Ứng dụng công nghệ gis trong thiết kế đô thị phục vụ quy hoạch xây dựng

Nó xác định phương hướng nhiệm vụ cải tạo và xây dựng đô thị về phát triển không gian, cơ sở hạ tầng và tạo lập môi trường sống thích hợp, xác định các giải pháp cụ thể về sử dụng đất, p

-

ĐÀO THỊ THU

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIS TRONG THIẾT KẾ ĐÔTHIJ PHỤC VỤ QUY HOẠCH XÂY DỰNG

Chuyên nghành : Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Trường Xuân

Hà Nội – 2014

quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 16 tháng 10 năm 2014

Tác giả luận văn

Đào Thị Thu

MỤC LỤC

CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 3

3 Nhiệm vụ, nội dung của đề tài 3

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 3

5 Phương pháp nghiên cứu 4

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

7 Cấu trúc luận văn 5

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUY HOẠCH XÂY DỰNG THIẾT KẾ ĐÔ THỊ VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ 6

1.1 Quy hoạch xây dựng 6

1.1.1 Quy hoạch vùng 6

1.1.2 Quy hoạch chung đô thị 7

1.1.3 Quy hoạch chi tiết 8

1.2 Thiết kế đô thị 8

1.2.1 Thiết kế đô thị trong quy hoạch chung xây dựng đô thị 9

1.2.2 Thiết kế đô thị trong quy hoạch chi tiết xây dựng đô thị 10

1.3 Giới thiệu chung về hệ thống thông tin địa lý 13

1.3.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý GIS 13

1.3.2 Các thành phần cơ bản của GIS 15

1.3.3 Các chức năng cơ bản của GIS 19

2.1 Các chức năng tìm kiếm và phân tích không gian của GIS 25

2.1.1 Buffer (tìm kiếm dữ liệu trong vùng không gian) 26

2.1.2 Geocoding (tìm kiếm theo địa chỉ) 27

2.1.3 Networks (phân tích mạng) 27

2.1.4 Overlay (phủ trùm hay chồng bản đồ) 29

2.2 Giới thiệu về phần mềm ArcGis 9.3 30

2.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm ArcGis 31

2.2.2 Các modul trong phần mềm ArcGis 31

2.2.3 Cơ sở dữ liệu và khả năng quản lý của phần mềm ArcGis 32

2.3 Một số nghiên cứu có tính ứng dụng GIS trong quản lý, quy hoạch thiết kế đô thị 36

2.3.1 GIS – trợ thủ đắc lực trong quy hoạch và phát triển đô thị 36

2.3.2 Các bước của dự án GIS trong thiết kế đô thị 38

2.3.3 Một số nghiên cứu có ứng dụng GIS trong quy hoạch xây dựng 39

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ARCGIS TRONG THIẾT KẾ ĐÔ THỊ 48

3.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên và hiện trạng khu vực nghiên cứu 48

3.1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 48

3.1.2 Đặc điểm hiện trạng khu vực 52

3.2 Ứng dụng phần mềm Arcgis trong thiết kế đô thị 55

3.2.1 Yêu cầu văn bản quy định 55

3.2.2 Giải quyết bài toán quy hoạch 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

CAD Computer Aided Design

DTM Digital Terrain Modelling

ESRI Environmental System Research Institute

GIS Geographic Information System

HTTĐL Hệ thống thông tin địa lý

QHCT Quy hoạch chi tiết

TIN Triangulated Irregular Network

Hình 1.2 Các thiết bị phần cứng của GIS 21

Hình 2.1 Buffer bên trong một vùng có bán kính xác định 32

Hình 2.2 Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ 33

Hình 2.3 Kết quả tìm kiếm trên mạng giao thông 34

Hình 2.4 Phép hợp 36

Hình 2.5 Phép giao 36

Hình 2.6 Phép đồng nhất 36

Hình 2.7 Các biểu tượng của shapefile 39

Hình 2.8 Cấu trúc GeoDatabase 40

Hình 2.9 Ứng dụng GIS trong quy hoạch xây dựng 43

Hình 2.10 Các bước của dự án GIS 44

Hình 2.11 Bản đồ đánh giá đất xây dựng 46

Hình 2.12 Bản đồ thống kê diện tích đất 47

Hình 2.13 Chiến lược giảm nghèo của thành phố Cần Thơ 49

Hình 2.14 Phân bố dân số đô thị theo các vòng đai Bắc Bộ 50

Hình 2.15 Bản đồ đánh giá hiện trạng trong quy hoạch môi trường đô thị 50 Hình 2.16 Bán kính dịch vụ đô thị tỉnh Bắc Kạn 51

Hình 2.17 Bản đồ đánh giá thay đổi hiện trạng sang quy hoạch 53

Hình 3.1 Hiện trạng sử dụng đất 59

Hình 3.2 Các lớp dữ liệu đầu vào 63

Hình 3.3 Sơ đồ thực hiện phân tích 64

Hình 3.4 Lệnh tạo buffer cho lớp gt_chính 64

Hình 3.5 Kết quả “vung1” 65

Hình 3.6 Lệnh tạo buffer “dedieu” 65

Hình 3.7 Kết quả “vung2” 66

Hình 3.8 Lệnh tạo buffer “rg_sxnn” 66

Hình 3.9 Kết quả “vung3” 66

Hình 3.12 Lệnh Erase 68

Hình 3.13 Kết quả “vung5” 68

Hình 3.14 Nhập thông tin truy vấn SQL 69

Hình 3.15 Vị trí khu đất xây dựng khu đô thị 69

Hình 3.16 Các lớp dữ liệu đầu vào 70

Hình 3.17 Sơ đồ thực hiện phân tích 70

Hình 3.18 Lệnh tạo buffer gt 71

Hình 3.19 Kết quả “vnm1” 71

Hình 3.20 Lệnh tạo buffer khudothi 72

Hình 3.21 Kết quả “vmn2” 72

Hình 3.22 Lệnh Union 73

Hình 3.23 Kết quả “vmn3” 73

Hình 3.24 Lệnh Erase 74

Hình 3.25 Vị trí xây dựng trường học 84

Hình 3.26 Dữ lớp dữ liệu đầu vào 75

Hình 3.27 Sơ đồ tiến hành phân tích 76

Hình 3.28 Lệnh tạo buffer “vbv1” 76

Hình 3.29 Kết quả “vbv1” 77

Hình 3.30 Lệnh tạo buffer “vbv2” 77

Hình 3.31 Kết quả “vbv2” 78

Hình 3.32 Lệnh Union 78

Hình 3.33 Kết quả “vbv3” 79

Hình 3.34 Lệnh Erase 79

Hình 3.35 Kết quả “dat_bvien” 79

Hình 3.36 Lệnh SQL 80

Hình 3.37 Kết quả “dat_benhvien” 80

Hình 3.38 Kết quả bài toán tìm vị trí thích hợp 81

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Quá trình đô thị hóa đã và đang diễn ra nhanh chóng tại Việt Nam với tốc độ tăng khoảng 8,9%/năm Phát triển đô thị đạt được nhiều thành quả quan trọng và khu vực đô thị đóng góp khoảng 65-70% tổng GDP của cả nước Tuy nhiên, cùng với sự tăng nhanh dân số đô thị, quá trình đô thị hóa đang làm tăng thêm sức ép lên hệ thống cơ sở hạ tầng và dịch vụ đô thị dẫn đến tình trạng môi trường đô thị xuống cấp trầm trọng Mặt khác, công tác quản lý đô thị hiện nay còn rất nhiều hạn chế và một trong những vấn đề nổi cộm là chưa có một hệ thống đô thị thống nhất, các phân khu chức năng bố trí chưa được hợp lý và khoa học

