Nhiệm vụ: Ứng dụng viễn thám xác định hiện trạng phân bố mảng xanh đô thị tại thành phố Nha Trang, làm cơ sở cho việc đánh giá và dự báo biến động của chúng theo thời gian và không gian
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay dân số không ngừng gia tăng khiến cho các thành phố trên thế giới ngày càng trở nên chật chội và ô nhiễm, theo ước tính tốc độ đô thị hóa toàn cầu tiếp tục gia tăng và dự báo sẽ có hơn 5 tỷ người sinh sống tại các thành phố trên thế giới vào năm 2030 (Liu et al., 2016; Wolch et al., 2014) Theo đó, tốc độ đô thị hóa ở Việt Nam hiện cũng đang tăng lên một cách nhanh chóng Tỷ lệ dân số đô thị đã tăng từ 19,3% (năm 1986) lên 29,9% (năm 2010) và dự báo đến năm 2020 là 43 - 45% (Phạm Ngọc Đăng, 2009) Sự đô thị hóa “nóng” nhưng lại thiếu đồng bộ về cơ sở hạ tầng đã dẫn đến chất lượng môi trường một số đô thị vừa và lớn đã và đang bị suy giảm (Phạm Ngọc Đăng, 2009) Quản lý môi trường khu vực đô thị do đó cũng ngày càng trở thành một vấn đề bức thiết Thống kê của Cục Phát triển hạ tầng (Bộ
Xây dựng) cho thấy, tính đến năm 2016, cả nước đã có 802 đô thị và hơn 10.000 điểm dân cư nông thôn So với năm 1998, tỷ lệ đô thị hóa tăng từ 20% lên mức 36,6% vào năm 2016 (Hương Ly, 2017; Trang Ngọc Mai, 2017) Diện tích đất đô thị đã tăng từ 630 km 2 vào năm 1998 lên mức hơn 41.700 km 2 vào năm 2016 Theo báo cáo từ những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa trên địa bàn thành phố Nha Trang cũng diễn ra nhanh chóng với nhiều dự án khu dân cư, khu đô thị mới được hình thành (Hương Ly, 2017; Trang Ngọc Mai, 2017) Những thông tin trên cho thấy, tốc độ đô thị hóa của nước ta đang diễn biến rất nhanh, thậm chí vượt xa so với dự báo
Trong bối cảnh phát triển đô thị nhanh chóng tại Việt Nam nói chung và thành phố Nha Trang nói riêng, việc yêu cầu quản lý cây xanh và quản lý không gian xanh đô thị nhằm cải thiện chất lượng môi trường và điều kiện sống của người dân ngày càng trở nên cấp thiết
Theo bộ tiêu chí bền vững của Vương Quốc Anh, không gian xanh đô thị là một trong các chỉ thị về chất lượng cuộc sống cho dân cư (trích theo Phạm Ngọc Tuấn, 2015) Theo định nghĩa từ các nhà đô thị học, không gian xanh đô thị là phần diện tích được phủ xanh (chủ yếu là thực vật) trên mặt đất tại các đô thị và nó được xem là một nhân tố quan trọng trong phát triển bền vững đô thị (Haq & Shah Md Atiqul, 2015) Định nghĩa trên cho thấy, không gian xanh đô thị là một phần quan trọng của hệ sinh thái đô thị và đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của đô thị Các nghiên cứu chỉ ra rằng không gian xanh đô thị có ba chức năng chính như sau: Thứ nhất, chúng là một nhân tố quan trọng của mạng lưới sinh thái
Thứ hai, không gian xanh đô thị có chức năng như hành lang cho không khí lưu thông và giúp không khí trong lành, các khu vực có càng nhiều không gian xanh thì có chất lượng không khí càng tốt Thứ ba, không gian xanh cải thiện chất lượng sống cho người dân và cung cấp hình ảnh tổng thể đẹp hơn cho thành phố Nhìn chung, không gian xanh là dấu hiệu để nhận dạng cho chất lượng môi trường và chất lượng cuộc sống của người dân (Hofmann et al., 2011; Liu et al., 2016)
Hiện nay, có hai phương pháp chính để đánh giá và định lượng không gian xanh đô thị Phương pháp “truyền thống” đánh giá chất lượng không gian xanh đô thị qua nhận thức và tự cảm nhận của người dân bằng các bảng câu hỏi và định lượng chúng bằng khảo sát thực địa Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian đi khảo sát và kết quả đánh giá mang tính chủ quan vì nhận thức về không gian xanh của mỗi người sẽ khác nhau Phương pháp thứ hai sử dụng hệ thống quan trắc trái đất bằng các vệ tinh, phương pháp này đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong việc nghiên cứu và quản lý hiện trạng sử dụng đất cũng như độ bao phủ của không gian xanh trong đô thị (Liu et al., 2016) Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ viễn thám, đặc biệt là cải tiến quá trình xử lý ảnh viễn thám, nhiều thành phố trên thế giới đã áp dụng công nghệ viễn thám để khai thác thông tin về thực phủ nhằm xác định không gian xanh đô thị và tối ưu hóa cấu trúc không gian xanh của thành phố (Yao & Song, 2002)
Trước tình hình phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt là tốc độ đô thị hóa nhanh chóng tại thành phố Nha Trang, việc quản lý không gian xanh đô thị nhằm phục vụ mục tiêu phát triển bền vững của thành phố là lý do để thực hiện đề tài: “Ứng dụng viễn thám đánh giá không gian xanh đô thị cho thành phố biển Nha Trang”
Mục tiêu nghiên cư ́ u
Ứng dụng viễn thám xác định hiện trạng phân bố mảng xanh đô thị tại thành phố Nha Trang, làm cơ sở cho việc đánh giá và dự báo biến động của chúng theo thời gian và không gian, từ đó đề xuất các biện pháp quản lý thích hợp với mục tiêu đô thị hóa của thành phố.
Nội dung nghiên cư ́ u
1 Tổng quan về công nghệ viễn thám giám sát không gian xanh đô thị và các vấn đề khác trong quá trình đô thị hóa; điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội thành phố Nha Trang; thực trạng mảng xanh đô thị tại một số thành phố
2 Xác định phân bố không gian và định lượng hiện trạng phân bố không gian xanh đô thị trên cơ sở tư liệu viễn thám trong các năm 2007 và năm 2017, từ đó xây dựng bản đồ phân bố lớp phủ tại các năm tương ứng
3 Đánh giá xu thế và xây dựng bản đồ biến động không gian xanh đô thị theo thời gian và không gian tại thành phố Nha Trang, qua đó xác định các nguyên nhân gây ra biến động của chúng Từ đó dự báo diện tích không gian xanh đô thị tại thành phố Nha Trang đến năm 2027 bằng chuỗi Markov
4 Đánh giá không gian xanh đô thị tại thành phố Nha Trang thông qua chỉ số không gian xanh trên đầu người tại thời điểm năm 2017
5 Đề xuất các giải pháp bảo vệ và nâng cao diện tích không gian xanh đô thị cho thành phố biển Nha Trang.
Ý nghĩa khoa ho ̣c và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Hiện nay, một số thành phố trên thế giới đã ứng dụng thành công dữ liệu viễn thám để giám sát và quản lý mảng xanh trong vùng đô thị Ở nước ta công nghệ viễn thám mặc dù đã được phát triển từ những năm 90 nhưng những công trình nghiên cứu về vấn đề không gian xanh đô thị vẫn còn rất hạn chế và rời rạc Đặc biệt là hiện nay chưa có bất kì công trình nghiên cứu và đánh giá về mảng xanh đô thị tại thành phố Nha Trang Do đó, việc sử dụng tư liệu viễn thám để đánh giá biến động mảng xanh đô thị theo thời gian và không gian sẽ cung cấp những cơ sở khoa học ban đầu cho việc ứng dụng giải đoán ảnh viễn thám để thành lập bản đồ phân bố mảng xanh đô thị, hỗ trợ quá trình ra quyết định trong công tác quản lý mảng xanh đô thị tại thời điểm hiện tại và tương lai
Hiện nay diện tích mảng xanh đô thị tại thành phố Nha Trang đang chịu sức ép lớn từ các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt là quá trình đô thị hóa Việc ứng dụng tư liệu viễn thám nhằm mục đích theo dõi hiện trạng, đánh giá biến động và ứng phó với sự thay đổi không gian xanh đô thị là một vấn đề có ý nghĩa thực tiễn Do đó, kết quả của đề tài sẽ góp phần phục vụ công tác quản lý, bảo vệ và tăng cường diện tích không gian xanh đô thị phục vụ quá trình phát triển bền vững thành phố Nha Trang.
