Việc ứng dụng công nghệ số để mô phỏng vận hành mạng lưới kết hợp với quy hoạch sử dụng đất được kỳ vọng sẽ giải bài toán ùn tắc tại TP.HCM. Kết quả nghiên cứu cho thấy, mô hình quản lý tích hợp này giúp nâng cao đáng kể năng lực thông hành và tối ưu hóa hạ tầng giao thông đô thị trước những áp lực về gia tăng dân số và biến đổi khí hậu. 
1. Đặt vấn đề
Quá trình đô thị hóa trong những thập kỷ gần đây đã làm gia tăng nhu cầu đi lại và tạo áp lực lên hệ thống giao thông ở các đô thị lớn. Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu (BĐKH) ngày càng diễn biến phức tạp, với sự gia tăng tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan.
Những tác động này không chỉ làm suy giảm hiệu quả vận hành của hệ thống giao thông đô thị mà còn làm gia tăng phát thải khí nhà kính, ảnh hưởng tiêu cực đến mục tiêu phát triển đô thị bền vững.
TP.HCM là trung tâm kinh tế lớn nhất cả nước đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng trong quản lý giao thông đô thị. Thành phố có mật độ dân cư cao, cơ cấu sử dụng đất phức tạp và mô hình phát triển đô thị còn dàn trải, dẫn đến nhu cầu đi lại lớn và phụ thuộc chủ yếu vào phương tiện giao thông cá nhân.
TP.HCM chịu tác động mạnh của BĐKH như ngập đô thị, gây gián đoạn lưu thông, gia tăng ùn tắc và suy giảm khả năng tiếp cận của hệ thống giao thông [1].
Việc ứng dụng công nghệ số trong dự báo, mô phỏng và đánh giá các kịch bản phát triển giao thông, hỗ trợ ra quyết định quản lý và thích ứng với BĐKH chưa được triển khai một cách đồng bộ và hiệu quả.
Vì vậy, nghiên cứu đề xuất và ứng dụng công nghệ số tích hợp giữa giao thông và sử dụng đất, dựa trên mô hình dự báo giao thông, phục vụ quản lý giao thông đô thị thông minh tại TP.HCM trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
2. Nhu cầu ứng dụng công nghệ số trong quản lý giao thông tích hợp sử dụng đất tại TP.HCM
Đến cuối năm 2024, TP.HCM có khoảng 10 triệu phương tiện giao thông, với hơn 7,6 triệu xe máy, 700.000 ô tô và hơn 2 triệu phương tiện các loại từ địa phương khác. Về tốc độ tăng trưởng bình quân phương tiện giai đoạn 2021-2024 đối với xe mô tô, xe gắn máy đạt 7,70%/năm, đối với ô tô đạt 9,31%/năm (trong đó ô tô con đạt 10,82%/năm).
Diện tích chiếm dụng của phương tiện cá nhân vượt năng lực của mạng lưới đường giao thông, hệ số đồng thời lưu thông là 0,6 thì diện tích chiếm dụng khi lưu thông với vận tốc bình quân 18-20 km/h trên đường là 119% diện tích mặt đường đô thị toàn thành phố, tức là số lượng phương tiện cá nhân lưu thông đã vượt năng lực thiết kế của hệ thống đường bộ 1,19 lần [2].
BĐKH đang tác động ngày càng rõ nét đến hệ thống giao thông đô thị TP.HCM, trong đó nổi bật là tình trạng ngập đô thị do mưa lớn và triều cường. Ngập lụt gây gián đoạn lưu thông trên nhiều tuyến đường, làm gia tăng thời gian di chuyển và mức độ ùn tắc giao thông.
TP.HCM có quy mô dân số lớn với sự phân bố dân cư và các chức năng sử dụng đất chưa thực sự hợp lý. Các khu vực trung tâm tập trung mật độ dân cư và hoạt động kinh tế cao, trong khi các khu vực ngoại vi phát triển nhanh theo hướng dàn trải.