Quy hoạch xây dựng đô thị còn gọi là quy hoạch tổng thể xây dựng đô thị Nó xác định phương hướng nhiệm vụ cải tạo và xây dựng đô thị về phát triển không gian, cơ sở hạ tầng và tạo lập môi trường sống thích hợp, xác định các giải pháp cụ thể về sử dụng đất, phân khu chức năng, tổ chức không gian kiến trúc cảnh quan, quy hoạch hệ thống hạ tầng kỹ thuật, các chỉ tiêu kinh tế

kỹ thuật đối với mỗi loại công trình xây dựng trong khu vực Những điều này

sẽ được cụ thể hóa bằng những thiết kế chi tiết hay gọi là thiết kế đô thị

Thiết kế đô thị là một công việc không hề mới mẻ Từ hàng ngàn năm trước khi những nền văn mình vùng Địa Trung Hải xây dựng những thành phố như Athen hay Roma, thiết kế đô thị đã được thực hiện và để lại tới ngày hôm nay những quảng trường và không gian công cộng vẫn còn đủ sức hấp dẫn thế giới hiện đại về sự hoành tráng, vẻ đẹp và cảm xúc mà chúng mang lại Thiết kế đô thị là công cụ tạo dựng mối liên hệ giữa con người và không gian sống và nhấn mạnh và thiết kế không gian công cộng Việc thiết kế đô thị có vai trò lớn như vậy nên việc đưa ra được những thiết kế chi tiết cho một khu vực quy hoạch là cả một quá trình lao động, nghiên cứu cần mẫn của

những kiến trúc sư và những người có chuyên môn, thời gian dài cho việc thu thập tài liệu, điều tra khảo sát hiện trạng khu vực được quy hoạch và hướng phát triển của các dự án trong tương lai Nhưng hiện nay việc thiết kế đô thị phục vụ cho các đồ án quy hoạch xây dựng đang thực hiện nay vẫn rất chậm

so với tiến độ đề ra của mỗi công trình Ảnh hưởng đến cuộc sống của người dân, ảnh hưởng đến nguồn vốn xây dựng và ảnh hưởng đến các công trình dự

án bên trong và xung quanh khu vực được quy hoạch

Hiện nay với sự phát triển lớn mạnh của khoa học kỹ thuật, con người cần tìm cách cải tiến để giảm thời gian thực hiện cũng như công sức bỏ ra của con người để sớm đưa ra các thiết kế đô thị có chất lượng, góp phần xây dựng đất nước theo hướng ổn định và bền vững Hệ thống thông tin địa lý (Geographical Information System – GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin được hình thành vào những năm 1960 bởi các nhà khoa học Canada GIS

là sự kết hợp giữa tin học và nghiên cứu không gian Các quá trình cơ bản của phân tích không gian bao gồm:

- Các hệ quy chiếu thông tin địa lý;

- Thu thập các thông tin địa lý;

- Lập mô hình và lưu trữ thông tin địa lý;

- Phân tích và xử lý thông tin địa lý;

- Trình bày thông tin địa lý (hiển thị trên màn hình);

- Trao đổi thông tin địa lý;

- Sử dụng thông tin địa lý trong các ứng dụng khác Chức năng cuối này cũng rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực mới, vì một khi các dữ liệu thuộc tính không gian của các phần tử vật thể mà người nghiên cứu quan tâm

được đưa vào GIS thì sẽ nảy sinh ra rất nhiều ứng dụng tùy theo nhu cầu của mỗi lĩnh vực cụ thể

Như vậy GIS không thuần túy là phần mềm dùng cho đồ họa máy tính,

mà nó khác hẳn với các phần mềm đồ họa kỹ thuật, GIS gắn các thông tin với mỗi vật thể trong không gian Do đó, GIS chủ yếu là một công cụ phân tích thông tin hiểu theo nghĩa rộng

Chính các chức năng phân tích không gian trên của GIS rất phù hợp với tiến trình lập quy hoạch và sau đó là quản lý phát triển vùng và đô thị theo quy hoạch, Các chức năng trên của GIS phù hợp với quy hoạch và quản lý phát triển vì các đối tượng của quy hoạch cũng bao gồm môi trường tự nhiên Việc ứng dụng GIS trong nghiên cứu không gian lãnh thổ nói chung và quy hoạch xây dựng nói riêng là rất cần thiết Nhận thấy vai trò và ý nghĩa

quan trọng đó của GIS nên tôi đã chọn đề tài luận văn tốt nghiệp: “Ứng dụng công nghệ GIS trong thiết kế đô thị phục vụ quy hoạch xây dựng.”

2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu các chức năng và sử dụng phần mềm ArcGis để tìm vị trí những vùng đất thích hợp thuận lợi cho việc xây dựng khu tổ hợp đô thị phức hợp bao gồm: khu đô thị, trường học và bệnh viện cho khu vực phía Nam cầu

Hộ Độ, thành phố Hà Tĩnh

3 Nhiệm vụ, nội dung của đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về quy hoạch xây dựng và thiết kế đô thị

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về GIS, các ứng dụng của GIS trong thiết kế đô thị

- Đánh giá tổng quan về hiện trạng sử dụng đất của khu vực nghiên cứu từ đó sử dụng phần mềm ArcGis để tìm vị trí những vùng đất thuận lợi cho việc xây dựng: khu đô thị, trường học và bệnh viện

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài sẽ tiến hành thiết kế thực nghiệm ở khu vực phía Nam cầu Hộ

Độ, thành phố Hà Tĩnh

5 Phương pháp nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu, tìm hiểu về GIS, thực trạng thiết kế, quy hoạch xây dựng để từ đó tiến hành các chức năng phân tích, đánh giá đưa ra bản thiết kế vị trí cụ thể cho khu vực thực nghiệm

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Công tác quy hoạch xây dựng những năm qua cũng còn không ít những tồn tại, hạn chế như: chất lượng công tác quy hoạch chưa cao, chưa có tầm nhìn xa, tính khả thi chưa phù hợp với các quy hoạch định hướng hạ tầng diện rộng của vùng của quốc gia; các quy hoạch phát triển đô thị, khu dân cư, hạ tầng xã hội ở các tỉnh thành thiếu đồng bộ, triển khai chậm chưa theo kịp tốc

độ đô thị hóa

Trong khi xã hội đang phát triển mạnh, các dự án công trình ngày càng được xây mới và mở rộng, đặc biệt tập trung vào các trung tâm đô thị Việc xây dựng và và phát triển đô thị luôn phải đi kèm với công tác quy hoạch, quản lý quy hoạch xây dựng, tổ chức không gian kiến trúc và bố trí các công trình trên một khu vực lãnh thổ trong từng thời kỳ, làm cơ sở pháp lý cho việc chuẩn bị đầu tư xây dựng, quản lý xây dựng và phát triển kinh tế - xã hội

Nhiều công nghệ mới đã được áp dụng vào nghiên cứu lập quy hoạch xây dựng như đồ hoạ, thiết kế trợ giúp bởi tin học, bản vẽ có chất lượng hơn

và cũng đẹp hơn Nhưng đến nay, khi đã sử dụng nhiều công nghệ đồ hoạ với

sự trợ giúp bởi tin học thì các nhà quy hoạch cũng nhận ra sự cần thiết áp dụng công nghệ giúp cho lập hệ thống dữ liệu không gian, cho các phân tích không gian, cho công tác quản lý về mặt không gian lãnh thổ của các đô thị và các khu dân cư nông thôn

Vì vậy, ứng dụng công nghệ GIS trong thiết kế đô thị phục vụ quy hoạch xây dựng nhằm đưa quy hoạch vào thực tiễn một cách có hiệu quả là việc cần thiết và đúng đắn

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm: phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận và kiến nghị được trình bày trong 77 trang với 39 hình vẽ

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình và quý báu của PGS

TS Nguyễn Cẩm Vân - Người hướng dẫn trực tiếp để tôi cùng toàn thể các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cám ơn!

