Trong bối cảnh chuyển đổi số để xây dựng thành phố thông minh, dữ liệu không gian địa lý 3D của thành phố ngày càng trở thành dữ liệu không gian quan trọng, nó có thể là nền tảng cho hệ thống thông tin tích hợp của thành phố thông minh [1–2]. Thành phố thông minh là thành phố phát triển bền vững dựa trên những ứng dụng công nghệ thông tin. Một trong những hợp phần cốt lõi của công nghệ thông tin là CSDL không gian địa lý 3D [3]. Để thành lập dữ liệu không gian địa lý thành phố 3D, có nhiều phương pháp đã được thực hiện bao gồm: phương pháp ảnh hàng không lập thể, phương pháp sử dụng ảnh vệ tinh lập thể, phương pháp bản đồ sẵn có, phương pháp chụp ảnh panorama từ nhiều điểm đứng máy, phương pháp sử dụng ảnh máy bay không người lái, phương pháp từ quay phim 3D, phương pháp quét Lidar mặt đất; phương pháp sử dụng hệ thống bản đồ di động (Mobile mapping system), ….Hoặc có sự kết hợp từ hai phương pháp trở lên để có độ chi tiết và độ chính xác cao hơn theo từng nhu cầu cụ thể như: phương pháp kết hợp ảnh hàng không và bản đồ có sẵn; phương pháp sử dụng hệ thống thông tin địa lý kết hợp các dữ liệu đo đạc, phương pháp sử dụng ảnh vệ tinh đơn lẻ độ phân giải rất cao kết hợp điểm khống chế và bóng địa vật,… [4–20].

[21] đã thử nghiệm phương pháp sử dụng dữ liệu từ UAV với độ phân giải thấp (640 × 480 pixel) để thành lập mô hình thành phố dạng 3D. Phim được quay và nắn chỉnh hình học đồng thời với việc bay chụp, do đó, sử dụng ảnh với kích thước ảnh lớn thường sẽ không khả thi do giới hạn xử lý của máy tính. Trung tâm thành phố Konya của Thổ Nhĩ Kỳ đã được xây dựng ở dạng dữ liệu không gian địa lý thành phố 3D với diện tích đạt tới 300 km2 , bao gồm 300 000 tòa nhà, 5 khu vực lịch sử và du lịch nổi tiếng, quan trọng của thành phố đã được xây dựng ở mức chi tiết cao, nhóm tác giả Yalcin và Selcuk đã thực hiện công việc này năm 2014 dựa trên 42.000 tấm ảnh hàng không có độ phân giải cao [22]. Một ví dụ điển hình của việc sử dụng kết hợp bởi nhiều dữ liệu không gian khác nhau, Over và cs. đã sử dụng dữ liệu từ OpenStreetMap và mô hình số bề mặt để thành lập dữ liệu không gian địa lý 3D các thành phố ở Đức [23]. OpenStreetMap là dự án thu thập dữ liệu không gian từ người dùng tự nguyện thông qua nhiều phương tiện như ảnh chụp phổ thông có gắn GPS hoặc số hóa ảnh vệ tinh, ảnh máy bay. Nguồn dữ liệu này thường có độ chính xác không đồng nhất do được xây dựng từ đa nguồn dữ liệu thứ cấp. Công nghệ máy bay không người lái UAV được sử dụng phổ biến trong khoảng 10 năm gần đây để xây dựng dữ liệu không gian địa lý 3D của các công trình kiến trúc cũng như cho các thành phố trên thế giới. Mô hình 3D của lâu đài Landenberg đã được xây dựng dựa trên máy ảnh thông thường gắn trên máy bay để chụp vòng quanh nhà thờ ở góc nghiêng 70o và chụp thẳng trên nóc với độ phân giải mặt đất là 10 m. Hơn nữa ảnh chụp từ mặt đất bốn phía của lâu đài cũng được sử dụng để bổ sung hình ảnh bề mặt lâu đài trong mô hình 3D [24].

Tổng công ty Tài nguyên và Môi trường Việt Nam là đơn vị có nhiều nghiên cứu ứng dụng các công nghệ địa không gian trong nghiên cứu và xây dựng quy trình thành lập cơ sở dữ liệu không gian địa lý và bản đồ ba chiều tỷ lệ lớn phục vụ quy hoạch phát triển đô thị, kiến trúc, trong nhiệm vụ bảo trì duy tu các di tích lịch sử, mô phỏng thực địa trong mục đích phân định đường biên giới quốc gia,…. [25–29]. [30] đã sử dụng dữ liệu trong khu vực thử nghiệm là ảnh chụp từ UAV kết hợp với các dữ liệu bản đồ khác để thành lập dữ liệu không gian địa lý 3D khu vực nghiên cứu với định dạng CityGML. Kết quả nghiên cứu [31 ] cũng đã tiến hành đề xuất được bộ thuật toán giúp tự động phân loại dữ liệu đám mây điểm ra 8 phân lớp khác nhau, đồng thời đề xuất được quy trình xây dựng mô hình 3D thành phố tự động từ dữ liệu LiDar hàng không cho khu vực Hòn Gai, Hạ Long, Quảng Ninh. [32] đã xây dựng và thử nghiệm thành công quy trình xây dựng và biểu diễn trực quan mô hình 3D toàn bộ khuôn viên Khu A–HUMG trên nền web bằng công cụ mã nguồn mở 3DCityDB và thư viện CesiumJS. [33] đã thử nghiệm ứng dụng kết hợp dữ liệu ảnh UAV với dữ liệu quét Lidar mặt đất trong xây dựng mô hình số 3D mức độ chi tiết cao (LoD–3) cho công trình nhà cao tầng trong trong khu vực đô thị ven biển tại Hạ Long, Quảng Ninh, Việt Nam. Các công trình nghiên cứu liên quan đến kết hợp các thiết bị bay và máy ảnh, máy quét LiDAR cho công tác xây dựng dữ liệu thành phố 3D ở Việt Nam còn chưa phổ biến do giá thành rất cao, các yêu cầu phần mềm và phần cứng cho lưu trữ, xử lý số liệu còn hạn chế.

Nghiên cứu này tập trung xây dựng phương án thành lập dữ liệu không gian địa lý 3D với tiêu chí giảm tối đa giá thành, phương án triển khai đơn giản, hiệu quả, được thực hiện với các thiết bị phổ biển trên thị trường tại Việt Nam. Để xử lý dữ liệu không gian thành dữ liệu không gian địa lý 3D, một chuỗi các phần mềm đã sử dụng bao gồm: xử lý ảnh chụp từ UAV và số hóa các đường đặc trưng (lề đường, cạnh tòa nhà, mái nhà, ống khói và đường bên trong tòa nhà) bằng phần mềm SketchUp. Các đường, đối tượng, số hóa và phân loại thủ công theo các mức độ chi tiết khác nhau. Tất các các đường đặc trưng sau đó được đưa vào phần mềm FME để xây dựng dữ liệu không gian địa lý 3D cho thành phố và xuất ra kết quả theo tiêu chuẩn CityGML. Phương pháp kết hợp dữ liệu ảnh máy bay UAV và chụp ảnh mặt đất sẽ cần xử lý một khối lượng lớn dữ liệu không gian. Đồng thời độ phân giải của ảnh chụp từ UAV cho độ phân giải cao, việc bay chụp sẽ phải thực hiện lặp lại ở các góc khác nhau để đáp ứng được việc xây dựng dữ liệu không gian địa lý 3D với độ chính xác tương đương hoặc lớn hơn bản đồ tỷ lệ 1:1.000.