khu vực Những điều cụ thể hóa thiết kế chi tiết hay gọi thiết kế đô thị Thiết kế đô thị công việc không mẻ Từ hàng ngàn năm trước văn vùng Địa Trung Hải xây dựng thành phố Athen hay Roma, thiết kế đô thị thực để lại tới ngày hôm quảng trường không gian công cộng đủ sức hấp dẫn giới đại hoành tráng, vẻ đẹp cảm xúc mà chúng mang lại Thiết kế đô thị công cụ tạo dựng mối liên hệ người không gian sống nhấn mạnh thiết kế không gian công cộng Việc thiết kế thị có vai trị lớn nên việc đưa thiết kế chi tiết cho khu vực quy hoạch trình lao động, nghiên cứu cần mẫn kiến trúc sư người có chuyên môn, thời gian dài cho việc thu thập tài liệu, điều tra khảo sát trạng khu vực quy hoạch hướng phát triển dự án tương lai Nhưng việc thiết kế đô thị phục vụ cho đồ án quy hoạch xây dựng thực chậm so với tiến độ đề cơng trình Ảnh hưởng đến sống người dân, ảnh hưởng đến nguồn vốn xây dựng ảnh hưởng đến cơng trình dự án bên xung quanh khu vực quy hoạch Hiện với phát triển lớn mạnh khoa học kỹ thuật, người cần tìm cách cải tiến để giảm thời gian thực công sức bỏ người để sớm đưa thiết kế thị có chất lượng, góp phần xây dựng đất nước theo hướng ổn định bền vững Hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information System – GIS) nhánh công nghệ thông tin hình thành vào năm 1960 nhà khoa học Canada GIS kết hợp tin học nghiên cứu khơng gian Các q trình phân tích khơng gian bao gồm: - Các hệ quy chiếu thông tin địa lý; - Thu thập thơng tin địa lý; - Lập mơ hình lưu trữ thơng tin địa lý; - Phân tích xử lý thơng tin địa lý; - Trình bày thơng tin địa lý (hiển thị hình); - Trao đổi thông tin địa lý; - Sử dụng thông tin địa lý ứng dụng khác Chức cuối quan trọng nhiều lĩnh vực mới, liệu thuộc tính khơng gian phần tử vật thể mà người nghiên cứu quan tâm đưa vào GIS nảy sinh nhiều ứng dụng tùy theo nhu cầu lĩnh vực cụ thể Như GIS không túy phần mềm dùng cho đồ họa máy tính, mà khác hẳn với phần mềm đồ họa kỹ thuật, GIS gắn thông tin với vật thể khơng gian Do đó, GIS chủ yếu cơng cụ phân tích thơng tin hiểu theo nghĩa rộng Chính chức phân tích khơng gian GIS phù hợp với tiến trình lập quy hoạch sau quản lý phát triển vùng đô thị theo quy hoạch, Các chức GIS phù hợp với quy hoạch quản lý phát triển đối tượng quy hoạch bao gồm môi trường tự nhiên Việc ứng dụng GIS nghiên cứu khơng gian lãnh thổ nói chung quy hoạch xây dựng nói riêng cần thiết Nhận thấy vai trò ý nghĩa quan trọng GIS nên tơi chọn đề tài luận văn tốt nghiệp: “Ứng dụng công nghệ GIS thiết kế đô thị phục vụ quy hoạch xây dựng.” Mục tiêu đề tài Nghiên cứu chức sử dụng phần mềm ArcGis để tìm vị trí vùng đất thích hợp thuận lợi cho việc xây dựng khu tổ hợp đô thị phức hợp bao gồm: khu đô thị, trường học bệnh viện cho khu vực phía Nam cầu Hộ Độ, thành phố Hà Tĩnh Nhiệm vụ, nội dung đề tài - Nghiên cứu sở lý thuyết quy hoạch xây dựng thiết kế đô thị - Nghiên cứu sở lý thuyết GIS, ứng dụng GIS thiết kế đô thị - Đánh giá tổng quan trạng sử dụng đất khu vực nghiên cứu từ sử dụng phần mềm ArcGis để tìm vị trí vùng đất thuận lợi cho việc xây dựng: khu đô thị, trường học bệnh viện Phạm vi nghiên cứu đề tài 65 