Bố cục của báo cáo
Bố cục của bài luận văn gồm 5 phần, được phân chia theo thứ tự sau:
Mở đầu Chương 1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Chương 2 Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu Chương 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận
TỔNG QUAN VỀ LỚP PHỦ MẶT ĐẤT VÀ MẢNG XANH ĐÔ THỊ
Lớp phủ mặt đất là lớp phủ vật chất quan sát được khi nhìn từ mặt đất hoặc thông qua vệ tinh viễn thám, bao gồm thực vật (mọc tự nhiên hoặc do con người trồng), nước, băng, đá, các dải cát và các cơ sở do con người xây dựng (nhà cửa, đường sá, cầu cống) nằm bao phủ trên mặt đất Từ đó có thể thấy rằng, lớp phủ mặt đất là trạng thái vật chất của bề mặt trái đất, là sự kết hợp của nhiều thành phần như thực phủ, thổ nhưỡng, đá gốc và mặt nước chịu sự tác động của các nhân tố tự nhiên như nắng, gió, mưa bão và nhân tạo như khai thác đất để trồng trọt, xây dựng nhà cửa, công trình phục vụ cuộc sống của con người (Vũ Ngọc Thủy, 2010)
Hiện nay, các định nghĩa về mảng xanh đô thị vẫn còn mới và khác biệt giữa các tài liệu Theo sự thống nhất giữa các nhà sinh thái học, kinh tế học, khoa học xã hội và quy hoạch học, mảng xanh đô thị là không gian riêng tư hoặc công cộng nằm trong khu vực đô thị và được che phủ bởi thực vật (Etingoff & Kimberly, 2015)
Theo tác giả Ségur, mảng xanh là phần diện tích được phủ xanh (bằng cây, cỏ) trên mặt đất, bao gồm tất cả các diện tích từ lớn đến nhỏ (vài mét vuông) đều được tính vào không gian xanh (PADDI, 2011) Như vậy có thể hiểu đơn giản rằng, lớp phủ thực vật là toàn bộ thảm thực vật xuất hiện trên mặt đất bao gồm thực vật mọc tự nhiên và thực vật được trồng do con người
Khi nghiên cứu mảng xanh đô thị, các nhà nghiên cứu từ các chuyên ngành khác nhau sẽ đi theo nhiều hướng khác nhau (Trần Hiếu Nhuệ, 2011):
Các chuyên gia nghiên cứu lâm nghiệp đi theo hướng lâm nghiệp, theo đó, lâm nghiệp đô thị là trồng, tạo lập, bảo vệ và quản trị cây xanh và các thực vật kết hợp dưới dạng cá thể, nhóm nhỏ hay dưới hoàn cảnh rừng trong các thành phố, ngoại ô của thành phố và nông thôn ngoại thành Theo định nghĩa này thì phạm vi và chức năng hoạt động của lâm nghiệp đô thị khá rộng liên quan đến nhiều lĩnh vực: lâm nghiệp, nông nghiệp, bảo vệ môi trường, kiến trúc, dịch vụ và thương mại
Các chuyên gia nghiên cứu về kiến trúc cảnh quan thì đi theo hướng như kiến trúc xanh, cảnh quan xanh
Các chuyên gia quy hoạch đô thị thì đi theo hướng quy hoạch không gian cây xanh
Các chuyên gia quản lý đô thị thì đi theo hướng quản lý cây xanh đô thị
Các chuyên gia môi trường thì đi theo hướng cây xanh với chống ô nhiễm và bảo vệ môi trường, cây xanh trong hệ sinh thái đô thị, … Đối với quy hoạch xây dựng đô thị Việt Nam, vấn đề cây xanh đô thị đã được phân loại dựa vào nhiều loại tiêu chuẩn/quy chuẩn Theo TCVN 9257:2012/BXD (Bộ Xây Dựng, 2012), cây xanh sử dụng công cộng đô thị là các loại cây xanh được trồng trên đường phố (gồm cây bóng mát, cây trang trí, dây leo, cây mọc tự nhiên, thảm cỏ trồng trên hè phố, dải phân cách, đảo giao thông); cây xanh trong công viên, vườn hoa; cây xanh và thảm có tại quảng trường và các khu vực công cộng khác trong đô thị, chúng được chia thành 3 nhóm chính:
Cây xanh công viên: Khu cây xanh được trồng tập trung trong một diện tích đất lớn phục vụ cho mục tiêu sinh hoạt ngoài trời cho người dân đô thị vui chơi giải trí, triển khai các hoạt động văn hóa quần chúng, tiếp xúc với thiên nhiên, nâng cao đời sống vật chất và tinh thần…
Cây xanh vườn hoa: Diện tích cây xanh chủ yếu để người đi bộ đến dạo chơi và nghỉ ngơi trong một thời gian ngắn Có diện tích vườn hoa không lớn Nội dung chủ yếu gồm hoa, lá, cỏ, cây và các công trình xây dựng tương đối đơn giản
Cây xanh đường phố: Thường bao gồm bulơva, dải cây xanh ven đường đi bộ (vỉa hè), dải cây xanh trang trí, dải cây xanh ngăn cách giữa các đường, hướng giao thông…
1.1.2 Lợi ích của không gian xanh đô thị
1.1.2.1 Lợi ích về môi trường – sinh thái Ô nhiễm không khí và tiếng ồn là những vấn nạn phổ biến ở các khu đô thị
Sự hiện diện của các phương tiện giao thông trong khu vực đô thị tạo ra tiếng ồn và chất gây ô nhiễm không khí như CO, CO2…; sự phát thải từ các nhà máy các loại khí ô nhiễm như SO2, NOx gây độc hại đến người dân và môi trường Tuy nhiên những mảng xanh trong đô thị có thể giảm trực tiếp hàm lượng các chất gây ô nhiễm không khí thông qua quá trình sinh trưởng Các nghiên cứu chỉ ra rằng trong công viên, 85% khí ô nhiễm trong không khí có thể được lọc bởi hệ thực vật Chưa hết, mảng xanh còn có chức năng lọc bụi trong khí quyển, không khí chứa bụi khi thổi qua các hàng cây xanh thì các hạt bụi sẽ bám vào mặt lá cây do lực ma sát và trọng lượng của bản thân hạt bụi Các luồng không khí thổi qua tán lá cây sẽ bị lực cản làm cho tốc độ của luồng không khí giảm và loãng đi Do đó một phần hạt bụi sẽ ngưng đọng trên lá cây, vì vậy có thể nói cây xanh có tác dụng lọc sạch bụi trong không khí Bên cạnh đó, các dãy cây xanh trồng dọc đường phố, dọc theo khuôn viên các nhà máy của khu công nghiệp còn có tác dụng làm giảm sự nhiễu động của không khí trên đường đi, do đó sẽ giảm bớt được tình trạng bụi từ mặt đường phố bay vào khu khu dân cư, các hộ dân Theo ước tính những mảng xanh đô thị có thể làm giảm hàm lượng khói bụi đến 6% (Etingoff & Kimberly, 2015; Trần Hiếu Nhuệ, 2011)
Ngoài việc giảm hàm lượng chất ô nhiễm và bụi trong khí quyển, cây xanh còn có tác dụng giảm tiếng ồn Theo các nghiên cứu, ô nhiễm tiếng ồn từ phương tiện giao thông và các nguồn khác có thể gây căng thẳng và tạo ra vấn đề sức khoẻ cho người dân ở khu vực thành thị Tổng thiệt hại gây ra bởi tiếng ồn đã được ước tính trong khoảng 0,2% - 2% tổng sản phẩm quốc nội của Liên minh châu Âu Tuy nhiên, không gian xanh đô thị ở các thành phố có thể làm giảm đáng kể mức độ ồn
Sóng âm truyền qua các dải cây xanh sẽ bị suy giảm năng lượng, mức cường độ âm thanh giảm đi nhiều hay ít phụ thuộc vào mật độ lá cây, kiểu lá và kích thước của cây xanh và chiều rộng của dải đất trồng cây Các dải cây xanh sẽ có tác dụng làm phản xạ âm, do đó làm giảm mức ồn trong khuôn viên khu dân cư Các kết quả nghiên cứu được tổng hợp từ tác giả Trần Hiếu Nhuệ cho thấy: Tùy thuộc vào mật độ nhà, nếu tán phủ của cây chiếm 10% có thể làm giảm tốc độ của gió từ 10 –
20% Diện tích vành đai cây xanh rộng 29 m 2 , cao 12 m có thể làm giảm tiếng ồn trên đường cao tốc từ 6 – 10 decibels (Etingoff & Kimberly, 2015; Trần Hiếu Nhuệ, 2011)
Mảng xanh đô thị cung cấp các dịch vụ của hệ sinh thái cho các thành phố, từ việc kiểm soát khí hậu cho đến việc duy trì đa dạng sinh học đô thị: cây xanh bảo đảm nơi sống cho động vật trên cạn và các loài thủy sinh, cây xanh còn có thể cung cấp thực phẩm, nước, lớp phủ cho các loài chim, bò sát, động vật trên cạn… Các kết quả nghiên cứu cho thấy cây xanh ven đường có thể làm giảm sức nóng của mặt đường trung bình từ 6 -8 0 C và nhiệt độ không khí tại các vườn cây thường thấp hơn các khu vực trống trải từ 2 – 3 0 C (Etingoff & Kimberly, 2015)
1.1.2.2 Tạo mỹ quan đô thị và nâng cao chất lượng sống
Mảng xanh đô thị giúp tạo thẩm mỹ, cảnh quan môi trường trong khuôn viên đô thị và tạo cảm giác êm dịu về màu sắc cho môi trường khu vực
Những người tiếp xúc với môi trường tự nhiên, mức căng thẳng giảm nhanh so với những người tiếp xúc với môi trường đô thị Trong cùng một bài đánh giá, bệnh nhân trong bệnh viện có phòng bệnh đối mặt với công viên đã hồi phục nhanh hơn 10% và nhu cầu sử dụng thuốc giảm đau giảm hơn 50% so với bệnh nhân có phòng bệnh đối diện với bức tường xây dựng Đây là một dấu hiệu cho thấy không gian xanh đô thị có thể làm tăng thể chất và tâm lý cho người dân đô thị Trong một nghiên cứu khác được thực hiện tại các thành phố ở Thụy Điển cho thấy người dân khi ở ngoài trời trong không gian xanh đô thị thì ít bị ảnh hưởng bởi “stress” Như vậy, việc cải thiện chất lượng không khí bởi mảng xanh đô thị có tác động tích cực đến sức khoẻ, thể chất với những lợi ích rõ ràng như giảm các bệnh về đường hô hấp Do đó ta thấy rằng sự kết nối giữa con người và thiên nhiên rất quan trọng đối với sự hưởng thụ cuộc sống hàng ngày, năng suất lao động và sức khoẻ tinh thần của con người (Etingoff & Kimberly, 2015)
1.1.2.3 Lợi ích về mặt kinh tế
Sử dụng thảm thực vật để giảm chi phí năng lượng để làm mát không khí thay cho điều hòa trong các tòa nhà ngày càng được sử dụng rộng rãi, đây là một lý do hữu hiệu để tăng diện tích mảng xanh ở các thành phố Nguyên nhân là do thực vật có khả năng cải thiện lưu thông không khí, cung cấp bóng mát giúp giảm nhiệt độ không khí Một công viên với kích thước 1,2 km x 1,0 km có thể điều hòa nhiệt độ không khí giữa công viên và thành phố xung quanh với bán kính lên đến 4 km Một nghiên cứu ở Chicago đã chỉ ra rằng việc gia tăng độ che phủ của thành phố lên 10% có thể làm giảm tổng năng lượng để sưởi ấm và làm lạnh xuống 5 đến 10%
TỔNG QUAN VỀ VIỄN THÁM VÀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀO QUẢN LÝ MẢNG XANH ĐÔ THỊ
1.2.1 Tổng quan về công nghệ viễn thám
Viễn thám được định nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương pháp thu nhận, đo lường và phân tích thông tin của đối tượng (vật thể) mà không có những tiếp xúc trực tiếp của chúng Từ đó cho thấy viễn thám là khoa học nghiên cứu các phương pháp thu nhận, đo lường và phân tích thông tin của vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng (Lê Văn Trung, 2012)
