Phát triển đô thị bền vững trên nền tảng công nghệ và dự liệu lớn

MTXD -  Phát triển đô thị bền vững đang thịnh hành trong nhiều thập kỷ qua, trong đó là sự nổi lên của các mô hình đô thị thông minh. Không dừng lại ở đó, ý tưởng sáng tạo tích hợp phát triển giữa đô thị bền vững với đô thị thông minh là một xu hướng phát triển mới đang được nhiều nghiên cứu tiêu biểu đề cập đến trong những năm gần đây.Trong bối cảnh thế giới đang đối mặt với nhiều thách thức: biến đổi khí hậu, khủng hoảng kinh tế, đại dịch, môi trường sống,… các đô thị phát triển bền vững tiếp tục nỗ lực cải thiện việc cung cấp dịch vụ đô thị toàn diện, nâng cao chất lượng sống, công bằng xã hội, đảm bảo môi trường sinh thái và đặc biệt là sự linh hoạt, thuận lợi trong việc truy cập hệ thống thông tin đô thị,… Như vậy, với một hệ thống dữ liệu lớn, đa dạng của một đô thị bền vững, rất cần có các công nghệ dữ liệu tiên tiến đảm bảo cho sự quản trị và hoạt động của toàn hệ thống đô thị bền vững trở nên thông minh và linh hoạt hơn. Bài viết này
dưới dạng tổng hợp tài liệu, sẽ chắt lọc một số nội dung quan trọng từ những ý tưởng nghiên cứu mới về xu hướng phát triển đô thị bền vững thông minh dữ liệu lớn trong tương lai.

Từ khóa: Công nghệ; Dữ liệu lớn; Đô thị bền vững thông minh.

1. Đặt vấn đề

Phát triển đô thị bền vững đã được đặt ra như một vai trò trung tâm với những đóng góp rất quan trọng trong quá trình thực hiện toàn diện các mục tiêu phát triển bền vững nói chung, trong các Mục tiêu Phát triển Bền vững (SGDs) của Chương trình Nghị sự 2030 về Phát triển Bền vững
của Liên hợp quốc, mục tiêu số 11 cũng đã chỉ rõ “làm cho các thành phố và các khu định cư của con người trở nên toàn diện, an toàn, khả năng phục hồi và bền vững” và phát triển đô thị bền vững cũng cần đảm bảo được sự phát triển hài hòa 3 trụ cột cơ bản về kinh tế, môi trường, văn hóa và xã hội, trong đó đặc biệt chú trọng tới khía cạnh về môi trường, về năng lựơng mới, cùng với sự chuyển đổi lớn về thể chế trong thực tế. Trong bối cảnh hiện nay, sự phát triển bùng nổ của công nghệ số, dữ liệu lớn cho thấy những chuyển dịch mạnh mẽ của nền công nghệ tiên tiến. Như vậy,
đô thị với vai trò là một trung tâm để có năng lực cạnh tranh mạnh mẽ và đạt vị trí cao trên bảng xếp hạng ngoài việc trở thành một đô thị phát triển bền vững, cần có những hoạt động linh hoạt đáp ứng được những yêu cầu ngày càng cao của một đô thị bền vững chứa đựng rất lớn các dữ liệu
hoạt động và các ứng dụng thông minh trên nền tảng công nghệ mới. Cũng bởi vậy, trong những năm gần đây, nhiều ý tưởng nghiên cứu mới trên thế giới được lập luận trên những nền tảng lý thuyết và một số khía cạnh từ thực chứng khoa học thuyết phục đã chỉ ra một xu hướng phát triển mô hình đô thị kiểu mới tiến tới trong tương lai. Cụ thể cái tên “thành phố bền vững thông minh” đã được đề xuất thay thế cho hai thuật ngữ độc lập là “thành phố bền vững” và “thành phố thông minh”. Trong đó ý tưởng sáng tạo được thể hiện bởi việc kết hợp và tích hợp thế mạnh/lợi thế của
các đô thị bền vững và đô thị thông minh, khai thác sức mạnh tổng hợp của các chiến lược và giải pháp của chúng theo cách cho phép các thành phố bền vững tối ưu hóa, nâng cao và duy trì hiệu suất của chúng trên cơ sở dữ liệu sáng tạo từ các công nghệ được cung cấp bởi các đô thị thông
minh, tạo nên một xu hướng đô thị kiểu mới “đô thị bền vững thông minh dựa trên dữ liệu”, có khả năng đáp ứng cao những nhu cầu phát triển bền vững trước nhiều diễn biến phức tạp khó dự đoán, chẳng hạn như biến đổi khí hậu, ô nhiễm không khí,... Các nghiên cứu cũng cho thấy cần có
hệ thống công nghệ hiện đại để vận hành, truyền tải một nền tảng dữ liệu lớn chứa đựng đầy đủ các loại thông tin của một đô thị, bởi vậy, phần lớn các nghiên cứu cho thấy công nghệ Internet vạn vật (IoT) và dữ liệu lớn đã trở nên thiết yếu, có tiềm năng to lớn để cải thiện và thúc đẩy sự bền vững của một đô thị, và do đó, sẽ giúp cho các chiến lược thực hiện quy hoạch, quản trị, vận hành đô thị đáp ứng cao đối với hình thức đô thị bền vững theo hướng dữ liệu lớn. Khi cần truy cập hệ thống dữ liệu để tổng hợp và nắm bắt toàn bộ hiện trạng một đô thị, nó như một bản định hướng cho quá trình phát triển tiếp theo của đô thị, đồng thời cho thấy sự kết hợp toàn diện những chiến lược, giải pháp tối ưu giữa đô thị bền vững và thông minh có thể mang lại triển vọng xây dựng mô hình đô thị bền vững thông minh dựa trên công nghệ dữ liệu lớn trong tương lai.

