7. Cấu trúc của luận văn
3.3.5 Thể hiện các đối tượng khác trên bản đồ
- Thuỷ hệ và các đối tượng liên quan
Sông hai nét được thể hiện như một đối tượng vùng trên bản đồ 2D.Trong bản đồ địa hình 3D, đối tượng vùng này được phủ lên mặt DTM sử dụng công cụ Baseheight và tô màu xanh nước biển nhạt.Ngoài ra đường viền sông hai nét cũng được thể hiện trên mặt DEM bằng màu nước biển sẫm với mục đích làm nổi bật đường bờ nước.
Sông suối chảy theo mùa thể hiện bằng hai ký hiệu. Một ký hiệu dạng đường chạy liên tục màu nước biển nhạt.Thuộc tính của đối tượng được gắn vào đường này. Ký hiệu thứ hai dùng cho mục đích hiển thị được drop từ dạng đường nét đứt của sông suối chảy theo mùa trên bản đồ 2D, thể hiện bằng màu nước biển đậm nằm
73
trên đường chạy liên tục màu nước biển nhạt nói trên. Cả hai ký hiệu này đều nằm ngay trên mặt DTM.
Đê cũng được thể hiện theo nguyên tắc tương tự. Các chi tiết về độ chênh cao của đê được bổ sung vào DTM dựa trên các số liệu có được về đê như vị trí mặt đê, vị trí chân đê, độ cao mặt đê, tỷ cao đê. Con trạch trên mặt đê nếu có được thể hiện bằng một đối tượng dạng đường, thuộc tính về tỷ cao con trạch được lưu trữ và được dùng cho công cụ Extrusion để dựng đường này lên vuông góc với mặt đê (lúc này đã được bổ sung vào mặt DTM) đúng như đặc điểm của con trạch trong thực tế.
- Giao thông và các đối tượng liên quan
Các đối tượng dạng điểm liên quan như trạm ghi, cột đèn hiệu, cột tín hiệu, cột cây số, biển chỉ đường nếu có được dựng lên bằng công cụ Plan tree trên mặt DTM dùng một hình ảnh tự thiết kế dạng *.BMP gần giống với hình ảnh thực. Độ cao của các đối tượng này tuân theo qui định chuẩn của ngành giao thông.
Đường ô tô là một yếu tố được quan tâm rất nhiều đối với người dùng bản đồ.Chúng được thể hiện là các đối tượng dạng vùng nằm ngay trên mặt DTM. Phần trải mặt đường được thể hiện bằng ảnh thực của các loại chất liệu: bêtông - nhựa, đá, đất hoặc bằng nền màu đơn giản. Trục phân tuyến, vỉa hè nếu có và đủ rộng để thể hiện ở dạng vùng theo tỷ lệ bản đồ thì trải mặt bằng chất liệu thực tế như nền cỏ thấp hay nền gạch. Nếu các trục phân tuyến chỉ là dạng đường thì dùng Extrusion dựng chúng lên thành dải ngăn cách chạy liên tục.
Đường đất nhỏ và đường mòn được thể hiện bằng các đường một nét chạy liên tục trên mặt DTM.Để phân biệt, hai loại đường này đường đất nhỏ thể hiện bằng nét đen đậm, còn đường mòn màu xám.Ký hiệu nét đứt của đường mòn được chuẩn bị trong môi trường đồ họa và hiển thị lên trên đường mòn màu xám nhạt, chay liên tục.
Đường ô tô được gắn các thuộc tính: tên đường, chất liệu rải mặt, độ rộng đường, độ rộng phần trải mặt.
74
- Các đối tượng kinh tế, văn hoá xã hội
Trên bản đồ 3D, ở mức độ chi tiết rất cao có thể thể hiện các đối tượng kinh tế, văn hóa xã hội bằng mô hình 3D thực của đối tượng được chuẩn bị sẵn trong môi trường đồ họa.Ở mức độ chi tiết thấp hơn, các đối tượng văn hóa, kinh tế, xã hội có thể được thể hiện bằng công cụ Plant tree sử dụng ảnh lấy từ các ký hiệu mẫu của bản đồ địa hình 2D. Cách thể hiện này nghiêng về xu hướng ký hiệu hóa hơn.
Các đối tượng văn hóa, kinh tế, xã hội sau khi dựng lên được lưu lại thành một file *.LYR dùng để hiển thị, các ký hiệu điểm gốc với các thuộc tính như tên riêng của đối tượng cũng vẫn được giữ lại nhằm cung cấp thông tin khi cần truy vấn.
