5. Những điểm mới của đề tài
3.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D KHU VỰC NGHIÊN CỨU
3.3.1. Các nguồn dữ liệu đầu vào và đánh giá mức độ sử dụng
Các nguồn dữ liệu đầu vào dùng để xây dựng mô hình 3D khu vực nghiên cứu gồm:
3.3.1.1. Bản đồ địa chính
File số bản đồ địa chính phường Lộc Thọ được xây dựng bằng phần mềm Microstation SE theo hệ tọa độ VN-2000, múi chiếu 30, kinh tuyến trục 108015’ có định dạng *.dgn gồm 35 mảnh bản đồ tỷ lệ 1/500. Nguồn dữ liệu này được xây dựng trong giai đoạn từ năm 2009 đến 2014, hiện được quản lý sử dụng bởi Văn phòng Đăng ký Đất đai – Sở Tài nguyên và Môi trường Khánh Hòa.
Trên cơ sở nguồn dữ liệu này, chúng tôi thực hiện việc đối soát thực địa tại khu vực nghiên cứu và nhận thấy ranh giới sử dụng đất trên địa bàn phường Lộc Thọ hầu như không có sự biến động, các công trình xây dựng trên đất chủ yếu biến động về chiều cao, không có sự biến động về hình thể so với bản đồ địa chính. Do đó, có thể sử dụng nguồn dữ liệu này để xây dựng dữ liệu không gian (ranh giới thửa đất, ranh giới công trình kiến trúc trên đất) và dữ liệu thuộc tính (số tờ, số thửa, loại đất, chủ sử dụng, loại nhà…) cho mô hình 3D. Đồng thời, dữ liệu bản đồ không thể hiện chiều cao công trình nên chúng tôi thực hiện việc phỏng vấn chủ sử dụng đất về chiều cao công trình, chụp ảnh công trình và bấm tọa độ các điểm cây xanh, đèn giao thông… để biên tập dữ liệu không gian cho mô hình thêm sinh động, phù hợp với thực tế.
Các file bản đồ địa chính này được biên tập, xử lý dữ liệu bằng phần mềm Microstation SE trước khi chuyển sang định dạng ArcGIS để xây dựng cơ sở dữ liệu (bằng module ArcMap của phần mềm ArcGIS) và tạo lập mô hình 3D (kết hợp giữa phần mềm Trimble SketchUp và module ArcScene của phần mềm ArcGIS) khu vực nghiên cứu.
3.3.1.2. Bản đồ địa hình
Hiện nay, phường Lộc Thọ chưa có bản đồ địa hình chi tiết riêng cho phường nên chúng tôi nghiên cứu dữ liệu địa hình cho khu vực nghiên cứu dựa vào bộ bản đồ địa hình thành phố Nha Trang. File số bộ bản đồ địa hình thành phố Nha Trang tỷ lệ 1/2000 được xây dựng bằng phần mềm Microstation SE bằng công nghệ ảnh số theo hệ tọa độ VN-2000, múi chiếu 30, kinh tuyến trục 1080 và được nắn chuyển về kinh tuyến trục 108015’; trong đó, khu vực phường Lộc Thọ nằm trên 05 mảnh bản đồ. Nguồn dữ liệu này được thu thập tại Trung tâm Công nghệ Thông tin – Sở Tài nguyên và Môi trường Khánh Hòa.
Qua khảo sát thực tế kết hợp đối chiếu với bản đồ địa hình, nhận thấy địa hình của phường Lộc Thọ tương đối bằng phẳng, chênh lệch độ cao giữa các điểm địa hình trong khoảng 0,5 ÷ 1m nên yếu tố địa hình không ảnh hưởng nhiều đến mô hình 3D khu vực nghiên cứu. Do đó, trong quá trình xây dựng nô hình 3D, có thể xem nền địa hình của khu vực là mặt phẳng và không thực hiện việc xây dựng mô hình độ cao của địa hình.
