Ứng dụng GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu hạ tầng đô thị phục vụ giảm thiểu tai biến ngập lụt

Hình 1.1: Các ứng dụng đa dạng của công nghệ GIS Nguồn: ESRI Sự phát triển nhanh chóng của hạ tầng đô thị làm cho các phương pháp làm việc thủ công truyền thống không còn đáp ứng nhu cầu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-* -HOÀNG VĂN TÙNG

ỨNG DỤNG GIS TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HẠ TẦNG ĐÔ THỊ PHỤC VỤ GIẢM THIỂU TAI BIẾN NGẬP LỤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -HOÀNG VĂN TÙNG

ỨNG DỤNG GIS TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU HẠ TẦNG ĐÔ THỊ PHỤC VỤ GIẢM THIỂU TAI BIẾN NGẬP LỤT

Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và hệ thông tin địa lý

Mã số: 60440214

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Hữu Xuân

TS Bùi Quang Thành

XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG

Thạc sĩ khoa học

TS Bùi Quang Thành PGS TS Đinh Thị Bảo Hoa

Hà Nội - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, đầy đủ và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc nghiên cứu thực tế tại địa phương để thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

HOÀNG VĂN TÙNG

3

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được bản luận văn này, trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn TS Bùi Quang Thành, Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và TS Nguyễn Hữu Xuân, Khoa Địa lý, Đại học Quy Nhơn đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự góp ý chân thành của các thầy, cô giáo tại khoa Địa lý, khoa Sau Đại học - Trường Đại học Khoa học tự nhiên Đại học quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài.Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Quản lý Đô thị - UBND Thành phố Phủ Lý đã giúp đỡ tôi trong thời gian nghiên cứu, thực hiện đề tài

Trong nghiên cứu có sử dụng một số kết quả và tham gia cùng nhóm nghiên cứu thực hiện đề tài cấp Nhà nước

"Nghiên cứu kết hợp ảnh viễn thám quang học và radar thành lập bản đồ chuyên đề quân sự, hỗ trợ đánh giá địa hình lãnh thổ Việt Nam và vùng phụ cận phục vụ nhiệm vụ quốc phòng" (mã số VT-UD.05/16-20 thuộc Chương trình KHCN Vũ trụ giai đoạn 2016-2020 do TS Hoàng Minh Ngọc, Cục Bản đồ/BTTM làm Chủ nhiệm đề tài) Xin chânthành cám ơn

Nghiên cứu này cũng được tài trợ bởi Quỹ phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã

số 105.99-2016.05 do TS Bùi Quang Thành làm chủ nhiệm Xin được trân trọng cám ơn

Tôi xin chân thành cảm ơn tới những người thân trong gia đình và đồng nghiệp đã khích lệ, tạo những điều kiện tốtnhất cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài này

Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận văn

HOÀNG VĂN TÙNG

4

µ1 Tính cấp thiết của đề tài§ µ13§

µ2 Mục tiêu nghiên cứu, câu hỏi nghiên cứu:§ µ14§

µ2.1 Mục tiêu nghiên cứu:§ µ14§

µ2.2 Câu hỏi nghiên cứu:§µ14§

µ3 Nhiệm vụ nghiên cứu§µ15§

µ4 Phương pháp nghiên cứu§ µ15§

µCHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU§ µ17§

µ1.1 Các ứng dụng GIS đô thị trên thế giới và tại Việt Nam§ µ17§

µ1.1.1 Lịch sử và xu thế phát triển GIS đô thị§ µ17§

µ1.1.2 Các ứng dụng GIS đô thị trên thế giới§ µ19§

µ1.1.3 Các ứng dụng GIS đô thị tại Việt Nam§ µ20§

µ1.2 Giới thiệu hệ thống GIS đô thị§ µ25§

µ1.2.1 Thông tin và hạ tầng đô thị§µ25§

µ1.2.2 Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý (GIS)§ µ32§

µ1.2.3 Các nguyên lý GIS cơ bản§ µ36§

µ1.3 Quy trình nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng đô thị phục vụ§µgiảm thiểu tai biến ngập lụt§ µ43§

µCHƯƠNG 2 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ, XÂY§

µDỰNG HỆ THỐNG GIS HẠ TẦNG ĐÔ THỊ§ µ45§

µ2.1 Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, cơ sở hạ tầng Thành phố§µPhủ Lý, tỉnh Hà Nam§ µ45§

µ2.1.1 Điều kiện tự nhiên§ µ45§

µ2.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội§ µ47§

µ2.1.3 Điều kiện cơ sở hạ tầng§ µ49§

µ2.2 Cơ sở xây dựng GIS hạ tầng đô thị§ µ53§

µ2.2.1 Quy trình ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý hạ tầng đô thị§µ53§

µ2.2.2 Đánh giá hiện trạng và nhu cầu sử dụng GIS hạ tầng đô thị§ µ54§

µ2.2.3 Cơ sở xác định khung thông tin và lựa chọn chuẩn GIS hạ tầng đô thị§ µ55§µ2.3 Thiết kế hệ thống GIS hạ tầng đô thị§ µ57§

µ2.3.1 Xác định mục tiêu§µ57§

µ2.3.2 Thiết kế mô hình tổng thể GIS hạ tầng đô thị§µ57§

µ2.3.3 Thiết kế cấu trúc các lớp dữ liệu GIS hạ tầng đô thị§ µ58§

µ2.4 Thu thập và xây dựng hệ thống GIS hạ tầng đô thị§ µ69§

µ2.4.1 Nguồn và phương pháp thu thập dữ liệu đô thị§ µ69§

µ2.4.2 Triển khai khảo sát thu thập dữ liệu hạ tầng đô thị§ µ72§

µ2.4.3 Quy trình xử lý, biên tập và xây dựng CSDL GIS§ µ74§

µ2.4.4 Chuyển đổi dữ liệu sẵn có vào CSDL GIS hạ tầng đô thị§µ78§

µ2.4.5 Tích hợp và hoàn thiện CSDL GIS hạ tầng đô thị§ µ82§

µ2.5 Tổ chức quản lý hệ thống GIS hạ tầng đô thị§ µ83§

µ2.5.1 CSDL GIS nền đô thị§ µ84§

µ2.5.2 CSDL GIS hạ tầng giao thông đô thị§ µ87§

µ2.5.3 CSDL GIS cấp nước đô thị§ µ90§

µ2.5.4 CSDL GIS thoát nước và xử lý nước thải đô thị§ µ93§

µ2.5.5 CSDL GIS chất thải rắn và vệ sinh môi trường đô thị§ µ96§

µ2.5.6 CSDL GIS cây xanh đô thị§ µ99§

µ2.5.7 CSDL GIS hạ tầng kỹ thuật đô thị khác§ µ102§

µCHƯƠNG 3 KHAI THÁC SỬ DỤNG GIS HẠ TẦNG ĐÔ THỊ§ µ103§

µ3.1 Các chức năng phân tích của GIS hạ tầng đô thị§µ103§

µ3.2 Tra cứu và hiển thị thông tin hạ tầng đô thị§ µ104§

µ3.3 Lập báo cáo hiện trạng hạ tầng đô thị§ µ107§

µ3.3.1 Lập báo cáo sử dụng đất đô thị§ µ107§

µ3.3.2 Lập báo cáo giao thông đô thị§ µ110§

µ3.3.3 Lập báo cáo hạ tầng đô thị khác§ µ111§

µ3.4 Các ứng dụng phân tích tổng hợp GIS hạ tầng đô thị§ µ112§

µ3.4.1 Đánh giá nguy cơ môi trường đô thị§µ112§

µ3.4.2 Quản lý xây dựng§ µ113§

µ3.4.3 Điều chỉnh hoặc lập mới quy hoạch đô thị§ µ114§

µ3.5 Ứng dụng CSDL đô thị trong nghiên cứu ngập lụt§ µ114§

µ3.5.1 Quản lý và giảm thiểu nguy cơ ngập lụt đô thị§ µ115§

µ3.5.2 Không gian và mức độ ảnh hưởng của ngập lụt§ µ116§

µ3.5.3Xác định và thành lập bản đồ phạm vi ảnh hưởng do ngập lụt§ µ118§µKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ§ µ124§

µTÀI LIỆU THAM KHẢO§ µ126§

µPHỤ LỤC§ µ129§

µA KẾT QUẢ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ§µ129§

µB MỘT SỐ VỊ TRÍ ĐO GPS VÀ HÌNH ẢNH THỰC ĐỊA TẠI THÀNH PHỐ§µPHỦ LÝ – TỈNH HÀ NAM§µ136§

7

DANH MỤC HÌNH

µHình 1.1: Các ứng dụng đa dạng của công nghệ GIS (Nguồn: ESRI)§ µ18§

µHình 1.2: Xu thế công nghệ GIS tăng cường khả năng chia sẻ và tính tiện dụng cho§µngười dùng (Nguồn: ESRI)§ µ19§

µHình 1.3: Quy trình nghiên cứu quy hoạch hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị§ µ28§µHình 1.4: Tháp thông tin đô thị với luồng thông tin được tổng hợp và chính sách§µđược đưa vào hoạt động§ µ30§

µHình 1.5: Các thành phần chính tạo nên hệ thống thông tin địa lý (GIS)§ µ33§µHình 1.6: Các chức năng chính của GIS hạ tầng kỹ thuật đô thị [24].§ µ34§

µHình 1.7: Mô hình thể hiện các đối tượng địa lý bằng các lớp bản đồ trong GIS§µ(Nguồn: ESRI)§ µ37§

µHình 1.8: Mô hình dữ liệu vector và raster (Nguồn: ESRI)§ µ38§

µHình 1.9: Các lớp dữ liệu GIS cần được đưa về cùng 1 hệ tọa độ thực§µ39§

µHình 1.10: Các thông số của Hệ tọa độ quốc gia VN2000§ µ40§

µHình 1.11: Mô hình CSDL quan hệ đối với các bảng dữ liệu thuộc tính trong GIS 41§µHình 1.12: Mô hình CSDL quan hệ không gian§ µ42§