Do các tính chất của vật thể (nhà, đất, cây, nước…) có thể được xác định thông qua năng lượng bức xạ hay phản xạ từ vật thể nên viễn thám là một công nghệ nhằm xác định và nhận biết đối tượng hoặc các điều kiện môi trường thông qua những đặc trưng riêng về sự phản xạ và bức xạ (Lê Văn Trung, 2012)
Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu về đặc tính của đối tượng Ảnh viễn thám sẽ cung cấp thông tin về các vật thể tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng đã xác định Đo lường và phân tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích về từng loại lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể (Hình 1.1) (Lê Văn Trung, 2012)
Một thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ từ vật thể được gọi là bộ cảm biến (theo từng bước sóng cụ thể), nó có thể là các máy chụp ảnh hoặc máy quét Năng lượng sóng điện từ sau khi tới được bộ cảm biến được chuyển thành tín hiệu số (chuyển đổi tín hiệu điện thành một số nguyên hữu hạn gọi là giá trị của pixel) tương ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng do bộ cảm biến nhận được trong dải phổ đã xác định (Lê Văn Trung, 2012)
Phương tiện mang các cảm biến gọi là vật mang, nó có thể là máy bay, khinh khí cầu, tàu con thoi hoặc vệ tinh,… Trong đó, vệ tinh và máy bay là những vật mang cơ bản thường được sử dụng trong viễn thám Các vật mang này có nhiệm vụ đưa các bộ cảm biến đến độ cao và vị trí mong muốn sao cho việc thu nhận thông tin từ mặt đất đạt hiệu quả cao nhất, đáp ứng cho nhiều mục đích khác nhau (Lê Văn Trung, 2012)
Hình 1.1 Nguyên lý thu nhận dữ liệu viễn thám
Toàn bộ quá trình thu nhận và xử lý ảnh viễn thám có thể chia thành 5 thành phần sau (Nguyễn Khắc Thời và cộng sự., 2011):
Nguồn cung cấp năng lượng
Sự tương tác của năng lượng với khí quyển
Sự tương tác với vật thể trên mặt đất
Chuyển đổi năng lượng phản xạ từ vật thể thành dữ liệu ảnh
Hiển thị ảnh số cho việc giải đoán và xử lý
Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua môi trường khí quyển sẽ bị các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tùy thuộc vào từng bước sóng cụ thể Trong viễn thám người ta thường quan tâm đến khả năng truyền sóng điện từ trong khí quyển, vì các hiện tượng và cơ chế tương tác giữa sóng điện từ với khí quyển sẽ có tác động mạnh đến thông tin do bộ cảm biến thu nhận được Khí quyển có đặc điểm quan trọng đó là tương tác khác nhau đối với bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau (Nguyễn Khắc Thời và cộng sự., 2011) Cơ chế tương tác giữa sóng từ và khí quyển cũng như việc lựa chọn phổ điện từ để sử dụng cho mục đích sử dụng ảnh viễn thám được trình bày chi tiết trong Bảng 1.1 sau:
Bảng 1.1 Đặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám
Dải phổ điện từ Bước sóng Đặc điểm
Hấp thụ mạnh bởi lớp khí quyển ở tầng cao (tầng ôzôn), không thể thu nhận năng lượng do dải sóng này cung cấp nhưng hiện tượng này lại bảo vệ con người tránh tác động của tia cực tím
Rất ít bị hấp thụ bởi ô xy, hơi nước và năng lượng phản xạ cực đại ứng với bước sóng 0,5 àm trong khớ quyển Năng lượng do dải súng này cung cấp giữ vai trò trong viễn thám
Cận hồng ngoại Hồng ngoại trung
Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các bước súng cận hồng ngoại từ 0,77 – 0,90 àm Sử dụng trong chụp ảnh hồng ngoại theo dõi biến đổi thực vật từ 1,55 – 2,40 àm
Một số vùng bị hơi nước hấp thụ mạnh, dải sóng này giữ vai trò quan trọng trong phát hiện cháy rừng và hoạt động núi lửa Bức xạ nhiệt của trái đất của năng lượng cao nhất tại bước súng 10 àm
Vô tuyến (rada) 1 mm – 30 cm
Khí quyển không hấp thụ mạnh năng lượng các bước sóng lớn hơn 2 cm, cho phép thu nhận năng lượng cả ngày lẫn đêm, không bị ảnh hưởng bởi mây, sương mù hay mưa
1.2.1.3 Phân loại viễn thám và ảnh viễn thám
Hiện nay, người ta dựa vào 3 đặc điểm sau để phân loại viễn thám, bao gồm:
(a) phân loại theo giải sóng thu nhận, (b) theo nguồn tín hiệu và (c) theo đặc điểm quỹ đạo (Lê Văn Trung, 2012; Nguyễn Khắc Thời và cộng sự., 2011; Nguyễn Ngọc Thạch, 2005) a) Phân loại theo giải sóng thu nhận, gồm 3 loại sau (Hình 1.2):
Nguồn: (Nguyễn Khắc Thời và cộng sự., 2011)
Hình 1.2 Ba loại viễn thám cơ bản tương ứng với phạm vi bước sóng
Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại phản xạ: sử dụng năng lượng mặt trời là nguồn là nguồn năng lượng chính Ảnh viễn thám nhận được dựa vào quá trình đo lường năng lượng vùng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại được phản xạ từ vật thể và bề mặt trái đất Ảnh thu được bởi kỹ thuật này được gọi là ảnh quang học
Viễn thám hồng ngoại nhiệt: nguồn năng lượng chính sử dụng là bức xạ nhiệt do chính vật thể sản sinh ra Ở nhiệt độ bình thường, hầu như mỗi vật thể đều có khả năng tự phát ra một bức xạ Ảnh thu được từ kỹ thuật viễn thám này gọi là ảnh nhiệt
Viễn thám siêu cao tần: nguồn năng lượng chính là sóng rada phản xạ từ các vật thể do vệ tinh tự phát xuống theo những bước sóng đã được xác định Ảnh thu được từ kỹ thuật viễn thám này được gọi là ảnh rada b) Phân loại theo nguồn tín hiệu, dựa vào nguồn của tia tới, gồm 2 loại sau
TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHỐ NHA TRANG
Thành phố Nha Trang nằm ở vị trí trung tâm tỉnh Khánh Hòa, có tọa độ địa lý từ 12 o 8’33’’ đến 12 o 25’18’’ vĩ độ Bắc và từ 109 o 07’16’’ đến 109 o 14’30’’ độ kinh Đông Phía bắc giáp thị xã Ninh Hòa, phía nam giáp huyện Cam Lâm, phía tây giáp huyện Diên Khánh và phía đông giáp với Biển Đông (Hình 1.5) (UBND thành phố Nha Trang, 2013)
Hình 1.5 Vị trí địa lý thành phố Nha Trang
“Nguồn: nhatrang.khanhhoa.gov.vn”
Theo báo cáo của Ủy ban dân nhân thành phố, Nha Trang có tổng diện tích đất tự nhiên là 252,6 km 2 (số liệu 27/12/2013) Nha Trang là một thành phố ven biển và là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, khoa học kỹ thuật và du lịch của tỉnh Khánh Hòa, Việt Nam Trước khi trở thành phần đất của Việt Nam, Nha Trang thuộc về Chiêm Thành Các di tích của người Chăm vẫn còn tại nhiều nơi ở Nha Trang Nha Trang được mệnh danh là hòn ngọc của biển Đông vì giá trị thiên nhiên, sắc đẹp cũng như khí hậu của nó Nha Trang có nhiều lợi thế về địa lý, thuận tiện về đường bộ, đường sắt, đường hàng không, đường biển trong nước và quốc tế, là cửa ngõ
Nam Trung Bộ và Tây Nguyên nên Nha Trang có nhiều điều kiện mở rộng quan hệ giao lưu và phát triển Nha Trang cách thủ đô Hà Nội 1.280km, cách thành phố Hồ Chí Minh 448km, cố đô Huế 630km, Phan Rang 105km, Phan Thiết 260km, Cần Thơ 620km Nha Trang có nhiều trường đại học, học viện, viện nghiên cứu, các trường cao đẳng, trường dạy nghề, các trung tâm triển khai các tiến bộ kỹ thuật chuyên ngành tương đối đồng bộ Chính vì vậy, thành phố Nha Trang đã trở thành một trung tâm đào tạo nguồn nhân lực có chất lượng của tỉnh Khánh hòa và của vùng Nam Trung Bộ (UBND thành phố Nha Trang, 2013)
Thành phố Nha Trang có địa hình tương đối phức tạp với độ cao trải dài từ 0 đến 900 m so với mặt nước biển Hiện nay, thành phố được chia thành 3 vùng địa hình chính (UBND thành phố Nha Trang, 2013):
Vùng đồng bằng duyên hải và ven sông Cái có diện tích khoảng 81,3km², chiếm 32,33% diện tích toàn thành phố
Vùng chuyển tiếp là các đồi thấp có độ dốc từ 30 đến 150m chủ yếu nằm ở phía tây và đông nam hoặc trên các đảo nhỏ chiếm 36,24% diện tích
Vùng núi có địa hình dốc trên 150m phân bố ở hai đầu bắc - nam thành phố, trên đảo Hòn Tre và một số đảo đá chiếm 31,43% diện tích toàn thành phố
Theo báo cáo của thành phố Nha Trang năm 2013, khí hâ ̣u Nha Trang có những đặc điểm sau (UBND thành phố Nha Trang, 2013):
Vừa chịu sự chi phối của khí hậu nhiệt đới gió mùa, vừa mang tính chất của khí hậu đại dương nên khí hậu tại thành phố Nha Trang tương đối ôn hòa Nhiệt độ không khí cao quanh năm (khoảng 25 đến 26 0 C), biên độ nhiệt không quá cao (từ 4 đến 5 0 C)
Một năm gồm 2 mùa rõ ràng là mùa mưa và mùa khô Mùa khô thường nắng nóng kéo dài và ít bị ảnh hưởng của bão Mùa mưa ngắn, tập trung chủ yếu vào tháng 10, 11 và chiếm trên 50% lượng mưa cả năm Lượng mưa trung bình là 2.575 mm/năm, được xếp vào loại cao nhất Việt Nam
Thành phố có nhiều hệ thống sông suối, nhưng chủ yếu tập trung ở 2 hệ thống sông chính là sông Cái Nha Trang và sông Quán Trường (UBND thành phố Nha Trang, 2013):
Sông Cái Nha Trang có chiều dài khoảng 75 km và có diện tích lưu vực là
1.904 km² Lưu lượng nước cả năm của dòng sông ước tính khoảng 1,79 km 3 , tương ứng với độ sâu dòng chảy là 940 mm, môđun dòng chảy là 29,8 l/s.km² Mùa lũ của dòng sông Cái Nha Trang kéo dài từ tháng 10 cho đến tháng 12 hằng năm, chiếm khoảng 73% lượng dòng chảy của cả năm, môđun mùa lũ đạt 240 l/s.km² Bên cạnh đó, dòng sông vào mùa cạn rơi vào khoảng thời gian từ tháng 1 đến tháng 9, chỉ chiếm khoảng 27% lượng nước cả năm, môđun dòng chảy mùa cạn đạt từ 10 cho đến 18 l/s km²
Sông Quán Trường là 1 hệ thống sông nhỏ có chiều dài khoảng 15 km Sông gồm 2 nhánh: nhánh phía Đông (nhánh chính) có chiều dài 9 km và nhánh phía Tây (còn gọi là sông Tắc) dài 6 km
Thủy triều vùng biển Nha Trang thuộc dạng nhật triều không đều, biên độ trung bình lớn nhất từ 1,4 - 3,4 m Độ mặn nước biển vịnh Nha Trang biến thiên theo từng mùa trong năm, nhưng giá trị độ mặn chỉ dao động trong khoảng từ 1 - 3,6%
