Bảo tồn di tích kiến trúc có ý nghĩa đối với các hoạt động kinh tế, văn hóa chính trị và trực tiếp ra đời các nguồn lợi vật chất. Để có thể bảo tồn hay trùng tu lại một di tích kiến trúc 1 cách chuẩn xác nhất thì chúng ta cần phải có cơ sở dữ liệu số về các công trình kiến trúc này. Bài báo giới thiệu công nghệ LiDAR scanner, hỗ trợ công tác xây dựng dữ liệu số có độ chuẩn xác cao, tiết kiệm kinh phí và thời gian nhất là dữ liệu đo đạc còn được dựng dưới dạng 3D. Dữ liệu số này dùng làm lưu trữ cũng như là nguồn tài liệu quý giá khi chúng ta muốn khôi phục lại một di tích tựa như trước lúc nó bị hủy hoại hay xuống cấp. Các thông tin đề ra trong bài báo sẽ hỗ trợ cho những nhà quản lý, nhà bảo tồn có thể đưa ra quyết định chuẩn xác trong việc chọn lựa phương án xây dựng cơ sở dữ liệu số bảo tồn di tích kiến trúc.
Bảo tồn di tích kiến trúc trong thời kỳ biến đổi số
Bảo tồn di tích kiến trúc là quá trình khôi phục, bảo tồn và quản lý những thay đổi của di tích theo phương thức duy trì và nâng cao ý nghĩa, nâng tầm giá trị của công trình[1]. Bảo tồn một di tích kiến trúc hoặc công trình đóng một vai trò quan trọng trong việc tiếp thị, định rõ địa danh cũng như tạo lên doanh thu kinh tế và hỗ trợ ngành du lịch, nhất là giữ lại giá trị văn hóa và tinh thần. Sự hủy hoại các di tích kiến trúc – đô thị sẽ làm hao tổn cơ cấu kinh tế đô thị, nhiều lúc hiểm nguy đến mức làm lụi tàn đô thị do đánh mất bản sắc riêng.
Các đất nước trên thế giới rất chú trọng vấn đề bảo tồn di tích và xây dựng dữ liệu số các di tích kiến trúc phục vụ công tác bảo tồn từ những năm 1980. Năm 2021, Chính phủ Việt Nam đã phê duyệt Xác định hướng phát triển kiến trúc Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050, trong đó đã khẳng định chủ trương bảo tồn các di tích kiến trúc cùng các giá trị cốt lõi, xác lập nên bản sắc văn hóa dân tộc trong kiến trúc cổ truyền Việt Nam. Sự kết nối hữu cơ giữa những di tích với tổng thể kiến trúc của một khu vực nội đô, nông thôn cần phải được bảo đảm xuyên suốt trong tiến trình phát triển kiến trúc. Bản sắc văn hóa trong kiến trúc phải được bảo tồn, phát huy thích hợp với từng giai đoạn phát triển của quốc gia, đặc thù vùng miền; phản ánh mối liên hệ với nền kiến trúc modern hiện đại, áp dụng những tiến bộ về công nghệ kỹ thuật; liên kết khả năng công nghệ, nguyên liệu, kinh tế của từng địa phương. Chính phủ cũng yêu cầu ngành kiến trúc cũng nên xây dựng bộ cơ sở dữ liệu có hệ thống nhằm biến đổi số ngành kiến trúc [2]. Điều này khẳng định bảo tồn và xây dựng cơ sở dữ liệu số cho lĩnh vực di tích là hướng đi mới trong ngành kiến trúc.
Mặt khác, việc sử dụng các giải pháp xây dựng dữ liệu số bảo tồn di tích kiến trúc cổ truyền chưa đưa tới hiệu quả tốt, đa số các công trình di tích sau thời điểm bị xuống cấp hay bị hủy hoại thì đều không thể khôi phục lại như thiết kế lúc ban đầu. Giải pháp sử dụng lidar scanner được không ít nước hiện đại sử dụng và có hiệu quả rất cao, điển hình như Nhà thờ Đức Bà tại Pháp – Năm 2019, ngọn lửa đã hủy hoại mái và chóp của nhà thờ và quá trình trùng tu và xây dựng lại nào thì cũng sẽ là 1 thử thách trở ngại và rắc rối phức tạp[3]. Mặc dù vậy, nhờ sử dụng máy quét chụp và lưu bộ dữ liệu số được chụp vào năm 2010 đã hỗ trợ rất là nhiều trong công tác khôi phục. Cổng thành Namdaemun, trấn giữ phía Nam của cung điện Gyeongbokgung đã bị lửa thiêu rụi, nhờ áp dụng công nghệ quét laser lưu giữ bảo tồn di tích cho nên việc khôi phục lại một di tích hơn 600 năm tuổi đã trở về hầu như nguyên bản lúc ban đầu.