Mô hình phát triển đô thị này làm gia tăng khoảng cách đi lại giữa nơi ở và nơi làm việc, kéo theo sự gia tăng nhu cầu di chuyển hằng ngày. Việc thiếu gắn kết giữa quy hoạch sử dụng đất và giao thông đã góp phần làm gia tăng áp lực lên hệ thống giao thông đô thị, đặc biệt tại các trục giao thông chính và khu vực cửa ngõ ra vào thành phố.
Mô hình ứng dụng công nghệ số trong quản lý giao thông tích hợp sử dụng đất sử dụng dữ liệu đầu ra từ mô hình giao thông vĩ mô làm nền tảng cho phân tích và mô phỏng. Thông qua việc kết hợp các dữ liệu giao thông với thông tin sử dụng đất, mô hình cho phép đánh giá tác động của phát triển không gian đô thị đến hoạt động của mạng lưới giao thông, từ đó hỗ trợ công tác quản lý, điều hành giao thông thông minh và quy hoạch tích hợp dựa trên nền tảng công nghệ số.
3. Mô hình ứng dụng công nghệ số trong quản lý giao thông đô thị tích hợp sử dụng đất
Nghiên cứu ứng dụng mô hình dự báo nhu cầu giao thông kết hợp với mô hình mô phỏng trong đánh giá các giải pháp quản lý và tổ chức giao thông đô thị đến năm 2030. Mô hình hóa các kịch bản giao thông nhằm đánh giá hiệu quả quản lý và tổ chức giao thông trong điều kiện hiện trạng, tiềm năng cải thiện hiệu quả vận hành hệ thống trên nền tảng công nghệ số, gắn với định hướng sử dụng đất và phát triển đô thị bền vững.
3.1. Kịch bản ứng dụng công nghệ số trong quản lý giao thông đô thị tích hợp sử dụng đất
Nhằm ứng dụng các mô hình dự báo nhu cầu giao thông hoạt động của hệ thống giao thông đô thị trong bối cảnh hiện tại và tương lai, các kịch bản nghiên cứu được xây dựng trên cơ sở phân tích hiện trạng tổ chức giao thông, điều kiện hạ tầng giao thông vận tải, đặc điểm phát sinh - thu hút chuyến đi gắn với sử dụng đất, cùng với kết quả khảo sát lưu lượng thực tế trên các trục giao thông chính trong khu vực nghiên cứu [3].
Kịch bản 1: Cấu trúc mạng lưới giao thông được thực hiện theo quy hoạch, tuy nhiên phương án tổ chức vận tải được duy trì như hiện tại, không có sự can thiệp mới về ứng dụng công nghệ số trong quản lý và điều hành giao thông. Kịch bản được xây dựng nhằm đánh giá khả năng đáp ứng và tính bền vững của hệ thống giao thông đô thị trong bối cảnh tăng trưởng dân số, phát triển sử dụng đất và nhu cầu đi lại ngày càng gia tăng.
Kịch bản 2: Dự báo nhu cầu giao thông và đánh giá các giải pháp quản lý giao thông tích hợp sử dụng đất vào năm 2030 (áp dụng mô hình công nghệ số). Kịch bản này mô phỏng việc áp dụng mô hình quản lý giao thông đô thị dựa trên công nghệ số, trong đó dữ liệu giao thông và dữ liệu sử dụng đất được tích hợp để tối ưu hóa tổ chức và điều hành hệ thống giao thông. Các nhóm giải pháp được xem xét trong mô hình bao gồm:
- Phát triển đô thị mật độ hợp lý, đa chức năng gắn với năng lực hạ tầng giao thông;
- Tối ưu hóa kết nối và liên thông giữa các loại hình vận tải hành khách công cộng;
- Khuyến khích giao thông xanh và giao thông phi cơ giới;
- Ứng dụng công nghệ số trong quản lý, điều hành và kiểm soát giao thông đô thị.