Như vậy, tầm quan trọng của công nghệ dữ liệu lớn cùng với các ứng dụng mới của chúng ngày càng được nhấn mạnh trong việc cải thiện và thúc đẩy tính bền vững của đô thị. Theo nghiên cứu của Bibri, S. E. (2021), xu hướng mới này đã được chứng minh bởi nhiều nghiên cứu thực hiện trong những thời gian gần đây về các thành phố bền vững (như: Bibri (2020a); Bibri (2021a); Bibri (2021b); Bibri & Krogstie (2020a), 2020b, 2020c; Hakpyeong và cộng sự (2021); Thornbush & Golubchikov (2019); Tomor et al. (2019); Yigitcanlar & Cugurullo (2020),…). Và cho thấy xu
hướng công nghệ dữ liệu lớn đang báo trước một kỷ nguyên mới, trong đó các thành phố bền vững đang thay đổi để đáp ứng hiệu quả với ảnh hưởng do mô hình điện toán dữ liệu lớn đang nổi lên mang lại. Việc thúc đẩy các thành phố bền vững trên toàn cầu trở nên thông minh hơn và bền vững hơn cũng đang được nhận thức bằng cách áp dụng các công nghệ theo hướng dữ liệu để nâng cao và tối ưu hóa hoạt động, chức năng, dịch vụ, thiết kế, chiến lược và chính sách của chúng. Sự chuyển đổi này - đòi hỏi những cách thức mới và sáng tạo về cách các thành phố bền vững có thể được giám sát, hiểu, phân tích và do đó nó được quy hoạch, tổ chức, kiểm soát và điều tiết. Điều này thể hiện ở mức độ ngày càng cao của việc phát triển và thực hiện các giải pháp dựa trên dữ liệu trong cơ chế quản lý vận hành và cách tiếp cận quy hoạch phát triển (Bibri, S. E. (2021)).

Trên nền kết quả của những ý tưởng nghiên cứu mới về xu hướng phát triển mô hình đô thị bền vững thông minh dựa trên dữ liệu tương lai, bài viết sẽ tổng hợp lại một số lập luận khoa học với một số nội dung chủ đạo về xu hướng có khả thi để phát triển mô hình đô thị kiểu mới này.
Giới hạn của bài viết này chỉ dừng lại ở việc tổng hợp các nghiên cứu lý luận của thế giới về một xu hướng phát triển mô hình đô thị bền vững thông minh trên nền tảng công nghệ tiên tiến dữ liệu lớn trong tương lai, làm cơ sở khơi nguồn cho các ý tưởng nghiên cứu tiếp theo sâu sắc hơn
để có thể triển khai mô hình này trong thực tế, vì vậy bài viết sẽ không bàn luận về các vấn đề thực trạng phát triển đô thị bền vững ở Việt Nam.

2. Thành phố bền vững thông minh dựa trên công nghệ dữ liệu
2.1. Khái niệm

Đã có rất nhiều định nghĩa đưa ra đối với thành phố bền vững thông minh trong những năm qua. Dựa trên phân tích khoảng 120 định nghĩa, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU, 2014) đã đưa ra định nghĩa: “Một thành phố bền vững thông minh là một thành phố sáng tạo sử dụng CNTT và TT và các phương tiện khác để cải thiện chất lượng cuộc sống, hiệu quả của hoạt động đô thị và các dịch vụ và khả năng cạnh tranh, đồng thời đảm bảo đáp ứng nhu cầu của các thế hệ hiện tại và tương lai về các khía cạnh kinh tế, xã hội và môi trường”

Theo Höjer, M., & Wangel, J. (2015), khái niệm “thành phố bền vững thông minh” được thúc đẩy sự xuất hiện trong những năm qua là do 5 sự phát triển khác nhau gần đây: (i) Nhận thức rằng các vấn đề môi trường là toàn cầu và phát triển bền vững cần được theo đuổi ở tất cả các cấp (toàn cầu và địa phương); (ii) Xu hướng đô thị hóa ngày càng tăng đưa các thành phố trở thành tâm điểm được quan tâm trong cuộc thảo luận về tính bền vững; (iii) Sự gia tăng của phong trào phát triển đô thị bền vững và thành phố bền vững trong nỗ lực hành động của địa phương vì sự phát triển bền vững; (iv) Những bước nhảy vọt về công nghệ trong lĩnh vực CNTT-TT trong những năm gần đây, với tác động to lớn đến xã hội, kinh tế và môi trường; (v) và sự xuất hiện của khái niệm thành phố thông minh vào cuối thế kỷ XX, trong bối cảnh được gọi là “chủ nghĩa kinh doanh đô thị”.

Và cũng xuất phát từ khái niệm “Phát triển bền vững”, Höjer, M., & Wangel, J. (2015) đã nphát triển một định nghĩa chuẩn mực và mang tính suy luận về thành phố bền vững thông minh.

Trước hết, thành phố bền vững thông minh (SSC) nên được xem như một khái niệm tổng hợp của 3 khía cạnh: Các thành phố (cities); Bền vững (Sustainable) và Thông minh (Smart).

Hình 1. Ba khía cạnh của thành phố bền vững thông minh

Nguồn: Höjer, M., & Wangel, J. (2015)

Hình 1 cho thấy, chỉ khi cả ba khía cạnh này được kết hợp với nhau, khi các công nghệ thông minh được sử dụng để làm cho các thành phố bền vững hơn, khi đó mới có thể nói đến thành phố bền vững thông minh (SSC). Do vậy, Höjer, M., & Wangel, J. (2015) đã đưa ra khái niệm: Thành
phố bền vững thông minh là thành phố đáp ứng nhu cầu của cư dân hiện tại mà không ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng nhu cầu của người khác hoặc thế hệ tương lai, và do đó, không vượt quá giới hạn môi trường địa phương hoặc toàn cầu, và khi điều này được hỗ trợ bởi ICT.