Hình 3.18 Lệnh tạo buffer gt  OK Hình 3.19 Kết “vnm1” - Tạo vùng đệm (buffer) cho feature class “khudothi” “vmn2” 66 Hình 3.20 Lệnh tạo buffer khudothi  Ok Hình 3.21 Kết “vmn2”  Tìm giao vùng (Union) Giao “vmn1” “vmn2” “vmn3” 67 Hình 3.22 Lệnh Union  OK Hình 3.23 Kết “vmn3”  Loại bỏ phần chung (Erase) Dùng “vmn3” xóa bỏ phần chung với “dat_nn” “dat_mn” 68 Hình 3.24 Lệnh Erase  OK Hình 3.25 Vị trí xây dựng trường học 3.2.2.3 Tìm vị trí xây dựng bệnh viện 69 a Các tiêu quy hoạch - Cách xa khu dân cư 500 m, tránh nhiêm từ bệnh viện - Cách xa tỉnh lộ, quốc lộ 300 m, tránh tiếng ồn đảo bảo giao thông - Nằm khu đất nông nghiệp để giảm thiểu chi phí đền bù có mặt thi cơng - Diện tích khu đất lớn 100 000 m2 b Cơ sở liệu phục vụ - gt_chinh.shp - khu_dothi.shp - ht_datnn.shp Hình 3.26 Dữ lớp liệu đầu vào 70 c Tiến hành phân tích gt_chinh Buffer 300m vbv1 Union Khu_dthi Buffer 500m vbv3 vbv2 Erase Ht_datnn SQL (select by attribute) Khu đất thích hợp vbv4 Hình 3.27 Sơ đồ tiến hành phân tích  Lệnh tạo vùng đệm buffer Trong ArcToolbox nhấp chọn Analysis Tools/ Proximity/ Buffer - Tạo buffer “gt_chinh” “vbv1” Hình 3.28 Lệnh tạo buffer “vbv1”  OK 71 Hình 3.29 Kết “vbv1” - Tạo buffer “khu_dthi” “vbv2” Hình 3.30 Lệnh tạo buffer “vbv2”  OK 72 Hình 3.31 Kết “vbv2”  Tìm giao vùng (Union) Giao “vbv1” “vbv2” “vbv3” Hình 3.32 Lệnh Union  OK 73 Hình 3.33 Kết “vbv3”  Lệnh tẩy vùng thừa (Erase) Hình 3.34 Lệnh Erase  OK Hình 3.35 Kết “dat_bvien” 74  Tìm khu đất có diện tích thích hợp để xây dựng bệnh viện SQL Hình 3.36 Lệnh SQL  OK Hình 3.37 Kết “dat_benhvien” 75 Kết tốn đưa là: Hình 3.38 Kết tốn tìm vị trí thích hợp Đánh giá kết thu được: Theo phân tích khơng gian ứng dụng GIS tìm vùng đất thích hợp để xây dựng đô thị, bệnh viện trường học sau đây: - Đất xây dựng bệnh viện: vị trí - Đất xây dựng trường mầm non: vị trí - Đất xây dựng khu thị: vị trí 76 Căn vào yêu cầu chức quy hoạch xây dựng thiết kế vị trí đưa mà nhà quản lý quy hoạch lựa chọn vị trí xây dựng thích hợp để tiến hành thi công Với ưu việt phần mềm Arcgis ta thực nhiều toán quy hoạch khác cách nhanh chóng, hiệu quả, đáp ứng nhu cầu thực tế q trình thị hóa ngày cấp thiết nước ta 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian làm việc khẩn trương, nghiêm túc, với nỗ lực thân giúp đỡ tận tình giáo hướng dẫn thầy cô môn bạn đồng nghiệp, tơi hồn thành nội dung mục tiêu đề tài sau: - Thu thập tài liệu phục vụ cho luận văn - Nghiên cứu lý thuyết quy hoạch xây dựng đô thị thiết kế đô thị - Ứng dụng khả phân tích thơng tin phần mềm GIS để đưa thiết kế vị trí thích hợp xây dựng khu thị tổ hợp Từ kết nghiên cứu đề tài cho thấy: Phần mềm Arcgis phần mềm mạnh việc quản lý phân tích liệu khơng gian, liệu thuộc tính liệu dạng bảng Phần mềm ArcGis có khả truy xuất, chuyển đổi định dạng liệu với phần mềm khác như: Mapinfor, Microstation, Autocad Phần mềm đặc biệt mạnh vấn đề truy xuất thơng tin, cho phép người dùng tìm kiếm thơng tin cách nhanh chóng, xác, hiệu tìm kiếm thơng tin cách sử dụng câu hỏi truy vấn SQL, mối quan hệ khơng gian hay tìm kiếm thông tin đơn giản ArcGis cho phép người sử dụng