Đánh giá không gian phát triển đô thị khu đông thành phố hồ chí minh bằng phương pháp viễn thám

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oOo TRẦN VÕ THIÊN TRANG ĐÁNH GIÁ KHÔNG GIAN PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ KHU ĐƠNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BẰNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên Môi trường Mã số chuyên ngành: 8.85.01.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM oOo Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN THỊ VÂN Cán chấm phản biện 1: TS LÂM ĐẠO NGUYÊN Cán chấm phản biện 2: TS NGUYỄN HOÀNG ANH Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 09 tháng 09 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch hội đồng: PSG.TS LÊ VĂN TRUNG Cán nhận xét 1: TS LÂM ĐẠO NGUYÊN Cán nhận xét 2: TS NGUYỄN HOÀNG ANH Ủy viên hội đồng: ThS LƯU ĐÌNH HIỆP Thư ký hội đồng: PSG.TS LÊ TRUNG CHƠN Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN PSG.TS LÊ VĂN TRUNG PGS.TS VÕ LÊ PHÚ i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN - oOo NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên : TRẦN VÕ THIÊN TRANG MSHV: 1870667 Ngày, tháng, năm sinh : 06/10/1995 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành : Quản lý Tài ngun Mơi trường Khóa : 2018 I Mã số: 8.85.01.01 TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá không gian phát triển đô thị khu đông TP.HCM phương pháp viễn thám II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Nhiệm vụ: Đánh giá phát triển không gian đô thị khu Đông TPHCM theo thời gian từ xử lý ảnh viễn thám, xem xét tác động đô thị hóa lên mơi trường thị nhằm hỗ trợ cơng tác quản lý môi trường đô thị hiệu quả, nâng cao chất lượng sống, phục vụ cho việc phát triển bền vững đô thị Nội dung: (1) Tổng quan tài liệu, sở liệu liên quan, tình hình nghiên cứu ngồi nước ứng dụng viễn thám đánh giá biến động đô thị (2) Phân tích trạng lớp phủ bề mặt khu Đông giai đoạn 2001 – 2019 từ xử lý ảnh viễn thám (3) Đánh giá không gian phát triển đô thị khu Đơng (4) Phân tích quan hệ lớp phủ đô thị yếu tố môi trường nhiệt (5) Đề xuất giải pháp quản lý phát triển đô thị bền vững, thích ứng với biến đổi khí hậu cho khu Đông III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 08/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 09/2020 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Trần Thị Vân TP HCM, Ngày…….tháng… năm 2020 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS Trần Thị Vân CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA PGS.TS Võ Lê Phú TS Lâm Văn Giang ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đế quý thầy cô khoa Quản lý Tài nguyên Môi trường, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, Đại học Quốc gia TP.HCM Những giảng kiến thức mà tơi có từ nơi tạo hành trang tảng tốt cho ngành để phát triển tư ứng dụng thực tiễn công việc Dành lời riêng cho cô Trần Thị Vân, người tận tụy hướng dẫn làm luận văn từ ngày đầu, tất tôn kính trân trọng, tơi chân thành cảm ơn Cơ thật nhiều ln dẫn dắt kiên trì đồng hành tơi suốt q trình làm luận văn Tơi tin ngồi kiến thức mà Cô truyền đạt, lời khuyên nhận xét Cô tài sản kinh nghiệm quý báu cho hôm sau Luôn chúc Cô thật nhiều sức khỏe để truyền tải thật nhiều niềm cảm hứng nghiên cứu khoa học đến học trị Cơ Xin gửi lời cảm ơn đến người bạn khóa, người bạn học tập, trao đổi kiến thức động viên lúc khó khăn, tơi rèn luyện, hồn thành khóa học luận văn Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến người thân gia đình, người mà tơi khơng thể thiếu đời này, bên cạnh giúp đỡ, ủng hộ đường học vấn, làm việc để hoàn thành luận văn TP.HCM, ngày tháng năm 2020 Trần Võ Thiên Trang iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Đơ thị hóa q trình tất yếu dân số phát triển Đơ thị hóa góp phần đẩy mạnh phát triển kinh tế - xã hội khu