1.3.2 Sơ lược về điều kiện kinh tế - xã hội thành phố Nha Trang
Dân số toàn thành phố đạt 414.573 người (năm 2015), trong đó thành thị chiếm 74,6% và nông thôn chiếm 25,4% Dân cư phân bố không đồng đều, tập trung đông ở các khu vực nội thành, vùng ven biển và ven các trục đường giao thông chính Theo quy hoạch đến năm 2020, dân số thành phố Nha Trang đạt 455.000 người và toàn bộ dân số thành phố sẽ sống tại các vùng đô thị (UBND thành phố Nha Trang, 2013) Thống kê dân số theo từng phường xã được trình bày trong Bảng 1.2
Dân số thành phố Nha Trang tăng đáng kể từ năm 1996 – 2017 với dân số gia tăng
107.207 người Trong đó trong khoảng 8 năm, từ năm 2007 đến 2015, dân số Nha Trang tăng từ 366.647 lên 414.573 người, gia tăng 47.926 người (Hình 1.6)
Cơ cấu kinh tế hầu như không thay đổi từ năm 2011 đến 2013 Theo đó, cơ cấu kinh tế chuyển dịch theo hướng du lịch – dịch vụ, đến công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp - xây dựng và cuối cùng là nông - lâm - thủy sản Cụ thể đến năm 2013, cơ cấu kinh tế hiện nay: Du lịch – dịch vụ chiếm khoảng 63,24%; công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp - xây dựng chiếm 31,4% và nông - lâm - thủy sản chiếm khoảng 5,36% (Hình 1.7)
Hình 1.6 Gia tăng dân số tại Nha Trang từ 1996 – 2015
Nguồn: (UBND thành phố Nha Trang, 2010, 2011, 2012, 2013, 2015)
Hình 1.7 Tỉ lệ cơ cấu kinh tế thành phố Nha Trang
Nguồn: (UBND thành phố Nha Trang, 2010, 2011, 2012, 2013, 2015)
Bảng 1.2 Thống kê dân số các phường xã thành phố Nha Trang năm 2015 (người)
Phường, xã Dân số (người)
Nguồn: (UBND thành phố Nha Trang, 2010, 2011, 2012, 2013, 2015)
Cơ cấu kinh tế (%) Dịch vụ - du lịch
Công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp - xây dựng Nông - lâm - thủy sản
Các hoạt động phát triển kinh tế tại Nha Trang được trình bày chi tiết ở Bảng 1.3 sau:
Bảng 1.3 Tổng hợp tình hình phát triển kinh tế thành phố Nha Trang năm 2013
Nội dung Đơn vị tính Thực hiện năm
2013 1 Sản xuất nông nghiệp a) Trồng trọt
Diện tích trồng lúa ha 1.363
Sản lượng lúa tấn 8.009 b) Chăn nuôi Đàn trâu Con 208 Đàn bò Con 1.761 Đàn heo Con 9.826 Đàn gia cầm 1000 Con 164.052 c) Thủy sản
Hải sản đánh bắt tấn 40.022
Diện tích nuôi trồng thủy sản, trong đó:
Sản lượng tôm thịt thu hoạch
Sản lượng tôm hùm lồng
Sản lượng cá biển ha ha triệu con tấn tấn tấn
2 Sản xuất công nghiệp (Sản phẩm chủ yếu)
Thủy sản đông lạnh tấn 10.254
Quần áo may sẵn 1000 cái 22.842
Ngày khách lưu trú 1000 ngày 5.012
Ngày khách quốc tế lưu trú 1000 ngày 1.477
Khách tham quan du lịch 1000 người 8.452
Nguồn: (Phan Minh Thụ và cộng sự, 2015)
1.3.3 Tổng quan về quy hoa ̣ch thành phố Nha Trang
Với chiến lược phát triển đô thị tầm nhìn dài hạn trong 10-20 năm tới, định hướng phát triển không gian đô thị Nha Trang tập trung vào các quan điểm chủ đạo sau (UBND thà nh phố Nha Trang, 2013):
Triệt để phát huy các lợi thế về điều kiện tự nhiên biển-đảo, địa hình, địa thế sông núi để xây dựng thành phố theo hướng hiện đại, phù hợp với cảnh quan thiên nhiên và điều kiện xã hội
CƠ SỞ KHOA HỌC
Viễn thám được hiểu là một khoa học và nghệ thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện Những phương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc hiện tượng được nghiên cứu (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005)
Viễn thám nghiên cứu đối tượng bằng cách giải đoán và tách lọc thông tin từ dữ liệu ảnh hàng không hoặc ảnh vệ tinh Các dữ liệu dưới dạng ảnh này được thu nhận dựa trên việc ghi nhận năng lượng bức xạ (không ảnh và ảnh vệ tinh) và sóng phản hồi (ảnh radar) phát ra từ vật thể khi khảo sát Năng lượng phổ dưới dạng sóng điện từ, nằm trên các dải phổ khác nhau, cùng cho thông tin về một vật thể từ nhiều góc độ sẽ góp phần giải đoán đối tượng một cách chính xác hơn Thông tin về năng lượng phản xạ của vật thể được ghi nhận bởi ảnh viễn thám, sau đó được giải đoán trực tiếp dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia với sự hỗ trợ của các phần mềm xử lý ảnh (Nguyễn Ngọc Thạch, 2005)
2.1.2 Cơ sở xác định đối tượng dựa trên nguyên lý tổ hợp màu Đánh giá biến động không gian xanh đô thị là đánh giá quá trình biến động bề mặt của lớp phủ thực vật (cây xanh) sang kiểu đối tượng khác (đất trống, đất xây dựng nhà ở, công trình, giao thông hoặc lớp nước…) và ngược lại Phép xử lý ảnh viễn thám thường dựa trên các đặc trưng phổ được ghi nhận trên ảnh Tuy nhiên, các khu đô thị về bản chất là không đồng nhất và một khu đô thị thường bao gồm nhiều kiểu thực phủ khác nhau như đường bêtông, đường nhựa, cây, cỏ, nước, đất trống và các loại vật liệu làm mái nhà… Các kiểu thực phủ này có các đặc trưng bức xạ khác nhau trên ảnh viễn thám Do đó đặc trưng phổ của các đối tượng khác nhau trong khu vực đô thị thường rất khác nhau (Trần Thị Vân, 2011)
Do tính chất không đồng nhất về đặc trưng phổ nên việc phân loại các kiểu lớp phủ đô thị từ dữ liệu viễn thám thường gặp nhiều khó khăn Các pixel hỗn hợp trong các khu đô thị thường bị phân loại nhầm lẫn sang các lớp phủ khác Sự không đồng nhất phổ như vậy rất hạn chế khả năng của kỹ thuật phân loại Do đó, dựa trên nguyên lý tổ hợp màu cơ bản trên ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI và ALOS AVNIR2, tùy thuộc vào đối tượng cần quan tâm mà tác giả sử dụng nhiều tổ hợp màu khác nhau để lựa chọn được tổ hợp màu phù hợp với các đối tượng nhằm nâng cao hiệu quả công tác giải đoán ảnh viễn thám
2.1.3 Cơ sở thống kê và xử lý số liệu
Thống kê là một hệ thống các phương pháp bao gồm thu thập, tổng hợp và trình bày số liệu, tính toán các đặc trưng của đối tượng nghiên cứu nhằm phục vụ cho quá trình phân tích, dự đoán và đề ra các quyết định Thống kê gồm 2 hai lĩnh vực (Hoàng Trọng & Chu Nguyễn Mộng Ngọc, 2008):
Thống kê mô tả bao gồm các phương pháp liên quan đến việc thu thập số liệu, tóm tắt, trình bày, tính toán các đặc trưng khác nhau để phản ánh một cách tổng quát đối tượng nghiên cứu
Thống kê suy diễn bao gồm các phương pháp ước lượng các đặc trưng của tổng thể nghiên cứu, phân tích mối liên hệ giữa các hiện tượng nghiên cứu, dự đoán hoặc đề ra các quyết định trên cơ sở các số liệu thu thập được.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Luận văn được phép kế thừa nguồn số liệu lịch sử các đề tài, các bài báo đã được xuất bản Ngoài ra còn sử dụng thêm các báo cáo của thành phố Nha Trang trong những năm gần đây Ảnh viễn thám sử dụng cho nghiên cứu gồm: Ảnh ALOS AVNIR2 (năm
2007) vớ i đô ̣ phân giải không gian là 10m x 10m và ảnh LANDSAT 8 OLI (năm
2017) vớ i đô ̣ phân giải không gian là 30m x 30m Đă ̣c điểm kênh phổ của các loa ̣i ảnh được trình bày trong Bảng 2.1 và Bảng 2.2
Bảng 2.1 Đă ̣c điểm kênh phổ ả nh Landsat 8
STT Kênh Bước sóng (nm)
10 Thermal Infrared (TIR) 1 10300 – 11300 11 Thermal Infrared (TIR) 2 11500 - 12500
Nguồn: (Cơ quan Đo đạc địa chất Mỹ - USGS, 2017)
Bảng 2.2 Đă ̣c điểm kênh phổ ả nh ALOS AVNIR2
STT Kênh Bước sóng (nm)
Nguồn: (Cơ quan thăm dò hàng không vũ trụ Nhật Bản – JAXA, 2017)
Trong đó, ảnh ALOS AVNIR2 thu vào ngày 17 tháng 7 năm 2007 và được cung cấp từ đề tài: “Những biến đổi theo chu kỳ mùa, chu kỳ năm, chu kỳ nhiều năm về các quá trình vật lý và sinh địa hóa của Biển Đông, Việt Nam, bao gồm cả những thay đổi từ thời kỳ khảo sát chương trình NAGA tới nay”, chủ nhiệm PGS.TS Bùi
Hồng Long Ảnh Landsat 8 OLI được thu ngày 21 tháng 4 năm 2017, tải về miễn phí từ trang web: http://earthexplorer.usgs.gov/
Cả hai cảnh ảnh đều được chụp vào thời điểm ban ngày, rõ ràng và độ che phủ của mây thấp hơn 10%
Quá trình giải đoán ảnh được thực hiện trên phần mềm ENVI, xây dựng bản đồ phân loại thực phủ thực hiện trên ArcGIS và thực hiện các phép tính toán, thống kê, vẽ đồ thị trên ngôn ngữ R và Microsoft Excel
Phương pháp này dùng để tổng hợp thông tin, tài liệu về vấn đề nghiên cứu trong đề tài Các thông tin được thu thập từ các bài báo khoa học, luận văn, sách, đề tài khoa học cũng như từ các nguồn thông tin đáng tin cậy trên mạng Internet và các cơ quan quản lý liên quan Các thông tin và số liệu trong đề tài cần thu thập bao gồm:
Các nghiên cứu trong và ngoài nước về việc ứng dụng viễn thám để quản lý mảng xanh đô thị
Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của thành phố Nha Trang
Hiện trạng về mảng xanh đô thị tại các thành phố trên thế giới và Việt Nam
Thông tin về độ phân giải, số kênh phổ, bước sóng của các ảnh viễn thám đã sử dụng
2.2.3 Phương pháp xử lý ảnh viễn thám và GIS
Dựa trên nguyên lý của việc phân loại các đối tượng khác nhau trong khu vực đô thị, quy trình giải đoán ảnh được tiến hành theo các bước như sau:
(1) Tăng độ phân giải ảnh: Ảnh Landsat 8 OLI thu nhận ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt Trong đó, các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại sóng ngắn có độ phân giải không gian 30x30m; kênh nhiệt có độ phân giải là 100x100m và đặc biệt kênh toàn sắc (band 8) có độ phân giải không gian lên đến 15x15m Dựa vào đặc điểm trên, tác giả gia tăng độ phân giải ảnh Landsat 8 OLI từ 30x30m lên 15x15m dựa trên độ phân giải của kênh toàn sắc (kênh 8) 15x15m
