Bản đồ 3D khổng lồ hiển thị gần như mọi tòa nhà trên Trái Đất
Các nhà khoa học vừa tạo ra bản đồ 3D chi tiết nhất từ trước đến nay về hầu như toàn bộ các tòa nhà trên thế giới. Bản đồ mang tên GlobalBuildingAtlas, kết hợp ảnh vệ tinh và học máy để dựng mô hình 3D cho 97% số công trình trên Trái Đất.
Các nhà khoa học đã công bố bộ dữ liệu này vào ngày 1/12 trên tạp chí truy cập mở Earth System Science Data. Bộ dữ liệu bao phủ 2,75 tỷ tòa nhà, mỗi công trình đều được xác định diện tích mặt bằng và chiều cao, với độ phân giải không gian 3 × 3 mét.
Để so sánh, bộ dữ liệu toàn cầu lớn nhất trước đây chỉ bao gồm khoảng 1,7 tỷ tòa nhà. Trong khi đó, các mô hình 3D mới chi tiết hơn gấp 30 lần so với dữ liệu từ các cơ sở dữ liệu tương đương.
Theo đồng tác giả Xiaoxiang Zhu – nhà khoa học dữ liệu quan sát Trái Đất tại Đại học Kỹ thuật Munich (Đức) – bản đồ 3D này sẽ hỗ trợ đắc lực cho việc đánh giá rủi ro thiên tai, mô hình hóa khí hậu và quy hoạch đô thị. Không chỉ vậy, nó còn giúp các nhà nghiên cứu dễ dàng theo dõi tiến trình thực hiện Các Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên Hợp Quốc (SDG) liên quan đến đô thị và cộng đồng.
Hàng tỷ tòa nhà trong một bản đồ
Theo bà Zhu, việc xây dựng bản đồ 3D chi tiết ở quy mô toàn cầu trước đây là điều rất khó, bởi thường phải dựa vào quét laser hoặc ảnh stereo độ phân giải cao (cặp ảnh chụp cùng một khu vực từ hai góc nhìn khác nhau, thường được chụp gần như cùng thời điểm, nhằm tái tạo chiều sâu và độ cao của các vật thể trên mặt đất), những phương pháp tốn kém và hạn chế phạm vi.
Giải pháp của nhóm là kết hợp học sâu (deep learning) với kỹ thuật quét laser, để dự đoán chiều cao công trình. Họ huấn luyện công cụ này bằng dữ liệu tham chiếu LiDAR (phát hiện và đo khoảng cách bằng ánh sáng) thu thập từ 168 thành phố, chủ yếu ở châu Âu, Bắc Mỹ và châu Đại Dương.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng khoảng 800.000 ảnh vệ tinh chụp trong năm 2019, áp dụng mô hình học sâu để suy ra chiều cao, thể tích và diện tích của các tòa nhà.
Kết quả cho thấy châu Á chiếm gần một nửa số công trình trên toàn cầu – khoảng 1,22 tỷ tòa nhà. Khu vực này cũng dẫn đầu về tổng thể tích xây dựng, đạt 1,27 nghìn tỷ mét khối, phản ánh tốc độ đô thị hóa nhanh và sự hình thành các siêu đô thị dày đặc ở Trung Quốc, Ấn Độ và Đông Nam Á.
Châu Phi đứng thứ hai về số lượng công trình, với 540 triệu tòa nhà, nhưng tổng thể tích chỉ đạt 117 tỷ mét khối – cho thấy phần lớn là các công trình nhỏ, thấp tầng.
Phân tích ở quy mô thành phố cho thấy thể tích xây dựng có mối liên hệ chặt chẽ với mật độ dân số và mức độ phát triển kinh tế. Tại châu Âu, Phần Lan có thể tích xây dựng bình quân đầu người cao gấp 6 lần Hy Lạp. Đáng chú ý, thể tích xây dựng bình quân đầu người của Niger thấp hơn mức trung bình toàn cầu tới 27 lần.
Những khác biệt này cho thấy các thước đo đô thị truyền thống dựa trên bản đồ 2D, như diện tích xây dựng, có thể che khuất những chênh lệch quan trọng về hạ tầng và điều kiện sống.
Phòng ngừa thiên tai
Dữ liệu 3D về các tòa nhà từ GlobalBuildingAtlas cung cấp một nền tảng chính xác cho việc quy hoạch và giám sát phát triển đô thị, giúp các thành phố đưa ra những biện pháp can thiệp có mục tiêu nhằm tạo ra điều kiện sống bao trùm và công bằng hơn, chẳng hạn như lên kế hoạch xây thêm nhà ở hoặc các công trình công cộng như trường học, trung tâm y tế tại những khu dân cư đông đúc nhưng còn nhiều thiệt thòi.
Đồng thời, bộ dữ liệu này cũng đóng vai trò then chốt trong thích ứng với biến đổi khí hậu: nó giúp cải thiện các mô hình về nhu cầu năng lượng và phát thải CO₂, đồng thời hỗ trợ quy hoạch hạ tầng xanh. Công tác phòng ngừa thiên tai cũng được hưởng lợi, khi rủi ro từ các hiện tượng tự nhiên như lũ lụt hay động đất có thể được đánh giá nhanh hơn và chính xác hơn.
Hiện nay, bộ dữ liệu đang thu hút sự quan tâm lớn. Chẳng hạn, Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR) đang nghiên cứu việc sử dụng GlobalBuildingAtlas trong khuôn khổ sáng kiến “Hiến chương Quốc tế về Không gian và Thảm họa Lớn”.
Dorina Pojani, nhà nghiên cứu quy hoạch đô thị tại Đại học Queensland (Úc), cho biết bộ dữ liệu này đặc biệt giá trị, bởi trước đây bà chủ yếu phải dựa vào dữ liệu 2D tĩnh để nghiên cứu.
“Vì dữ liệu này có thể được cập nhật thường xuyên, nó sẽ cực kỳ hữu ích trong 5 – 10 năm tới, bởi chúng ta có thể quan sát đô thị phát triển theo thời gian,” bà nói.
Trong khi đó, Liton Kamruzzaman, chuyên gia quy hoạch giao thông và đô thị tại Đại học Monash (Úc), nhận định bộ dữ liệu có tiềm năng lớn trong việc theo dõi quá trình đô thị hóa trên toàn cầu.
“Tại rất nhiều nơi trên thế giới, chúng ta gần như không có thông tin về việc thành phố và các tòa nhà đang phát triển ra sao. Bộ dữ liệu này thực sự hữu ích cho tất cả mọi người, bất kể họ đang sống ở đâu,” ông nói.
Anh Thư tổng hợp
Nguồn:
All the world’s buildings available as 3D models for the first time
Giant 3D map shows almost every building in the world
