Ứng dụng viễn thám, GIS và các chỉ số không gian nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống giao thông đến quá trình đô thị hóa Hà Nội

Bài báo này chỉ ra được phương pháp tích hợp ảnh viễn thám GIS và các chỉ số không gian để phân tích, định lượng sự ảnh hưởng của vành đai giao thông, các trục giao thông chính đến quá trình đô thị hóa tại Hà Nội. Mời các bạn tham khảo!

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM, GIS VÀ CÁC CHỈ SỐ KHÔNG GIAN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG GIAO THÔNG ĐẾN Q TRÌNH ĐƠ THỊ HĨA HÀ NỘI TS Lê Thị Minh Phương Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Tóm tắt Tớc độ thị hóa diễn mạnh mẽ tại thị lớn nói chung tại Việt Nam nói riêng, đặc biệt thành phớ Hà Nội Q trình thị hóa tại Hà Nội gia tăng nhanh chóng q trình kiểm sốt mức độ mở rộng thị chưa tớt Có nhiều ngun nhân ảnh hưởng đến q trình thị hóa việc phát triển giao thơng ́u tớ Trong giai đoạn 1990 – đến 2012 giao thông Hà Nội phát triển mạnh mẽ kéo theo tớc độ thị hóa tăng cao có quyết định mở rộng đô thị quy hoạch phát triển tổng thể thành phố Các nghiên cứu thị hóa tại Hà Nội trước nêu ảnh hưởng phát triển giao thông đến q trình thị hóa dừng lại phân tích khơng gian q trình phát triển đất đô thị chưa định lượng Bài báo phương pháp tích hợp ảnh viễn thám GIS sớ khơng gian để phân tích, định lượng ảnh hưởng vành đai giao thông, trục giao thơng đến q trình thị hóa tại Hà Nội Kết phân tích khơng gian định lượng cho thấy, tốc độ phát triển đất thị, thị hóa diễn với tớc độ cao bám dọc theo vành đai giao thông trục đường giai đoạn nghiên cứu Kết nghiên cứu thơng tin hữu ích phục vụ công tác quy hoạch định hướng quy hoạch đặc biệt bối cảnh Hà Nội phát triển thành đô thị thông minh Từ khóa: viễn thám, GIS, sớ khơng gian, thị hóa Giới thiệu Đơ thị hóa sự mở rợng thị tính theo tỉ lệ phần trăm sớ dân đô thị hay diện tích đô thị tổng sớ dân hay diện tích mợt vùng, khu vực Nó có thể tính theo tỉ lệ gia tăng hai yếu tố đó theo thời gian Đô thị hóa q trình phát triển thể hiện qua q trình phát triển dân sớ, mật đợ dân sớ, mở diện tích đất xây dựng (các yếu tố này đặc trưng bởi số không gian như: tổng diện tích lớp đất đô thị; mật độ cạnh đô thị; số mảnh lớn nhất; số lượng mảnh đô thị; số về mức độ liền kề các mảnh đô thị; mật độ mảnh đô thị Đã có nhiều nghiên cứu sử dụng các tư liệu khác bản đồ địa chính, điều tra dân sớ, tính biến đợng đất thị thơng qua ảnh viễn thám và GIS yếu tố ảnh hưởng đến thị hóa Các nghiên cứu đó dừng lại ở việc phân tích biến đởi không gian chưa định lượng sự biến đổi đó theo thời 318 gian Đặc biệt là hướng nghiên cứu sử dụng tích hợp viễn thám GIS số không gian để nghiên cứu ảnh hưởng phát triển giao thơng đến q trình thị hóa tại Hà Nợi Viễn thám là mợt khoa học và nghệ thuật thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực một hiện tượng thông qua việc phân tích tư liệu thu nhận các phương tiện quan sát từ xa Ứng dụng viễn thám vào công tác nghiên cứu về đô thị phổ biến, dùng cho cả nước phát triển và phát triển Phương pháp phân loại ảnh viễn thám phục vụ công tác nghiên cứu về đô thị hóa hiện đa phần sử dụng phương pháp phân