ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS TRONG ĐỒ ÁN QUY HOẠCH HỆ THỐNG ĐÔ THỊ VÀ NÔNG THÔN QUỐC GIA THỜI KỲ 2021-2030

KTS. Phạm Thị Nhâm
Phó Viện trưởng phụ trách Viện Quy hoạch đô thị và nông thôn quốc gia

Tóm tắt
Trong bối cảnh chương trình chuyển đổi số quốc gia cũng như của ngành Xây dựng, việc áp dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) vào lĩnh vực quy hoạch hệ thống đô thị và nông thôn là thiết thực. Thông tin trong GIS rất đa dạng, bao gồm các đối tượng không gian, thông tin về đối tượng bao gồm: kinh tế - xã hội, môi trường, biến đổi khí hậu... Các thông tin này được được liên kết với các đối tượng không gian thực với một hệ thống tọa độ quy chiếu không gian, sẽ giúp hiển thị thông tin liên quan đến vị trí hỗ trợ trong công tác rà soát và đánh giá hiện trạng hệ thống đô thị và nông thôn. Bên cạnh đó, chức năng phân tích không gian rất mạnh mẽ sẽ hỗ trợ trong việc đưa ra các phương án phát triển liên quan như dân số, lao động, văn hóa, môi trường, thích ứng biến đổi khí hậu...

Sự cần thiết ứng dụng GIS trong nghiên cứu đồ án Quy hoạch hệ thống đô thị và nông thôn quốc gia
Quy hoạch hệ thống đô thị và nông thôn được xác định là quy hoạch cấp quốc gia thuộc Quy hoạch ngành kết cấu hạ tầng. Việc lập Quy hoạch hệ thống đô thị và nông thôn thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050 là một yêu cầu của Chính phủ trong việc triển khai thực hiện Luật Quy hoạch theo Nghị quyết số 11/NQ-CP của Chính phủ. Đồng thời đây cũng là cơ sở để ngành Xây dựng thống nhất với các ngành trong đầu tư xây dựng kết cấu hạ tầng, hệ thống đô thị và nông thôn. Việc ứng dụng công nghệ GIS trong đồ án quy hoạch đô thị và nông thôn quốc gia là thiết thực trong bối cảnh chương trình chuyển đổi số của ngành Xây dựng theo chủ trương của Chính phủ đang diễn ra mạnh mẽ. Các nghiên cứu ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển về GIS và quy hoạch đô thị hầu hết là các dự án thí điểm hoặc mang tính quan điểm, những nghiên cứu này đã đóng một vai trò quan trọng trong việc phổ biến công nghệ bằng cách đề xuất các ý tưởng ứng dụng. Trong các giai đoạn tiếp theo, các nghiên cứu ứng dụng GIS trong quy hoạch đô thị mở ra về mặt kỹ thuật tạo tiền đề cho việc đổi mới công nghệ để tạo điều kiện thuận lợi cho các ứng dụng GIS vào định hướng lập quy hoạch. Các chức năng lưu trữ, xây dựng và phân tích dữ liệu của GIS đã góp phần mang lại hiệu quả thiết thực trong quá trình xây dựng đồ án quy hoạch. Thông tin trong GIS rất đa dạng, bao gồm các đối tượng không gian, thông tin về đối tượng bao gồm: kinh tế - xã hội, môi trường, biến đổi khí hậu... Các thông tin này được được liên kết với các đối tượng không gian thực với một hệ thống tọa độ quy chiếu không gian. Đặc thù của GIS rất chú trọng đến thông tin thuộc tính, đây là các thông tin rất có ích trong phân tích, do vậy dữ liệu không gian được phân tích thông qua các giá trị thông tin thuộc tính và được biểu diễn đồ họa nhờ chức năng thành lập bản đồ của GIS. Với những cơ sở dữ liệu đầu vào đa dạng như vậy, các phân tích sẽ đưa ra các phương án phát triển đô thị liên quan như dân số, lao động, văn hóa, môi trường, thích ứng biến đổi khí hậu... Các hỗ trợ cụ thể của ứng dụng GIS trong đồ án quy hoạch đô thị và nông thôn bao gồm:
- Với khả năng tạo ra bản đồ từ cơ sở dữ liệu, tính trực quan của bản đồ đã thể hiện tính bao quát, và quan trọng hơn là việc truyền đạt thông tin thông qua nội dung thể hiện của lãnh thổ để hỗ trợ tìm ra được những quy luật của sự phân bố các đối tượng. 