Khái niệm của Höjer, M., & Wangel, J. (2015) chủ yếu tập trung vào khía cạnh môi trường của một đô thị bền vững kết hợp với một nền tảng công nghệ, tuy nhiên, thành phố bền vững thông minh còn là sự phát triển hài hòa giữa các khía cạnh về kinh tế, xã hội, môi trường.

Bibri, S. E., & Krogstie, J (2017) cũng đã nhận định sự xuất hiện khái niệm thành phố bền vững thông minh là kết quả của ba xu hướng quan trọng đang diễn ra trên toàn thế giới: (i) Sự lan tỏa của tính bền vững; (ii) Sự lan rộng của đô thị hóa; (iii) và Sự gia tăng của CNTT-TT.

Mặc dù chưa đạt được sự thống nhất cao về mặt nội dung, nhưng các khái niệm trên cũng đều đề cập đến ICT giữ vai trò rất quan trọng trong quá trình phát triển mô hình đô thị bền vững mới trong tương lai, trong điều kiện tiên quyết phải thực hiện hiệu quả việc bảo vệ môi trường.

2.2. Thách thức về tính bền vững của đô thị

Không chỉ thách thức về mặt học thuật về nội hàm của các khái niệm đưa ra, trong thực tiễn khi trở thành thành phố bền vững thông minh thì cũng có nhiều thách thức đặt ra cho quá trình phát triển. Höjer, M., & Wangel, J. (2015) đã chỉ ra 5 thách thức gồm: (i) Đánh giá chiến lược:

Trong việc xây dựng các phương pháp đánh giá, điều quan trọng cần lưu ý trong thực tế chính là việc đánh giá, hoặc xem xét các chỉ số được đưa vào đánh giá sẽ xác định các đặc điểm quan trọng của một thành phố bền vững thông minh; (ii) Các biện pháp giảm thiểu: Phát triển và đầu tư cơ sở
hạ tầng mang lại những cải thiện đáng kể về phúc lợi và sự thịnh vượng.

Tuy nhiên, cơ sở hạ tầng cũng có khả năng hủy hoại hệ sinh thái và khai thác tài nguyên thiên nhiên đến mức đe dọa sự tồn tại của chính xã hội hiện đại đó nên cần có giải pháp giảm thiểu thông qua công nghệ để cải thiện hiệu quả; (iii) Từ trên xuống và từ dưới lên: Các sản phẩm, dịch vụ và hệ thống thực tế của thành phố bền vững thông minh có thể bắt nguồn chính từ các đề xuất quy mô lớn từ các công ty lớn.

Tuy nhiên, sức mạnh của các tập đoàn khổng lồ có thể cho phép họ độc quyền phát triển thành phố thông minh bền vững đến mức triệt tiêu sự sáng tạo. Vì vậy, cần đặt kỳ vọng lớn vào tiềm năng đổi mới thông qua việc thu hút người dân tham gia vào việc xây dựng và giải quyết các vấn đề.

Tuy nhiên, điểm yếu có thể rất khó đưa các giải pháp lên cấp độ tiếp theo và phương pháp này có thể rất khó đánh giá kết quả thực tế; (iv) Năng lực: Cần nâng cao năng lực của chính quyền thành phố đối với các giải pháp CNTT-TT cho thành phố bền vững thông minh, do kiến thức về CNTTTT của thành phố thấp hơn nhiều so với các công ty, vì vậy dễ dẫn đến các quyết định đầu tư kém hoặc việc ra quyết định không có hiệu lực; (v) Quản trị: Không chỉ cần những thiết bị kết nối mà gồm cả các tổ chức, xem xét lại những tác nhân nào cần tham gia vào quy hoạch và quản trị và để ICT hoạt động đa dạng trong thành phố thông qua sự phối hợp thì cần có cơ quan điều phối, với nhiệm vụ thúc đẩy phát triển thành phố bền vững thông minh.

Để giải quyết các thách thức về tính bền vững của đô thị đã được giải quyết (tương đối) theo các cơ chế đổi mới được áp dụng Angelidou, M., Psaltoglou, A., Komninos, N., Kakderi, C., Tsarchopoulos, P., & Panori, A. (2018) cho thấy: (i) Đổi mới công nghệ đặc biệt phù hợp với những thách thức về tắc nghẽn giao thông, quản lý năng lượng, quản lý nước và chất thải. Các lĩnh vực tụt hậu về đổi mới công nghệ bao gồm ô nhiễm không khí và thiếu giám sát và giảm thiểu đa dạng sinh học; (ii) Các đổi mới về thủ tục đặc biệt phổ biến trong các lĩnh vực mất đa dạng sinh học. Một số tồn tại để giảm thiểu ô nhiễm không khí và giảm tài nguyên nước. Những khoảng trống tồn tại trong những thách thức về quản lý chất thải và tắc nghẽn giao thông; (iii) Cuối cùng, sự đổi mới bằng các hình thức mới có sự tham gia của người dân rất thấp, chỉ có một số ứng dụng còn tồn tại trong các lĩnh vực quản lý chất thải và ô nhiễm không khí.

