3.4 Thảo luận
3.4.1 Độ chính xác thành lập mơ hình 3D từ dữ liệu Lidar
Phương pháp chiết tách số liệu dựa trên đám mây điểm để tạo ra mơ hình số bề mặt, mơ hình số địa hình và các mơ hình nhà cửa 3D được thực hiện thông qua các hạn sai sau:
Sai số tiếp biên giữa các mảnh DTM khơng được vượt q 1/2 độ chính xác u 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 khơng vượt q độ chính xác của DTM theo thiết kế.
Độ chính xác của mơ hình số địa hình (DTM) có thể đạt tới 0.2 m về độ cao và cỡ vài cm về mặt phẳng.
Các mơ 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 mơ 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
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 cịn 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 hồn tồn có thể tự động ít phải can thiệp bằng tay.
Dùng DSMLE để thành lập mơ hình bản đồ địa hình 3D thì chưa cho phép tách được độ cao của thực vật. Do là phản hồi cuối cùng nên khơng thể có độ cao của đỉnh cây chính vì vậy mà độ cao thực vậy ở đây khơng 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 mơi trường 3D thực, q 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
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. Ngồi 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 trị của bản đồ 3D nổi bật nhất trong giai đoạn qui hoạch chi tiết đô thị và qui hoạch chi tiết cụm cơng trình cụ thể và thiết kế xây dựng cơng 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 thốt nước, cấp điện, thơng 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 tốn 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 địi 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 mơ 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
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 cơng việc của người dùng và các quá trình liên quan đến hạ tầng đơ thị.3D GIS City có nhiều lợi ích cả trong cơng tác quản lý và phát triển đơ thị, phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng phát triển đô thị.
Nó cung cấp tồn bộ hiện trạng đơ thị giúp nhà quản lý có cái nhìn tồn 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 tồn bộ 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 dữ liệu hiện trạng phục vụ kịp thời cho công tác cấp phép thẩm định quy hoạch. Thậm chí, phần mềm này cung cấp những thông tin chi tiết tại mỗi khu vực như: Chủ căn hộ, tên đường, bề rộng của mặt đường, hệ thống cấp thoát nước, đường dây điện…
3D GIS City có thể tổng hợp tồn diện hiện trạng hạ tầng đô thị từ thu thập, xử lý, quản lý, phân tích và hiển thị dữ liệu khơng gian và phi không gian trên cùng một môi trường giúp các nhà quản lý dễ dàng tạo một mơ hình 3D GIS City động phục vụ công tác quản lý và quy hoạch đô thị hiệu quả. Việc ứng dụng 3D GIS City trong quản lý và phát triển đô thị Việt Nam là giải pháp tối ưu và phù hợp với xu thế hội nhập có thể giải quyết được các vấn đề cịn tồn tại hiện nay trong cơng tác quản lý hạ tầng đô thị.
Tuy nhiên, để ứng dụng 3D GIS City vào quản lý hạ tầng đô thị tại Việt Nam cịn nhiều khó khăn, vì cơng nghệ cịn mới; chưa có sự đồng nhất hệ thống, nên nếu triển khai ứng dụng hệ thống 3D GIS City không những không thể phát huy hết các ứng dụng mà còn gặp phải những rào cản, hạn chế về nguồn kinh phí và nguồn nhân lực để vận hành hệ thống 3D GIS City. Ngoài ra, ngân hàng dữ liệu như thông tin về đất đai, quy hoạch, cấp thoát nước, điện… để cung cấp cho hệ thống lưu trữ phần
mềm GIS còn trong giai đoạn mới hình thành, nên chưa đầy đủ. Vì vậy, địi hỏi cần có sự quan tâm của các cấp, các ngành trong công tác quản lý đô thị để tận dụng tối đa hiệu quả của 3D GIS City khi được ứng dụng tại các đô thị Việt nam.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Công nhệ Lidar phục vụ cho cơng tác lập mơ hình số địa hình (DTM) và bản đồ 3D độ chính xác cao là một bước đột phá trong việc ứng dụng công nghệ và kỹ thuật tiên tiến để tạo lập các sản phẩm có chất lượng và độ chính xác cao đáp ứng các yêu cầu và nhiệm vụ phát triển kinh tế bảo vệ an ninh quốc phòng trong giai đoạn hiện nay. Việc mơ hình hóa thế giới thực dưới hình ảnh ba chiều ngày càng được quan tâm và dần được nâng cao lên để càng thể hiện được sát với thế giới thực. Việc mơ phỏng lại giúp ích cho rất nhiều việc nghiên cứu
Ứng dụng công nghệ Lidar lập bản đồ không gian 3D mang lại hiệu quả kinh tế cao, đảm bảo độ chính xác và nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm.
