NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÀNH PHỐ ẢO PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUY HOẠCH ĐÔ THỊ

Chính vì vậy, việc xây dựng mô hình thành phố ảo 3D dựa trên một CSDL 3D thống nhất về nội dung, cấu trúc sẽ đảm bảo cho công tác quy hoạch và quản lý đô thị tiến thêm một bước mới trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

MAI VĂN SỸ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÀNH PHỐ ẢO

PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUY HOẠCH ĐÔ THỊ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

MAI VĂN SỸ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÀNH PHỐ ẢO

PHỤC VỤ CÔNG TÁC QUY HOẠCH ĐÔ THỊ

Ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ

Mã số : 9 520503

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn Khoa học:

PGS.TS Nguyễn Trường Xuân

Hà Nội, 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả trong luận án trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

Tác giả luận án

Mai Văn Sỹ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7

1.1 Tổng quan về công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta 7

1.1.1 Tổng quan về quy hoạch không gian, quy hoạch đô thị 7

1.1.2 Yêu cầu của quy hoạch đô thị 9

1.1.3 Thực trạng công tác lập đồ án quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta 12

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ứng dụng mô hình 3D trong công tác quy hoạch và quản lý đô thị trên thế giới 15

1.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 24

1.4 Hướng nghiên cứu của đề tài luận án 26

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG THÀNH PHỐ ẢO 3D PHỤC VỤ QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ ĐÔ THỊ 29

2.1 Thành phố ảo 3D 29

2.2 Nội dung dữ liệu không gian của mô hình thành phố 3D 30

2.2.1 Nhóm dữ liệu nền địa lý 3D 32

2.2.2 Nhóm dữ liệu địa vật trong không gian đô thị 33

2.2.3 Tích hợp từ các nguồn dữ liệu khác 39

2.3 Nghiên cứu đề xuất cơ sở dữ liệu thành phố ảo 3D 46

2.3.1 Khung tham chiếu không gian của dữ liệu 47

2.3.2 Cấu trúc đồ họa đối tượng 3D 47

2.3.4 Đề xuất cấp độ chi tiết trong mô hình thành phố ảo 3D 56

2.3.5 Đề xuất nội dung và cấu trúc dữ liệu 59

2.4 Đề xuất quy trình xây dựng thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị 72

2.4.1 Quy trình tổng quát 72

2.4.2 Quy trình xây dựng bản đồ 3D từ ảnh viễn thám độ phân giải cao 72

2.4.3 Đề xuất quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch đô thị 74

CHƯƠNG 3.THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÀNH PHỐ ẢO 3D KHU CÔNG NGHIỆP ĐÔ THỊ KIẾN THỤY, TP HẢI PHÒNG 79

3.1 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 79

3.2 Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D khu thử nghiệm 82

3.2.1 Lựa chọn phần mềm 82

3.2.2 Công tác chuẩn bị dữ liệu để xây dựng mô hình 3D 85

3.2.3 Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D 88

3.3 Tích hợp phương án quy hoạch 90

3.3.1 Số hóa phương án 90

3.3.2 Chuẩn hóa dữ liệu không gian 3D phương án quy hoạch 91

3.3.3 Tích hợp phương án quy hoạch lên mô hình thành phố ảo 3D 96

3.4 Xây dựng một số “công cụ” phần mềm hỗ trợ 101

3.5 Giới thiệu một số kết quả ứng dụng mô hình thành phố ảo 3D khu thực nghiệm 115

3.5.1 Trình diễn các góc nhìn mô hình 115

3.5.2 Phân tích và Mô phỏng 116

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ 125

ĐÃ CÔNG BỘ CÓ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN 125

TÀI LIỆU THAM KHẢO 126

có thể hoàn thành bản luận án NCS cũng xin chân thành cảm ơn sự động viên, khích lệ của gia đình và bạn bè trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án này

Hà Nội, tháng 3 năm 2019

NCS Mai Văn Sỹ

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CityGML City Geography Mark-up language

DEM Digital Elevation Model - Mô hình số độ cao

DTM Digital Terrain Model – Mô hình số địa hình

GIS Geographic Information System – Hệ thông tin địa lý

GPS Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu GeoVE Geovirtual environments – Môi trường địa lý ảo

SDI Spatial Data Infrastructure - Hạ tầng dữ liệu không gian TIN Triangular Irregular Network – Mạng lưới tam giác không

gian không đều

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Quy định về độ chính xác về độ cao đối tượng 3D 62Bảng 3.1: Cơ cấu sử dụng đất của đồ án thiết kế quy hoạch 81Bảng 3.2: Các gói dữ liệu trong CSDL nền địa lý 1:2000 87Bảng 3.3: Tỷ lệ đất tối thiểu trồng cây xanh trong các lô đất xây dựng công trình 104Bảng 3.4: Diện tích đất cây xanh sử dụng công cộng trong các đô thị 105Bảng 3.5: Tiêu chuẩn không gian trong thiết kế tương quan 111

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Một góc mô hình 3D thành phố Boston 19

Hình 1.2: Một góc mô hình 3D thành phố NewYork 19

Hình 1.3: Mô hình 3D khu vực đài tưởng niệm Lincoln tại Washington 20

Hình 1.4: Mô hình 3D khu vực tòa tháp 101 tầng, Đài Bắc, Đài Loan 20

Hình 1.5: Mô hình 3D thành phố SongDo, Hàn Quốc 21

Hình 1.6: Mô hình thành phố 3D của Berlin, Cộng hòa liên bang Đức 22

Hình 2.1: Ba thành phần cơ bản khung nhìn mô hình thành phố ảo 3D 30

Hình 2.2: Phương pháp tích hợp cho dữ liệu vector địa lý 39

Hình 2.3: Phương pháp Extrusion-based modeling được sử dụng để biểu diễn các sơ đồ tổng thể thông qua các mô hình khối và các cấu tạo bề mặt địa hình 41 Hình 2.4: Phương pháp tiếp cận mô hình 3D để tạo ra các biểu diễn quy hoạch như là mô hình 3D 42

Hình 2.5: Minh họa phương pháp mô hình hóa dựa trên CityGML 43

Hình 2.6: Đối tượng trên mô hình thành phố 3D 48

Hình 2.7: Mô tả dựng hình 3D từ 5 loại đối tượng cơ sở 49

Hình 2.8: Kiểu mô hình thành phố 3D của Shiode, dựa trên mức độ thực tế 55

Hình 2.9: Kiểu mô hình thành phố 3D của Shiode, dựa trên các chức năng phân tích 55

Hình 2.10: Kiểu mô hình thành phố 3D của Batty 56

Hình 2.11: Một số kiểu biến thể về mặt hình học của một mô hình 3D ở LoD1 57 Hình 2.12: Các cấp độ chi tiết (LoD) trong mô hình thành phố ảo 3D 59

Hình 2.13: Lược đồ cấu trúc của mô hình CSDL thành phố ảo 3D 63

Hình 2.14: Khung CSDL phương án quy hoạch 64

Hình 2.15: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung địa hình 65

Hình 2.16: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung nhà và khối nhà 67

Hình 2.17: Khung CSDL nhóm nội mô hình ngầm 68

Hình 2.18: Khung CSDL nhóm nội mô hình cầu 68

Hình 2.19: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung mặt nước 69

Hình 2.20: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung giao thông 70

Hình 2.21: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung thực vật 71

Hình 2.22: Lược đồ cấu trúc nhóm nội dung sử dụng đất 71

Hình 2.23: Quy trình xử lý và thành lập mô hình 3D 72

Hình 2.24: Quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D bằng ảnh viễn thám độ phân giải cao 73

Hình 2.25: Mô hình thành phố ảo 3D được thành lập từ ảnh viễn thám độ phân giải cao 73

Hình 2.26: Quy trình xây dựng Mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị 75