trình bày, quản lý, hiển thị kết cơng việc cách dễ dàng Người dùng xây dựng đồ chất lượng tạo tương tác để kết nối nội dung hiển thị đồ với báo cáo, đồ thị, biểu đồ, bảng, vẽ, tranh ảnh đối tượng khác liệu người sử dụng 78 Có thể nói việc ứng dụng GIS cơng tác thiết kế đô thị phục vụ quy hoạch xây dựng đề tài có tính ứng dụng cao thực tế Tuy nhiên, đề tài rộng phức tạp đặc thù việc quản lý ngành xây dựng đa dạng, rộng lớn liệu thu thập qua nhiều năm q trình thị hóa diễn nhanh chóng Chính vậy, để hồn chỉnh thiết kế thị phục vụ quy hoạch xây dựng cơng việc địi hỏi nhiều thời gian kinh nghiệm Với kết đạt luận văn, tơi xin có số kiến nghị sau: - Đầu tư thời gian, nhân lực kinh phí cho việc nghiên cứu ứng dụng phục vụ cho quy hoạch xây dựng thiết kế thị - Tiếp tục hồn thiện đến xây dựng hệ thống quy trình chức chuẩn phần mềm quản lý quy hoạch xây dựng toàn ngành nhằm đảm bảo thống hệ thống thông tin quản lý xây dựng đô thị Việt Nam - Xây dựng lộ trình ứng dụng công nghệ GIS Quy hoạch xây dựng đô thị: giới thiệu đào tạo các chuyên ngành Quy hoạch công nghệ GIS, phần mềm GIS, đầu tư đổi trang thiết bị máy móc để phù hợp với tính u cầu cơng việc - Liên tục cập nhật thông tin xuất thông tin chưa đầy đủ đối tượng tượng, khu vực nghên để giúp nhà quản lý, nhà hoạch định đưa dược định xác kịp thời - Đưa môn học “Công nghệ GIS” vào trình học tập ngành thiết kết quy hoạch 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Vân Anh & Nguyễn Thị Yên Giang, Bài giảng hệ thống thông tin địa lý Nguyễn Thế Bá (1997), Quy hoạch phát triển đô thị Nxb Xây dựng Nguyễn Thế Bá (2004), Quy hoạch xây dựng phát triển đô thị, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội Bộ Xây dựng, dự án Danida Vũ Chí Đồng, Điều chỉnh định hướng quy hoạch tổng thể phát triển đô thị Việt Nam đến năm 2025 Đoàn Thị Xuân Hương, Bài giảng Phân tích khơng gian, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Phạm Trọng Mạnh, Phạm Vọng Thành (1999) Cơ sở GIS quy hoạch quản lý đô thị NXB Xây dựng Năm 1999 Nguyễn Hữu Ngữ, Bài giảng Quy hoạch sử dụng đất, Trường Đại học Nông Lâm – Huế Phạm Vọng Thành (2000), Bài giảng Cơ sở hệ thống thông tin địa lý dùng cho học viên cao học ngành Bản đồ, Trường Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội 10 Hệ thống văn TCVN quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất 11 Trang web: http:///www.hatinh.gov.vn 12 Trang web: http://climategis.com 13 Trang web: http://tailieu.vn 14 Trang web: http://www.doko.vn/ ... thiết kế đô thị yêu cầu khác khu vực thiết kế 1.2 Thiết kế đô thị Trong lĩnh vực quy hoạch xây dựng, thiết kế đô thị phần quan trọng, thiếu đồ án quy họach xây dựng đô thị, công cụ hữu hiệu quy? ??n... hoạch chi tiết 1.2 Thiết kế đô thị 1.2.1 Thiết kế đô thị quy hoạch chung xây dựng đô thị 1.2.2 Thiết kế đô thị quy hoạch chi tiết xây dựng đô thị 10 1.3 Giới thiệu chung... LÝ THUYẾT VỀ QUY HOẠCH XÂY DỰNG, THIẾT KẾ ĐÔ THỊ VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 1.1 Quy hoạch xây dựng Khái niệm Quy hoạch xây dựng (theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Quy hoạch xây dựng) việc tổ