loại định hướng đối tượng phần mềm eCognition Hệ thống thông tin địa lý có vai trò lớn công tác nghiên cứu đô thị hóa có nhiều nghiên cứu sử dụng GIS để nghiên cứu đô thị hóa ở các nước khác thế giới Trong các nghiên cứu đó, GIS đóng một vai trò quan trọng là công cụ trung chuyển kết quả phân loại ảnh làm sở cho công tác tính toán các sớ khơng gian để phân tích quá trình thị hóa tại khu vực nghiên cứu Hệ thống thông tin địa lý kết hợp với phân tích fractal là cơng cụ hữu ích để nghiên cứu quá trình thị hóa, giá trị các số sau tính toán và phân tích giúp ta hiểu mối quan hệ không gian các đối tượng đô thị, các biến đổi giá trị các số đặc điểm, quá trình hình thành quá trình thị hóa Các sớ thị thường sử dụng để định lượng hình dạng, mẫu dạng các mảnh đô thị, các số đô thị hình thành từ ći năm 1980 Kết hợp đo đạc lí thút về thơng tin và hình học Fractal dựa việc phân loại mảnh đặc trưng bản mảnh đô thị Các mảnh xác định là một mảnh đồng cho một cảnh cụ thể ví dụ đất công nghiệp, công viên hay vùng dân cư có mật độ cao Chỉ số đô thị sử dụng để định lượng tính đồng một mảnh đô thị riêng biệt, tất cả các mảnh thuộc về các nhóm đất đô thị Dữ liệu và phương pháp nghiên cứu Trong giai đoạn 1990 -2012 có quy hoạch tởng thể về quy hoạch giao thông thành phố Hà Nội, có các thay đởi về ranh giới hành mở rợng đô thị dẫn đến tốc độ đô thị hóa gia tăng mạnh mẽ Để nghiên cứu sự ảnh hưởng giao thơng đến thị hóa, tác giả lựa chọn giai đoạn này để làm nổi bật sự ảnh hưởng hệ thớng giao thơng đến quá trình thị hóa Các liệu và phương pháp nghiên cứu, xử lý số liệu dùng bài báo trình bày đây: - Về khơng gian và thời gian nghiên cứu: Từ giai đoạn 1991-2008, Hà Nội có qút đinh mở rợng thành phớ vậy nghiên cứu này chọn 13 quận huyện Hà Nội cụ thể gồm q̣n: Ba Đình, Hoàn Kiếm, Đớng Đa, Hai Bà Trưng, Cầu Giấy, Tây 319 Hồ, Thanh Xuân, Hoàng Mai, Long Biên và huyện: Từ Liêm, Thanh Trì, Gia Lâm, Đơng Anh; và chọn giai đoạn nghiên cứu từ 2009 – 2012 để thể hiện rõ sự biến đợng giao thơng và quá trình thị hóa Bốn ảnh viễn thám khu vực Hà nội lựa chọn cho giai đoạn 1990 đến 2012 bao gồm 03 ảnh Landsat 01 ảnh Spot ( bảng 1) Sử dụng phương pháp phân loại định hướng đối tượng phần mềm eCognition để phân loại lớp đất phủ ảnh vệ tinh Landsat 1993, 2000, 2007 ảnh Spot 2012, quy trình xử lý ảnh thể hiện chi tiết báo ( hình 1) Khi phân loại ảnh vệ tinh, lớp đất phủ ảnh vệ tinh phân loại theo nhóm sau: đất đô thị, mặt nước, và đất khác Loại dữ liệu Landsat TM Landsat ETM Landsat ETM+ Spot Quy phân loại tinh sơ đây: 320 Bảng Ảnh vệ tinh Ngày chụp Độ phân giải (m) 27/12/1993 30 17/09/2000 8/11/2007 16/9/ 2012 20 Khu vực Hà Nội Hà Nợi Hà Nợi trình ảnh vệ thể hiện đồ Hình Quy trình xử lý ảnh viễn thám Kết quả phân loại ảnh viễn thám đánh giá độ chính xác theo quy định và kết quả có độ tin cậy cao Kết quả phân phân loại dùng để làm sở cho các tính toán tốc độ phát triển đô thị Khi có kết quả phân loại ảnh viễn thám, lớp đất đô thị tách kết hợp với lớp giao thông Các vành đai giao thông và các trục giao thông chính chuyển về định dạng shapefile và đưa vào sở liệu GIS Hai lớp thông tin này xử lý phần mềm Arcmap để phân tích biến