Việc số hóa các bản vẽ thiết kế, hay số hóa thực trạng các di tích kiến trúc là rất khẩn cấp – Đây là tư liệu ghi lại như 1 bản vẽ thiết kế dạng ảnh, dạng số để có thể ghi lại. Để nhận được hiệu quả tốt thì công nghệ Lidar scanner là chọn lựa tối ưu giảm thời gian và sức lực, tiết kiệm kinh phí.
Công nghệ LiDAR scanner
Công nghệ Lidar được sử dụng lần trước tiên vào những năm 1960 khi máy quét laser được gắn vào máy bay, nhưng LiDAR vẫn chưa thật sự phổ biến, cho tới những năm 1980, sau thời điểm GPS sinh ra, nó mới trở thành một giải pháp phổ biến để tính toán các phép đo không gian địa lý chuẩn xác.
LiDAR (Light Detection And Ranging) là 1 thuật ngữ để chỉ một công nghệ viễn thám mới, chủ động, sử dụng các loại tia laser để thăm dò ý kiến đối tượng từ xa. Dữ liệu thu được của hệ thống là tập hợp đám mây điểm phản xạ ba chiều của tia laser từ đối tượng được thăm dò ý kiến. Một hệ thống LiDAR điển hình thường được gắn cố định trên 1 loại máy bay, nguyên lý hoạt động của hệ thống giống hệt như các hệ thống viễn thám chủ động khác. Khi máy bay bay trên vùng cần thăm dò ý kiến, cảm ứng laser sẽ phát ra các chùm tia laser về phía đối tượng, bộ thu nhận dấu hiệu laser gắn kèm theo cảm ứng sẽ thu nhận dấu hiệu phản xạ từ đối tượng.
Tùy theo cảm ứng được sử dụng, các đơn vị quét LiDAR có thể bắn hàng trăm ngàn xung mỗi giây. Các sóng ánh sáng này phản xạ lại các vật thể và quay quay lại cảm ứng LiDAR. Cảm ứng sử dụng thời gian cần cho từng xung quay quay lại để tính toán khoảng cách (thời gian bay). Mỗi phép đo hoặc trả về laser xung này còn có thể được xử lý thành hình ảnh 3D được xem là “đám mây điểm”.
Hệ thống LiDAR còn có thể được gắn kèm máy ảnh số để đồng thời tích lũy ảnh viễn thám (không ảnh) của khu vực thăm dò ý kiến hoặc các vật thể, cung ứng nguồn dữ liệu rất chi tiết và không thiếu. Dữ liệu do hệ thống thăm dò ý kiến được tích lũy trực tiếp ở dạng số (digital) khiến cho các quá trình tiếp sau vô cùng thuận tiện. Không dừng lại ở đó, LiDAR ít tùy thuộc vào điều kiện thời tiết, và các tiến bộ khoa học kỹ thuật nhằm cách tân thiết bị diễn ra rất nhanh và mạnh mẽ khiến cho công nghệ này càng ngày càng phổ biến và hiệu quả.
Các thiết bị LiDAR có thể bay được ở nhiều độ cao không giống nhau và đạt được độ phân giải cao (từ 12cm đến 3cm cho từng px), nhất là không bị vướng mây giống như các loại công nghệ khác thường gặp phải.
Công nghệ LiDAR được áp dụng rất rộng thoải mái trong tương đối nhiều lĩnh vực nhất là trong công tác thăm dò ý kiến địa hình, khảo cổ, bảo tồn di tích… do có khá nhiều ưu điểm nổi trội như dữ liệu được tích lũy mau chóng và độ chuẩn xác cao, LiDAR có lợi thế hơn khi có tỷ lệ mẫu cao hơn nên chỉ nâng cao độ chuẩn xác trong thăm dò ý kiến các công trình kiến trúc[4]. Có khả năng chụp các di tích kiến trúc ở các khu vực có địa hình rắc rối phức tạp, nhất là hình ảnh thu được không có biến dạng hình học. Không tựa như các giải pháp tích lũy dữ liệu khác, cảm ứng LiDAR không chịu bất kì biến dạng hình học nào.