- Công tác rà soát hệ thống đô thị nông thôn cũng được GIS hỗ trợ một cách hiệu quả thông qua các bản đồ chuyên đề như dân số, lao động, các chỉ tiêu kinh tế... 
- Chức năng ưu việt nhất của GIS đó là phân tích không gian cũng được ứng dụng nhiều trong đồ án. Với khả năng tích hợp các thông tin về phân loại, phân cấp đô thị, cùng khả năng chồng lớp các lớp thông tin khác nhau về kinh tế-xã hội, hạ tầng kỹ thuật, môi trường và phòng chống thiên tai…, đây là bộ cơ sở dữ liệu quan trọng được sử dụng trong việc phân tích không gian. Chức năng này đã cung cấp thông tin chi tiết và hiệu quả cho đồ án như: các khu vực đô thị có điều kiện tự nhiên thuận lợi và không thuận lợi để đưa ra các định hướng khắc phục và tạo điều kiện phát triển khu vực, đưa ra các dự báo đối với công tác phòng chống thiên tai thích ứng biến đổi khí hậu hay quy hoạch phân bố các trung tâm đô thị quốc gia.
Tăng khả năng tiếp cận GIS trong đồ án quy hoạch xây dựng nói chung và quy hoạch đô thị nông thôn nói riêng chính là làm tăng chất lượng đồ án quy hoạch trong việc nhận định, rà soát cũng như hỗ trợ trong việc đề xuất các phương án trong quy hoạch. Các chức năng phân tích không gian sẽ làm tăng tính cơ sở trong đồ án quy hoạch đô thị. Do đó, thúc đẩy việc ứng dụng GIS trong quy hoạch đô thị và nông thôn.
Nội dung ứng dụng GIS trong đồ án quy hoạch hệ thống đô thị và nông thôn quốc gia
Rà soát và thu thập dữ liệu
- Thu thập, tổng hợp phân tích các tài liệu toàn quốc: ranh giới hành chính xã phường, phân cấp và phân loại đô thị, dân số, khu bảo tồn, giao thông quốc gia, nguy cơ thiên tai, khí tượng - thủy văn, địa chất thủy văn... 
- Rà soát, khảo sát về hiện trạng đô thị và sự phát triển đô thị. 
Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian và thuộc tính
- Cơ sở dữ liệu được xây dựng nhờ chức năng thu nhận dữ liệu của GIS. Dữ liệu cho ứng dụng GIS trong đồ án quy hoạch đô thị và nông thôn bao gồm dữ liệu không gian và thuộc tính. Các dữ liệu được phân thành 02 loại dữ liệu đặc trung của GIS: dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính.
