Nghiên cứu dữ liệu 3D công trình xây dựng cấp độ chi tiết cao (LOD3): Trường hợp nghiên cứu tại TP. Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh

23/05/2024

TN&MTDữ liệu 3D mức độ chi tiết cao (LOD3) là thông tin quan trọng phục vụ công tác xây dựng, quản lý thành phố thông minh. Bài báo này trình bày kết quả xây dựng bộ dữ liệu 3D cấp độ LOD3 cho khu vực đô thị thuộc TP. Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh với diện tích khoảng 1 km2.

Trong nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu UAV (bằng thiết bị Phantom 4 Pro), công nghệ chụp ảnh mặt đất và quét Laser mặt đất để xây dựng mô hình 3D cho khu vực thử nghiệm. Phân tích kết quả đạt được cho thấy, bộ dữ liệu 3D công trình xây dựng hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đối với dữ liệu không gian địa lý 3D LOD3 theo quy định tại Thông tư số 68/2015/TT-BTNMT. Kết quả nhận được trong nghiên cứu cung cấp dữ liệu đầu vào quan trọng phục vụ quá trình xây dựng, quy hoạch và quản lý thành phố thông minh ven biển.

Từ khóa: Dữ liệu 3D, LOD3, UAV, công nghệ quét Laser mặt đất, Hạ Long. 

Abstract

Research on building high-detail 3D models (LoD 3) to serve smart city planning and management is necessary and must be specifically researched and piloted. Therefore, the purpose of “Building a high-detail 3D construction image data set (LoD 3)” is to provide a suitable process to integrate two UAV technologies. and ground Laser scanning to create a high-level 3D overall model (LoD 3) for construction projects with complex architecture and high heights, with information in the model about quantity and size, the shape, position and orientation of the designed components are measured directly from the model without reference to notes and instructions.

Keywords: LoD (Level of Detail), TLS (Terrestrial Laser Scanning ), UAV (Unmanned Aerial Vehicle).

Giới thiệu    

Quá trình đô thị hóa và phát triển KT-XH ở tỉnh Quảng Ninh đang tăng cường nhu cầu quản lý cơ sở hạ tầng như: Điện, nước, nước thải, thông tin liên lạc và giao thông. Vì vậy, cần có hệ thống quản lý và cung cấp thông tin hiện đại để hỗ trợ quản lý cơ sở hạ tầng và phát triển bền vững KT-XH. Nghiên cứu về xây dựng dữ liệu không gian 3D phục vụ cho thành phố thông minh và ứng phó với BĐKH là quan trọng và đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội.

Việc sử dụng công nghệ UAV chụp ảnh bằng máy ảnh phổ thông đang trở thành lựa chọn ưu việt do chi phí thấp và độ chính xác cao. Sản phẩm từ UAV là cơ sở cho việc thành lập bản đồ địa hình và bản đồ chuyên đề với độ phân giải cao.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa

Lựa chọn khu vực nghiên cứu có diện tích 1 km2, bao gồm các đối tượng đô thị ven biển đặc trưng, để xây dựng dữ liệu không gian địa lý 3D với độ phân giải 1:500. Sử dụng UAV kết hợp với công nghệ RTK để chụp ảnh với độ phân giải 2,5 cm và chi tiết các đối tượng bằng GPS-RTK hoặc toàn đạc điện tử. Đo đạc và chụp ảnh mặt đất để thu thập thông tin về cây xanh và hệ thống đường phục vụ xây dựng dữ liệu không gian 3D.

Phương pháp giải đoán ảnh viễn thám và phân tích dữ liệu GIS

Chiết tách thông tin về dữ liệu không gian địa lý 3D bề mặt và thông tin thuộc tính các đối tượng lớp phủ nhân tạo và tự nhiên trong đô thị từ ảnh UAV. Tiến hành xây dựng dữ liệu không gian địa lý 3D dựa vào các dữ liệu địa không gian thu thập được bao gồm cả công việc liên kết dữ liệu không gian và thuộc tính của tất cả các đối tượng trong khu vực nghiên cứu.

Phương pháp tham vấn chuyên gia

Tham vấn các chuyên gia về môi trường, đô thị, và biến đổi khí hậu để so sánh, đánh giá kết quả dữ liệu không gian địa lý 3D xây dựng được và đề xuất phương án áp dụng cho thành phố thông minh ven biển thích ứng với BĐKH.

