Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Thủ Đức, với diện tích tự nhiên 211,56 km² và dân số khoảng 1,02 triệu người, được thành lập từ năm 2021 trên cơ sở nhập toàn bộ diện tích và dân số của Quận 2, Quận 9 và Quận Thủ Đức. Sự phát triển nhanh chóng của khu vực này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc tổ chức, quản lý và cập nhật dữ liệu liên quan đến vị trí nhằm phục vụ công tác quản lý đô thị thông minh và chuyển đổi số giai đoạn 2021-2025. Hiện nay, dữ liệu không gian địa lý tại Thủ Đức đang được lưu trữ rời rạc, không đồng nhất giữa các cơ quan, dẫn đến khó khăn trong việc khai thác, chia sẻ và cập nhật thông tin.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng một hệ thống WebGIS tích hợp, sử dụng công nghệ mã nguồn mở, nhằm tổ chức, quản lý và cập nhật dữ liệu vị trí trên địa bàn thành phố Thủ Đức. Hệ thống này không chỉ giúp chuẩn hóa và đồng bộ dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau mà còn cung cấp công cụ truy xuất ảnh viễn thám tự động với các chỉ số NDVI, NDBI, NDWI và nhiệt độ bề mặt (LST). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào khu vực thành phố Thủ Đức, với dữ liệu thu thập từ các cơ quan ban ngành và trung tâm GIS của TP.HCM.

Việc xây dựng hệ thống WebGIS có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý nhà nước, thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho người dân tiếp cận thông tin một cách nhanh chóng và chính xác. Hệ thống cũng góp phần tiết kiệm chi phí phát triển và bảo trì nhờ ứng dụng công nghệ mã nguồn mở, đồng thời hỗ trợ các nhà nghiên cứu và cán bộ quản lý trong việc phân tích và ra quyết định dựa trên dữ liệu không gian cập nhật liên tục.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS): Đặc biệt sử dụng PostgreSQL/PostGIS, một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ mã nguồn mở, hỗ trợ lưu trữ và xử lý dữ liệu không gian hiệu quả. DBMS đảm bảo tính toàn vẹn, bảo mật và khả năng truy cập đồng thời của nhiều người dùng.

  • Siêu dữ liệu (Metadata): Áp dụng tiêu chuẩn ISO 19115-2:2009 kết hợp với TCVN 12154:2018 và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chuẩn thông tin địa lý cơ sở. Siêu dữ liệu cung cấp thông tin mô tả chi tiết về nguồn gốc, chất lượng, hệ quy chiếu, phạm vi không gian và thời gian của dữ liệu, giúp người dùng hiểu rõ và khai thác dữ liệu hiệu quả.

  • Ảnh viễn thám và các chỉ số phổ biến: Sử dụng ảnh Sentinel-2 MSI và MODIS để tính toán các chỉ số NDVI (chỉ số thực vật), NDWI (chỉ số nước), NDBI (chỉ số đất xây dựng) và LST (nhiệt độ bề mặt). Các chỉ số này hỗ trợ giám sát môi trường, quản lý đô thị và phân tích biến đổi không gian theo thời gian.

  • Mô hình WebGIS: Xây dựng hệ thống theo kiến trúc ba tầng (Client, Business Layer, Data Warehouse) với các dịch vụ Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS) và Web Coverage Service (WCS) theo chuẩn OGC, đảm bảo khả năng truy cập, hiển thị và phân tích dữ liệu không gian qua Internet.

  • Mô hình MVC (Model-View-Controller): Phân tách ứng dụng thành ba thành phần chính để quản lý dữ liệu, giao diện người dùng và điều khiển luồng xử lý, giúp phát triển hệ thống linh hoạt, dễ bảo trì và mở rộng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu không gian và thuộc tính từ các cơ quan ban ngành của thành phố Thủ Đức, đặc biệt từ Trung tâm Ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý TP.HCM (HCMGIS). Dữ liệu bao gồm các lớp bản đồ về quy hoạch, giao thông, đất đai, cơ sở hạ tầng, môi trường và các đối tượng địa lý khác.

  • Chuẩn hóa dữ liệu: Áp dụng các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế để đồng bộ định dạng, cấu trúc và hệ quy chiếu dữ liệu nhằm đảm bảo tính nhất quán và khả năng tích hợp.

  • Xây dựng siêu dữ liệu: Sử dụng công cụ PgMetadata để tạo và quản lý siêu dữ liệu theo tiêu chuẩn ISO 19115-2:2009, giúp mô tả chi tiết các lớp dữ liệu và hỗ trợ truy xuất thông tin.

  • Phát triển hệ thống WebGIS: Sử dụng các công nghệ mã nguồn mở như GeoServer (máy chủ bản đồ), Leaflet (thư viện bản đồ trên trình duyệt), Yii2 (framework PHP) để xây dựng giao diện và chức năng quản lý dữ liệu, cập nhật, chia sẻ và truy xuất ảnh viễn thám.

  • Tích hợp công cụ tự động trích xuất ảnh viễn thám: Ứng dụng Google Earth Engine để tự động tải và xử lý ảnh Sentinel-2 và MODIS, tính toán các chỉ số NDVI, NDBI, NDWI, LST phục vụ phân tích và giám sát.

  • Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu tập trung trên toàn bộ diện tích và dân số của thành phố Thủ Đức, với dữ liệu thu thập và xử lý trong khoảng thời gian từ tháng 9/2023 đến tháng 12/2023.

  • Phương pháp phân tích: Kết hợp phân tích định lượng qua các chỉ số viễn thám và phân tích định tính qua khảo sát nhu cầu, đánh giá hiện trạng dữ liệu và thử nghiệm hệ thống WebGIS với người dùng thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xây dựng thành công hệ thống WebGIS tích hợp: Hệ thống WebGIS được phát triển hoàn chỉnh với khả năng lưu trữ, quản lý và cập nhật dữ liệu không gian và thuộc tính từ nhiều nguồn khác nhau. Cơ sở dữ liệu PostgreSQL/PostGIS lưu trữ hơn 30 lớp dữ liệu địa lý với dung lượng khoảng vài GB, cho phép truy cập đồng thời và phân quyền quản lý cho hơn 50 cán bộ từ các cơ quan.

  2. Chuẩn hóa và xây dựng siêu dữ liệu đầy đủ: Tất cả các lớp dữ liệu đều được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn ISO 19115-2:2009 và TCVN 12154:2018, với siêu dữ liệu chi tiết mô tả nguồn gốc, chất lượng, hệ quy chiếu và phạm vi dữ liệu. Khoảng 95% lớp dữ liệu có siêu dữ liệu đầy đủ, giúp nâng cao độ tin cậy và khả năng truy xuất thông tin.

  3. Tích hợp công cụ tự động trích xuất ảnh viễn thám: Hệ thống cho phép truy xuất nhanh các ảnh Sentinel-2 và MODIS với các chỉ số NDVI, NDBI, NDWI và LST, giảm thiểu thời gian xử lý thủ công từ vài giờ xuống còn vài phút. Tính năng này hỗ trợ các nhà nghiên cứu và cán bộ quản lý theo dõi biến đổi môi trường và đô thị hiệu quả hơn.

  4. Phân quyền và bảo mật dữ liệu hiệu quả: Hệ thống phân chia quyền truy cập cho ba nhóm người dùng chính (quản trị viên, cán bộ chuyên môn, người dùng phổ thông), đảm bảo an toàn dữ liệu và kiểm soát truy cập phù hợp. Tỷ lệ truy cập thành công và không xảy ra lỗi bảo mật trong quá trình thử nghiệm đạt trên 99%.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc xây dựng hệ thống WebGIS tập trung cho thành phố Thủ Đức là khả thi và cần thiết, góp phần giải quyết các vấn đề về dữ liệu rời rạc, không đồng nhất hiện nay. Việc chuẩn hóa dữ liệu và xây dựng siêu dữ liệu theo tiêu chuẩn quốc tế giúp nâng cao chất lượng và tính minh bạch của dữ liệu, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc chia sẻ và tái sử dụng.

So sánh với các nghiên cứu trong nước như hệ thống WebGIS huyện Mê Linh hay thành phố Biên Hòa, hệ thống của thành phố Thủ Đức có quy mô lớn hơn, tích hợp nhiều lớp dữ liệu đa dạng và có tính năng truy xuất ảnh viễn thám tự động, nâng cao hiệu quả quản lý và phân tích. Việc ứng dụng công nghệ mã nguồn mở giúp tiết kiệm chi phí phát triển và bảo trì, đồng thời dễ dàng mở rộng trong tương lai.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thống kê số lượng lớp dữ liệu, biểu đồ phân phối quyền truy cập người dùng, bảng so sánh thời gian xử lý ảnh viễn thám thủ công và tự động, cũng như bản đồ tương tác thể hiện các lớp dữ liệu không gian và thuộc tính. Những công cụ này hỗ trợ trực quan hóa kết quả và tăng cường khả năng ra quyết định.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi hệ thống WebGIS trong các cơ quan ban ngành: Đẩy mạnh việc áp dụng hệ thống WebGIS tại tất cả các phòng ban, đơn vị thuộc thành phố Thủ Đức nhằm đồng bộ hóa dữ liệu và nâng cao hiệu quả quản lý. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 12 tháng, do UBND TP Thủ Đức chủ trì phối hợp với Trung tâm GIS TP.HCM.

  2. Đào tạo và nâng cao năng lực cán bộ quản lý dữ liệu: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ GIS, quản lý dữ liệu không gian và sử dụng hệ thống WebGIS cho cán bộ các cơ quan. Mục tiêu nâng cao tỷ lệ cán bộ thành thạo sử dụng hệ thống lên trên 80% trong 6 tháng tới, do Sở Thông tin và Truyền thông phối hợp với các trường đại học thực hiện.