- Đường dây điện và đường dây thông tin
Đường dây điện và đường dây thông tin sẽ được thể hiện độc lập bằng hai loại đối tượng.Thứ nhất là các đối tượng dạng điểm thể hiện cột, chúng được gắn các thông tin thuộc tính về chiều cao cột, cột cao thế hay hạ thế được điều tra từ thực địa.Có hai nguyên tắc thể hiện các đối tượng dạng điểm này. Ở các tỷ lệ nhỏ, cột được thể hiện với độ chi tiết – LoD thấp bằng cách hiển thị điểm trên mặt DTM với công cụ Baseheight và sau đó extrude điểm lên từ mặt DTM sử dụng trường độ cao riêng của cột. Cách thứ hai phù hợp với các tỷ lệ lớn, cột được dựng lên trên mặt DTM sử dụng công cụ Plant Tree.Ảnh của cột được chuẩn bị sẵn ở dạng *.BMP và dựng lên với độ cao được lưu trữ sẵn trong trường thuộc tính của điểm.
Đường dây tải điện đối tượng dạng đường đơn giản được gắn thuộc tính về loại đường: cao thế, hạ thế; độ cao trung bình của đường dây; điện áp nếu có. Đường dây ở dạng 2D sẽ tính chuyển thành đường 3D dựa trên độ cao của DTM bằng công cụ Convert features to 3D của ArcGis 3D Analyst, kết quả là đường 3D sẽ được bổ sung thêm rất nhiều đỉnh trong khoảng giữa đỉnh gốc tức là các cột. Sau đó chuyển đường dây 3D này về môi trường đồ họa và bỏ tất cả các đỉnh mới phát sinh giữa các cột. Sau đó đưa đường dây vào thể hiện trong ArcScene bằng tọa độ X, Y, H thực không phụ thuộc vào DTM với khoảng offset lấy từ thuộc tính chiều cao dây.
75
Một đối tượng có nhiều điểm tương tự với các loại dây dẫn là ống dẫn. Ống dẫn được thể hiện là dạng đường, màu xám sẫm, gắn các thuộc tính: tỷ cao, đường kính ống, vật liệu làm ống, chất dẫn trong ống. Nếu ống đặt trên trụ cao thì nguyên tắc thể hiện tương tự như các loại dây dẫn và thể hiện các trụ đỡ kèm theo. Trường hợp ống dẫn nằm nổi trên mặt đất hay ống dẫn ngầm thì chỉ cần thể hiện đường ống dẫn dạng 2D theo mặt DTM với giá trị offset âm dựa trên thuộc tính độ sâu của ống. Các giếng kiểm tra được thể hiện bằng điểm cũng được extrude một giá trị âm chìm dưới mặt DTM một khoảng bằng độ sâu của ống. Với độ trong - transparency của DTM là 50% - 70% sẽ cho phép quan sát được tương đối rõ các đối tượng chạy ngầm dưới đất này.
- Dáng đất, chất đất
Dáng đất đã được thể hiện bằng mô hình số độ cao DTM.Nhưng ký hiệu nét đứt của bình độ phụ không thể hiện được trong ArcScene nên bình độ phụ nếu có sẽ được thể hiện bằng đường nét liền màu nhạt hơn.Các yếu tố này chỉ là được đưa ra với mục đích bổ trợ cho DTM trong việc thể hiện địa hình nên chỉ được thể hiện với độ trong - transperancy là 50%.
Điểm độ cao cũng được thể hiện bằng đối tượng dạng điểm.Không ghi chú độ cao của đường bình độ và điểm độ cao, nếu cần ngưới dùng có thể truy cứu thông tin này bằng công cụ Info.
Các thông tin về chất đất được thể hiện bằng các đối tượng dạng vùng phủ lên mặt DTM bằng các nền màu đơn giản hoặc bằng công cụ Picture fill symbol. Các dạng bề mặt như cát, sỏi, đá, cồn cát, bãi đá khác nhau đều có sẵn trong thư viện của ArcGis.
Các đối tượng như đầm lầy cũng được thể hiện bằng cách phủ vùng lên mặt DTM và tô màu vùng bằng ảnh đầm lầy gồm các nét đứt chạy song song tương tự như trên bản đồ 2D.
- Thực vật
Cách nhìn vào các đối tượng thuộc nhóm thực vật và cách phân nhóm chúng cho bản đồ địa hình 3D sẽ phải có một số điểm khác biệt so với bản đồ địa hình 2D
76
trong đó độ cao riêng h của đối tượng là một trong các yếu tố chính để phân loại và quyết định cách thể hiện.
