ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
--------------------

PHẠM VĂN DUY

Tên đề tài:
"ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D PHỤC VỤ QUY
HOẠCH KHÔNG GIAN ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN,
TỈNH THÁI NGUYÊN"

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Địa chính môi trường

Khoa

: Quản lý tài nguyên

Lớp

: K42 – ĐCMT N02

Khóa học


Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2014
Sinh viên

Phạm Văn Duy


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Cty TNHH

Giải thích
: Công ty trách nhiệm hữu hạn

Digital Elevation Model – DEM : Mô hình số hoá độ cao.
PCCC

: Phòng cháy chữa cháy

QL

: Quốc lộ

UBND

: Uỷ ban nhân dân


DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1: Tổng diện tích thành phố Thái Nguyên năm 2012………………26

Hình 4.15: Mô hình 3D nhà, công trình trên ArcScene ................................. 44
Hình 4.16: Mô hình 3D nhà và các công trình theo số tầng .......................... 45
Hình 4.17: Mô hình 3D hiển thị theo mục đích sử dụng đất của thành phố
Thái Nguyên ................................................................................ 45
Hình 4.18: Mô hình của một sô công trình có kiến trúc đặc biệt ................... 46
Hình 4.19: Lớp đường và lớp, cây xanh trên nền địa hình DEM ................... 47
Hình 4.20: Mô hình 3D khu vực nghiên cứu phục vụ quy hoạch không gian
đô thị thành phố Thái Nguyên ...................................................... 48
Hình 4.21 : Giao diện Acgoble 10.0 ............................................................. 50
Hình 4.22: Mô hình 3D khu vực nghiên cứu trên Arcgoble 10.0 .................. 50
Hình 4.23 :Quy trình thực hiện trên Google Sketchup Pro2013 .................... 51
Hình 4.24 : Kết quả sau khi dựng công trình ................................................ 52
Hình 4.25 : Phối cảnh không gian khu đô thị Hồ Xương Rồng ..................... 53
Hình 4.26: Phối cảnh không gian tương lai của khu đô thị Hồ Xương Rồng. 54
Hình 4.27 : Kết quả tìm kiếm theo thuộc tính số tầng ................................... 55
Hình 4.28: Kết quả cập nhật thông tin số tầng .............................................. 56


MỤC LỤC
Trang
PHẦN 1: MỞ ĐẦU................................................................................................................ 1
1.1.Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 1
1.2. Mục đích, yêu cầu, ý nghĩa ...................................................................... 2
1.2.1. Mục đích nghiên cứu ............................................................................ 2
1.2.2. Yêu cầu của đề tài ................................................................................ 2
1.2.3. Mục tiêu ............................................................................................... 2
PHẦN 2: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU........................................... 3
2.1. Tổng quan về quy hoạch không gian đô thị ............................................. 3
2.1.1 Khái niệm về quy hoạch không gian đô thị ............................................ 3
2.1.2 Những hoạt động cụ thể liên quan đến quy hoạch không gian đô thị ..... 3

4.2.1. Thực trạng sử dụng đất của thành phố Thái Nguyên ........................... 25
4.2.2. Tình hình quản lí sử dụng đất của thành phố Thái Nguyên ................. 27
4.3. Tình hình quy hoạch và xây dựng không gian đô thị của thành phố Thái
Nguyên ......................................................................................................... 29
4 3.1. Đánh giá thực hiện quy hoạch chung .................................................. 29
4.3.2. Định hướng phát triển không gian đô thị Thành phố Thái Nguyên ..... 30
4.4. Xây dựng mô hình 3D phục vụ cho quy hoạch không gian đô thị thành
phố Thái Nguyên .......................................................................................... 32
4.3.1. Quy trình xây dựng mô hình 3D trong GIS ......................................... 32
4.3.2. Nguồn dữ liệu đầu vào cần thiết ......................................................... 32
4.3.3. Cơ sở dữ liệu thuộc tính và không gian để xây dựng mô hình 3D phục
vụ cho quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên ....................... 34
4.4. Quy trình xây dựng mô hình 3D phục vụ cho quy hoạch không gian đô
thị thành phố Thái Nguyên ........................................................................... 38
4.4.1. Tạo mô hình số độ cao DEM cho khu vực nghiên cứu........................ 38
4.4.2. Xây dựng mô hình 3D phục vụ cho quy hoạch đô thị của thành phố
Thái Nguyên................................................................................................. 42