µHình 1.13: Quy trình nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng đô thị phục§µvụ giảm thiểu tai biến ngập lụt§ µ43§

µHình 2.1: Quy trình ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý hạ tầng đô thị§ µ54§µHình 2.2: Quy định hiện hành về quản lý hạ tầng đô thị§ µ56§

µHình 2.3: Mô hình tổng thể GIS hạ tầng đô thị TP Phủ Lý§ µ58§

µHình 2.4: Mô hình quản lý CSDL GIS tích hợp cấp đô thị trong ArcGIS§µ59§

µHình 2.5: Nguồn thông tin dữ liệu hạ tầng đô thị§ µ71§

µHình 2.6: Quy trình xử lý, biên tập và xây dựng CSDL hạ tầng đô thị§ µ74§

µHình 2.7: Mô hình chuyển đổi dữ liệu vào phần mềm ArcGIS§ µ78§

µHình 2.8: Cập nhật dữ liệu hạ tầng đô thị từ khảo sát GPS§ µ79§

µHình 2.9:Cập nhật bản đồ hạ tầng đô thị từ dữ liệu đo vẽ§ µ79§

µHình 2.10: Cách chuyển đổi dữ liệu từ AutoCAD sang định dạng ArcGIS§ µ80§µHình 2.11: Ảnh vệ tinh khu vực phường Châu Sơn, TP Phủ Lý§ µ81§

µHình 2.12: Cập nhật dữ liệu giao thông đô thị TP Phủ Lý từ ảnh vệ tinh§ µ81§

µHình 2.14: Tổ chức tích hợp các lớp dữ liệu trong CSDL GIS hạ tầng đô thị§ µ83§µHình 2.15: Dữ liệu nền địa hình DEM cho CSDL GIS hạ tầng đô thị TP Phủ Lý§ µ86§8

µHình 2.16: Bản đồ hành chính TP Phủ Lý được biên tập từ nhóm dữ liệu nền và dữ§µliệu hành chính đô thị§ µ87§

µHình 2.17: Bản đồ hạ tầng giao thông đường phố TP Phủ Lý§µ90§

µHình 2.18: Bản đồ mạng lưới cấp nước đô thị TP Phủ Lý§ µ92§

µHình 2.19: Vị trí và thông tin chi tiết nhà máy nước số 1 - TP Phủ Lý§ µ92§

µHình 2.20: Bản đồ hạ tầng thoát nước đô thị TP Phủ Lý§ µ95§

µHình 2.21: Vị trí và thông tin chi tiết công trình xử lý nước thải TP Phủ Lý§ µ96§µHình 2.22: Bản đồ hạ tầng quản lý CTR và VSMT đô thị TP Phủ Lý§ µ98§

µHình 2.23: Vị trí và thông tin chi tiết khu chôn lấp và xử lý CTR TP Phủ Lý§ µ98§µHình 2.24: Vị trí và thông tin chi tiết công trình nghĩa trang đô thị TP Phủ Lý§ µ99§µHình 2.25: Bản đồ đất cây xanh và tuyến cây xanh đô thị chi tiết khu vực trung tâm§µTP Phủ Lý§ µ101§

µHình 3.1: Kết quả tra cứu thuộc tính để tìm tên đường của TP Phủ Lý§µ104§µHình 3.2: Kết quả tra cứu thuộc tính để tìm phường xã của TP Phủ Lý có dân số§µnằm trong khoảng 6.500 – 7.000 người§ µ105§

µHình 3.3: Kết quả tra cứu không gian để tìm số nhà dân TP Phủ Lý nằm trong diện§µgiải phóng mặt bằng khi mở rộng đường Trường Chinh§ µ106§

µHình 3.4: Kết quả tra cứu không gian để tìm các tuyến phố tại TP Phủ Lý cần lập lộ§µtrình cho xe chuyên dụng vận chuyển rác§ µ106§

µHình 3.5:Thống kê tổng diện tích các loại hình sử dụng đất TP Phủ Lý năm 2007§µ107§

µHình 3.6: Báo cáo thống kê tổng diện tích các loại hình sử dụng đất TP Phủ Lý§µnăm 2007§ µ108§

µHình 3.7: Bản đồ hiện trạng sử dụng đất TP Phủ Lý năm 2007§ µ109§µHình 3.8: Quy trình GIS tích hợp số liệu không gian và thuộc tính tại cấp đơn vị§µhành chính (phường xã)§µ109§

µHình 3.9: Bản đồ phân bố tỷ lệ đất xây dựng đô thị theo phường xã tại TP Phủ Lý§µnăm 2007§ µ110§

µHình 3.10: Báo cáo thống kê giao thông phường xã TP Phủ Lý theo chất liệu làm§

µTP Phủ Lý§ µ113§

µHình 3.12 Quy trình xác định khu vực bị tổn thương do ngập lụt§ µ116§µHình 3.13 Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ ngập lụt§ µ117§

9

µHình 3.14 Thông tin về các khu vực ngập lụt§ µ117§

µđô thị§µ123§

DANH MỤC BẢNG

µBảng 1.1: Hiện trạng phân bố dân cư Thành phố Phủ Lý năm 2010§ µ48§

µBảng 2.1: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu nền đô thị§ µ60§

µBảng 2.2: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu đất và nhà ở đô thị§ µ62§

µBảng 2.3: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng giao thông đô thị§ µ63§

µBảng 2.4: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng cấp nước đô thị§ µ64§

µBảng 2.5: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng thoát nước và xử lý nước thải đô thị 65§µBảng 2.6: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng quản lý chất thải rắn§ µ66§

µBảng 2.7: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng nghĩa trang và vệ sinh môi trường 67§µBảng 2.8: Cấu trúc nhóm lớp dữ liệu hạ tầng cây xanh và mặt nước§ µ68§

µBảng 2.9: Bảng phân loại lớp dữ liệu ranh giới hành chính§ µ84§

µBảng 2.10: Bảng cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp dữ liệu Tim đường§ µ88§

µBảng 2.11: Bảng cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp dữ liệu Đường ống cấp nước§ µ90§

µBảng 2.12: Bảng cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp dữ liệu Đường cống thoát nước 93§µBảng 2.13: Bảng cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp dữ liệu Trạm trung chuyển rác§ µ96§µBảng 2.14: Bảng cấu trúc dữ liệu thuộc tính lớp dữ liệu Cây xanh đường phố§ µ100§µBảng 3.1: Thống kê các loại hình sử dụng đất bị ảnh hưởng do ngập lụt:§ µ121§µBảng 3.2: Thống kê số lượng công trình nhà dân bị ảnh hưởng§ µ122§

10

Cơ sở dữ liệuChất thải rắn

Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu

Hệ thống hỗ trợ ra quyết địnhĐơn vị hành chính

Viện nghiên cứu hệ thống môi trường – Hãng ESRI với phầnmềm ArcGIS

Hệ thống thông tin địa lý

Kế hoạch và Đầu tưKhu kinh tếKiến trúc quy hoạchKinh tế - xã hộiMạng nội bộMôi trường đô thị

Độ cao trung bình mặt nước biểnNghị định

Chương trình nâng cấp đô thị quốc gia

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống thông tin địa lý (GIS - Geographic Information System) xuất hiện từ những năm 1960 và cho đến nay GIS

đã và đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới Theo định nghĩa, GIS là một hệ thống thông tin được thiết

kế để thu thập, cập nhật, lưu trữ, tích hợp và xử lý, tra cứu, phân tích và hiển thị mọi dạng dữ liệu địa lý Với thực

tế là gần như mọi hoạt động của con người đều gắn liền với một địa điểm nào đó, nghĩa là với một tọa độ địa lý xác định, GIS đã trở thành nền tảng công nghệ đặc biệt hữu dụng trong quản lý và xử lý tích hợp thông tin đa ngành, hỗ trợ việc ra quyết định chính xác và kịp thời Về cơ bản, GIS dựa trên một cơ sở dữ liệu (CSDL) có cấu trúc, có khả năng thể hiện điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên, môi trường, tình hình phát triển kinh tế xã hội của một vùng lãnh thổ trên khía cạnh địa lý và theo thời gian Với cách thức quản lý tích hợp dữ liệu không gian(bản đồ) đồng thời với các thuộc tính đi kèm (dữ liệu phi không gian) cùng với những công cụ liên kết dữ liệu, phântích kết hợp, chồng xếp dữ liệu, GIS cho phép các nhà hoạch định chính sách phân tích đánh giá hiện trạng, dự báo tương lai, đề xuất các định hướng phát triển và các nhà quy hoạch kết hợp hiệu quả các vấn đề phát triển kinh tế -

xã hội và vấn đề môi trường trong quy hoạch phát triển bền vững Hơn nữa, khi CSDL GIS toàn diện được tạo lập thì việc khai thác phục vụ quản lý quy hoạch, lựa chọn các ưu tiên phát triển và cải thiện môi trường… sẽ được dễ dàng, thuận lợi hơn vì có tính kế thừa GIS cũng hỗ trợ phổ biến thông tin đến người dân một cách thuận lợi và như vậy, sẽ góp phần nâng cao tính minh bạch và tăng cường sự tham gia của cộng đồng trong quá trình lập quy hoạch phát triển và giám sát thực hiện

Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và các công nghệ liên quan như trắc địa, bản đồ, công nghệ định vị từ vệ tinh (GNSS), công nghệ viễn thám công nghệ GIS đã tạo ra một sự phát triển bùng nổ các ứng dụng trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường, quản lý vùng lãnh thổ đa ngành Nhờ những khả năng phântích và xử lý đa dạng, công nghệ GIS được coi là công cụ trợ giúp cho việc ra quyết định trong nhiều hoạt động kinh

tế xã hội (KT-XH) và an ninh quốc phòng của các quốc gia trên thế giới

Trong những năm qua, quá trình đô thị hóa đã và đang diễn ra nhanh chóng tại Việt Nam với tốc độ tăng khoảng 8.9% / năm Hiện nay, cả nước có 755 đô thị (từ loại V trở lên) và được phân loại dựa vào dân số, hệ thống công trình hạ tầng và một số chỉ số đặc điểm đô thị khác, cũng như tầm quan trọng là trung tâm phát triển vùng trong mạng lưới đô thị của tỉnh và quốc gia (Nghị quyết số 1210/2016/UBTVQH12 ngày 25/5/2016) Phát triển đô thị đạt được nhiều thành

13

quả quan trọng và khu vực đô thị đóng góp khoảng 65-70% tổng GDP của cả nước Tuy nhiên, cùng với sự tăng nhanh dân số đô thị, quá trình đô thị hóa đang làm gia tăng thêm sức ép lên hệ thống cơ sở hạ tầng và dịch vụ đô thị và dẫn đến tình trạng môi trường đô thị xuống cấp trầm trọng Mặt khác, công tác quản lý đô thị hiện nay còn nhiều hạn chế và một trong những vấn đề nổi cộm nhất là chưa có được một hệ thống dữ liệu đô thị tổng hợp đầy

vụ và nghiên cứu khoa học

Xuất phát từ những suy nghĩ trên, học viên quyết định chọn đề tài“Ứng dụng GIS trong xây dựng cơ sở dữ liệu Hạ tầng đô thị phục vụ giảm thiểu tai biến ngập lụt” lấy ví dụ tại Thành phố Phủ Lý, tỉnh Hà Namnhằm hỗ trợ chính quyền đô thị và các cơ quan liên quan nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý và quy hoạch hạ tầng đô thị và các dịch vụ đô thị

Mục tiêu nghiên cứu, câu hỏi nghiên cứu:

2.1 Mục tiêu nghiên cứu:

Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu GIS hạ tầng đô thị làm nền tảng cho việc thiết lập và vận hành hệ thống GIS đô thị phục

vụ yêu cầu quy hoạch và quản lý hạ tầng đô thị một cách bền vững nhằm ứng phó với tai biến ngập lụt

2.2 Câu hỏi nghiên cứu:

Bộ CSDL GIS hạ tầng đô thị quản lý những thông tin gì? Nhằm phục vụ

14

cho các cơ quan quản lý nào?

Cách thức triển khai, khai thác sử dụng CSDL GIS hạ tầng đô thị như thế

nào?

Sử dụng phương pháp phân tích nào để xác định được khu vực ngập lụt? Các bước thực hiện vàquy trình thành lậpbản đồ ngập lụt?

Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan về GIS đô thị: giới thiệu hệ thống GIS đô thị; các ứng dụng GIS đô thị trên thế giới và tại Việt Nam

Nghiên cứu tổng quan khu vực nghiên cứu về điều kiện tự nhiên, kinh tế

-xã hội

Đánh giá thực trạng quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị tại Thành phố Phủ Lý, tỉnh Hà Nam

Sử dụng phương pháp phân tích ảnh viễn thám đa thời gian bóc tách hệ thống dải trũng, mặt nước ở nhiều thời điểm khác nhau để xác định diện tích ngập lụt từ ảnh vệ tinh Ứng dụng GIS để xây dựng quy trình thành lập bản

đồ ngập lụt

Thu thập số liệu, cơ sở dữ liệu cho vùng nghiên cứu

Điều tra thực địa

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp kế thừa: kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu của các chương trình, dự án, đề tài khoa học có liên quan từ đó xây dựng dữ liệu phục vụ cho các nghiên cứu của đề tài

Phương pháp điều tra, thu thập thông tin: Đây là phương pháp quan trọng trong quá trình đánh giá, đặc biệt là trong đề xuất giải pháp Tuy không phải là phương pháp chủ yếu được thực hiện trong đề tài này, nhưng kết quả tìm hiểu khảo sát thực tế giúp tác giả hiểu hơn tình hình phát triển đô thị Phủ Lý:

Điều tra thu thập thứ cấp: thu thập các văn bản, các báo cáo khoa học, các số liệu thống kê, bản đồ liên quan đến quản lý hạ tầng đô thị

Điều tra thu thập số liệu trên thực địa: phỏng vấn cán bộ phòng Quản lý đô thị thuộc UBND Thành phố Phủ Lý về thông tin hiện trạng hạ tầng đô thị Phỏng vấn người dân khu vực hồ Chùa Bàu, hồ Trại Giam, hồ Viện Lao, khu vực đường Trịnh Đình Cửu (Khu vực khu công nghiệp Châu Sơn) về thông tin ngập lụt và hệ thống thoát nước trong khu vực Bằng phương pháp điều tra, thu thập thông tin làm cơ sở đánh giá kiểm chứng trong quá trình xây dựng CSDL hạ tầng đô thị và xác

15

định khu vực ngập lụt kết hợp với bản đồ giấy và ảnh vệ tinh.

Phương pháp chuyên gia: được người viết sử dụng để tham vấn, xin ý kiến các nhà khoa học, các chuyên gia có kiến thức và kinh nghiệm về xây dựng hệ thống GIS hạ tầng kỹ thuật đô thị

Phương pháp phân tích, xử lý hệ thống thông tin địa lý: Đây là phương pháp chính được tác giả sử dụng trong quá trình nghiên cứu đề tài Việc sử dụng các phần mềm GIS giúp cho việc phân tích, xử lý trở nên nhanh chóng và chính xác hơn Với phương pháp phân tích, xử lý hệ thống thông tin địa lýđược sử dụng như một công cụ chính trong mọi thao tác phân tích, xử lý dữ liệu, xây dựng dữ liệu đầu vào, cuối cùng là đưa ra bản đồ và các kết luận Bằng phương pháp này tiến hành kiểm tra, rà soát phân loại dữ liệu, tiến hành xử lý dữ liệu (dữ liệu nền và dữ liệu

hạ tầng đồ thị); Cập nhật dữ liệu điều tra thực địa vào CSDL, cập nhật dữ liệu đô thị từ ảnh vệ tinh; Tích hợp và hoàn thiện CSDL GIS hạ tầng đô thị

Phương pháp bản đồ:Với cơ sở dữ liệu hạ tầng đô thị được xây dựng trên bộ dữ liệu nền đã được chuẩn hóa Từ

đó xây dựng các bản đồ phục vụ cho quản lý hạ tầng đô thị Thành phố Phủ Lý bao gồm: Bản đồ hành chính, bản đồ

hạ tầng giao thông, bản đồ hiện trạng cấp nước, bản đồ hiện trạng thoát nước, bản đồ các tuyến thu gom rác, bản

đồ hiện trạng nghĩa trang đô thị, bản đồ tuyến cây xanh đô thị, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ xác định các khu vực ngập lụt

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các ứng dụng GIS đô thị trên thế giới và tại Việt Nam1.1.1 Lịch sử và xu thế phát triển GIS đô thị

Công nghệ GIS đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trước, kế thừa sự phát triển từ các công nghệ bản đồ số,thiết kế CAD, AM/FM Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và các công nghệ liên quan như trắc địa, bản đồ, công nghệ định vị từ vệ tinh (GNSS), công nghệ viễn thám công nghệ GIS đã tạo ra một sự phát triển sâu rộng các ứng dụng trong quản lý tài nguyên thiên nhiên, môi trường, quản lý vùng lãnh thổ đa ngành Nhờ những khả năng phân tích và xử lý đa dạng, công nghệ GIS được coi là công cụ trợ giúp cho việc ra quyết định trong nhiều hoạt động kinh tế xã hội (KT-XH) và an ninh quốc phòng của các quốc gia trên thế giới GIS giúp cho các

cơ quan quản lý nhà nước, các doanh nghiệp, cho tổ chức, cá nhân… đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế, quốc phòng qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp cácthông tin gắn với một nền hình học nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu đầu vào Mặc dù ra đời đã từ lâu nhưng những ứng dụng GIS chỉ thực sự bùng nổ trong khoảng 10 năm trở lại đây cùng với sự phát triển vượt bậc của máy tính, công nghệ thông tin và mạng internet

Với sức mạnh kết nối dữ liệu không gian và thuộc tính, khả năng phân tích dữ liệu không gian ngày càng mạnh, GIS được áp dụng trong hầu hết các lĩnh vực KT-XH, đặc biệt trong quản lý đô thị GIS đã được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới, trong khu vực và đã đạt được những thành công to lớn Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của CNTT, GIS đã trở thành công cụ tiên tiến giúp xây dựng CSDL, phân tích và khai thác, trao đổi thông tin không gian cho nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội Khả năng hỗ trợ của GIS được coi là khá hữu hiệu và ngày càng tăng trên rất nhiều lĩnh vực bản đồ, đánh giá tài nguyên, quy hoạch, quản lý và nghiên cứu không gian môi trường GIS ra đời trên cơ sở sự phát triển của khoa học máy tính (Computer Science) và ngày nay được ứng dụng trong nhiều ngành khoa học có liên quan đến dữ liệu không gian, từ những ngành khoa học tự nhiên đến các ngành khoahọc xã hội Có thể kể đến những ứng dụng của GIS trong lĩnh vực tài nguyên, môi trường, cơ sở hạ tầng, đô thị và phát triển, giáo dục (Hình 1.1) Các chuyên gia của các ngành chuyên môn đó sử dụng GIS như công cụ chuyên nghiệp để nâng cao hiệu quả trong công việc của họ Cũng như điện thoại thông tin, máy tính và phần mềm17

soạn thảo giúp cho các chuyên gia làm việc dễ hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn thì xu thế hiện đại yêu cầu GIS phải

có các công cụ giúp cho các nhà quản lý đô thị làm việc hiệu quả hơn với các thông tin không gian bản đồ và các dữliệu thuộc tính đi kèm Từ những kết quả đạt được trong những ứng dụng trên cho thấy rằng GIS là một hệ thống

có nhiều lợi ích cả trong công tác quản lý và phát triển đô thị, phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng phát triển