(2) Nắn chỉnh hình học: Bản chất của quá trình nắn chính này là xây dựng được mối tương quan giữa hệ toạ độ ảnh đo và hệ toạ độ quy chiếu chuẩn Nguyên nhân là do trong quá trình thu nhận ảnh luôn có sự sai lệch về vị trí giữa toạ độ ảnh đo được và toạ độ ảnh lý tưởng được tham chiếu với hệ toạ độ biết trước dùng cho Trái đất Vì thế cần phải thực hiện hiệu chỉnh hình học (nắn chỉnh hình học) nhằm đưa dữ liệu ảnh vệ tinh về toạ độ địa lý thực tế của khu vực ảnh bao phủ Trong luận văn này, sử dụng cả hai cách nắn chỉnh hình học:
Sử dụng phương pháp nắn ảnh theo bản đồ nền địa hình để nắn ảnh ALOS AVNIR2: Sử dụng bản đồ nền thành phố Nha Trang với hệ quy chiếu
WGS84, múi 49N, tỷ lê ̣ 1:50.000 để nắn cho ảnh ALOS – AVNIR2 Sai số RMS trong phương pháp này phải nhỏ hơn 0,5 pixel
Sử dụng phương pháp nắn ảnh theo ảnh để nắn ảnh Landsat 8 OLI: Sử dụng ảnh ALOS AVNIR2 sau khi đã nắn để nắn cho ảnh Landsat 8 OLI Sai số RMS trong phương pháp này phải nhỏ hơn 1 pixel
Quá trình nắn này được thực hiện theo một phương trình cho trước, gọi là các đa thức Luận văn này sử dụng nắn ảnh theo đa thức bậc một, nội suy theo phương pháp lân cận gần nhất cho các ảnh ở các thời điểm khác nhau Nếu các sai số RMS lớn hơn giá trị cho phép thì phải thực hiện bước nắn lại ảnh
Quá trình nắn ảnh theo ảnh giúp đưa 2 ảnh về cùng một độ phân giải: Do các ảnh có độ phân giải không gian và độ phân giải phổ khác nhau nên chúng cần được đồng nhất hoá về mặt hình học Đây là bước quan trọng khi đem so sánh hai ảnh phân loại có độ phân giải không gian khác nhau
(3) Cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu: Những khu vực nằm ngoài vùng nghiên cứu được cắt bỏ dựa vào bản đồ nền thành phố Nha Trang với hệ quy chiếu WGS84, múi 49N
(4) Tạo ảnh tổ hợp màu: Sử dụng tổ hợp màu giả để làm nổi bật các đối tượng cần phân loại trên ảnh Đối với ảnh ALOS AVNIR2 sử dụng tổ hợp màu Red, Green, Blue tương ứng với các kênh 4, 3, 2; đối với ảnh Landsat 8 OLI sử dụng tổ hợp màu Red, Green, Blue tương ứng với các kênh 5, 4, 3
(5) Chọn mẫu huấn luyện để phân loại: Việc chọn mẫu huấn luyện dựa vào đặc tính về phổ, màu sắc và cấu trúc của mỗi đối tượng Việc lựa chọn này có ý nghĩa quan trọng, nó cho phép tách biệt các lớp đối tượng với nhau Quá trình chọn vùng mẫu cần chú ý các yêu cầu sau (Vũ Ngo ̣c Thủy, 2010):
Số lượng các vùng lấy mẫu của mỗi loại đối tượng càng nhiều càng tốt
Diện tích các vùng lấy mẫu đủ lớn, đồng thời các vùng mẫu không được nằm gần ranh giới giữa các lớp đối tượng với nhau
Vùng mẫu được chọn phải đặc trưng cho đối tượng phân loại và phân bố đều trên khu vực nghiên cứu
Quá trình cho ̣n mẫu huấn luyê ̣n trên ảnh ALOS AVNIR2 và Landsat 8 đều dựa vào phương pháp tiếp câ ̣n hướng điểm ảnh, đây là phương pháp tiếp câ ̣n kinh điển trong phân loa ̣i ảnh viễn thám Tiếp câ ̣n này chỉ thông tin phổ được sử du ̣ng trong viê ̣c phân loa ̣i (H.R Matinfar et al., 2007)
SƠ ĐỒ KHỐI QUY TRÌNH THỰC HIỆN
Hình 2.2 Quy trình thực hiện luâ ̣n văn Đặt vấn đề nghiên cứu
Xác đi ̣nh mu ̣c tiêu: biến đô ̣ng không gian xanh đô thị Xác đi ̣nh ảnh viễn thám: ALOS
Dữ liệu thứ cấp: kế thừa các kết quả đã nghiên cứu trước:
- Ca ́c bài báo trên ta ̣p chí
- Ca ́c số liệu thống kê từ địa phương
Dữ liệu viễn thám : - Ảnh ALOS AVNIR2: cung câ ́p từ
JAXA - Ảnh Landsat 8 OLI: miễn phi ́ từ USGS
Thành lâ ̣p bản đồ phân bố và biến động mảng xanh đô thị năm 2007, 2017 Đánh giá và dự báo biến đô ̣ng: nguyên nhân, giải thích
Phương pháp dự báo biến động
Phương pháp tính toán chỉ số và mô hình DPSIR Xử lý ảnh viễn thám
Tính toán chỉ số và đề xuất giải pháp quản lý
Phương pháp viễn thám và
GIS Phương pháp nghiên cứu
Thuyết minh quy trình thực hiê ̣n luâ ̣n văn (Hình 2.2): Sau khi xác đi ̣nh được mục tiêu nghiên cứu, viê ̣c thu thâ ̣p dữ liê ̣u (gồm dữ liê ̣u thứ cấp và dữ liê ̣u ảnh viễn thám) đã được tiến hành bằng phương pháp kế thừa Từ dữ liê ̣u ảnh viễn thám, sử dụng phương pháp viễn thám và GIS để xử lý ảnh viễn thám nhằm mục đích thành lâ ̣p bản đồ phân bố và biến động mảng xanh đô thi ̣ giai đoa ̣n 2007 – 2017 Những thông tin về mảng xanh đô thi ̣ chiết xuất từ ảnh viễn thám kết hợp với thông tin thu thâ ̣p từ dữ liê ̣u thứ cấp, tác giả tiến hành đánh giá và dự báo biến động thông qua phương pháp dự báo biến động bằng chuỗi Markov, trong phần này, tác giả trình bày hiê ̣n tra ̣ng, nguyên nhân và tác động của suy giảm mảng xanh đô thi ̣ Để đánh giá hiê ̣n tra ̣ng mảng xanh đô thi ̣ ta ̣i Nha Trang, tác giả sử dụng chỉ số diê ̣n tích không gian xanh trên đầu người tính toán được và so sánh với tiêu chuẩn của Bộ Xây dựng
Từ nguyên nhân, hiê ̣n tra ̣ng và tác động của quá trình suy giảm diê ̣n dích mảng xanh đô thi ̣, tác giả đã đề xuất những giải pháp quản lý mảng xanh đô thi ̣ thông quan mô hình DPSIR
Thuyết minh quy trình thực hiện trên cơ sở xử lý ảnh viễn thám (Hình 2.3): Ảnh viễn thám sau khi được cung cấp được tiền xử lý ảnh thông qua quá trình nắn ảnh và cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu Nắn ảnh viễn thám theo bản đồ nền thành phố Nha Trang, nắn ảnh theo hàm đa thức bâ ̣c nhất với sai số trung phương RMS < 0,5 (nắn ảnh theo bản đồ nền) và
RMS < 1 (nắ n ảnh theo ảnh) Nếu sai số trung phương lớn hơn giá tri ̣ cho phép thì phải thực hiê ̣n la ̣i quá trình nắn ảnh cho đến khi đa ̣t yêu cầu Sau khi nắn, ảnh được cắt theo khu vực nghiên cứu dựa vào bản đồ nền thành phố Nha Trang Tiếp theo đó là quá trình gia tăng độ phân giải ảnh Landsat 8 từ 30x30m lên 15x15m để quá trình lấy mẫu được dễ dàng hơn
Bằng phương pháp tiếp câ ̣n theo hướng điểm ảnh, bộ mẫu huấn luyê ̣n dùng để phân loa ̣i được lựa cho ̣n để tiến hành phân loa ̣i ảnh Sau quá trình kiểm tra độ khác biê ̣t mẫu (nằm trong khoảng 1,9 đến 2,0), nếu đa ̣t yêu cầu, bộ mẫu này được sử dụng để phân loa ̣i các đối tượng trên ảnh bằng phương pháp phân loa ̣i có kiểm định với thuật toán Xác suất cực đại, nếu không đa ̣t yêu cầu thì phải lấy la ̣i bộ mẫu huấn luyê ̣n (độ khác biê ̣t nhỏ hơn 1,9) Để đánh giá la ̣i độ chính xác của phương pháp phân loa ̣i, một bộ mẫu kiểm đi ̣nh được lựa chọn từ các ảnh Google Earth Nếu độ chính xác toàn cục của phép phân loa ̣i đa ̣t trên 90% thì xem như đa ̣t yêu cầu và tiến hành các bước hâ ̣u xử lý ảnh tiếp theo (gộp nhóm và làm mi ̣n ảnh), nếu độ chính xác toàn cục bé hơn 90% thì phải thực hiê ̣n la ̣i viê ̣c lấy mẫu huấn luyê ̣n để phân loa ̣i
Hình 2.3 Mô tả quy trình thực hiện trên cơ sở xử lý ảnh viễn thám
Phân loại có giám sát Nắn chỉnh hình học
Bản đồ nền địa hình
Chọn mẫu huấn luyện để phân loại - Chọn điểm khống chế - Chọn phương pháp nắn Ảnh ALOS – AVNIR2
Không đạt yêu cầu Ảnh Landsat 8 OLI
Cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu
Ta ̣o ảnh tổ hợp màu
Chọn mẫu để kiểm định
- Gộp nhóm - Làm mịn ảnh Đánh giá sai số RMSE0,5 RMSE>1 Độ khác biệt mẫu Đạt yêu cầu Không đạt yêu cầu Đánh giá độ chính xác Đạt yêu cầu
Bản đồ phân bố lớp thực phủ:
(Chuyển từ raster sang vecto)
TIỀN XỬ LÝ ẢNH VÀ PHÂN LOẠI THỰC PHỦ
Tăng độ phân giải ảnh: Gia tăng độ phân giải ảnh Landsat 8 OLI từ 30x30m lên 15x15m dựa trên độ phân giải của kênh toàn sắc (kênh 8) 15x15m Kết quả gia tăng độ phân giải ảnh được trình bày trong Hình 3.1:
Hình 3.1 So sánh ảnh Landsat 8 độ phân giải 30x30m (a) và 15x15m (b)
Nắn chỉnh hình học : Sử dụng cả hai cách nắn chỉnh hình học:
+ Nắn ảnh theo bản đồ: Nắn chỉnh ảnh ALOS – AVNIR2 năm 2007 trên cơ sở các điểm khống chế toạ độ trên bản đồ Kết quả nắn ảnh cho thấy, sai số trung phương RMS của phép nắn ảnh là 0,41 (bé hơn 0,5 pixel) (Hình 3.2)
+ Nắn ảnh theo ảnh: Nắn chỉnh Landsat 8 OLI năm 2017 dựa trên cơ sở toạ độ của một ảnh đã nắn Kết quả nắn ảnh cho thấy, sai số trung phương RMS của phép nắn ảnh là 0,83 (bé hơn 1 pixel) (Hình 3.2)
Hình 3.2 Kết quả nắn chỉnh hình ho ̣c ảnh năm 2007 (trái) và 2017 (phải)
Cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu: Mục đích công đoạn này là để giới hạn khu vực nghiên cứu Trong luận văn này ảnh được cắt theo ranh giới hành chính của thành phố Nha Trang Kết quả cắt ảnh viễn thám theo ranh giới hành chính thành phố được trình bày trong Hình 3.3:
Hình 3.3 Cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu ảnh trước (trái) và ảnh sau khi cắt phải)
3.1.2 Hệ thống phân loại và mẫu huấn luyện phân loại thực phủ
3.2.1.1 Hệ thống phân loại và khóa giải đoán thực phủ trên ảnh Để thực hiện tốt quá trình giải đoán ảnh, khóa giải đoán cho từng lớp phủ được thành lập giúp cho việc thiết lập, lựa chọn mẫu được nhanh chóng và chính xác Trong đề tài này, khóa giải đoán được xây dựng cho 14 loại đối tượng (đối với ảnh năm 2007) và 12 đối tượng (đối với ảnh năm 2017) trên mặt đất dựa trên ảnh tổ hợp màu giả Xây dựng khóa giải đoán là quá trình hình thành bảng thống kê các yếu tố, các dấu hiệu mang tính đặc trưng cho từng đối tượng, do tác giả thiết lập nên Mục tiêu cuối cùng của lập khóa là trợ giúp cho việc tách được các thông tin hữu ích cần cho nhu cầu phân loại lớp thực phủ chính xác hơn Kết hợp các yếu tố giải đoán như kích thước, hình dạng, cấu trúc, và mối quan hệ của đối tượng với môi trường xung quanh cùng với thông tin từ việc điều tra khảo sát trên các ảnh độ phân giải cao như Google Earth trên khu vực nghiên cứu Đối với ảnh ALOS AVNIR2, hệ thống phân loại lớp thực phủ gồm 14 lớp đối tượng khác nhau, bao gồm: nước 1, nước 2, nước 3, đất ngập nước, đô thị, giao thông, đất trống 1, đất trống 2, đất trống 3, đất trống 4, thực vật 1, thực vật 2, thực vật 3, mây và bóng mây Đối với ảnh Landsat 8 OLI, hệ thống phân loại lớp thực phủ gồm 12 lớp đối tượng khác nhau, bao gồm: nước 1, nước 2, nước 3, đất ngập nước, đô thị, giao thông, đất trống 1, đất trống 2, đất trống 3, đất trống 4, thực vật 1, thực vật 2, thực vật 3 Nguyên nhân là do ảnh Landsat 8 OLI trong vùng khảo sát có chất lượng tốt, không bị ảnh hưởng bởi mây và bóng mây
