Quy hoạch không gian phát triển quốc gia: [Bài 3] Ứng dụng song sinh kỹ thuật số

Ứng dụng song sinh kỹ thuật số trong quản lý không gian phát triển quốc gia chuyển từ tư duy quản lý đất đai hai chiều sang quản trị không gian đa tầng, đa chiều.

Nền tảng công nghệ cho chuyển đổi tư duy quản lý

Ứng dụng song sinh kỹ thuật số trong quản lý không gian phát triển quốc gia đang trở thành yêu cầu tất yếu của kỷ nguyên xanh – số, khi cấu trúc phát triển đã vượt xa giới hạn quản lý đất đai hai chiều truyền thống.

Trong lịch sử quản trị, đất đai được nhận diện chủ yếu thông qua thửa bề mặt, đo đạc bằng bản đồ 2D, phục vụ phân bổ diện tích và thu ngân sách. Sức ép dân số, đô thị hóa nhanh, công nghiệp hóa sâu rộng đã thúc đẩy khai thác theo chiều sâu, chiều cao và mở rộng ra biển, bầu trời, vũ trụ. Không gian phát triển quốc gia vì thế chuyển từ quản lý diện tích 2D sang quản lý không gian 3D và động thái theo thời gian 4D, gắn liền với hệ sinh thái, tài nguyên và quyền tài sản đa dạng.

Trong cấu trúc mới, quyền khoáng sản, quyền nước ngầm, quyền khai thác gỗ, quyền bảo vệ, bảo tồn rừng đầu nguồn, quyền khai thác hệ thống sông hồ, quyền không gian bờ biển, quyền không gian biển, quyền không gian ngầm, quyền không gian tầm thấp, quyền không gian tầm cao và quyền không gian vũ trụ cùng tồn tại, chồng xếp trong cùng một tọa độ địa lý.

Quản trị dựa trên hồ sơ phân mảnh theo ngành đã bộc lộ giới hạn lớn, khi dữ liệu khoáng sản, lâm nghiệp, thủy văn, hàng hải, hàng không tồn tại rời rạc, gây xung đột pháp lý, kéo dài thủ tục đầu tư, gia tăng chi phí xã hội. Nhu cầu tích hợp dữ liệu đa chiều trở thành điều kiện tiên quyết cho quản trị phát triển bền vững.

Song sinh kỹ thuật số cung cấp nền tảng công nghệ cho chuyển đổi tư duy quản lý. Mô hình song sinh thể hiện toàn bộ không gian phát triển quốc gia dưới dạng bản sao số động, kết hợp dữ liệu địa chính, địa chất, thủy văn, sinh thái, hạ tầng và viễn thám. Dữ liệu từ cảm biến IoT, vệ tinh, hệ thống đo đạc chính xác cao được cập nhật liên tục, cho phép theo dõi biến động tài nguyên, dòng chảy nước ngầm, sạt lở bờ biển, suy giảm rừng đầu nguồn, xung đột hành lang bay, thay đổi tĩnh không xây dựng. Trên nền tảng đó, quyền tài nguyên được mô tả bằng hình học 3D, 4D, gắn trực tiếp với chủ thể, thời hạn và nghĩa vụ.

Đối với quyền khoáng sản, song sinh kỹ thuật số cho phép mô hình hóa thân quặng theo thể tích, xác định rõ ranh giới khai thác, vùng bảo vệ, vùng phục hồi môi trường. Quyền nước ngầm được gắn với tầng chứa nước, lưu lượng, trữ lượng, chu kỳ khai thác, hỗ trợ bảo vệ an ninh nguồn nước. Quyền khai thác gỗ và quyền bảo tồn đầu nguồn được liên kết với dữ liệu che phủ, đa dạng sinh học, độ dốc, khả năng phòng hộ, giúp cân bằng phát triển kinh tế lâm nghiệp và bảo vệ sinh thái. Quyền hệ thống sông hồ được quản lý theo lưu vực, hành lang bảo vệ, cao trình ngập lụt, phục vụ thích ứng biến đổi khí hậu.

Trong không gian biển và bờ biển, song sinh kỹ thuật số hỗ trợ quản lý đồng thời mặt nước, cột nước, đáy biển, lòng đất dưới đáy biển. Quyền nuôi trồng, giao biển, khai thác năng lượng tái tạo, bảo tồn sinh thái biển được chồng xếp minh bạch, giảm xung đột sử dụng. Biến động đường bờ, xói lở, bồi tụ được cập nhật theo thời gian, hỗ trợ điều chỉnh quy hoạch.

Không gian ngầm đô thị được đăng ký như đơn vị tài sản độc lập, tạo điều kiện phát triển metro, bãi đỗ xe, hạ tầng kỹ thuật. Không gian tầm thấp phục vụ kinh tế drone, logistics thông minh được quản lý bằng hành lang bay số hóa. Không gian tầm cao liên quan hàng không được tích hợp dữ liệu tĩnh không, phễu bay. Không gian vũ trụ gắn với quỹ đạo vệ tinh trở thành lớp quản trị mới, phục vụ viễn thám, thông tin liên lạc, giám sát tài nguyên.

