TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐHQG TPHCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN BÀI TẬP LỚN GIS ĐỀ TÀI ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH 3D TRONG QUẢN LÝ CƠ SỞ HẠ TẦNG THÀNH PHỐ GVHD LƯU ĐÌNH HIỆP SVTH ĐOÀN HỮU THÙY MSSV 1713407 LÊ MINH SANG MSSV 1712930 PHẠM QUỐC ĐẠT MSSV 1710985 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020 Mục Lục I Khái niệm về cơ sở hạ tầng 3 1 Khái niệm 3 2 Phân loại 3 III Tổng quan về 3D Gis 6 1 Khái niệm 6 2 Ứng dụng 6 3 Khái niệm về cấp độ chi tiết 6 3 1 Khái quát về ngôn ngữ tiêu chuẩn CityGML 7 IV Các p.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TPHCM
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
BÀI TẬP LỚN GIS
ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH 3D TRONG QUẢN LÝ CƠ
SỞ HẠ TẦNG THÀNH PHỐ
GVHD: LƯU ĐÌNH HIỆP
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020
Trang 2Mục Lục
I Khái niệm về cơ sở hạ tầng 3
1 Khái niệm 3
2 Phân loại 3
III Tổng quan về 3D Gis 6
1 Khái niệm 6
2 Ứng dụng 6
3 Khái niệm về cấp độ chi tiết 6
3.1 Khái quát về ngôn ngữ tiêu chuẩn CityGML 7
IV Các phần mềm 3D GIS 9
ArcScene 9
SketchUp 9
Bentley Map 10
CityEngine 11
Trang 3I Khái niệm về cơ sở hạ tầng
1 Khái niệm
Cơ sở hạ tầng được hiểu là toàn bộ những điều kiện về vật chất, kỹ thuật, thiết chế
xã hội… được trang bị các yếu tố vật chất phục vụ cho hoạt động sản xuất và đời sống con người Cơ sở hạ tầng vừa có các yếu tố vật chất vừa phi vật chất và nó cũng là sản phẩm của quá trình đầu tư để làm nền tảng cho sự phát triển của toàn xã hội
2 Phân loại
Dựa trên những tiêu chí khác nhau, cơ sở hạ tầng được phân chia thành nhiều loại như sau:
Theo lĩnh vực kinh tế xã hội
+ Cơ sở hạ tầng kinh tế là một bộ phận thuộc những ngành phục vụ cho quá trình sản xuất tạo ra sản phẩm hoặc tiếp tục quá trình sản xuất trong lưu thông hàng hóa Nó sẽ gồm hệ thống đường xá, giao thông vận tải, thủy lại, cấp thoát nước, sân bay, bến cảng…
+ Cơ sở hạ tầng xã hội là bộ phận thuộc các lĩnh vực đảm bảo những điều kiện chung cho hoạt động văn hóa, xã hội, đời sống của con người với các ngành y
tế, giáo dục, văn hóa, xã hội, các công trình công cộng
+ Cơ sở hạ tầng môi trường là bộ phận thuộc các lĩnh vực phục vụ cho việc bảo vệ, giữ gìn, cải tạo môi trường sống như các công trình phòng chống thiên tai, công trình bảo vệ đất, rừng, biển, hệ thống xử lý chất thải công nghiệp… + Cơ sở hạ tầng an ninh quốc phòng là một bộ phận đảm bảo những điều kiện vật chất kỹ thuật chung cho lĩnh vực này gồm hệ thống cơ sở vật chất sản xuất bảo quản vũ khí, bảo dưỡng vũ khí, khí tài,
Trang 4Cơ sở hạ tầng được phân chia theo nhiều lĩnh vực khác nhau
Theo các ngành kinh tế quốc dân
Cơ sở hạ tầng sẽ được phân theo các ngành như: giao thông vận tải, bưu chính, năng lượng, xây dựng, thủy lợi, giáo dục, y tế, văn hóa xã hội…
Theo vùng lãnh thổ, khu vực dân cư
Cơ sở hạ tầng được chia thành: cơ sở hạ tầng đô thị, cơ sở hạ tầng nông thôn, cơ
sở hạ tầng kinh tế biển, cơ sở hạ tầng đồng bằng…
Trang 5Theo cấp quản lý
Cơ sở hạ tầng được chia thành các cấp do trung ương quản lý, do địa phương quản lý:
- Do trung ương quản lý bao gồm cơ sở hạ tầng có quy mô lớn gồm hệ thống đường quốc lộ, đường sắt, sân bay, bến cảng,
- Do địa phương quản lý gồm: cơ sở hạ tầng giao cho tỉnh/huyện/xã như cầu đường, kênh rạch, cơ sở giáo dục, y tế, văn hóa…
Nhờ vào cách phân loại này nhằm để xác định được rõ trách nhiệm cũng như nâng cao tính chủ động của các cấp chính quyền trong việc khai thác tối đa các nguồn vốn đầu
tư phát triển cơ sở hạ tầng ở địa phương Đồng thời, nhờ vào đó để có được biện pháp quản lý, sử dụng tốt cơ sở hạ tầng thuộc phạm vi quản lý
Theo tính chất, đặc điểm
Cơ sở hạ tầng được phân thành cơ sở hạ tầng mang hình thái vật chất và phi vật chất:
- Cơ sở hạ tầng mang hình thái vật chất gồm các công trình như hệ thống đường giao thông, điện, kênh rạch, trường học, công trình y tế, cơ sở quốc phòng an ninh…
- Cơ sở hạ tầng mang hình thái phi vật chất bao gồm hệ thống thiết chế xã hội, cơ chế hoạt động, an ninh trật tự, thủ tục hành chính… Đây đều là các yếu tố liên quan đến điều kiện, môi trường phục vụ cho các hoạt động văn hóa, kinh tế, xã hội
Trang 6II Tổng quan về 3D Gis
1 Khái niệm
GIS 3D (Geographic Information System) là hệ thống thông tin địa lý được ứng dụng trong quản lý hạ tầng đô thị Tại các nước phát triển trên thế giới, GIS 3D đã được ứng dụng rộng rãi và rất thành công
2 Ứng dụng
Công nghệ 3D GIS City 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… nhờ hiển thị đầy đủ và sinh động nhất về điện, nước, viễn thông, nhà cửa, đất đai… cả trên bề mặt và công trình ngầm dưới lòng đất của đô thị một cách nhanh chóng và chính xác, cụ thể là: 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 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…
3 Khái niệm về cấp độ chi tiết
Khái niệm cấp độ chi tiết(Level of Detail – LoD) diễn tả mức độ chi tiết, sự giống nhau giữa mô hình địa hình 3D và thế giới thực
Quá trình xây dựng bản đồ 3D chia thành 2 bước, bước 1 phải tạo khung sau đó bước 2 phủ lên trên các lớp màu và gắn thêm các đối tượng khác
- Bước 1: Xây dựng mô hình hình học bao gồm xây dựng mô hình địa hình
và mô hình hóa các đối tượng địa hình 3D
LoD miêu tả độ chi tiết của các đối tượng cụ thể như độ chính xác của DEM, những chi tiết nào của bề mặt đất có thể bỏ qua, những công trình kiến trúc
Trang 7nào phải được thể hiện và thể hiện đến mức nào, những tiểu tiết nào có thể được khái quát hoá
- Bước 2: Hiển thị trực quan LoD miêu tả về mặt hình thức đối tượng sẽ được thể hiện giống với hình ảnh thực đến mức nào Khi thiết kế mô hình mô phỏng thế giới thực người thiết kế khó có thể xây dựng được một mô hình giống thế giới thực 100% Mô hình càng giống thực tế thì dung tích dữ liệu càng lớn, tốc độ hiển thị càng chậm và chi phí xây dựng càng cao
3.1 Khái quát về ngôn ngữ tiêu chuẩn CityGML
3.1.1 Thông tin chung về CityGML
Hiện nay, mô hình đô thị 3D đang được xây dựng trên chuẩn dữ liệu khác nhau, CityGML là chuẩn dưới dạng ngôn ngữ eXtensible MarkUp Language được xây dựng thành tiêu chuẩn quốc tế do Open GIS Consortium (OGC) đề xuất với mục đích thành lập