động không gian quá trình thị hóa Các đường vành đai giao thơng và các trục giao thông chính là huyết mạch thị, giao thơng mở đến đâu thị mở đến đó, và nhiều khu vực giao thông còn qui hoạch các khu thị bám đường xuất hiện Trong nghiên cứu này các vành đai giao thông 02 và 03 và các trục giao thông chính lựa chọn sau: - Giải Phóng - Ngọc Hồi; - Nguyễn Văn Cừ - Hà Huy Tập - Ngô Gia Tự; - Nguyễn Văn Linh - Nguyễn Đức Thuận; - Phạm Văn Đồng - Thăng Long Nội Bài; - Trần Duy Hưng - Đại lộ Thăng Long; - Quốc lộ 3; - Xuân Thủy - Cầu Giấy - Quốc lộ Hệ thống giao thông và lớp đất đô thị tính toán phần mềm ArcMap lệnh buffer dọc theo vành đai và các trục giao thông chính là km để khảo sát sự thay đổi sử dụng đất đô thị Việc lựa chọn km để tính sự ảnh hưởng giao thơng quá trình thị hoá nguyên tắc thiết kế quy hoạch giao thông tại Việt Nam Các vành đai giao thông và các trục giao thông chính đưa vào dạng shapefile lấy sang hai bên km để nghiên cứu tốc độ đô thị hóa, sử dụng kết quả phân loại đất đô thị quanh vành đai giao thông và các trục giao thông chính để tính toán các sớ khơng gian (hình 2) Bộ số không gian dùng để tính toán tốc độ đô thị hóa theo vành đai giao thông: CA - tổng diện tích lớp đất đô thị; 321 ED - mật độ cạnh đô thị; LPI- số mảnh lớn nhất; NP - số lượng mảnh đô thị; IJI - số về mức độ liền kề các mảnh đô thị; PD - mật độ mảnh đô thị Các số không gian này tính toán định lượng phần mềm Fragtats, sau đó xuất kết quả phần mềm exel để phân tính tính toán Thông qua giá trị và sự biến thiên về giá trị nhóm số này cho phép phân tích quá trình hình thành và phát triển đất thị, đặc tính các đối tượng đô thị, tốc độ mở rợng thị, mật đợ xây dựng Quá trình tính các số không gian thể hiện qua sơ đồ sau: Hình Quy trình tính toán số không gian 322 Kết và phân tích kết Kết quả phân loại đất đô thị ảnh vệ tinh quanh vành đai giao thông các trục giao thông chính: 1993 2000 2007 2012 Hình Biến động đất đô thị quanh vành đai và trục giao thơng Kết thu sau tính tốn số thị Kết quả tính toán biến động các số cho các giai đoạn 1993 - 2000; 2000 - 2007; 2007 - 2012 cho phép sự thay đổi tốc độ đô thị hóa ở dọc các tuyến giao thông và dọc các vành đai giao thơng trình bày đây: Biến đổi số diện tích (CA) Diện tích đất thị quanh các vành đai tăng nhanh chóng giai đoạn nghiên cứu Tại các vành đai và trục giao thông số CA toàn bộ giai đoạn nghiên cứu (từ 1993-2012) từ 4131 tăng lên 13522.14, nghĩa là tăng lần Một cách chi tiết hơn, giai đoạn từ 1993 đến 2000 diện tích đất đô thị tăng gần 50% (từ 4131.12 lên 6181.36 ha), giai đoạn từ 2000 đến 2007 tăng 100% (từ 6181.36 lên 12693.8 ha), và giai đoạn thứ tăng gần 10% (từ 12693.8 lên 13522.14 ha) Nguyên nhân giai đoạn tăng thấp cả là các tuyến đường các trục giao thông này đều xây dựng hai giai đoạn trước và đất đô thị gần phủ kín nên đến giai đoạn 2007-2012 không còn nhiều diện tích dành cho đất đô thị Biến đổi số NP Chỉ số NP giai đoạn 2000-2007 có xu hướng tăng, đến năm 2012 323 lại quay về tương đương với năm 1993, diện tích đất thị tăng lần cho thấy các mảnh đô thị xuất hiện thêm, đất đô thị bị chia nhỏ Cụ thể, tại bảng (4.1) cho thấy số NP từ 1993 đến 