Bảng 1: Tổng hợp cơ sở dữ liệu trong đồ án quy hoạch đô thị và nông thôn
STT    Tài liệu, dữ liệu    Cơ sở dữ liệu
I. Nhóm dữ liệu không gian
1    Dữ liệu ranh giới hành chính tỉnh/thành    Ranh giới hành chính của 63 tỉnh thành theo các cấp tỉnh/thành, quận/huyện, xã /phường
2    Dữ liệu địa hình - mô hình số độ cao (DEM),    Dữ liệu điểm độ cao toàn quốc tỷ lệ 1:1.000.000
3    Dữ liệu điểm đô thị    Đô thị toàn quốc từ loại đặc biệt đến loại V năm 2020
4    Dữ liệu hiện trạng sử dụng đất    Lớp thông tin sử dụng đất toàn quốc
5    Dữ liệu hiện trạng hệ thống giao thông    Lớp thông tin hiện trạng và quy hoạch hệ thống giao thông toàn quốc 
6    Dữ liệu khu bảo tồn và vườn quốc gia    Lớp thông tin các khu bảo tồn, vườn quốc gia... toàn quốc
7    Dữ liệu khu công nghiệp, khu kinh tế và cửa khẩu    Lớp thông tin các khu công nghiệp, khu kinh tế và cửa khẩu toàn quốc
8    Dữ liệu các lưu vực sông    Lớp thông tin các lưu vực sông toàn quốc
9    Dữ liệu tổng hợp thiên tai trên toàn quốc    Lớp thông tin tổng hợp các cấp độ nguy cơ thiên tai toàn quốc 
II. Nhóm dữ liệu thuộc tính
1    Số liệu thống kê dân số, lao động, chỉ tiêu kinh tế các tỉnh/thành trên toàn quốc đến năm 2020    Số liệu dân số đến cấp xã/phường của 63 tỉnh/thành năm các năm 2016, 2020
2    Số liệu thống kê hiện trạng phân loại đô thị đến năm 2020    Số liệu phân loại đô thị từ loại đặc biệt đến loại 5 năm 2015, 2020
3    Số liệu thống kê dân số thành thị, nông thôn của các tỉnh/thành trên toàn quốc    Số liệu dân số thành thị và nông thôn cấp tỉnh/thành trên toàn quốc
- Dữ liệu không gian: dữ liệu ở các khuôn dạng khác nhau (*.dgn, *.dwg, *.img, *.tab, *.shp) được nắn chỉnh, số hóa và chuẩn hóa qua phần mềm GIS để biên tập và xây dựng thành các lớp dữ liệu không gian. Các dữ liệu sẽ được chuẩn hóa về hệ tọa độ quốc gia VN2000
- Dữ liệu thuộc tính: dữ liệu thuộc tính của các đối tượng không gian được tạo lập trong việc xây dựng bảng thuộc tính trên phần mềm GIS, các thông tin về dân số, mật độ dân số… được xây dựng trên phần mềm Exel và kết nối với dữ liệu không gian.
Trực quan hóa thông tin dữ liệu
- Chồng ghép lớp thông tin về dân số tại các khu vực đô thị và thông tin về các khu bảo tồn, các lưu vực sông… sẽ đưa ra các bản đồ thể hiện trực quan về sự phát triển đô thị gắn với giá trị tự nhiên.
Rà soát đánh giá hiện trạng
- Rà soát sự phân bố hiện trạng hệ thống đô thị trên toàn quốc
Qua thống kê cho thấy số lượng đô thị năm 2020 tăng 131 đô thị so với năm 2007 nhưng còn thấp hơn 8 đô thị so với Định hướng phát triển đô thị Việt Nam đến 2015 được duyệt trước đây. Tuy nhiên số lượng đô thị loại II và loại I lại tăng nhiều so với định hướng 445. Điều này cho thấy chiến lược kiểm soát tăng trưởng số lượng đô thị của định hướng 2009 là chưa chính xác. Mặt khác số lượng đô thị loại I và loại II (chủ yếu là đô thị tỉnh lỵ) tăng cao hơn so với định hướng cho thấy xu hướng tập trung, nâng cấp và phát triển mở rộng đô thị tỉnh lỵ là rất mạnh mẽ.
Theo con số thống kê của 2020 tổng số các thành phố, thị xã đã có nhiều thay đổi. Sự phân bố đô thị theo vùng miền cũng có nhiều chênh lệch. Vùng bắc Trung bộ và duyên hải miền Trung có tổng số đô thị lớn nhất cả nước, trong đó số đô thị loại I và loại V cùng đứng đầu. Đồng bằng sông Hồng có trình độ phát triển kinh tế, quy mô và mật độ dân số cao nhất cả nước nhưng số lượng đô thị vẫn thấp hơn vùng bắc Trung bộ và ngoài thủ đô Hà Nội là đô thị loại đặc biệt thì số đô thị lớn của đồng bằng sông Hồng cũng không cao hơn các vùng khác.