4.4.3. Mô hình 3D các công trình trên địa bàn nghiên cứu............................ 46
4.4.4. Hoàn chỉnh dữ liệu 3D với mô hình DEM .......................................... 46
4.5 Ứng dụng mô hình 3D trên một số phần mềm ........................................ 49
4.5.1 Hiển thị mô hình 3D trên ArcGoble ..................................................... 49
4.5.2. Phối cảnh không gian đô thị Hồ xương rồng phục vụ quy hoạch không
gian đô thị bằng Google Sketchup Pro- 2013................................................ 51
4.5.3 Hiển thị , truy xuất, quản lý dữ liệu 3D phục vụ quy hoạch không gian
đô thị trên Arcgis 10.0 .................................................................................. 55
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................ 58
5.1. Kết luận ................................................................................................. 58
5.2. Kiến nghị ............................................................................................... 58

số, xây dựng mô hình bề mặt số, 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.
Công nghệ GIS 3D cho phép hiển thị trực quan cảnh quan kiến trúc đô thị


2

phục vụ công tác quản lý quy hoạch theo chiều cao. Nhanh chóng bổ sung vào
nguồn dữ liệu 2D hiện có của bản đồ địa hình và quy hoạch.
Với mục đích nêu trên, được sự đồng ý của ban chủ nhiệm khoa Quản Lý
Tài Nguyên, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn của cô
giáo Th.s. Ngô Thị Hồng Gấm em tiến hành lựa chọn đề tài: “Ứng dụng GIS
xây dựng mô hình 3D phục vụ quy hoạch không gian đô thị thành phố
Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên” nhằm giúp cho các nhà nghiên cứu có cái
nhìn thực tế về thế giới thực, về những hạn chế của kiến trúc không gian đô
thị hiện tại để từ đó định hướng phù hợp cho công tác quy hoạch và cải tạo,
chỉnh trang đô thị trong tương lai.
1.2. Mục đích, yêu cầu, ý nghĩa
1.2.1. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm ArcGis 10.0, Google Sketchup
Pro 2013, và các phần mềm liên quan khác trong xây dựng mô hình 3D phục
vụ quy hoạch không gian đô thị thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên.
- Xây dựng được mô hình 3D của thành phố Thái Nguyên phục vụ cho
quy hoạch không gian đô thị.
1.2.2. Yêu cầu của đề tài
- Nắm vững và có khả năng sử dụng các phần mềm chuyên dùng cho

- Văn hóa, lối sống cộng đồng
- Chính sách quản lý và phát triển bất động sản và nhà ở
- Chiến lược phát triển kinh tế xã hội cho mỗi vùng, mỗi khu vực
- Đầu tư hạ tầng kỹ thuật
- Phát triển và bảo tồn các di sản kiến trúc và thiên nhiên
- Phát triển bền vững của nhân loại.
2.1.3.Bộ khung pháp lý cho các quy hoạch không gian đô thị ở Việt Nam
Hệ thống khung pháp lý cho các quy hoạch không gian đô thị ở Việt
Nam khá chi tiết và đầy đủ, cụ thể như sau:
- Luật Quy hoạch Đô thị 2009
- Nghị định 37/2010/NĐ-CP về lập, thẩm định, phê duyệt và quản lý quy
hoạch đô thị - kèm theo Thông tư 10/2010/TT-BXD quy định hồ sơ của từng
loại quy hoạch đô thị do Bộ Xây dựng ban hành.