2.3. Những yếu tố tương tác và các chỉ số phát triển, tiềm năng của thành phố bền vững thông minh

Nghiên cứu và xem xét để xác định đâu là những yếu tố tương tác nhau của mô hình “Thành phố thông minh bền vững”, nhóm tác giả Bhattacharya, T. R., Bhattacharya, A., Mclellan, B., & Tezuka, T. (2020) đã tập trung vào những yếu tố rất cụ thể và cơ bản nhất gồm: (i) Tiêu chuẩn cơ bản của cuộc sống cho tất cả các công dân của nó (tức là sống thông minh và bền vững), (ii) Hệ thống giao thông thông minh sẽ giúp điều hướng nhanh chóng và giá cả phải chăng trong thành phố (tức là di chuyển thông minh và bền vững), (iii) Môi trường không ô nhiễm (tức là môi trường bền vững); (iv) Các cấu trúc xã hội và thể chế hoạt động hiệu quả và hiệu quả (tức là quản trị thông minh và bền vững với sự tham gia của người dân); (v) Lực lượng lao động lành mạnh và có trình độ học vấn với thành quả kinh tế tốt (tức là những người thông minh), v.v. Do đó, một khu vực đô thị càng bền vững, chất lượng cuộc sống càng cao, thì sự thịnh vượng càng lớn và lượng khí nhà kính bình quân đầu người cũng sẽ thấp đi. Việc xác định tập trung vào các yếu tố cơ bản nhất tương tác với nhau trong mô hình thành phố bền vững thông minh, các tác giả trên tiếp tục xây dựng các chỉ số cho mô hình thành phố bền vững thông minh như sau (Bảng 1).

Bảng 1. Chỉ số phát triển thành phố bền vững thông minh (SSCDI)

Nguồn: Bhattacharya, T. R., Bhattacharya, A., Mclellan, B., Tezuka, T. (2020).

Việc kết hợp, tích hợp thế mạnh và lợi thế của các thành phố thông minh dựa trên công nghệ dữ liệu và thành phố bền vững dựa trên dữ liệu về môi trường sẽ tạo nên những lợi ích, tiềm năng và cơ hội chính cho thành phố bền vững thông minh trong các lĩnh vực: Quản lý giao thông và vận tải; Lưới điện thông minh; Tòa nhà thông minh; Đồng hồ đo thông minh và màn hình năng lượng; Giám sát môi trường thông minh; Quản lý thông minh việc thu gom chất thải; Đèn đường thông minh; Chuyển hóa đô thị thông minh; Quản lý thông minh cơ sở hạ tầng đô thị; Công dân thông minh (tham gia và tham vấn); An toàn công cộng thông minh; Chăm sóc sức khỏe thông minh (Bibri, S. E. 2021).

3. Công nghệ dữ liệu lớn cho mô hình đô thị bền vững thông minh
3.1. Vai trò của công nghệ và dữ liệu lớn

Sự hội tụ ngày càng tăng lên của ICT đô thị dưới nhiều dạng điện toán phổ biến khác nhau (ví dụ như IoT) ngày càng được coi là một cách thức để nắm bắt sâu hơn và thúc đẩy nhu cầu ứng dụng các giải pháp đa dạng cho sự bền vững của đô thị. Trong những năm gần đây, IoT và dữ liệu lớn trở thành một vấn đề trọng tâm trong lĩnh vực đô thị bền vững thông minh. Việc tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ và phát triển các kỹ thuật phân tích dữ liệu phức tạp để giám sát, hiểu và phân tích hệ thống đô thị là những khía cạnh quan trọng nhất của thành phố thông minh đang được các thành phố bền vững vận dụng để nỗ lực nâng cao tính bền vững của đô thị, bởi khía cạnh môi trường của tính bền vững là cốt lõi của hệ sinh thái thành phố. Và sử dụng IoT để nhằm “đạt được các chức năng thông minh khác nhau từ trao đổi thông tin và giao tiếp, bao gồm tìm hiểu về mọi thứ, xác định mọi thứ, theo dõi và truy tìm mọi thứ, kết nối với mọi thứ, tìm kiếm mọi thứ, giám sát mọi thứ, kiểm soát mọi thứ, đánh giá mọi thứ, quản lý mọi thứ, vận hành mọi thứ, sửa chữa mọi thứ và mọi thứ lên kế hoạch ” (Bibri, S. E. 2018). IoT là một trong những thành phần quan trọng của cơ sở hạ tầng ICT của các thành phố bền vững thông minh, là một cách tiếp cận phát triển đô thị mới nổi do tiềm năng to lớn của nó trong việc thúc đẩy tính bền vững về môi trường. IoT được cho là một trong những tầm nhìn ICT phổ biến hoặc mô hình điện toán. IoT được liên kết với phân tích dữ liệu lớn và đang trên con đường thâm nhập sâu vào nhiều lĩnh vực đô thị để tối ưu hóa hiệu quả về năng lượng và giảm thiểu tác động môi trường, mà chủ yếu liên quan đến việc sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên thiên nhiên, quản lý thông minh các cơ sở hạ tầng và cơ sở vật chất, cũng như tăng cường cung cấp các dịch vụ hỗ trợ môi trường. Do đó, IoT và các ứng dụng dữ liệu lớn liên quan có thể đóng vai trò rất quan trọng trong việc xúc tiến và cải thiện quá trình phát triển bền vững với môi trường (Bibri, S. E, 2018).

Thuật ngữ “dữ liệu lớn” được sử dụng để mô tả sự phát triển, gia tăng, tính không đồng nhất, phức tạp, tính khả dụng, tính thời gian, khả năng thay đổi và việc sử dụng dữ liệu trên nhiều lĩnh vực ứng dụng. Các tính năng đặc trưng này giúp cho việc xử lý dữ liệu lớn vượt quá khả năng tính toán và phân tích của các ứng dụng phần mềm tiêu chuẩn và cơ sở hạ tầng cơ sở dữ liệu thông thường. Và khi con người gần như không thể hiểu hoặc giải mã được hết các dữ liệu lớn của đô thị dựa trên các mô hình và máy tính hiện có, (Bibri, S. E, 2018). Đặt trong bối cảnh của các thành phố bền vững thông minh, khái niệm dữ liệu lớn có thể được sử dụng để mô tả một lượng lớn dữ liệu đô thị, ở mức độ mà các thao tác, phân tích, quản lý và giao tiếp của chúng thể hiện rất đáng kể những tính toán, phân tích, tích hợp và những thách thức về sự phối hợp, (Bibri, S. E., & Krogstie, J, 2020). Cùng với thuật ngữ dữ liệu lớn là thuật ngữ “phân tích dữ liệu lớn” để chỉ với bất kỳ lượng lớn dữ liệu nào có tiềm năng thu thập, lưu trữ, truy xuất, tích hợp, chọn lọc, xử lý trước, chuyển đổi, phân tích và diễn giải được để khám phá các kiến thức mới hoặc trích xuất hữu ích và cuối cùng đạt mục đích cho các ra quyết định (ví dụ: thay đổi hoặc nâng cao hoạt động, chức năng, chiến lược, thiết kế, thực hành và dịch vụ) (Bibri, S. E, 2018).

