Để phục vụ công tác diễn tập, đắp nền địa hình phục vụ lập sa bàn là một trong những khâu quan trọng và mất nhiều thời gian, công sức hơn cả. Trên cơ sở ứng dụng công nghệ tiên tiến của ngành Địa hình quân sự và công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) bằng các máy công cụ gia công tự động độ chính xác cao CNC (Computer numerical control), Cục Bản đồ/BTTM đã tiến hành nghiên cứu, sản xuất thử nghiệm thành công mô hình địa hình 3D và thành lập sa bàn tỷ lệ 1:100.000 khu vực Quân khu 7 phục vụ diễn tập cuối khóa tại Học viện Quốc phòng.

1. MỞ ĐẦU

Hàng năm, tổ chức diễn tập là một trong những nhiệm vụ quan trọng của rất nhiều cơ quan, đơn vị trong toàn quân, trong đó công tác xây dựng nền địa hình phục vụ lập sa bàn chiếm rất nhiều thời gian, công sức và chi phí.

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, cũng như sự giao thoa của công nghệ tiên tiến thuộc các lĩnh vực khác nhau đã tạo ra ngày càng nhiều các sản phẩm mới có giá trị sử dụng cao, giá thành hợp lý và tiết kiệm thời gian công sức của con người. Việc nghiên cứu, sản xuất thử nghiệm mẫu sản phẩm mô hình địa hình 3D phục vụ công tác lập sa bàn trên cơ sở khai thác các sản phẩm và công nghệ tiên tiến của ngành Địa hình quân sự kết hợp với việc ứng dụngcông nghệ tạo mẫu nhanh bằng các máy công cụ gia công tự động độ chính xác cao CNC là một hướng mới, góp phần nâng cao hơn nữa vị trí, vai trò của Cục Bản đồ - cơ quan tham mưu cấp chiến lược trong công tác tham mưu và bảo đảm địa hình cho toàn quân.

2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT MÔ HÌNH ĐỊA HÌNH 3D CHO MỤC ĐÍCH LẬP SA BÀN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC

Trên thế giới, việc sản xuất mô hình địa hình 3D, mô hình bản đồ 3D theo công nghệ tạo mẫu nhanh bằng các máy công cụ gia công tự động độ chính xác cao CNC không phải là một vấn đề mới và có sự đa dạng loại hình sản phẩm theo các mục đích khai thác sử dụng thực tế khác nhau, trong đó Mỹ là một trong những quốc gia đi đầu về lĩnh vực này. Điểm nổi bật là tại Mỹ có sự kết nối giữa công nghệ sản xuất tư liệu địa hình theo công nghệ ArcGIS với công nghệ tạo mẫu nhanh bằng các máy gia công tự động độ chính xác cao, giúp cho việc tạo ra các sản phẩm nhanh chóng và tiện ích. Hình 1 dưới đây là hình ảnh minh họa cho dạng sản phẩm mô hình bản đồ 3D có nền địa hình được gia công bằng các máy CNC trên các chất liệu khác nhau. Sau đó, sử dụng máy ép chân không để định vị chính xác hình ảnh bản đồ (được in trên chất liệu chuyên dụng như nhựa, nilon tổng hợp... ) lên nền địa hình đã được gia công.

Hình 1. Mẫu bản đồ địa hình 3D sản xuất theo công nghệ tạo mẫu nhanh (Mỹ)

Tại Việt Nam, trong một số năm trở lại đây, công nghệ tạo mẫu nhanh cũng đã được ứng dụng và từng bước tạo ra các sản phẩm phục vụ đời sống xã hội khá phong phú, đặc biệt là đã có những sản phẩm bước đầu phục vụ công tác lập sa bàn.

Các máy gia công độ chính xác cao CNC được ứng dụng tại Việt Nam có thể kể đến gồm 3 dòng chính là dòng tạo mẫu bằng cách thức phay cắt, tiện và khắc laze, plasma, oxy-gas.
Một sản phẩm mô hình địa hình 3D đã được sản xuất theo công nghệ này được minh họa như Hình 2 dưới đây. Nhược điểm có thể thấy là việc xử lý biên các miếng ghép chưa tốt dẫn đến sự biến dạng địa hình.