Kết quả và thảo luận

Công tác xây dựng lưới khống chế cơ sở khu vực thực nghiệm

Thành lập lưới đường chuyền cấp 1

Trên khu vực đo vẽ thành lập 05 điểm đường chuyền cấp 1 được đánh số hiệu điểm GPS01; GPS02, GPS03; GPS04 và GPS05. Các điểm bố trí thành các cặp điểm thông hướng, chọn nơi có địa hình ổn định, thông thoáng, điểm được đánh dấu bằng mốc tâm xứ, chôn mốc trên thực địa theo đúng quy cách. Các điểm đường chuyền 1 được đo nối với mốc tọa độ gốc bằng phương pháp định vị GNSS tĩnh; sử dụng 05 máy đo GNSS hai tần số Comnav T300.

Thành lập lưới thủy chuẩn kỹ thuật

Mốc đường chuyền 1 được đo nối độ cao với mốc TPHL08. Sử dụng máy thủy bình NA2, phương pháp đo cao hình học từ giữa để đo đạc. Lưới thủy chuẩn kỹ thuật được đo dưới dạng lưới thủy chuẩn hình học dạng khép kín.

* Các thiết bị phục vụ thu thập dữ liệu 

Các thiết bị cần sử dụng như sau (bảng 1):

Bảng 1. Các thiết bị thu thập dữ liệu UAV
Nghiên cứu dữ liệu 3D công trình xây dựng cấp độ chi tiết cao (LOD3): Trường hợp nghiên cứu tại TP. Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh

Các thiết bị được kiểm tra, kiểm định và đánh giá đảm bảo hoạt động ổn định, an toàn và chính xác cho công tác thu thập dữ liệu.

Bay chụp ảnh từ UAV

Kết quả xử lý ảnh bay chụp từ UAV để xây dựng đám mây điểm 3D được thực hiện trên phần mềm xử lý ảnh chuyên dụng Agisoft Metashape. 

Tổ chức chụp quét laser mặt đất (TLS)

Với mục đích nâng cao độ chính xác và đánh giá độ chính xác của mô hình đám mây điểm dãy biệt thự liền kề thành lập bằng công nghệ đo ảnh mặt đất và công nghệ UAV. Dãy biệt thự liền kề được quét TLS phần bên ngoài. Theo thiết kế, có 10 trạm TLS với sơ đồ bố trí trạm máy.

Kết quả xử lý dữ liệu TLS cho dãy biệt thự liền kề

Dữ liệu scans được trút vào máy tính và xử lý trên phần mềm SCENE. Các trạm được ghép và đánh giá độ chính xác, trước khi xuất ra định dạng E75 để phục vụ quá trình đánh giá độ chính xác đám mây điểm UAV và chụp ảnh mặt đất.

Kết quả của quá trình xử lý được đám mây điểm như Hình 1.

Hình 1. Đám mây điểm TLS cho dãy biệt thự liền kề
Nghiên cứu dữ liệu 3D công trình xây dựng cấp độ chi tiết cao (LOD3): Trường hợp nghiên cứu tại TP. Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh

Kết luận

Trong nghiên cứu này đã xây dựng được bộ dữ liệu 3D LOD3 khu vực thuộc TP. Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh bằng các kết hợp công nghệ UAV, chụp ảnh mặt đất và quét Laser mặt đất. Việc kết hợp các công nghệ được thể hiện qua việc ghép nối đám mây điểm tạo ra đám mây điểm hoàn chỉnh bằng hai phương án: 1) từ công nghệ chụp ảnh từ UAV và chụp ảnh mặt đất; và 2) từ công nghệ chụp ảnh từ UAV và quét Lazer. Hai đám mây điểm hoàn chỉnh này là cơ sở để cung cấp việc đánh giá độ chính xác và phương án về công nghệ. Hơn nữa, trong nội dung này các đối tượng đặc trưng của khu vực thực nghiệm bao gồm: 1) Nhà độc lập; 2) Dãy biệt thự liền kề và 3) Tòa nhà cao tầng được thực hiện đo vẽ cho LoD3 cho để thấy rõ ưu nhược điểm của từng công nghệ đối với các đối tượng khác nhau trên thực địa.    

Tài liệu tham khảo

Bộ TN&MT (2014), Quy định kỹ thuật về mô hình cấu trúc, nội dung cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:2000 và 1:5000, Hà Nội;

Bộ TN&MT (2015), Thông tư số: 68/2015/TT-BTNMT, Quy định kỹ thuật đo đạc trực tiếp địa hình phục vụ thành lập bản đồ địa hình và cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:500, 1:1.000, 1:2.000, 1:5.000;

Cục Bản đồ/BTTM (2021), Quy định KT thành lập cơ sở dữ liệu không gian địa lý và bản đồ ba chiều (3D) tỷ lệ 1:2.000 và 1:5.000, Bộ TTM: Hà Nội. p. 54;