đô thị

Hình 1.1: Các ứng dụng đa dạng của công nghệ GIS (Nguồn: ESRI)

Sự phát triển nhanh chóng của hạ tầng đô thị làm cho các phương pháp làm việc thủ công truyền thống không còn đáp ứng nhu cầu tập hợp xử lý thông tin nhanh, chính xác với khối lượng lớn trong quy hoạch, quản lý đô thị hiện nay Việc đẩy mạnh áp dụng các công nghệ và phương pháp tiên tiến đã được kiểm nghiệm là một trong nhiều giải pháp giúp khắc phục vấn đề này

Xu thế GIS đô thị ngày nay là phát triển cả về chiều sâu và chiều rộng Với kho dữ liệu nền, dữ liệu dùng chung có thể chia sẻ rộng rãi làm khung CSDL GIS đô thị, các cơ quan quản lý phân ngành (như cấp nước, thoát nước, môi trường đô thị…) có thể phát triển các ứng dụng chuyên sâu nhằm tăng hiệu quả hoạt động của riêng mình đồng thời đảm bảo sự phối hợp với các chuyên ngành khác khi cần thiết Điều này với xu thế phát triển nhanh chóng cáccông cụ dễ sử dụng trên nền Internet và thiết bị di động (ví dụ như WebGIS, Mobile GIS), ứng dụng GIS đô thị sẽ ngày càng lớn rộng mang lại lợi ích thiết thực cho cộng đồng dân cư đô thị ngày một tăng nhanh (Hình 1.2).18

Hình 1.2: Xu thế công nghệ GIS tăng cường khả năng chia sẻ và tính tiện dụng cho

người dùng (Nguồn: ESRI)

1.1.2 Các ứng dụng GIS đô thị trên thế giới

Hiện nay, trên thế giới GIS được phát triển và ứng dụng rộng rãi và là công cụ trợ giúp ra quyết định trong nhiều hoạt động về KT-XH, an ninh - quốc phòng Mục tiêu của các dự án tổng thể GIS được triển khai tại nhiều thành phố trên thế giới (như TP San Francisco, Wixom - Hoa Kỳ, Rome - Ý) là xây dựng một cơ sở dữ liệu dùng chung, tạo một khuôn khổ cho việc kết nối, chia sẻ dữ liệu giữa các cấp, ban ngành của thành phố; hỗ trợ thành phố quản lý

và cung cấp thông tin tới người dùng cuối thông qua mạng internet hoặc mạng nội bộ của thành phố Kế hoạch thực hiện được thông qua với đầy đủ các tiêu chuẩn thiết kế như: định dạng dữ liệu, trách nhiệm cập nhật, chất lượng dữ liệu, kiểm soát truy cập, yêu cầu đào tạo và ước tính ngân sách

Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong công tác quản lý và quy hoạch đô thị đã và đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới và đạt được hiệu quả rất cao Đặc biệt là công nghệ GIS, với khả năng lưu trữ, xử lý và phân tích dữ liệu không gian mạnh mẽ rất thích hợp cho việc quản lý và quy hoạch đô thị Công tác quản lý và quy hoạch đô thị luôn đứng trước rất nhiều thử thách, đó là việc bùng phát dân di cư từ nông thôn vào đô thị, tình trạng ô nhiễm môi trường đô thị, hệ thống cấp nước và thoát nước đô thị không đáp ứng được tốc độ phát triển của đô thị Để

có thể quản lý và quy hoạch đô thị một cách hợp lý và hiệu quả, các thông tin về hiện trạng cơ sở hạ tầng đô thị cũng như thông tin về KT-XH cần được cung cấp một cách kịp thời, chính xác

Một ví dụ trong khu vực là GIS được ứng dụng trong quy hoạch đô thị cho

19

TP Bắc Kinh, Trung Quốc Bắc Kinh có diện tích vào khoảng 16.808 km2 Theo thống kê, từ năm 1991 đến 2001, BắcKinh đã tăng dân số từ 10,8 triệu đến 14 triệu người, khoảng 22% Trong vòng 20 năm tới, dân số Bắc Kinh được

dự đoán tăng thêm khoảng 7 triệu người nữa Với tốc độ gia tăng dân số và kinh tế nhanh như vậy, chính quyền Bắc Kinh cần phải xem xét quy hoạch thành phố một cách phù hợp nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển tích cực Ban quy hoạch TP Bắc Kinh (The Beijing Minicipal Commission of Urban Planning - BMCUP) gần đây đã cho ra đời phiên bản mới của Quy hoạch tổng thể Bắc Kinh (Beijing Master Plan) đến năm 2020 trên nền GIS Bắc Kinh, cũng như nhiều một số thành phố khác ở Châu Á, có tốc độ phát triển đô thị cực nhanh khiến việc dự đoán trở nên khó khăn Mặt khác, sự thiếu dữ liệu, đặc biệt về tăng trưởng kinh tế và đăng ký nhà ở, càng khiến công tác dự đoán khó khăn hơn

GIS đã và đang được sử dụng để quản lý và tổ chức tất cả các dữ liệu liên quan đến công tác quy hoạch thành phố như: dân số, phân bố lao động, sử dụng đất, giao thông, môi trường, và những thông số khác Với những dữ liệu đầu vào này, nhóm nghiên cứu đã thực hiện nhiều bài toán phân tích về sự phát triển của Bắc Kinh làm cơ sở cho những lựa chọn kịch bản quy hoạch

1.1.3 Các ứng dụng GIS đô thị tại Việt Nam

1.1.3.1 Tổng quan về tình hình sử dụng GIS trong quản lý đô thị

Thu thập dữ liệu cơ sở về các nguồn tài nguyên thiên nhiên, các điều kiện môi trường và KT-XH là một bước vô cùng quan trọng trong quá trình quy hoạch môi trường đô thị Tuy nhiên, vấn đề còn tồn tại lớn nhất ở Việt Nam hiện nay là việc thiếu thông tin tổng hợp và cập nhật phục vụ công tác quy hoạch Đồng thời, lượng thông tin ít ỏi thu thập được từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau (thuộc các ngành khác nhau), có độ tin cậy không đồng đều, lưu giữ dưới các định dạng khác nhau và thường không thống nhất để phục vụ hoạt động quy hoạch không gian và liênngành tích hợp Bên cạnh đó, trong khi số liệu KT-XH thường được đưa vào quá trình quy hoạch ở một mức độ nhất định, việc tích hợp các khía cạnh môi trường vào quá trình quy hoạch còn khá mới mẻ đối với các vùng đô thị Việt Nam Việc này thường dẫn tới quy hoạch mang tính chủ quan với các bản quy hoạch lạc hậu và ít khả thi, và kết quả là các bản quy hoạch này không phù hợp với nhu cầu phát triển đô thị, không thể kiểm soát được quá trìnhlan rộng tự phát của đô thị Hơn nữa, các hồ sơ quy hoạch và các thông tin môi trường đô thị hiện đang được lưu giữ trên giấy không thuận tiện cho việc quản lý quy hoạch đô thị và thường là việc quản lý cấp phép xây dựng đô thị mất rất nhiều công sức và thời gian cả với các nhà quản lý lẫn người dân và các tổ chức sử dụng dịch vụ đô thị.20

Gần đây, áp dụng công nghệ tin học được chú trọng hơn trong quy hoạch và quản lý quy hoạch Cách làm truyền thống trước đây (các bản vẽ trên giấy và tính toán thủ công) đã và đang được dần thay thế sang cách làm trên máytính (số hóa bản đồ và tính toán trên các mô-đun máy tính) Các cơ quan quản lý đã yêu cầu các đơn vị tư vấn lập quy hoạch khi hoàn công phải giao nộp các hồ sơ quy hoạch cả trong bản cứng và bản mềm Hiện tại, hầu hết các bản đồ quy hoạch thường được thể hiện trên các bản vẽ AutoCAD, còn những dữ liệu ngành xây dựng khác và các tính toán quy hoạch thường được lưu trong định dạng của MS Office Việc áp dụng công nghệ tin học trên nền CAD(Computer-Aided Design) đã chứng minh được ưu thế rõ ràng là nâng cao chất lượng, giảm thời gian chi phí thực hiện, khai thác sử dụng và quản lý đồ án quy hoạch Tuy nhiên, các bản vẽ này thường không thể hiện toạ độ thực, đồng thời cũng lưu trữ dữ liệu thuộc tính tách rời khỏi các dữ liệu không gian Với hai hạn chế này, các nhà quy hoạch đô thị hiện chỉ dùng những dữ liệu này chủ yếu để in ra các bản đồ in màu mà không thể thực hiện được việc phân tích không gian nhằm kết hợp các thông tin đa ngành cho quá trình quy hoạch đô thị

quy hoạch không gian Ví dụ, việc kết hợp những yêu cầu về bảo vệ môi trường vào trong các đồ án là rất khó thực hiện được với hiện trạng sử dụng CAD như vậy Ngoài ra, khả năng tổ chức và khả năng tái sử dụng đảm bảo tính

kế thừa và tiết kiệm chi phí cho những điều chỉnh quy hoạch trong tương lai là rất hạn chế đối với các ứng dụng CAD Và cũng chính vì các lý do đó mà công nghệ GIS (với hệ thống ngân hàng, cơ sở dữ liệu và công cụ chuyên gia)gần đây đã được nhắc đến như một nền tảng kỹ thuật tương đối thích hợp cho các nhà quy hoạch, quản lý đô thị

và môi trường

Về cơ bản, GIS dựa trên một cơ sở dữ liệu có cấu trúc, có khả năng thể hiện một khu vực đô thị trên khía cạnh địa

lý Với cách thức quản lý tích hợp dữ liệu vị trí không gian đồng thời với các thuộc tính đi kèm cùng với những công

cụ phân tích kết hợp, chồng xếp toàn diện, GIS cho phép các nhà quy hoạch kết hợp hiệu quả các vấn đề môi trường và vấn đề đói nghèo xã hội vào quy hoạch xây dựng, quy hoạch không gian đô thị Ví dụ, GIS có thể hỗ trợ rất tốt yêu cầu kết hợp đa tiêu chí trong phương pháp luận mới về quy hoạch môi trường đô thị Hơn nữa, khi CSDL GIS đã được xây dựng cho một khu vực đô thị thì việc khai thác phục vụ quản lý xây dựng đô thị, phục vụ lựa chọn các ưu tiên cải thiện môi trường, cải thiện đời sống dân nghèo đô thị và điều chỉnh quy hoạch trong tương lai

sẽ được dễ dàng, thuận lợi hơn vì có tính kế thừa và tích lũy kiến thức GIS cũng hỗ trợ phổ biến thông tin đến người dân một cách thuận lợi và như vậy, sẽ góp phần nâng cao tính minh bạch và tăng cường sự tham gia của cộng đồng trong quá trình lập quy hoạch và giám sát thực hiện quy hoạch Phương pháp quản lý thông tin bằng GIS có nhiều

