ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN TUẤN ỨNG DỤNG GIS TRONG
QUẢN LÝ QUY HOẠCH XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ

ỨNG DỤNG GIS TRONG
QUẢN LÝ QUY HOẠCH XÂY DỰNG
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 604805 LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Ts. Nguyễn Ngọc Hóa
Hà Nội – 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Hà Nội – 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN TUẤN

ỨNG DỤNG GIS TRONG
QUẢN LÝ QUY HOẠCH XÂY DỰNG



Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2011
Người cam đoan Nguyễn Văn Tuấn

2
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được rất
nhiều sự giúp đỡ, động viên từ thầy cô, gia đình và bạn bè. Tôi muốn bày tỏ sự cảm ơn
sâu sắc của mình tới tất cả mọi người.
Tôi xin bày tỏ sự cám ơn đặc biệt tới TS Nguyễn Ngọc Hóa, người đã định hướng
cho tôi trong lựa chọn đề tài, đưa ra những nhận xét quý giá và trực tiếp hướng dẫn tôi
trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô trong khoa CNTT - Trường Đại học Công nghệ -
ĐHQG Hà Nội đã dạy bảo tận tình cho tôi trong suốt khoảng thời gian học tập tại
trường.
Tôi xin cảm ơn toàn thể bạn bè đồng nghiệp tại Trung tâm Cơ sở dữ liệu và Hệ
thống thông tin – Trung tâm Viễn thám Quốc gia, đơn vị mà tôi đang công tác, đã chia
sẻ, giúp đỡ tạo điều kiện cho tôi tham gia khoá học và hoàn thành khoá luận này. Xin
cảm ơn tất cả những bạn bè đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và công tác.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình của mình, nguồn
động viên và cổ vũ lớn lao và là động lực giúp tôi thành công trong công việc và trong
cuộc sống.

Hà Nội, ngày 11 tháng 5 năm 2011 Nguyễn Văn Tuấn

1.7 Kết luận 26
Chương 2. Công tác quản lý quy hoạch xây dựng đô thị và ứng dụng của GIS 27
2.1 Thực trạng công tác quản lý quy hoạch xây dựng và quản lý đô thị 27
2.1.1 Sơ đồ trình tự lập đồ án quy hoạch 29
2.1.2 Một số nhân tố tác động đến công tác lập đồ án quy hoạch 29
2.1.3 Các khó khăn trong công tác quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị hiện nay 30
2.2 Ứng dụng GIS trong quản lý quy hoạch xây dựng và đô thị 31
2.2.1 Quản lý nhà nước 32
2.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu nền và chuyên ngành 33
2.2.3 Tạo, lập các báo cáo 33
2.2.4 Cải thiện chất lượng và số lượng thông tin địa lý 34
4
2.3 Sự cần thiết của GIS 3D trong quy hoạch quản lý đô thị 35
2.4 Kết luận 36
Chương 3. Phát triển thử nghiệm hệ thống và đánh giá kết quả thu được 37
3.1 Yêu cầu đặt ra 37
3.2 Thiết kế hệ thống 39
3.2.1 Kiến trúc tổng thể của hệ thống 39
3.2.2 Mô hình phân cấp chức năng của phân hệ GIS 3D 40
3.2.3 Sơ đồ luồng dữ liệu 41
3.3 Xây dựng mô hình 3D từ dữ liệu 2D 42
3.3.1 Phép nội suy 42
3.3.2 Xây dựng bề mặt địa hình 3D 43
3.4 Các kết quả đạt được 46
3.4.1 Xây dựng mô hình địa hình số 46
3.4.2 Xây dựng bản đồ hiện trạng địa hình 3D và các thuộc tính từ 2D 47
3.4.3 Xây dựng mô hình 3D hoá các bản vẽ AutoCAD 50
3.4.4 Quản lý kiểm soát không gian 50
3.4.5 Quy hoạch kiến trúc cảnh quan 56
3.4.6 Phân vùng không gian 57

Environmental Systems Research
Institute
Viện nghiên cứu các hệ thống về
môi trường
UBND