Kết quả thí điểm tại Việt Nam cho thấy: Công nghệ LiDAR có những chức năng vượt bực rõ rệt so với các công nghệ cổ truyền, độ chuẩn xác của những điểm độ cao của mô hình số địa hình có thể đạt tới mức 0,15m đến 1m.
Sử dụng Lidar UAV Phantom 4 RTK bay chụp để lưu lại hình ảnh của một khu vực xây dựng tạo mô hình số địa hình với độ chuẩn xác về độ cao rất tốt [5]. Công nghệ Lidar scanner như UAV Phantom 4 RTK cung ứng hình ảnh chuẩn xác khi bay ở vận tốc cao, chế dộ bay phong phú như chế độ bay quan trắc 2D, 3D…
Hình 3 là kết quả chụp hình chụp bằng công nghệ UAV Phantom 4 RTK một khu vực tại tỉnh Phú Thọ, kết quả cho thấy tại khu bay chụp có nhiều địa vật nhưng do tỷ lệ điểm chụp cao nên hình ảnh không bị biến dạng, độ chuẩn xác bảo đảm yêu cầu.
Áp dụng công nghệ LiDAR scanner trong xây dựng dữ liệu số bảo tồn di tích kiến trúc
Sử dụng công nghệ LiDAR scanner trong công tác xây dựng cơ sở dữ liệu số bảo tồn di tích kiến trúc nhất là trong tiến trình trùng tu các công trình di tích kiến trúc đưa tới hiệu quả tốt. Đây là 1 kỹ thuật được những người triển khai hoặc yêu cầu thăm dò ý kiến đo đạc kiến trúc quan tâm để khảo cổ học, bảo tồn kiến trúc và lập hồ sơ về các tòa nhà lịch sử, kỹ thuật này cung ứng giải pháp ghi và đo lường hiện có, đồng thời cung ứng các cách mới để hiển thị và trình bày các mối liên hệ không gian.
Ngoài những việc nêu vai trò của công nghệ LiDAR scanner trong công tác bảo tồn di tích kiến trúc bài báo còn đề ra quy trình bay chụp xử lý dữ liệu ảnh. Quy trình bay chụp để ghi lại thông tin của công trình được thể hiện trong sơ đồ (hình 4), quá trình này phân chia ra hai giai đoạn: Tích lũy dữ liệu và xử lý dữ liệu. Bài báo điểm qua 1 vài công tác chính trong quy trình bay chụp bằng công nghệ LiDAR scanner.
Máy thu GPS Esurvey được đặt cố định vào mốc đã có sẵn tọa độ tại khu vực đo đạc, kết nối với sổ tay số để vào chế độ đo tĩnh của máy. Để kiểm tra và lưu trữ dữ liệu thu được từ máy đo, và lấy dữ liệu sau thời điểm đo tĩnh cần kết nối máy GPS với máy tính hoặc smart phone.
Tạo khu bay và tiến hành bay bằng phương pháp định rõ ranh giới bay chụp, công tác này được định rõ trên Google Earth, tiếp nối import vào bộ điều khiển kinh qua thẻ nhớ dưới dạng file.kml. Có tương đối nhiều định dạng để chọn lựa đường bay như 2D, 3D….[6] Sau thời điểm tạo khu bay và chọn đường bay thì tiến hành cho máy bay chụp. Dữ liệu thu được gồm có toàn album hình ảnh và các định dạng file thu được từ vệ tinh như BIN, OBS, MRK được lưu trữ trong thẻ nhớ của LiDAR scanner.
Khi có dữ liệu thì tiến hành xử lý ảnh như tính tọa độ tâm ảnh do máy thu dấu hiệu vệ tinh GNSS. Hiện tại có khá nhiều phần mềm xử lý ảnh đang được dùng như UAS Master, Trimble Info, Pix 4D Mapper, Agisoft Metashape[7]. Với công tác sử dụng LiDAR trong bảo tồn di tích kiến trúc thì nên sử dụng phần mềm Agisoft Metashape và máy tính có cấu hình vượt trội.