vực, quốc gia nâng cao đời sống cho người Luận văn trình bày ứng dụng tư liệu viễn thám Landsat để phân loại đánh giá biến động không gian lớp phủ đô thị tác động thị hóa khu Đơng TPHCM giai đoạn 2001-2019 Kết nghiên cứu cho thấy, khu vực phía Đơng mở rộng thị với tốc độ nhanh, với mức tăng tỷ lệ đô thị năm cuối (20142019) gấp lần so với tỷ lệ tăng thị 13 năm trước (2001-2014) Trong đó, Quận Thủ Đức tăng 1,1 % (2001 – 2014: tăng 1,2%, 2014 – 2019: không thay đổi), Quận tăng 25,45% (2001 – 2014: tăng 5,3%, 2014 – 2019: tăng 20,17%), Quận tăng 12,26% (2001 – 2014: tăng 2,2%, 2014 – 2019: tăng 10,08%) Mối tương quan lớp phủ môi trường nhiệt xem xét nhằm tìm mối quan hệ chúng trình phát triển thị Từ đó, luận văn đề xuất giải pháp để quản lý không gian phát triển đô thị phù hợp cho khu vực Kết nghiên cứu luận văn sử dụng để hỗ trợ công tác quy hoạch quản lý phát triển thị xu hướng thị hóa ngày cao iv ABSTRACT Urbanization is an inevitable process as the population grows Urbanization contributes to boosting socio-economic development of the region and a nation and improving people's lives The thesis presents the application of Landsat remote sensing materials to classify and evaluate changes in urban mantle space under the impact of urbanization in the East of HCMC in the period 2001-2019 The research results show that the East region is expanding urban at a fairly rapid rate, with the urban rate increase in the last years (2014-2019) increase times the urban growth rate of 13 the previous year (2001-2014) In which, Thu Duc district increased 1,1% (2001 - 2014: 1,2% increase, 2014 - 2019: constant), District increased 25,45% (2001 - 2014: 5,3% increase), 2014 - 2019: an increase of 20,17%), District an increase of 12,26% (2001 - 2014: an increase of 2,2%, 2014 - 2019: an increase of 10,08%) The correlation between the mantle and the thermal environment is examined to find the relationship between them in the urban development process Since then, the thesis has proposed solutions to manage urban development space suitable for the area The dissertation's research results can be used to support urban planning and management in the trend of increasingly urbanization v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Trần Thị Vân Ngoại trừ nội dung trích dẫn, số liệu, kết trình bày luận văn hồn tồn xác, trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác trước Tôi xin lấy danh dự thân để đảm bảo cho lời cam đoan TP.HCM, ngày tháng năm 2020 Trần Võ Thiên Trang vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii ABSTRACT iv LỜI CAM ĐOAN v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu 3 Nội dung nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tổng quan đô thị 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến phát triển đô thị .6 1.1.3 Các loại mơ hình phát triển đô thị 1.2 Tình hình nghiên cứu .9 1.2.1 Trên giới 1.2.2 Trong nước 19 1.3 Tổng quan khu vực nghiên cứu .20 1.3.1 Đặc điểm tự nhiên .20 1.3.2 Đặc điểm kinh tế xã hội .26 1.3.3 Đặc điểm dân số 28 1.3.4 Tình hình thị hóa khu vực nghiên cứu 29 CHƯƠNG 2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .33 Cơ sở khoa học 33 2.1.1 Cơ sở viễn thám gis 33 vii 2.1.2 Cơ sở viễn thám quan trắc nhiệt 35 2.1.3 Cơ sở thống kê 38 2.2 Phương pháp nghiên cứu .39 2.2.1 Phương pháp xử lý ảnh viễn thám 39 2.2.2 Tính nhiệt độ 45 2.2.3 Tính thống kê tương quan số 48 2.3 Dữ liệu sử dụng 49 2.4 Quy trình thực nghiên cứu .50 CHƯƠNG 3.1 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 Tiền xử lý ảnh phân loại lớp phủ 53 3.1.1 Tiền xử lý ảnh 54 3.1.2 Phân loại lớp phủ bề mặt 57 3.2 Hiện trạng lớp phủ bề mặt qua thời điểm ảnh 60 3.2.1 Tồn khu Đơng 60 3.2.2 Theo quận 63 3.3 Biến động đô thị khu Đông 70 3.3.1 Biến động không gian đô thị từ năm 2001 đến năm 2019 70 3.3.2 Một số nguyên nhân gây biến