Nền tảng pháp lý cho mô hình dựa trên chuẩn dữ liệu quốc tế, đặc biệt ISO 19152 LADM và ISO 16739-1:2024 IFC 4.3, đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt lộ trình áp dụng Mô hình thông tin công trình (BIM) trong hoạt động xây dựng tại Quyết định 258/QĐ-TTg ngày 17/3/2023.

LADM cung cấp khung khái niệm pháp lý cho quyền, hạn chế, trách nhiệm trong không gian đa chiều. IFC đóng vai trò ngôn ngữ vật lý mô tả hạ tầng, địa kỹ thuật, thủy văn, không gian chức năng. Sự hội tụ hai chuẩn tạo khả năng liên kết giữa hình học không gian và nội dung pháp lý, hình thành hệ sinh thái dữ liệu thống nhất. Ứng dụng song sinh kỹ thuật số giúp nhà nước chuyển từ quản lý phản ứng sang quản trị chủ động, từ quyết định dựa trên hồ sơ tĩnh sang quyết định dựa trên dữ liệu sống. Thị trường quyền tài nguyên trở nên minh bạch, chi phí giao dịch giảm, xung đột sử dụng được phát hiện sớm. Không gian phát triển quốc gia được tổ chức hài hòa giữa khai thác và bảo tồn, giữa tăng trưởng và an ninh sinh thái, tạo nền tảng cho phát triển dài hạn trong kỷ nguyên số.

Ứng dụng song sinh kỹ thuật số trong ứng phó biến đổi khí hậu, quản lý môi trường, tài nguyên

Quản trị tài nguyên dưới bề mặt đặt ra yêu cầu thay đổi căn bản tư duy quản lý truyền thống vốn dựa trên ranh giới bề mặt. Khoáng sản, nước ngầm và không gian ngầm tồn tại dưới dạng không gian ba chiều 3D, phân bố phức tạp, chịu tác động mạnh của điều kiện địa chất và hoạt động khai thác. Khi áp lực phát triển kinh tế gia tăng, xung đột giữa quyền sử dụng bề mặt đất và quyền khai thác dưới lòng đất xuất hiện ngày càng rõ nét. Mô hình quản trị mới đòi hỏi hệ thống thông tin số có khả năng biểu đạt đầy đủ cấu trúc địa chất, trạng thái động của tài nguyên và nội dung pháp lý gắn với từng lớp không gian.

Đối với khoáng sản, quyền khai thác gắn với thân quặng không tuân theo ranh giới thửa đất hành chính. Thân quặng kéo dài qua nhiều khu vực, có hình dạng bất định, độ sâu thay đổi, chịu rủi ro sụt lún và biến dạng địa tầng. Việc áp dụng mô hình địa chất số dựa trên IFC 4.3 cho phép biểu diễn thân quặng bằng các khối thể tích chính xác, tích hợp thông tin về trữ lượng, loại khoáng sản, thời hạn khai thác, giới hạn kỹ thuật. Khi lớp dữ liệu khoáng sản được chồng ghép với địa chính bề mặt trong hệ thống song sinh kỹ thuật số, vùng ảnh hưởng sụt lún, rung chấn, ô nhiễm được xác định rõ ràng. Cơ quan quản lý có thể thiết lập các vùng đệm an toàn trên bề mặt, hạn chế xây dựng công trình nhạy cảm, giảm thiểu rủi ro xã hội và môi trường.

Nước ngầm đại diện cho dạng tài nguyên động, khó quan sát trực tiếp, chịu tác động đồng thời của khai thác nhân tạo và biến đổi tự nhiên. Quản lý theo từng giếng đơn lẻ không đáp ứng yêu cầu bảo vệ dài hạn, do dòng chảy ngầm lan truyền vượt qua ranh giới hành chính. Mô hình tầng chứa nước ba chiều dựa trên IFCWaterStratum cho phép mô tả cấu trúc tầng chứa nước, tầng ngậm nước (aquifer), lớp cách nước, khả năng bổ cập và lưu lượng khai thác cho phép. Quyền nước ngầm được xác định theo thể tích khai thác gắn với một tầng chứa nước cụ thể, có thời hạn và ngưỡng an toàn. Khi dữ liệu quan trắc mực nước, độ mặn, lún mặt đất được cập nhật liên tục, hệ thống song sinh kỹ thuật số hỗ trợ dự báo rủi ro, điều chỉnh hạn ngạch khai thác, bảo vệ an ninh nguồn nước đô thị và nông nghiệp.

Không gian ngầm đô thị là tài nguyên phát triển quan trọng trong điều kiện quỹ đất bề mặt hạn chế. Các tầng hầm kỹ thuật, bãi đỗ xe, trung tâm thương mại, tuyến metro hình thành mạng lưới không gian chồng xếp theo chiều sâu. Luật Đất đai 2024 với khái niệm thửa đất không gian ngầm tạo cơ sở pháp lý cho đăng ký quyền sử dụng độc lập. IFC 4.3 cho phép mô hình hóa từng không gian pháp lý bằng IFCSpace, xác định ranh giới ba chiều bằng IFCRelSpaceBoundary. Quyền địa dịch cho hạ tầng kỹ thuật được thể hiện qua các vùng không gian dự trữ, giúp phòng ngừa xung đột xây dựng trong tương lai.