1 trong các bước chú ý là cần chọn hệ tọa độ địa phương thích hợp để đưa tọa độ tâm ảnh về VN2000 đối với lãnh thổ Việt Nam và các bước tiếp sau sẽ được triển khai như sau: Bố trí ảnh chụp (Align Photos), tạo dữ liệu đám mây (Build Dence Cloud), tạo mô hình 3D (Build Mesh), tiếp nối xây dựng các dữ liệu tùy chọn như: Build Texture, Build Tiled Model, Build Dem, Build Othormosaic.
Không dừng lại ở đó cũng phải trang bị máy tính có cấu hình vượt trội trong công tác xử lý dữ liệu số bản tồn di tích kiến trúc.
Khi đã có sản phẩm bay chụp có độ chuẩn xác theo yêu cầu thì từ đấy có thể xử lý trên phần mềm chuyên ngành để hoàn thiện bản vẽ, dựng 3D phục vụ công tác duy tu bảo tồn hoặc các công tác khác.
Một vài kiến nghị trong công tác xây dựng dữ liệu số bảo tồn di tích kiến trúc
Công tác xây dựng dữ liệu số bảo tồn di tích kiến trúc buộc phải là 1 bộ dữ liệu đồng hóa, chuẩn xác và dễ truy cập, tra cứu thông tin. Bộ dữ liệu này cũng phải có những luật lệ, tiêu chuẩn cụ thể trong tiến trình xây dựng. Công tác kết nối dữ liệu với các lĩnh vực khác thuộc ngành kiến trúc là khẩn cấp, nhất là phối hợp trong lĩnh vực bảo tồn thì việc đồng hóa dữ liệu là bắt buộc. Việc chọn lựa công nghệ LiDAR scanner là phương án thích hợp nhất, tiết kiệm kinh phí, thời gian [8], có độ chuẩn xác cao và thăm dò ý kiến bay chụp được ở những khu vực có địa hình rắc rối phức tạp. Hiện tại, tại Việt Nam hệ thống cơ sở dữ liệu của những ngành đang bắt đầu xây dựng trong hệ sinh thái hệ thống thông tin địa lý (GIS), trong lúc các dữ liệu thu được từ công nghệ LiDAR scanner thì dễ dàng đem vào hệ sinh thái GIS để quản lý.
tiến sỹ. Lê Thị Minh Phương – ThS. Nguyễn Thành Len
Khoa Kỹ thuật Hạ tầng và Hệ sinh thái Đô thị
Trường Đại học Kiến trúc TP Hà Nội
(Bài đăng trên TCKT số 11-2021)
Tài liệu tham khảo
- Bình, T.Q., Bảo tồn và phát huy di tích kiến trúc: Những tồn tại và phương pháp. Tạp chí xây dựng, 2021.
- Thủ Tướng Chính Phủ, Phê duyệt Xác định hướng phát triển kiến trúc Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050. Quyết định số 1246/QĐ-TTg, 2021.
- Natalie coleman, F., Incredible 3D Laser Scans Saved in 2015 Could Help Rebuild The Notre Dame. Sciencealert, 2019.
- Barber, D.D., Ross & Mills, Jon. (2006). Laser Scanning for Architectural Conservation. Journal of Architectural Conservation. 12. 35-52. 10.1080/13556207.2006.10784959. , Laser Scanning for Architectural Conservation. Journal of Architectural Conservation., 2006. 12: p. 35-52.
- https://www.dji.com/phantom-4-rtk.
- Young Hoon Jo, S.H., Three-Dimensional Digital Documentation of Cultural Heritage Site Based on the Convergence of Terrestrial Laser Scanning and Unmanned Aerial Vehicle Photogrammetry. Geo-Inf, MPDI, 2019. 8.
- https://www.agisoft.com/.
- Quagliarini, E., P. Clini, and M. Ripanti, Fast, low cost and safe methodology for the assessment of the state of conservation of historical buildings from 3D laser scanning: The case study of Santa Maria in Portonovo (Italy). Journal of Cultural Heritage, 2017. 24: p. 175-183.
Thêm nhiều thông tin hấp dẫn với BdsNhaDat.com.vn ❗
T.H