Sau đó, tiến hành kết hợp 14 loại đối tượng này với nhau thành 4 đối tượng chính gồm: (1) mặt không thấm, (2) thảm thực vật/không gian xanh, (3) đất trống và
Mặt không thấm gồm lớp đô thị và đường giao thông: bao gồm nhà cửa, đường giao thông, các khu công nghiệp với bề mặt bị đóng kín, không cho nước thấm xuống ngay bên dưới và thường xảy ra chảy tràn bề mặt
Thảm thực vật/mảng xanh bao gồm các lớp thực vật 1, thực vật 2, thực vật
3, đại diện cho rừng, đất trồng lúa - hoa màu, cây xanh công cộng
Nước bao gồm nước 1, nước 2, đất ngập nước: gồm các khu vực sông, hồ, ao…
Đất trống bao gồm đất trống 1, đất trống 2, đất trống 3, đất trống 4: gồm các khu vực đất trống, đồi trọc, đất ao hồ bị san lấp hoặc các khu vực giải tỏa chưa được xây dựng
Kết quả xây dựng khóa giải đoán được trình bày trong Bảng 3.2:
Bảng 3.1 Hệ thống phân loại lớp thực phủ
Hệ thống phân lớp thực phủ ban đầu Kết hợp tạo ra 4 lớp phủ mới
Nước Nước 2 Đất ngập nước (nuôi trồng thủy sản) Đô thị
Mặt không thấm Giao thông
Thực vật/Không gian xanh Thực vật 2
Thực vật 3 Đất trống 1 Đất trống Đất trống 2 Đất trống 3 Đất trống 4
Bảng 3.2 Xây dựng khóa giải đoán 14 loại thực phủ khác nhau trên mặt đất Đối tượng Trên ảnh Dấu hiệu Đối tượng Trên ảnh Dấu hiệu
Nước có màu xanh đậm gần chuyển màu sang đen Đất trống
Màu nâu đất, phần lớn là đường băng trong sân bay cũ Một số tập trung ở khu vực sườn núi, khu vực xói mòn
Nước có màu đen đậm Đất trống
Màu xanh hơi xám nâu Đây là phần đất đắp bờ xung quanh các ao nuôi thủy sản Đất ngập nước (Nước nuôi trồng thủy sản)
Nước có màu xanh nhạt, được phân theo từng ô trên ảnh
Màu đỏ nhạt, tập trung xung quanh phần đất đô thị Phần lớn là các loài thực vật trồng rải rác trong thành phố Đô thị
Xanh lam, đậm hoặc nhạt tuỳ theo mật độ công trình
Thực vật 2 Màu đỏ tươi
Xám đen, hình thành nên những đường thẳng hoặc đường cong dài trên ảnh
(cắt ngang các khu đô thị)
Màu đỏ thẫm, phần lớn là các khu rừng Có phần đất trống rải rác xung quanh Đất trống
Màu trắng, đất chưa xây dựng trong khu dân cư, đô thị
Màu trắng lớn, tập trung thành từng mảng lớn
Che khuất lên phần lớp phủ thực vật Đất trống
Màu xám, tập trung xung quanh sân bay Nha Trang cũ
Một số tập trung ở khu vực sườn núi, khu vực xói mòn
Bóng mây, mảng lớn màu đen, nằm bên cạnh những mảng mây
Che khuất lên phần lớp phủ thực vật
3.2.1.2 Kết quả lấy mẫu huấn luyện phân loại thực phủ
Mặc dù đã xây dựng hệ thống 14 loại thực phủ khác nhau trên ảnh Tuy nhiên, một số đối tượng vẫn chưa được nhận dạng rõ ràng và còn chồng chéo lên nhau Ví dụ, đối với các đối tượng nước, nếu thông tin trên ảnh chỉ chứa những vùng có đặc trưng phổ giống nhau và không giống với các đối tượng khác thì chỉ cần lấy một mẫu là đủ Thực tế, các đối tượng trên ảnh thường phân ra thành nhiều mức độ xám khác nhau như khu vực nước trong và khu vực nước đục có sự phân biệt xám độ rất rõ rệt: Khu vực nước trong sẽ hấp thụ sóng nhiều hơn là nước đục, các khu vực nước đục lại phản xạ nhiều hơn Vì vậy, rất cần thiết phải lấy nhiều mẫu Đối với thực vật, tương tự ta cũng có những khu vực khác nhau tùy thuộc vào điều kiện độ ẩm, các loại cây đang trồng, hoa màu mới lên, mới thu hoạch xong hay khu rừng già Vì thế, để đảm bảo độ chính xác cho phép phân loại thì cần phải có số mẫu huấn luyện nhiều và phải đặc trưng cho từng loại hình thực phủ Khi đó các mẫu này được sử dụng để phân loại tất cả các vùng xuất hiện trên ảnh
Từ tư liệu ảnh kết hợp với các đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng trên ảnh kèm theo các tư liệu thực tế thu được, ta xác định được 14 lớp thực phủ (ảnh 2007) và 12 lớp thực phủ (ảnh 2017) cần phân loại như đã trình bày phần trên Kết quả lựa chọn vùng mẫu được trình bày trên Bảng 3.3 và Bảng 3.4 Kết quả mô tả khác biệt giữa các mẫu được trình bày trong Bảng 3.5 và Bảng 3.6
Bảng 3.3 Chọn mẫu dùng để phân loại ảnh năm 2007 Tên ROI Màu sắc Số lượng pixel Số lượng polygon/pixel
Nước 2 205 44/250 Đô thị 428 30/428 Đất trống 1 628 43/628
Giao thông 109 15/109 Đất ngập nước 69 8/69 Đất trống 2 277 15/277 Đất trống 3 295 16/295 Đất trống 4 100 9/100
Bảng 3.4 Chọn mẫu dùng để phân loại ảnh năm 2017
Tên ROI Màu sắc Số lượng pixel Số lượng polygon/pixel
Nước 2 336 18/336 Đô thị 1239 63/1239 Đất trống 1 172 21/172
Giao thông 106 16/106 Đất ngập nước 73 10/73 Đất trống 2 255 12/255 Đất trống 3 272 18/272 Đất trống 4 87 9/87
Bảng 3.5 Ma trận so sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại trên ảnh năm 2007
Ghi chú: (1) nước 1; (2) nước 2; (3) đô thị; (4) đất trống 1; (5) thực vật 1; (6) thực vật 2; (7) thực vật 3; (8) mây; (9) bóng mây; (10) giao thông; (11) đất ngập nước; (12) đất trống 2; (13) đất trống 3; (14) đất trống 4
Bảng 3.6 Ma trận so sánh sự khác biệt giữa các mẫu phân loại trên ảnh năm 2017
Ghi chú: (1) nước 1; (2) nước 2; (3) đô thị; (4) đất trống 1; (5) thực vật 1; (6) thực vật 2; (7) giao thông;; (8) đất ngập nước; (9) thực vật 3; (10) đất trống 2; (11) đất trống 3; (12) đất trống 4
Nhận xét: Kết quả mô tả sự khác biệt giữa các mẫu trên ảnh trong đề tài này có tính độc lập cao Đối với ảnh năm 2017, độ khác biệt giữa các lớp rất tốt, thường nằm trong khoảng 1,9 – 2,0 Ở ảnh năm 2007, độ khác biệt giữa các mẫu thấp hơn và phần lớn nằm lân cận và lớn hơn 1,9 đến 2,0 Do đó, bộ mẫu này đủ tốt để tiến hành bước phân loại ảnh tiếp theo
3.1.3 Kết quả phân loại có kiểm định và hậu phân loại các lớp thực phủ
Phân loại thực chất là quá trình phân chia các pixel chưa biết với mẫu phổ của các đối tượng được xây dựng ở bảng chú giải về loại đối tượng đã được lấy mẫu mà chúng gần giống nhất Trong đề tài này sử dụng phương pháp phân loại có kiểm định với thuật toán xác suất cực đại, đây là phương pháp phân loại cho độ chính xác tốt nhất so với các phương pháp khác
3.1.3.1 Kết quả phân loại có kiểm định
Kết quả phân loại 14 đối tượng trên ảnh ALOS AVNIR2 năm 2007 và 12 đối tượng trên ảnh Landsat 8 OLI năm 2017 được trình bày trong Hình 3.4
Hình 3.4 Kết quả phân loại trên ảnh năm 2007 (a) và 2017 (b)
Ghi chú: màu sắc khác nhau biểu tượng cho các đối tượng khác nhau và được trình bày trong Bảng 3.3 (ảnh 2007) và Bảng 3.4 (ảnh 2017)
3.1.3.2 Đánh giá độ chính xác phân loại Để đánh giá độ chính xác kết quả phân loại tác giả sử dụng một bộ mẫu kiểm định, được lấy ngẫu nhiên tương tự như bộ mẫu phân loại Từ kết quả ảnh phân loại có kiểm định trên kết hợp với bộ mẫu kiểm định, kết quả đánh giá độ chính xác phân loại được trình bày trong Bảng 3.7 và Bảng 3.8 Kết quả kiểm định phân loại trên ảnh ALOS AVNIR2 năm 2007 cho kết quả tốt với độ chính xác toàn cục lên đến 90,43% và hệ số Kappa đạt 0,89 Tương tự năm 2007, kết quả kiểm định phân loại trên ảnh Landsat 8 OLI cũng cho kết quả tốt với độ chính xác toàn cục là 91,21% và hệ số Kappa đạt 0,89
Bảng 3.7 Độ chính xác phân loại theo pixel ảnh năm 2007
Ghi chú: (1) nước 1; (2) nước 2; (3) đô thị; (4) đất trống 1; (5) thực vật 1; (6) thực vật 2; (7) thực vật 3; (8) mây; (9) bóng mây; (10) giao thông; (11) đất ngập nước; (12) đất trống 2; (13) đất trống 3; (14) đất trống 4
Bảng 3.8 Độ chính xác phân loại theo pixel ảnh năm 2017
Ghi chú: (1) nước 1; (2) nước 2; (3) đô thị; (4) đất trống 1; (5) thực vật 1; (6) thực vật 2; (7) giao thông; (8) đất ngập nước; (9) thực vật 3; (10) đất trống 2; (11) đất trống 3; (12) đất trống 4
3.1.3.3 Gộp nhóm các đối tượng
Từ 14 đối tượng (ảnh năm 2007) và 12 đối tượng (ảnh 2017) được phân loại như trên, sử dụng công cụ gộp nhóm để gom thành các đối tượng chính của hệ thống phân loại bao gồm 4 nhóm đối tượng: mặt không thấm, thực vật, đất trống và nước Kết quả gộp nhóm được trình bày trong Hình 3.5
Hình 3.5 Kết quả phân loại sau khi gộp nhóm theo hệ thống phân loại trên (a) ảnh năm 2007 và (b) ảnh 2017
3.1.3.4 Lọc nhiễu và loại bỏ đối tượng nằm ngoài vùng nghiên cứu
Lọc loại nhiễu kết quả phân loại (Majority/MinorityAnalysis) nhằm mục đích gộp các pixel lẻ tẻ hoặc phân loại lẫn trong các lớp vào chính lớp chứa nó Kết quả sẽ cho ta một ảnh mới, tuy nhiên kết quả của phép lọc không nâng cao được độ chính xác của kết quả phân loại mà chỉ cải thiện về mặt hình thức
Vì nghiên cứu này chỉ thực hiện trên phạm vi phần đất liền của thành phố Nha Trang Do đó, sau khi lọc nhiễu tiến hành loại bỏ đối tượng nằm ngoài khu vực nghiên cứu Kết quả ảnh lọc nhiễu và cắt bỏ những đối tượng không liên quan được thể hiện ở Hình 3.6 sau:
Hình 3.6 Kết quả lọc nhiễu và loại bỏ đối tượng nằm ngoài vùng nghiên cứu trên ảnh năm 2007 (a) và ảnh 2017 (b)
HIỆN TRẠNG PHÂN BỐ CÁC LỚP THỰC PHỦ NĂM 2007 VÀ 2017
Kết quả thống kê diện tích và tỷ lệ phần trăm của từng lớp thực phủ trong các năm 2007 và 2017 được trình bày trong Hình 3.7 và Bảng 3.9
Kết quả cho thấy, trong năm 2007, lớp phủ thực vật chiếm tỷ lệ lớn nhất với khoảng 73,87% (chiếm 15.966,62 ha); tiếp đến là lớp đất trống với tỷ lệ 12,23%
(chiếm 2.621,34 ha); tiếp đến là lớp phủ mặt không thấm với tỷ lệ 9,34% (chiếm
