Ứng dụng gis trong quản lý quy hoạch dự án đại học quốc gia hà nội tại hòa lạc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT NGUYỄN DUY NGHĨA ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ QUY HOẠCH DỰ ÁN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TẠI HÒA LẠC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN DUY NGHĨA ỨNG DỤNG GIS TRONG QUẢN LÝ QUY HOẠCH DỰ ÁN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TẠI HÒA LẠC Ngành: Kỹ thuật trắc địa – đồ Mã số: 60520503 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Đào Quang Hiếu HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu thu đƣợc kết luận văn trung thực, rõ ràng chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Duy Nghĩa MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Chƣơng 1: GIỚI THIỆU VỀ DỰ ÁN KHU ĐÔ THỊ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TẠI HÒA LẠC 1.1 Tổng quan dự án 1.1.1 Sự cần thiết Dự án 1.1.2 Mục tiêu đầu tƣ 1.2 Địa điểm, quy mô dự án 1.2.1 Địa điểm xây dựng 1.2.2 Quy mô dự án 1.3 Đặc điểm tự nhiên khu đất quy hoạch dự án 1.3.1 Địa hình địa mạo 1.3.2 Khí hậu, thủy văn 1.3.3 Địa chất thủy văn địa chất công trình 1.4 Đặc điểm xã hội, giao thông hạ tầng kỹ thuật khu vực lập dự án …8 1.4.1 Hiện trạng dân cƣ 1.4.2 Hiện trạng sử dụng đất 1.4.3 Hiện trạng kiến trúc 1.4.4 Hiện trạng giao thông 1.4.5 Hiện trạng hạ tầng kỹ thuật 10 1.5 Quy hoạch thiết kế kỹ thuật dự án 12 1.5.1 Quy hoạch sử dụng đất 12 1.5.2 Tổ chức không gian kiến trúc cảnh quan 14 1.5.3 Quy hoạch hạ tầng giao thông 16 Chƣơng 2: GIS VÀ CÔNG TÁC QUẢN LÝ QUY HOẠCH ĐÔ THỊ 19 2.1 Tổng quan GIS 19 2.1.1 Khái niệm GIS 19 2.1.2 Các thành phần GIS 21 2.1.3 Các chức GIS 26 2.1.4 Dữ liệu GIS 30 2.1.5 Các hệ toạ độ dùng hệ GIS 37 2.2 GIS 3D 38 2.2.1 Một số khái niệm mơ hình số 40 2.2.2 Lƣu trữ liệu 3D 40 2.2.3 Biểu diễn đối tƣợng 3D 42 2.2.4 Một số ứng dụng mơ hình địa hình số 3D 45 2.3 Công tác quản lý quy hoạch dự án xây dựng đô thị Việt Nam 49 2.3.1 Thực trạng công tác quản lý quy hoạch dự án xây dựng đô thị Việt Nam 49 2.3.2 Một số nhân tố tác động đến công tác lập đồ án quy hoạch dự án xây dựng đô thị 50 2.3.3 Các khó khăn công tác quản lý quy hoạch dự xây dựng án đô thị 51 2.4 Ứng dụng GIS quản lý quy hoạch dự án xây dựng đô thị 52 2.4.1 Sự cần thiết GIS quy hoạch quản lý đô thị 52 2.4.2 Các bƣớc GIS hóa đồ án quy hoạch quản lý quy hoạch đô thị 53 2.5 Cơ sở liệu GIS quản lý quy hoạch dự án 54 2.5.1 Khái quát sở liệu (CSDL) 54 2.5.2 Sơ đồ cập nhật sử dụng CSDL 57 2.6 Giới thiệu phần mềm ArcGIS Desktop 58 2.6.1 Các gói thành phần ArcGIS Desktop 58 2.6.2 Chức ArcGIS Desktop 59 2.6.3 Những cơng cụ ứng dụng ArcGIS Desktop 60 Chƣơng 3: ỨNG DỤNG GIS TRONG CÔNG TÁC QUẢN LÝ QUY HOẠCH DỰ ÁN KHU ĐÔ THỊ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TẠI HÒA LẠC 62 3.1 Nguồn liệu đầu vào 62 3.2 Yêu cầu đặt 62 3.3 Thiết kế hệ thống CSDL GIS 63 3.3.1 Mơ hình tổng thể hệ thống 63 3.3.2 Mơ hình phân cấp chức hệ thống GIS 3D 64 3.4 Xây dựng CSDL GIS dự án ĐHQGHN Hòa Lạc 65 3.4.1 Quy trình xây dựng 65 3.4.2 Xây dựng sở liệu GIS2D 68 3.5 Xây dựng mơ hình 3D Quản lý quy hoạch 82 3.5.1 Xây dựng bề mặt địa hình 3D 82 3.5.2 Xây dựng mô hình khơng gian 3D 86 3.5.3 Quản lý quy hoạch 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Hệ thống thông tin địa lý 2D Geographic Imformation Systems Two-Dimension 3D Three-Dimension Ba chiều DTM Digital Terrain Model Mơ hình số địa hình DEM Digital Elevation Model Mơ hình số độ cao DSM Digital Surface Model Mơ hình số bề mặt TIN Triangulated Irregular Network Mạng lƣới tam giác không GIS ID ESRI Identify Hai chiều Mã xác định Environmental Systems Reseach Viện nghiên cứu hệ thống Institute môi trƣờng DBMS DataBase Management System Hệ thống quản trị sở liệu MIS HTTTĐL Management Information System Hệ thống quản trị thông tin Hệ thống thông tin địa lý CSDL Cơ sở liệu UBND Ủy ban nhân dân QLDA Quản lý dự án ĐTXD Đầu tƣ xây dựng ĐHQGHN Đại học Quốc gia Hà Nội DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Bảng 1.1: Tổng hợp quy mô 21 dự án thành phần Bảng 1.2 : Quy hoạch sử dụng đất theo phân khu chức 13 Bảng 3.1: Nội dung gói liệu Địa hình 68 Bảng 3.2: Nội dung gói liệu giao thơng 69 Bảng 3.3: Nội dung gói liệu sử dụng đất 69 Bảng 3.4: Nội dung gói liệu thơng tin liên lạc 70 Bảng 3.5: Nội dung gói liệu cấp điện 70 Bảng 3.6: Nội dung gói liệu cấp nƣớc 71 Bảng 3.7: Nội dung gói liệu nƣớc 72 Bảng 3.8: Nội dung gói liệu địa vật 73 Hình 1.1: Vị trí dự án ĐHQGHN Hịa Lạc………………………… ……5 Hình 1.2: Hiện trạng đƣờng Láng – Hòa Lạc Quốc lộ 21A 10 Hình 1.3: Bản đồ sử dụng đất theo phân khu chức 14 Hình 1.4: Hệ thống hạ tầng giao thông dự án ĐHQGHN 16 Hình 2.1: Các thành phần GIS 21 Hình 2.2: Các modul phần mềm GIS 23 Hình 2.3: Cơng tác nhập liệu 23 Hình 2.4: Lƣu trữ quản lý sở liệu 24 Hình 2.5: Các hình thức thể liệu 24 Hình 2.6: Các chức GIS 26 Hình 2.7: Mơ hình cấu trúc liệu Raster 32 Hình 2.8: Mơ hình vector điểm đƣờng vùng 33 Hình 2.9: Chuyển đổi liệu Raster sang Vector ngƣợc lại 35 Hình 2.10: Mối quan hệ liệu không gian liệu thuộc tính 36 Hình 2.11: Hệ tọa độ tham chiếu GIS 37 Hình 2.12: Vật thể ba chiều đƣợc biểu diễn mơ hình khung nối kết 45 Hình 2.13: Phân tích đa tiêu chí (khu vực nhiều tiếng ồn, vùng ngập lụt) 48 Hình 2.14: Sử dụng GIS Đánh giá mức độ tiếng ồn sân bay Gia Lâm phƣơng pháp nội suy 48 Hình 2.15: Sơ đồ cập nhật sử dụng CSDL 57 Hình 2.16: Sơ đồ hệ thống phần mềm ArcGIS Desktop 58 