Nghiên cứu tác động của quá trình đô thị hóa đến cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp khu vực đông anh hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRỊNH THỊ HOÀI THU NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA ĐẾN CƠ CẤU SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP KHU VỰC ĐÔNG ANH - HÀ NỘI Ngành: Kỹ thuật Trắc ñịa – Bản ñồ Mã số : 62520503 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TS. Võ Chí Mỹ 2. PGS.TS. Phạm Văn Cự HÀ NỘI - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Trịnh Thị Hoài Thu ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG ix MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của ñề tài 1 2. Mục tiêu, nhiệm vụ 4 3. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu 4 4. Phương pháp nghiên cứu 5 5. Các luận ñiểm bảo vệ 5 6. Những ñiểm mới của luận án 5 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5 8. Cơ sở tài liệu 6 9. Cấu trúc luận án 7 10. Lời cảm ơn 8 Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA ĐẾN CƠ CẤU SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP 9 1.1. Tổng quan nghiên cứu ñánh giá tác ñộng của quá trình ñô thị hóa ñến thay ñổi sử dụng ñất nông nghiệp 9 1.1.1. Các quan ñiểm về ñô thị hóa, ñô thị và khu vực ven ñô 9 1.1.2. Các yếu tố của ñô thị hóa ảnh hưởng ñến thay ñổi sử dụng ñất nông nghiệp 12 1.1.3. Các phương pháp ñánh giá tác ñộng của các yếu tố ñến sự biến ñộng sử dụng ñất 17 1.2. Tổng quan nghiên cứu lớp phủ và sử dụng ñất 28 1.2.1. Khái niệm về lớp phủ và sử dụng ñất 28 iii 1.2.2. Các phương pháp phân loại và quy mô chiết tách thông tin sử dụng ñất từ tư liệu viễn thám 29 1.2.3. Các phương pháp nghiên cứu biến ñộng lớp phủ và sử dụng ñất 34 1.3. Quan ñiểm và phương pháp nghiên cứu của luận án 39 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI MỜ TIẾP CẬN ĐỐI TƯỢNG CHIẾT TÁCH THÔNG TIN SỬ DỤNG ĐẤT KHU VỰC ĐÔNG ANH, HÀ NỘI 44 2.1. Khái quát về ñặc ñiểm tự nhiên và kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu 44 2.1.1. Vị trí ñịa lý 44 2.1.2. Địa hình 44 2.1.3. Khí hậu thủy văn 45 2.1.4 Thổ nhưỡng 46 2.1.5. Điều kiện kinh tế - xã hội 48 2.2. Lựa chọn tư liệu ảnh 50 2.3. Xây dựng lớp chú giải cho sử dụng ñất khu vực Đông Anh, Hà Nội 51 2.4. Phân loại mờ tiếp cận ñối tượng 53 2.4.1. Lý thuyết mờ 53 2.4.2. Quy trình phân loại 58 2.4.3. Thông tin sử dụng ñất khu vực Đông Anh, Hà Nội 76 Chương 3. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA ĐÔ THỊ HÓA ĐẾN BIẾN ĐỘNG CƠ CẤU SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP KHU VỰC ĐÔNG ANH, HÀ NỘI 84 3.1. Đánh giá mức ñộ ñô thị hóa khu vực Đông Anh, Hà Nội 84 3.1.1. Các chỉ tiêu ñánh giá mức ñộ ñô thị hóa cho khu vực Đông Anh, Hà Nội 84 3.1.2. Phương pháp ñánh giá mức ñộ ñô thị hóa 86 3.1.3. Mức ñộ ñô thị hóa tại Đông Anh, Hà Nội 88 3.2. Đánh giá biến ñộng sử dụng ñất nông nghiệp