Bảng 2: Phân loại đô thị theo vùng đến hết năm 2020
STT    Các vùng kinh tế xã hội    Loại ĐB    Loại I    Loại II    Loại III    Loại IV    Loại V    Tổng 
1    Vùng Trung du và miền núi phía Bắc    0    2    5    10    12    138    167
2    Vùng đồng bằng sông Hồng    1    5    7    8    10    145    175
3    Vùng bắc Trung bộ và duyên hải miền Trung    0    6    7    10    22    164    211
4    Vùng Tây Nguyên    0    3    0    3    14    46    66
5    Vùng Đông Nam Bộ    1    3    1    8    7    37    57
6    Vùng đồng bằng sông Cửu Long    0    3    12    9    24    144    186
7    Tổng    2    22    32    48    89    674    862
- Rà soát hiện trạng: dân số thành thị, dân số nông thôn, phân vùng đô thị và nông thôn theo đơn vị hành chính 
Kết quả rà soát năm 2020 cho thấy, quy mô dân số chủ yếu của các tỉnh trên cả nước là từ 1 đến 2 triệu người (35 tỉnh), tiếp đến là nhóm các tỉnh có quy mô dân số nhỏ, dưới 1 triệu người (21 tỉnh), 7 tỉnh có quy mô dân số trên 2 triệu người. Hai thành phố là Hà Nội và TP.HCM có quy mô dân số lớn nhất cả nước (tương ứng là 8.053.663 người và 8.993.082 người), trong đó chênh lệch về dân số giữa địa phương đông dân nhất cả nước (TP.HCM) và địa phương ít dân số nhất cả nước (tỉnh Bắc Kạn) là trên 28 lần.
Việc phân bố dân cư không đồng đều giữa các địa phương chủ yếu là do điều kiện kinh tế, văn hóa, xã hội, tiếp cận việc làm, giáo dục và dịch vụ y tế của một số địa phương có lợi thế hơn hẳn các địa phương khác nên di cư để lựa chọn nơi sinh sống phù hợp hơn là một trong những lý do làm gia tăng chênh lệch về tăng dân số ở một số địa phương. Tình hình này xảy ra ngay cả trong điều kiện những tỉnh có đông dân nhưng tỷ lệ sinh luôn thấp hơn mức sinh thay thế trong nhiều thập kỷ qua. Kết quả trên bản đồ còn cho thấy rõ tỷ lệ dân số giữa thành thị và nông thôn trên mỗi đơn vị tỉnh thành.
Bên cạnh rà soát về hiện trạng dân số, các số liệu về kinh tế - xã hội khác như tổng sản phẩm trên địa bàn - GRDP, thu nhập bình quân, tỷ lệ lao động… cũng có rà soát thông qua việc thể hiện kết quả trên bản đồ.
- Xác định các khu vực đô thị hóa trọng điểm
Các đô thị trung tâm các cấp được phân bố hợp lý trên cơ sở 6 vùng kinh tế xã hội quốc gia, đây cũng là 06 vùng đô thị hóa cơ bản gắn với 06 vùng phát triển KT-XH của Việt Nam để đảm bảo tính thống nhất về cơ sở dữ liệu, cơ chế chính sách, quản lí điều hành, trong đó mỗi vùng có các khu vực đô thị hóa tập trung cao, các cực động lực, các hành lang phát triển chủ đạo theo định hướng đã được đề xuất.
Vùng Thủ đô Hà Nội, vùng TP.HCM của Việt Nam về cơ bản cũng hội tụ đủ các chỉ số như lưu lượng giao thông, các điểm kết nối kinh tế (khoa học - công nghệ, công nghiệp, dịch vụ/đào tạo, y tế, du lịch và nông nghiệp…) và thực sự đã trở thành các vùng đô thị lớn/đô thị cực lớn/cực tăng trưởng chủ đạo trong cấu trúc tổng thể mạng lưới đô thị quốc gia, có tác động không nhỏ trong môi trường cạnh tranh trong nước và quốc tế. 