2000 tăng từ 122 đến 161, số này tiếp tục tăng giai đoạn 2000 đến 2007 lên đến 232, tăng gấp gần lần so với năm 1993 Chỉ số này giảm dần xuống còn 126 giai đoạn 2007 đến 2012 Chỉ số này tăng giai đoạn trước năm 2007 là tốc độ đô thị hóa mạnh, đất đô thị bị phân mảnh và xuất hiện nhiều mảnh đô thị mới, giai đoạn từ 2007 đến 2012 các mảnh này giảm chứng tỏ các mảnh thị nở và tiến gần sát nhập thành các mảnh đô thị lớn Biến đổi số LPI Chỉ số LPI tăng khá mạnh cụ thể tại bảng (4.1) cho thấy tăng 1993 đến 2012 tăng từ 7.6699 lên 28.4098, nghĩa là tăng gấp gần lần Kết quả tính toán cho thấy giai đoạn từ 2000 đến 2007 là tăng mạnh giai đoạn từ 1993 - 2000 2007 2012 cụ thể từ 2000 - 2007 tăng từ 13.6901 đến 23.3325, còn giai đoạn 1993-2000 2007 - 2012 có mức đợ tăng tương đương khoảng 6000 Việc gia tăng số LPI liên quan đến sự lan tỏa các mảnh đô thị nhỏ và hợp chúng lại thành mảnh đô thị lớn, bên cạnh đó có sự phát triển đất đô thị xung quanh các mảnh đô thị tồn tại trước đó Nói mợt cách khác thị mở rộng từ các mảnh nhỏ và phân mảnh, sau đó các mảnh đô thị xây dựng mở rộng liên kết với đô thị chính và đô thị nhân lõi Biến đổi số PD Kết quả tính toán số PD quanh vành đai giao thông và các trục giao thơng cho thấy có biến đởi giai đoạn nghiên cứu Mật độ các mảnh đô thị quanh vành đai giao thông và các trục giao thông chính tăng giai đoạn nghiên cứu (bảng 4.1) Biến đổi số ED Một số khác dùng để tính toán mức độ mở rộng đất đô thị quanh vành đai giao thông và các trục giao thông chính là số ED Kết quả cho thấy tổng chiều dài các cạnh mảnh đô thị gia tăng đồng nghĩa đất đô thị bị phân mảnh Theo (bảng 4.1) số ED giai đoạn 1993 - 2000 tăng từ 16.916 đến 23.922, giai đoạn 2000 - 2007 ED tăng từ 23.922 lên 36.245, giai đoạn 2007 - 2012 giảm từ 36.245 xuống 35.735 Kết quả này cho thấy việc mở rộng đất đô thị quanh vành đai giao thông và các trục giao thông chính tăng mạnh và bị phân mảnh nhiều giai đoạn 2000-2007, đến giai đoạn 2007-2012 mức độ phân mảnh giảm dần Biến đổi số IJI IJI là số cuối tính toán cho khu vực vành đai giao thông và các trục giao thông chính Chỉ số này thể hiện mức độ liền kề các mảnh đô thị với 324 Theo kết quả tính toán tại (bảng 4.1) sớ IJI tăng dần Cụ thể, giai đoạn 1993 -2012 số này tăng từ 42.0185 đến 64.2586 Cũng với xu thế tăng giai đoạn 2000- 2007 các số khác, số IJI giai đoạn này tăng tới khoảng 30% (từ 45.2533 đến 57.9103) Giai đoạn từ 1993 - 2000 và từ 2007 2012 tăng khoảng 10% Việc tăng số IJI liên quan đến tốc độ đô thị hóa từ các mảnh đô thị, các mảnh đô thị nở xuất hiện thêm các mảnh đô thị chính là nguyên nhân làm cho các mảnh đô thị gần Bảng Chỉ số không gian vành đai giao thông và trục giao thông chính Các số không gian Năm CA NP PD LPI ED IJI 1993 4131.12 122 0.4501 7.6689 16.916 42.0185 2000 6181.36 161 0.5936 13.6901 23.922 45.2533 2007 12693.8 232 0.8557 23.3325 36.245 57.9103 2012 13522.14 126 0.4649 28.4098 35.735 64.2586 Đánh giá chung: Quanh vành đai giao thông và các trục giao thông chính xuất hiện quá trình thị hóa với tớc đợ mạnh thể hiện thông qua việc gia tăng số diện tích đất đô thị (CA) Tại bảng diện tích tăng mạnh giai đoạn 2000 - 2007, từ 2007 