Hình 3.1: Sơ đồ vị trí mối liên hệ vùng 79

Hình 3.2: Cấu trúc hoạt động của Skyline 83

Hình 3.3: Sơ đồ thiết kế lưới khống chế ảnh 85

Hình 3.4: Bình đồ ảnh khu vực nghiên cứu được thành lập từ ảnh UAV 86

Hình 3.5: Mô hình số bề mặt (DSM) 86

Hình 3.6: Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 87

Hình 3.7: Cấu trúc cơ sở dữ liệu 88

Hình 3.8: Kết quả mô phỏng địa hình 88

Hình 3.9: Phương án quy hoạch được số hóa trên phần mềm ArcGIS 90

Hình 3.10: Thông tin lớp nhà cao tầng 91

Hình 3.11: Mô hình mẫu cột đèn và đèn báo hiệu giao thông 94

Hình 3.12: Thiết kế mô hình đối tượng trên phần mềm SketchUp 94

Hình 3.13: Ký hiệu hạ tầng kỹ thuật 95

Hình 3.14:Thư viện ký hiệu cây độc lập/thảm thực vật 95

Hình 3.15: Ảnh cấu trúc sử dụng trong bản đồ 3D 96

Hình 3.16: Gán các cấp độ LoD cho đối tượng khối nhà 96

Hình 3.17: Mô hình 3D được thành lập từ CSDL 2D 97

Hình 3.18: Tích hợp mô hình nhà xưởng vào mô hình 3DCM 98

Hình 3.19:Tích hợp đường giao thông vào mô hình 3DCM 98

Hình 3.20: Mặt nước được tích hợp vào mô hình thành phố 3D 99

Hình 3.21: Cây xanh, công viên được tích hợp vào mô hình thành phố 3D 99

Hình 3.22: Tàu điện được tích hợp vào mô hình thành phố 3D 100

Hình 3.23:Mô phỏng các tuyến đường dây điện 100

Hình 3.24: Mô phỏng các công trình cấp thoát nước 101

Hình 3.25: Cơ sở dữ liệu mô hình 3DCM 101

Hình 3.26: Giao diện chính phần mềm Mô hình thành phố ảo 3D 102

Hình 3.27: Giao diện tiếng Việt, thân thiện với người dùng 102

Hình 3.28: Chức năng tính toán hệ số sử dụng đất đoạn code sau để tính toán hệ số sử dụng đất: 105

Hình 3.29: Thuộc tính đối tượng nhà và khối nhà 107

Hình 3.30: Kiểm tra thiết kế tòa nhà đoạn code sau kiểm tra thiết kế tòa nhà: 109 Hình 3.31: Kiểm tra khoảng lùi của công trình đoạn code chức năng kiểm tra khoảng lùi công trình: 112

Hình 3.32: Mô hình 3DCM phục vụ trình diễn và giới thiệu thành phố 116

Hình 3.33: Bản đồ về kiểm soát chiều cao của trung tâm thành phố 117

Hình 3.34: Tìm kiếm các đối tượng theo khoảng cách 118

Hình 3.35: Tìm kiếm các đối tượng theo khu vực 118

Hình 3.36: Phân tích tầm nhìn 119

Hình 3.37: Bóng tòa nhà 120

Hình 3.38: Mô hình khái quát của hệ thống 103

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Như chúng ta đã biết quy hoạch đô thị là tổ chức và xây dựng không gian

đô thị phục vụ các kế hoạch và chương trình phát triển đô thị của các cấp các ngành Quy hoạch đô thị được gọi là Quy hoạch xây dựng đô thị Quy hoạch xây dựng đô thị là một ngành khoa học kỹ thuật, xã hội, nhân văn, là nghệ thuật về

tổ chức không gian sống cho các đô thị và các khu vực đô thị Nó là nghệ thuật sắp xếp tổ chức các không gian chức năng, khống chế hình thái kiến trúc trong

đô thị trên cơ sở điều tra, dự báo, tính toán sự phát triển, đặc điểm, vai trò, nhu cầu và nguồn lực của đô thị, nhằm cụ thể hóa chính sách phát triển, giảm thiểu các tác động có hại phát sinh trong quá trình đô thị hóa, tận dụng tối đa mọi nguồn lực, và hướng tới sự phát triển bền vững Các không gian đô thị, công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội đô thị cần được quy hoạch phù hợp với phát triển tổng thể kinh tế - xã hội- môi trường, an ninh - quốc phòng Việc quy hoạch và quản lý đô thị đòi hỏi phải giải quyết tổng thể các yêu cầu về thiết kế, quy hoạch cấu trúc không gian, môi trường sinh thái, kinh tế và xã hội Tất cả đều cần một môi trường đa chiều, cụ thể là môi trường không gian 3D thực hay không gian 4D (để xem xét sự thay đổi theo thời gian) Việc thực hiện quy hoạch đô thị, thiết kế đô thị trong môi trường 3D là một bước tiến nhảy vọt

về công nghệ thay thế cho phương pháp quy hoạch đô thị truyền thống 2D, nó

có ý nghĩa to lớn đối với các nhà quản lý và thiết kế đô thị trong giai đoạn hiện nay

Thay vì được mô tả bằng văn bản, các sơ đồ thiết kế, quy hoạch thành phố

và các quy tắc có thể được trình bày và phân tích trong môi trường mô phỏng 3D Việc thay đổi kết cấu đô thị và mật độ xây dựng có thể được phân tích thông qua việc phân tích cấu trúc Môi trường tiếng ồn, tình trạng ánh sáng, môi

trường nhiệt, điều kiện thông gió và tình trạng ô nhiễm môi trường có thể được phân tích thông qua việc tính các chỉ số không gian của đô thị Việc kiểm soát chiều cao, màu sắc và kiến trúc các tòa nhà và các đánh giá của môi trường xung quanh các tòa nhà và đường phố có sẵn dựa trên các phân tích trực quan bở dữ liệu số Việc phân tích sự phân bố của các khu chức năng khác nhau và vị trí thích hợp của nó có thể thông qua phân tích tương quan trong không gian 3D Vì vậy, chúng ta cần có các chiến lược quản lý hiện đại ứng dụng công nghệ thông tin như hệ thông tin địa lý, dịch vụ thông tin dựa trên internet, hiển thị 3D, công nghệ mô phỏng nhằm hỗ trợ việc ra quyết định và cải thiện thông lượng truyền thông giữa các cơ quan chức năng, người dân và các doanh nghiệp

Cho đến nay ở nước ta, việc nghiên cứu và ứng dụng mô hình bản đồ 3D biểu diễn bề mặt đất mới chỉ dừng ở việc mô phỏng địa hình, địa vật, dựng hình

và gán các thuộc tính đơn giản mà chưa xây dựng và quản lý cơ sở dữ liệu các đối tượng đô thị theo mô hình 3D, chưa có khung chuẩn thống nhất cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính của đối tượng 3D những vấn đề này sẽ làm cho việc nghiên cứu ứng dụng mô hình 3D trong công tác quy hoạch đô thị ở nước ta chưa tương ứng với ý nghĩa của nó và chưa đáp ứng được nhu cầu của thực tế Chính vì vậy, việc xây dựng mô hình thành phố ảo 3D dựa trên một CSDL 3D thống nhất về nội dung, cấu trúc sẽ đảm bảo cho công tác quy hoạch và quản lý

đô thị tiến thêm một bước mới trong trên con đường xây dựng thành phố thông minh (SmartCity) và ở đó mô hình thành phố ảo 3D được thiết lập như một phần của cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian địa lý

Trên thế giới, việc ứng dụng các mô hình thành phố ảo 3D trong công tác quy hoạch, thiết kế và quản lý đô thị, quản lý lãnh thổ đã và đang được nghiên cứu và đã trở thành một phương pháp hiện đại

Ở Việt Nam, một số nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu áp dụng kỹ thuật bản đồ số, GIS và công nghệ tin học… để xây dựng các mô hình 3D phục vụ

cho một vài lĩnh vực Tuy nhiên do khối lượng công việc lớn, nhiều vấn đề kỹ thuật còn vướng mắc và chuẩn dữ liệu 3D chưa được thống nhất nên đến nay việc triển khai xây dựng các mô hình thành phố ảo 3D vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu Đặc biệt là việc nghiên cứu một cách có hệ thống và đưa ra cơ

sở khoa học và quy trình xây dựng các mô hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị cần được triển khai

Vì vậy, việc nghiên cứu cơ sở khoa học cũng như ứng dụng và phát triển các kỹ thuật, các công cụ và các phương pháp phù hợp để xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị của đề tài luận án

là cần thiết, mang tính khoa học và có tính thực tiễn cao

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xác lập cơ sở khoa học và quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ cho công tác quy hoạch và quản lý đô thị, minh chứng qua thực nghiệm tại Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng

3 Đối tượng nghiên cứu

Theo mục tiêu nghiên cứu của đề tài, đối tượng nghiên cứu là Mô hình thành phố ảo 3D

4 Phạm vi nghiên cứu

- Mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị

- Thực nghiệm tại Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, TP Hải Phòng

5 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan tình hình nghiên cứu xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị trên thế giới và việt Nam

- Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng thành phố ảo 3D, trong đó đề xuất danh mục nội dung, cấu trúc, cấp độ chi tiết của mô hình thành phố ảo 3D từ cơ

sở dữ liệu nền địa lý kết hợp với đồ án thiết kế quy hoạch và các tư liệu liên quan khác

- Đề xuất quy trình công nghệ xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục

vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta

- Thực nghiệm xây dựng mô hình thành phố ảo 3D Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng

6 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân tích tổng hợp: Thu thập và nghiên cứu các đề tài đã

nghiên cứu trong và ngoài nước, trên Internet, sách, báo, tạp chí có liên quan đến mô hình 3D, quy hoạch đô thị Từ đó đánh giá, phân tích, phân loại tài liệu theo nguồn gốc, chủng loại, thời gian, tác giả, ngôn ngữ…thành các loại tài liệu chính, tài liệu tham khảo, tài liệu pháp lý, kế thừa có chọn lọc các kết quả đã nghiên cứu

Phương pháp mô hình hóa: Mô hình bản đồ, mô hình ảnh, mô hình cấu

trúc đối với dữ liệu số, biểu thị bản đồ số, biểu thị mô hình 3D tĩnh, động.…

Phương pháp GIS: phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu và phân tích không

gian địa lý

Phương pháp tin học: Phục vụ phát triển các Modul ứng dụng

Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm tại Khu đô thị công

nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng để chứng minh các kết quả nghiên cứu của luận án

Phương pháp chuyên gia: Thông qua hội thảo, góp ý, xin ý kiến các

chuyên gia, các nhà khoa học trong lĩnh vực quy hoạch đô thị, trong lĩnh vực trắc địa bản đồ, lĩnh vực công nghệ thông tin

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

công nghệ thành phố ảo 3D và có ý nghĩa trong việc tạo tiền đề cho việc xây dựng và phát triển mô hình dữ liệu thành phố thông minh SmartCity

Ý nghĩa thực tiễn:

- Mô hình thành phố ảo 3D được xây dựng là các thông tin có giá trị cho cho các nhà quy hoạch và quản lý dự án khu công nghiệp Kiến Thụy thành phố Hải Phòng

- Phương pháp và quy trình đã được nghiên cứu có thể phát triển áp dụng trong công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta

8 Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Cơ sở dữ liệu thành phố ảo 3D hoàn toàn đáp ứng cho trình

diễn phối cảnh, cung cấp thông tin không gian sáng tạo, trực quan, đảm bảo cho

phân tích và hỗ trợ ra quyết định trong quy hoạch và lý đô thị

Luận điểm 2: Quy trình công nghệ được đề xuất phù hợp với yêu cầu xây

dựng thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị

9 Những điểm mới của đề tài

- Đề xuất được CSDL thành phố ảo 3D bao gồm nội dung, cấu trúc dữ liệu, cấp độ chi tiết để áp dụng trong xây dựng quy hoạch và quản lý đô thị ở

nước ta

- Đề xuất được quy trình công nghệ phù hợp trong xây dựng và khai thác

mô hình thành phố ảo 3D phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị

10 Cấu trúc của luận án

Luận án được trình bày trong 133 trang khổ giấy A4, trong đó có 6 bảng biểu,

70 hình vẽ và được cấu trúc thành:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở khoa học xây dựng thành phố ảo 3D trong quy hoạch và quản lý đô thị

Chương 3: Xây dựng mô hình thành phố ảo 3D phục vụ quy hoạch Khu

đô thị công nghiệp Kiến Thụy, thành phố Hải Phòng

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta 1.1.1 Tổng quan về quy hoạch không gian, quy hoạch đô thị

Quy hoạch không gian hay quy hoạch xây dựng là việc tổ chức và định hướng không gian vùng, không gian đô thị và dân cư, hệ thống công trình hạ tầng kỹ thuật, hạ tầng xã hội, tạo lập môi trường sống thích hợp cho người dân sống tại các lãnh thổ đó, đảm bảo kết hợp hài hòa giữa lợi ích quốc gia và lợi ích cộng đồng, đáp ứng được các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội, quốc phòng -

an ninh và bảo vệ môi trường [1]

Như vậy, quy hoạch không gian (QHKG) là một hoạt động nhằm tạo ra một chuỗi có trật tự các hành động dẫn dắt tới việc thực hiện một hay nhiều mục tiêu đã dự kiến Các kỹ thuật chính của quy hoạch là các văn bản tường trình được bổ sung theo nhu cầu những dự báo thống kê, những công thức toán, những đánh giá số lượng và những biểu bảng minh họa cho các quan hệ giữa các

bộ phận khác nhau của dự án [2] Nó có thể, nhưng không nhất thiết phải bao gồm các bản vẽ không gian chính xác của các đối tượng

Quy hoạch không gian là một phương thức quy hoạch mới, được áp dụng hiệu quả ở các nước và nhiều thành phố trên thế giới trong nhiều năm qua Tương tự như các loại hình quy hoạch khác, QHKG luôn đi trước các hoạt động phát triển và đóng vai trò hỗ trợ kiểm soát phát triển các đô thị và lãnh thổ

Quy hoạch không gian và quản lý không gian đòi hỏi xác lập một cơ chế phối hợp liên ngành, liên cơ quan, liên vùng trong quản lý và giải quyết đồng bộ các quan hệ phát triển khác nhau, trong đó quan hệ giữa các mảng không gian và

tổ chức không gian hợp lý cho phát triển kinh tế bền vững là một trong những nhiệm vụ quan trọng và cần đi trước một bước

Nhu cầu phát triển kinh tế trong bối cảnh cạnh tranh và xung đột không gian khai thác, sử dụng ở Việt Nam ngày càng gia tăng Vì vậy, việc áp dụng quy hoạch không gian đã trở thành nhu cầu thực tiễn cấp bách trong quản lý nhà nước tổng hợp và thống nhất đối với Việt Nam trong thời gian tới

Có thể nói, quy hoạch không gian và quản lý tổng hợp theo không gian đang còn là những vấn đề mới mẻ đối với không chỉ các nhà quản lý và hoạch định chính sách, mà còn đối với ngay cả các nhà khoa học và quy hoạch ở Việt Nam

Quy hoạch đô thị là việc tổ chức không gian, kiến trúc, cảnh quan đô thị,

hệ thống công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội và nhà ở để tạo lập môi trường sống thích hợp, phù hợp với chiến lược phát triển tổng thể kinh

tế – xã hội, môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu, sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả, đảm bảo an ninh – quốc phòng, được thể hiện thông qua đồ án quy hoạch đô thị Theo đó, có một số mức quy hoạch như sau:

- Quy hoạch chung là việc tổ chức không gian, hệ thống các công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội và nhà ở cho một đô thị phù hợp với sự phát triển kinh tế – xã hội của đô thị, bảo đảm quốc phòng, an ninh và phát triển bền vững

- Quy hoạch phân khu là việc phân chia và xác định chức năng, chỉ tiêu sử dụng đất quy hoạch đô thị của các khu đất, mạng lưới công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội trong một khu vực đô thị nhằm cụ thể hóa nội dung quy hoạch chung

- Quy hoạch chi tiết là việc phân chia và xác định chỉ tiêu sử dụng đất quy hoạch đô thị, yêu cầu quản lý kiến trúc, cảnh quan của từng lô đất; bố trí công trình hạ tầng kỹ thuật, công trình hạ tầng xã hội nhằm cụ thể hóa nội dung của quy hoạch phân khu hoặc quy hoạch chung

Bản chất và sự khác biệt giữa quy hoạch chung, quy hoạch phân khu, quy

hoạch chi tiết đô thị nằm ở mức độ yêu cầu của nội dung nghiên cứu, cách thức thể hiện (tỉ lệ bản đồ), thời gian quy hoạch, cấp phê duyệt của từng loại đồ án và tính quan hệ, phụ thuộc giữa chúng (Quy hoạch chung/quy hoạch cấp trên; quy hoạch phân khu, quy hoạch chi tiết/quy hoạch cấp dưới)

1.1.2 Yêu cầu của quy hoạch đô thị

1.1.2.1 Nội dung của quy hoạch đô thị

Nội dung đồ án quy hoạch đô thị bao gồm việc xác định chỉ tiêu về dân

số, hạ tầng xã hội, hạ tầng kỹ thuật và yêu cầu tổ chức không gian, kiến trúc cho toàn khu vực quy hoạch; bố trí công trình hạ tầng xã hội phù hợp với nhu cầu sử dụng; chỉ tiêu sử dụng đất và yêu cầu về kiến trúc công trình đối với từng lô đất;

bố trí mạng lưới các công trình hạ tầng kỹ thuật đến ranh giới lô đất [2] Trong nội dung thiết kế đô thị của đồ án quy hoạch đô thị bao gồm việc xác định các công trình điểm nhấn trong khu vực quy hoạch theo các hướng tầm nhìn, tầng cao xây dựng công trình cho từng lô đất và cho toàn khu vực; khoảng lùi của công trình trên từng đường phố và ngã phố; xác định hình khối, màu sắc, hình thức kiến trúc chủ đạo của các công trình kiến trúc; hệ thống cây xanh, mặt nước, quảng trường.Chất lượng, phương pháp và biểu thị không gian đô thị trên

mô hình bản đồ có ý nghĩa to lớn trong nội dung của đồ án quy hoạch đô thị Đây là vấn đề có tính kỹ thuật cao với sự kết hợp giữa các nhà quy hoạch và các nhà bản đồ, nhằm cung cấp cho cấp có thẩm quyền trong xét duyệt phương án

và đồng thời cho cho các cơ quan, tổ chức, cá nhân trong thực thi phương án quy hoạch một cách hiệu quả nhất Nội dung hồ sơ nhiệm vụ quy hoạch chung đô thị

