Công nghệ thông tin và truyền thông hỗ trợ đắc lực cho việc quản lý đô thị thông minh nhằm giải quyết những vấn đề phát sinh từ đô thị hóa

327 CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỖ TRỢ ĐẮC LỰC CHO VIỆC QUẢN LÝ ĐÔ THỊ THÔNG MINH NHẰM GIẢI QUYẾT NHỮNG VẤN ĐỀ PHÁT SINH TỪ ĐÔ THỊ HÓA ThS. Trần Thị Bích Hạnh Trường Đại học Kinh tế Quốc dân Tóm tắt Đô thị hóa với tốc độ ngày càng cao là xu thế tất yếu trên toàn thế giới, nhất là ở các nước đang phát triển như Việt Nam. Việc quản lý đô thị ngày càng khó khăn trước sự bành trướng cả về dân số và phạm vi lãnh thổ. Cơ sở hạ tầng dựa trên công nghệ lạc hậu cùng với phương thức quản lý cổ điển, thủ công không còn phù hợp nữa. Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đã bắt đầu và đang tiếp diễn với nhịp độ nhanh chóng khó lường trước, tạo ra những bước tiến vượt bậc có tính chất đột phá về công nghệ, nhất là công nghệ thông tin (CNTT). Bài viết này trình bày sơ lược xu thế phát triển của đô thị hóa, thách thức do đô thị hóa đặt ra và những công cụ quản lý mới có được nhờ cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Một vài khuyến nghị sẽ được đề xuất với mục đích tận dụng các điều kiện thuận lợi đồng thời khắc phục những khó khăn ở Việt Nam nhằm mục đích kiến tạo các hệ thống thông tin (HTTT) để quản lý đô thị phù hợp và hữu ích trong giai đoạn đô thị hóa gia tăng song song với tốc độ phát triển cuồng nhiệt của công nghệ hiện nay. Từ khóa: Đô thị hóa; Đô thị thông minh; Công nghệ số; HTTT; Internet vạn vật. 1. Những con số ấn tượng về đô thị hóa Theo Ashish Sharma, Jai Sinha and co-authors (2018), thế kỷ 21 được coi là "thế kỷ đô thị" bởi vì lần đầu tiên lịch sử thế giới đã ghi nhận: số người đang sống ở thành thị lớn hơn số người đang sống ở nông thôn. Trào lưu đô thị hóa khởi xướng vào thế kỷ 20 và không ngừng tăng tốc kể từ đó. Năm 1950 chỉ có khoảng 30% dân số thế giới sinh sống ở thành thị mà bây giờ tỷ lệ ấy đã lớn hơn 50% và đến năm 2030 sẽ vượt quá 60% (theo ước tính của Liên hợp quốc). Dân cư thành thị của châu Á và châu Phi sẽ tăng gấp đôi sau những năm từ 2000 đến 2030. Cứ như vậy thì trào lưu đô thị hóa ở các nền kinh tế đang phát triển sẽ vượt trội so với toàn cầu. Đô thị hóa diễn ra theo hai cách: mở rộng các thành phố hiện có và thành lập các thành phố mới. Năm 1950 chỉ có hai thành phố với dân số hơn 10 triệu, đó là New York và Tokyo, nhưng vào năm 2004, số lượng siêu đô thị như vậy đã vọt lên 22. Dự đoán là đến năm 2050 sẽ xuất hiện ít nhất 100 thành phố mới với hàng triệu người cư trú. 328 Báo Thế giới và Việt Nam (2017) đưa tin: Liên hợp quốc cho biết châu Á đang có tốc độ đô thị hóa nhanh hơn bất kỳ khu vực nào và được dự đoán sẽ có 64% diện tích là đô thị sau 3 thập kỷ tới. Theo Pressreader, năm 2015, số lượng cư dân thành thị chiếm 34% trong tổng dân số của Việt Nam, tăng lên đáng kể so với tỉ lệ 20% của 3 thập kỷ trước. Đến năm 2025, một nửa dân số của quốc gia 93 triệu dân này sẽ sinh sống tại các khu vực thành thị, đông nhất là thủ đô Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh - thành phố lớn nhất của Việt Nam. Tuy nhiên, nhiều thành phố nhỏ hơn cũng đang thu hút lượng lớn những người di cư từ nông thôn. Theo báo cáo ngày 4/1/2017 của Ngân hàng Đầu tư và Phát triển Việt Nam, hiện nay Việt Nam đang ở trong thời kỳ đẩy nhanh đô thị hóa với tốc độ nhanh nhất khu vực Đông Nam Á (tăng đều 3,4%/năm). 