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUY HOẠCH XÂY DỰNG, THIẾT KẾ ĐÔ THỊ VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ

1.1 Quy hoạch xây dựng

Khái niệm về Quy hoạch xây dựng (theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia

về Quy hoạch xây dựng) là việc tổ chức hoặc định hướng tổ chức không gian vùng, không gian đô thị và điểm 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 vùng 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

Khái niệm về quy hoạch Quy hoạch xây dựng đô thị (theo nghị định 08/2005/NĐ-CP) thị là việc tổ chức không gian kiến trúc và bố trí công trình trên một khu vực lãnh thổ trong từng thời kỳ, làm cơ sở pháp lý cho việc chuẩn bị đầu tư xây dựng, quản lý xây dựng và phát triển kinh tế xã hội

Quy hoạch xây dựng đô thị gồm :

1.1.1 Quy hoạch vùng

 Đối tượng, giai đoạn và thời gian lập quy hoạch xây dựng vùng

Quy hoạch xây dựng vùng được lập cho các vùng có chức năng tổng hợp hoặc chuyên ngành gồm vùng trọng điểm, vùng liên tỉnh, vùng tỉnh, vùng liên huyện, vùng huyện, vùng công nghiệp, vùng đô thị lớn, vùng du lịch, nghỉ mát, vùng bảo vệ di sản cảnh quan thiên nhiên và các vùng khác do người có thẩm quyền quyết định

Quy hoạch xây dựng vùng được lập cho giai đoạn ngắn hạn là 05 năm,

10 năm; giai đoạn dài hạn là 20 năm và dài hơn

Đồ án Quy hoạch vùng thường được làm trên bản đồ tỷ lệ 1/25.000 - 1/250.000

Nội dung nhiệm vụ quy hoạch xây dựng vùng bao gồm:

- Dự báo quy mô dân số đô thị, nông thôn phù hợp với quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội của vùng và chiến lược phân bố dân cư của quốc gia cho giai đoạn 05 năm, 10 năm và dài hơn;

- Tổ chức không gian các cơ sở công nghiệp chủ yếu, hệ thống công trình hạ tầng kỹ thuật, hạ tầng xã hội trên phạm vi vùng theo từng giai đoạn phù hợp với tiềm năng và quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội của vùng;

- Tổ chức không gian hệ thống đô thị, điểm dân cư phù hợp với điều kiện địa lý, tự nhiên của từng khu vực bảo đảm quốc phòng, an ninh

và việc khai thác tài nguyên thiên nhiên hợp lý của toàn vùng, dự báo tác động môi trường

1.1.2 Quy hoạch chung đô thị

 Đối tượng, giai đoạn và thời gian lập quy hoạch chung xây dựng đô thị

Quy hoạch chung xây dựng đô thị được lập cho các đô thị loại đặc biệt, loại 1, loại 2, loại 3, loại 4, loại 5, các quận của thành phố trực thuộc Trung ương, các đô thị mới liên tỉnh, đô thị mới có quy mô dân số tương đương với

đô thị loại 5 trở lên, các khu công nghệ cao và khu kinh tế có chức năng đặc biệt

Quy hoạch chung xây dựng đô thị được lập cho giai đoạn ngắn hạn là

05 năm, 10 năm; giai đoạn dài hạn là 20 năm

Đồ án Quy hoạch chung đô thị thường được làm trên bản đồ tỷ lệ 1/5.000 - 1/25.000

 Nội dung nhiệm vụ quy hoạch chung xây dựng đô thị bao gồm:

- Xác định tính chất của đô thị, quy mô dân số đô thị, định hướng phát triển không gian đô thị và các công trình hạ tầng kỹ thuật, hạ

tầng xã hội trong đô thị theo các giai đoạn 05 năm, 10 năm và dự báo hướng phát triển của đô thị đến 20 năm;

- Đối với quy hoạch chung xây dựng cải tạo đô thị, ngoài các nội dung quy định còn phải xác định những khu vực phải giải toả, những khu vực được giữ lại để chỉnh trang, những khu vực phải được bảo vệ và những yêu cầu cụ thể khác theo đặc điểm của từng

đô thị

1.1.3 Quy hoạch chi tiết

 Đối tượng và thời gian lập quy hoạch chi tiết xây dựng đô thị

Quy hoạch chi tiết xây dựng đô thị được lập cho các khu chức năng trong đô thị và các khu công nghiệp, khu công nghệ cao, khu chế xuất, khu bảo tồn, di sản văn hoá, khu du lịch, nghỉ mát hoặc các khu khác đã được xác định; cải tạo chỉnh trang các khu hiện trạng của đô thị

Đồ án Quy hoạch chi tiết đô thị thường được làm trên bản đồ tỷ lệ 1/2.000 - 1/500

 Nhiệm vụ quy hoạch chi tiết xây dựng đô thị:

- Xác định phạm vi ranh giới, diện tích khu vực để thiết kế quy hoạch chi tiết;

- Xác định danh mục các công trình cần đầu tư xây dựng bao gồm: các công trình xây dựng mới, các công trình cần chỉnh trang, cải tạo, bảo tồn, tôn tạo trong khu vực quy hoạch;

- Xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật chủ yếu về sử dụng đất, hạ tầng xã hội và hạ tầng kỹ thuật; các yêu cầu về không gian, kiến trúc, thiết kế đô thị và những yêu cầu khác đối với từng khu vực thiết kế

1.2 Thiết kế đô thị

Trong lĩnh vực quy hoạch xây dựng, thiết kế đô thị là một phần quan trọng, không thể thiếu đối với một đồ án quy họach xây dựng đô thị, là công

cụ hữu hiệu của chính quyền trong quản lý đô thị Vậy “ thiết kế đô thị” là gì?

Có rất nhiều khái niệm Nhưng bản chất của nó là thiết kế kiến trúc không gian đô thị

Thiết kế đô thị cụ thể hóa nội dung của quy hoạch chung, quy hoạch chi tiết xây dựng đô thị về tổ chức không gian chức năng bên ngoài công trình; bố cục không gian, tạo cảnh quan và trang trí không gian đô thị Một thiết kế đô thị tốt sẽ tạo nên một đô thị có bản sắc riêng, với những hình khối công trình hài hòa với không gian và cảnh quan xung quanh

1.2.1 Thiết kế đô thị trong quy hoạch chung xây dựng đô thị

1.2.1.1 Thiết kế đô thị lồng ghép

Bổ sung thêm vào nội dung đánh giá hiện trạng tổng hợp trong các đồ

án quy hoạch chung xây dựng đô thị các phân tích về các đặc điểm kiến trúc cảnh quan đặc trưng của đô thị, các đặc điểm này có thể đã được khai thác hoặc chỉ là những nhân tố tiềm ẩn cần được đưa vào khai thác sử dụng, cụ thể:

- Phân tích điều kiện tự nhiên và các đặc điểm đặc trưng của khu vực

- Phân tích các đặc điểm về thị giác và hình ảnh đô thị

- Phân tích các yếu tố văn hoá xã hội liên quan

Bổ sung các phân tích xây dựng ý tưởng và đề xuất các cơ cấu

Đề xuất và thể hiện các bản vẽ định hướng phát triển không gian và phân vùng kiến trúc cảnh quan với các nội dung sau:

- Nhận diện và định hình cấu trúc đô thị bền vững

- Phân vùng

- bảo tồn, cải tạo, xây mới

- Phân vùng kiến trúc cảnh quan Khoanh vùng bảo vệ môi trường

- Xác định mật độ xây dựng, hệ số sử dụng đất, tầng cao tối đa, tầng cao tối thiểu trong các khu đô thị điển hình

Đề xuất thiết kế đô thị mẫu cho các khu trung tâm, cửa ngõ đô thị, các tuyến phố chính, các trục không gian chính, quảng trường lớn, không gian cây xanh, mặt nước và các điểm nhấn trong đô thị

1.2.1.2 Thiết kế đô thị riêng biệt

 Phân tích các yếu tố hiện trạng có tác động đến thiết kế đô thị

- Phân tích điều kiện tự nhiên và các đặc điểm nổi trội của khu vực

- Phân tích các đặc điểm về thị giác và hình ảnh đô thị

- Phân tích các yếu tố văn hoá xã hội liên quan

- Các yếu tố kỹ thuật hạ tầng và bố trí tiện ích công cộng

 Tổ chức không gian đô thị

- Xây dựng ý tưởng và đề xuất các sơ đồ cơ cấu

- Tổ chức không gian các nội dung sau:

- Phân vùng kiến trúc cảnh quan và xác định các khu vực đặc trưng cần kiểm soát

- Đề xuất thiết kế đô thị mẫu cho các khu trung tâm, cửa ngõ đô thị, các tuyến phố chính, các trục không gian chính, quảng trường lớn, không gian cây xanh, mặt nước và các điểm nhấn trong đô thị

- Xác định hệ thống tiện ích hạ tầng kỹ thuật: Giao thông, chuẩn bị

kỹ thuật, cấp điện, cấp nước, thoát nước bẩn, chất thải rắn và nghĩa trang

1.2.2 Thiết kế đô thị trong quy hoạch chi tiết xây dựng đô thị

1.2.2.1 Thiết kế đô thị lồng ghép

 Thu thập thông tin - Đánh giá hiện trạng:

Bổ sung thêm vào nội dung đánh giá hiện trạng tổng hợp các phân tích về:

- Thông tin về cộng đồng

- Xác định các đặc điểm khu vực

- Đặc điểm sử dụng đất và các hoạt động

- Hình thái khu vực và môi trường không gian kiến trúc

- Các liên kết với các khu vực lân cận

- Đánh giá tài nguyên thiên nhiên môi trường: Môi trường đi bộ; đường sử dụng cho xe đạp và xe cơ giới; Bố trí tiện ích công cộng và các công trình đầu mối hạ tầng kỹ thuật; Khai thác các nguồn năng lượng trong tự nhiên như gió, ánh sáng, từ đất; Hạn chế chất thải ra môi trường, tái sử dụng chất thải

- Đánh giá các liên kết

- Phân tích đánh giá tổng hợp

 Xây dựng ý tưởng, đề xuất các sơ đồ cơ cấu và đưa ra tầm nhìn

Đề xuất và thể hiện các bản vẽ thiết kế đô thị khung (tổ chức không gian) và phân vùng kiến trúc cảnh quan với các nội dung sau:

- Tạo cấu trúc đô thị: Tạo các không gian mở, các vùng sinh thái cảnh quan, các vùng hành lang xanh, hướng thoát nước chính

- Đề xuất bảo tồn các di sản tự nhiên và các tài sản văn hoá vật thể, phi vật thể

Đề xuất các thiết kế chi tiết minh hoạ cho các không gian kiến trúc cảnh quan cụ thể như: khu trung tâm cộng cộng, các khu vực bảo tồn, các khu cải tạo xây mới, các khu ở, các cửa ngõ, các tuyến phố chính, bố trí tiện ích đường phố và chiếu sáng các trục không gian chính, các quảng trường, không gian xanh, mặt nước và các công trình điểm nhấn trong đô thị

- Tạo các không gian trống tích cực

- Thiết kế giao diện giữa công trình và không gian trống:

- Giải pháp kiến trúc công trình

- Thiết kế kỹ thuật đô thị

- Vấn đề an ninh và cảm giác an toàn

1.2.2.2 Thiết kế đô thị riêng biệt

 Phân tích các yếu tố hiện trạng có tác động đến thiết kế đô thị

- Thu thập các thông tin về cộng đồng:

- Điều tra và đánh giá các đặc điểm của khu vực

- Đánh giá điều kiện tài nguyên thiên nhiên:

- Đánh giá các liên kết hiện hữu

 Thiết kế cấu trúc đô thị khung

Mô tả các nội dung cần thực hiện trong đề xuất tổ chức thiết kế cấu trúc

đô thị khung

a) Tạo cấu trúc đô thị:

- Xác định các quỹ đất hiện có và dự kiến phát triển, chọn mật độ phát triển hợp lý và bố trí hỗn hợp các chức năng sử dụng đất

- Thiết kế hệ thống kiến trúc cảnh quan: Tạo các không gian mở, các vùng sinh thái cảnh quan, các vùng hành lang xanh, các công trình điểm nhấn, các tuyến, các nút, các khu vực đặc biệt

b) Tạo kết nối đô thị:

- Thiết lập mạng lưới đường phù hợp, thiết kế các khu vực khuyến khích đi bộ, tổ chức giao thông: giao thông công cộng, nơi đỗ xe, các tuyến đi bộ, các tuyến sử dụng cho xe cơ giới, bố trí trang thiết bị đường phố

- Phân vùng kiến trúc cảnh quan

- Xác định các khu vực cần can thiệp

- Thiết kế kỹ thuật đô thị mẫu cho các khu cây xanh công viên quảng trường các không gian công cộng, các giao diện giữa các khu vực các giữa các công trình kiến trúc

- Đề xuất những yêu cầu khống chế đối với thiết kế công trình: khối tích - kích thước kiểu dáng và màu sắc tạo cảm giác an ninh

- an toàn Đảm bảo khai thác các nguồn năng lượng từ không khí, gió, ánh sáng và tài nguyên đất đai , thiên nhiên có hiệu quả, hạn chế chất thải và khuyến khích tái sử dụng chất thải

- Đưa ra vị trí, quy mô các vùng, khu vực, các điểm, tuyến, diện, cao thấp, các kết nối đặc trưng cần có hướng dẫn thiết kế đô thị

để kiểm soát phát triển

- Tổ chức thực hiện và chuyển giao

- Đưa ra tiến trình thực hiện đồ án

- Phương thức chuyển giao đồ án để thực hiện

1.3 Giới thiệu chung về hệ thống thông tin địa lý

1.3.1 Khái niệm về hệ thống thông tin địa lý GIS

Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin, đặc biệt là từ khi xuất hiện ngành đồ hoạ vi tính cũng như sự gia tăng vượt bậc những khả năng của phần cứng, hệ thống thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System) đã ra đời và phát triển nhanh chóng cả về mặt công nghệ cũng như

ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (HTTĐL) đã chứng tỏ khả năng ưu việt hơn hẳn các hệ thông tin bản đồ truyền thống nhờ vào khả năng tích hợp dữ liệu mật độ cao, cập nhật thông tin dễ dàng cũng như khả năng phân tích, tính toán của nó Do đó, hệ thống thông tin địa lý đã nhanh chóng trở thành một công cụ trợ giúp quyết định cho tất cả các ngành từ quy hoạch cho đến quản

lý, cho tất cả các lĩnh vực từ tài nguyên thiên nhiên, môi trường, đất đai, kỹ thuật hạ tầng đến kinh tế, xã hội, nhân văn

Theo xu thế phát triển của khoa học và công nghệ, khái niệm về HTTĐL cũng được nhìn nhận ngày càng hiện đại, do đó vai trò của nó ngày càng rộng hơn Thông tin địa lý là mô tả môi trường địa lý về vị trí, kích thước, thuộc tính, quan hệ không gian, thời gian… của đối tượng, hiện tượng và sự kiện nghiên cứu trong một hệ quy chuẩn nào đó

Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về HTTĐL, sau đây là một số định nghĩa đang lưu hành:

- HTTĐL là một hệ thống thu thập, lưu trữ, hiển thị, kiểm tra, tổ hợp, phân tích các dữ liệu với sự tham chiếu đến Trái đất (theo Chorley, 1987)

- HTTĐL là một hệ thống gồm phần cứng, phần mềm, và các phương thức được thiết kế để hỗ trợ việc thu thập, lưu trữ, hiển thị, quản lý, điều khiển, phân tích, mô hình hóa các dữ liệu về không gian có chất lượng và được quy chiếu về một hệ thống nhất nhằm giải quyết các bài toán cụ thể về quản lý và đưa ra quyết định (theo David Cowen, 1989)

- HTTĐL là một hệ thống được tự động hóa để thu thập, lưu trữ, chỉnh sửa, hiển thị, phân tích dữ liệu về không gian (theo Clarke, 1990)

Khó có thể định nghĩa thật chuẩn xác về hệ thông tin địa lý, nhưng có thể thấy rõ về hệ thông tin địa lý là một hệ thống thông tin về các đối tượng địa lý được quy chiếu về một không gian và một thời gian thống nhất mà trước đó

có thể sản xuất các thông tin mới dựa vào các thông tin đang có trong hệ

thống Là mô hình thế giới thực ở dạng tổ hợp của một số hữu hạn lớp thông tin mà mỗi lớp thông tin là hàm số của tọa độ không gian, thời gian trong một

hệ quy chiếu xác định với độ chính xác của mô hình được tính toán theo mục đích của hệ thống và khả năng kỹ thuật của việc thu nhận, lưu trữ, quản lý và hiển thị các thông tin chiết xuất từ mô hình HTTĐL là tập hợp các công cụ mạnh giúp cho việc thu thập, lưu trữ, truy cập, biến đổi và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực cho tập hợp các mục đích nào đó

1.3.2 Các thành phần cơ bản của GIS

Công nghệ GIS được hiểu là một hệ thống và được kiến trúc từ các thành phần cơ bản là:

- Phần cứng của máy tính

- Các bộ phần mềm ứng dụng

- Cơ sở dữ liệu

- Con người

Các thành phần cấu thành đó có liên quan mật thiết với nhau và mối quan

hệ giữa các thành phần đó có thể được mô tả theo sơ đồ sau:

Hình 1.1 Các hợp phần của GIS và các hệ thống liên quan

 Phần cứng

Phần cứng của HTTTĐL bao gồm máy vi tính (computer), máy vẽ

(plotter), máy in (printer), bàn số hóa (digitizer), thiết bị quét ảnh (scanners), các phương tiện lưu trữ số liệu (floppy diskettes, sptical cartridges, CDROM…)

Hình 1.2 Các thiết bị phần cứng của GIS

Đơn vị xử lý trung tâm được kết nối với đơn vị lưu trữ gồm ổ đĩa CD, DVD để lưu trữ dữ liệu và chương trình Bàn số hóa với các thiết bị tương tự khác được sử dụng cho chuyển đổi dữ liệu sang dạng số và gửi vào máy tính Các thiết bị khác dùng để hiển thị các kết quả phân tích dữ liệu Việc kết nối các máy tính được thực hiện thông qua hệ thống mạng với các đường dữ liệu đặc biệt Thiết bị hình là thiết bị giao tiếp hiển thị như màn hình, thông qua đó người sử dụng điều khiển máy tính

 Phần mềm

Một hệ thống phần mềm xử lý trong HTTĐL yêu cầu phải có 2 chức năng cơ bản: Tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu Ngoài ra, các hệ phần mềm HTTĐL nói chung còn có các khả năng khác như kết xuất, trao đổi

và hiển thị thông tin Sự phát triển kỹ thuật HTTĐL hiện đại thường tìm cách rút ngắn khoảng cách giữa các hệ phần mềm nhằm đạt đến khả năng dùng

chung nguồn cơ sở dữ liệu

+ Tự động hóa bản đồ: Bản đồ học là môn khoa học hàm chứa tính mỹ thuật, trình độ khoa học công nghệ và khả năng ứng dụng Do đó, các phần mềm bản đồ số biểu diễn các mối quan hệ không gian từ thế giới thực theo một quy luật toán học xác định với những ký hiệu được quy ước thông qua kỹ thuật số (mã hóa) Từ đó, HTTĐL cho phép tự động giải các bài toán trên bản

đồ, nối mạng tra cứu, biên tập, phân tích và mô phỏng hiển thị

+ Quản lý cơ sở dữ liệu: HTTĐL phải có khả năng điều khiển, xử lý các dạng khác nhau của dữ liệu địa lý, đồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối lượng lớn dữ liệu một cách trật tự, rõ ràng Một yếu tố rất quan trọng của phần mềm HTTĐL là có khả năng liên kết hệ thống giữa tự động hóa bản đồ với quản lý hệ cơ sở dữ liệu Các tài liệu mô tả của một đối tượng bất kỳ, liên

hệ một cách hệ thống với vị trí địa lý của chúng Sự liên kết đó là một ưu thế nổi bật của các phần mềm HTTĐL

 Cơ sở dữ liệu

Dữ liệu là thành phần quan trọng nhất trong HTTĐL Dữ liệu được sử dụng trong HTTĐL được thiết kế theo những nguyên tắc và cấu trúc đã được xác định từ trước gọi là CSDL (database)

Cơ sở dữ liệu trong GIS gồm có hai thành phần cơ bản là cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính:

a Cơ sở dữ liệu không gian: chứa đựng những thông tin định vị của các

đối tượng Chúng cho ta biết được vị trí, kích thước, hình dạng, sự phân bố… của các đối tượng Có 3 loại đối tượng không gian cơ bản: đối tượng dạng điểm, đối tượng dạng đường và đối tượng dạng vùng

Trong cơ sở dữ liệu không gian, người ta sử dụng hai dạng mô hình dữ liệu là: dữ liệu raster và dữ liệu vector

- Mô hình dữ liệu kiểu raster: Mô hình raster phân chia bề mặt không

gian ra thành những phần tử nhỏ bằng nhau, theo một lưới điều hòa gồm các hàng và cột, tính theo thứ tự bắt đầu từ đỉnh phía trái Những phần tử nhỏ này được gọi là cell (pixel), mỗi phần tử mang một giá trị đơn Một mặt phẳng chứa đầy cell tạo thành raster

Nếu tại một cell có nhiều thuộc tính (đa giá trị) khác nhau thì chúng sẽ được tách ra để thể hiện trên những lớp (layer) khác nhau Có thể bóc tách các lớp chuyên đề, lớp đối tượng để thể hiện trên các lớp khác nhau Bản đồ raster

có thể bao gồm nhiều lớp thông tin xếp chồng lên nhau

Mô hình raster thường được áp dụng để thể hiện các đối tượng, hiện tượng phân bố liên tục trong không gian, để lưu trữ thông tin dạng ảnh (ảnh mặt đất, ảnh máy bay, ảnh vệ tinh) trong CSDL

Tọa độ không gian của các đối tượng trong cấu trúc raster được xác định bởi vị trí các hàng và cột trên lưới điều hòa

Mức độ chi tiết của thông tin phụ thuộc vào độ lớn của ô trong lưới điều hòa (cell), gọi là độ phân giải

- Mô hình dữ liệu kiểu vector: Vector là một đại lượng biến thiên có độ lớn và có hướng Cấu trúc vector mô tả vị trí của các đối tượng không gian bằng các kết cấu hình học gồm nút, cạnh, mặt và quan hệ topology Các kiểu đối tượng dạng điểm, dạng đường, dạng vùng trong cấu trúc vector được cấu thành từ các phần tử hình học cơ sở

Ngoài mô hình raster và vector HTTĐL còn sử dụng mô hình biểu diễn

bề mặt TIN, DTM

b Cơ sở dữ liệu thuộc tính

Cơ sở dữ liệu thuộc tính (hay còn gọi là dữ liệu phi không gian) là cơ sở

dữ liệu phản ánh tính chất của các đối tượng khác nhau, ví dụ: các thông tin

về mốc địa giới, đường địa giới, cấp đơn vị hành chính là các dữ liệu thuộc tính Dữ liệu thuộc tính bao gồm dữ liệu thuộc tính định tính và dữ liệu thuộc

tính định lượng và thường được cấu trúc theo dạng bảng gồm các hàng, cột Mỗi hàng bao gồm nhiều loại thông tin về một đối tượng nào đó như tên, tọa độ Mỗi loại thông tin khác nhau này gọi là một trường, mỗi trường được sắp xếp tương ứng với một cột Việc sắp xếp dữ liệu phi không gian như trên rất thuận cho quá trình tìm kiếm, cập nhật, sắp xếp thông tin

 Con người

HTTĐL là một hệ thống được tổng hợp từ nhiều chuyên ngành, do đó đòi hỏi người điều hành sử dụng phải có kinh nghiệm và được đào tạo trong nhiều lĩnh vực Người điều hành cần phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

+ Có kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ và công nghệ thông tin, được đào tạo cơ bản về khoa học địa lý, có khả năng khai thác các đặc điểm và biết xử

lý khi có sự cố về phần cứng và phần mềm, vận hành thông thạo các chương trình liên kết phần cứng

+ Có kinh nghiệm trong việc sử dụng phần mềm HTTĐL, biết lập trình

cơ bản, biết quản lý, xử lý cơ sở dữ liệu và một số công việc khác có liên quan đến tích hợp thông tin

+ Có hiểu biết về cấu trúc dữ liệu: hiểu về nguồn dữ liệu, nội dung và độ chính xác của dữ liệu, tỷ lệ bản đồ và các số liệu đo đạc của tập dữ liệu

+ Có khả năng phân tích không gian: được đào tạo về các phương pháp

xử lý thống kê và xử lý định tính trong địa lý, có thể lựa chọn phương pháp tốt nhất để phân tích và áp dụng nhằm đưa ra kết quả tối ưu

1.3.3 Các chức năng cơ bản của GIS

Phần lớn các phần mềm về GIS đều có các chức năng mà có thể phân ra thành 5 đặc trưng sau:

- Nhập dữ liệu

- Lưu trữ

- Xử lý dữ liệu sơ bộ, và biên tập dữ liệu

- Tìm kiếm và phân tích không gian

- Hiển thị và tương tác

1.3.3.1 Nhập dữ liệu:

Trước khi dữ liệu địa lý có thể được dùng cho GIS, dữ liệu này phải được chuyển sang dạng số thích hợp Quá trình chuyển dữ liệu từ bản đồ giấy sang các file dữ liệu dạng số được gọi là quá trình số hoá

Công nghệ GIS hiện đại có thể thực hiện tự động hoàn toàn quá trình này với công nghệ quét ảnh cho các đối tượng lớn; những đối tượng nhỏ hơn đòi hỏi một số quá trình số hoá thủ công (dùng bàn số hoá) Ngày nay, nhiều dạng

dữ liệu địa lý thực sự có các định dạng tương thích GIS Những dữ liệu này

có thể thu được từ các nhà cung cấp dữ liệu và được nhập trực tiếp vào GIS

1.3.3.2 Lưu trữ

Chức năng của lưu trữ dữ liệu liên quan đến việc tạo ra cơ sở dữ liệu không gian Trong thực tế nội dung của cơ sở dữ liệu này có thể bao gồm việc kết nối dữ liệu không gian vector và (hoặc) dữ liệu không gian raster và cơ sở

dữ liệu thuộc tính mà thuộc tính này chính là dữ liệu tham khảo của các đối tượng không gian được liên kết với chúng Dữ liệu thuộc tính thường được lưu dưới dạng bảng và lưu giữ những thông tin liên quan đến các đối tượng không gian, nhưng đôi khi các dữ liệu trong bảng thuộc tính bao gồm các giá trị của dữ liệu không gian ví dụ như diện tích, chiều dài của đối tượng mà nó

có thể nhận được từ dữ liệu không gian đã được xử lý để taọ liên kết topology Đối với dữ liệu raster, các file thuộc tính thường có liên quan đến các lớp đối tượng ví dụ như đất hoặc thực vật mà không giống như đối với dữ liệu vector là có liên kết với từng đối tượng riêng biệt Sự lựa chọn dữ liệu không gian được tổ chức phù hợp với mô hình vector hay raster thì được làm

ở khâu thu nhận dữ liệu, do đó mỗi mô hình dữ liệu sẽ có những cách tiếp cận thông tin khác nhau

1.3.3.3 Xử lý dữ liệu

Những công việc chính của xử lý dữ liệu bao gồm:

- Tạo Topology cho các dữ liệu vector

- Phân loại các đối tượng cho các loại ảnh viễn thám

- Chuyển đổi dữ liệu từ raster sang vector và ngược lại

- Nội suy mô hình số địa hình

- Chuyển đổi hệ quy chiếu

a Tạo cấu trúc Topology

Về mặt tổng quát mối quan hệ Topology đại diện cho các đối tượng không gian (điểm, đường, vùng) và mối quan hệ của các đối tượng không gian đó với những đối tượng liền kề Mỗi đối tượng không gian sẽ có mối quan hệ với các yếu tố gốc (nút (node), cạnh hay là cung (edge), bề mặt (face)) Mô hình liên kết một hoặc nhiều yếu tố gốc hình học với các đối tượng không gian (points, lines hay polygons) Ví dụ như, một đối tượng hình học dạng điểm (point) sẽ liên kết với một điểm nút đơn, một đối tượng hình học dạng đường (line) sẽ liên kết với một hoặc nhiều yếu tố cạnh, một đối tượng hình học dạng vùng (polygon) sẽ liên kết với một hoặc nhiều yếu tố bề mặt

b Phân loại đối tượng cho các loại ảnh viễn thám

Phân loại là việc sử dụng các thuật toán thích hợp để xếp lọai các pixel của ảnh theo các lớp phủ mặt đất khác nhau (gọi là các lớp – class) Việc phân loại thường dựa vào giá trị của từng pixel sẽ được xếp vàoloại đối tượng nào,

ví dụ như nếu ta lựa chọn một mẫu với giá trị độ xám là trong khoảng từ 0 đến 50 sẽ là nước, thì lúc đó máy tính sẽ tìm tất cả các đối tượng có cùng giá trị độ xám với mẫu đã chọn để gán cho lớp nước Số lớp được lựa chọn sẽ phải tùy thuộc vào người làm, lúc đó kinh nghiệm và kiến thức về các đối tượng trên ảnh sẽ giúp cho người làm biết được sẽ phải phân ra bao nhiêu lớp

đối tượng

c Chuyển đổi cơ sở dữ liệu dạng vector và raster

Việc chọn của cấu trúc dữ liệu dưới dạng vector hoặc raster tuỳ thuộc vào yêu cầu của người sử dụng, đối với hệ thống vector, thì dữ liệu được lưu trữ sẽ chiếm diện tích nhỏ hơn rất nhiều so với hệ thống raster, đồng thời các đường contour sẽ chính xác hơn hệ thống raster Ngoài ra cũng tuỳ vào phần mềm máy tính đang sử dụng mà nó cho phép nên lưu trữ dữ liệu dưới dạng vector hay raster Tuy nhiên đối với việc sử dụng ảnh vệ tinh trong GIS thì nhất thiết phải sử dụng dưới dạng raster

Một số công cụ phân tích của GIS phụ thuộc chặt chẽ vào mô hình dữ liệu raster, do vậy nó đòi hỏi quá trình biến đổi mô hình dữ liệu vector sang

dữ liệu raster, hay còn gọi là raster hoá Biến đổi từ raster sang mô hình vector, hay còn gọi là vector hoá, đặc biệt cần thiết khi tự động quét ảnh Raster hoá là tiến trình chia đường hay vùng thành các ô vuông (pixel) Ngược lại, vector hoá là tập hợp các pixcel để tạo thành đường hay vùng Nếu

dữ liệu raster không có cấu trúc tốt, thí dụ ảnh vệ tinh thì việc nhận dạng đối tượng sẽ rất phức tạp

Nhiệm vụ biến đổi vector sang raster là tìm tập hợp các pixel trong không gian raster trùng khớp với vị trí của điểm, đường, đường cong hay đa giác trong biểu diễn vector Tổng quát, tiến trình biến đổi là tiến trình xấp xỉ

vì với vùng không gian cho trước thì mô hình raster sẽ chỉ có khả năng địa chỉ hoá các vị trí toạ độ nguyên Trong mô hình vector, độ chính xác của điểm cuối vector được giới hạn bởi mật độ hệ thống toạ độ bản đồ còn vị trí khác của đoạn thẳng được xác định bởi hàm toán học

d Nội suy mô hình số địa hình

Là việc sử dụng những mô hình toán học để nội suy nên độ cao của bề mặt địa hình Một trong những phương pháp đó có tên là “lưới tam giác

không đều” (Triangulated Irregular Network - TIN) Và một loại khác là lưới

ô vuông (grid)

1.3.3.4 Tìm kiếm phân tích không gian

Truy vấn không gian và mô hình xử lý đóng vai trò trong việc thỏa mãn yêu cầu của người dùng Phân tích dữ liệu không gian là sự tính toán từ những

dữ liệu hiện đã có được lưu trữ để đưa ra những thông tin địa lý mới nhằm thấu rõ sự vật, hiện tượng hơn Sự kết hợp CSDL, phần mềm GIS và quy tắc suy luận để đi đến một hệ thống hỗ trợ ra quyết định không gian (Chức năng của một HTTĐL thực thụ)

Việc tìm kiếm và lưu trữ dữ liệu GIS thông thường là do để giải quyết một số vấn đề hoặc để đưa ra những quyết định có liên quan đến những ứng dụng đặc biệt Để có câu trả lời về thế giới thực bằng việc sử dụng các ngôn ngữ hỏi đáp và đó chính là việc phân tích không gian Phép phân tích không gian sử dụng từ những phép số học đơn giản đến những phép logic hoặc những phân tích mô hình phức tạp

Phần lớn các hệ thống phần mềm GIS đều có đủ các chức năng để phân tích không gian, chúng được khái quát bằng một số chức năng sau đây:

- Tìm kiếm (Searching), truy vấn (Query)

- Phân tích chồng xếp, chồng chập (Overlay)

- Phân tích liền kề - vùng đệm (Buffer zone)

- Nội suy không gian (Spatial Interpolation)