đã được quy định tại Thông tư 12/2016/TT-BXD ngày 29/06/2016 bao gồm:

- Sơ đồ vị trí và liên hệ vùng: Xác định vị trí, ranh giới lập quy hoạch; thể hiện các mối quan hệ giữa đô thị và vùng, khu vực có liên quan về kinh tế - xã hội; điều kiện địa hình, địa vật, các vùng có ảnh hưởng lớn đến kiến trúc cảnh quan đô thị; hạ tầng kỹ thuật đầu mối và các vấn đề khác tác động đến phát triển

đô thị Thể hiện trên nền bản đồ địa hình theo tỷ lệ thích hợp

- Bản đồ hiện trạng: Sử dụng đất, kiến trúc cảnh quan, hệ thống hạ tầng xã hội (giáo dục, y tế, văn hóa, thương mại, cây xanh, nhà ở, ); hiện trạng giao thông, cấp điện và chiếu sáng đô thị, cấp nước, cao độ nền và thoát nước mưa, thoát nước bẩn; thu gom chất thải rắn, nghĩa trang, môi trường Thể hiện trên nền bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2.000 hoặc 1:5.000

- Bản đồ đánh giá tổng hợp về đất xây dựng trên cơ sở từ thuyết minh có tiêu chí đánh giá phù hợp về địa hình, điều kiện hiện trạng, địa chất thủy văn; đánh giá về giá trị sử dụng đất: Xác định các khu vực thuận lợi, ít thuận lợi, không thuận lợi cho phát triển các chức năng đô thị; xác định các vùng cấm, hạn chế phát triển đô thị Thể hiện trên nền bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2.000 hoặc 1:5.000

- Sơ đồ cơ cấu phát triển đô thị (các sơ đồ phân tích hiện trạng và đề xuất các phương án kèm theo thuyết minh nội dung về tiêu chí xem xét, lựa chọn các phương án) Thể hiện theo tỷ lệ thích hợp

- Bản đồ định hướng phát triển không gian đô thị Thể hiện trên nền bản

Như vậy có thể thấy tầm quan trọng không thể thiếu của các sản phẩm bản

đồ (2D) trong công tác lập quy hoạch nói chung và lập quy hoạch đô thị nói

riêng Chất lượng, phương pháp và biểu thị không gian đô thị trên mô hình bản

đồ có ý nghĩa to lớn trong nội dung của đồ án quy hoạch đô thị Đây là vấn đề có tính kỹ thuật cao với sự kết hợp giữa các nhà quy hoạch và các nhà bản đồ, nhằm cung cấp cho cấp có thẩm quyền trong xét duyệt phương án và đồng thời cho cho các cơ quan, tổ chức, cá nhân trong thực thi phương án quy hoạch một cách hiệu quả nhất

1.1.2.2 Chức năng của một số loại bản đồ trong đồ án quy hoạch

Bản đồ địa hình phục vụ lập đồ án quy hoạch đô thị do cơ quan quản lý nhà nước về bản đồ cấp hoặc do cơ quan chuyên môn khảo sát, đo đạc lập, bảo đảm yêu cầu về chất lượng và kỹ thuật theo quy định về sản phẩm đo đạc bản

đồ Các thông tin, dữ liệu của bản đồ địa hình phải đáp ứng yêu cầu phục vụ việc lập quy hoạch đô thị phù hợp với từng loại đồ án quy hoạch đô thị Trường hợp bản đồ địa hình không phù hợp với hiện trạng tại thời điểm lập quy hoạch thì thực hiện khảo sát đo đạc chỉnh lý, bổ sung

Bản đồ quy hoạch chung tỉ lệ 1:5.000 có giá trị xác định các khu vực chức năng, những định hướng tính giao thông, sẽ rõ ràng mốc giới, địa giới của các phần đất dành để phát triển hạ tầng đường, cầu, cống, điện, trường học, khu dân

cư, cây xanh, hồ nước Có thể nói, bản đồ quy hoạch 1:5.000 là cơ sở gốc để xác định mục tiêu phát triển, kêu gọi đầu tư cũng như vấn đề giải phóng mặt bằng, đền bù, di dân

Bản đồ quy hoạch phân khu tỉ lệ 1:2.000 nhằm phân chia và xác định chức năng sử dụng đất và mạng lưới công trình hạ tầng nhằm cụ thể hóa nội dung của quy hoạch chung đô thị Nội dung của quy hoạch phân khu bao gồm: xác định phạm vi ranh giới, diện tích, tính chất khu vực lập quy hoạch, chỉ tiêu dự kiến về dân số, sử dụng đất, hạ tầng xã hội, hạ tầng kỹ thuật đối với từng ô phố và đấu nối hạ tầng kỹ thuật chung; xác định chức năng sử dụng đất cho từng khu đất; nguyên tắc tổ chức không gian, kiến trúc cảnh quan và đánh giá tác môi trường

chiến lược Mặt khác quy hoạch này có nhiều nội dung xác định vị trí công trình

kỹ thuật và ranh giới trên đất Do đó quy hoạch này liên quan mật thiết với quyền sờ hữu về đất đai (về quyền sử dụng đất), vì vậy nó có giá trị pháp lý cao,

nó là căn cứ để giải quyết tranh tụng

Bản đồ quy hoạch chi tiết tỉ lệ 1:500 cụ thể hóa nội dung quy hoạch phân

khu và quy hoạch chung Bản đồ quy hoạch chi tiết bố trí cụ thể tất cả các công trình trên đất Về hạ tầng kỹ thuật, quy hoạch chi tiết bố trí đến từng ranh giới lô đất Nói cách khác, bản đồ quy hoạch chi tiết 1:500 chính là quy hoạch tổng mặt bằng của các dự án dầu tư xây dựng, là cơ sở để định vị công trình, thiết kế cơ

sở, thiết kế kỹ thuật xây dụng công trình và thực hiện xây dựng

1.1.3 Thực trạng công tác lập đồ án quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta

Có thể khẳng định, quy hoạch đô thị đã mang lại hiệu quả to lớn, làm tiền

đề, cơ sở để triển khai các dự án đầu tư trên mọi lĩnh vực nhằm thúc đẩy kinh tế

- xã hội phát triển, nâng cấp nhiều đô thị, từng bước nâng cao chất lượng cuộc sống của nhân dân Tuy nhiên, thời gian qua, công tác quy hoạch đô thị còn khá nhiều bất cập, hạn chế Hiện nay trên thế giới, việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong nghiên cứu và thiết kế quy hoạch đã trở nên rất phổ biến Đối với nước ta, đây cũng là một yếu tố quan trọng để nâng cao chất lượng đồ án và tiết kiệm thời gian Trong những năm gần đây, nhiều phần mềm vi tính cũng như các công nghệ phụ trợ đã được khai thác sử dụng khá rộng rãi trong công tác quy hoạch, nhưng chủ yếu vẫn hạn chế ở mức độ thể hiện sản phẩm Việc nghiên cứu lựa chọn và chuyển giao công nghệ phần mềm để phục vụ quá trình nghiên cứu thiết kế các đồ án quy hoạch, nâng cao chất lượng trang thiết bị cho phù hợp chưa được quan tâm và đầu tư thích đáng trong các tổ chức tư vấn và nghiên cứu thiết kế quy hoạch để quốc tế hoá sản phẩm, đáp ứng yêu cầu mở rộng quan hệ, giao lưu trong quá trình hội nhập của đất nước

Về cơ bản, trình tự lập quy hoạch ở các nước trên thế giới là tương đối giống nhau Tuy nhiên nội dung và phương pháp nghiên cứu cụ thể có những sự khác nhau mà chúng phụ thuộc vàp thực tế của mỗi nước và nó được thống nhất trong toàn bộ một quốc gia Ở nước ta hiện nay, phương pháp luận quy hoạch chưa được chuẩn hoá Việc triển khai các đồ án chủ yếu dựa vào một số văn bản quy định và hướng dẫn của Chính phủ và của Bộ Xây dựng Việc vận dụng các văn bản chưa thống nhất trên cả nước, mỗi nơi mỗi khác Những văn bản này hiện nay có một số ưu điểm không còn phù hợp với tỉnh hình thực tế cả về nội dung cũng như về mức độ nghiên cứu, do đó nhiều đồ án đã lúng túng trong quá trình nghiên cứu triển khai Việc điều chỉnh sửa đổi các văn bản hiện hữu, đổi mới nội dung và xây dựng phương pháp luận quy hoạch trên cơ sở các đề tài nghiên cứu khoa học là một việc cần thiết và cấp bách để tạo ra một hệ thống các quy định, tiêu chuẩn quy phạm phù hợp, nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các đồ án