Phân tích không gian
- Đô thị hóa với phòng chống thiên tai thích ứng biến đổi khí hậu
Với hiện trạng của nước ta là một trong 1 trong 5 quốc gia trên thế giới được dự báo là chịu ảnh hưởng nhiều nhất của thiên tai và chịu các loại hình thiên tai gồm: lũ quét, bão, ngập lũ, sạt lở đất, xói lở, xâm nhập mặn, hạn hán, rét hại, mưa đá, động đất, lốc xoáy. Trong thời kì khởi động công nghiệp hóa và đô thị hóa gây nên nhiều vấn đề bất cập về môi trường đó là suy thoái tài nguyên thiên nhiên nhất là giảm diện tích rừng trên diện rộng.
Đô thị hoá diễn ra nhanh chóng tại các vùng trũng kèm theo san lấp mặt bằng khiến cho cấu trúc địa hình, thoát nước thay đổi nghiêm trọng, các vùng đồng bằng không được bồi tụ, dẫn tới tới sụt lún đất và nghèo kiệt.
Đô thị hoá tại các vùng cao, đất dốc đã chịu ảnh hưởng thiên tai từ sạt lở. Tập trung đông người ở vùng này càng làm giảm diện tích rừng tự nhiên dẫn đến quá trình xâm thực, bóc mòn, lũ ống lũ quét ở đồi núi tăng. 
Gia tăng phát triển quá nhiều đô thị ở khu vực nhạy cảm ven biển, trong vùng trũng thấp, phá hoại rừng phòng hộ ven biển đang làm trầm trọng thêm nguy cơ nước biển dâng, bão lụt. Điển hình đô thị hoá ở những vùng có nhiều khoáng sản, chẳng hạn như Quảng Ninh, dẫn tới mâu thuẫn giữa khai khoáng, môi trường và đời sống dân cư đô thị.
Phân tích các giá trị không gian đô thị toàn quốc: với các nguy cơ thiên tai chồng ghép các khu vực nội thành nội thị hỗ trợ công tác điều chỉnh định hướng phát triển đô thị, lồng ghép các mô hình phát triển đô thị phù hợp với định hướng tăng trưởng xanh và một số chỉ tiêu về hạ tầng kỹ thuật như giao thông, chất thải rắn… phù hợp với tăng trưởng xanh của đô thị.

- Phân tích sự tăng trưởng dân số
Các phép tính không gian đã đưa ra được số liệu về sự thay đổi dân số, hỗ trợ trong việc đưa ra đánh giá về sự dịch chuyển dân số. Dữ liệu dân số chi tiết đến cấp xã phường rất hiệu quả phản ánh tình hình tăng trưởng dân số từng khu vực đô thị. Một kết quả phân tích và tính toán Vùng đồng bằng sông Hồng về sự tăng trưởng của dân số tại thời điểm năm 2015 và 2020. Các số liệu dân số đến cấp xã được cập nhật và xây dựng trong cơ sở dữ liệu. 
Bản đồ thể hiện kết quả phân tích và tính toán sự tăng trưởng dân số tại thời điểm 2016 và 2020, các tỉnh Vĩnh Phúc, Hải Dương, Bắc Ninh cho thấy sự phát triển dân số mạnh mẽ trong khu vực, tỉnh nam Định cho thấy sự sụt giảm dân số hiện trạng so với năm 2015.
Chức năng phân tích và tính toán trong GIS cho ra kết quả về các giá trị như: mức dịch chuyển dân số cao nhất (max), thấp nhất (min), trung bình (mean) và tổng tăng trưởng (sum) tại mỗi đơn vị theo đơn vị tính toán (tỉnh thành, quận huyện, xã phường).
Sơ đồ tổng hợp kết quả phân tích cho thấy, TP. Hà Nội có giá trị giảm dân số (min), tăng dân số (max) cao nhất, cũng như ngưỡng tăng giảm (range) cao nhất toàn vùng, về giá trị tổng mức tăng trưởng dân số cũng giữ vị trí cao nhất toàn vùng. Bắc Ninh giữ vị trí thứ 2 sau Hà Nội về tăng dân số (max), giá trị giảm dân số (min), tổng mức tăng trưởng cũng đứng vị trí thứ 2 so với khu vực. Trong số các tỉnh thuộc khu vực đồng bằng sông Hồng thì tỉnh Nam Định thể hiện rõ sự sụt giảm dân số rõ rệt nhất. 