Ủy ban nhân dân
6
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Các thành phần cơ bản của GIS 10
Hình 2. Cấp độ chi tiết LoD đối với các đối tượng nhà, khối nhà 17
Hình 3. Dạng tham số của phương trình đường thẳng 17
Hình 4. Vật thể ba chiều được biểu diễn bằng mô hình khung nối kết 22
Hình 5. Phân tích đa tiêu chí (khu vực nhiều tiếng ồn, vùng ngập lụt) 25
Hình 6. Sử dụng GIS đánh giá mức độ tiếng ồn và dự báo ô nhiễm nguồn nước 25
Hình 7. Trình tự lập đồ án quy hoạch 29
Hình 8. Kiến trúc tổng thể của hệ thống Quản lý quy hoạch xây dựng 40
Hình 9. Mô hình phân cấp chức năng của phân hệ GIS 3D 41
Hình 10. Luồng dữ liệu của phân hệ GIS 3D 41
Hình 11. Quy trình tạo dữ liệu 3D từ dữ liệu 2D 43
Hình 12. Bản đồ đường đồng mức thị xã Đồ Sơn 46
Hình 13. Bản đồ bề mặt địa hình 3D 47
Hình 14. Chồng xếp các lớp đường đồng mức, bản đồ bề mặt và lớp điểm 47
Hình 15. Tạo mô hình 3D từ dữ liệu 2D và thuộc tính 48
Hình 16. Mô hình 3D thể hiện màu sắc theo thuộc tính 50
Hình 17. Chuyển đổi từ dạng dữ liệu và mặt bằng sang 3D 50
Hình 18. Hình ảnh đánh dấu tầng cao công trình trên mặt bằng (nếu cần chi tiết) 51
Hình 19. Hình ảnh đánh dấu tầng cao trung bình của lô đất (không cần chi tiết) 51
Hình 20. Thống kê công trình và lô đất toàn bộ bản vẽ 52
Hình 21. Thống kê công trình trên 1 loại đất. 52

dàng. Chính các đặc điểm này làm cho công nghệ GIS 3D trở thành công nghệ
rất hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi. Trong lĩnh vực quản lý và quy hoạch đô
thị, GIS 3D có rất nhiều ứng dụng mà điển hình là: xây dựng mô hình địa hình số
(DTM), xây dựng mô hình bề mặt số (DSM), theo dõi quản lý cơ sở hạ tầng đô
thị như: đường giao thông, đường điện, thoát nước; quản lý và quy hoạch xây
dựng đô thị; quản lý và quy hoạch sử dụng đất đô thị; quản lý và quy hoạch kiến
trúc đô thị. Nhìn chung, các ứng dụng của công nghệ này rất đa dạng và mang lại
hiệu quả cao. Công nghệ này cũng mở ra khả năng xây dựng mô hình cảnh quan
kiến trúc ba chiều của thành phố một cách nhanh chóng và chính xác.
Thực tế cho thấy hầu hết các ứng dụng trong quản lý và quy hoạch đô thị
đều sử dụng mô hình địa hình số (DTM) và mô hình số mặt đất (DSM) như một
8

đầu vào cơ bản. Trong khi đó, dữ liệu đầu vào để giải các toán này lại có một số
hạn chế như đã trình bày ở trên. Hiện trạng này làm cho các đơn vị được giao
nhiệm vụ gặp rất nhiều khó khăn trong quá trình thực thi: nếu thụ động chờ đến
khi nguồn dữ liệu đầu vào được xây dựng như mong muốn thì sẽ không hoàn
thành đúng thời hạn. Nếu tự nâng cấp dữ liệu thì gặp khó khăn rất lớn về kinh phí
và nguồn lực, nếu chỉ sử dụng dữ liệu hiện có thì kết quả sẽ có nhiều hạn chế.
Việc ứng dụng phần mềm quản lý qui hoạch sẽ cho phép cập nhật kịp thời
thông tin qui hoạch xây dựng, bổ sung vào nguồn dữ liệu hiện trạng phục vụ kịp
thời cho công tác cấp phép thẩm định qui hoạch. Sử dụng công nghệ GIS 3D cho
phép hiển thị trực quan cảnh quan kiến trúc đô thị phục vụ công tác quản lý qui
hoạch theo chiều cao. Nhanh chóng bổ sung vào nguồn dữ liệu 2D hiện có của
bản đồ địa hình và qui hoạch. Trên cơ sở này tôi chọn đề tài: “Ứng dụng GIS
trong quản lý quy hoạch xây dựng” nhằm nghiên cứu và đẩy mạnh ứng dụng
GIS trong công tác quản lý và quy hoạch xây dựng đô thị.
Những kết quả chính của luận văn đã được tổng hợp, trình bày trong các
chương chính sau:
Chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống thông tin địa lý và mô hình GIS