Ngoài ra, chúng tôi còn thu thập file số bản vẽ thiết kế một số công trình trong khu vực nghiên cứu phục vụ việc biên tập dữ liệu không gian cho các công trình trong khu vực nghiên cứu mà bản đồ địa chính chưa cập nhật, chỉnh lý.
3.3.2. Thiết kế mô hình dữ liệu
ArcGIS Desktop có thể hiển thị nhiều loại dữ liệu: shapefile, coverage và geodatabase. Tuy nhiên, ArcGIS Desktop chỉ có thể chỉnh sửa cho hai loại dữ liệu
là shapefile và geodatabase, còn các loại dữ liệu khác thì ArcGIS Desktop chỉ có thể hiển thị.
Geodatabase là một cơ sở dữ liệu được chứa trong một file có đuôi là *.mdb (Personal Geodatabase) hoặc *.gdb (File Geodatabase). Khái niệm Geodatabase được ra đời bởi ESRI cùng với sự ra đời của phần mềm ArcInfo 8X. Mô hình dữ liệu hướng đối tượng (Geodatabase) là mô hình mô tả được những đối tượng với các thuộc tính, hành động và các quan hệ.
Các loại dữ liệu trong Geodatabase: point, Polyline, Polygon, Annotation, Table, Topology, Relationship, Raster Catalog, Raster datase, Address Locator,…
Dữ liệu của đề tài được thiết kế trong mô hình dữ liệu Personal Geodatabase (file dulieu.mdb) gồm các lớp dữ liệu: thửa đất, nhà, đường giao thông và cảnh quan.
3.3.2.1. Lớp thửa đất
Lớp thửa đất chứa các thông tin không gian và thông tin thuộc tính của các đối tượng thửa đất; là cơ sở dữ liệu nền quan trọng để xây dựng các cơ sở dữ liệu khác. Khi xây dựng cần đảm bảo độ chính xác về dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính theo thông tin của bản đồ địa chính.
- Dữ liệu không gian: Dạng vùng (Polygon); - Dữ liệu thuộc tính:
Bảng 3.2. Thuộc tính lớp thửa đất
STT Tên trường Loại dữ liệu Mô tả
1 OBJECTID Object ID Địa chỉ đối tượng
2 SHAPE Geometry Dạng đối tượng
3 Shape_Length Float Chu vi
4 Shape_Area Float Diện tích
5 SHBANDO Short Integer Số hiệu tờ bản đồ 6 SHTHUA Short Integer Số hiệu thửa đất
7 DIENTICH Float Diện tích thửa
8 TENCHU Text Tên chủ sử dụng
9 DIACHI Text Địa chỉ
3.3.2.2. Lớp nhà
Tương tự như lớp thửa đất nhưng dữ liệu thuộc tính của lớp đối tượng này được cập nhật theo số liệu điều tra, đối soát thực địa.
- Dữ liệu không gian: Dạng vùng (Polygon); - Dữ liệu thuộc tính:
Bảng 3.3. Thuộc tính lớp nhà
STT Tên trường Loại dữ liệu Mô tả
1 OBJECTID Object ID Địa chỉ đối tượng
2 SHAPE Geometry Dạng đối tượng
3 Shape_Length Float Chu vi
4 Shape_Area Float Diện tích
5 TOBD Short Integer Số hiệu tờ bản đồ 6 SOTHUA Short Integer Số hiệu thửa đất
7 CHUSUDUNG Text Tên công trình
8 LOAINHA Text Loại nhà
9 SOTANG Short Interger Số tầng
10 CHIEUCAO Float Chiều cao nhà
11 LOAIDAT Text Loại của thửa đất
3.3.2.3. Lớp đường giao thông
Lớp đường giao thông chứa các thông tin thuộc tính và thông tin không gian của các đối tượng đường giao thông. Khi xây dựng cần đảm bảo độ chính xác về dữ liệu không gian theo thông tin của bản đồ địa chính; dữ liệu thuộc tính được cập nhật theo số liệu điều tra, đối soát thực địa.