 
Hình 12: Kết quả phân tích tăng trưởng dân số vùng đồng bằng sông Hồng
Việc áp dụng phân tích này có thể thực hiện cho các vùng khác cũng như cho toàn quốc, kết quả cho thấy tình hình cụ thể về sự thay đổi về dân số theo các giá trị khác nhau.
Kết luận và kiến nghị
Ứng dụng GIS trong đồ án quy hoạch đô thị và nông thôn quốc gia là minh chứng rõ ràng thông tin hữu ích và sáng tạo có thể được tạo ra thông qua các phân tích không gian. Ứng dụng công nghệ nhằm nâng cao chất lượng đồ án là định hướng chiến lược của ngành Xây dựng theo chủ trương chuyển đổi số của Đảng và Chính phủ đã đề ra. Với các dữ liệu thu thập hiện có thì việc bổ sung thêm nhiều lớp thông tin dữ liệu khác như hạ tầng kỹ thuật, môi trường, biến đổi khí hậu… sẽ đưa ra được nhiều kết quả phân tích không gian khác nhau, phục vụ cho việc nâng cao hơn nữa chất lượng đồ án quy hoạch đô thị và nông thôn.
Thực tế nước ta hiện nay, việc ứng dụng công nghệ thông minh trong công tác quy hoạch và quản lý đô thị vẫn đang ở giai đoạn đầu do vậy, cần được xây dựng theo hướng tiếp cận một cách hệ thống, bài bản. Trên cơ sở kế thừa các nghiên cứu tại Việt Nam và hợp tác hỗ trợ phát triển của các tổ chức quốc tế, trong giai đoạn tới cần thiết phải triển khai các nhiệm vụ trọng tâm để xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia và cơ sở dữ liệu quy hoạch phục vụ công tác lập quy hoạch và quản lý phát triển đô thị; nghiên cứu ứng dụng GIS trên diện rộng tại Trung ương và địa phương.
Viện Quy hoạch đô thị và nông thôn quốc gia, với vai trò là đơn vị đầu ngành của Bộ Xây dựng trong lĩnh vực Quy hoạch xây dựng đã và đang từng bước chuyển đổi theo hướng số hóa và tăng cường ứng dụng công nghệ GIS trong công tác nghiên cứu đồ án quy hoạch đô thị, với các định hướng cụ thể trong công tác đào tạo và ứng dụng rộng rãi GIS.
 
Tài liệu trong nước
1.    Vũ Chí Đồng (2008) Đổi mới công tác lập đồ án quy hoạch xây dựng từ nghiên cứu ứng dụng công nghệ GIS. Đề tài khoa học mã số RD25-07
2.    Nguyễn Văn Tuấn (2011), Luận văn “Ứng dụng GIS trong quản lý quy hoạch xây dựng”. Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Quốc gia Hà Nội
3.    Lưu Đức Cường, Trịnh Thị Phin (2021) Ứng dụng GIS trong quy hoạch xây dựng. Tạp chí Xây dựng số 2 tr.30-33 – 2021
Tài liệu ngoài nước:
4.    Jing Hua Zhang (2021) Urban planning and design strategy based on ArcGIS and application method, 3rd International Conference on Energy Resources and Sustainable Development
5.    C J Webster (1993) GIS and the scientific inputs to urban planning. Part 1: description, Environment and Planning B: Planning and Design v 20, p 709-728
6.    S. Z. Leao L. Troy B. Randolph C. Pettit (2018) A GIS based planning support system for assessing financial feasibility of urban redevelopment Springer Science+Business Media B.V
7.    Geographic Information Systems (GIS) in Urban Planning. Sonila Xhafa State University of Tirana, Geography Department, 2015
8.    Richard K. Brail, Planning Support Systems for Cities and Regions. ISBN 978-1-55844-182-8