Bên cạnh nhiều thành tựu của công tác quy hoạch ở nước ta vẫn còn không ít những tồn tại, hạn chế:

- Chất lượng công tác quy hoạch chưa cao, chưa có tầm nhìn xa, công tác phân tích và dự báo về thị trường còn thiếu tin cậy; tính khả thi chưa cao, chưa phù hợp với khả năng huy động các nguồn lực để thực hiện Nhiều quy hoạch mang tính tình thế, thiếu tính khoa học, ảnh hưởng đến tiến trình chuyển đổi cơ cấu kinh tế, hạn chế tăng trưởng kinh tế, gây lãng phí lớn tài nguyên thiên nhiên Chất lượng của nhiều đồ án quy hoạch còn thấp, chưa đáp ứng được yêu cầu; chất lượng dự báo thấp nên phải điều chỉnh trước thời hạn; một số đồ án quy hoạch xây dựng thiếu cập nhật các quy hoạch định hướng hạ tầng diện rộng của vùng, của quốc gia nên khi triển khai gặp vướng mắc phải điều chỉnh

- Các quy hoạch phát triển đô thị, khu dân cư, hạ tầng xã hội ở các tỉnh, thành phố thiếu đồng bộ, triển khai chậm, chưa theo kịp tốc độ đô thị hóa Hiện

vẫn còn xảy ra tình trạng không ăn khớp giữa quy hoạch tổng thể và quy hoạch chi tiết, nhiều quy hoạch chi tiết triển khai trước khi có quy hoạch tổng thể hoặc không căn cứ vào quy hoạch tổng thể, dẫn đến phải thay đổi nhiều lần

- Hệ thống tổ chức cũng như đội ngũ cán bộ làm công tác quy hoạch từ trung ương đến địa phương còn thiếu về số lượng, yếu về chất lượng Công tác đào tạo cán bộ quy hoạch chưa đúng tầm Hiện nay cả nước chưa có cơ sở chuyên đào tạo chuyên gia cho công tác quy hoạch

- Việc lập và thực hiện các quy hoạch chuyên ngành trên cùng một địa bàn còn thiếu đồng bộ, dẫn đến các dự án ĐTXD chuyên ngành cũng không đồng bộ

- Việc công bố, công khai và cung cấp thông tin QHXD chưa được thực hiện nghiêm túc theo quy định tại Điều 32, 33 Luật Xây dựng; Điều 53, 54, 55 Luật quy hoạch đô thị; Điều 38, 39 Nghị định số 08/2005/NĐ-CP Tham gia của cộng đồng dân cư trong quá trình lập quy hoạch theo quy định tại các Điều 20,

21 Luật QHĐT chưa được thực hiện có hiệu quả, nhiều khi mang tính hình thức

- Quản lý QHXD và quản lý đầu tư theo QHXD (Điều 34 Luật Xây dựng,

Điều 69 Luật Quy hoạch đô thị) còn nhiều yếu kém, để xảy ra tình trạng nhiều

dự án không tuân theo QHXD vì lợi ích cục bộ (như chuyển đổi đất từ quy hoạch là đất dành cho công trình công cộng thành đất để xây dựng công trình dịch vụ ) làm ảnh hưởng đến chất lượng sử dụng lâu dài không chỉ đối với một

dự án mà là của cả một khu vực Công tác kiểm tra, thanh tra thực hiện theo quy hoạch đã duyệt nhìn chung còn buông lỏng

Từ những vấn đề đặt ra và yêu cầu của thực tiễn quy hoạch đô thị, xu hướng ứng dụng công nghệ 3D về mô hình hóa không gian đã được đặt ra không những đối với nhiều ngành mà đối với lĩnh vực quy hoạch xây dựng đô thị lại có một tầm quan trọng đặc biệt

Trước đây, công tác thiết kế, quy hoạch và quản lý đô thị thường được

thực hiện trên cơ sở các bản đồ 2D và hơn nữa là GIS 2D Các loại bản đồ này không thể hiện được không gian 3 chiều của các khu đô thị và rất khó hiểu nếu chúng ta không phải là những nhà chuyên môn Với sự phát triển của công nghệ thông tin và các công nghệ đồ họa có liên quan, công nghệ 3D tiên tiến thông qua việc sử dụng mô hình thành phố ảo 3D đã khắc phục được các nhược điểm của công nghệ 2D Mô hình thành phố ảo 3D cho phép các nhà quy hoạch và công chúng hiểu được các không gian đô thị phức tạp và thấu hiểu được tác động của những phát triển trong tương lai Mô hình 3D như vậy không chỉ giúp các nhà quy hoạch đô thị thực hiện phân tích nâng cao, lập kế hoạch và ra quyết định, mà còn giúp củng cố tính minh bạch trong quy hoạch bằng cách phổ biến hiệu quả thông tin quy hoạch với cộng đồng Hiện nay, công nghệ 3D nói chung,

mô hình thành phố ảo 3D nói riêng đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong công tác thiết kế, quy hoạch và quản lý đô thị ở các nước phát triển và bước đầu ở nước ta Điều này một lần nữa khẳng định tính cấp thiết của đề tài luận án

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ứng dụng mô hình 3D trong công tác quy hoạch và quản lý đô thị trên thế giới

Từ khi GIS phát triển từ biểu diễn 2D sang biểu diễn 3D từ năm 1960, GIS 3D thường được xem là một chủ đề kỹ thuật, nơi mà cấu trúc dữ liệu 3D, xử

lý và hiển thị được thực hiện Việc hiển thị hiệu quả của môi trường xây dựng 3D phức tạp vẫn là một thách thức đối với các nhà quy hoạch đô thị Với những tiến bộ mới nhất trong công nghệ GIS về lập kế hoạch và phân tích đô thị định lượng [80], tồn tại nhu cầu lớn về việc tích hợp hiệu quả và hiệu lực GIS 3D cho mục đích quy hoạch đô thị để tăng cường phân tích, lập kế hoạch và ra quyết định [50] Đặc điểm chính của GIS 3D là phát triển kịch bản dựa trên các phân tích và tạo ra các kịch bản [71] GIS 3D hỗ trợ phân tích không gian, lập kế hoạch và ra quyết định theo hai cách: Trước tiên, sử dụng khả năng lưu trữ và

truy xuất dữ liệu, cung cấp khả năng truy xuất và chia sẻ dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả để hỗ trợ các quyết định lập kế hoạch Thứ hai, bằng khả năng phân tích đô thị 3D tích hợp của nó, cho phép các phương án khác nhau được mô hình hóa [71], [51] Có nhiều phương pháp tạo ra các mô hình thành phố 3D mà chủ yếu phụ thuộc vào số liệu GIS [39] Công cụ mô hình hình học thông thường như CAD, thường được sử dụng trong hệ thống lập kế hoạch của Ấn Độ, không

đủ năng lực để hiển thị các không gian đô thị lớn [55] Phương pháp mô hình hình học được ưa thích nhất của thành phố là kỹ thuật đùn trong GIS cho các khối thể tích sinh khối Kết hợp công cụ hình ảnh 3D và hiển thị 3D có thể là công cụ quy hoạch đô thị hiệu quả và mạnh mẽ hơn [71]