Hình 3.1: Kiến trúc tổng thể hệ thống quản lý quy hoạch xây dựng 63 Hình 3.2: Mơ hình phân cấp chức phân hệ GIS 3D 64 Hình 3.3: Quy trình xây dựng CSDL GIS 65 Hình 3.4: Các gói liệu thành phần 68 Hình 3.5: Mơ hình cấu trúc liệu ArcGIS 73 Hình 3.6: Tạo Geodatabase 74 Hình 3.7: Cách tạo Feafure Dataset 74 Hình 3.8: Chọn hệ quy chiếu cho Feature Dataset 75 Hình 3.9: Cách tạo Feature Class 75 Hình 3.10: Tạo trƣờng thuộc tính cho Feature Class 76 Hình 3.11: Cấu trúc CSDL GIS dự án ĐHQGHN 77 Hình 3.12: Gói CSDL địa hình 78 Hình 3.13: Gói CSDL địa vật 78 Hình 3.14: Gói CSDL giao thông 79 Hình 3.15: Gói CSDL sử dụng đất 79 Hình 3.16: Gói CSDL thơng tin liên lạc 80 Hình 3.17: Gói CSDL cấp điện 80 Hình 3.18: Gói CSDL cấp nƣớc 81 Hình 3.19: Gói CSDL thoát nƣớc mặt 81 Hình 3.20: Quy trình xây dựng bề mặt địa hình 3D 82 Hình 3.21: Bản đồ đƣờng bình độ 84 Hình 3.22: Bản đồ độ dốc 84 Hình 3.23: Mơ hình DTM 85 Hình 3.24: Mơ hình DEM 85 Hình 3.25: Mơ hình khơng gian 3D 86 Hình 3.26: Mơ hình khơng gian cảnh quan (góc nhìn xa) 87 Hình 3.27: Mơ hình khơng gian cảnh quan (góc nhìn gần) 87 Hình 3.28: Phân khu học tập 88 Hình 3.29: Phân khu ký túc xá 88 76 - Tạo trƣờng thuộc tính cho Feature Class Hình 3.10: Tạo trường thuộc tính cho Feature Class Thực bƣớc nêu kết ta có cấu trúc gói CSDL GIS dự án ĐHQGHN Hòa Lạc đƣợc thể hình 3.11 77 Hình 3.11: Cấu trúc CSDL GIS dự án ĐHQGHN Chuyển liệu vào Feature Class, biên tập nhập thơng tin thuộc tính, ta đƣợc gói liệu thành phần thể qua hình 3.12 ÷3.19 78 Gói liêu địa hình Hình 3.12: Gói CSDL địa hình Gói liệu địa vật Hình 3.13: Gói CSDL địa vật 79 Gói liệu giao thơng Hình 3.14: Gói CSDL giao thơng Gói liệu sử dụng đất Hình 3.15: Gói CSDL sử dụng đất 80 Gói liệu thơng tin liên lạc Hình 3.16: Gói CSDL thơng tin liên lạc Gói liệu cấp điện Hình 3.17: Gói CSDL cấp điện 81 Gói liệu cấp nƣớc Hình 3.18: Gói CSDL cấp nước Gói liệu nƣớc mặt Hình 3.19: Gói CSDL nước mặt 82 3.5 Xây dựng mơ hình 3D Quản lý quy hoạch Bề mặt địa hình khó đƣợc mơ hình hóa cách xác, thơng tin địa hình hầu hết đƣợc dựa yếu tố đƣợc lấy mẫu thƣờng trị đo điểm, đƣờng đặc trƣng địa hình Nói cách khác, kết thu thập liệu (kết đo đạc) cho DTM mẫu định (rời rạc) bề mặt liên tục Để mơ hình hóa bề mặt liên tục dựa trị đo rời rạc cần phải có quy tắc nội suy cho phép tính đƣợc độ cao điểm nằm khoảng trị đo Do việc thành lập mơ hình số địa hình ngồi việc thu thập liệu cịn phải thực nhiệm vụ quan trọng khác nội suy để đảm bảo vị trí điểm đƣợc đo có đƣợc giá trị độ cao bề mặt địa hình 3.5.1 Xây dựng bề mặt địa hình 3D a) Quy trình xây dựng Bề mặt địa hình 3D đƣợc xây dƣng theo quy trình hình 3.20 Hình 3.20: Quy trình xây dựng bề mặt địa hình 3D Xử lý liệu đầu vào: Dữ liệu đầu vào chƣơng