đến 2012 tốc độ tăng chậm Nguyên nhân việc gia tăng đất đô thị quanh vành đai giao thông và các trục giao thông chính là giai đoạn nghiên cứu Hà Nội thực hiện hàng loạt các dự án tăng cường sở mặt bằng, và các vành đai giao thông các trục giao thông chính xây dựng Cụ thể các đường vành đai 02,03, các trục đường giao thông chính các đường quốc lộ, hệ thống sở hạ tầng nâng cấp và mở rợng để đáp ứng quá trình đô thị hóa Thay đổi các số quanh các vành đai giao thông và các trục giao thông chính chính là chứng cho đô thị hóa diễn tại Điều này cho thấy quá trình thị hóa phát triển mạnh bám theo hệ thống giao thông Có thể kết luận vành đai giao thông và các trục giao thơng chính ảnh hưởng đến quá trình thị hóa Kết luận Tích hợp viễn thám, GIS và các số không gian là phương pháp phù hợp, có độ tin cậy cao để nghiên cứu quá trình thị hóa, nêu rõ quá trình mở rộng đô thị về mặt không gian, thời gian và định lượng quá trình thị hóa Bợ số lựa chọn đủ để đánh giá mối quan hệ các đối tượng đô thị không gian khu vực nghiên cứu Nhóm số bài báo có quan 325 hệ, ảnh hưởng lẫn phân tích kết hợp nhóm số này thấy rõ quá trình thị hóa Hà Nội Bộ số này là công cụ hữu ích để miêu tả, định lượng sự thay đổi cấu trúc không gian đô thị, các mảnh đô thị Nó còn làm sáng tỏ các yếu tố ảnh hưởng, tác động đến quá trình thị hóa Hà Nợi Giá trị biến thiên các số này dùng làm sở để đánh giá và định hướng qui hoạch về mặt không gian Xác định hệ thống giao thông bao gồm các vành đai giao thông và các trục giao thông chính là yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình thị hóa Tài liệu tham khảo Bộ Xây dựng (2008), Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia qui hoạch xây dựng Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Phạm Sỹ Liêm (2013), "Nâng cao hiệu quả quản lí phát triển đô thị theo qui hoạch", Hội thảo quản lí xây dựng đô thị theo qui hoạch, Hà Nội Griffith.J.S (2001), "Object-Oriented Method to Classify the Land Use and Land Cover in San Antonio using eCognition Object-Oriented Image Analysis Introduction" Hai.P.M, Yamaguchi.Y (2008), "Characterizing the urban growth of Ha Noi, Nagoya and Sahnhai City using remote sensing and spatial metrics", Geoscience and Remote Sensing Symposium,5, pp.1-25 Herold.M (2004), "Remote Sensing and Spatial Metrics for Mapping and Modeling of Urban Structures and Growth Dynamics", Ph.D Thesis, University of California, USA Herold.M, Joseph Scepan, Keith C Clarke (2002), "The use of remote sensing and landscape metrics to describe structures and changes in urban land uses", Environment and Planning A, 34, pp.1443-1458 326 .. .gian Đặc biệt là hướng nghiên cứu sử dụng tích hợp viễn thám GIS sớ không gian để nghiên cứu ảnh hưởng phát triển giao thơng đến q trình thị hóa tại Hà Nội Viễn thám là... đai giao thông các trục giao thông chính: 1993 2000 2007 2012 Hình Biến đô? ?ng đất đô thị quanh vành đai và trục giao thông Kết thu sau tính tốn số đô thị Kết quả tính toán biến đô? ?ng... thống giao thông Có thể kết luận vành đai giao thông và các trục giao thông chính ảnh hưởng đến quá trình thị hóa Kết luận Tích hợp viễn thám, GIS và các số không gian là