- Thực hiện các phép toán với dữ liệu raster

1.3.3.5 Hiển thị

Với nhiều thao tác trên dữ liệu địa lý, kết quả cuối cùng được hiển thị tốt nhất dưới dạng bản đồ hoặc biểu đồ Bản đồ khá hiệu quả trong lưu giữ và trao đổi thông tin địa lý GIS cung cấp nhiều công cụ mới và thú vị để mở rộng tính nghệ thuật và khoa học của ngành bản đồ Bản đồ hiển thị có thể

được kết hợp với các bản báo cáo, hình ảnh ba chiều, ảnh chụp và những dữ liệu khác (đa phương tiện)

Hiện nay, công nghệ ESRI (Mỹ) đang được các chuyên gia hệ thông tin địa lý coi là một giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như: desktop, máy chủ, các ứng dụng Web, hoặc hệ thống thiết bị di động, và có khả năng tương thích cao đối với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau Nhóm phần mềm ArcGIS của hãng ESRI là một bộ phần mềm ứng dụng gồm ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, Arcview, và ArcGlobe Khi sử dụng các ứng dụng này đồng thời người sử dụng có thể thực hiện được các bài toán ứng dụng GIS bất kỳ, từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm cả thành lập bản đồ, phân tích địa lý, chỉnh sửa và biên tập dữ liệu, quản lý dữ liệu, hiển thị và xử lý dữ liệu

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP CHUNG ỨNG DỤNG GIS

TRONG QUY HOẠCH THIẾT KẾ ĐÔ THỊ

Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là một công nghệ hữu ích trong quản lý

và xử lý tích hợp các dữ liệu đô thị có tọa độ (bản đồ) với các dạng dữ liệu khác để biến chúng thành thông tin hữu ích trợ giúp các chính quyền đô thị trong lựa chọn địa điểm, quản lý cơ sở hạ tầng, cung cấp dịch vụ đô thị một cách hợp lý Với những ưu điểm nổi trội, công nghệ GIS đang được ứng dụng rộng rãi trên Thế giới và tại Việt Nam

2.1 Các chức năng tìm kiếm và phân tích không gian của GIS

GIS được sử dụng thường xuyên trong nhiều chuyên ngành, lĩnh vực khác nhau như địa lý, tin học, các hệ thống tích hợp thông tin ứng dụng trong quản lý tài nguyên, môi trường, khoa học xử lý dữ liệu không gian Trong các bài toán quy hoạch thiết kế xây dựng, việc đánh giá các điều kiện tự nhiên để

bố trí hợp lý các công trình là việc đòi hỏi phân tích rất nhiều dữ liệu không gian như địa hình khí hậu đất đai Những phân tích này được thực hiện nhờ

sự trợ giúp của các chức năng tìm kiếm và phân tích không gian của GIS Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian là chức năng đóng vai trò rất quan trọng trong GIS Nó tạo nên sức mạnh thực sự của GIS so với các phương pháp khác Tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian giúp tìm ra những đối tượng đồ hoạ theo các điều kiện đặt ra hay hỗ trợ việc ra quyết định của người dùng GIS Ví dụ: Chồng xếp các lớp dữ liệu để giải quyết bài toán giao thông vận tải, chọn vị trí tối ưu; quản lý lưu vực sông, khu bảo tồn; đánh giá khả năng thích nghi đất đai; phân tích thị trường, dự báo lan truyền bệnh,… trên nền cơ sở dữ liệu địa lý Kết quả phân tích không gian có thể được thể hiện thông qua các bản đồ, văn bản hoặc cả hai Các bản đồ xây dựng trên GIS là các bản đồ mang tính động, dễ dàng cập nhật và chỉnh sửa

Có rất nhiều các phương pháp tìm kiếm và phân tích dữ liệu không gian, các phương pháp khác nhau thường tạo ra các ứng dụng GIS khác nhau Sau đây là một số phương pháp được dùng phổ biến nhất:

2.1.1 Buffer (tìm kiếm dữ liệu trong vùng không gian)

Buffer hay còn gọi là truy vấn không gian trên cơ sở các quan hệ không gian giữa các đối tượng Các quan hệ này thông thường nói lên vị trí tương đối của đối tượng này với đối tượng kia Phương pháp buffer được chia làm nhiều loại (phép toán) khác nhau, nhưng cách thức xử lý thì luôn tuân theo các bước cơ bản sau đây:

- Chọn ra một hay nhiều đối tượng trên bản đồ, gọi là các đối tượng gốc

- Áp dụng một quan hệ không gian để tìm ra các đối tượng khác mà có quan hệ đặc biệt với các đối tượng gốc

- Hiển thị tập đối tượng tìm thấy cả trên dữ liệu không gian và thuộc tính

Một số phép toán buffer thông dụng:

- Tìm các đối tượng nằm bên trong các đối tượng khác

- Tìm các đối tượng cắt các đối tượng khác

- Tìm các đối tượng liền kề với các đối tượng khác …

Hình 2.1 Buffer bên trong một vùng có bán kính xác định

2.1.2 Geocoding (tìm kiếm theo địa chỉ)

Một đối tượng trên bản đồ bao giờ cũng được biểu diễn bằng một kiểu

dữ liệu đồ hoạ Phần đồ hoạ này có thể thu được bằng cách số hoá hay quét ảnh bản đồ Tuy nhiên, khi ta đã có bản đồ (bản đồ số), chúng ta cũng có thể xác định được phần đồ hoạ biểu diễn đối tượng hay là vị trí, hình dạng của đối tượng thông qua các dữ liệu mô tả vị trí của nó ví dụ: số nhà, tên đường, tên quận…

Geocoding (hay address matching) là một tiến trình nhằm xác định các đối tượng trên cơ sở mô tả vị trí của chúng Đây là một kỹ thuật rất nổi tiếng,

có mặt trong rất nhiều ứng dụng của GIS

Người ta gọi một geocoding service là quá trình chuyển đổi toàn bộ mô

tả thuộc tính về vị trí sang mô tả không gian

Để tìm được vị trí thông qua địa chỉ, geocoding service phải tham chiếu đến ít nhất một nguồn dữ liệu bao gồm cả thông tin về địa chỉ (thuộc tính) và thông tin không gian (vị trí, hình dạng) Dữ liệu này được gọi là dữ liệu tham chiếu Các geocoding service có thể thao tác trên nhiều kiểu dữ liệu tham chiếu khác nhau

Hình 2.2 Kết quả tìm kiếm theo địa chỉ

2.1.3 Networks (phân tích mạng)

Networks là kỹ thuật được ứng dụng rất rộng rãi trong giao thông, phân phối hàng hoá và dịch vụ, vận chuyển nước hay xăng dầu trong các đường ống dài, trao đổi thông tin qua mạng viễn thông… Trong GIS, networks được

mô hình dưới dạng các đồ thị một chiều hay mạng hình học Mạng hình học này bao gồm các đối tượng đang được hiển thị trên bản đồ, mỗi đối tượng đóng vai trò là cạnh hoặc nút trong mạng

Trong GIS để thiết lập nên mối quan hệ giữa nút - cạnh và cạnh - cạnh ta cần tạo các topology cho cơ sở dữ liệu Topology được hiểu là mối quan giữa các đối tượng trong bảng dữ liệu Quan hệ topology giữa các đối tượng gần giống quan hệ giữa các bảng (relationship)

Chúng ta có hai kiểu liên kết là nút - cạnh và cạnh - cạnh Nút - cạnh là luật liên kết được thiết lập giữa một nút của đối tượng kiểu A với một cạnh của đối tượng kiểu B Cạnh - cạnh là luật liên kết giữa một cạnh của đối tượng kiểu A và một cạnh của đối tượng kiểu B qua một tập các nút

Khi đã tạo topology và xác lập luật liên kết, một mạng lôgic đã được hình thành Lúc này ta có thể áp dụng các thuật toán về mạng để giải quyết các bài toán đặt ra