trình số liệu đo điểm đặc trƣng địa hình, điểm đƣợc phân bố ngẫu nhiên Do 83 trƣớc đƣa vào chƣơng trình xử lý cần phải đƣợc tổ chức xếp cho phù hợp với quy trình làm việc phần mềm Xây dựng mơ hình: Chức xây dụng mơ hình cho phép thành lập lƣới tam giác từ liệu điểm địa hình qua xử lý đƣờng đặc trƣng địa hình Tạo mơ hình 3D từ mơ hình số địa hình: Từ mơ hình xây dựng đƣợc dựa yêu cầu thực tế sử dụng, khai thác mơ hình để đƣa liệu khác nhƣ độ cao điểm, đƣờng đồng mức, mặt cắt địa hình C) Phương pháp xây dựng Từ tập hợp điểm liệu đo ban đầu có nhiều cách để phân chia bề mặt địa hình thành mạng lƣới gồm tam giác không liền kề (tam giác hóa bề mặt địa hình) Vấn đề phải tìm cách để tam giác hóa bề mặt địa hình từ tập điểm đo cho lƣới tam giác biểu diễn bề mặt địa hình cách sát thực Có nhiều phƣơng pháp để thành lập mơ hình TIN: - Phƣơng pháp góc lớn - Phƣơng pháp chia để trị (Divide and Conquer) - Phƣơng pháp tăng dần (Incremental) Hiện phƣơng pháp tăng dần đƣợc sử dụng phổ biến đƣợc cải tiến Sự cải tiến phƣơng pháp sử dụng điểm ảo chứa hoàn toàn tập điểm cần tam giác hóa thay cho bƣớc tạo bao lồi Lựa chọn điểm ảo cho khơng phá hủy cạnh lƣới tam giác sinh từ tập điểm Thuật toán Incremental dễ hiểu, dễ cài đặt gần gũi với thao tác biên tập tam giác D) Kết đạt Bề mặt địa hình 3D dự án ĐHQGHN Hòa Lạc đƣợc thể hình 3.21÷3.24 84 Hình3.21: Bản đồ đường bình độ Hình3.22: Bản đồ độ dốc 85 Hình 3.23: Mơ hình DTM Hình 3.24: Mơ hình DEM 86 3.5.2 Xây dựng mơ hình khơng gian 3D Mơ hình khơng gian 3D đƣợc xây dựng modul ArcScene cách chồng xếp biên tập lớp liệu 2D Ngoài khả không thời gian công sức chuyển từ dạng 2D sang 3D, hệ thống có chế chuyển đổi mà giữ nguyên thuộc tính gốc Do đó, cần thiết thay đổi thông số nhƣ tiêu, hệ số sử dụng đất, số tầng chiều cao nhà Mơ hình 3D dự án ĐHQGHN Hòa Lạc đƣợc thể hình 3.25 Hình 3.25: Mơ hình khơng gian 3D 3.5.3 Quản lý quy hoạch a) Quản lý không gian cảnh quan Dự án ĐHQGHN Hịa Lạc có tổng diện tích 1000ha, bao gồm 21 dự án thành phần, việc quản lý không gian cảnh quan quan trọng 87 Mơ hình 3D giúp ngƣời quản lý kiểm sốt chiều cao tịa nhà đảm bảo hài hòa cân đối,cũng nhƣ việc điều chỉnh thiết kế nhanh chóng cách thay đổi giá trị thuộc tính đối tƣợng Kiểm sốt khơng gian cảnh quan chiều cao tòa nhà đƣợc thể hình 3.26 3.27 Hình 3.26: Mơ hình khơng gian cảnh quan (góc nhìn xa) Hình 3.27: Mơ hình khơng gian cảnh quan (góc nhìn gần) 88 b) Quản lý phân khu chức Mơ hình không gian 3D giúp nhà quản lý quy hoạch phân khu chức cách khoa học, hợp lý đảm bảo cho việc di chuyển cán bộ, học sinh, sinh viên thuận tiện Các phân khu học tập khu kỹ túc xá đƣợc thể hình 2.28 3.29 Hình 3.28: Phân khu học tập Hình 3.29: Phân khu ký túc xá 