2.018,69 ha) và thấp nhất là lớp nước với tỷ lệ 4,06% (chiếm 1.007,3 ha) Tuy nhiên sau khoảng thời gian 10 năm, tức thời điểm năm 2017, cơ cấu phần trăm từng lớp phủ đã thay đổi Cụ thể vào năm 2017, lớp thực vật vẫn chiếm tỷ lệ lớn nhất với 72,81% (15.737,47 ha); trong khi đó tỷ lệ lớp phủ mặt không thấm đã lớn hơn so với tỷ lệ lớp đất trống với các tỷ lệ lần lượt là 15,15% (3.274,3) và 8,18% (1.768,62 ha) và cuối cùng là lớp nước với tỷ lệ 3,86% (833,56 ha) Như vậy sau khoảng thời gian 10 năm, cơ cấu phần trăm từng lớp phủ đã có sự thay đổi rõ rệt Theo đó, tỷ lệ lớp phủ thực vật giảm từ 73,87% năm 2007 xuống còn 72,81% năm 2017
Từ kết quả nghiên cứu ta thấy rằng phần lớn diện tích thành phố Nha Trang được phủ xanh bởi thực vật (hơn 70%), đặc biệt là ở khu vực phía bắc và phía nam thành phố Do đó, tính trên toàn khu vực thành phố, diện tích lớp phủ thực vật chỉ giảm 1,44% từ năm 2007 – 2017 Tuy nhiên khi xem xét tại các khu vực nội thành và các khu vực ven nội thành đang trong quá trình đô thị hóa, diện tích mảng xanh đô thị tại đây giảm rất nhanh Cụ thể từ năm 2007 đến năm 2017, diện tích mảng xanh đô thị tại đây giảm khoảng 21,69% (519,31 ha) (Bảng 3.10 và Hình 3.8)
Kết quả xây dựng bản đồ phân bố các lớp thực phủ tại thành phố Nha Trang trong năm 2007 và 2017 được trình bày lần lượt trong Hình 3.8 và Hình 3.10 Dựa vào bản đồ phân bố các lớp thực phủ trong năm 2007 cho thấy, thành phố Nha Trang ưu tiên phát triển đô thị tại khu vực ven biển (giới hạn từ trục đường Trần Phú đến Lê Hồng Phong) và diện tích phần đô thị ven biển này có tỷ lệ mảng xanh đô thị thấp, hầu hết mảng xanh thành phố phân bố tập trung ở khu vực đồi núi phía bắc, phía nam và một phần phía tây thành phố (Hình 3.9) Trong khi đó đến năm 2017, mặc dù mảng xanh đô thị cũng tập trung dày đặc ở khu vực đồi núi phía bắc và nam thành phố, tuy nhiên phần phía tây thành phố đã bắt đầu quá trình đô thị hóa và phần mảng xanh đô thị tại đây dần bị thay thể bởi lớp phủ mặt không thấm (Hình 3.10)
Hình 3.7 Cơ cấu phần trăm từng lớp phủ toàn thành phố năm 2007 và 2017 Bảng 3.9 Thống kê thực phủ trên toàn thành phố (tp) giai đoạn 2007-2017
Tỷ lệ (%) so toàn tp
Tỷ lệ (%) so toàn tp
Tỷ lệ (%) tăng giảm so năm 2007 Nước 1.007,30 4,66 833,56 3,86 -173,74 -17,25
Mặt không thấm 2.018,69 9,34 3.274,3 15,15 1.255,61 62,20 Đất trống 2.621,34 12,13 1.768,62 8,18 -852,72 -32,53
Ghi chú: Phần biến động mang dấu trừ là giảm và không để dấu là tăng
Bảng 3.10 Thống kê thực phủ khu vực nội thành và đô thị hóa giai đoạn 2007-2017
Tỷ lệ (%) so toàn vùng
Tỷ lệ (%) so toàn vùng
Tỷ lệ (%) tăng giảm so năm 2007 Nước 689,8 13,10 556,94 10,58 -132,86 -19,26
Mặt không thấm 1.142,5 21,70 2147,46 40,79 1.004,96 87,96 Đất trống 1.037,88 19,71 685,09 13,01 -352,79 -33,99
Ghi chú: Phần biến động mang dấu trừ là giảm và không để dấu là tăng
Hình 3.8 Biến động sử dụng đất khu vực nội thành thành phố giai đoạn 2007 – 2017
Hình 3.9 Bản đồ phân bố thực phủ thành phố Nha Trang năm 2007
Hình 3.10 Bản đồ phân bố thực phủ thành phố Nha Trang năm 2017
Nhận xét: thành phố Nha Trang phát triển tập trung tại các khu vực ven biển, đoạn đường Trần Phú đi đổ vào theo hướng tây thành phố Phía bắc và nam thành phố là các khu vực đồi núi với diện tích mảng xanh lớn và thành phố đang phát triển đô thị hóa theo hướng tây
3.2.2 Hiện trạng diện tích các lớp phủ trên từng phường, xã thuộc thành phố
Do đặc thù về mặt địa hình, kiến trúc quy hoạch Nha Trang vẫn chủ yếu bám theo “mặt tiền” bờ biển và không gian ven đô thị, đặc biệt là đoạn đường Trần Phú
Theo kết quả nghiên cứu, tại những khu vực nội thành ven biển này, lớp phủ mặt không thấm chiếm tỷ lệ rất cao so với các lớp phủ còn lại Tuy nhiên tại các khu vực đồi núi ở phía bắc, phía nam và một phần phía tây thành phố phần lớn lớp phủ thực vật lại chiếm tỷ trọng lớn (Bảng 3.11) Do đó, bên cạnh việc đánh giá tỷ lệ lớp phủ thực vật và lớp phủ mặt không thấm trên tổng thể diện tích thành phố Nha Trang, luận văn đã thống kê thêm cơ cấu phần trăm của từng lớp phủ theo từng đơn vị phường xã trong các năm nghiên cứu (Bảng 3.11)
Kết quả cho thấy vào năm 2007, các khu vực nội thành ven biển như phường Vạn Thắng, Vạn Thạnh, Phương Sài, Phước Tân, Phước Tiến, Tân Lập có tỷ lệ mặt không thấm cao với hơn 70%, trong khi đó tỷ lệ lớp phủ thực vật tại các phường này phần lớn thấp hơn 10% (Bảng 3.11) Tuy nhiên tại các khu vực nằm xa trung tâm thành phố như Phước Đồng, Vĩnh Trung, Vĩnh Hiệp, Vĩnh Ngọc, Vĩnh Lương và Vĩnh Phương lại có tỷ lệ lớp phủ thực vật cao hơn 70% và tỷ lệ lớp phủ mặt không thấm thấp hơn 10% (Bảng 3.11 và Hình 3.11)
Kết quả thống kê vào năm 2017 cũng cho thấy, các phường nằm trong khu vực nội thành như Vạn Thắng, Vạn Thạnh, Phương Sài, Phước Tân, Phước Tiến, Tân Lập tiếp tục có tỷ lệ lớp phủ mặt không thấm lớn hơn 70% tương tự như năm 2007
(Bảng 3.11 và Hình 3.12) Bên cạnh đó, do tốc độ đô thị hóa nhanh chóng trong thời gian này đã nâng tỷ lệ lớp phủ mặt không thấm tại các phường khác như Phương Sơn, Phước Hải - Phước Long, Lộc Thọ và Phước Hòa lên trên 70% Đồng thời, tỷ lệ lớp phủ thực vật của chúng thì lại rất thấp, phần lớn là dưới 10% (Bảng 3.11 và Hình 3.12) Đặc biệt tại các phường như Vạn Thạnh, Tân Lập có tỷ lệ mảng xanh dưới 5%, thậm chí tại phường Phước Tiến và Phương Sài, mảng xanh đô thị chỉ chiếm 1% (Bảng 3.11 và Hình 3.12)
Hình 3.11 Thiếu không gian xanh trong khu vực nội thành Nha Trang năm 2007
Hình 3.12 Thiếu không gian xanh trong khu vực nội thành Nha Trang năm 2017
Nhận xét: Như vậy kết quả nghiên cứu trên cho thấy các khu vực nội thành thành phố Nha Trang có tỷ lệ mảng xanh đô thị rất thấp (dưới 10%) so với diện tích bề mặt của các lớp phủ
Bảng 3.11 Cơ cấu phần trăm từng lớp phủ theo phường/xã năm 2007 và 2017 (đơn vị %)
Năm nghiên cứu Năm 2007 Năm 2017
Mặt không thấm Đất trống
Mặt không thấm Đất trống
Vĩnh Hải - Vĩnh Hòa 0,46 16,70 15,45 67,38 0,22 24,64 4,71 70,42 Vĩnh Phước 10,30 39,40 5,74 44,55 9,85 55,61 2,10 32,44 Vĩnh Thọ 27,77 44,72 6,56 20,95 27,18 53,42 3,10 16,29 Ngọc Hiệp 19,57 15,46 10,07 54,90 16,57 37,76 3,46 42,20
Phước Hải-Phước Long 20,26 27,64 25,53 26,58 11,19 71,40 10,66 6,76 Lộc Thọ 0,16 64,95 12,35 22,55 0,07 87,42 3,30 9,21
Vĩnh Nguyên-Vĩnh Trường 1,08 45,89 24,01 29,02 0,57 60,51 12,71 26,20 Vĩnh Lương 0,68 3,45 10,63 85,24 1,15 2,28 2,31 94,26 Vĩnh Phương 0,78 4,82 9,38 85,02 0,74 5,17 7,77 86,32 Vĩnh Ngọc 7,19 5,15 16,34 71,31 7,04 16,75 13,93 62,28 Vĩnh Thạnh 0,89 12,40 11,20 75,51 0,97 29,27 9,17 60,60 Vĩnh Hiệp 0,23 10,23 15,77 73,77 2,20 37,45 6,17 54,17 Vĩnh Trung 0,20 2,92 10,61 86,27 0,33 13,97 11,00 74,69 Vĩnh Thái 22,26 5,98 27,92 43,83 18,62 20,18 22,84 38,36 Phước Đồng 4,22 4,53 7,45 83,80 3,22 5,74 9,27 81,77
Ghi chú: Những ô trống trong bảng là khu vực không có ao, hồ, sông, suối… (lớp nước) trên địa bàn
3.3 BIẾN ĐỘNG MẢNG XANH ĐÔ THỊ VÀ DỰ BÁO 3.3.1 Biến động mảng xanh đô thị từ năm 2007 đến năm 2017
Bằng kỹ thuật phân tích biến động sau phân loại, biến động theo diện tích (ha) của từng loại thực phủ đã được tính toán và trình bày trong Bảng 3.12 Kết quả cho thấy trong khoảng thời gian 10 năm, từ năm 2007 đến năm 2017, trên toàn vùng nghiên cứu chỉ có duy nhất diện tích lớp phủ mặt không thấm tăng với giá trị tăng khoảng 1255,61 ha Trong khi đó các lớp phủ còn lại như nước, đất trống và thực vật đều giảm với diện tích giảm tương ứng lần lượt khoảng 173,34 ha; 852,72 ha và
229,15 ha (Bảng 3.9) Trong đó, phần lớn diện tích lớp phủ thực vật giảm là do nó được chuyển đổi thành lớp phủ mặt không thấm (chuyển đổi 1.149,89 ha) cũng như đất trống - phần đất đang san lấp để thực hiện các dự án khu đô thị mới (chuyển đổi 997,83 ha) (Hình 3.14) Bên cạnh đó kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng diện tích lớp phủ mặt không thấm gia tăng phần lớn là do được thêm vào từ diện tích lớp phủ thực vật (1149,89 ha) và một phần từ diện tích lớp đất trống (547,66 ha) (Hình 3.14) Từ những phân tích trên, ta thấy rằng việc phát triển đô thị (đô thị hóa) đã làm giảm nghiêm trọng diện tích lớp phủ thực vật và gia tăng diện tích mặt không thấm Việc gia tăng diện tích mặt không thấm và giảm diện tích của các lớp thực phủ khác (nước, đất trống và thực vật) có thể làm gia tăng các tai biến và rủi ro môi trường, đặc biệt là gây lũ lụt và xói mòn cho thành phố Nha Trang
Tại các vùng nội thành và các khu vực đang trong quá trình đô thị hóa, xu hướng biến động lớp thực phủ cũng tương tự như trên Theo đó, từ năm 2007 đến 2017, chỉ có duy nhất lớp phủ mặt không thấm tăng với diện tích tăng là 1004,96 ha, các lớp thực phủ còn lại đều giảm, trong đó diện tích lớp nước giảm 133,86 ha, lớp đất trống giảm 352,79 ha và đặc biệt diện tích mảng xanh đô thị giảm 519,31 ha (Bảng 3.13) Từ kết quả trên cho thấy, tính trên toàn thành phố, diện tích lớp đất trống giảm nhiều nhất (Bảng 3.12), tuy nhiên khi xem xét tại các vùng nội đô và khu vực đô thị hóa, diện tích mảng xanh đô thị lại giảm nhiều nhất (Bảng 3.13) Đặc biệt, khi so sánh với toàn khu vực thành phố, diện tích mảng xanh đô thị tại các vùng nội đô và khu vực đang trong quá trình đô thị hóa giảm nhiều hơn, với giá trị giảm tương ứng khoảng 229,15 ha và 519,31 ha Điều này được giải thích là do tại một số khu vực ngoại thành như Vĩnh Lương, Vĩnh Hải và Vĩnh Phương có diện tích mảng xanh tăng (Bảng 3.14), do đó gây ra hiện tượng diện tích mảng xanh đô thị tại các khu vực nội thành và đô thị hóa giảm nhiều hơn so với toàn khu vực thành phố