Hình 2.3 Kết quả tìm kiếm trên mạng giao thông

2.1.4 Overlay (phủ trùm hay chồng bản đồ)

Đây là kỹ thuật khó nhất và cũng là mạnh nhất của GIS Overlay cho phép

ta tích hợp dữ liệu bản đồ từ hai nguồn dữ liệu khác nhau Người ta định nghĩa: “Overlay là quá trình chồng khít hai lớp dữ liệu bản đồ với nhau để tạo

ra một lớp bản đồ mới” Điều này tương tự như việc nhân hai ma trận để tạo

ra một ma trận mới, truy vấn hai bảng cơ sở dữ liệu để tạo ra bảng mới, với

overlay là gộp hai lớp trên bản đồ để tạo ra bản đồ mới Overlay thực hiện

điều này bằng cách kết hợp thông tin một lớp này với một lớp khác để lấy ra

dữ liệu thuộc tính từ một trong hai lớp Người ta chia overlay thành ba dạng phân tích khác nhau:

- Point-in-polygon: chồng khít hai lớp point và polygon, đầu ra là lớp point

- Line-in-polygon: chồng khít hai lớp line và polygon, đầu ra là lớp line

- Polygon-in-polygon: chồng khít hai lớp polygon và polygon, đầu ra là lớp polygon

Quá trình overlay thường được tiến hành qua 2 bước:

- Xác định tọa độ các giao điểm và tiến hành chồng kít hai lớp bản đồ tại giao điểm này

- Kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính của hai lớp bản đồ

Các phép toán overlay bao gồm: phép hợp (Union), phép giao (Intersect)

và phép đồng nhất (Identity)

 Phép hợp (Union)

Hoạt động như toán tử Or Đầu vào là hai lớp bản đồ kiểu là polygon Kết quả đầu ra là một lớp bản đồ mới bằng cách overlay hai miền dữ liệu đầu vào và dữ liệu thuộc tính của chúng Điều kiện: miền dữ liệu phải là polygon

Hình 2.4 Phép hợp

 Phép giao (Intersect)

Hoạt động như toán tử And Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào Kết quả đầu ra bao gồm phần dữ liệu thuộc vào cả hai tập dữ liệu đầu vào

Hình 2.5 Phép giao

 Phép đồng nhất (Identity)

Tạo ra một vùng bao phủ mới bằng cách overlay hai tập dữ liệu đầu vào Kết quả đầu bao gồm toàn bộ phần dữ liệu của lớp đầu tiên và chỉ những phần nào của lớp thứ hai được chồng khít

Hình 2.6 Phép đồng nhất

2.1.5 Proximity (tìm kiếm trong khoảng cận kề)

Proximity là phép tìm kiếm trên cơ sở đo khoảng cách quanh hoặc giữa các đối tượng Khoảng cách này được tính theo khoảng cách Euclidean Có 3 phương pháp phân tích proximity:

- Phương pháp thứ nhất là tìm kiếm nội dung trong vùng

- Phương pháp thứ hai của tìm kiếm cận kề là tìm ra các vùng nối trực tiếp với đối tượng xác định trước

- Phương pháp thứ ba của tìm kiếm cận kề xảy ra khi cần phải tìm kiếm những vùng gần nhất tới tập các vị trí mẫu phân tán không đều

2.2 Giới thiệu về phần mềm ArcGis 9.3

Luận văn sử dụng phần mềm ArcGis 9.3 để xử lý phân tích dữ liệu, sau đây tôi xin trình bày một số đặc điểm và chức năng chính của phần mềm này

2.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm ArcGis

ArcGis là phần mềm của hãng ESRI, là một trong những phần mềm đứng đầu trong công nghệ GIS, ArcGis chạy trên môi trường Windows nên rất thuận tiện trong việc thao tác, ứng dụng ArcGis mang lại cho người sử dụng khả năng khám phá, truy vấn và phân tích dữ liệu một cách nhanh chóng

Phần mềm ArcGis 9.3 gồm 3 ứng dụng chính sau:

- ArcMap để xây dựng, hiển thị, xử lý và phân tích các bản đồ

+ Tạo các bản đồ từ các rất nhiều các loại dữ liệu khác nhau

+ Truy vấn dữ liệu không gian để tìm kiếm và hiểu mối liên hệ giữa các đối tượng không gian

+ Tạo các biểu đồ

+ Hiển thị trang in ấn

- ArcCatalog để quản lý, theo dõi các dữ liệu đã có hoặc tạo mới và mô

tả các dữ liệu mới

+ Tạo mới một cơ sở dữ liệu

+ Explore và tìm kiếm dữ liệu

+ Xác định hệ thống toạ độ cho cơ sở dữ liệu

- ArcToolbox cung cấp các công cụ để xử lý, xuất – nhập dữ liệu từ ArcGis sang các định dạng khác như MapInfo, MicroStation, AutoCAD,…

2.2.2 Các modul trong phần mềm ArcGis

View

Trong chế độ Contents View tất cả các dữ liệu mà ArcGis có thể nhận dạng được sẽ được hiển thị dưới dạng cây thư mục (Catalogue tree) hay các biểu tượng (icons)

Ta cũng có thể xem sơ bộ (preview) các dữ liệu địa lý dưới dạng bản đồ (geographic view) hay dưới dạng bảng (table view)

Trong chế độ Metadata View ta có thể xem các dữ liệu dạng Metadata, tức là các thông tin mô tả khác nhau về dữ liệu như hệ quy chiếu, thời gian và phương pháp thu nhập,…

Các dạng dữ liệu mà ArcGis có thể nhận dạng được bao gồm các feature data sets: Shape file, ArcInfo’s coverage file, Personal Geodatabase và CAD files (*.dwg, *.dxf và *.dgn) và các file ảnh raster như *.tif, *.jpg, *.gif,

*.bmp,*.png, *.img, …

2.2.2.2 Modul ArcMap-ArcView

ArcMap cho phép người sử dụng trình bày và truy vấn maps, tạo nên bản sao đầy đủ của bản đồ và thực hiện chức năng phân tích bản đồ ArcMap cung cấp một cách đơn giản việc chuyển từ quan sát đến sửa chữa đặc trưng không gian của bản đồ

2.2.2.3 Modul ArcToolbox

ArcToolbox cung cấp một môi trường cho xử lý thông tin đía lý (xử lý

đó bao gồm thay đổi hoặc trích dẫn thông tin) Chức năng công cụ sử dụng trong suốt quá trình phân tích ArcToolbox được gắn vào trong ArcCatalog và ArcMap

2.2.3 Cơ sở dữ liệu và khả năng quản lý của phần mềm ArcGis

2.2.3.1 Cơ sở dữ liệu và khuôn dạng dữ liệu sử dụng trong ArcGis

Cơ sở dữ liệu : là một tập hợp các số liệu trong máy tính, được tổ chức sao cho có thể mở rộng trao đổi, sửa đổi và tra cứu nhanh chóng đối với các

ứng dụng khác nhau Dữ liệu là sự mô tả một phần bề mặt trái đất hay các đối tượng gọi là dữ liệu địa lý Đó là một tập các dữ liệu không gian và phi không gian

Có 2 định dạng ArcGis dùng để lưu trữ dữ liệu là Shape files và personal geodatabase (gọi tắt là geodatabase)

1 Shape file

Shape file lưu trữ cả dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính Tuỳ thuộc vào loại đối tượng không gian mà nó lưu trữ, shape file sẽ được hiển thị trong ArcCatalog bằng 1 trong 3 biểu tượng (icon) sau:

Hình 2.7 Các biểu tượng của shapefile

Cụ thể Shapefiles được tham chiếu bằng 5 file

*.shp : File lưu trữ các đối tượng không gian (geometry)

*.shx : File lưu trữ các chỉ số để liên kết đối tượng hình học với bảng thuộc tính

*.dbf : File lưu trữ các thông tin thuộc tính của đối tượng (dạng bảng)

*.sbn và *.sbx : là những file lưu trữ các dữ liệu không gian của đối tượng Các file này chỉ xuất hiện khi ta thực hiện các thao tác phối hợp nhiều lớp bản đồ khác nhau hay các file trong lớp bản đồ

*.ain và *.aih : là những file lưu trữ dữ liệu thuộc tính của đối của đối tượng Các file này chỉ xuất hiện khi ta tiến hành liên kết các bảng thuộc tính Ngoài khuôn dạng chuẩn Shapefiles, ArcGis còn có thể sử dụng các khuôn dạng dữ liệu khác như :

CAD drawings (*.dxf, *.dwg)

Design file (*.dgn)