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận Kết nghiên cứu luận văn đƣa quy trình ứng dụng GIS công tác quản lý quy hoạch dự án Đại học Quốc gia Hà Nội Hòa Lạc Cụ thể, luận văn đạt đƣợc kết nhƣ xây dựng CSDL GIS mơ hình 3D Từ kết cho phép rút số kết luận sau: Phƣơng pháp xây dựng CSDL GIS phục vụ quy hoạch dự án Đại học Quốc gia Hà Nội khoa học hiệu Phƣơng pháp giải đƣợc vấn đề cố hữu quản lý quy hoạch xây dựng nhƣ thiếu tính đồng hạng mục, dự án thành phần Ngồi cung cấp cho ngƣời quản lý CSDL đầy đủ, xác cập nhật dễ dàng Sử dụng công nghệ GIS 3D cho phép xây dựng mơ hình số địa hình (DTM) hiển thị trực quan không gian kiến trúc dự án phục vụ công tác quản lý quy hoạch theo chiều cao tịa nhà phân khu chức GIS khơng hệ thống hỗ trợ quản lý, công cụ đa mục tiêu riêng ngành quản lý mà cịn có tác động to lớn đến phát triển nhiều ngành kinh tế khác nhƣ xây dựng, giao thông, nông nghiệp, quy hoạch đô thị, quản lý dân số, an ninh lƣơng thực, bảo vệ trật tự an ninh… Kiến nghị Sử dụng GIS công tác quản lý quy hoạch xây dựng vấn đề đƣợc quan tâm khai thác, cần đƣợc nghiên cứu trao đổi sâu Sản phẩm quy trình rút đƣợc từ nghiên cứu tiếp tục hồn thiện áp dụng nhân rộng tồn hệ thống thị toàn quốc 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Quốc Bình (2004) – Bài giảng ESRI ArcGIS 8.1, Trƣờng Đại học Quốc gia Hà Nội [2] Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2011) – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia áp dụng chuẩn thông tin địa lý sở, Hà Nội [3] Bộ Xây dựng (2006), Quy chuẩn tiêu chuẩn xây dựng, Hà Nội [4] Bộ Xây dựng (2008), Quy chuẩn xây dựng Việt Nam, quy hoạch xây dựng, Hà Nội [5] Phạm Vọng Thành (2000) - Bài giảng sở hệ thống thông tin địa lý, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa cht [6] Nguyễn Trƣờng Xuân (2000) – Bài giảng Tổng quan GIS, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội [7] Environmental Systems Research Institute (1999), Building a geodatabase, ESRI Press,Illustrated edition edition Esri [8] Environmental Systems Research Institute (2000), Modeling our word, ESRI Press, Illustrated edition edition Esri ... lập đồ án quy hoạch dự án xây dựng đô thị 50 2.3.3 Các khó khăn cơng tác quản lý quy hoạch dự xây dựng án đô thị 51 2.4 Ứng dụng GIS quản lý quy hoạch dự án xây dựng đô... nói riêng cơng tác quản lý dự án quy hoạch Phạm vi nghiên cứu thiết lập CSDL mơ hình 3D GIS để quản lý quy hoạch dự án Đại học Quốc gia Hà Nội Hòa Lạc Nội dung nghiên cứu đề tài Nội dung nghiên... bảng 4 Chương GIỚI THIỆU VỀ DỰ ÁN KHU ĐÔ THỊ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TẠI HÒA LẠC 1.1 Tổng quan dự án 1.1.1 Sự cần thiết Dự án Đại học Quốc gia Hà Nội (ĐHQGHN) đƣợc thành lập theo Nghị định số