Hệ thống công nghệ quét Laser mặt đất Lidar là thiết bị đặc biệt chuyên ngành chỉ có một vài nhà sản xuất trên thế giới cung cấp. Do đó khi thực hiện cần dựa trên tình hình thực tế để áp dụng các hệ thống Lidar sao cho phù hợp với yêu cầu, mục đích.
Công nghệ LIDAR cũng tỏ ra ưu việt hơn các công nghệ khác trong lập bản đồ 3D khu vực đô thị, đặc biệt trong trường hợp cần xây dựng mơ hình đơ thị trong một thời gian ngắn bao gồm cả mơ hình bề mặt mặt đất và cả mơ hình nhà cửa với hình dạng chi tiết. Trong các ứng dụng dạng này, người ta thường kết hợp dữ liệu lidar với các tài liệu khác trong quá trình thành lập bản đồ 3D như: các dữ liệu GIS có sẵn về khối nhà, các ảnh hàng khơng và vệ tinh để có thể đạt được kết quả tốt nhất.
Bản đồ 3D được thành lập từ dữ liệu Lidar đem lại hiệu quả cao về nhiều mặt và đạt chất lượng tốt.Đề nghị nghiên ứu, ứng dụng rộng rãi hơn nữa tại Việt Nam.Ngồi ra cần nghiên cứu, ứng dụng cơng nghệ tự động xây dựng các khối nhà 3D từ dữ liệu Lidar để xây dựng bản đồ 3D được hiệu quả hơn.
Dựa trên kết quả nghiên cứu tác giả đề xuất các kiến nghị sau:
Ứng dụng kết quả nghiên cứu khoa học của đề tài vào thực tiễn trong việc xây dựng hệ thống bản đồ 3D cho các khu đô thị như một thành phần của cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian quốc gia.
Dựa trên các kết quả của đề tài, đề nghị cho tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện, đưa ra qui chuẩn cho công tác xây dựng bản đồ 3D đô thị từ dữ liệu Lidar.
Tiến hành phối hợp với địa phương xây dựng bản đồ 3D cho 1 khu đơ thị hồn chỉnh và đưa các ứng dụng quản lý đô thị của sản phầm này vào thực tế như một mơ hình mẫu.
Tiếp tục nghiên cứu để tăng mức độ chi tiết của bản đồ 3D với các nguồn dữ liệu đầu vào khác: dữ liệu Lidar mật độ điểm cao, ảnh máy bay chụp độ cao thấp, dữ liệu Lidar mặt đất.
Tiến hành nghiên cứu về cơ sở khoa học, cấu trúc dữ liệu của bản đồ địa chính 3D và các khung pháp lý đi kèm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Anh
1. Armand, K. (1991). "Guarding the water environment with GIS. London: Taylor and Francis."
2. Armin Gruen, S. K., L.Zang and D.Poli (2006). "3D City Modeling from High- resolution Satellite Images." International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol 36, Part 1/W41.
3. Barretta, E. C., & Curtis, L. F. (1992). "Introduction to Environmental Remote Sensing. 3rd Edition. London: Chapman & Hall."
4. ESRI (2013). ArcGIS for 3D cities: Introduction.
5. G. Prisestnall, J. J., and A. Duncan (2007). "Extraction of Urban Features from Lidar Digital Surface Models." Computers, Environment $ Urban Systems, Vol. 24, pp.65-78.
6. H.Lin, H. T. J., L.P. Zhang (2008). "Fast reconstruction of three dimensional city model bases on airborn Lidar." The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, vol.XXXVII, part B1, pp 453-457, Beijing
7. Hristo Stanchev, A. P., Margarita Stancheve (2009). "3D Gis Model for Flood Risk Assessent of Varna Bay Due to Extreme Sea Level Rise." Journal of Coastal Research, Special Issue 56, pp.1597-1601.
8. Lohani, B. (2008). "Airborne Altimetric LiDAR Tutorial: Principle, Data collection, Processing and Applications."
9. Molenaar, M., A (2008). Formal Data Structure for Three Dimensional Vector Maps. Proceedings, 4th International Symposium on Spatial Data handling, Zỹrich, Vol 2, pp. 830-843.
10. Soininen, A. (2004). TerraScan User’s Guide, Terrasolid.
Tài liệu tiếng Việt
1. Lê Minh, H. N. L., Nguyễn Tuấn Anh (2007). Ứng dụng công nghệ lidar ở Việt Nam, Trung tâm viễn thám.
2. Lộc, P. V. (2004). "Tự động hóa đo ảnh." Bài giảng cho NCS và HVCH, Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội.
3. Lương Chính Kế (2009). "Thành lập DTM bằng cơng nghệ Lidar." Tạp chí Viễn thám và địa tin học, Tr.20-27.
4. Quyên, T. X. (2007). Báo cáo kết quả ứng dụng hệ thống tích hợp ảnh số và LIDAR Harrier56 tại Việt Nam, Công ty đo đạc ảnh địa hình, Hà nội.