  3. Phát triển thêm các tính năng phân tích và dự báo: Mở rộng hệ thống với các công cụ phân tích không gian nâng cao, dự báo biến đổi môi trường và đô thị dựa trên dữ liệu viễn thám và GIS. Thời gian phát triển trong 18 tháng, do Trung tâm GIS TP Thủ Đức phối hợp với các viện nghiên cứu.

  4. Tăng cường chia sẻ dữ liệu với người dân và doanh nghiệp: Xây dựng các cổng thông tin mở, cho phép người dân và doanh nghiệp truy cập dữ liệu công khai, hỗ trợ minh bạch và phát triển kinh tế số. Thực hiện trong 12 tháng, do UBND TP Thủ Đức và Sở Kế hoạch và Đầu tư phối hợp triển khai.

  5. Bảo mật và quản lý phân quyền nâng cao: Cập nhật các chính sách, quy trình bảo mật dữ liệu và phân quyền truy cập phù hợp với quy định pháp luật, đảm bảo an toàn thông tin trong môi trường số. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, do Sở Công an và Trung tâm GIS TP Thủ Đức phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ quản lý nhà nước tại thành phố Thủ Đức: Hệ thống WebGIS giúp họ quản lý dữ liệu không gian, cập nhật thông tin nhanh chóng và ra quyết định chính xác hơn trong công tác quy hoạch, quản lý đô thị và phát triển kinh tế xã hội.

  2. Nhà nghiên cứu và chuyên gia GIS, viễn thám: Công cụ truy xuất ảnh viễn thám tự động và dữ liệu chuẩn hóa hỗ trợ nghiên cứu biến đổi môi trường, giám sát đô thị và phát triển các mô hình phân tích không gian.

  3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư: Việc tiếp cận dữ liệu minh bạch, cập nhật giúp doanh nghiệp đánh giá tiềm năng đầu tư, phát triển dự án và quản lý tài sản hiệu quả hơn.

  4. Người dân và cộng đồng: Hệ thống cung cấp thông tin công khai, giúp người dân dễ dàng tiếp cận dữ liệu về quy hoạch, môi trường và các dịch vụ công, tăng cường sự tham gia và giám sát xã hội.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống WebGIS này có thể truy cập từ thiết bị di động không?
    Có, hệ thống được thiết kế với giao diện thân thiện, tương thích với các trình duyệt trên thiết bị di động, giúp người dùng truy cập và sử dụng mọi lúc mọi nơi.

  2. Dữ liệu viễn thám được cập nhật bao lâu một lần?
    Ảnh Sentinel-2 và MODIS được cập nhật hàng tuần hoặc hàng ngày tùy theo loại dữ liệu, hệ thống tự động tải và xử lý để đảm bảo dữ liệu luôn mới nhất.

  3. Ai chịu trách nhiệm quản lý và bảo mật dữ liệu trong hệ thống?
    Quản trị viên hệ thống thuộc Trung tâm GIS TP Thủ Đức chịu trách nhiệm phân quyền, quản lý truy cập và bảo mật dữ liệu theo quy định của Nhà nước.

  4. Hệ thống có hỗ trợ phân tích không gian nâng cao không?
    Hiện tại hệ thống cung cấp các chức năng cơ bản về quản lý và truy xuất dữ liệu, các tính năng phân tích nâng cao đang được đề xuất phát triển trong giai đoạn tiếp theo.

  5. Người dân có thể tải dữ liệu từ hệ thống về để sử dụng không?
    Có, hệ thống cho phép người dùng được phân quyền tải dữ liệu thuộc tính và bản đồ ở các định dạng phổ biến như Excel, shapefile, giúp phục vụ nghiên cứu và ứng dụng cá nhân.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công hệ thống WebGIS tích hợp quản lý và cập nhật dữ liệu vị trí cho thành phố Thủ Đức với hơn 30 lớp dữ liệu chuẩn hóa và siêu dữ liệu đầy đủ.
  • Hệ thống tích hợp công cụ tự động trích xuất ảnh viễn thám Sentinel-2 và MODIS với các chỉ số NDVI, NDBI, NDWI, LST, giúp giảm thời gian xử lý thủ công đáng kể.
  • Phân quyền truy cập và bảo mật dữ liệu được thiết kế chặt chẽ, đảm bảo an toàn thông tin và hiệu quả quản lý.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao năng lực quản lý dữ liệu không gian, thúc đẩy phát triển đô thị thông minh và chuyển đổi số tại thành phố Thủ Đức.
  • Đề xuất các giải pháp triển khai, đào tạo, phát triển tính năng và chia sẻ dữ liệu nhằm hoàn thiện và mở rộng hệ thống trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Khuyến nghị các cơ quan liên quan triển khai áp dụng hệ thống rộng rãi, đồng thời tiếp tục nghiên cứu phát triển các tính năng phân tích nâng cao và mở rộng phạm vi dữ liệu. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, liên hệ Trung tâm GIS TP Thủ Đức hoặc tác giả nghiên cứu.