Việc ứng dụng GIS 3D đã bắt đầu ảnh hưởng đến lĩnh vực quy hoạch GIS 3D hiện đang được sử dụng để mô hình hóa môi trường đô thị và khám phá các kịch bản phát triển, hình dung các kế hoạch sử dụng đất thay thế và tác động của chúng đối với môi trường đô thị [75] Các mô hình GIS 3D có thể liên hệ quá khứ, hiện tại và phát triển có thể trong tương lai của môi trường xây dựng, phản ánh chặt chẽ thế giới thực [79] Yin và Hastings [80] đã chứng minh các ứng dụng của GIS 3D trong phân tích hiển thị và mô hình được tạo ra đã được

sử dụng để đánh giá quy định trong quy hoạch liên quan đến hạn chế chiều cao xây dựng ở thành phố New York, [72] đã sử dụng 3D GIS để mô phỏng quá trình phát triển của đô thị từ năm 1927 đến năm 2000 Các cơ quan phát triển trên khắp thế giới đã tạo ra các mô hình thành phố ảo để kiểm soát và quản lý sự phát triển đô thị, đảm bảo đúng quy hoạch, đúng tiêu chuẩn kiến trúc, kiểm soát quyền và hạn chế quyền trong xây dựng, các hành lang an toàn về chiều cao và phạm vi Nhiều mô hình đã lồng ghép các quy định quy hoạch vào mô hình mô phỏng [22], [35] Mô hình GIS 3D, với các chức năng hiển thị và phân tích sẽ cho phép các nhà quy hoạch đô thị truyền đạt hiệu quả các kế hoạch phát triển trong tương lai [71], [79] Với bản đồ GIS 2D thì một loạt các phân tích không

gian chỉ mang lại hiệu quả về mặt bằng [23], sử dụng dữ liệu 3D đã làm tăng các ứng dụng, đặc biệt là các phân tích theo chiều cao và cả chiều sâu dưới đất Bề mặt ảo của địa hình đô thị 3D có thể hỗ trợ tốt cho các thiết kế về đường cống thoát nước, hệ thống công trình ngầm, bố trí giao thông, hồ ao nhân tạo… [81]

Kể từ đó, GIS 3D được xây dựng trên cơ sở dữ liệu GIS 2D, một loạt các phân tích không gian được thực hiện, chẳng hạn như, xem phân tích không gian, truy vấn không gian và mô phỏng 2D, 3D [80]

Hiện nay, trên thế giới, mô hình 3D ứng dụng trong công tác quy hoạch

và quản lý đô thị đã được quan tâm nghiên cứu ở nhiều nước như Úc, Nhật, Đức, Anh, Trung Quốc, Đài Loan,… [84], [69], [58], [43], [59] Ngay từ thời kỳ đầu của lịch sử phát triển bản đồ học, các nhà bản đồ đã tìm ra nhiều phương pháp mô hình hóa bề mặt trái đất lên mặt phẳng bản đồ Với các mô hình 3D các nhà bản đồ học đã mô hình hóa bề mặt lãnh thổ một cách trực quan, sinh động giúp cho quá trình nhận thức về lãnh thổ nhanh hơn, trực quan hơn Các mô hình 3D đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: thủy văn, giao thông, quy hoạch, quân sự,… [43], [44], [68] Đặc biệt, ý tưởng ứng dụng công nghệ 3D là trong công tác quy hoạch đã được Saarinen đưa ra từ nửa đầu thế kỷ 20 [40] Tuy nhiên, chỉ đến khi công nghệ tin học phát triển thì việc hiện thực hóa ý tưởng của Saarinen mới có thể thực hiện được [36], [83]

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ đã làm thay đổi nhanh chóng các phương pháp mô hình hóa bề mặt và ứng dụng của nó Với sự trợ giúp của công nghệ tin học các hệ thống 3D GIS đã được nghiên cứu, xây dựng và phát triển Các hệ thống 3D GIS này thường mô hình hóa bề mặt lãnh thổ thông qua DEM kết hợp với các ký hiệu mô phỏng đối tượng trên bề mặt trái đất với các cấp độ chi tiết khác nhau đã làm cho việc ứng dụng 3D GIS trong công tác quy hoạch ngày càng trở lên phổ biến hơn Đặc biệt, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tin học đã tạo ra những bước đột phá trong công tác quy hoạch, việc triển khai

xây dựng các hệ thống CyberCity (thành phố ảo) hay SmartCity (thành phố thông minh) đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng trong công tác quy hoạch của nhiều tác giả trên thế giới [44], [58], [42], [59], [56], [74]

Các nước phát triển đã và đang nghiên cứu thành lập mô hình 3D cho 100 thành phố ở Châu Âu và Bắc Mỹ do hãng BlomInfo xây dựng để cung cấp dữ liệu cho tập đoàn TeleAtlas Nguồn dữ liệu này đã được sử dụng trong quy hoạch, viễn thông, điều hành quản lý thành phố rất hữu hiện Hãng Microsoft đã tiến hành xây dựng mô hình 3D cho các khu trung tâm thành phố, các nhà cao tầng trọng điểm, các khu du lịch nổi tiếng trên toàn thế giới để cung cấp cho Google Earth, Virtual Earth hay Bing Map trong các dịch vụ Web

Tại Thụy Sỹ, cơ quan quản lý dữ liệu địa hình quốc gia Swiss Topo từ năm 2008 đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng mô hình cảnh quan địa hình trên

cả nước Đây là mô hình dữ liệu bản đồ 3D được thành lập ở mức chi tiết cao, được dùng làm dữ liệu nền cơ bản trong cơ sở dữ liệu không gian quốc gia của Thụy Sỹ Đan Mạch cũng là nước đầu tư xây dựng mô hình 3D các khu vực đô thị từ năm 2004, đến 2008 đã xây dựng mô hình 3D cho 2,2 triệu ngôi nhà trên toàn quốc, tiến tới hoàn thiện xây dựng CSDL không gian địa lý quốc gia mô hình 3D cho tất cả các đối tượng nhà và công trình kiến trúc

Tại Vương quốc Anh, tổng Công ty Ordnance Survey và các hãng sản xuất đã tiến hành nghiên cứu, xây dựng hạ tầng dữ liệu không gian quốc gia (dưới sự điều hành của chính phủ Anh), tromng đó xây dựng CSDL mô hình 3D cho các đối tượng là công trình xây dựng, cơ sở hạ tầng văn hóa cho tất cả các thành phố lớn tại Anh theo chuẩn dữ liệu CityGML

Tại Nhật Bản, nhiều giải pháp khác nhau được đề xuất cho công tác quy hoạch, trong các đề xuất này thì mô hình thành phố 3D được cho là có tính ưu việt hơn cả bởi nó mang lại cái nhìn trực quan nhất và có khả năng phân tích nhờ các công cụ phân tích của GIS

Hình 1.1: Một góc mô hình 3D thành phố Boston (Nguồn:

https://www.turbosquid.com/3d-models/3d-model-boston-city/

Tại Mỹ, nhiều thành phố đã ứng dụng công nghệ Cyber City trong xây dựng mô hình đô thị 3D mang lại nhiều lợi ích như Boston, NewYork, San-Francisco, Chicago, Washington DC, Các mô hình này có tính trực quan cao

và được lưu trữ trong server, người dùng có thể xem và tương tác thông qua mạng internet với phần mềm Skyline,…

Hình 1.2: Một góc mô hình 3D thành phố NewYork (Nguồn:

https://www.3dcadbrowser.com/3d-model/new-york-city-manhattan)

Hình 1.3: Mô hình 3D khu vực đài tưởng niệm Lincoln tại Washington

(Nguồn: Google map/WashingtonDC/)

Tại Đài Loan (Trung Quốc), cũng đã sớm đưa công nghệ 3D vào xây dựng các thành phố ảo phục vụ quy hoạch cơ sở hạ tầng và phát triển kinh tế và văn hóa - xã hội

Hình 1.4: Mô hình 3D khu vực tòa tháp 101 tầng, Đài Bắc, Đài Loan

(Nguồn: https://www.gearthblog.com/blog/archives/)

Hình 1.5: Mô hình 3D thành phố SongDo, Hàn Quốc

(Nguồn: https://www.gearthblog.com/blog/archives/)

Trong dự án "Hệ thống thông tin đất đai dựa trên các mô hình thành phố 3D" là sự hợp tác một công ty liên doanh của Viện Hasso-Plattner-Potsdam, Đại học Kỹ thuật Berlin và Công ty trách nhiệm hữu hạn 3DGeo GmbH Nhằm mục đích phát triển một hệ thống thông tin và truyền thông để quản lý đất đai dựa trên các môi trường địa lý ảo Cụ thể hơn, công trình nghiên cứu đề cập đến sự phát triển của các kỹ thuật, công cụ và phương pháp cần thiết để triển khai thành công các mô hình thành phố ảo 3D nhằm hỗ trợ quyết định trong quản lý đất đô thị Nó được xây dựng dựa trên các mô hình và công nghệ mô hình 3D ảo (Hình 1.7) và chuyên môn cao của các đối tác với việc thiết lập và sử dụng GeoVE trong quy hoạch môi trường và đô thị, quản lý bất động sản và tư vấn của các nhà đầu tư

Hình 1.6: Mô hình thành phố 3D của Berlin, Cộng hòa liên bang Đức

(Nguồn: A Krügera, T H Kolbea 2012)