21

điểm tương đồng về khái niệm và tính chất so với công nghệ thông tin (IT) chuẩn, và có thể sẵn sàng tích hợp với quá trình quản lý nhà nước.

Hiện tại, đã có nhiều ứng dụng GIS trong quy hoạch và quản lý đô thị tại Việt Nam Tuy nhiên, các ứng dụng GIS chủ yếu mới chỉ dừng ở mức thí điểm nên vẫn còn khá nhiều vấn đề cần bàn Đặc biệt trong phát triển đô thị, việc

áp dụng GIS gặp một số khó khăn như: đội ngũ chuyên gia có kinh nghiệm sử dụng hiệu quả GIS còn thiếu; trang thiết bị có hạ tầng mạng; hệ thống lưu trữ dữ liệu các phần mềm GIS chưa đầy đủ; ngân hàng dữ liệu GIS chuyên ngành xây dựng và phát triển đô thị; liên kết đa ngành và quốc gia mới ở giai đoạn đầu…

Về mặt thông tin, số liệu tổng thể, đa ngành về các đô thị trên cả nước có các mức độ chi tiết khác nhau: (1) dữ liệu cấp toàn đô thị; (2) dữ liệu cấp phường/xã; và

dữ liệu chi tiết khu vực đô thị và các khu vực có vấn đề môi trường nghiêm trọng Hệ thống thông tin dữ liệu quản

lý theo từng đô thị yêu cầu chi tiết đến từng lô đất và có mối quan hệ thống nhất với ngành tài nguyên môi trường

và những mục tiêu quản lý xây dựng, phát triển đô thị trên địa bàn đô thị Đây là những thách thức lớn đối với việcxây dựng hệ thống GIS đô thị quốc gia một cách thống nhất, đặc biệt trong bối cảnh vẫn chưa hình thành một cấu trúc thống nhất cho các dữ liệu chuyên ngành trong hệ thống GIS về đô thị và phát triển đô thị ở Việt Nam Hệ thống GIS về đô thị hiện đang sử dụng dữ liệu từ rất nhiều ngành Để tránh những phức tạp trong trao đổi thông tin, nâng cao hiệu quả phục vụ của GIS về đô thị cần phải xây dựng một cấu trúc cơ sở dữ liệu GIS quốc gia về đô thị và quy hoạch đô thị phổ biến cho các cơ quan chuyên ngành cũng như quản lý đô thị cùng áp dụng

1.1.3.2 Một số ứng dụng GIS đô thị tại Việt Nam

Tại Việt Nam, công nghệ GIS cũng đã được tiếp nhận và nghiên cứu khá sớm với những quy mô khác nhau và mục đích khác nhau Trong ngành xây dựng, GIS đã được đón nhận trong khoảng 10 năm qua do những ưu thế trong công tác thu thập đo đạc địa lý, quản lý, phân tích hiện trạng và dự báo xu hướng phát triển đô thị Riêng trong lĩnh vực nghiên cứu lập quy hoạch, GIS đã được áp dụng trực tiếp vào một số đồ án điển hình do Bộ Xây dựng chủ trì như tập bản đồ quy hoạch các đô thị Việt Nam thời kỳ 1996 – 2020, Atlas quy hoạch các khu công nghiệp Việt Nam (1997 – 1999) quy hoạch xây dụng Vùng thủ đô (2005 –2008), chiến lược phát triển đô thị (2006 – 2008)… Nhiều tỉnh, thành (ví dụ như TP Hồ Chí Minh, TP Nam Định, TP Cần Thơ) đặc biệt quan tâm và đầu tư lớn và GIS đã mang lại nhiều lợi ích, kèm theo đó là những khả năng mới, giải quyết các bài toán phức tạp trong công tác quản lýđịa chính, đền bù, cây xanh, hạ tầng, chiếu sáng đô thị Đơn cử,

22

chính quyền quận Gò Vấp (TP Hồ Chí Minh) áp dụng GIS trong quản lý nhà và hộ gia đình, nhờ đó tính toán được chính xác diện tích cần giải tỏa, số tiền cần đền bù một cách nhanh chóng Hay như Quận 1 (TP Hồ Chí Minh) cũng

đã thành công trong việc ứng dụng GIS trong quản lý đô thị bằng việc nghiên cứu triển khai đề tài “Ứng dụng GIS trong quản lý và lập kế hoạch duy tu nâng cấp, xây mới hạ tầng giao thông, triển khai thí điểm trên địa bàn Quận 1” Việc triển khai nghiên cứu ứng dụng này vào công tác quản lý hạ tầng giao thông đô thị đã nhận được sự ủng

hộ và hợp tác nhiệt tình của Khu Quản lý Giao thông Đô thị số 1 - Sở Giao thông Vận tải TP Hồ Chí Minh TP Nam Định cũng đã áp dụng GIS trong xây dựng bản đồ đánh giá đất theo loại đường, bản đồ quản lý số nhà, sử dụng thông tin nhà đất để bán nhà thuộc sở hữu Nhà nước, cung cấp thông tin nhà đất và quy hoạch, quản lý hồ sơ sử dụng đất

Ngoài ra, nhiều địa phương khác cũng đã xây dựng Dự án GIS tổng thể như Đồng Nai, Hà Nội, Khánh Hòa, Vũng Tàu, Vĩnh Phúc, Quảng Nam… làm định hướng cho các ứng dụng GIS phục vụ phát triển KT-XH Một số đô thị đã và đang trong quá trình phát triển hệ thống GIS tích hợp phục vụ công tác quy hoạch và quản lý đô thị như TP Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Lạt, Nam Định, Huế, Thái Nguyên, Phủ Lý… Một số địa phương đã thành lập trung tâm GIS như

Đà Lạt và TP Hồ Chí Minh trực thuộc UBND thành phố Ví dụ, Trung tâm Ứng dụng GIS trực thuộc Sở KHCN TP Hồ Chí Minh được thành lập từ năm 2004 và đã có khá nhiều hoạt động nghiên cứu và ứng dụng GIS Năm 2009, Trung tâm Ứng dụng GIS đã triển khai đề án “Ứng dụng công nghệ GIS phục vụ quy hoạch, quản lý đô thị và đào tạo nguồn nhân lực trên địa bàn thành phố” với mục tiêu nhằm giải quyết những nhu cầu thiết thực trong công tácquy hoạch và quản lý đô thị

Các đô thị khác ứng dụng GIS trong quản lý đô thị hiện đang ở dạng đề tài, dự án thử nghiệm tập trung vào một vàilĩnh vực quản lý đô thị cụ thể Đề tài “Ứng dụng GIS vào công tác quy hoạch và quản lý đô thị thành phố Cần Thơ”

đã được thực hiện và đạt được kết quả khả quan, cho thấy việc ứng dụng GIS trong công tác này là hết sức hiệu quả và khả thi Hệ thống GIS cho phép người dùng truy cập các thông tin về hạ tầng như: cầu, đường, cây xanh, chiếu sáng, thoát nước; thông tin về dân cư như: dân số cấp phường, mật độ dân số; thông tin quản lý nhà đất như: truy tìm theo mã số hồ sơ nhà, đất, tên chủ hộ, địa chỉ nhà ; thong tin về quy hoạch đô thị như: tính toán giải tỏa đền bù với kết quả tính toán từ cấp tổng thể (toàn dự án) đến chi tiết cấp hộ dân…

Thừa Thiên - Huế là một trong những tỉnh đã xây dựng được một bộ chuẩn

23

dữ liệu cho toàn tỉnh để tích hợp với bộ chuẩn CSDL quốc gia đáp ứng nhu cầu về tích hợp, xử lý và khai thác một cách tốt nhất các CSDL GIS Bộ chuẩn GISHue được Uỷ ban Nhân dân tỉnh ra quyết định ban hành một cách độc lập, bắt buộc áp dụng cho toàn bộ các cơ sở dữ liệu địa lý trong khuôn khổ GIS tại Thừa Thiên - Huế theo quyết định số 2320/2008/QĐ-UBND ngày 09 tháng 10 năm 2008, về việc “Ban hành Quy chế về hành chính - kỹ thuật cho

hệ thống thông tin địa lý tỉnh Thừa Thiên Huế” Các quy trình, quy tắc, phương pháp, các thông tin địa lý cơ sở và các dữ liệu địa lý do các tổ chức và cá nhân xây dựng phải được chuẩn hoá theo bộ chuẩn GISHue, tức là làm cho phù hợp với bộ chuẩn GISHue Bộ chuẩn GISHue là bộ chuẩn chính thức của tỉnh, đã được thể chế hóa và được công bố rộng rãi để tất cả các cơ quan, tổ chức, cá nhân trong tỉnh nên là cơ sở và tiền đề tốt để triển khai thành công các hệ thống GIS tại tỉnh Thừa Thiên – Huế Tham khảo “Kỷ yếu Hội thảo ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong phát triển đô thị” do Bộ Xây dựng tổ chức năm 2008 để có thêm thông tin về ứng dụng GIS đô thị tại Việt Nam

