Bản đồ 3D đầu tiên hé lộ cấu trúc đô thị chính xác nhất của Trái Đất

Lần đầu tiên, thế giới có một bản đồ ba chiều ghi lại toàn bộ các tòa nhà trên Trái Đất với độ chi tiết chưa từng có. Bản đồ này có tên GlobalBuildingAtlas, một cơ sở dữ liệu không gian mới ghi lại hình dạng và chiều cao của mọi tòa nhà ở độ phân giải cao. Dự án được phát triển bởi nhóm nghiên cứu Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Xiaoxiang Zhu, thông qua Khoản tài trợ Khởi động của Hội đồng Nghiên cứu châu Âu (ERC).

Từ những hình ảnh vệ tinh năm 2019, nhóm đã tạo nên bộ dữ liệu thống nhất và chính xác nhất về môi trường xây dựng toàn cầu. Bản đồ mới có độ phân giải cao gấp 30 lần so với các dữ liệu trước đây và ghi nhận tới 2,75 tỷ tòa nhà, tức nhiều hơn khoảng một tỷ tòa nhà so với những thống kê khả dụng trước đó.

Điểm nổi bật của GlobalBuildingAtlas là toàn bộ các tòa nhà được biểu diễn bằng mô hình 3D ở mức độ chi tiết cơ bản (LoD1). Dù không thể hiện các chi tiết kiến trúc tinh vi, mô hình vẫn cho phép đánh giá chính xác hình dáng, chiều cao, thể tích và mật độ xây dựng. Với độ phân giải ba mét mỗi cạnh, bản đồ đủ chi tiết để phục vụ các tính toán quy hoạch quy mô lớn, hỗ trợ lập mô hình đô thị và phân tích không gian ở cấp địa phương lẫn toàn cầu.

Tổng quan bộ dữ liệu GlobalBuildingAtlas. Ảnh: Nhóm nghiên cứu

Không giống các bộ dữ liệu trước đây vốn tập trung vào đô thị tại các nước phát triển, GlobalBuildingAtlas bao phủ hầu như toàn bộ Trái Đất, bao gồm châu Phi, Nam Mỹ, Đông Nam Á và cả những vùng nông thôn hẻo lánh vốn lâu nay thiếu dữ liệu. Ngay cả những khu vực tưởng như trống hoàn toàn trên bản đồ khi nhìn từ xa cũng hiện ra vài mô hình 3D của các tòa nhà khi phóng to, cho thấy mức độ bao phủ của bản đồ thật sự rất rộng và chi tiết.

Theo nhóm nghiên cứu, 97% toàn bộ các đối tượng được mô hình hóa ở mức LoD1, tạo sự cân bằng giữa độ chính xác và khả năng xử lý dữ liệu khổng lồ.

Dữ liệu ba chiều mang đến một góc nhìn hoàn toàn mới về quá trình đô thị hóa. Trước đây, các bản đồ hai chiều chỉ thể hiện diện tích xây dựng, nên nhiều khu vực đông dân nhưng phát triển theo chiều cao thường bị đánh giá chưa chính xác về mức độ mật độ và quy mô thực tế.

Nay, việc phân tích thể tích và chiều cao công trình giúp đo lường điều kiện sống thực tế hơn, xác định chính xác khu vực thiếu nhà ở, nơi còn hạn chế tiện ích xã hội hoặc nơi đang gia tăng áp lực hạ tầng. Từ đó, bản đồ 3D tạo nền tảng khoa học để các chính phủ và thành phố lập kế hoạch mở rộng đô thị, phân bổ dịch vụ giáo dục, y tế và phát triển không gian công cộng.