Khung mô hình dự báo bốn bước (phát sinh, thu hút, phân bổ chuyến đi và lựa chọn phương thức) được áp dụng, trong đó chi phí tổng quát của chuyến đi phản ánh đầy đủ các yếu tố thời gian, chờ đợi, chuyển tuyến và chi phí đi lại.
3.2. Xây dựng mô hình quản lý giao thông đô thị tích hợp sử dụng đất
Xây dựng mô hình dự báo theo phương pháp bốn bước hướng đến mục tiêu dự báo và đánh giá nhu cầu giao thông, điều chỉnh phù hợp với đặc điểm không gian và hành trình của hàng hóa và hành khách.
3.2.1. Quá trình thực hiện dự báo nhu cầu giao thông vận tải khu vực:
- Bước 1, dự báo nhu cầu đi lại phát sinh và thu hút. Phương trình phát sinh (Pi) và thu hút (Aj) chuyến đi là các hàm hồi quy tuyến tính được tham khảo từ “Quy hoạch TP.HCM thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050” [4] với 3 biến lần lượt là dân số, lao động và học sinh sinh viên. Cụ thể như sau:
- Mô hình phát sinh chuyến đi:
Gi = (1,006536*Population) + (2,63507*Workers) + (1,76379*Students) (1)
- Mô hình thu hút chuyến đi:
Aj = (0,966569*Population) + (2,73488*Workers) + (1,713429*Students) (2)
Bước 2: Dự báo phân bổ chuyến đi. Quy hoạch khoảng cách tiếp cận ưu tiên thường nằm trong bán kính đi bộ 400-800 m hoặc di chuyển bằng xe đạp và phương tiện kết nối trong phạm vi 2-5 km. Sau khi ước tính chuyến đi nội vùng, các chuyến đi liên vùng bằng cách sử dụng mô hình chính thức [5].
Bảng 1. Mô hình hiệu chỉnh chuyến đi
Bước 3: Dự báo phân chia phương thức vận tải. Lựa chọn phương tiện, nhằm xác định tỷ lệ người sử dụng các phương thức. Mô hình logit đa lựa chọn được áp dụng để tính xác suất lựa chọn phương tiện dựa trên tiện ích cảm nhận của người dùng đối với từng lựa chọn.
Bước 4: Dự báo phân bổ lưu lượng giao thông trên mạng lưới đường. Phân bổ lưu lượng giao thông trên tuyến đường nhằm xác định tuyến đường hoặc hành lang giao thông. Mô hình cân bằng lưu lượng được sử dụng để phân bổ lưu lượng giao thông trên mạng lưới theo nguyên tắc người dùng sẽ lựa chọn tuyến đường tối ưu nhất.
3.2.2. Kết quả đánh giá hệ thống giao thông vận tải khu vực
Xây dựng mô hình hiện trạng và quy hoạch mạng lưới giao thông đô thị trên địa bàn TP.HCM và các tỉnh lân cận, thông tin về báo cáo đầu tư các dự án đầu tư phát triển đô thị: vị trí, diện tích xây dựng, diện tích sàn, chức năng sử dụng đất [6].
Bảng 2. Kết quả ứng dụng mô hình dự báo lưu lượng một số tuyến đường chính năm 2030
(*) XCQĐ: xe con quy đổi; (**)V/C: hệ số lưu lượng/khả năng thông hành; (***) MPV: mức phục vụ.
Mô hình phân bổ lưu lượng cân bằng dự báo nhu cầu đi lại [7] các kịch bản tương lai sẽ giúp thiết kế các giải pháp cho việc sử dụng phương tiện giao thông phù hợp, cải thiện và tối ưu hóa mạng lưới giao thông (Hình 1).
Trong kịch bản 1, chỉ bổ sung hạ tầng và tổ chức vận tải hiện tại. Theo mô phỏng, các tuyến đường trong kịch bản này có lưu lượng xe lớn (hàng nghìn xe mỗi giờ), dẫn đến tỷ lệ V/C khoảng 0.7 và MPV chủ yếu ở mức C và D [8]. Các tuyến chính đang vận hành ở ngưỡng tải cao: tốc độ xe bị giảm do mật độ lưu thông lớn.