(subsystem) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những thông tin có
ích" – theo định nghĩa của Calkin và Tomlinson, 1977.
"Hệ thông tin địa lý là một hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu bằng máy tính để
thu thập, lưu trữ, phân tích và hiển thị không gian" (theo định nghĩa của National
Center for Geographic Information and Analysis, 1988).
Theo định nghĩa của ESRI (Environmental System Research Institute) thì
“Hệ thông tin địa lý là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm
máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu
trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất”.
Cho đến nay, định nghĩa được nhiều người sử dụng nhất là: hệ thống thông
tin địa lý là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các
10

thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục
vụ một mục đích nghiên cứu nhất định.
1.2 Các thành phần của GIS
Một hệ thống GIS gồm có 5 thành phần cơ bản sau:
1. Phần cứng.
2. Phần mềm.
3. Con người.
4. Dữ liệu.
5. Các quy trình.

Hình 1. Các thành phần cơ bản của GIS
1.3 Các chức năng của GIS
Bất kỳ một hệ thống thông tin địa lý nào cũng phải có sáu chức năng cơ bản
để giải quyết hiệu quả các vấn đề trong thế giới thực. Sáu chức năng đó là:
 Thu thập dữ liệu.
 Lưu trữ dữ liệu.
 Truy vấn dữ liệu.

Một hệ thống GIS phải có các công cụ để tìm ra các đối tượng cụ thể dựa
trên vị trí địa lý hoặc thuộc tính của nó. Các truy vấn, thường được tạo ra bởi các
câu lệnh hoặc biểu thức logic, sẽ được sử dụng để chọn ra các đối tượng trên bản
đồ và các bản ghi của chúng trong cơ sở dữ liệu.
12

Một truy vấn của một hệ thống GIS thông thường sẽ trả lời câu hỏi: Cái
gì? Ở đâu? Trong kiểu truy vấn này, người sử dụng biết đối tượng nằm ở vị trí
nào, và muốn biết các thuộc tính của nó. Điều này có thể được thực hiện trong hệ
thống GIS bởi vì đối tượng địa lý được thể hiện trên bản đồ sẽ có liên kết với
thông tin thuộc tính của nó lưu trong cơ sở dữ liệu.
Một kiểu truy vấn khác của là tìm các vị trí thỏa mãn một số tính chất nào
đó. Trong trường hợp này, người sử dụng biết rõ các tính chất quan trọng và
muốn tìm xem những đối tượng nào có thuộc tính đó.
Phân tích dữ liệu
Phân tích địa lý thường liên quan đến nhiều tập dữ liệu khác nhau và yêu
cầu một quá trình nhiều bước để cho ra kết quả cuối cùng. Một hệ thống GIS
phải có khả năng phân tích mối quan hệ không gian giữa các tập dữ liệu để trả lời
câu hỏi và giải quyết vấn đề mà người sử dụng đặt ra. Ba phương pháp phân tích
thông tin địa lý phổ biến là:
• Phân tích gần kề xấp xỉ: Sử dụng thuật toán buffering để xác định mối
quan hệ gần kề giữ các đối tượng.
• Phân tích chồng xếp: Kết hợp các đối tượng của hai lớp dữ liệu để tạo ra
một lớp mới, lớp kết quả này sẽ chứa đựng các thuộc tính có trong cả hai
lớp gốc. Lớp kết quả có thể được phân tích để tìm ra những đối tượng
chồng phủ, hoặc để tìm ra mức độ một đối tượng nằm trong một vùng
hoặc nhiều vùng nào đó là bao nhiêu.
• Phân tích mạng lưới: Để giải quyết các bài toán như mạng lưới giao
thông, mạng lưới thủy văn
Hiển thị dữ liệu

khuôn dạng số liệu cũng rất đa dạng phụ thuộc vào các công nghệ sẵn có trong
từng trường hợp.
Ở Việt Nam, các ngành khoa học tuỳ theo yêu cầu riêng biệt và điều kiện
vật chất kỹ thuật của mình cũng đã có một số sản phẩm đồ họa có các yếu tố địa
hình 3D trong đó như: sơ đồ tuyến, mặt cắt trong các ngành giao thông, thuỷ lợi;
14