4

- Nghị định 38/2010/NĐ-CP về quản lý không gian, kiến trúc, cảnh quan
đô thị - kèm theo Thông tư 19/2010/TT-BXD hướng dẫn lập quy chế quản lý
quy hoạch, kiến trúc đô thị do Bộ Xây dựng ban hành.
- Nghị định 39/2010/NĐ-CP về quản lý không gian xây dựng ngầm đô
thị - kèm theo Thông tư 11/2010/TT-BXD hướng dẫn về quản lý cơ sở dữ liệu
công trình ngầm đô thị do Bộ Xây dựng ban hành.
2.1.4.Thực trạng quy hoạch không gian đô thị tại Việt Nam
2.1.4.1 Thực trạng quy hoạch không gian đô thị trên cả nước
Hầu hết cả tỉnh trên cả nước đều đã có quy hoạch không gian đô thị và
được chính phủ phê duyệt. Thành phố Hồ Chí Minh với kiến trúc quy hoạch
không gian vùng mở rộng sẽ tạo đòn bẩy và đóng vai trò là trung tâm kinh tế
của cả nước. Đà Nẵng, Cần Thơ, Huế, Hải Phòng đều là những thành phố
trọng điểm của các vùng miền. Tại các tỉnh này đều có quy hoạch phát triển

thập, lưu trữ, truy cập, biến đổi và thể hiện dữ liệu không gian ghi nhận được
từ thế giới thực tiễn” (Burroughs, 1986).
- “Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống có chức năng xử lý các thông tin
địa lý nhằm phục vụ việc quy hoạch, trợ giúp quyết định trong một lĩnh vực
chuyên môn nhất định” (Pavlidis, 1982).
Từ những chức năng cần có của một hệ thống thông tin địa lý, một số
nhà khoa học đã định nghĩa:
- “Hệ thống thông tin địa lý là hệ thống quản trị cơ sở dữ liệu trên máy
tính để thu thập, lưu trữ, truy cập, phân tích và thể hiện dữ liệu không gian”
(NCGIA = National Center for Geographic Information and Analsis,1988).
- “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống chứa hàng loạt chức năng
phức tạp dựa khả năng của máy tính và các toán tử xử lý thông tin không
gian” (Tomlinson and Boy, 1981; Dangemond, 1983).
thông tin địa lý là một hệ thống tự động thu thập, lưu trữ, truy vấn, phân
tích và hiển thiện dữ liệu không gian” (Clarke, 1995).
- “Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống thông tin bao gồm một số
phụ hệ (subsystems) có khả năng biến đổi các dữ liệu địa lý thành những


6

thông tin có ích” (Calkins và Tomlinson, 1977; Marble, 1984).
- Từ những định nghĩa trên cho thấy hệ thống thông tin địa lý có những
khả năng của một hệ thống máy tính (phần cứng, phần mềm và các thiết bị
ngoại vi) dùng để nhập, lưu trữ, truy vấn, xử lý, phân tích và hiển thị hoặc
xuất dữ liệu. Trong đó, cơ sở dữ liệu của hệ thống là những dử liệu về các đối
tượng, các hoạt động, các sự kiện kinh tế, xã hội, nhân văn phân bố theo
không gian.
2.2.1.2. Các thành phần của GIS
Hệ thống GIS có 5 thành phần chính, bao gồm phần cứng (hardware),

liệu được sử dụng trong kỹ thuật GIS là:
- Cơ sở dữ liệu bản đồ
- Số liệu thuộc tính (Attribute)
*Con người
Con người là yếu tố quyết định sự thành công cho sự phát triển một dự
án về GIS, họ là các chuyên viên tin học, các chuyên gia về các lĩnh vực khác
nhau, chuyên gia GIS, thao tác viên GIS, phát triển ứng dụng GIS.
Người sử dụng hệ thống là những người sử dụng GIS để giải quyết các
vấn đề không gian. Họ thường là những người được đào tạo tốt về lĩnh vực
GIS hay GIS chuyên dụng. Nhiệm vụ chủ yếu của họ là số hóa bản đồ, kiểm
tra lỗi, soạn thảo, phân tích các dữ liệu thô và đầu ra các giải pháp cuối cùng
để truy vấn dữ liệu địa lý.