Quản trị tài nguyên bề mặt gắn chặt với hệ sinh thái rừng và thủy văn. Quyền khai thác gỗ cần tách biệt với quyền sử dụng đất rừng nhằm đáp ứng yêu cầu truy xuất nguồn gốc và thị trường các-bon. Việc định danh từng cây hoặc lô rừng bằng đối tượng số cho phép gắn thông tin loài, tuổi rừng, trữ lượng các-bon, tọa độ chính xác. Chuỗi cung ứng gỗ từ khai thác đến chế biến được kiểm soát minh bạch, phù hợp các tiêu chuẩn quốc tế. Không gian bảo vệ đầu nguồn được thiết lập dưới dạng vùng hạn chế ba chiều, hoạt động như hàng rào địa lý số. Hệ thống cấp phép xây dựng tự động có khả năng phát hiện xâm phạm, bảo vệ an ninh nguồn nước và phòng chống thiên tai.

Đối với sông và hồ, tư duy quản trị chuyển dần sang cách tiếp cận coi tự nhiên là chủ thể pháp lý. Dòng chảy, hành lang thoát lũ, vùng bán ngập được mô hình hóa thành các đơn vị không gian ưu tiên cao trong cơ sở dữ liệu. Các quyền sử dụng đất khác phải tuân thủ giới hạn bảo vệ dòng chảy. Cách tiếp cận hỗ trợ thích ứng biến đổi khí hậu, giảm thiểu thiệt hại lũ lụt, duy trì chức năng sinh thái. Quản trị không gian biển và bờ biển mở rộng địa chính ra đại dương. Ranh giới bờ biển mang tính động, biến đổi theo thủy triều và mực nước biển dâng. Việc mô hình hóa ranh giới dạng vùng đệm cập nhật định kỳ giúp phản ánh chính xác trạng thái tự nhiên. Quyền tiếp cận công cộng được bảo đảm thông qua các vùng không gian công khai, ngăn chặn chiếm dụng trái phép. Trong không gian biển, nhiều lớp quyền chồng xếp từ mặt nước đến lòng đất dưới đáy biển. IFC 4.3 kết hợp LADM cho phép phân vùng chức năng ba chiều, hỗ trợ quy hoạch điện gió ngoài khơi, hàng hải, bảo tồn sinh thái.

Không gian trên không và vũ trụ trở thành biên giới mới của kinh tế số. Không gian tầm thấp và không gian tầm cao ngày càng giữ vai trò then chốt trong hệ sinh thái kinh tế số, mở rộng phạm vi quản trị vượt khỏi giới hạn mặt đất. Không gian tầm thấp bao gồm lớp không gian từ bề mặt đến độ cao hoạt động của drone, khí cầu quan trắc và phương tiện bay đô thị cỡ nhỏ, gắn với logistics thông minh, nông nghiệp chính xác, giám sát môi trường và quản lý đô thị. Các hành lang bay và vùng hạn chế được mô hình hóa thành khối không gian ba chiều, qua đó xác lập quyền sử dụng theo độ cao, thời gian và mục đích nhằm bảo đảm an toàn, trật tự và quyền riêng tư.

Không gian tầm cao bao trùm tầng khí quyển phục vụ hàng không, viễn thám và khí tượng, nơi tồn tại sự chồng lấn nhiều mục đích sử dụng. Việc mô hình hóa số giúp phân định ưu tiên, giảm xung đột và tối ưu điều phối bay.

Trên cao hơn, không gian vũ trụ với các quỹ đạo vệ tinh được quản lý như đơn vị không gian đặc thù. Hành lang bay drone, vùng cấm bay, vị trí trạm nền tảng tầm cao được mô hình hóa bằng các khối không gian ảo. Quyền sử dụng gắn với độ cao, thời gian, mục đích rõ ràng.

Đối với vũ trụ, quỹ đạo vệ tinh được coi như đơn vị không gian đặc thù, cần đăng ký, giám sát vòng đời, phòng tránh va chạm. Song sinh kỹ thuật số mở rộng ra ngoài khí quyển hỗ trợ quản lý tài sản không gian, bảo đảm an toàn và chủ quyền số. Toàn bộ hệ thống quản trị đa chiều dựa trên song sinh kỹ thuật số tạo nền tảng cho quản lý tài nguyên thống nhất từ lòng đất đến vũ trụ. Khi dữ liệu kỹ thuật và pháp lý hội tụ trong một mô hình số duy nhất, quyết định quản lý dựa trên thông tin đầy đủ, minh bạch, giảm xung đột lợi ích, nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và bảo vệ hệ sinh thái dài hạn.

PGS.TS Nguyễn Đình Thọ

Viện Chiến lược, Chính sách Nông nghiệp và Môi trường