Bản đồ biến động các lớp thực phủ trên thành phố Nha Trang trong giai đoạn 2007 – 2017 được trình bày trong Hình 3.15
Bảng 3.12 Biến động thực phủ toàn thành phố giai đoạn 2007- 2017 (đơn vị: ha)
2017 Nước Mặt không thấm Đất trống Thực vật Tổng hàng
Mặt không thấm 136,9 1439,85 547,66 1149,89 3274,3 Đất trống 133,57 143,77 493,45 997,83 1768,62
Ghi chú: Phần đường chéo được đánh dấu trên bảng là những ô có diện tích không biến động theo thời gian Phần biến động mang dấu trừ là giảm và không để dấu là tăng
Bảng 3.13 Biến động thực phủ khu vực nội thành và đô thị hóa giai đoạn 2007- 2017
2017 Nước Mặt không thấm Đất trống Thực vật Tổng hàng
Mặt không thấm 100,53 963,82 396,26 686,85 2147,46 Đất trống 114,92 65,95 265,14 239,08 685,09
Ghi chú: Phần đường chéo được đánh dấu trên bảng là những ô có diện tích không biến động theo thời gian Phần biến động mang dấu trừ là giảm và không để dấu là tăng
CHỈ SỐ KHÔNG GIAN XANH ĐÔ THỊ VÀ NHỮNG HỆ QUẢ CỦA VIỆC GIẢM MẢNG XANH ĐÔ THỊ
3.4.1 Tính toán chỉ số không gian xanh trên người
Chỉ số không gian xanh trên đầu người đã được sử dụng như một chỉ số đánh giá chất lượng môi trường và quy hoạch không gian đô thị tại các nước trên thế giới
Nhóm tác giả A R Maman Poshesh (2007) đã sử dụng dữ liệu viễn thám để xây dựng bản đồ phân bố không gian xanh đô thị cũng như tính toán chỉ số không gian xanh trên đầu người trong hai năm 1923 và 2007 (A R Maman Poshesh, 2007) Tại Việt Nam, nhóm tác giả Đặng Trung Tú và cộng sự cũng tính toán được chỉ số mảng xanh đô thị trên đầu người áp dụng cho thành phố Đà Nẵng bằng kỹ thuật viễn thám (Đặng Trung Tú và cộng sự., 2015) Theo đó, dựa vào kỹ thuật trên, tác giả đánh giá chất lượng mảng xanh đô thị tại thành phố Nha Trang năm 2017 thông qua chỉ số diện tích cây xanh trên đầu người tại đây
Dựa vào các số liệu thống kê dân số vùng nghiên cứu cho thấy, dân số Nha Trang năm 2015 đạt 414.573 người Từ đó, kết quả tính toán chỉ số mảng xanh đô thị trên người trên phạm vi toàn thành phố Nha Trang năm 2017 là rất cao, đạt hơn 379,60 m 2 /người Nguyên nhân là do phần lớn diện tích thành phố Nha Trang là mảng xanh, với tỷ lệ mảng xanh năm 2017 đạt 72,81% Theo tiêu chuẩn thiết kế quy hoạch cây xanh sử dụng trong các đô thị của nước ta (TCXDVN 9257:2012) thì tỷ lệ này tại các đô thị loại I và II dao động trong khoảng 20,4 - 24,5 m 2 /người (Bộ Xây Dựng, 2012) Như vậy, tính trên toàn thành phố thì tiêu chuẩn mảng xanh đô thị tại Nha Trang thỏa mãn TCXDVN 9257:2012 Tuy nhiên, diện tích đất cây xanh tính trong tiêu chuẩn trên là diện tích đất trồng cây xanh công cộng (chỉ bao gồm cây xanh đường phố, cây xanh công viên, vườn hoa) còn trong luận văn này diện tích mảng xanh được tính bằng tổng diện tích lớp phủ thực vật trong thành phố (bao gồm cả phần rừng, phần lúa và hoa màu như đã nêu ở trên) Do đó, để so sánh phù hợp với TCXDVN 9257:2012 thì tác giả đã tính toán mảng xanh tại các phường nội đô thành phố Nha Trang (Bảng 3.15)
Khi so sánh chỉ số mảng xanh đô thị trên đầu người trên toàn bộ khu vực thành phố với các thành phố khác ở Việt Nam, kết quả cho thấy chỉ số mảng xanh trên người ở Nha Trang cao hơn rất nhiều so với thành phố Trà Vinh (9,75 m 2 /người), Bình Dương (15m 2 /người), Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh (thấp hơn
2 m 2 /người) Bên cạnh đó khi so với kết quả nghiên cứu tại Đà Nẵng của nhóm tác giả Đặng Trung Tú năm 2014, tỷ lệ mảng xanh trên người tại Nha Trang lớn hơn tại Đã Nẵng 24,71 lần (15,36 m 2 /người) Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu trên được thực hiện trong phạm vi nội đô của khu vực nghiên cứu (tại Đà Nẵng chỉ thực hiện trên 6 quận nội đô thành phố) Như vậy, để đánh giá chính xác mảng xanh đô thị trong thành phố Nha Trang, tác giả tính toán chỉ số mảng xanh trên người trên từng khu vực phường xã của thành phố, đặc biệt là khu vực nội đô
Kết quả tính toán được trình bày chi tiết trong Bảng 3.15 như sau: tại các khu vực ngoại thành nằm xa trung tâm thành phố như xã Phước Đồng, xã Vĩnh Lương, xã Vĩnh Phương, với dân số ít và tỷ lệ lớp phủ thực vật chiếm tỷ trọng cao, phần lớn địa hình đồi núi được phủ xanh bởi thực vật Do đó tỷ lệ mảng xanh trên đầu người tại các khu vực này rất lớn với trên 2.000m 2 /người
Tại các khu vực đang trong quá trình đô thị hóa thông qua việc xây dựng hàng loạt các khu dân cư, khu đô thị mới như Vĩnh Ngọc, Vĩnh Thạnh, Vĩnh Hiệp, Ngọc
Hiệp, Vĩnh Hải – Vĩnh Hòa cũng cho kết quả khả quan với chỉ số mảng xanh trên người đạt trung bình trên 100 m 2 /người
Tuy nhiên tại các khu vực nội đô thành phố như Vạn Thắng, Phương Sơn, Xương Huân, Phước Tân, Phước Hải – Phước Long, Lộc Thọ, Phước Hòa, Tân Lập có chỉ số mảng xanh trên người rất thấp, đa số đều dưới 10m 2 /người (ngoại trừ phường Lộc Thọ) Đặc biệt tại các phường như Vạn Thạnh, Phương Sài, Phước Tiến chỉ số mảng xanh trên người thấp hơn 1m 2 /người Kết quả trên cho thấy, những khu vực nội thành này đang thiếu trầm trọng diện tích mảng xanh khi so sánh với TCXDVN 9257:2012 Như vậy chỉ số mảng xanh trên người trong các khu nội đô thành phố Nha Trang thấp hơn nhiều so với các thành phố kể trên, thậm chí sự thiếu hụt mảng xanh ở một số phường ngang bằng với thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội
Theo “Đồ án quy hoạch hệ thống cây xanh thành phố Nha Trang đến năm 2010 và 2020” đã được Ủy ban nhân dân tỉnh Khánh Hòa phê duyệt, tiêu chuẩn cây xanh bình quân cho thành phố đến năm 2010 là 15m 2 /đầu người, và đến năm 2020 tiêu chuẩn bình quân đạt 20m 2 /người (Nguyễn Khôi, 2005) Tuy nhiên đến thời điểm hiện tại, với chỉ số không gian xanh trên người tại các khu vực nội thành thấp hơn 10m 2 /người như trên thì chắc chắn rằng thành phố Nha Trang sẽ không thể thỏa mãn những tiêu chí đặt ra trong “Đồ án quy hoạch hệ thống cây xanh thành phố Nha Trang đến năm 2010 và 2020”
Bảng 3.15 Chỉ số không gian xanh trên người ở các phường, xã Nha Trang năm 2017
Phường, xã Diện tích mảng xanh (m 2 )
3.4.2 Hệ quả của việc giảm mảng xanh đô thị tại thành phố Nha Trang
Gia tăng nhanh đất ở đô thị, đồng thời giảm mạnh tỷ lệ cây xanh của thành phố gây ra nhiều tác động xấu đến chất lượng môi trường sống của người dân cũng như khách du lịch của thành phố Nha Trang Theo tổng quan nghiên cứu của tác giả Đặng Trung Tú, sự mở rộng và gia tăng diện tích bề mặt không thấm và giảm diện tích mảng xanh đô thị có thể kéo theo các hậu quả như tăng nhiệt độ không khí của thành phố do hiện tượng bức xạ nhiệt của bê tông; gia tăng tai biến ngập lụt; suy giảm chất lượng và khối lượng nguồn nước ngầm do mất bề mặt thấm nước tự nhiên (Đặng Trung Tú và cộng sự., 2015)
Hiện nay, chưa có bất kì công trình nghiên cứu nào chứng minh việc giảm diện tích mảng xanh đô thị cũng như gia tăng diện tích mặt không thấm ở Nha Trang đã gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sống và chất lượng môi trường thành phố Tuy nhiên trên thực trạng hiện nay tại Nha Trang cho thấy, cùng với việc suy giảm mảng xanh đô thị và gia tăng mặt không thấm, một số rủi ro và tai biến môi trường đã được ghi nhận như:
Theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn năm 2011 – 2015, tại trạm quan trắc Đồng Đế Nha Trang số ngày có chất lượng không khí kém gia tăng liên tục từ năm 2013 – 2015 (Hình 3.18) (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2016)
Như đã tổng quan, cây xanh có vai trò đặc biệt trong việc điều chỉnh vi khí hậu của đô thị do hấp thụ ánh sáng, giảm nhiệt độ, giảm CO2, tăng cường độ ẩm Do đó, sự suy giảm diện tích cây xanh đô thị có thể làm giảm khả năng làm sạch không khí cho môi trường thành phố
Hình 3.18 Diễn biến chỉ số chất lượng không khí - AQI ở 5 trạm quan trắc tự động, liên tục giai đoạn 2011 - 2015
Nguồn: (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2016)
Mặt khác theo ghi nhận trong những năm gần đây cho thấy hiện tượng lũ lụt có xu hướng gia tăng và để lại những hậu quả ngày càng nghiêm trọng cho thành phố Theo kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Phan Mạnh Hùng, trong thời gian qua, tình trạng ngập lụt khá thường xuyên xảy ra làm ảnh hưởng không nhỏ không chỉ đến cuộc sống người dân mà còn tác động mạnh đến ngành du lịch Đặc biệt là sau trận mưa lũ cuối năm 2010 và 2016 vừa qua Nha Trang có địa hình thấp trũng ở phía tây và cao dần về phía đông (khu trung tâm giáp biển) (Phan Mạnh Hùng và cộng sự., 2013) Do đó, việc giảm diện tích mảng xanh đô thị cũng như gia tăng mặt không thấm tại phía tây thành phố có thể đã ảnh hưởng đến việc thoát nước tự nhiên của địa hình, tạo nên một vùng thấp trũng ứ nước, chậm tiêu thoát ở phía tây thành phố Theo báo cáo của địa phương cho thấy, việc nâng nền, bê tông hóa tại các khu đô thị mới làm cho các khu dân cư ở phía tây thành phố đều thấp hơn cốt nền các dự án, công trình đô thị mới khoảng 1,5 m Do đó mỗi khi mưa to đều xảy ra ngập úng (Thái Bình, 2015)
Bên cạnh đó, việc giảm nhanh chóng diện tích mảng xanh tại các khu vực sườn núi có thể gây ra hiện tượng xói mòn đất và gây sạc lở tại các khu vực chân núi Theo ghi nhận vào tháng 12 năm 2016, hiện tượng sạc lở đất xảy ra tại khu vực chân núi xã Phước Đồng, thành phố Nha Trang Theo hình ảnh ghi nhận tại hiện trường (Hình 3.19), khu vực sườn núi nơi xảy ra vụ việc sạt lở trên là dạng đất đồi trọc, không được bao phủ bởi mảng xanh thực vật (Phan Sông Ngân, 2016)
Hình 3.19 Sạt lở gây chết người tại Nha Trang