Như vậy, với sự bùng nổ dữ liệu lớn ngày càng gia tăng và sự tiến bộ của IoT đã đóng một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của các thành phố thông minh và thành phố bền vững. Công nghệ tiên tiến này được coi là xương sống để xây dựng các thành phố thông minh bền vững trong tương lai. Và cơ sở hạ tầng IoT không thể thiếu để triển khai các giải pháp dựa trên dữ liệu trong các thành phố thông minh và thành phố bền vững để chúng có thể thúc đẩy đóng góp của mình cho các mục tiêu bền vững, (Bibri, S. E., & Krogstie, J, 2020). Việc thiết kế cấu trúc ICT của thành phố bền vững thông minh theo Bibri, S. E. (2020) cho thấy có thể dựa trên ba lớp chính, gồm: (i) Lớp thông tin dựa trên toàn bộ nguồn dữ liệu phức hợp,
dữ liệu được tạo ra thường xuyên về thành phố và các công dân của thành phố bởi một loạt các tổ chức công và tư. Lớp này thu thập dữ liệu thô từ các nguồn khác nhau trong khuôn khổ thành phố bền vững thông minh và cũng bao gồm các công nghệ và giải pháp cho phép chuyển dữ liệu thu
thập được để xử lý và tiếp tục phân tích; (ii) Lớp phần mềm trung gian thu thập dữ liệu thô từ lớp thông tin và chuẩn hóa chúng để xử lý và phân tích tiếp. Nó cung cấp các công cụ để lưu trữ, xử lý và phân tích dữ liệu đã thu thập, cho phép diễn giải dữ liệu, đưa ra dự báo trên cơ sở của chúng
và xác định sự kết nối giữa các phạm vi dữ liệu khác nhau. Nó đại diện cho hệ thống vận hành của thành phố, một nền tảng cung cấp kết nối toàn diện và xuyên suốt để phục vụ người dân và các bên liên quan khác. Đây là một nền tảng IoT dạng mã mở có thể truy cập và mở để sử dụng bởi các bên thứ ba (tải xuống, phát triển hoặc sửa đổi); (iii) Lớp ứng dụng là tập hợp các ứng dụng sử dụng thông tin có ý nghĩa được tạo sẵn từ các lớp bên dưới và cung cấp các dịch vụ cho thành phố bền vững thông minh. Nó phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu giữa tất cả các bên quan tâm và áp
dụng các giải pháp dựa trên dữ liệu thu được. Lớp này bao gồm các nền tảng dữ liệu mở và các công cụ trực quan hóa dữ liệu, ví dụ: bảng điều khiển và bảng thông minh, được chính quyền thành phố áp dụng để kiểm soát hệ thống quản lý thành phố,…

Các ứng dụng dữ liệu lớn hỗ trợ IoT cho môi trường đô thị bền vững được bao gồm: Giao thông thông minh và tính di động; Đèn tín hiệu và đèn giao thông thông minh; Năng lượng thông minh; Lưới điện thông minh; Môi trường thông minh; Tòa nhà thông minh; Giám sát và quản lý cơ sở hạ tầng; Điều tra và đánh giá các mô hình và khái niệm thiết kế của các dạng đô thị bền vững; Triển khai quy mô lớn, (Bibri, S. E, 2018).

Như vậy, các giải pháp thông minh dựa trên dữ liệu mới nổi đã trở nên vô cùng quan trọng đối với đô thị bền vững, nó liên quan đến quy hoạch phát triển thành phố và quản lý vận hành thành phố. Việc sử dụng dữ liệu lớn đô thị làm những cơ sở bằng chứng sẽ giúp cho quá trình tự hoạch định các chính sách, kế hoạch, chiến lược và chương trình đô thị, cũng như việc theo dõi hiệu quả của chúng và để mô hình hóa và mô phỏng được các dự án phát triển đô thị mới - đô thị bền vững thông minh dữ liệu lớn trong tương lai.

3.2. Bền vững về môi trường của mô hình thành phố bền vững thông minh: IoT và phân tích dữ liệu nền tảng

Hình 1 cho thấy quá trình phân tích dữ liệu lớn bằng cách sử dụng các công nghệ cốt lõi cho phép của IoT chạy trên điện toán đám mây hoặc sương mù trong bối cảnh các thành phố bền vững thông minh. Các công nghệ đó bao gồm cảm biến, kho và kho dữ liệu, nền tảng xử lý dữ liệu (Hadoop MapReduce) và mô hình điện toán đám mây hoặc sương mù. Dữ liệu cảm biến liên quan đến các lĩnh vực đô thị khác nhau, được thu thập, tổng hợp, xử lý sơ bộ và được chuyển đổi, được phân tích bằng cách sử dụng kỹ thuật khai thác dữ liệu và học máy móc để xây dựng mô hình, thực hiện nhận dạng mẫu, các mối tương quan và triển khai các kết quả thu được cho mục đích tự động hóa, hỗ trợ và đưa ra quyết định liên quan đến các hoạt động, chức năng, thiết kế và dịch vụ của đô thị. Thông qua cảm biến, hệ thống xử lý dữ liệu và cơ sở hạ tầng mạng không dây, đám mây thu thập, lưu trữ, điều phối, quản lý, xử lý, phân tích và lập mô hình dữ liệu liên quan đến các lĩnh vực đô thị khác nhau để khám phá các kiến thức hữu ích, sau đó có thể sử dụng các thực thể đô thị đa dạng để cải thiện hiệu suất môi trường của các thành phố bền vững thông minh, bằng việc sử dụng các ứng dụng dữ liệu lớn liên quan đến giám sát, điều khiển, tự động hóa, tối ưu hóa và quản lý cơ sở hạ tầng, tài nguyên, cơ sở vật chất, dịch vụ và mạng.