Các đối tượng thực vật có độ cao riêng thấp như cỏ, lúa, hoa màu... sẽ được thể hiện là đối tượng dạng vùng phủ lên mặt DTM bằng công cụ Baseheight và được tô màu bằng công cụ Picture fill symbol với các ảnh chụp bề mặt thực của đối tượng hoặc bằng các nền màu đơn giản.
Ở tỷ lệ lớn, các đối tượng thực vật có độ cao riêng lớn như rừng, hàng cây, cây độc lập có thể được thể hiện bằng các đối tượng dạng điểm.Đối với rừng và hàng cây dựa vào các thông số về mật độ cây để xác định vị trí tương đối của các điểm.Các đối tượng này được gắn thuộc tính độ cao và loại cây. Thông tin này được lấy từ nội dung của bản đồ địa hình nếu có hoặc bằng điều vẽ thực địa. Sau đó dùng công cụ Plan Tree của ArcScene để dựng cây lên từ các đối tượng dạng điểm này trên nền DTM sử dụng các ảnh cây tương ứng và độ cao cây lấy từ trường thuộc tính điểm.Công cụ Plant Tree được áp dụng lần lượt với từng loại cây, kết quả được lưu thành các file *.LYR và dùng để hiện thị trong ArcScene. SHP file chứa các đối tượng dạng điểm sau khi đã được dựng lên thành cây sẽ không được hiển thị nhưng vẫn được lưu giữ trong Scene của bản đồ địa hình 3D để phục vụ cho mục đích truy cập thông tin
77
Hình 3.11 Đối tượng cây độc lập ở tỷ lệ lớn thể hiện trên nền ảnh 3.4 Thảo luận
3.4.1 Độ chính xác thành lập mô hình 3D từ dữ liệu Lidar
Phương pháp chiết tách số liệu dựa trên đám mây điểm để tạo ra mô hình số bề mặt, mô hình số địa hình và các mô hình nhà cửa 3D được thực hiện thông qua các hạn sai sau:
Sai số tiếp biên giữa các mảnh DTM không được vượt quá 1/2 độ chính xác yêu cầu của DTM.
Sai số tuyệt đối của DTM được đánh giá thông qua các điểm đo kiểm tra ở thực địa. Độ lệch trung phương về giá trị độ cao của tập hợp điểm kiểm tra giữa độ cao đo so với độ cao nội suy từ DTM không vượt quá độ chính xác của DTM theo thiết kế.
Độ chính xác của mô hình số địa hình (DTM) có thể đạt tới 0.2 m về độ cao và cỡ vài cm về mặt phẳng.
Các mô hình nhà cửa sau khi xây dựng đạt độ chính xác khoảng 0.3m về độ cao và khoảng 0.2m về mặt bằng.
Việc thành lập mô hình bản đồ địa hình 3D từ dữ liệu Lidar cho nhiều ứng dụng. Việc thành lập nhanh chóng do khả năng tự động cao tới 95%, không chỉ vậy thành
78
lập DTM có độ chính xác cao, sai số so với đo ngoài thực địa là 0,2m. Phương pháp thành lập bản đồ bằng ảnh máy bay chỉ có thể thành lập cho bản đồ tỷ lệ 1:10.000 trong khi dùng Lidar có thể sử dụng để làm bản đồ từ 1:5000 đến 1:2000. Tuy nhiên vẫn còn có những nhược điểm khi sử dụng phương pháp này:
Bóc tách nhà để thành lập DTM sẽ khó khăn hơn trong những vùng có dân cư dày đặc do để thành lập DTM khi bóc tách nhà cần có những điểm độ cao xung quanh. Nhưng khi mật độ nhà dày đặc thì số điểm mà LIDAR quét đến sẽ ít nên việc nội suy thành lập DTM sẽ khó khăn. Ở những vùng có những nhà nằm độc lập, tách biệt thì việc bóc tách nhà máy hoàn toàn có thể tự động ít phải can thiệp bằng tay.
Dùng DSMLE để thành lập mô hình bản đồ địa hình 3D thì chưa cho phép tách được độ cao của thực vật. Do là phản hồi cuối cùng nên không thể có độ cao của đỉnh cây chính vì vậy mà độ cao thực vậy ở đây không chính xác. Nếu kết hợp thêm DSMFE, phản hồi đầu tiên, sẽ cho phép tách được đối tượng là thực vật.
Nhà càng có cấu trúc phức tạp thì việc tách viền nhà càng khó khăn. Từ các điểm độ cao của dữ liệu Lidar chưa phép cho việc tách được theo viền nhà cần phải được hỗ trợ thêm bằng ảnh chụp máy bay.