2. Khó khăn do đô thị hóa quá nhanh Đô thị hóa là xu thế tất yếu bởi vì có những tác động rất tích cực như thúc đẩy sự phát triển, mở rộng tầng lớp trung lưu, tăng sức mua, tăng mức tiêu dùng cho nền kinh tế ...Tuy nhiên, khi đô thị hóa không song hành, không cân xứng với tăng trưởng thì có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Ở nhiều nước đang phát triển trong đó có Việt Nam, dân số đô thị đang tăng với tốc độ vượt quá sức chịu đựng của các thành phố. Chính quyền thành phố đang phải vật lộn với việc hỗ trợ dân sinh về các dịch vụ đô thị cơ bản trên quy mô lớn chưa từng thấy. Các hệ thống cung cấp điện, nước, phương tiện đi lại... thường xuyên gặp sự cố. Tắc nghẽn giao thông, ô nhiễm môi trường liên tục gia tăng khi sự tràn ngập vào thành phố của dân di cư đã trở thành căn bệnh của nhiều địa phương. Cảnh nghèo đói ở đô thị, thất nghiệp, thiếu thốn nhà ở và phương tiện sinh hoạt là một thách thức nghiêm trọng về kinh tế xã hội. Ashish Sharma, Jai Sinha and co-authors (2018) đưa ra nhận xét: Mặc dù hoàn cảnh cụ thể thay đổi từ thành phố này sang thành phố khác nhưng tất cả các khu vực đô thị đều có một điểm chung, đó là cơ cấu hạ tầng thiết yếu đã lỗi thời về mặt công nghệ, ngày càng hư hỏng, dẫn đến tình trạng thiếu thốn nghiêm trọng, không đủ khả năng đáp ứng nhu cầu hiện thời của toàn bộ dân cư. Lấy Ấn Độ làm ví dụ, các thành phố của Ấn Độ cần phải chuẩn bị để tiếp nhận thêm hàng chục triệu dân trong những thập kỷ sắp tới. Ấn Độ đang có ít nhất 170 triệu người phải sống ở nhà ổ chuột. Thoạt đầu, thành phố Mumbai chỉ lập kế hoạch chu cấp nơi ăn chốn ở cho 7 triệu người dân mà bây giờ đã có tới 18 triệu người trú ngụ tại đây. Vùng mở rộng lộn xộn, thiếu thốn nhà ở đã khiến Mumbai trở thành nơi định cư ổ chuột lớn nhất châu Á. Nếu chỉ đơn thuần nâng cấp cơ sở hạ tầng thì những vấn đề về kinh tế xã hội và môi trường lại càng trầm trọng hơn. Các thành phố là nguồn phát ra 80% khí CO2 trên toàn cầu và tỷ lệ này sẽ cao chưa từng thấy trong những năm sắp tới bởi vì người ta sẽ ồ ạt di cư đến những nơi đô thị phồn vinh. 329 3. Tổng quan về cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 Các mốc tiến hóa gần đây trong quá trình khai phá văn minh của xã hội loài người được ghi nhận như những cuộc cách mạng công nghiệp. Cách mạng công nghiệp 4.0 được nhen nhóm từ những năm đầu của thế kỷ 21. Phỏng theo Leon Viljoen (2018), có thể tóm lược và phác họa những nét đặc trưng về cuộc cách mạng này như sau: Kết hợp nhiều công nghệ tiên tiến Cách mạng công nghiệp 4.0 hình thành và tiến triển nhờ sự kết hợp và đồng hành của nhiều loại công nghệ, trong đó có công nghệ số, công nghệ in 3D, công nghệ vật lý, công nghệ sinh học, công nghệ nano và công nghệ tính toán lượng tử. Người ta đã sử dụng tràn lan từ "công nghệ" (không muốn nói là lạm dụng). CNTT là sự hòa nhập của công nghệ truyền thông (có từ những năm 1840) với công nghệ máy tính điện tử (1940) nhờ công nghệ vi điện tử (1960). Tôi tạm hiểu công nghệ số là ứng dụng CNTT để số hóa (biểu diễn bằng 0, 1) các thể loại thông tin như văn bản, hình ảnh, âm thanh, tiếng nói ... Thay đổi nhanh Sự khác nhau căn bản giữa cách mạng công nghiệp 4.0 và ba cuộc cách mạng trước là tốc độ thay đổi. Những bước tiến đột phá đang diễn ra nhanh chóng chưa từng thấy trong lịch sử. Ngày nay, mọi ngành nghề đều chuyển biến với gia tốc khó lường trước. Từ tự động đến tự trị Với những tiến bộ gần đây về trí tuệ nhân tạo, ngay bây giờ chúng ta đã nhìn thấy trước những quá trình hoạt động tự trị, trong đó máy móc và thậm chí toàn bộ các phương tiện có thể tự vận hành. Hơn nữa, những đột phá về công nghệ sinh học, công nghệ nano và tính toán lượng tử sẽ cho phép chúng ta điều khiển trên quy mô ngày càng nhỏ hơn, thậm chí bên trong nguyên tử, đưa công nghệ vào cơ thể chúng ta rồi công nghệ có thể làm thay đổi chính bản thân chúng ta. Trong những năm sắp tới, cơ sở hạ tầng thiết yếu như các mạng lưới giao thông, điện, nước sẽ được tăng cường quản lý và vận hành bởi những hệ thống tự trị. Điều đó sẽ mang lại những lợi ích to lớn như giải phóng con người khỏi công việc buồn tẻ và nguy hiểm mà vẫn tránh được các sự cố như ùn tắc, mất điện hay thiếu nước. Mặt khác, lực lượng lao động và toàn xã hội nói chung sẽ phải thích nghi với một cảnh quan công nghiệp mới, nơi con người cùng phối hợp làm việc với máy móc và người máy. Công nghệ số đóng vai trò rất quan trọng: Biến dữ liệu thành tri thức Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp 4.0, năng suất và hiệu suất ngày càng phụ thuộc vào tri thức. Nếu biết trước khi nào một cỗ máy hay người máy bị hỏng 330 thì có thể can thiệp sớm để ngăn chặn sự gián đoạn trong chuỗi cung ứng, như thế sẽ tiết kiệm được những khoản tiền lớn và không làm mất chữ tín đối với khách hàng. Những khối dữ liệu khổng lồ không có cấu trúc phát sinh từ các hoạt động sản xuất kinh doanh lại trở thành căn cứ để điều chỉnh và định hướng phát triển. Các bộ cảm biến rẻ tiền được sản xuất hàng loạt và sự giảm giá liên tiếp của dịch vụ xử lý bằng máy tính có hệ quả là: với chi phí thấp, bây giờ dữ liệu có thể được thu thập và xử lý dễ dàng từ hầu hết mọi thiết bị, từ thiết bị gia dụng đến những dàn máy công nghiệp lớn. Bằng cách thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu từ máy móc và người máy, chúng ta có thể nhìn thấu vào thể chất và hiệu suất của các dàn máy công nghiệp đã lắp đặt, tối ưu hóa quá trình vận hành nhằm tăng thời gian hoạt động, tốc độ và năng suất của chúng. Các hãng công nghiệp đầu tư vào công nghệ số không chỉ tăng được thời gian hoạt động, tốc độ và năng suất của máy móc mà còn đặt được nền tảng cho việc áp dụng những kỹ thuật tinh vi, trong