Hình 2. Khung phân tích cho các ứng dụng lấy dữ liệu làm trung tâm được hỗ trợ bởi IoT để thúc đẩy tính bền vững về môi trường trong bối cảnh các thành phố bền vững thông minh

Nguồn: Bibri, S. E. (2018). The IoT for smart sustainable cities of the future: An analytical framework for sensor-based big data applications for environmental sustainability

Như vậy IoT, đã được xem như một dạng điện toán phổ biến và các ứng dụng dữ liệu lớn ngày càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết đối với các thành phố bền vững thông minh liên quan đến chức năng hoạt động và lập kế hoạch để cải thiện sự đóng góp của chúng vào các mục tiêu phát triển bền vững về môi trường. Việc phân tích dữ liệu lớn và sử dụng chúng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện môi trường chính của thành phố bền vững thông minh. Đó là hiệu quả của các hoạt động và dịch vụ, giúp tối ưu hóa tài nguyên thiên nhiên và sự quản lý thông minh cơ sở hạ tầng và cơ sở vật chất của đô thị.

Kinh nghiệm thực tiễn về giải pháp công nghệ tiên tiến của Stockholm và Barcelona nhằm bảo vệ môi trường và đối phó với ô nhiễm không khí trong thành phố: Stockholm và Barcelona đã đưa ra các chính sách mới cho sự phát triển lưới điện thông minh. Về cơ bản chính sách quan tâm đến việc hỗ trợ các dự án công nghệ lưới điện thông minh; trợ cấp cho các dự án đẩy nhanh việc áp dụng công nghệ hiệu quả; cho phép phân cấp sản xuất năng lượng; khuyến khích sản xuất năng lượng từ các nguồn tái tạo; thúc đẩy nhân rộng lưới điện phân phối; và trợ cấp cho việc tích hợp năng lượng tái tạo trong mạng lưới phân phối điện. Thành công các chính sách này giải quyết các rào cản đối với việc triển khai lưới điện thông minh và đáp ứng những thách thức đang nổi lên, chẳng hạn như biến đổi khí hậu, an ninh năng lượng, mối quan tâm về công bằng và bảo vệ quyền riêng tư. Cụ thể, Barcelona đã đầu tư vào năng lượng thông minh về các tấm pin quang điện, tấm pin nhiệt mặt trời và hiện đại hóa năng lượng. Mô hình chuyển đổi năng lượng của Barcelona có sứ mệnh đưa ra kế hoạch cung cấp năng lượng tái tạo được chứng nhận 100% thông qua năng lượng thông minh. Năm 2018, Barcelona đã có 73 dự án lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời ở các phần khác nhau của các tòa nhà được thành lập như một phần của Chương trình Thúc đẩy Sản xuất Năng lượng Mặt trời, ngoài 87 cơ sở lắp đặt năng lượng mặt trời đã được phân phối xung quanh thành phố, và mạng Wi-Fi công cộng của thành phố cũng được cải thiện đáng kể. Ngoài ra, Barcelona là nơi có một mạng lưới sạc xe điện lớn, Bibri, S. E., &
Krogstie, J. (2020).

3.3. Một số gợi ý đối với Việt Nam
* Phát triển đô thị bền vững ở Việt Nam

Thúc đẩy phát triển đô thị thông minh đang là xu thế tất yếu của thế giới và để kịp bắt nhịp với các quốc gia trên thế giới, phát triển đô thị tăng trưởng xanh, thông minh và ứng phó với biến đổi khí hậu là mô hình được Việt Nam định hướng để phát triển hệ thống đô thị một cách bền vững theo từng giai đoạn và phù hợp với tình hình phát triển kinh tế - xã hội của từng vùng, từng địa phương, trong đó phát triển đô thị tăng trưởng xanh được chú trọng để đảm bảo sự tăng trưởng bền vững của đô thị, giảm thiểu tác động xấu đến môi trường. Điều này đã được Chính phủ thể hiện ở nhiều quyết định quan trọng đã ban hành như: Quyết định số 445/QĐ-TTg, ngày 7-4-2009, “Phê duyệt điều chỉnh định hướng Quy hoạch tổng thể phát triển hệ thống đô thị Việt Nam đến năm 2025 và tầm nhìn đến năm 2050”; Quyết định số 1659/QĐ-TTg, ngày 7-11-2012, “Phê duyệt Chương trình phát triển đô thị quốc gia giai đoạn 2012 - 2020”; Quyết định số 84/QĐ-TTg, ngày
 19-1-2018, “Phê duyệt kế hoạch phát triển đô thị tăng trưởng xanh Việt Nam đến năm 2030”; Quyết định số 950/QĐ-TTg, ngày 1-8-2018, “Phê duyệt Đề án phát triển đô thị thông minh bền vững Việt Nam giai đoạn 2018 - 2025 và định hướng đến năm 2030”; Quyết định số 438/QĐ-TTg,
ngày 25-3-2021, “Phê duyệt Đề án phát triển các đô thị Việt Nam ứng phó với biến đổi khí hậu giai đoạn 2021 - 2030”;...