8

*Phương pháp
Là việc phân tích dữ liệu không gian như tạo vùng đệm, phân tích vùng lân
cận, phân tích thống kê không gian…phân tích và ghi các dữ liệu thuộc tính về
biến… Ngoài ra, GIS còn sử dụng các phương pháp nội suy không gian dựa trên
điểm, vùng… sử dụng phương pháp đo và tính toán, chuyển hệ tọa độ nhằm mục
đích trả lời những câu hỏi được đặt ra hay bài toán cần giải quyết.
2.2.2. Tổng quan về công nghệ Gis 3D
2.2.2.1. Một số khái niệm cơ bản
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.[3]

Nếu t1[0,1], ta có các điểm (x,y) thuộc về đoạn thẳng giới hạn bởi hai
điểm (x1, y1) và (x2, y2), nếu t2[-∞,+∞] ta sẽ có toàn bộ đường thẳng. Trong
biểu diễn bề mặt địa hình, đoạn thẳng nối hai điểm độ cao trên bề mặt địa
hình được dùng để miêu tả sự biến đổi tuyến tính của một phần bề mặt địa
hình nằm giữa hai điểm đó.
 Mặt phẳng
Khi biểu diễn bề mặt địa hình dưới dạng lưới tam giác không đều TIN,
thì mỗi tam giác sẽ đặc tả phần địa hình nằm bên trong tam giác đó. Mỗi tam
giác là một mặt phẳng, để biểu diễn các tam giác trên máy tính, chúng ta sử
dụng phương trình toán học của mặt phẳng.
Phương trình tổng quát biểu diễn mặt phẳng có dạng:
Ax + By + Cz + D = 0
Trong đó: (x, y, z) là một điểm bất kì của mặt phẳng
A, B, C, D là các hằng số diễn tả thông tin không gian của mặt phẳng.
Để xác định phương trình mặt phẳng của một tam giác trong không gian, ta
sử dụng tọa độ của ba đỉnh (x1,y1,z1), (x2,,y2,z2), (x3 ,y3,z3) của tam giác này.


10

 Đường cong
Khi biểu diễn bề mặt địa hình, người ta còn thể hiện dáng điệu địa hình
dưới dạng các đường bình độ. Đường bình độ là một đường cong phức tạp,
luôn uốn lượn bám sát bề mặt địa hình và có độ cao không đổi. Việc tìm ra
các công thức để biểu diễn các đường bình độ là rất phức tạp. Trong mục này
chúng ta sẽ khảo sát các phương pháp cho phép tạo ra các đường cong mô tả
đường bình độ dựa trên tập các điểm xác định trên đường cong.
Bài toán đặt ra ở đây là cần xây dựng một đường cong đi qua tập hợp các
điểm phân biệt p1, p2, .... , pL+1 có độ cao không đổi và luôn bám sát bề mặt
địa hình.

mềm khác.
+ Cho phép chia sẻ các đối tượng thiết kế được lên Internet.
+ Có thể lấy các thiết kế có sẵn thông qua mạng trực tuyến Google
Buiding Marker
+ Xây dựng các thiết kế bản vẽ dễ dàng và thuận lợi hơn các phần mềm khác.
+ Sketcup trực quan hóa mọi hoạt động tương tự như vẽ tay. Đơn vị cơ bản
trong Sketchup là đường- mặt với các chuối thao tác vẽ, chia, nối, di chuyển ,
xoay, thu phóng, nâng khối, cắt khối, trượt dẫn, tô màu, vẽ địa hình…
+ Do đơn giản nên người sử dụng Sketchup có thể vẽ rất nhanh, nhưng
không có nghĩa là kém chính xác. Sketchup có khả năng dò tìm điểm nội suy,
nhập số liệu chính xác đến 06 lẻ số thập phân, giả bóng thời gian thực.


12

2.4. Một số ứng dụng của mô hình địa hình số 3D

2.4.1. Các ứng dụng trong việc giám sát và phát hiện tài nguyên
Giám sát lũ lụt: Việc mô hình hoá vùng lưu vực sông dựa trên dữ liệu địa
hình 3D, các thông tin tại các điểm nút (các mặt cắt ngang, mặt cắt dọc), dữ
liệu về lượng mưa, lượng nước bị giữ lại và sức chứa của lưu vực có thể được
dùng để đưa ra các dự báo về khoảng thời gian, phạm vi ngập lũ và đề xuất
các biện pháp phòng ngừa. Trong quá trình đang xảy ra thiên tai dựa trên các
nội dung của Mô hình địa hình 3D, cơ quan phụ trách có thể đưa ra các quyết
định tức thời, chính xác về việc di dời người và tài sản, giảm nhẹ thiệt hại về
người và của, đánh giá thiệt hại và đưa ra các biện pháp cứu trợ hiệu quả.
Phòng chống cháy rừng, phòng chống sụt lở đất cũng có thể phát hiện một
cách rất hiệu quả dựa trên thông tin của Mô hình địa hình 3D. Từ DEM, dữ
liệu về lớp phủ thực vật kết hợp với các thông tin về lượng mưa, chiều gió, độ
ẩm, chất đất... có thể đưa ra các cảnh báo, các phản ứng tức thời và các