tại Đông Anh, Hà Nội 95 3.2.1. Đánh giá biến ñộng sử dụng ñất theo thời gian 95 3.2.2. Đánh giá diện tích biến ñộng sử dụng ñất theo không gian 102 3.3. Xác ñịnh các yếu tố ảnh hưởng ñến biến ñộng sử dụng ñất nông nghiệp tại Đông Anh, Hà Nội 105 iv 3.3.1. Hồi quy logistic 106 3.3.2. Cơ sở dữ liệu GIS của mô hình 109 3.3.3. Các yếu tố tác ñộng chuyển ñổi sử dụng ñất nông nghiệp tại Đông Anh, Hà Nội 111 3.4. Mô hình hóa biến ñộng sử dụng ñất nông nghiệp 120 3.4.1. Chuẩn hóa dữ liệu ñầu vào cho mô hình giai ñoạn 2001-2006 và 2006-2013 121 3.4.2. Không gian thích nghi cho các loại hình chuyển ñổi sử dụng ñất 121 3.4.3. Kiểm chứng mô hình 126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 PHỤ LỤC 154 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ANN (Artifical neural networks) Mạng nơ –ron nhân tạo CVA (Change vector analysis) Phân tích vector thay ñổi GIS (Geographic information system) Hệ thông tin ñịa lý GPS (Global positioning system) Hệ thống ñịnh vị toàn cầu HIS Hue, saturation, intensity MPL (Multilayer perceptron) Mô hình nơ-ron nhân tạo nhiều lớp NDVI (Normalized differrence vegetation index) Chỉ số thực vật OLS (Ordinary least square) Bình phương nhỏ nhất PCA (Principal component analysis) Phân tích thành phần chính RGB Red, green, blue ROC Relative operating characteristic SVM (Support vector machine) Phương pháp vector hỗ trợ vi DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Ví trí vùng ven ñô trong cấu trúc phát triển của ñô thị 11 Hình 1. 2. Thực trạng sử dụng ñất [47] 13 Hình 1. 3. Phân loại các phương pháp phân tích biến ñộng lớp phủ 19 và sử dụng ñất dựa trên ñối tượng và cấu trúc dữ liệu [95] 19 Hình 1. 4. Các phương pháp xác ñịnh biến ñộng 35 Hình 1. 5. Phân tích trước phân loại 36 Hình 1. 6. Phân tích sau phân loại 38 Hình 1. 7. Phương pháp kết hợp 38 Hình 1. 8. Các bước nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 41 Hình 2. 1. Vị trí huyện Đông Anh 45 Hình 2. 2. Mối quan hệ giữa ñộ phân giải không gian và chi tiết phân loại [19] 51 Hình 2. 3. Sơ ñồ xác ñịnh thông tin sử dụng ñất có ñược từ kết quả dữ liệu lớp phủ bề mặt tách ñược từ dữ liệu ảnh vệ tinh [106] 52 Hình 2. 4. So sánh phân loại cứng và phân loại mờ 54 Hình 2. 5. Kiến trúc của một hệ thống mờ 55 Hình 2. 6. Các kiểu hàm liên thuộc : (a) monotonic, (b) tam giác, (c) hình thang, (d) gauss [151] 56 Hình 2. 7. Sơ ñồ các bước xử lý ảnh 59 Hình 2. 8. Tiêu chí cho phân mảnh ñối tượng 61 Hình 2. 9. Đối tượng ảnh nhận ñược từ phân mảnh ảnh theo các mức ñộ 62 Hình 2. 10. Bộ quy tắc giải ñoán ảnh 68 Hình 2. 11. Ảnh chỉ số 70 Hình 2. 12. Tổng hợp diện tích sử dụng ñất chiết tách từ tư liệu ảnh Landsat 77 vii Hình 2. 13. Hiện trạng sử dụng ñất năm 2001 78 Hình 2. 14. Hiện trạng sử dụng ñất năm 2004 79 Hình 2. 15. Hiện trạng sử dụng ñất năm 2006 80 Hình 2. 16. Hiện trạng sử dụng ñất năm 2009 81 Hình 2. 