Vũ Đăng Cường (2012), Ứng dụng GIS trong xây dựng CSDL GIS3D căn cứ Hải quân: Luận văn ThS. Địa lý tự nhiên: 60 44 76;

Dương Văn Hải, Bùi Huy Hoàng, Cáp Xuân Tú, Trần Đức Thuận (2017). Nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ thu thập dữ liệu không gian địa lý phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu đa mục tiêu. Tổng công ty TN&MT Việt Nam. 15 trang;

Nguyễn Thị Vân Hương (2019), Thành phố thông minh - xu hướng phát triển trên thế giới và Việt Nam. Tạp chí Kiến trúc, 293, p. 1-6;

Vũ Phan Long, Vũ Văn Chất, Nguyễn Vũ Giang (2017), Bay chụp ảnh bằng máy bay không người lái (UAV) thành lập bản đồ không gian 3 chiều (3D). Tạp chí Khoa học Đo đạc và Bản đồ, 31, p. 23-28.

ThS. NGUYỄN HỮU LONG, ThS. PHẠM THẾ HÙNG
Trường Đại học Đồng Tháp
Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 7 năm 2024

Tin tức

Thủ tướng: '5 đẩy mạnh' trong cải cách hành chính để huy động mọi nguồn lực cho phát triển

Đoàn ĐBQH tỉnh Hà Giang tiếp xúc cử tri sau Kỳ họp thứ 7, Quốc hội Khoá XV tại huyện Vị Xuyên

Kỳ họp thứ 7 của Quốc hội khẳng định tinh thần đoàn kết, dân chủ, kỷ cương và trách nhiệm rất cao

Thủ tướng Phạm Minh Chính: Quyết tâm hoàn thành khoảng 1.200 km cao tốc cho ĐBSCL

Tài nguyên

Đảm bảo an ninh nguồn nước

Lập Quy hoạch tổng hợp lưu vực sông Ba thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến 2050

Làm rõ giếng khoan giữa đồng sôi ùng ục, đốt là cháy

Thanh Trì: Ban hành Công văn số 3775/CNTT  về việc dừng giao dịch đối với Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất

Môi trường

Ứng phó với áp thấp nhiệt đới và mưa lớn

Đồng bộ các biện pháp ứng phó với lũ quét, sạt lở đất

Tiếng vọng hấp hối từ những cánh rừng già

Chủ động sử dụng sản phẩm thay thế túi ni-lông

Video

Diễn đàn môi trường lần thứ III - Năm 2024

Chuyển đổi xanh - động lực tăng trưởng mới để phát triển kinh tế

Xử lý chất thải rắn sinh hoạt: Thực trạng và giải pháp

Tạp chí Tài nguyên và Môi trường 20 năm xây dựng và phát triển

Khoa học

Điều chỉnh công nghệ khai thác cát sông tại Sóc Trăng

Khảo sát ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến một số tính chất đất, nước trên sông rạch và ương vườn tại huyện Gò Công Tây, tỉnh Tiền Giang

Một số kết quả tính toán độ cao bằng công nghệ định vị dẫn đường toàn cầu GPS/GNSS dựa trên mô hình EIGEN-6C4 và EGM2008

Đề xuất các giải pháp tiêu úng và phòng, chống lũ rừng ngang vùng hữu sông Bùi, huyện Chương Mỹ

Chính sách

Tín dụng cấp nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn: Mức cho vay tối đa 25 triệu đồng

Luật Đất đai quy định về cưỡng chế thực hiện quyết định kiểm đếm bắt buộc như thế nào?

Thanh Hóa: Cho phép Công ty Anh Phát được nhận chìm 500.000 m3 chất nạo vét xuống biển Nghi Sơn

Ngành TN&MT Lạng Sơn triển khai nhiệm vụ 6 tháng cuối năm 2024

Phát triển

Trường Đại học TN&MT TP. Hồ Chí Minh: Đa dạng ngành nghề để đào tạo những công dân tương lai có trách nhiệm với môi trường

Ninh Bình: Đến năm 2030 chấm dứt sử dụng hóa chất độc hại trong nuôi trồng thủy sản

Đại hội Chi hội Nhà báo Tạp chí Tài nguyên và Môi trường nhiệm kỳ 2024-2026 đã diễn ra thành công tốt đẹp

Khởi động dự án “Sự sống 2024”

Diễn đàn

"Rộng cửa" cho tín dụng xanh

Chủ tịch UBND tỉnh Thanh Hoá yêu cầu các địa phương chủ động ứng phó với áp thấp nhiệt đới và mưa lớn

Phát triển chuỗi cung ứng xanh: Cần điểm tựa chính sách

Thời tiết ngày 16/7: Bắc Bộ, Trung Bộ mưa to đến rất to