chiến, phân tích địa hình cho các hoạt động chiến trường như: phân tích tầm
nhìn hay khả năng cơ động của các trang thiết bị cơ giới... Các ứng dụng tiêu
biểu khác của DEM trong quân sự là phục vụ dẫn đường cho tên lửa và thiết
kế mạng thông tin liên lạc. Các ứng dụng trong quân sự cũng đòi hỏi phải có
các chức năng hiển thị mạnh như các công cụ hiển thị hình ảnh động trong
các mô hình mô phỏng tác chiến.
Xuất hiện tại Việt Nam từ những năm 90 và bùng nổ manh mẽ trong
những năm gần đây, hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information
System – GIS) ra đời trên cơ sở sự phát triển của hoa học máy tính và ngày
nay được biết đến là một công cụ trợ giúp đắc lực trong quản lý hạ tầng tại
Việt Nam.
Hệ thống GIS đã bắt đầu được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều bộ
ngành: Quy hoạch xây dựng, sử dụng đất, tài nguyên môi trường, giao thông
vận tải... và bắt đầu đã được đưa vào chương trình giảng dạy tại một số
trường đại học.
Trong lĩnh vực Quy hoạch xây dựng, công nghệ GIS đã được áp dụng tại
một số đơn vị trong ngành quy hoạch xây dựng và cơ quan quản lý địa
phương như: Viện Kiến trúc, Quy hoạch đô thị và nông thôn, UBND (uỷ ban
nhân dân) Thành phố Hà nội, Sở địa chính, Viện Quy hoạch Hải Phòng, Sở
Tài nguyên – Môi trường Cần Thơ... và nhiều cơ quan khác. Các phần mềm


14

chính được sử dụng như: MapInfo, ArcInfo, AutoCad, ArcView,
Microstation, Access, SQL server,...
Hiện nay trong công tác quy hoạch xây dựng, phần mềm chính được sử
dụng phổ biến hiện nay nhất là phần mềm hỗ trợ thiết kế AutoCad, phần mềm
xử lý ảnh Photoshop... việc ứng dụng các phần mềm GIS như Arcview,
Mapinfo,... còn rất hạn chế. Chính những hạn chế này đã đặt ra cho các nhà

Văn Thụ,Trưng Vương, Phan Đình Phùng) thành phố Thái Nguyên.
- Trích khu đô thị Xương Rồng, phường Phan Đình Phùng, thành phố
Thái Nguyên.
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
3.2.1. Địa điểm
Thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên
3.2.2. Thời gian
Đề tài được nghiên cứu từ ngày 20/01/2014 đến ngày 30/04/2014.
3.3. Nội dung nghiên cứu
- Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của thành phố Thái Nguyên.
- Tình hình quản lí và sử dụng đất của thành phố Thái Nguyên.
- Tình hình quy hoạch và xây dựng không gian đô thị tại thành phố Thái
Nguyên.
- Xây dựng mô hình 3D phục vụ cho quy hoạch không gian thành phố
Thái Nguyên.
- Ứng dụng mô hình 3D trên một số phần mềm.
+ Hiển thị mô hình 3D trên ArcGoble
+ Phối cảnh không gian đô thị khu đô thị Hồ Xương Rồng phục vụ quy
hoạch bằng Google Sketchup Pro- 2013.
+ Hiển thị, truy xuất, cập nhật mô hình 3D bằng Arcgis


16

3.4. Phương pháp nghiên cứu
3.4.1. Phương pháp điều tra, thu thập số liệu
3.4.1.1. Tài liệu thứ cấp
- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Thái Nguyên tỷ lệ 1:5000
- Bản đồ địa chính của thành phố Thái nguyên tỷ lệ 1:5000.
- Báo cáo tình hình kinh tế hằng năm của thành phố Thái nguyên.