Đến tháng 12-2020, Việt Nam đã có 862 đô thị, bao gồm 2 đô thị đặc biệt, 23 đô thị loại I, 31 đô thị loại II, 48 đô thị loại III, 90 đô thị loại IV và 668 đô thị loại V. Tỷ lệ đô thị hóa cả nước tăng từ 30,5% năm 2010 lên đến 38,4% năm 2019. Tuy nhiên, thực tế hiện nay cho thấy, hệ thống đô thị Việt Nam phát triển chưa hài hòa, chưa đồng bộ giữa số lượng, quy mô với chất lượng, diện tích và chất lượng; chưa bảo đảm khả năng liên kết trong từng đô thị, giữa các đô thị và giữa khu vực đô thị với khu vực nông thôn. Diện tích đô thị được mở rộng nhanh nhưng chưa hiệu quả trong việc sử dụng đất; năng lực hệ thống hạ tầng đô thị còn yếu, không đáp ứng nhu cầu của người dân và các hoạt động kinh tế; năng lực và tư duy quản lý đô thị chưa theo kịp thực tế phát triển hiện nay. Nhiều đồ án quy hoạch có tầm nhìn và giải pháp chưa phù hợp, hệ thống đô thị của các địa phương phát triển không đồng đều, tập trung chủ yếu vào đô thị trung tâm của tỉnh.

Tình trạng phát triển đô thị của Việt Nam thời gian qua còn bộc lộ những bất cập cho sự phát triển đô thị bền vững trong tương lai như: Quy hoạch đô thị thường lệch pha với phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường dẫn đến nhiều quy hoạch treo; Quan hệ giữa đô thị với vùng và nhiều mối quan hệ khác chưa được giải quyết thỏa đáng; Thiếu tầm nhìn chiến lược phát triển bền vững; Mô hình cấu trúc đô thị thiếu linh hoạt nên chưa thích ứng kịp với quá trình chuyển đổi; Môi trường cư trú của người dân chưa được quan tâm xây dựng thích đáng; Xây dựng kết cấu hạ tầng chưa đồng bộ, thiếu đạt chuẩn và chưa phù hợp với các nguồn lực, thường ùn tắc giao thông; Quản lý nhà nước về đô thị thiếu chủ động trong quản lý thực hiện quy hoạch; Thiếu hệ thống quan trắc, dự báo phòng ngừa biến đổi khí hậu, thiên tai và sự cố công nghệ.

Nhìn từ góc độ phát triển đô thị tăng trưởng xanh, hệ thống đô thị Việt Nam cũng đang tồn tại nhiều vấn đề: Mô hình tăng trưởng của các đô thị chưa đa dạng, phụ thuộc vào khai thác tài nguyên, có nguy cơ rơi vào mô hình tăng trưởng thiếu bền vững; phụ thuộc vào việc khai thác tài nguyên; Năng lực dự trữ và tầm nhìn dài hạn còn hạn chế; Sử dụng tài nguyên đất đai chưa hiệu quả, hệ thống hạ tầng kỹ thuật chưa đáp ứng nhu cầu, kết nối giao thông giữa các khu vực đô thị còn yếu, ùn tắc giao thông, gia tăng chi phí logistic, rác thải, ô nhiễm môi trường không khí, khói, bụi phổ biến ở các đô thị lớn và ở mức cao; Đầu tư cho các vấn đề cấp bách về hạ tầng kỹ thuật chưa được các đô thị ưu tiên giải quyết triệt để, đồng bộ. Các nỗ lực giải quyết còn mang tính riêng biệt theo ngành, chưa thực sự có sự liên kết hệ thống.

Đề án phát triển đô thị thông minh bền vững giai đoạn 2018 - 2025 và định hướng đến năm 2030 của Việt Nam đặt ra kỳ vọng khi thực hiện thành công đề án này sẽ góp phần phát triển đô thị Việt Nam thông minh hướng tới tăng trưởng xanh, phát triển bền vững. Tuy nhiên, hiện nay việc triển khai đề án phát triển đô thị thông minh ở các địa phương mới đang thực hiện ở giai đoạn đầu, chủ yếu tập trung vào những giải pháp công nghệ như ứng dụng giáo dục thông minh, y tế thông minh, giao thông thông minh, dịch vụ công thông minh, du lịch thông minh, hành chính công và chính quyền điện tử. Mặc dù vậy, Việt Nam đã lọt vào top 10 trong khu vực châu Á về tỉ lệ người sử dụng Internet/tổng dân số là khá lớn, đây là một trong những yếu tố thuận lợi để thúc đẩy phát triển đô thị thông minh của Việt Nam.

*Một số gợi ý chính sách đối với quá trình phát triển đô thị thông minh và bền vững môi trường đô thị ở Việt Nam

- Đẩy mạnh việc rà soát, sửa đổi, bổ sung, hoàn thiện chặt chẽ, nhất quán các hệ thống các văn bản quy phạm pháp luật, cơ chế chính sách, các văn bản hướng dẫn, các thể chế, hành lang pháp lý về quy hoạch, đầu tư, xây dựng, quản lý, giám sát, vận hành đô thị thông minh.

- Bổ sung hệ thống các tiêu chí, tiêu chuẩn về quy hoạch đô thị thông minh, đô thị tăng trưởng xanh; xây dựng hệ thống theo dõi, đánh giá quá trình hình thành và phát triển; các hướng dẫn xây dựng quy chế quản lý, vận hành, kiểm soát quá trình phát triển đô thị thông minh, môi trường bền
vững để cộng đồng cùng tham gia xây dựng.

- Đẩy mạnh hệ thống hợp tác giữa các cơ quan, đơn vị và thu hút các công ty CNTT trong việc xây dựng, phát triển cơ sở hạ tầng công nghệ tiên tiến kết nối và truyền tải dữ liệu lớn, xây dựng kho dữ liệu và xử lý phân tích nền tảng dữ liệu lớn, vận hành linh hoạt hệ thống dữ liệu số hóa không gian đô thị và hệ thống cơ sở dữ liệu đô thị quốc gia.