1.1.3.3 Một số hạn chế trong sử dụng GIS đô thị tại Việt Nam

Tuy công nghệ GIS đã được áp dụng thành công tại nhiều nước trên thế giới và cũng đã minh chứng được những tính năng ưu việt của mình tại một số khu vực đô thị Việt Nam, quan sát cho thấy còn nhiều nguyên nhân chủ quan

và khách quan đã hạn chế khả năng áp dụng thành công của GIS trong quy hoạch và quản lý hạ tầng đô thị tại Việt Nam, ví dụ:

Các chính quyền đô thị và cơ quan quản lý vẫn còn lúng túng trong nhìn nhận khả năng thực tiễn của công nghệ GIS trong quản lý và phát triển đô thị;

Dữ liệu đô thị và hạ tầng đô thị chưa được đầy đủ, thiếu tổng hợp và cập nhật, không thống nhất giữa các nguồn

dữ liệu;

Công tác quy hoạch hiện tại còn riêng biệt, không có sự kết nối giữa quy hoạch tổng thể và quy hoạch phân khu, quy hoạch chuyên ngành, giữa quy hoạch KT-XH và quy hoạch xây dựng đô thị và quy hoạch môi trường;

Sự phối hợp chia sẻ thông tin giữa các cơ quan ban ngành chưa nhiều;

Năng lực quy hoạch, năng lực kỹ thuật và kinh nghiệm về công nghệ GIS trong ngành xây dựng còn nhiều hạn chế Thiếu ngũ chuyên gia có kinh nghiệm, biết kết hợp nhiều công nghệ bổ trợ;

Trang thiết bị hiện có gồm hạ tầng mạng, hệ thống lưu trữ dữ liệu các phần mềm GIS cũng chưa được đầu tư một cách đầy đủ và đồng bộ;

24

Sự cam kết của địa phương trong việc áp dụng công nghệ mới như GIS chưa cao, đặc biệt là từ phía các cấp lãnh đạo, những người có quyền ra quyết định trong chính quyền đô thị;

Công tác sử dụng con người sau đào tạo chưa được lưu tâm và phân công hợp lý, dẫn đến có những trường hợp người được đào tạo sau khi kết thúc khoá học lại chuyển sang công tác khác, hoặc không được tiếp tục làm việc với hệ thống Hệ thống GIS sau khi bàn giao còn thiếu cán bộ chuyên trách trong việc quản lý, duy trì, cập nhật và khai thác…

Ngành xây dựng đang tích cực đẩy mạnh ứng dụng GIS nhằm thực hiện chỉ thị của Thủ tướng Chính phủ số 09/2008/CT-TTg ban hành ngày 28/2/2008 trong việc quản lý và nâng cao chất lượng quy hoạch đô thị Hiện nay Cục Phát triển đô thị đang xây dựng đề án nhằm chuẩn bị dự thảo nghị định và các thông tư để có quy định chung cho việc quản lý đô thị trên toàn quốc nhằm đưa ra những chế tài và hướng dẫn cụ thể cho việc áp dụng GIS đồng

bộ và hiệu quả Một số dự kiến áp dụng bước đầu là “Xây dựng khung CSDL đô thị quốc gia phục vụ công tác quản

lý nâng cấp, phát triển đô thị” và việc quản lý hạ tầng kỹ thuật đô thị là một trong những trọng tâm chính cần đượcứng dụng công nghệ GIS

Nói đến áp dụng GIS trong quản lý đô thị tức là phải có tính hệ thống và đồng bộ, việc áp dụng phải có những thể chế thống nhất và có chế tài áp dụng Việc ứng dụng GIS là một nhiệm vụ quan trọng trong công tác quản lý đô thị

và quy hoạch đô thị tại Việt Nam hiện nay, đặc biệt là những năm gần đây, khi mà một số vấn đề quan trọng mang tính toàn cầu bị ảnh hưởng như biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi trường, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên Thực tế khoảng 20 năm nay đã có sự phát triển của GIS, nhưng việc áp dụng thực sự hiệu quả đối với công tác quy hoạch

và quản lý đô thị còn rất bất cập và khó khăn Do đó, để nghị định và các thông tư hướng dẫn áp dụng GIS đối với quản lý phát triển đô thị đi vào cuộc sống đòi hỏi phải có nhiều chính sách và cơ chế đồng bộ như tăng cường nănglực đồng bộ từ trung ương đến địa phương; đầu tư phần cứng và phần mềm thích hợp; thống nhất bộ chỉ số thôngtin; tích hợp thông tin; cập nhật thông tin theo hàng quý và hàng năm; duy trì cơ chế đầu tư cho công tác nâng cấp hàng năm; trao đổi thông tin đa chiều đa cấp theo các mục tiêu quản lý cụ thể

1.2 Giới thiệu hệ thống GIS đô thị

1.2.1 Thông tin và hạ tầng đô thị

1.2.1.1 Một số khái niệm về đô thị và hạ tầng đô thị

Đô thị: được định nghĩa là những điểm dân cư tập trung có cơ sở hạ tầng

25

thích hợp và dân cư nội thị không dưới 4000 người[22] Đô thị bao gồm: thành phố, thị xã, thị trấn và được phân loại thành đô thị đặc biệt, loại I, II, III, IV và V Tính đến năm 2011, Việt Nam đã có khoảng 755 đô thị, trong đó có

101 đô thị từ loại IV trở lên

Hạ tầng đô thị: yếu tố không thể thiếu được đối với một đô thị và đóng vai trò quan trọng thúc đẩy sự phát triển mọi mặt kinh tế xã hội trong các đô thị là hệ thống cơ sở hạ tầng Đây là dịch vụ công cộng và thiết yếu nhất mà người dân đô thị sử dụng thường xuyên Hạ tầng đô thị bao gồm hạ tầng kỹ thuật và hạ tầng xã hội đô thị [22]

Hạ tầng kỹ thuật (HTKT) đô thị: bao gồm hệ thống giao thông, cấp nước, thoát nước và xử lý nước thải, hệ thống quản lý các chất thải đảm bảo vệ sinh môi trường, hạ tầng cây xanh mặt nước, cấp điện và chiếu sáng, hệ thống cung cấp năng lượng và hệ thống thông tin liên lạc [21]

Hạ tầng xã hội (HTXH) đô thị: bao gồm hệ thống hạ tầng ngành y tế, ngành giáo dục, thương mại, thể thao, du lịch, văn hóa và tín ngưỡng

Đặc điểm hệ thống HTKT đô thị: theo PGS Phạm Trọng Mạnh (2006), khác với các công trình đô thị thông thường, các đặc điểm cơ bản của hệ thống HTKT đô thị bao gồm: (1) có vai trò quan trọng trong đời sống đô thị; (2) việc xâydựng và quản lý hệ thống HTKT đô thị cần chi phí đầu tư lớn; (3) sản phẩm hệ thống HTKT đô thị là hàng hóa công cộng; (4) hệ thống HTKT đô thị có tuổi thọ dài và chịu tác động của nhiều yếu tố kinh tế - xã hội; (5) dịch vụ cơ sở HTKT đô thị có đặc điểm “độc quyền tự nhiên”; (6) cơ sở HTKT đô thị là hệ thống ít phụ thuộc sự phân chia địa giới hành chính; (7) dịch vụ cơ sở HTKT đô thị mang “tính tất nhiên”; (8) hệ thống HTKT đô thị là di sản đô thị; (9) hệ thống cơ sở HTKT đô thị vừa có tính truyền thống vừa có tính hiện đại; và (10) nhu cầu dịch vụ cơ sở HTKT đô thị

có xu hướng mâu thuẫn với khả năng cung cấp dịch vụ

Quản lý đô thị: bao gồm các hoạt động nhằm huy động mọi nguồn lực vào công tác quy hoạch, hoạch định các chương trình phát triển và duy trì các hoạt động đó để đạt được các mục tiêu phát triển của chính quyền đô thị[22]

Quản lý hạ tầng đô thị: có nội dung rộng lớn bao quát từ quy hoạch phát

26

triển, kế hoạch đầu tư, thiết kế đến vận hành, duy tu sửa chữa, cải tạo nâng cấp và theo dõi thu thập dữ liệu để thống kê, đánh giá kết quả hoạt động của cơ sở hạ tầng đô thị [22].