3.4.2 Khả năng ứng dụng Lidar trong quản lý dữ liệu đất đai 3D
Kết quả của nghiên cứu cho thấy độ chính xác cũng như khả năng áp dụng của dữ liệu Lidar trong thành lập bản đồ 3D. Trong giai đoạn hiện nay với các khu nhà chọc trời mọc lên ngày càng nhiều tại các đô thị lớn, các căn hộ trong các khu nhà cao tầng trở thành dạng bất động sản rất được quan tâm. Vấn đề Địa chính 3D (3D cadastres) được thảo luận khá thường xuyên với các vấn đề được quan tâm liên quan đến quan hệ topology giữa các đối tượng của bản đồ địa chính trong môi trường 3D thực, quá trình chuyển tiếp từ hệ thống địa chính 2D sang hệ thống địa chính 3D. Trong các cuộc hội thảo này số báo cáo giới thiệu hệ thống đăng ký đất đai 3D trong đó các bất động sản trong các khu nhà cao tầng đều được coi là khối, mỗi đỉnh của khối đều có tọa độ X, Y, Z. Trong một số hệ thống đơn giản hơn, mỗi
79
tầng được thể hiện bằng một bản vẽ 2D, mỗi bất động sản được gắn với bản vẽ này ra và gán thêm thuộc tính của tầng. Ngoài ra vấn đề quản lý và luật đất đai gắn với các bất động sản 3D này cũng được bàn đến khá nhiều với các kinh nghiệm phát triển từ các nước khác nhau.
Bên cạnh đó, vai trò của bản đồ 3D nổi bật nhất trong giai đoạn qui hoạch chi tiết đô thị và qui hoạch chi tiết cụm công trình cụ thể và thiết kế xây dựng công trình là:
Xác định hiện trạng không gian và cảnh quan của khu vực quy hoạch, ví dụ: hiện trạng về nhà ở (số tầng cao, mật độ xây dựng), hiện trạng cây xanh, đường giao thông, hệ thống cấp thoát nước, cấp điện, thông tin …
Mô phỏng ảnh hưởng của các phương án qui hoạch
Trình bày các phương án qui hoạch một cách trực quan trên nền cảnh quan hiện trạng
Xét cấp phép xây dựng.
Tính toán khối lượng đào đắp vận chuyển
Yêu cầu đối với bản đồ 3D cho các ứng dụng trong qui hoạch và xây dựng nghiêng nhiều về hình thức thể hiện của đối tượng.Các sản phẩm bản đồ 3D hướng tới các ứng dụng này đòi hỏi mức độ chi tiết cao và dùng hình ảnh thực nhiều. Các nhóm dữ liệu được quan tâm chính là:
Nhà và các khối nhà Hệ thống giao thông
Hệ thống cây và thiết bị đường phố DEM
Dưa trên nghiên cứu của (Armin Gruen 2006, G. Prisestnall 2007)cho thấy việc sử dụng mô hình 3D hiện trạng và thực hiện công tác thiết kế qui hoạch cũng trên môi trường đồ họa 3D là rất hiệu quả, có thể phân tích và phát hiện ra các vẫn đề trước 6 tháng so với việc sử dụng dữ liệu 2D và thiết kế trên 2D như trước đây. Quá trình thiết kế, chỉnh sửa và phê duyệt đề án qui hoạch đô thi thường mất từ 1-3 năm với nhiều người tham gia và rất nhiều tài liệu bản vẽ đi kèm thì ngày nay đã
80
được lưu trữ và chia sẻ một cách hiệu quả và rút ngắn được thời gian cho quá trình này.
Trong giai đoạn hiện nay nhiều công ty đã đề xuất công nghệ tich hợp dữ liệu Lidar và ảnh hang không để thành lập ra CSDL 3D GIS phục vụ quản lý đô thị (ESRI 2013). 3D GIS có khả năng cung cấp các chức năng cần thiết cho việc quản lý dữ liệu, quy trình công việc của người dùng và các quá trình liên quan đến hạ tầng đô thị.3D GIS City có nhiều lợi ích cả trong công tác quản lý và phát triển đô thị, phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng phát triển đô thị.
Nó cung cấp toàn bộ hiện trạng đô thị giúp nhà quản lý có cái nhìn toàn diện khi phân tích hiện trạng và xu hướng phát triển đô thị, nhất là khi các đô thị hiện nay đang thực hiện chương trình ngầm hóa toàn bộ hệ thống hạ tầng; hiển thị trực