17. Hiện trạng sử dụng ñất năm 2013 82 Hình 3. 2. Các trục thành phần F và sự phân bố của các chỉ tiêu trên hai trục thành phần chính F1 và F2 năm 2001 88 Hình 3. 3. Các trục thành phần F và sự phân bố của các chỉ tiêu trên hai trục thành phần chính F1 và F2 năm 2006 89 Hình 3. 4. Các trục thành phần F và sự phân bố của các chỉ tiêu trên hai trục thành phần chính F1 và F2 năm 2011 89 Hình 3. 5. Mức ñộ ñô thị hóa của 145 thôn và thị trấn Đông Anh năm 2001 92 Hình 3. 6. Mức ñộ ñô thị hóa của 145 thôn và thị trấn Đông Anh theo năm 2006 93 Hình 3. 7. Mức ñộ ñô thị hóa của 145 thôn và thị trấn Đông Anh theo năm 2011 94 Hình 3. 8. Chuyển ñổi cơ cấu giữa các loại hình sử dụng ñất chính giai ñoạn 2001-2006 96 Hình 3. 9. Biến ñộng sử dụng ñất giai ñoạn 2001 – 2006 97 Hình 3. 10. Chuyển ñổi cơ cấu giữa các loại hình sử dụng ñất chính giai ñoạn 2006-2013 98 Hình 3. 11. Biến ñộng sử dụng ñất giai ñoạn 2006 – 2013 99 Hình 3. 12. Biến ñộng sử dụng ñất giai ñoạn 2001 – 2013 101 Hình 3. 13. Biểu ñồ diện tích biến ñộng theo khoảng cách tới Hà Nội 104 Hình 3. 14. Biểu ñồ phần trăm diện tích biến ñộng theo mức ñộ ñô thị hóa 105 viii Hình 3. 15. Xác ñịnh các yếu tố của ảnh hưởng ñến biến ñộng sử dụng ñất nông nghiệp 108 Hình 3. 16. Yếu tố tự nhiên của khu vực nghiên cứu 110 Hình 3. 17. Thay ñổi về mật ñộ dân số, thu nhập và số lao ñộng ảnh hưởng ñến chuyển ñổi sử dụng ñất nông nghiệp 2001-2013 119 Hình 3. 18. Mô hình hóa biến ñộng sử dụng ñất nông nghiệp 120 Hình 3. 19. Cấu trúc MLP của chuyển ñổi giữa ñất chuyên lúa sang ñất xây dựng 2001-2006 123 Hình 3. 20. Khả năng chuyển ñổi sử dụng ñất sau năm 2001 124 Hình 3. 21. Khả năng chuyển ñổi sử dụng ñất sau năm 2006 125 Hình 3. 22. Đường cong ROC ñánh giá từng loại chuyển ñổi sử dụng ñất giai ñoạn 2001-2006 127 Hình 3. 23. Đường cong ROC ñánh giá từng loại chuyển ñổi sử dụng ñất giai ñoạn 2006-2013 128 Hình 3. 24. Phần trăm diện tích chuyển ñổi từ ñất lúa sang ñất xây dựng theo mô hình và thực tế giai ñoạn 2001-2006. 129 Hình 3. 25. Phần trăm diện tích chuyển ñổi từ ñất màu lúa sang ñất xây dựng theo mô hình và thực tế giai ñoạn 2001-2006. 129 Hình 3. 26. Phần trăm diện tích chuyển ñổi từ ñất lúa sang ñất xây dựng theo mô hình và thực tế giai ñoạn 2006-2013 130 Hình 3. 27. Phần trăm diện tích chuyển ñổi từ ñất màu lúa sang ñất xây dựng theo mô hình và thực tế giai ñoạn 2006-2013. 130 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Tư liệu bản ñồ sử dụng trong luận án 6 Bảng 2. Số liệu về kinh tế - xã hội sử dụng trong luận án 6 Bảng 3. Tư liệu viễn thám sử dụng trong luận án 7 Bảng 4. Các phần mềm chính sử dụng phân tích trong luận án 7 Bảng 1. 1. Lựa chọn phương pháp hồi quy dựa trên ñặc ñiểm biến phụ thuộc [95] 22 Bảng 2. 1. Tốc ñộ tăng trưởng kinh tế huyện Đông Anh 48 Bảng 2. 2. Chỉ tiêu về dân số huyện Đông Anh 49 Bảng 2. 3. Chỉ tiêu về cơ cấu lao ñộng huyện Đông Anh 49 Bảng 2. 