Hình 2. Minh họa sản phẩm sa bàn đã tạo nền địa hình theo công nghệ tạo mẫu nhanh

3.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MÔ HÌNH ĐỊA HÌNH 3D

Trước thực tế về tình hình ứng dụng công nghệ trong nước, khả năng ứng dụng công nghệ địa hình tiên tiến kết nối với công nghệ tạo mẫu nhanh, Cục Bản đồ/BTTM đã xây dựng thành công quy trình sản xuất mô hình địa hình 3D (Hình 3).

Các bước thực hiện theo quy trình như sau:
- Bước 1. Thu thập tư liệu: Bao gồm mô hình số độ cao phủ trùm khu vực cần sản xuất mô hình địa hình 3D.
- Bước 2: Chuyển đổi định dạng mô hình số độ cao sang đinh dạng *.STL để tương thích với đầu vào của máy gia công độ chính xác cao CNC.

- Bước 3: Chiết tách các đối tượng địa lý từ bản đồ địa hình phù hợp với yêu cầu biểu thị nền cho mô hình địa hình 3D.

- Bước 4. Tạo nền địa hình bằng các máy gia công phay độ chính xác cao CNC với độ chính xác đến 0,1mm.

- Bước 5. Khắc các đối tượng địa lý đòi hỏi độ chính xác cao (giao thông, thủy hệ, biên giới, địa giới...) lên nền mô hình địa hình 3D bằng các máy gia công laze độ chính xác đến 0,1mm.

- Bước 6. Tô màu cho các đối tượng địa lý trên nền địa hình 3D theo yêu cầu kỹ thuật thành lập sa bàn.

- Bước 7. Lắp hệ thống đèn led cho hệ thống đường biên giới, địa giới quân khu, đường quốc lộ, các trung tâm hành chính quan trọng... và theo các yêu cầu cụ thể của khu vực lập sa bàn trên nền mô hình địa hình3D.

- Bước 8. Gia công chân đế phù hợp với phạm vi lập sa bàn

 Hình 3. Sơ đồ quy trình công nghệ tạo mô hình địa hình 3D 

4. SẢN XUẤT MÔ HÌNH ĐỊA HÌNH 3D VÀ SA BÀN TỶ LỆ 1:100.000 PHỤC VỤ DIỄN TẬP CUỐI KHÓA TẠI HỌC VIỆN QUỐC PHÒNG

4.1. Phạm vi thi công

Phạm vi thi công bao gồm các tỉnh thuộc địa bàn quân khu 7, các tỉnh lân cận và một phần thuộc lãnh thổ Campuchia, nằm trong 72 mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000. 

4.2. Giải pháp kỹ thuật 

Mô hình số độ cao độ phân giải 30m được dùng làm tư liệu chính để thiết kế nền mô hình địa hình 3D tỷ lệ 1:100.000.Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 (dạng số) dùng để chiết tách thông tin về biên giới, địa giới; Giao thông; Thủy hệ thể hiện trên bề mặt mô hình địa hình 3D. Bình đồ ảnh vệ tinh Spot6, 7 dùng để làm mẫu biểu thị lớp phủ bề mặt của mô hình.

Cơ sở toán học của mô hình tuân theo hệ tọa độ VN-2000 múi chiếu 60, kinh tuyến trung ương 1050 (múi 48), hệ độ cao Hòn dấu. Việc chia mảnh, ghi phiên hiệu được áp dụng theo quy định của bản đồ địa hình quân sự tỷ lệ 1:100.000.

Sa bàn được ghép từ 72 mô hình địa hình địa hình 3D tương ứng theo phạm vi của các mảnh bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 tương ứng. Trong đó, mô hình số độ cao DEM được tăng tỷ lệ chiều cao thực lên gấp 3 lần, trích xuất ra định dạng số (*.STL) để tương thích với đầu vào của phần mềm chế tác nền địa hình của máy phay CNC.Nền mô hình địa hình 3D được phay cắt trên chất liệu Fomex, có chiều cao tăng lên gấp 3 lần so với chiều cao thực ở tỷ lệ 1:100.000, còn chiều dài và rộng của mô hình giữ nguyên theo tỷ lệ 1:100.000. Yêu cầu nền địa hình phải đảm bảo mịn, không có vết xước hay sơ sợi của chất liệu. Kích thước các cạnh phải đúng theo tỷ lệ 1:100.000 của mô hình số gốc. Tại các cạnh phải đảm bảo biểu thị đúng nền địa hình, không có vết gồ ghề hay lỗi độ cao, đảm bảo tiếp biên, không tạo khe rãnh khi sắp xếp các mảnh ghép sa bàn liền kề thành khối theo các kịch bản diễn tập khác nhau.