Kịch bản 2 đề xuất tổ chức phát triển thành khu đô thị mật độ cao, đa chức năng. Hệ thống giao thông được liên kết đa phương tiện, chuyển đổi giữa tàu điện, xe buýt, xe đạp, đi bộ và các phương tiện khác. Kết quả mô hình tổ chức vận tải năm 2030 cho thấy các phương tiện có thể di chuyển ổn định, giao thông thông suốt, giảm số lượng chuyến đi, tránh số chuyến đi không cần thiết.
3.3. So sánh các kịch bản
Khi so sánh, kịch bản 2 tốt hơn kịch bản 1 trên hầu hết các tiêu chí đánh giá (Bảng 3). Về kỹ thuật vận tải, kịch bản 1 cho thấy lưu lượng xe đường bộ giảm và khả năng thông hành cải thiện: V/C các tuyến chính thấp hơn hoặc tương đương kịch bản 1, cho phép hệ thống hoạt động ổn định hơn. Mức độ phục vụ (LOS) trên các trục chính trong kịch bản 2 duy trì ở mức C hoặc B, tương đương hoặc cao hơn so với kịch bản 1.
Bảng 3. So sánh hai kịch bản
Trong kịch bản 1, khi hệ thống giao thông và không gian đô thị phát triển theo quán tính hiện trạng, thiếu sự hỗ trợ của các công cụ quản lý thông minh và tích hợp sử dụng đất, xu hướng gia tăng phương tiện cá nhân tiếp tục chiếm ưu thế. Điều này tiềm ẩn nguy cơ làm gia tăng ô nhiễm không khí, tiêu tốn năng lượng và kéo theo nhu cầu đầu tư hạ tầng giao thông lớn, gây áp lực lên ngân sách và phát triển đô thị bền vững của TP.HCM.
Về tính bền vững, mô hình ứng dụng công nghệ số trong quản lý giao thông tích hợp sử dụng đất góp phần kiểm soát xu hướng phát triển đô thị lan tỏa thông qua việc tối ưu hóa phân bố nhu cầu đi lại và sử dụng hiệu quả hạ tầng giao thông hiện hữu. Nhờ đó, mô hình giúp giảm sự phụ thuộc vào phương tiện cá nhân, hạn chế tiêu thụ năng lượng và phát thải khí ô nhiễm, đồng thời nâng cao hiệu quả khai thác hệ thống giao thông đô thị.
3.4. Giải pháp quản lý giao thông đô thị thông minh TP.HCM thích ứng BĐKH
Xây dựng nền tảng dữ liệu giao thông đô thị tích hợp, kết nối dữ liệu đa nguồn bao gồm lưu lượng, tốc độ, hệ số sử dụng năng lực thông hành (V/C), tình trạng sự cố giao thông, dữ liệu mưa, triều và các điểm ngập, đồng thời gắn kết với thông tin sử dụng đất như dân số, việc làm và chức năng đô thị.
Việc tích hợp dữ liệu cho phép phản ánh đầy đủ mối quan hệ tương tác giữa giao thông và không gian đô thị, tạo cơ sở cho công tác phân tích, dự báo và hỗ trợ ra quyết định trong điều kiện biến đổi khí hậu.
Thông qua việc mô phỏng các tình huống mưa lớn, ngập cục bộ hoặc gián đoạn lưu thông, hệ thống có thể xác định các đoạn tuyến và nút giao nhạy cảm, từ đó xây dựng các kịch bản điều hành giao thông linh hoạt và chủ động. Các kịch bản này cho phép triển khai các biện pháp phân luồng, điều tiết giao thông hoặc hạn chế lưu thông cục bộ nhằm giảm thiểu ùn tắc và đảm bảo khả năng tiếp cận trong các tình huống khẩn cấp.