Cho đến nay, quan điểm về quy hoạch và quản lý đô thị đã thay đổi đáng

kể Mặc dù trong quá trình hoạch định và quản lý đô thị trong thời gian qua chỉ

là một vài tổ chức và chuyên gia làm việc trong các lĩnh vực riêng của mình, nhưng việc lập kế hoạch và quản lý hiện nay ngày càng được quan tâm bởi sự tham gia và hợp tác giữa các nhóm các đơn vị liên quan khác nhau và bởi sự hội nhập chặt chẽ hơn trong các lĩnh vực chuyên môn Trong nhu cầu phối hợp tốt hơn giữa các nhóm các đơn vị liên quan khác nhau và để có sự phối hợp tốt hơn

và trao đổi thông tin giữa các ngành nghề, các khái niệm quản lý đất đai đô thị trong thời đại hiện nay là các phương pháp tiếp cận tổng hợp Tích hợp thông qua các yếu tố và khái niệm có sự tham gia, hợp tác và đưa ra các yêu cầu về xã hội, kinh tế và môi trường vào quá trình lập kế hoạch và quản lý, và các hoạt động xây dựng được điều phối tốt hơn và dữ liệu (không gian) sử dụng hiệu quả hơn và bình đẳng đối với các bên liên quan đến nhân dân và có thể tiếp cận được Các khái niệm và mục tiêu như vậy được tóm tắt trong thuật ngữ "Quản lý

đô thị trong thời đại 3D/4D" như đã thảo luận trong "Chiến dịch Toàn cầu về Quản lý Đô thị" của Liên Hợp Quốc [77] Đơn vị UN-HABITAT cũng cung cấp một mô tả về thuật ngữ quản lý đô thị phản ánh một khái niệm toàn diện: "Quản

lý đô thị là tổng hợp của nhiều cá nhân và tổ chức, công cộng và nhân dân, lên

kế hoạch và quản lý công việc chung của thành phố [77]

Việc con người đưa lợi ích vào các quá trình ra quyết định về không gian

và môi trường và nói chung trong quản lý đất đai đô thị cũng như việc hội nhập chặt chẽ hơn giữa các nguyên tắc đặt ra thách thức thông tin và truyền thông: Các bên liên quan, các tổ chức quan trọng và cá nhân tất cả đều làm theo, và các lợi ích phức tạp, có những kỹ năng, kiến thức và nguồn gốc khác nhau Vì vậy, không đảm bảo được các bên liên quan hiểu được nhu cầu và lập luận của nhau Trong trường hợp này, động lực chính của luận án bắt nguồn từ: Hiển thị - cho

dù đó là phác thảo vẽ tay để minh hoạ ý tưởng, kế hoạch xây dựng chi tiết, kỹ thuật kết xuất ảnh chụp thực, bản đồ chuyên đề hoặc mô hình vật lý 3D thường xuyên phục vụ trong quy hoạch không gian và môi trường (SEP), trong ngành Kiến trúc, Xây dựng và Kỹ thuật (ACE) để chia sẻ thông tin không gian, các khái niệm thiết kế và tăng cường sự hiểu biết giữa các nhóm người Trên thực tế, hình ảnh trực quan cho các công cụ cơ bản của các nhà lập kế hoạch, kỹ sư và kiến trúc Điều đáng chú ý là nghệ thuật của ảnh trực quan trong SEP và trong ngành công nghiệp ACE đã trở nên hoàn toàn bằng kỹ thuật số Tùy thuộc vào nhiệm vụ của một kế hoạch hoặc một loạt dự án dựa vào máy tính, bao gồm Hệ thông tin địa lý (GIS), các công cụ thiết kế và lập mô hình máy tính (CAD/CAM), phần mềm xử lý hình ảnh, phần mềm ảnh động và thông tin dựa trên web và hệ thống truyền thông là những thành phần phổ biến trong quy trình quản lý đo thị và quy hoạch đô thị

Nhận thức rõ về khả năng của các ảnh trực quan, các dữ liệu liên tục số hóa và tiến trình công việc trong SEP, ACE, ý tưởng sử dụng mô hình GeoVE (utilizing geovirtual environments - GeoVE) đưa ra nghiên cứu hiện tượng không gian, các khái niệm không gian, tăng cường hiểu biết về chức năng không gian và nâng cao nhận thức về vấn đề đã được phát triển từ khoảng hai thập kỷ

Thuật ngữ GeoVE được sử dụng như một phép ẩn dụ thống nhất cho các phương pháp đa dạng để tạo môi trường ảo tương tác trên máy tính của các cảnh quan hoặc thành phố thực để khám phá và truyền thông dữ liệu không gian, các khái niệm, quá trình và hiện tượng Nó bao gồm các khái niệm về thành phố ảo, các môi trường địa lý ảo (virtual geographic environments -VGE), hình ảnh 3D tương tác trực quan và thực tế ảo (virtual reality -VR) Ý tưởng cơ bản và tiềm

ẩn trong bối cảnh lập kế hoạch và quản lý môi trường là nếu có thể tạo mô hình

kỹ thuật số 3D cho môi trường thực tế, chúng có thể là "sandboxes " để tích hợp

và truy cập vào các thiết kế, thử nghiệm các giải pháp thay thế và các kịch bản trong tương lai, phân tích 3D và cuối cùng hỗ trợ phát triển các giải pháp tối ưu cho các nhiệm vụ đang diễn ra Nói tóm lại, đó là tầm nhìn của một mô hình tính toán của thế giới thực, cho phép chúng ta hiểu rõ không gian và tối ưu hóa việc

sử dụng

1.3 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt Nam, trong vài năm trở lại đây, 3D GIS và bản đồ ba chiều cũng

đã được quan tâm nghiên cứu Có thể liệt kê ra đây một số nghiên cứu tiêu biểu như: công trình “biểu diễn bản đồ ba chiều và ứng dụng” [16] Công trình tập trung nghiên cứu các phương pháp biểu diễn bản đồ ba chiều, qua đó đã chỉ ra rằng mô hình mạng các tam giác không đều (TIN) phù hợp để biểu diễn bản đồ

ba chiều Nghiên cứu này đã tập trung vào các khái niệm cơ bản, cơ sở toán học của bản đồ địa hình ba chiều, trên cơ sở đó đề xuất thử nghiệm phương pháp xây dựng, biểu diễn bản đồ địa hình ba chiều dựa trên công nghệ ArcGIS của hãng ESRI (Mỹ) Năm 2008, tại Hà Nội, Bộ Xây dựng đã tổ chức hội thảo “Hội thảo ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong phát triển đô thị”, trong đó nhấn mạnh đến vai trò quan trọng và khả năng ứng dụng của 3D GIS đối với việc hỗ trợ quy hoạch và kiến trúc cho thành phố cũng như các vấn đề về giao thông Hiện nay, ở nước ta cũng đã ứng dụng nhiều công nghệ mới trong thể thu thập

dữ liệu không gian ba chiều như bay quét địa hình sử dụng công nghệ lazer (LiDAR), đo vẽ lập thể, radar trực giao, …Những dữ liệu này là đầu vào rất tốt cho việc mô hình hóa bản đồ ba chiều, nhưng hiện tại các dữ liệu này mới được lưu trữ dưới dạng file văn bản (text) tập các tọa độ xyz, mô hình lưới đều (grid)…Ngành tài nguyên và môi trường đang cần các nghiên cứu cụ thể ứng dụng cho các đối tượng dữ liệu quan trắc được để xây dựng và quản lý các loại bản đồ ba chiều

Công nghệ GIS đã được ứng dụng trong công tác quy hoạch ở nước ta từ những năm cuối của thế kỷ 20 [6] Một số công trình nghiên cứu, ứng dụng GIS trong công tác quy hoạch cũng đã được tiến hành triển khai theo những khía cạnh khác nhau và đã được áp dụng thí điểm cho một số tỉnh, thành phố như Hà Nội, Đà Lạt, Hạ Long,…[3], [4] Ngày nay, công tác nghiên cứu và ứng dụng

mô hình 3D trong quy hoạch ngày càng được nhiều người làm quy hoạch quan tâm nghiên cứu Cùng với sự phát triển của công nghệ tin học, công nghệ GIS đã tạo ra một công nghệ mới (công nghệ 3D GIS) hỗ trợ cho lĩnh vực quy hoạch không gian [7], [11] Đối với các dạng 3D GIS hiện nay chủ yếu được xây dựng trên các phần mềm GIS như 3D Studio Max Design; ArcSence, City Engine của hãng ESRI (Mỹ), Skyline,… Một số công trình nghiên cứu đã thực hiện như:

“Nghiên cứu ứng dụng dữ liệu LIDAR và ảnh viễn thám độ phân giải cao để xây dựng bản đồ 3D phục vụ quản lý đô thị” (Trung tâm viễn thám quốc gia, 2011), đây là dạng đề tài thử nghiệm trong sản xuất, chưa quan tâm đến xây dựng cơ sở

dữ liệu không gian; “Nghiên cứu cơ sở sở khoa học, đề xuất nội dung quy trình

kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình 3D tỷ lệ 1:2000 và tỷ lệ 1:5000” (Cục Đo đạc

và bản đồ Việt Nam, 2013), đề tài tập trung vào nghiên cứu phát triển, kế thừa CSDL nền địa lý 2D theo hướng hiển thị trực quan bản đồ 3D mà không theo hướng thành lập CSDL không gian địa lý; “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ LIDAR kết hợp chụp ảnh số thành lập bình đồ trực ảnh phục vụ xây dựng bản

đồ 3D khu vực thành phố Hà Nội’’(Cục Đo đạc và bản đồ Việt Nam, 2014), nội dung chủ yếu là thành lập bản đồ trực ảnh; (Anh, N.T.T, 2013, “Bản đồ 3D từ

dữ liệu lidar cho các ứng dụng đô thị”, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ (Bộ Tài nguyên và Môi trường); [7], “Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu thông tin địa hình 3D phục vụ công tác quy hoạch đô thị-nông thôn”, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở T11-23, Trường đại học Mỏ-Địa chất, 2011; Bùi Ngọc Quý,

“Nghiên cứu ứng dụng ArcScense trong xây dựng cơ sở dữ liệu 3D GIS Thành phố Lạng Sơn, Tạp chí Tài nguyên và Môi trường, số 9 năm 2008 [9], Bùi Ngọc Quý, “Nghiên cứu xây dựng mô hình Cyber City phục vụ cho việc mô hình hóa

bề mặt và định hướng quy hoạch không gian”, đề tài nghiên cứu khoa học cấp

bộ (2015)[10] với kết quả thực nghiệm là xây dựng mô hình Cyber City thực nghiệm cho hai khu vực là Trường đại học Mỏ - Địa chất và Khu chung cư cao cấp The Major, Mễ Trì, Nam Từ Liêm, Hà Nội NCS cũng là thành viên của cơ quan phối hợp thực hiện đề tài nghiên cứu này Năm 2014, nghiên cứu sinh đã nghiên cứu và bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ tại Trường Đại học Mỏ-Địa

chất với đề tài “Xây dựng cơ sở dữ liệu địa hình theo công nghệ 3D phục vụ

công tác quản lý và quy hoạch đô thị khu vực thành phố Hải Phòng” Đây cũng

là một trong những cơ sở khoa học giúp nghiên cứu sinh hình thành và phát triển

đề tài nghiên cứu trong luận án tiến sỹ

1.4 Hướng nghiên cứu của đề tài luận án

Qua nghiên cứu và tìm hiểu quá trình phát triển của công nghệ và các công trình nghiên cứu ở trên thế giới và ở nước ta, chúng tôi nhận thấy rằng: Một số nước phát triển trên thế giới đã bước đầu nghiên cứu và ứng dụng thành công các mô hình thành phố ảo 3D trong quy hoạch và quản lý đô thị Nội dung nghiên cứu của họ tập trung vào ba vấn đề là: kỹ thuật xây dựng mô hình thành phố ảo 3D, phát triển công cụ (phần cứng và phần mềm) và xây dựng hệ thống thông tin dựa trên mô hình thành phố ảo và liên kết với mô hình chính phủ điện

tử

Còn ở trong nước, mặc dù đã được một số cơ quan, đơn vị quan tâm nghiên cứu, tuy nhiên các công trình nghiên cứu về bản đồ 3D cho công tác mô hình hóa bề mặt và định hướng quy hoạch không gian ở nước ta vẫn còn mang tính nhỏ lẻ chưa được thực hiện nhiều, dữ liệu còn thô sơ, chưa đi sâu vào mô hình hóa chi tiết các đối tượng trên bề mặt,… Đặc biệt, chưa triển khai xây dựng mô hình thành phố ảo 3D dựa trên CSDL 3D phục vụ cho công tác định hướng quy hoạch không gian, các khái niệm về mô hình thành phố ảo ở dạng mô phỏng không gian mới được một số tác giả tiếp cận ở một số công trình nghiên cứu, việc xây dựng mô hình thành phố ảo 3D dựa trên CSDL 3D như một hướng tiếp cận từ 2D GIS lên 3D GIS gần như rất ít nghiên cứu ở Việt Nam

Do đó, với mong muốn góp phần cho việc sớm ứng dụng mô hình thành phố ảo 3D trong công tác quy hoạch và quản lý đô thị ở nước ta, nghiên cứu sinh

đã định hướng nghiên cứu như sau: Trên cơ sở tham khảo và kế thừa một số thành quả nghiên cứu trên thế giới và một số kết quả nghiên cứu bước đầu ở nước ta, sẽ nghiên cứu có hệ thống về cơ sở khoa học của công nghệ, trong đó

đề xuất danh mục nội dung, cấu trúc, cấp độ chi tiết của mô hình thành phố ảo 3D, đề xuất quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D, và nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm xây dựng mô hình 3D quy hoạch khu vực Khu đô thị công nghiệp Kiến Thụy với diện tích khoảng 912,83ha thuộc Thành phố Hải Phòng

để kiểm chứng

Kết luận chương 1

Cho đến nay, quan điểm về quy hoạch và quản lý đô thị đã thay đổi đáng

kể Mặc dù trong quá trình hoạch định và quản lý đô thị trong thời gian qua chỉ

là một vài tổ chức và chuyên gia làm việc trong các lĩnh vực riêng của mình, nhưng việc lập kế hoạch và quản lý hiện nay ngày càng được quan tâm bởi sự tham gia và hợp tác giữa các nhóm các đơn vị liên quan khác nhau và bởi sự hội

nhập chặt chẽ hơn trong các lĩnh vực chuyên môn

Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu đặc biệt, chưa triển khai xây dựng mô hình thành phố ảo 3D dựa trên CSDL 3D phục vụ cho công tác định hướng quy hoạch không gian, các khái niệm về mô hình thành phố ảo ở dạng mô phỏng không gian mới được một số tác giả tiếp cận ở một số công trình nghiên cứu, việc xây dựng mô hình thành phố ảo 3D dựa trên CSDL 3D như một hướng tiếp cận từ 2D GIS lên 3D GIS gần như rất ít nghiên cứu ở Việt Nam

Trên cơ sở tham khảo và kế thừa một số thành quả nghiên cứu trên thế giới và một số kết quả nghiên cứu bước đầu ở nước ta, Luận án sẽ nghiên cứu có

hệ thống về cơ sở khoa học của công nghệ, trong đó đề xuất danh mục nội dung, cấu trúc, cấp độ chi tiết của mô hình thành phố ảo 3D, đề xuất quy trình xây dựng mô hình thành phố ảo 3D

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG THÀNH PHỐ ẢO 3D

PHỤC VỤ QUY HOẠCH VÀ QUẢN LÝ ĐÔ THỊ

2.1 Thành phố ảo 3D

Mô hình thành phố ảo 3D (3D geovirtual viết tắt là GeoVEs) được hiểu là

sự biểu diễn kỹ thuật số của các thành phố thực, có thể nhìn thành phố ở bất kỳ điểm nào và khám phá tương tác bởi người dùng trên máy tính dựa trên dữ liệu không gian địa lý Định nghĩa này nhấn mạnh vào ba khía cạnh quan trọng:

1 Mô hình thành phố ảo 3D cung cấp một phương tiện truyền thông tương tác, một không gian ảo, cho phép người dùng khám phá mô hình hóa môi trường đô thị thực sự thu nhỏ

2 Mô hình thành phố ảo 3D bao gồm ba thành phần cơ bản: Dữ liệu không gian địa lý, các hệ thống trực quan biến đổi dữ liệu thành các mô hình 3D tương tác, phần mềm và phần cứng máy tính

3 Mô hình thành phố ảo 3D là không gian địa lý, tức là vị trí thực của bất

kỳ đối tượng nào được mô tả trong mô hình dữ liệu và được hiển thị là đối tượng 3D

Theo khái niệm này, các mô hình thành phố ảo 3D được hình thành như là biểu diễn số của môi trường đô thị thực dựa trên ba thành phần hệ thống cơ bản như nêu ở trên Hơn nữa, điều rất quan trọng là phải chú ý và hiểu sự khác biệt giữa mô hình hóa tương tác và dễ thấy là thành phố ảo và biểu diễn dữ liệu mô hình thành phố 3D có liên quan với nhau thông qua trực quan hóa hệ thống Trong thực tế, sự khác biệt này dẫn đến kết luận rằng ba khung nhìn trên các mô hình thành phố ảo 3D tồn tại phải được kiểm tra riêng biệt: khung nhìn dữ liệu, khung nhìn hệ thống và phương tiện hoặc người dùng được mô tả trong Hình 2.1