CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
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
26 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 xây dựng 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
27 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 hoạch chung, 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.
28 Phương pháp nghiên cứu và thiết kế quy hoạch cơ sở hạ tầng đô thị đang ngày càng hoàn chỉnh. Trình tự tiến hành thiết 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.
Nghiên cứu nhiệm vụ quy hoạch hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị
Lập kế hoạch hoạt động
Điều tra khảo sát, lập hệ thông tin hiện trạng cơ sở hạ tầng đô thị
Lập các phương án đánh giá, tổng hợp
Thiết kế quy hoạch chi tiết hệ thống cơ sở hạ tầng đô thị
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
29 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 3 cấp 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 điều chỉnh 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.
30 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 cấp chức 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 ngày 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[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 nhất định. Thậm chí, cả các chỉ
31 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
32 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 hàng ngày 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.