Một đóng góp quan trọng của dự án là chỉ số khối lượng công trình bình quân đầu người. Đây là thước đo mới cho phép so sánh mức độ tiếp cận nhà ở giữa các khu vực khác nhau, đồng thời phản ánh sự bất bình đẳng không gian. Ở những nơi thiếu nhà ở, khối lượng công trình bình quân đầu người thấp cho thấy nhu cầu cải thiện hạ tầng xã hội, điều chỉnh quy hoạch và đầu tư công. Ngược lại, các khu vực có chỉ số cao thể hiện điều kiện sống rộng rãi hơn hoặc mức độ phát triển đô thị lớn hơn.

Tầm quan trọng của bản đồ không chỉ giới hạn trong lĩnh vực quy hoạch đô thị. Trong nghiên cứu khí hậu, dữ liệu về cấu trúc thành phố đóng vai trò quan trọng trong các mô hình tính toán nhu cầu năng lượng, đánh giá hiệu ứng đảo nhiệt, hay dự đoán lượng khí thải carbon. Việc nắm rõ vị trí, chiều cao và phân bố tòa nhà giúp mô phỏng dòng chảy không khí, mức độ hấp thụ nhiệt và khả năng phát tán khí nhà kính. Đây là thông tin cần thiết để xây dựng các thành phố chống chịu tốt hơn với biến đổi khí hậu.

Dữ liệu giúp xây dựng các mô hình chính xác hơn về đô thị hóa, hạ tầng và quản lý rủi ro thiên tai. Ảnh: Gizmodo

Nhiều cơ quan, trong đó có Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR), đã bày tỏ sự quan tâm đến việc dùng bản đồ này để đánh giá rủi ro thiên tai như lũ lụt, động đất hay cháy rừng. Khi nắm rõ vị trí và đặc điểm của từng công trình, các nhà quản lý có thể ước tính chính xác hơn mức độ ảnh hưởng và xây dựng kế hoạch ứng phó khẩn cấp hiệu quả hơn.

Trong lĩnh vực kinh tế xã hội, bản đồ cho phép phân tích mối quan hệ giữa phát triển đô thị, mật độ dân cư và chất lượng hạ tầng. Các nhà nghiên cứu có thể quan sát sự thay đổi của cấu trúc thành phố dưới tác động của di cư, bùng nổ dân số, suy thoái kinh tế hoặc các biến cố khác. Những dữ liệu như vậy trước đây rất khó tiếp cận, đặc biệt ở những khu vực thiếu thống kê hoặc cập nhật không đầy đủ.

Bản đồ cũng tạo điều kiện phát triển các sản phẩm công nghệ mới, bao gồm dịch vụ phân tích thị trường bất động sản, hệ thống đánh giá tác động môi trường, các nền tảng thành phố thông minh hay mô phỏng đô thị phục vụ giáo dục. Nhờ tính mở và khả năng tích hợp vào nhiều mô hình tính toán, GlobalBuildingAtlas được dự đoán sẽ trở thành hạ tầng dữ liệu quan trọng cho các ngành từ kiến trúc đến quản trị công.

Dự án cũng thúc đẩy các cơ hội nghiên cứu liên ngành. Khi kết hợp dữ liệu tòa nhà với thông tin dân số, kinh tế và khí hậu, các chuyên gia có thể xây dựng những mô hình đa chiều phản ánh sự tương tác giữa con người và môi trường. Điều này hỗ trợ các quốc gia trong việc đạt được các Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên Hợp quốc, đặc biệt trong các lĩnh vực đô thị bền vững, giảm bất bình đẳng và ứng phó khí hậu.

Giáo sư Xiaoxiang Zhu, người dẫn dắt dự án, là một trong những chuyên gia hàng đầu thế giới về phân tích dữ liệu vệ tinh và mô hình hóa đô thị. Nhóm của bà phát triển nhiều phương pháp xử lý dữ liệu lớn nhằm giải quyết những thách thức của các thành phố hiện đại. GlobalBuildingAtlas được đánh giá là một trong những nỗ lực quy mô lớn nhất trong lịch sử nghiên cứu của TUM và đã nhận được sự công nhận rộng rãi từ cộng đồng khoa học.

Tùng Lâm (Theo Gizmodo, Russpain)