và trao đổi dữ liệu không gian đô thị 3 chiều Trong CityGML, các đối tượng địa lý 3D trong đô thị được định nghĩa về mặt hình học, cấu trúc hình học (topology), các tính chất chuyên đề cũng như hình dáng bên ngoài Các định nghĩa này cho phép mã hóa các đối tượng địa lý 3D trong đô thị phục vụ các mục đích như quy hoạch đô thị, định vị, mô phỏng các tình huống môi trường và quản lý hạ tầng đô thị
3.1.2 Các lớp chuyên đề trong CityGML
Trong CityGML định nghĩa các lớp chuyên đề: Lớp các mô đun nền tảng, lớp nhà, lớp cầu, lớp đường hầm, lớp giao thông, lớp điện lưới, lớp sông ngòi, bề mặt đô thị và lớp
sử dụng chung
3.1.3 Cấu trúc hình học và quan hệ hình học của đối tƣợng trong CityGML
Mặt phẳng và đường thẳng là hai cấu trúc hình học đơn giản xây dựng nên cấu trúc hình học của CityGML
Các đối tượng hình học trong CityGML có quan hệ hình học (topology) tương đối đơn giản Các đối tượng hình học có thể sở hữu chung một đối tượng hình học là thành phần của nó
Trang 83.1.4 Mô hình các cấp độ chi tiết của đối tƣợng trong CityGML
Đối tượng trong CityGML được biểu diễn theo nguyên tắc đa tỷ lệ với các cấp độ chi tiết khác nhau Các đối tượng không gian được chia thành 5 mức độ chi tiết (Level of Detail) khác nhau bao gồm LoD0, LoD1, LoD2, LoD3 và LoD4 Hình 1.4 là ví dụ về một đối tượng không gian là một ngôi nhà được hiển thị ở các cấp độ chi tiết khác nhau Trong các cấp độ chi tiết:
Cấp độ chi tiết LoD0 là cấp độ tương đương với dữ liệu 2D (bao gồm các đường viền chân nhà)
Cấp độ chi tiết LoD1 sẽ hiển thị mỗi khối nhà bằng một hình khối đặc đơn giản bằng cách dâng cao (extrution) đường viên chân nhà lên một độ cao nhất định Cấp độ chi tiết LoD2 sẽ bổ sung thêm phần mái nhà so với cấp độ chi tiết LoD1
Ở cấp độ chi tiết LoD3, các phần của ngôi nhà sẽ được bổ sung như ống khói, các cửa sổ, cửa ra vào, v.v…
Ở cấp độ chi tiết cao nhất LoD4, mỗi ngôi nhà có thể hiển thị cả không gian bên trong nhà, các đồ vật, nội thất bên trong của ngôi nhà
Các cấp độ chi tiết từ LoD0, LoD1, LoD2, LoD3, LoD4 của đối tượng nhà
Trang 9III Các phần mềm 3D GIS
ArcScene
Được sử dụng cho việc mô hình hóa không gian ba chiều ArcScene là một công
cụ trong ArcGIS hỗ trợ trong việc xây dựng các mô hình 3D từ nền 2D, xây dựng các bản
đồ DEM và truy xuất, lập trình các công cụ trên nền 3D…
SketchUp
Các chức năng chính của Google SketchUp:
Xây dựng các bản vẽ xây dựng, kỹ thuật
Trang 10 Dựng hình ở các dạng 2D, 3D
Cho phép chia sẻ các đối tượng thiết kế được lên internet
Có thể lấy các thiết kể có sắn thông qua mạng trực tuyến Google Building Maker
Xây dựng các thiết kế bản vẽ dễ dàng và thuận lợi hơn các phần mềm khác
Sketchup trực quan hóa mọi động tương tự như khi vẽ tay Đơn vị cơ bản trong Sketchup là đường- mặt với các chuỗi thao tác vẽ, chia, nối, di chuyển, xoay, thu phóng, nâng khối, cắt khối, trượt dẫn, tô màu, vẽ địa hình
Bentley Map
Bentley map là bản đồ giàu tính năng Nó đáp ứng yêu cầu của các tổ chức liên quan đến việc lập bản đồ, lập kế hoạch, tạo dựng và quản lý cơ sở hạ tầng của thế giới và tạo điều kiện cho việc thành lập, duy trì, chia sẻ và phân tích các thông tin địa lý 2D/3D
Nó cũng hỗ trợ cho sự phát triển của các ứng dụng GIS tùy chỉnh Bản đồ Bentley mang đến cho người sử dụng những khả năng sau:
Trang 11 Tận dụng không gian địa lý tự nhiên, lưu giữ và chỉnh sửa tất cả các loại dữ liệu không gian
Sử dụng các công cụ chỉnh sửa 3D thông minh
Phân tích các dữ liệu không gian 2D và 3D
Đánh giá và quản lý dữ liệu không đồng nhất
Tạo ra những cảnh phim 3D chất lượng cao và sinh động
Xuất bản các bản đồ chất lượng cao
Khởi động nhanh chóng các dự án thành phố 3D GIS bằng cách sử dụng City GML của bản đồ Bentley dựa vào mô hình dữ liệu
Bản đồ Bently được cung cấp 3 phiên bản để phù hợp với yêu cầu của người sử dụng Đó là:
– Bentley map powerview: hình dung và chỉnh sửa các thông tin không gian địa lý 2D/3D
– Bentley map: chỉnh sửa, phân tích và quản lý các thông tin không gian địa
lý 2D/3D bao gồm việc hoàn thành bản đồ và nâng cao các công cụ quản lý (chạy độc lập hoặc trên MicroStation)
– Bentley map Enterprise: chỉnh sửa, phân tích và quản lý thông tin không gian địa lý 2D/3D cùng với việc nâng cao quản lý hình ảnh quét và khung chất rắn cho quy trình công việc thành phố 3D
Trang 12CityEngine là một phần mềm độc lập cung cấp cho người dùng chuyên nghiệp trong kiến trúc, quy hoạch đô thị, GIS và sản xuất nội dung 3D chung với một thiết kế ý tưởng độc đáo và giải pháp xây dựng mô hình để tạo ra hiệu quả của thành phố và các tòa nhà 3D Điều quan trọng nổi bật của CityEngine bao gồm:
CityEngine hỗ trợ định dạng chuẩn công nghiệp như ESRI Shapefile hoặc DXF
mà cho phép xuất nhập khẩu bất kỳ dữ liệu geo-spatial / vector như bưu kiện, xây dựng dấu chân với các thuộc tính tùy tiện, hoặc dòng dữ liệu để tạo ra mạng lưới đường phố
Để sao chép thành phố trực thuộc thực sự hoặc có hiệu quả tạo ra một môi trường
đô thị cho các thiết kế, có thể sử dụng dữ liệu từ OpenStreetMap Ở đó bạn có thể tải về dữ liệu miễn phí không gian địa lý của thành phố thực và nhập trực tiếp vào CityEngine
CityEngine cung cấp phát triển các công cụ để nhanh chóng thiết kế và bố trí xây dựng đô thị Street mẫu như lưới, hữu cơ hoặc tròn có sẵn và các địa hình của địa hình được đưa vào mô hình
Trang 13 CityEngine hỗ trợ Collada, Autodesk FBX, 3DS cho phép trao đổi dữ liệu 3D hoàn hảo
IV Ứng dụng vào các phần mềm
Có rất nhiều cách để chúng ta có thể chuyển các dữ liệu dạng 3D từ các phần mềm đã nêu
ở trên sang phần mềm ArcScene của Esri
Nhóm chúng em đã chọn phần mềm Sketchup để thao tác, vẽ trên đó Sau khi đã thao tác xong, sẽ Export file
Bước 1: Xác định khu vực cần vẽ trên Google Earth, sau đó đi thực nghiệm, thực địa tại
vị trí đó Đo chính xác kích thước của khu vực
Trang 14Bước 2: Vẽ khu vực cần chuyển hóa cơ sở hạ tầng dạng 3D trên sketchup Ví dụ ở đây
lấy một khu vực tại Singapore
Bước 3: Xuất file đã vẽ sang file 3D
Trang 15Bước 4: Mở ứng dụng ArcScene để Import file 3D vào bằng hộp toolbox
Bước 5: Nhập file theo các bược ArctoolBox 3D Analys Tools Conversion Import 3D
Files
Trang 16Bước 6: File đã nhập ra trên màn hình
Bước 7: Nhập thêm các tool từ file gốc vào bằng lệnh 3D Editor Insert tool Chọn file
gốc
Trang 17Bước 8: Xóa layer đầu tiên và giữ lại layer có các thuộc tính, tool và gốc lại với nhau
theo lệnh Edit placement Chọn vào file gốc Delete Kết quả cho ra còn lại layer có tool
Bước 9: Thao tác vẽ trên file