số đó phải kể đến trí tuệ nhân tạo. Leon Viljoen đã coi "Năng lực về công nghệ số ở mức độ có thể điều khiển các hệ thống máy móc và người máy chuyển tải dữ liệu lên đám mây" là một tấm vé vào cửa để đến với cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Do tầm quan trọng như vậy của công nghệ số mà Eraweb (2018) đã có lời ghi nhận: "Cuộc cách mạng công nghiệp thứ tư là cuộc cách mạng nghiêng về công nghệ số và Internet với mục đích biến thế giới thực thành một thế giới số". 4. Công nghệ thông tin và truyền thông góp phần quan trọng để tạo ra hệ thống thông tin quản lý nói chung và quản lý đô thị nói riêng Theo Lê Duy (2018), năm 2015 đã có tới 36 định nghĩa đô thị thông minh. Gần đây, Techopedia (2018) đưa ra một định nghĩa khá phù hợp: "Đô thị thông minh (hay thành phố thông minh)"là đô thị kết hợp CNTT và truyền thông để nâng cao chất lượng và hiệu suất của các dịch vụ đô thị như năng lượng, giao thông, tiện ích công cộng nhằm tiết kiệm tài nguyên, tránh lãng phí và giảm toàn bộ chi phí. Mục đích bao trùm của một đô thị thông minh là nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân thông qua công nghệ thông minh. Cách mạng công nghiệp 4.0 đang đưa ra những giải pháp hữu hiệu để giải quyết nhiều vấn đề trong đó có những vấn đề nan giải của đô thị hóa. Đổi mới trong công nghệ và xã hội đặt ra những yêu cầu mới đối với HTTT trong thời kỳ công nghiệp 4.0 (HTTT 4.0). Những thành tựu mới trong công nghệ, nhất là công nghệ số kéo theo sự thay đổi về thói quen tiêu dùng, phương thức quản lý và cả những phong tục tập quán trong xã hội. Sự đổi mới ấy đòi hỏi HTTT cũng phải thay đổi, nếu không sẽ trở thành vô dụng. Qua các tài liệu PlenarIT AG, Zürich - Alle Rechte vorbehalten (2018), Selim Erol (2016) và Richard Van Hooijdonk and co-authors (2018), tôi 331 xin đúc kết thành những yêu cầu mới đặt ra cho HTTT 4.0 thuộc các doanh nghiệp, tổ chức, cơ quan quản lý hành chính ở cấp chính phủ hay chính quyền địa phương như sau: HTTT 4.0 cần xử lý nhanh theo thời gian thực để đóng vai trò quan trọng: "Là điều kiện tiên quyết để thiết lập một thế giới số" PlenarIT AG, Zürich - Alle Rechte vorbehalten (2018) cho rằng HTTT4.0 là điều kiện tiên quyết để thiết lập một thế giới số liên kết. HTTT 4.0 cần được xây dựng dựa trên hệ thống quy hoạch nguồn lực doanh nghiệp (ERP - Enterprise Resource Planning) và hệ thống điều hành sản xuất (MES - Manufacturing Execution System). Theo cách này, dữ liệu về các phòng ban, sản phẩm, hãng cung cấp, khách hàng, máy móc và phương tiện đều được lưu giữ và xử lý tập trung ở một vị trí trung tâm. Điều đó cho phép quản lý, vận hành và kiểm soát chuỗi giá trị theo thời gian thực. (Theo Wikipedia, chuỗi giá trị là một loạt các hoạt động mà một công ty tiến hành nhằm đưa ra thị trường một sản phẩm hay dịch vụ có giá trị.) HTTT 4.0 phải có một kiến trúc phần mềm mở Dữ liệu liên quan đến sản phẩm và quy trình sản xuất sẽ được trao đổi liên tục với các hãng cung cấp và khách hàng. Vì vậy các công ty phải định hình các sản