1.2.1.2 Vai trò của thông tin trong quy hoạch và quản lý hạ tầng đô thị

Thông tin đóng một vai trò quan trọng và ngày càng được coi là một trong những nguồn lực của nền kinh tế ngang hàng với nguồn tài nguyên thiên nhiên, tài chính, con người Các chính sách và chương trình hiệu quả (cần thiết cho quá trình ra quyết định ở các cấp) phụ thuộc vào độ chính xác, đầy đủ và cập nhật của thông tin Cùng với sự phát triển, nhiều chính phủ và tổ chức đã và đang chú trọng quản lý, sử dụng và khai thác thông tin phục vụ việc lựa chọn các phương án hoặc đưa ra quyết định chính xác Đối với đô thị, thông tin cập nhật và đáng tin cậy về yếu

tố tự nhiên, dân cư, kinh tế, đất đai và đặc biệt là cơ sở hạ tầng với đặc tính và mối quan hệ của nó tới cư dân rất quan trọng đối với việc quản lý phát triển không gian đô thị

Việc phát triển đô thị thường được định hướng bằng chiến lược cho 10 năm, quy hoạch cho 5 năm, kế hoạch 5 năm và hàng năm với các chương trình, dự án và các hoạt động tác nghiệp thường ngày Tại Việt Nam, Chính phủ

đã phê duyệt Định hướng Quy hoạch Tổng thể Phát triển đô thị tới năm 2020 và một số đô thị đã xây dựng chiến lược phát triển đô thị (CDS) của mình Theo Luật quy hoạch đô thị 2009, đô thị Việt Nam được xây dựng quy hoạchchung, quy hoạch phân khu và quy hoạch chi tiết và thường được điều chỉnh sau 5 năm Quy trình lập quy hoạch

đô thị bao gồm 7 bước: (1) lập nhiệm vụ quy hoạch; (2) thu thập số liệu; (3) phân tích và đề xuất các phương án; (4) xác định các ưu tiên; (5) lập hồ sơ quy hoạch; (6) đánh giá và phê duyệt; và (7) thực hiện và quản lý quy hoạch Các bước trong quy trình trên đều liên quan đến dữ liệu về hiện trạng đô thị và giai đoạn phân tích cũng dựa vào thông tin thu thập được nhằm hiểu các vấn đề đô thị một cách đầy đủ hơn, cho phép đưa ra một số dự báo cho tương lai gần và tổng hợp để đưa ra giải pháp hợp lý Quy hoạch và thông tin liên hệ chặt chẽ với nhau Trong quy hoạch, thông tin cần thiết để hỗ trợ bước ra quyết định và việc giám sát mức độ phát triển đô thị có thể tạo nên các tác động quy hoạch mới

Theo PGS Phạm Trọng Mạnh (2006), đối với quy hoạch và quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị, quy trình nghiên cứu thiết kế được khái quát như Hình 1.3 dưới đây

27

Nghiên cứu nhiệm vụ quy hoạch hệ thống

Thể hiện, báo cáo, chỉnh sửa

Phê duyệt quy hoạch hệ thống cơ sở hạ

tầng đô thị

Hình 1.3:Quy trình nghiên cứu quy hoạch hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị

Phương pháp nghiên cứu và thiết kế quy hoạch cơ sở hạ tầng đô thị đang ngày càng hoàn chỉnh Trình tự tiến hànhthiết kế của một đồ án cơ sở hạ tầng đô thị được phân thành nhiều bước, trong đó khoảng 25 – 50% khối lượng công việc giành cho giai đoạn điều tra khảo sát, phân tích đánh giá hiện trạng Nội dung công việc là điều tra khảo sát và đánh giá chất lượng của các dịch vụ công cộng hạ tầng đô thị như: hệ thống giao thông, hệ thống cấp thoát nước, hệ thống cấp điện, hệ thông tin liên lạc Tất cả những thông tin hiện trạng cơ sở hạ tầng này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình đô thị hóa, quá trình và chất lượng phát triển của đô thị Đô thị tương lai sẽ kế thừa những hiện trạng tích cực của đô thị cũ, nhất là những công trình có giá trị của hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị

Khi hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị đã được xây dựng thì công tác quản lý: vận hành bảo dưỡng, cải tạo và xây mới luôn dựa trên những thông tin hiện trạng được cập nhật thường xuyên Hiệu quả của công tác quản lý hệ thống cơ

sở hạ tầng đô thị phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống thông tin này

28

1.2.1.3 Tháp thông tin đô thị

Tương tự như mọi tổ chức, chính quyền đô thị thường có 3 cấp chức năng chính, gồm: (1) cấp chính sách – xây dựng định hướng phát triển dài hạn, lập kế hoạch và quy hoạch phát triển đô thị và (2) cấp quản lý – sử dụng và kiểm soát những nguồn lực phục vụ vận hành một đô thị và các hoạt động tác nghiệp một cách tốt nhất, và (3) cấp tác nghiệp – sản xuất tạo ra các sản phẩm hoặc cung cấp các dịch vụ Đối với hạ tầng đô thị, chính quyền đô thị thường thông qua các đơn vị công ích như Công ty môi trường đô thị, Công ty cấp thoát nước thực hiện những chức năng tác nghiệp như cung cấp nước sạch, cấp điện chiếu sáng cho người dân hoặc thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt đô thị Các phòng ban của UBND thành phố hoặc thị xã sử dụng quỹ ngân sách được phê duyệt để cấp phát, xây dựng các chương trình và dự án, giám sát việc thực hiện các hoạt động tác nghiệp và đánh giá hiệu quả hoạt động của các đơn vị cung cấp dịch vụ Các cơ quan chính sách như HĐND các cấp xây dựng và phê duyệt định hướng, chính sách, quy chế và ngân sách để vận hành đô thị Những chính sách, quy chế ban hành từ lãnh đạo chính quyền đô thị sẽ được cấp quản lý đưa xuống cấp tác nghiệp để thực hiện, hiện thực hóa chính sách Cả 3cấp của một chính quyền đô thị kết hợp chặt chẽ với nhau nhằm đảm bảo một đô thị được vận hành tốt với định hướng bền vững lâu dài

Ba cấp chức năng này tạo lên một hình tháp (pyramid) với luồng thông tin dữ liệu được thu thập từ cấp tác nghiệp tổng hợp dần lên cấp quản lý phục vụ cân đối và quản lý nguồn lực và lên cấp chính sách làm cơ sở để điều chỉnh chính sách, quy chế, định mức cho phù hợp (Hình 1.4) Ví dụ, các Công ty môi trường đô thị thu gom và lưu giữ

số liệu hàng ngày về rác thải sinh hoạt đô thị chi tiết cho từng khu dân cư, bệnh viện, khu công nghiệp phục vụ cho việc quản lý phân công công việc, đảm bảo năng suất và tạo lịch làm việc phù hợp Các dữ liệu có thể bao gồm bảng liệt kê tài sản, nguồn gốc lịch sử, tài liệu thiết kế xây dựng, các tư liệu trong quá trình vận hành kể cả số liệu môi trường Đây là những số liệu chi tiết, thường rất lớn nên chỉ dữ liệu tổng hợp mới được báo cáo hàng quý hoặc hàng năm lên Phòng Quản lý đô thị thuộc UBND TP để cân đối ngân sách duyệt cho việc thu gom, vận chuyển

và xử lý rác thải Báo cáo thống kê về tình hình rác thải nhiều năm có thể được báo cáo lên UBND và HĐND để điềuchỉnh ngân sách cũng như điều chỉnh quy chế về phí vệ sinh Như vậy, ở từng cấp thì yêu cầu về mức độ chi tiết của thông tin sẽ khác nhau và việc tích hợp dữ liệu theo chiều ngang (kết hợp với các thông tin liên quan khác) và theo chiều dọc (ví dụ, tổng hợp từ các đơn vị trong Công ty môi trường đô thị) sẽ đảm bảo thông tin tổng hợp cần thiết cho các cấp cao hơn Chính sách, quy chế quản lý đô thị chỉ có thể hiệu quả nếu được xây dựng dựa trên thông tin đầy đủ, chính xác và cập nhật

29

Hình 1.4:Tháp thông tin đô thị với luồng thông tin được tổng hợp và chính sách được đưa vào hoạt động

Với sự tiến bộ của máy tính và ngành công nghệ thông tin, dữ liệu thông tin đô thị và cụ thể là dữ liệu hạ tầng đô thị thường được quản lý trong các hệ thống thông tin đô thị trên máy tính Việc tin học hoá thông tin nâng cao năng suất và tính hiệu quả của chính quyền đô thị cũng như các đơn vị cung cấp dịch vụ hạ tầng đô thị và đây là một xu hướng đang được khuyến khích phát triển ở Việt Nam Hệ thống thông tin đô thị cho phép quản lý khối lượng dữ liệu lớn, truy xuất và tìm kiếm thông tin theo yêu cầu, tổng hợp và lập báo cáo theo yêu cầu của từng cấpchức năng Đặc biệt thông tin có thể được chia sẻ giữa các ban ngành đô thị nhằm tránh những chồng chéo hoặc mâu thuẫn, ví dụ như khi cấp giấy phép xây dựng cho các công trình hạ tầng và các công trình xây dựng do các ngành khác quản lý Một hệ thống thông tin đô thị hiệu quả là phải hỗ trợ tốt các hoạt động tác nghiệp hàng ngàycũng giúp các nhà quản lý theo dõi, điều phối và các nhà lãnh đạo ra được các quyết sách phù hợp và kịp thời[23].1.2.1.4 Bản chất địa lý của thông tin hạ tầng đô thị

Ngoài những số liệu kinh tế tài chính, khoảng 80 – 90% dữ liệu thu thập được và sử dụng trong quy hoạch và quản

lý đô thị đều có liên quan đến vị trí địa lý Đó là dữ liệu về điều kiện tự nhiên, địa hình, thủy hệ, tài nguyên môi trường, đất đai Dữ liệu hạ tầng đô thị như đường ống cấp nước, hố ga, đường giao thông, trạm bơm đều là dữ liệu không gian – phản ánh những đối tượng có vị trí địa lý, kích thước vật lý nhất định hay có một không gian nhấtđịnh Thậm chí, cả các chỉ