- Dữ liệu không gian: Dạng vùng (Polygon); - Dữ liệu thuộc tính:
Bảng 3.4. Thuộc tính lớp đường giao thông
STT Tên trường Loại dữ liệu Mô tả
1 OBJECTID Object ID Địa chỉ đối tượng
2 SHAPE Geometry Dạng đối tượng
3 Shape_Length Float Chu vi
4 Shape_Area Float Diện tích
5 TENDUONG Text Tên đường
6 LOAI Text Phân biệt lòng đường, vỉa hè và hẻm
7 DORONG Float Độ rộng đường
8 CHIEUCAO Float Chiều cao vỉa hè và bồn hoa
3.3.2.4. Lớp cảnh quan
Lớp cảnh quan chứa các đối tượng dạng điểm gồm cây xanh và đèn tín hiệu. Dữ liệu của lớp này được thu thập bằng cách điều tra, đối soát thực địa.
- Dữ liệu không gian: Dạng điểm (Point); - Dữ liệu thuộc tính:
Bảng 3.5. Thuộc tính lớp cảnh quang
STT Tên trường Loại dữ liệu Mô tả
1 OBJECTID Object ID Địa chỉ đối tượng
2 SHAPE Geometry Dạng đối tượng
3 LOAI Text Cây xanh, đèn tín hiệu
4 X Float Tọa độ X
5 Y Float Tọa độ Y
3.3.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu
Do quy trình xây dựng cơ sở dữ liệu về phương pháp là giống nhau nên trong giới hạn về thời gian và khối lượng công việc, luận văn chỉ triển khai thực hiện cho
một khu vực của phường Lộc Thọ gồm các tờ bản đồ số 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9 10, 11, 13 trên tổng số 35 tờ bản đồ địa chính của phường Lộc Thọ.
3.3.3.1. Biên tập các lớp dữ liệu trên bản đồ địa chính
Để tiện cho việc xử lý, chúng tôi sử dụng phần mềm Microstation SE biên tập lần lượt từng tờ bản đồ để lọc bỏ các đối tượng không cần thiết, chỉ giữ lại các các đối tượng ranh giới thửa đất (Level 10), ranh giới nhà (Level 14) và đường giao thông (Level 22) của bản đồ địa chính.
Các đối tượng trên có dữ liệu dạng đường (polyline) và chồng đè lên nhau (ví dụ như các thửa đất giáp đường sẽ có 1 ít nhất một cạnh thuộc Level 23, các căn nhà được xây trùng với ranh thửa sẽ có ít nhất một cạnh thuộc Level 10) nên cần biên tập và tách riêng từng đối tượng vào từng file bản đồ riêng biệt.
Ví dụ minh họa đối với lớp ranh nhà của tờ bản đồ số 1: Sau khi lọc bỏ các đối tượng không cần thiết, tiến hành biên tập lớp nhà bằng cách xóa các cạnh thửa đất không trùng với ranh nhà và Save as thành file dc1_nha.dgn.
Hình 3.3. Lớp nhà của tờ bản đồ số 1
Thực hiện tương tự cho các tờ bản đồ còn lại.
Sau đó, dùng công cụ Merge của Microstation để gộp tất cả các tờ bản đồ của từng đối tượng để được nhóm đối tượng khu vực nghiên cứu.
Hình 3.4. Lớp nhà của khu vực nghiên cứu (tong_nha.dgn)
Để đảm bảo việc khép vùng phục vụ chuyển đổi từ dữ liệu dạng line sang polygon sau này, sử dụng các ứng dụng Mrf Clean và Mrf Flag của phần mềm Famis
Hình 3.5. Kiểm tra khép vùng 3.3.3.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu trong ArcGIS
a. Chuyển đổi dữ liệu không gian từ Microstation sang ArcGIS:
Bước 1: Tạo file Geodatabase để lưu trữ các lớp dữ liệu
Trong module AcrCatalog, chọn vị trí để lưu file Geodatabase và click chuột phải chọn New → Personal Geodatabase, đặt tên file là DuLieu.mdb.