Một số đối tượng chính được chiết tách từ bản đồ số để khắc chính xác trên nền mô hình bằng các máy khắc laze CNC bao gồm: đường cao tốc, Quốc lộ, tỉnh lộ chính thuộc nhóm lớp Giao thông; Nhóm lớp Thủy hệ chỉ chiết tách các sông, suối, hồ lớn, đảm bảo nổi bật hệ thống chính. Đối tượng đường biên giớiquốc gia, đường địa giới tỉnh và địa giới quân khu được chiết tách từ nhóm lớp Biên giới, địa giới của bản đồ. 

Mầu sắc biểu thị hệ thống giao thông là mầu nâu đất đảm bảo nổi bật, phân biệt với các đối tượng khác trên nền mô hình. Biểu thị đèn led mầu trắng dọc theo tuyến Quốc lộ sao cho đảm bảo điều khiển bật, tắt, nhấp nháy riêng từng tuyến.Các đối  tượng Thủy hệ (sông, suối, hồ lớn) được biểu thị trên nền địa hình bằng mầu xanh lơ tone sáng đảm bảo nổi bật, phân biệt với các đối tượng khác trên sa bàn. Các đối tượngđường biên giới quốc gia đường biểu thị theo ký hiệu và bo nền bằng nét liền, mầu tím sáng. Đường địa giới Tỉnh biểu thị bằng ký hiệu và bo nền bằng nét liền mầu hồng cánh sen. Đèn được lắp dọc theo đường Biên giới quốc gia (mầu xanh) và đường địa giới quân khu (màu vàng).Nền tổng thể của mô hình được biểu thị mầu theo nền bình đồ ảnh vệ tinh có sự điều chỉnh tone mầu để đảm bảo tươi sáng và phân biệt với các đối tượng khác. Trong đó nền các khu dân cư lớn kiểu đô thị được thể hiện nổi bật đồ hình chung bằng mầu cam đất, còn khu dân cư kiểu nông thôn thể hiện bằng mầu xanh đậm. 

Chân đế của mỗi tấm mô hình địa hình 3D được làm bằng gỗ, rỗng bên dưới, kèm theo khung thép để đảm bảo lắp đặt hệ thống đèn của mỗi mảnh. Chân đế phải đảm bảo đủ chắc để trong trường hợp có người đi trên không bị gãy hỏng. Trên chân đế mỗi tấm mô hình địa hình địa hình 3D ghi rõ tên mảnh bản đồ, phiên hiệu, tên cơ quan sản xuất, năm sản xuất, tỷ lệ, hệ tọa độ sử dụng.

Hình 4. Mô hình địa hình 3D tỷ lệ 1:100.000 khu vực Quân khu 7 được Cục Bản đồ/BTTM sản xuất theo công nghệ CNC 

Trên nền mô hình địa hình 3D nêu trên, kịch bản diễn tập cuối khóa (năm 2021) tại học viện Quốc phòng được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tháng 7 năm 2021. Nền mô hình địa hình 3D này có thể được tái sử dụng để xây dựng các kịch bản theo tình huống khác nhau cho các năm tiếp theo.

Hình 5. Minh họa sa bàn tỷ lệ 1:100.000 phục vụ diễn tập cuối khóa tại Học viện Quốc phòng

Sản phẩm mô hình địa hình 3D được sản xuất theo công nghệ tiên tiến của ngành Địa hình quân sự và công nghệ tạo mẫu nhanh bằng các máy công cụ gia công tự động độ chính xác cao (CNC) đảm bảo độ chính xác, hình thức trình bày đáp ứng yêu cầu khai thác sử dụng của các cơ quan, đơn vị phục vụ lập sa ban diễn tập trong toàn quân.
4. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ  
Sản phẩm mô hình địa hình 3D hiện đang tiếp tục được hoàn thiện và là cơ sở để triển khai nghiên cứu, ứng dụng sản xuất cho các tỷ lệ và quy mô khác nhau, nhằm đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ huấn luyện, diễn tập của các đơn vị trong toàn quân.