30

số về kinh tế, xã hội và văn hóa đều liên quan đến hoạt động con người và do vậy liên quan đến địa điểm và các điều kiện xảy ra các hoạt động đó Như vậy, gián tiếp có thể gắn với vị trí địa lý dưới dạng tổng hợp thành thuộc tính của các đơn vị hành chính: phường xã trong đô thị Đặc biệt, dữ liệu hạ tầng đô thị như mạng lưới giao thông, cấp thoát nước, cây xanh, chiếu sáng và các công trình đầu mối được phân bố trong không gian đô thị để phục

vụ các hoạt động kinh tế xã hội của cư dân

Bản chất địa lý của dữ liệu đô thị cho thấy khả năng và yêu cầu khai thác thêm khía cạnh không gian khi tổng hợp phân tích dữ liệu nhằm cải thiện đáng kể các dịch vụ đô thị, quản lý hạ tầng và xây dựng các định hướng, chính sách phát triển không gian phù hợp cho các đô thị Điều này có thể thực hiện được do dữ liệu địa lý có mối quan

hệ không gian cho phép tích hợp dữ liệu theo chiều ngang giữa các cơ quan ban ngành (ví dụ dữ liệu mạng cấp nước và mạng hạ tầng thông tin có thể liên hệ qua vị trí tọa độ hoặc địa chỉ) và tích hợp theo chiều dọc nhằm cung cấp thông tin tổng hợp cho cấp cao hơn (mật độ đất xây dựng, mật độ giao thông, số dân được cấp nước được tổng hợp đối với từng đơn vị hành chính ) Hệ thống thông tin địa lý (GIS) chính là công nghệ tiếp theo đáp ứng được yêu cầu quản lý và nâng cao hiệu quả của cả 3 cấp trong chính quyền đô thị với việc đưa thêm giá trị gia tăng khi xử lý và phân tích thông tin không gian [23]

1.2.1.5 Xu thế quản lý và sử dụng thông tin hạ tầng đô thị

Theo truyền thống, thông tin đô thị nói chung và thông tin hạ tầng đô thị nói riêng được lưu trữ dưới dạng các bộ

hồ sơ giấy tại từng cơ quan quản lý về từng lĩnh vực đô thị riêng biệt Với sự ra đời của máy tính, dữ liệu được dần được quản lý dưới dạng số Và cùng với sự tiến bộ của công nghệ thông tin, thông tin đô thị được quản lý trong các

hệ cơ sở dữ liệu, hệ thống thông tin tích hợp dữ liệu đa ngành, đa lĩnh vực Cách quản lý như vậy cải thiện đáng kể luồng thông tin đô thị và nâng cao hiệu quả quản lý đô thị Hơn nữa, cùng với việc nâng cao hiệu xuất và hiệu quả, việc tin học hóa còn mang thêm giá trị gia tăng cho những thông tin đô thị so với cách quản lý thông thường Thông tin được chia sẻ giữa các cơ quan ban ngành của chính quyền đô thị, giúp phối hợp đa ngành đa cấp tốt hơn, giảm những mâu thuẫn về quyền lợi giữa các lĩnh vực khi dùng chung nguồn lực (ví dụ giữa phát triển và bảo tồn, giữa các mạng lưới hạ tầng đô thị dùng chung phần không gian ngầm của vỉa hè )[23]

Như vậy, hệ thống thông tin đô thị là xu thế tất yếu để quản lý một cách hữu hiệu những thông tin đa dạng của đô thị Việc phát triển các giải pháp cơ sở dữ liệu làm nền móng cho hệ thống thông tin đô thị được tiến triển từ các bảng dữ liệu đơn lẻ (ví dụ như các bảng dữ liệu trong Excel) phục vụ cho từng giao dịch truyền

31

thống, đến các mô hình dữ liệu đa biến được tổ chức dạng nhánh cây, mạng lưới hoặc dạng quan hệ phục vụ cho các thao tác chuẩn trên các lớp dữ liệu như thay đổi (bổ sung và cập nhật) dữ liệu hay truy vấn và tìm kiếm thông tin sử dụng SQL và các công cụ lập trình Hơn nữa, như trình bày ở mục trên, gần hết thông tin đô thị có đặc tính vị trí không gian, do vậy xu thế sử dụng công nghệ GIS như là cơ sở dữ liệu không gian trong quản lý hạ tầng đô thị ngày càng trở nên thông dụng, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý đô thị Tham khảo mục 1.2.3 để hiểu thêm nguyên lý CSDL GIS đô thị.

Từ những năm 90 của thế kỷ trước, khái niệm hệ thống hỗ trợ quy hoạch (PSS) và hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS) đã được đưa vào áp dụng cho quy hoạch và quản lý đô thị PSS và DSS được xây dựng thường dựa trên hệ thống thông tin đô thị và công nghệ GIS làm công cụ hiển thị và truyền thông hữu hiệu, xuất bản những sản phẩm bản đồ hoặc biểu đồ kết quả một cách tương tác khi người dùng thay đổi mô hình, phương án hoặc các thông số của hệ thống Hơn nữa, khả năng phân tích không gian của GIS đô thị đóng một vai trò rất quan trọng trong việc tạo lập ra những thông tin không gian mới, mang thêm ý nghĩa cho mô hình quy hoạch hoặc các phương án ra quyết định Tất nhiên, PSS và DSS còn bao gồm những công cụ thông dụng khác của các nhà quy hoạch đô thị như phân tích và dự báo dân số, mô hình hóa môi trường, dự báo sử dụng đất và hệ thống chuyên gia Thông thường, PSS và DSS được thiết kế và xây dựng theo yêu cầu cụ thể trên nền những hệ thống GIS chuẩn hiện có.Tốc độ đô thị hóa đang diễn ra nhanh chóng như hiện nay việc quản lý đô thị ngày càng được coi trọng bằng việc quản lý các thông tin về yếu tố tự nhiên, dân cư, kinh tế, đất đai và đặc biệt là cơ sở hạ tầng với đặc tính và mối quan hệ của nó tới cư dân Một hệ thống thông tin đô thị hiệu quả là phải hỗ trợ tốt các hoạt động tác nghiệp hàngngày cũng giúp các nhà quản lý theo dõi, điều phối và các nhà lãnh đạo ra được các quyết sách phù hợp và kịp thời.Với sự tiến bộ của máy tính và ngành công nghệ thông tin, dữ liệu thông tin đô thị và cụ thể là dữ liệu hạ tầng

đô thị thường được quản lý trong các hệ thống thông tin đô thị trên máy tính Dữ liệu đô thị cho thấy khả năng và yêu cầu khai thác thêm khía cạnh không gian khi tổng hợp phân tích dữ liệu (được tổng quan ở mục 1.2.2 dưới đây) nhằm cải thiện đáng kể các dịch vụ đô thị, quản lý hạ tầng và xây dựng các định hướng, chính sách phát triển không gian phù hợp cho các đô thị

1.2.2 Định nghĩa hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Khái niệm hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - GIS)

32

xuất hiện từ những năm 1960 và cho đến nay GIS đã và đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới Theo định nghĩa, GIS là một hệ thống thông tin (trên hệ máy tính) được thiết kế để thu thập, cập nhật, lưu trữ, tích hợp và xử

lý, tra cứu, phân tích và hiển thị mọi dạng dữ liệu địa lý (có vị trí trên Trái đất) Với thực tế là gần như mọi hoạt động của con người đều gắn liền với một địa điểm nào đó, nghĩa là với một tọa độ địa lý xác định, GIS đã trở thànhnền tảng công nghệ đặc biệt hữu dụng trong quản lý và xử lý tích hợp thông tin đa ngành, hỗ trợ việc ra quyết địnhchính xác và kịp thời[24]

Hình 1.5: Các thành phần chính tạo nên hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Như Jack Dangermond, chủ tịch của hãng ESRI đã tổng kết, có 3 mục tiêu chính mà mọi hệ thống GIS cần hướng tới: (1) nâng cao năng xuất khi sử dụng bản đồ và thông tin địa lý; (2) nâng cao khả năng quản lý thông tin địa lý; và(3) xây dựng cách thức tốt nhất để khai thác dữ liệu địa lý phục vụ quá trình ra quyết định

Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý đô thị, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ quản lý và xử lý tích hợp các dữ liệu đô thị có toạ độ (bản đồ) với các dạng dữ liệu khác để biến chúng thành thông tin hữu ích trợ giúp quyết định cho các nhà quản lý trong lựa chọn địa điểm, phân bổ và sử dụng hiệu quả nguồn lực không gian (ví dụ như quỹ đất đai) ngày càng hạn hẹp của đô thị, cung cấp dịch vụ đô thị một cách hợp lý Để thực hiện những yêu cầu đó, GIS cần được thiết lập với 5 thành phần chính được kết nối và hỗ trợ nhau (Hình 1.5)

33

1.2.2.1 Các chức năng chính của GIS đô thị

Có thể hiểu một cách đơn giản là hệ thống GIS đô thị được vận hành dựa trên một cơ sở dữ liệu chứa đầy đủ thông tin ở các cấp chức năng đô thị Bộ cơ sở dữ liệu này cần được thường xuyên cần “nuôi” bằng cách cung cấp thêm dữ liệu cập nhật mới và cần được tổ chức một cách hợp lý để có thể truy vấn tìm kiếm những thông tin theo yêu cầu người dùng cũng như có thể khai thác, phân tích nâng cao nhằm đưa ra những sản phẩm, thông tin tổng hợp hỗ trợ quá trình ra quyết định

Hình 1.6: Các chức năng chính của GIS hạ tầng kỹ thuật đô thị [24]

Hình 1.6 khái quát 6 nhóm chức năng chính của hệ thống GIS đô thị theo chuỗi các thao tác, bao gồm:

Thu thập và nhập dữ liệu vào hệ thống GIS đô thị;

Lưu trữ và quản lý CSDL GIS đô thị;

Truy vấn, tìm kiếm thông tin đô thị theo yêu cầu người dùng;

Hiển thị thông tin đô thị (như kết quả của phép truy vấn hoặc xử lý ) dưới dạng bản đồ, đồ thị hoặc bảng dữ liệu;

Xử lý và phân tích dữ liệu không gian và thuộc tính nhằm đưa ra những sản phẩm kết quả, thông tin tổng hợp phục

vụ lập báo cáo và hỗ trợ quá trình ra quyết;

Biên tập và xuất bản kết quả khai thác CSDL GIS đô thị dưới dạng báo cáo, bản đồ theo các quy định hiện hành của ngành xây dựng