DEM được tạo trong quá trình xử lý ảnh máy bay; bản đồ tác chiến trong quân
sự; mô hình cảnh quan trong giáo dục hay du lịch. Các số liệu này được thành lập
cho một số khu vực nhưng còn thiếu tính hệ thống và mang đặc trưng riêng của
từng ngành.
1.4.1 Một số khái niệm cơ bản
1.4.1.1 Mô hình độ cao số
Mô hình độ cao số ((Digital Elevation Model - DEM) là mô hình số miêu
tả bề mặt mặt đất nhưng không bao gồm các đối tượng vật thể trên đó được xây
dựng dựa trên các điểm độ cao và các đường bình độ. DEM là một nội dung
chính của Mô hình địa hình 3D nên một trong những ứng dụng chính của mô
hình địa hình 3D là các ứng dụng từ DEM.
1.4.1.2 Mô hình địa hình số
Cũng giống như DEM, mô hình địa hình số (Digital Terrain Model –
DTM) là mô hình số miêu tả bề mặt mặt đất không bao gồm các đối tượng vật
thể trên đó nhưng được xây dựng dựa trên các điểm độ cao, các đường bình độ và
các đối tượng nằm trên bề mặt như sông suối, ao hồ… Do vậy độ chính xác của
DTM cao hơn DEM, DTM là cơ sở để đo vẽ địa hình trên trạm ảnh số.
1.4.1.3 Mô hình bề mặt số
Mô hình bề mặt số (Digital Surrface Model - DSM) là một mô hình độ cao
số miêu tả bề mặt mặt đất và bao gồm cả các đối tượng vật thể trên đó như nhà
cửa, cây, đường giao thông Mô hình bề mặt số có ý nghĩa rất quan trọng trong
việc tạo ảnh trực giao đối với ảnh vệ tinh, ảnh máy bay chụp màu có độ phân giải
cao.

nó có hình dạng bất kỳ.
Lập DTM trực tiếp từ dữ liệu đã có của địa bề mặt: Cách này là phù hợp
cho việc mô hình hoá các đối tượng địa môi trường vì nó tạo ra DTM mô tả đối
tượng một cách trung thực với lượng thông tin (dữ liệu) đã biết về đối tượng.
Mức độ chính xác của việc mô tả đối tượng bằng DTM lúc này phụ thuộc chủ
yếu vào mức độ chính xác và mức độ đầy đủ của dữ liệu về đối tượng.
16

Vì các lý do như địa hình phức tạp, hiểm trở hoặc do đối tượng nằm dưới lòng
đất, hoặc vì lý do kinh tế không thể đủ chi phí, việc lấy mẫu, đo đạc không thể
thực hiện một cách liên tục, do vậy nguồn dữ liệu cho DTM dù ở dạng nào thì
cũng là tập dữ liệu rời rạc. Các đối tượng của địa môi trường mặc dù là có hình
dạng bất kỳ nhưng đều có tính liên tục. Nếu như lập DTM bằng phương pháp
toán học thì chính các hàm toán học là công cụ liên kết các điểm dữ liệu rời rạc
để mô tả đối tượng. Cũng tương tự như vậy, lập DTM trực tiếp từ dữ liệu cũng
cần phải có mô hình thích hợp để liên kết các điểm dữ liệu rời rạc để mô tả đối
tượng. Có 2 mô hình thích hợp cho việc tạo DTM trực tiếp từ dữ liệu: Đó là mô
hình lưới (Rectangular grid) và mô hình mạng tam giác (Triangulated Irregular
Network – TIN).
1.4.3 Khái niệm về cấp độ chi tiết
Khái niệm cấp độ chi tiết (Level of Detail – LoD) được đưa ra để diễn tả
mức độ chi tiết, sự giống nhau giữa mô hình địa hình 3D và thế giới thực.
Ở bước 1- xây dựng mô hình hình học, LoD sẽ quyết định độ chi tiết của
các đối tượng như độ chính xác của DEM, những chi tiết nào của bề mặt đất có
thể bỏ qua, những công trình kiến trúc nào phải được thể hiện và thể hiện đến
mức nào, những tiểu tiết nào có thể được khái quát hoá.
Ở bước 2 - Hiển thị trực quan, LoD sẽ quyết định về mặt hình thức đối
tượng sẽ được thể hiện giống với hình ảnh thực đến mức nào. Có hai xu hướng
thể hiện trái ngược nhau. Một là ký hiệu hoá tối đa các đối tượng theo các
nguyên tắc bản đồ. Hai là cố gắng thể hiện các đối tượng càng giống với hình ảnh