Hình 3.6. Tạo file Geodatabase để lưu trữ dữ liệu
Bước 2: Chuyển các đối tượng không gian sang dữ liệu ArcGIS
Trong module AcrCatalog, chọn đường dẫn đến file bản đồ của các đối tượng (file *.dgn), click vào dấu + trước tên file để hiển thị các dạng đối tượng trong file bản
Đối tượng dạng điểm; Polygon: Đối tượng dạng vùng; Polyline: Đối tượng dạng đường). Kéo và thả các đối tượng dạng đường (polyline) vào module AcrMap.
Các đối tượng hiển thị trong module ArcMap vẫn là đối tượng của file bản đồ *.dgn nên chưa thể biên tập trên ArcGIS. Để chuyển đổi thành các đối tượng của ArcGIS, thực hiện chọn tất cả các đối tượng (bằng công cụ Select features) rồi click chuột phải vào layer chứa đối tượng trong bảng Table of Contents, chọn Data → Export Data → đặt tên và lưu các đối tượng kiểu File and Personal Geodatabase feature classes trong DuLieu.mdb đã tạo trước đó.
Bước 3: Chuyển đổi định dạng đối tượng từ đường (polyline) sang vùng (polygon)
Các đối tượng không gian vừa được export sang ArcGIS vẫn là dạng đường nên cần chuyển sang dạng vùng để biên tập dữ liệu thuộc tính chính xác cho đối tượng (tính diện tích, nhập tên chủ sử dụng…).
Để thực hiện việc này, trong module ArcToolbox chọn Data Management Tools → Features → Features to Polygon.
Hình 3.9. Chuyển đối tượng dạng đường sang vùng
Bước 4: Định nghĩa hệ tọa độ cho các lớp dữ liệu
Các lớp đối tượng vừa tạo đã mang giá trị tọa độ của file bản đồ địa chính nhưng chưa được định nghĩa hệ tọa độ nên không hiểu giá trị về đơn vị (góc phải dưới của module ArcMap có thể hiện giá trị tọa độ nhưng kèm theo “Unknown Units”).
Để định nghĩa hệ tọa độ cho các lớp dữ liệu, trong module ArcCatalog click chuột phải là lớp dữ liệu và chọn Properties. Trong bảng Feature Class Properties, chọn tab XY Coordinate System và định nghĩa hệ tọa độ cho phù hợp với từng địa phương.
Các thông số định nghĩa về hệ tọa độ VN-2000 trong phần mềm ArcGIS cho tỉnh Khánh Hòa:
+ Projection: Transverse_Mercator + False_Easting: 500000.000000 + False_Northing: 0.000000 + Central_Meridian: 108.250000
+ Scale_Factor: 0.999900
+ Latitude_Of_Origin: 0.000000 + Linear Unit: Meter (1.000000)
+ Geographic Coordinate System: GCS_VN_2000 + Angular Unit: Degree (0.017453292519943299) + Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000) + Spheroid: WGS_1984
+ Semimajor Axis: 6378137.000000000000000000 + Semiminor Axis: 6356752.314245179300000000 + Inverse Flattening: 298.257223563000030000
Sau đó, chúng ta có thể lưu file định nghĩa hệ tọa độ này (file *.prj) để sử dụng cho các gói dữ liệu khác.
Hình 3.10. Định nghĩa hệ tọa độ VN-2000 cho Khánh Hòa
b. Biên tập dữ liệu thuộc tính:
Để tạo các trường dữ liệu thuộc tính cho các lớp đối tượng theo mô hình dữ liệu đã thiết kế, click chuột phải vào layer của đối tượng tại bảng Table of Contents của module ArcMap và chọn Open Attribute Table → Table Option → Add Field. Sau đó đặt các thông số cho các trường dữ liệu theo mô hình dữ liệu đã thiết kế.
Hình 3.11. Mở bảng dữ liệu thuộc tính
Để biên tập các trường dữ liệu thuộc tính, trong module ArcMap chọn thẻ Editor → Start Editing. Sau khi biên tập xong, chọn thẻ Editor → Save Edits và Stop Editing để hoàn tất việc biên tập dữ liệu thuộc tính.