Ứng dụng các hệ thống điều khiển giao thông thông minh, điều khiển tín hiệu giao thông thích ứng nhằm nâng cao khả năng vận hành của mạng lưới giao thông trong điều kiện thời tiết bất lợi. Hệ thống tín hiệu có thể tự động điều chỉnh chu kỳ và pha đèn dựa trên lưu lượng thực tế, tốc độ dòng xe và mức độ ngập, qua đó giảm thời gian trễ và duy trì mức độ phục vụ chấp nhận được cho các hướng lưu thông chính.
Quản lý giao thông đô thị thông minh thích ứng BĐKH cần gắn với các biện pháp quản lý nhu cầu giao thông và định hướng sử dụng đất hợp lý. Việc kiểm soát phát triển đô thị lan tỏa, điều tiết mật độ xây dựng và phân bố chức năng đô thị phù hợp với năng lực hạ tầng giao thông giúp giảm khoảng cách đi lại và hạn chế sự phụ thuộc vào phương tiện cá nhân.
Đồng thời, ưu tiên phát triển và nâng cao chất lượng vận tải hành khách công cộng, kết hợp với các hình thức giao thông xanh và phi cơ giới, góp phần giảm phát thải khí nhà kính và tăng tính bền vững của hệ thống giao thông đô thị.
4. Kết luận
Nghiên cứu đã phân tích bối cảnh và những thách thức đặt ra đối với hệ thống giao thông đô thị TP.HCM trong điều kiện đô thị hóa nhanh và tác động ngày càng gia tăng của biến đổi khí hậu. Trên cơ sở đó, bài báo đã đề xuất và ứng dụng mô hình quản lý giao thông đô thị dựa trên công nghệ số, tích hợp giao thông và sử dụng đất. Việc áp dụng mô hình dự báo nhu cầu giao thông kết hợp mô phỏng mạng lưới cho phép đánh giá định lượng tác động của các kịch bản quản lý giao thông khác nhau đến hiệu quả vận hành hệ thống. Kết quả so sánh cho thấy kịch bản ứng dụng công nghệ số và quản lý tích hợp sử dụng đất giúp cải thiện hệ số V/C trên các trục giao thông chính và giảm nguy cơ ùn tắc trong bối cảnh nhu cầu đi lại tiếp tục gia tăng.
Mô hình quản lý giao thông đô thị thông minh dựa trên công nghệ số và tích hợp sử dụng đất là hướng tiếp cận phù hợp đối với TP.HCM trong giai đoạn tới. Mô hình hỗ trợ công tác quản lý và điều hành giao thông hiệu quả, góp phần thúc đẩy phát triển đô thị bền vững và nâng cao khả năng thích ứng với BĐKH.
* Tiêu đề do Tòa soạn đặt - Mời xem file PDF tại đây
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Sở Giao thông vận tải TP.HCM, Báo cáo tình hình hạ tầng giao thông TP.HCM, pp. 1-3, Oct. 2022.
[2] Trung tâm Quản lý Giao thông công cộng, Báo cáo kết quả hoạt động giai đoạn 2020-2024, 2025.
[3] M. G. McNally, “The four-step model,” 2000.
[4] UBND TP.HCM, Quy hoạch Thành phố Hồ Chí Minh thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050, 2025.
[5] Trung tâm Quản lý Hạ tầng giao thông, Số liệu mô hình dự báo nhu cầu giao thông trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2020.
[6] G. Emberger, “Urban transport in Ho Chi Minh City, Vietnam,” in Urban Transport in Ho Chi Minh City, Springer, 2016, pp. 175-191, doi: 10.1007/978-3-319-04615-0_10.
[7] J.-X. Zhu, Q.-Y. Luo, and X.-Y. Guan, “A traffic assignment approach for multimodal transportation networks considering capacity constraints and route correlations,” IEEE Access, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3.
[8] Bộ Khoa học và Công nghệ, TCVN 13592:2022 - Đường đô thị: Yêu cầu thiết kế, 2022.