phẩm và quy trình một cách tự động đồng thời tự động hóa các dây chuyền sản xuất. Như thế, HTTT 4.0 cần phải có một kiến trúc phần mềm mở với viễn cảnh phát triển và thay đổi linh hoạt trong tương lai. Các hệ thống con như phần mềm quản lý quan hệ khách hàng (CRM - Customer Relationship Management) chỉ là những sản phẩm phần mềm đơn lẻ và thường chỉ được đồng bộ hóa qua đêm, bây giờ cần phải kết nối với HTTT tích hợp để cung cấp toàn bộ dữ liệu theo thời gian thực. Việc xem xét toàn diện chuỗi giá trị của công ty sẽ trở thành bắt buộc chứ không thể coi là tùy chọn nữa. Đồng thời, lợi nhuận, tầm nhìn và sự phát triển của các đối tác trong tương lai cũng phải được tích hợp vào hệ thống. HTTT 4.0 cần kết hợp và giám sát các quá trình phân tán Với mức độ số hóa ngày càng tăng của kinh tế và xã hội, thị trường toàn cầu trở nên sáng sủa hơn. Khách hàng so sánh các sản phẩm, giá cả và họ không mấy khi thỏa mãn với hàng may sẵn nữa. Như vậy, nhu cầu sẽ được chi tiết hóa, nghĩa là, các đơn vị nhỏ hơn và cụ thể hơn sẽ được đặt hàng. Đó là lý do tại sao phải sản xuất các sản phẩm chiều theo ý khách hàng và cung cấp các dịch vụ hợp sở thích riêng của từng người hay nhóm người. Bởi thế, công nghiệp 4.0 cần kết nối sản xuất và sản phẩm với các hệ thống thông tin liên lạc thông minh. Nhờ khả năng xử lý những khối dữ liệu lớn, sử dụng internet vạn vật và truyền thông liên kết mà nhà máy trở nên thông minh và linh hoạt hơn. Theo cách này, các quá trình sản xuất phân tán qua nhiều giai đoạn sẽ được phối kết hợp. Thêm vào đó, các chi tiết riêng 332 biệt theo ý cá nhân hay nhóm khách hàng cũng có thể được đưa vào sản xuất hàng loạt. Chip RFID (RadioFrequency IDentification - nhận dạng tần số vô tuyến) gửi một mã qua sóng điện từ để các trạm nhận biết chi tiết nào sẽ được chế biến tiếp theo, nhờ thế mà các trạm có thể tự trang bị lại công cụ để tiến hành. Các trạm cũng phản hồi về HTTT hiện trạng của mình, do đó mỗi bước đều được giám sát và ghi nhận. HTTT 4.0 phải có khả năng thu thập dữ liệu qua Internet vạn vật để phân tích và xử lý thành thông tin tích hợp Internet vạn vật (IoT - Internet of Things) là mạng kết nối các vật thể thông minh với HTTT. Các vật thể giao tiếp qua Internet và HTTT để có thể tự hoàn thành nhiệm vụ của mình. Về ý tưởng này, PlenarIT AG, Zürich - Alle Rechte vorbehalten (2018) đưa ra ví dụ: Cái cốc ở nhà hàng có thể báo cho tiếp viên ngay sau khi khách uống hết ngụm áp chót (the second-last sip). Trong công nghiệp, hầu hết các phương tiện và máy móc giao tiếp với các vật thể thông minh và mạng cảm biến theo phương thức gọi là "giao tiếp máy với máy (M2M)". Bằng cách này, quá trình đang tiếp diễn sẽ tự điều chỉnh theo hoàn cảnh hiện tại. Chip RFID gửi một mã qua sóng điện từ để các trạm nhận dạng đối tượng sắp tới và tự trang bị lại công cụ thích hợp để đón nhận. Nếu các đối tượng phải tự xử lý dữ liệu thì chúng cần một bộ phận thông minh như máy vi tính. Để tiết kiệm chỗ, máy vi tính được đặt gọn trong một chip (gọi là hệ thống một chip). Vì