Hình 3.12. Bảng dữ liệu thuộc tính sau khi biên tập
c. Kết quả xây dựng CSDL trong ArcGIS:
Lớp thửa đất: Tổng số 891 đối tượng. Lớp nhà: Tổng số 962 đối tượng. Lớp đường: 11 tuyến đường chính.
Hình 3.13. Bộ CSDL khu vực nghiên cứu 3.3.3.3. Xây dựng mô hình 3D cho đối tượng nhà
Do việc xây dựng mô hình 3D cho các đối tượng nhà về mặt phương pháp là giống nhau nên chúng tôi chỉ thực hiện một tòa nhà làm đại diện, những tòa nhà sau vẫn thực hiện theo phương pháp nêu ra.
Nội dung thực hiện như sau (áp dụng thí điểm cho tòa nhà của Khách sạn Sheraton):
- Trong module ArcMap, chọn đối tượng nhà cần xây dựng 3D và export dữ liệu sang shapefile (*.shp).
- Sử dụng phần mềm FME để chuyển đổi dữ liệu từ phần mềm ArcGIS (*.shp) sang phần mềm Trimble SketchUp (*.skp).
Hình 3.15. Chuyển đổi dữ liệu bằng phần mềm FME
- Mở file *.skp bằng phần mềm SketchUp chúng ta nhận được hình thể mặt đáy của đối tượng trong hệ tọa độ không gian 3 chiều.
- Muốn thể hiện chiều cao công trình, sử dụng công cụ Push/Pull để kéo đối tượng theo trục z và nhập số liệu chiều cao theo số liệu đã xây dựng trong CSDL của ArgGIS.
Hình 3.17. Dựng chiều cao đối tượng
- Dán hình ảnh thực tế của đối tượng đó lên bề mặt mô hình 3D vừa dựng: File → Import (Chọn Use Image As Texture).
Hình 3.18. Mô hình 3D đối tượng
- Để mô hình 3D của đối tượng thể hiện được trong ArcScene, thực hiện việc Export đối tượng sang file định dạng *.wrl (File → Export → 3D Model → Chọn Save as type VRML (*.wrl)).
Hình 3.19. Export đối tượng sang file *.wrl 3.3.3.4. Xây dựng mô hình 3D khu vực nghiên cứu
Đưa cơ sở dữ liệu đã xây dựng vào ArcScene.
Để mô hình 3D thêm trực quan, sinh động chúng ta thực hiện việc đổ màu cho các đối tượng bằng cách mở Properties của các đối tượng (click chuột phải trên layer của đối tượng và chọn Properties) và chọn tab Symbology để biên tập màu.
Dựng chiều cao cho các đối tượng nhà bằng cách click chuột phải vào layer nhà Properties → chọn tab Extrusion → chọn hiển thị chiều cao nhà theo trường chiều cao của dữ liệu thuộc tính.
Hình 3.21. Dựng chiều cao cho đối tượng nhà
Hình 3.22. Kết quả sau khi dựng chiều cao lớp nhà
Muốn đưa dữ liệu các đối tượng đã được gán hình ảnh vào mô hình 3D, cần chuyển đối tượng đó sang dạng điểm và cho thể hiện điểm đó bằng file *.wrl đã được export từ phần mềm SketchUp. Các bước thực hiện như sau:
- Chọn đối tượng cần thể hiện và export đối tượng đó sang shapefile (đã thực hiện ở mục 3.3.3.3. Xây dựng 3D cho đối tượng nhà).
- Dùng công cụ Feature to Point trong module ArcToolBox để chuyển shapefile vừa tạo sang dạng điểm.
Hình 3.23. Chọn công cụ Feature to Point
- Chọn hiển thị điểm vừa tạo bằng file *.wrl được export từ phần mềm SketchUp và chỉnh sửa kích thước thể hiện cho phù hợp.
Hình 3.25. Hiển thị điểm vừa tạo bằng file *.wrl
Biên tập các nội dung khác như hiển thị cây xanh, đèn giao thông... để hoàn thiện mô hình 3D.
Hình 3.27. Mô hình 3D khu vực nghiên cứu