động 73 3.4 Quan hệ đô thị nhiệt độ môi trường đô thị 76 3.4.1 Phân bố nhiệt độ khu Đông thời điểm ảnh 19/01/2019 76 3.4.2 Xây dựng hàm hồi quy biểu diễn quan hệ đô thị nhiệt độ 79 3.5 Đề xuất giải pháp quản lý không gian phát triển đô thị 83 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận 85 Kiến nghị 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Vị trí khu vực nghiên cứu TPHCM .21 Hình 1.2: Các khu thị vệ tinh TP.HCM 24 Hình 1.3: Các KV trọng điểm sáng tạo theo định hướng khu Đơng TP HCM 28 Hình 1.4: Số liệu dân cư khu vực nghiên cứu qua năm 29 Hình 1.5: Diện tích tự nhiên khu vực nghiên cứu 29 Hình 1.6: Bản đồ khu thị phía Đơng TP HCM 30 Hình 1.7: Định hướng phát triển không gian khu Đông TP HCM 32 Hình 2.1: Trình tự bước phân loại ảnh viễn thám 44 Hình 2.2: Sơ đồ quy trình tính nhiệt độ bề mặt TS 48 Hình 2.3: Sơ đồ phân tích hồi quy tương quan 49 Hình 2.4: Quy trình thực thành lập đồ từ ảnh viễn thám 52 Hình 3.1: So sánh ảnh trước (a) sau tăng độ phân giải ảnh (b) 54 Hình 3.2: Ảnh cắt khu vực nghiên cứu qua thời điểm ảnh .56 Hình 3.3: Cơ cấu phần trăm loại lớp phủ năm toàn khu Đơng TP.HCM .62 Hình 3.4: Ảnh phân loại lớp phủ vào thời điểm ảnh 63 Hình 3.5: Cơ cấu phần trăm lớp phủ quận thời điểm ảnh 15/04/2001 65 Hình 3.6: Hiện trạng lớp phủ bề mặt quận vào thời điểm ảnh 15/04/2001 65 Hình 3.7: Cơ cấu phần trăm lớp phủ quận thời điểm ảnh 26/03/2014 67 Hình 3.8: Hiện trạng lớp phủ bề mặt quận vào thời điểm ảnh 26/03/2014 67 Hình 3.9: Cơ cấu phần trăm lớp phủ quận thời điểm ảnh 19/01/2019 69 Hình 3.10: Hiện trạng lớp phủ bề mặt quận vào thời điểm ảnh 19/01/2019 69 Hình 3.11: Bản đồ thể vị trí lớp phủ thị tăng từ năm 2001 – 2019 .71 Hình 3.12: Phân bố thị qua thời điểm ảnh 72 Hình 3.13: Biểu đồ thể tỷ lệ giá trị LST khu Đơng 78 Hình 3.14: Bản đồ nhiệt độ bề mặt đất khu đông ngày 19/01/2019 78 Hình 3.15 Mối quan hệ giá trị Ts NDVI 83 79 Nhiệt độ cao 39,3 0C Nhiệt độ trung bình 30,5 0C Nhiệt độ thấp nhất: 25,1 0C Tổng quan thời điểm ảnh 19/01/2019, nhiệt độ tồn khu Đơng mức tương đối cao (khu vực nhiệt độ 300C chiếm phần lớn) Với mức nhiệt trung bình 30,50C, nhiệt độ cao 39,30C nhiệt độ thấp 25,10C Khu vực có nhiệt độ 300C chiếm tỷ lệ 40,36% (diện tích 85,35 km2), khu vực có nhiệt độ từ 300C đến 350C chiếm tỷ lệ xấp xỉ 59,39% (diện tích 125,58 km2), khu vực có nhiệt độ 350C chiếm tỷ lệ nhỏ 0,25% (diện tích 0,53 km2) “Ngưỡng chịu đựng người xác định 35°C” (Cổng thơng tin điện tử Chính phủ, 2017) Khi nhiệt độ môi trường lớn 37°C, người phải tỏa lượng nhiệt dư thừa môi trường, thông qua chế đổ mồ hôi Tốc độ trao đổi nhiệt thể với môi trường xác định dải phổ nhiệt bề mặt da lớp khơng khí xung quanh Khi khơng khí xung quanh nóng ẩm, q trình nhiệt chậm, người giữ nhiệt thân nhiệt thể tăng lên Đó lý khí hậu nóng khơ dễ chịu khí hậu nhiệt đới ẩm Nhiệt độ tương đối nóng khu Đơng chủ yếu q trình thị hóa Yếu tố thay đổi chuyển đổi từ cấu trúc nông nghiệp đồng cỏ sang đô thị 3.4.2 Xây dựng hàm hồi quy biểu diễn quan hệ đô thị nhiệt độ Hồi quy tương quan khác mục đích kỹ thuật Phân tích tương quan trước hết đo mức độ kết hợp tuyến tính phi tuyến tính biến, cho thấy độ mạnh yếu mối quan hệ hai biến số, mối quan hệ nhân Trong đó, phân tích hồi quy thường xét phương trình gồm hay nhiều biến độc lập biến phụ thuộc, ước lượng dự báo giá trị kỳ vọng biến (biến phụ thuộc) sở giá trị cho hay nhiều biến khác (biến độc lập), tác động đồng thời nhiều biến lên biến Phân tích hồi quy dựa giả định biến độc lập xác định biến phụ thuộc ngẫu nhiên Hệ số R2 phản ánh mức độ ảnh hưởng biến độc lập lên biến phụ thuộc 80 Đối với trường hợp phân tích hồi quy cho mối quan hệ mảng xanh LST, biến độc lập NDVI biến phụ thuộc Ts min, max mean theo tập số liệu xác định từ liệu tính tốn luận văn thể Bảng 3.13 Các giá trị NDVI chia thành 30 khoảng từ NDVI > giá trị cao Trường hợp NDVI