4. So sánh chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế của tư liệu ảnh ñược ñánh giá trong nghiên cứu biến ñộng sử dụng ñất [59] 50 Bảng 2. 5. Chú giải sử dụng ñất của khu vực Đông Anh Hà Nội 53 Bảng 2. 6. Số lượng mẫu sử dụng trong phân loại ảnh 65 Bảng 2. 7. Các chỉ số khảo sát lựa chọn sử dụng trong phân loại ảnh 65 Bảng 2. 8. So sánh hàm liên thuộc của dữ liệu tập mẫu chỉ số tách nước 69 Bảng 2. 9. Bảng so sánh hàm liên thuộc của dữ liệu mẫu chỉ số tách ñất xây dựng 71 Bảng 2. 10. So sánh hàm liên thuộc của dữ liệu mẫu chỉ số tách thực vật 72 Bảng 2. 11. So sánh hàm liên thuộc của dữ liệu tập mẫu ñất trống và hoa màu 72 Bảng 2. 12. Ma trận lẫn kết quả kiểm chứng năm 2006 (Đơn vị: m 2 ) 75 Bảng 2. 13. Ma trận lẫn kết quả kiểm chứng năm 2009 (Đơn vị: m 2 ) 75 Bảng 2. 14. Ma trận lẫn kết quả kiểm chứng năm 2013 (Đơn vị: m 2 ) 76 Bảng 3. 1. Nhóm tỉ trọng mục ñích sử dụng ñất 84 Bảng 3. 2. Nhóm lao ñộng và cơ cấu kinh tế 85 [...]... c ñ ñô th hóa c a khu v c Đông Anh - Nghiên c u phương pháp phân tích h i quy logistic và mô hình hóa không gian ñánh giá các y u t tác ñ ng c a ñô th hóa ñ n cơ c u s d ng ñ t nông nghi p khu v c nghiên c u 3 Gi i h n và ph m vi nghiên c u a/ Đ i tư ng nghiên c u Nghiên c u phương pháp xác ñ nh m i quan h gi a ñô th hóa, bi n ñ ng cơ c u s d ng ñ t và nh hư ng c a ñô th hóa ñ n bi n ñ ng cơ c u s d... ñây, ñ tài "Nghiên c u tác ñ ng c a quá trình ñô th hóa ñ n cơ c u s d ng ñ t nông nghi p khu v c Đông Anh Hà N ” ñã ñư c l a ch n 4 2 M c tiêu và nhi m v a/ M c tiêu: Xác ñ nh m i quan h gi a quá trình ñô th hóa và s bi n ñ ng cơ c u s d ng ñ t thông qua mô hình hóa không gian, tích h p thông tin vi n thám và thông tin th ng kê b/ Nhi m v : Đ ñ t ñư c m c tiêu nêu trên, quá trình nghiên c u ñã th c hi... khu ñô th m i t p trung khu v c ven ñô [7] Đông Anh là huy n n m phía b c Hà N i, nơi có t c ñ th hóa m nh m , quá trình ñô th hóa luôn song hành v i công nghi p hóa Là m t huy n có v trí ñ a lý thu n l i, Đông Anh ñang thu hút nhi u d án ñ u t trong và ngoài nư c Trên ñ a bàn huy n, cho ñ n nay, ñã có hàng trăm doanh nghi p ho t ñ ng s n xu t kinh doanh trong và ngoài các khu công nghi p Trong th... ng nh s d ng t, ki n trúc nhà c a, quy ng và vi c làm, s c kh e và môi tr ng, bi n il i s ng và phong t c t p quán [8] Đô th hóa nói chung và ñô th hóa s c thái riêng Đô th hóa khu v c ven ñô l i có nh ng ñ c tính và khu v c ven ñô liên quan ñ n quá trình chuy n ñ i c a khu v c nông thôn n m ngo i ô thành ph [7, 127, 152, 170, 171] Đô th hóa khu v c này nh n m nh s hình thành lan t a và phát tri n... ñ a cơ s và các b n ñ ng nghi p t i ñây ñã luôn sát cánh ñ ng viên và h tr tác gi hoàn thành lu n án Tác gi xin ñư c bày t lòng c m ơn t i b m , gia ñình và b n bè, nh ng ngư i là ch d a tinh th n và là ñi m t a v ng ch c giúp tác gi hoàn thành