phải hoạt động vĩnh cửu nên các máy này tiết kiệm năng lượng, đáng tin cậy và hầu như không cần bảo trì. Nhìn sâu hơn về kỹ thuật, có thể chia IoT thành bốn lớp: - Các bộ phận có cảm biến: Mỗi thiết bị hay bộ phận được trang bị một cảm biến liên kết với máy vi tính. Máy vi tính kiểm tra dữ liệu cảm biến và truyền dữ liệu tại những thời điểm đã định hoặc khi đã vượt quá các giới hạn cho phép. - Kết nối: Lớp này bao gồm các bộ phận truyền thông để tiếp cận với HTTT qua internet. Ngay sau khi tạo ra một thông điệp, máy vi tính sẽ truyền đến HTTT. - Phân tích và đánh giá: HTTT thu thập toàn bộ dữ liệu, kiểm tra độ tin cậy, phân loại rồi tạo ra thông tin tích hợp. - Dịch vụ: Lớp cuối cùng cung cấp các dịch vụ số (digital services). HTTT 4.0 cần có đủ năng lực để xử lý những khối dữ liệu lớn Khái niệm "dữ liệu lớn" được hình thành trong thế giới số. Theo Richard Van Hooijdonk and co-authors (2018), dữ liệu lớn là những khối dữ liệu khổng lồ (đôi khi đến mức tràn ngập) phát sinh từ những thiết bị kết nối. Dữ liệu lớn cho ta biết rất nhiều về hầu như mọi thứ để ra quyết định tốt hơn. Ngày nay, các vị lãnh đạo đang học tập để thay đổi cách ra quyết định: không chủ quan dựa vào bản năng 333 mà phải xem xét kỹ dữ liệu và kết quả phân tích. Vì thế, phân tích dữ liệu lớn là rất cần thiết, tuy nhiên việc này đòi hỏi phải vượt qua những khó khăn đầy vẻ thách thức. PlenarIT AG, Zürich - Alle Rechte vorbehalten (2018) đã chỉ ra một số khó khăn như sau: - Khối lượng dữ liệu cần thu thập, lưu trữ, xử lý và phân tích rất đồ sộ. - Dữ liệu không có cấu trúc và không có quan hệ rõ ràng. - Dữ liệu được sinh ra và thu thập với tốc độ cao. - Dữ liệu phải được phân tích và kết cấu trong thời gian rất ngắn. - Phải đảm bảo tính đúng đắn của dữ liệu và gán những mối quan hệ chính xác. - Số lượng người cần dùng dữ liệu để định hướng các quá trình hoạt động sẽ tăng rất nhanh. Riêng những khối dữ liệu lớn chưa sinh ra một chút giá trị gia tăng nào. Chỉ sau khi liên kết một cách lôgic các nguồn dữ liệu khác nhau rồi phân tích cấu trúc của dữ liệu thì mới có thể tạo ra thông tin trợ giúp việc định hướng quá trình phát triển của công ty. Thông tin này phác họa những thay đổi, chỉ ra các yêu cầu mới của khách hàng và cho phép phân đoạn khách hàng chính xác hơn. Hơn nữa, dữ liệu lớn còn hỗ trợ việc ra quyết định và ứng dụng các giải pháp tự động hóa để kiểm soát quá trình. Dữ liệu lớn đòi hỏi một lối suy nghĩ mới và sự phối hợp ngày càng tốt hơn của CNTT với kinh doanh. Ngay từ đầu, phải xác định dữ liệu nào là cần thiết và làm thế nào để liên kết và đánh giá dữ liệu. Đó là cách duy nhất để thu thập chính những dữ liệu đang cần, xử lý trong một thời hạn chấp nhận được rồi truyền đạt thông tin phù hợp tới các nhà quản lý và công nhân viên tùy theo cương vị và trách nhiệm. Việc thu thập dữ liệu cũng bao hàm sự rủi ro. Cần đảm bảo tính chính xác của dữ liệu, thường xuyên sao lưu để dự phòng, bảo mật dữ liệu, nhất là dữ liệu quan trọng liên quan đến bí quyết kinh doanh, tài chính, hồ sơ