- Đẩy mạnh tiếp cận sử dụng các công nghệ tiên tiến dữ liệu lớn và xây dựng các ứng dụng thông minh trong việc thực hiện quy hoạch và quản trị phát triển đô thị thông minh, đô thị xanh.

- Cần đổi mới thể chế, cải cách tổ chức bộ máy chính quyền, nâng cao chất lượng đội ngũ cán bộ, công chức, viên chức nhạy bén, linh hoạt, đẩy mạnh cơ chế giám sát của cộng đồng đối với hoạt động của chính quyền đô thị, nâng cao năng lực quản trị đô thị thông minh, xây dựng hoàn
chỉnh chính quyền điện tử đô thị nâng cao năng lực hoạt động trên nền tảng công nghệ dữ liệu lớn và vận hành hiệu quả mô hình thành phố thông minh và bền vững về môi trường.

- Tập trung phát triển kinh tế đô thị, phát triển dịch vụ đô thị thông minh, phát triển hệ thống giao thông công cộng thông minh, giảm phát thải năng lượng, tăng cường năng lực cạnh tranh của các đô thị.

- Xây dựng tiềm lực phát triển đô thị thông minh và bền vững về môi trường, theo đó, cần xây dựng, bồi dưỡng phát triển năng lực, kỹ năng, vai trò trách nhiệm của công dân để trở thành các công dân thông minh.
- Thúc đẩy đầu tư cho nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng khoa học - công nghệ đô thị thông minh. Thúc đẩy khởi nghiệp sáng tạo, xây dựng các mạng lưới kết nối trao đổi kinh nghiệm, chia sẻ kiến thức thúc đẩy phát triển đô thị thông minh, môi trường bền vững,…

- Huy động mọi nguồn lực, đa dạng hóa các nguồn vốn đầu tư trong và ngoài nước, áp dụng các mô hình hợp tác công tư ưu tiên đầu tư kinh phí cho việc phát triển đô thị thông minh, giảm phát thải xấu ra môi trường.
- Tích cực thúc đẩy hợp tác quốc tế, trao đổi tiếp nhận chuyển giao công nghệ tiên tiến, hệ thống dữ liệu về phát triển đô thị thông minh và bền vững. Tăng cường hợp tác, trao đổi thông tin, hỏi hỏi kinh nghiệm thực tiễn, tiếp nhận trợ giúp đầu tư phát triển đô thị thông minh và bền vững
môi trường từ các quốc gia, tổ chức nước ngoài.

4. Kết luận

Đô thị bền vững thông minh dữ liệu lớn đang là một xu hướng phát triển mới khả thi trong tương lai được nhiều nhà nghiên cứu chuyên sâu về đô thị đề xuất qua việc chắt lọc những ưu điểm phát triển bởi hai thành phố bền vững và thông minh. Bài viết tổng hợp lại một số nội dung quan trọng từ những ý tưởng nghiên cứu điển hình những năm gần đây, được lập luận thuyết phục trên những nền tảng lý luận tích hợp bởi các mô hình phát triển thành phố bền vững và thành phố thông minh, để chứng minh
một triển vọng mới cải thiện và thúc đẩy tính bền vững của đô thị trong xu hướng nền tảng công nghệ dữ liệu lớn đó là “đô thị bền vững thông minh”. Những minh chứng lý luận tiêu biểu của các nghiên cứu mới đã mở ra xu hướng cho các nhà nghiên cứu chuyên sâu về đô thị tiếp tục khai thác, củng cố phát triển các ý tưởng mới để sớm có thể triển khai mô hình này trong thực tiễn, đồng thời giúp các quốc gia, chính quyền đô thị, các nhà quy hoạch đô thị khi nắm bắt được xu hướng mới này sẽ lựa chọn chiến lược, tiêu chí, giải pháp và hành động phù hợp, trên cơ sở nội lực về tài nguyên, đất đai, tài chính, công nghệ tiên tiến xây dựng mục tiêu, kế hoạch lộ trình phù hợp để triển khai phát triển mô hình đô thị bền vững, thông minh trên nền tảng công nghệ tiên tiến với kho dữ liệu khổng lồ nhằm tiếp
tục thúc đẩy tính bền vững của đô thị, đặc biệt là về khía cạnh môi trường, tiết kiệm và tái tạo năng lượng tiên tiến và có thể đối phó những biến đổi khó dự báo, không chỉ đối với những quốc gia phát triển mà cho cả những quốc gia đang phát triển như Viêt Nam.

LÊ THỊ THANH BÌNH*

Tài liệu tham khảo
1. Angelidou, M., Psaltoglou, A., Komninos, N., Kakderi, C., Tsarchopoulos, P., & Panori,
A. (2018). Enhancing sustainable urban development through smart city applications. Journal of Science and Technology Policy Management.
2. Bhattacharya, T. R., Bhattacharya, A., Mclellan, B., & Tezuka, T. (2020). Sustainable smart city development framework for developing countries. Urban Research & Practice, 13(2), 180-212.
3. Bibri, S. E. (2018). The IoT for smart sustainable cities of the future: An analytical framework for sensor-based big data applications for environmental sustainability. Sustainable cities and society, 38, 230-253.
4. Bibri, S. E. (2020). Advances in the leading paradigms of urbanism and their amalgamation: compact cities, eco-cities, and data-driven smart cities. Springer Nature.
5. Bibri, S. E. (2021). A novel model for data-driven smart sustainable cities of the future: the institutional transformations required for balancing and advancing the three goals of sustainability. Energy Informatics, 4(1), 1-37.

* Tiến sĩ, Viện Nghiên cứu Phát triển bền vững Vùng, email: binhtb.ducha@gmail.