lu n án 9 Chương 1 CƠ S LÝ LU N VÀ T NG QUAN CÁC NGHIÊN C U ĐÁNH GIÁ TÁC Đ NG C A QUÁ TRÌNH ĐÔ TH HÓA Đ N CƠ C U S D NG Đ T NÔNG NGHI P Trong ch ng 1 trình. .. ng quan v các nghiên c u liên quan ô th hóa, s d ng c a ch ng này là t và tác nh h ng c a ô th hóa n s d ng nv n t M c ích ng cho lu n án v khung lý thuy t và phương pháp nghiên c u 1.1 T ng quan nghiên c u ñánh giá tác ñ ng c a quá trình ñô th hóa ñ n thay ñ i s d ng ñ t nông nghi p 1.1.1 Các quan ñi m v ñô th hóa, ñô th và khu v c ven ñô Thu t ng “ñô th hóa ra ñ i năm 1867 trong m t tác ph m c a... 2 Phân lo i m ti p c n ñ i tư ng chi t tách thông tin s d ng ñ t khu v c Đông Anh – Hà N i 8 - Chương 3 Đánh giá tác ng c a ô th hóa t nông nghi p khu v c Đông Anh, Hà N i 10 n bi n ng c c u s d ng L i c m ơn Lu n án này ñư c hoàn thành dư i s hư ng d n khoa h c GS TS Võ Chí M và PGS TS Ph m Văn C t i b môn Tr c ñ a M khoa Tr c ñ a trư ng Đ i h c M - Đ a Ch t Tác gi xin bày t lòng bi t ơn sâu s c t... gian t i, các d án còn ti p t c gia tăng, ñây là m t th m nh c a Đông Anh ñ thúc ñ y phát tri n kinh t , chuy n d ch cơ c u kinh t và cơ c u lao ñ ng Cũng như các các vùng ngo i thành khác, quá trình ñô th hóa Đông Anh t t y u d n ñ n m r ng ñô th , 2 ñi u này ñã phá v c u trúc không gian c a khu v c nông thôn và kéo theo là di n tích ñ t nông nghi p b chuy n ñ i, b thu h p ñ s d ng sang các m c ñích... th hóa ñ n bi n ñ ng cơ c u s d ng ñ t nông nghi p c a khu v c nghiên c u Lu n ñi m 3: Các y u t ñ c trưng c a ñô th hóa khu v c ven ñô bao g m y u t t nhiên và xã h i ñ u có liên quan ñ n bi n ñ ng cơ c u s d ng ñ t nông nghi p trong khu v c huy n Đông Anh, Hà N i 6 Các ñi m m i c a lu n án - Thông qua so sánh hàm liên thu c c a các t p m u xác ñ nh các ch s phù h p cho chi t tách thông tin s d ng... và quá trình ñô th hóa, nó cho phép ñánh giá tác ñ ng c a quá trình ñô th hóa ñ i v i bi n ñ ng cơ c u s d ng ñ t m t cách ch t ch hơn và toàn di n hơn Qua ñó, có th giám sát hi u qu hơn s bi n ñ ng s d ng ñ t theo không gian và th i gian, xác ñ nh chính xác nguyên nhân và ñ c bi t là lư ng hóa ñư c nh hư ng c a quá trình ñô th hóa ñ n cơ c u bi n ñ ng s d ng ñ t V i các lu n gi i trên ñây, ñ tài "Nghiên . Quy trình phân loại 58 2.4.3. Thông tin sử dụng ñất khu vực Đông Anh, Hà Nội 76 Chương 3. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA ĐÔ THỊ HÓA ĐẾN BIẾN ĐỘNG CƠ CẤU SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP KHU VỰC ĐÔNG ANH, HÀ NỘI. TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRỊNH THỊ HOÀI THU NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA ĐẾN CƠ CẤU SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP KHU VỰC ĐÔNG ANH - HÀ NỘI Ngành: Kỹ thuật. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA ĐẾN CƠ CẤU SỬ DỤNG ĐẤT NÔNG NGHIỆP 9 1.1. Tổng quan nghiên cứu ñánh giá tác ñộng của quá trình ñô thị hóa