Nghiên cứu hình thái đô thị hà nội phục vụ định hướng quy hoạch dưới sự trợ giúp của viễn thám và GIS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ THỊ MINH PHƯƠNG Nghiên Cứu Hình Thái Đô Thị Hà Nội Phục Vụ Định Hướng Qui Hoạch Dưới Sự Trợ Giúp Của Viễn Thám Và GIS Chuyên ngành : Bản đồ, Viễn thám Hệ thông tin địa lý Mã số : 62 44 02 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Phạm Văn Cự TS Đinh Thị Bảo Hoa HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận án “Nghiên cứu hình thái thị Hà Nội phục vụ định hướng qui hoạch trợ giúp viễn thám hệ thông tin địa lý” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết quả, số liệu trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày … tháng … năm 2014 Tác giả luận án Lê Thị Minh Phương Lê Thị Minh Phương i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Phạm Văn Cự TS Đinh Thị Bảo Hoa, người trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành luận án Với lời dẫn, tài liệu, tận tình hướng dẫn lời động viên Thầy Cơ giúp tơi vượt qua nhiều khó khăn q trình thực luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Khoa Địa lý, Bộ môn Bản đồ Viễn thám Trung tâm ICARGC tạo điều kiện cho tơi suốt q trình làm NCS Tơi xin cảm ơn trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội tạo điều kiện thời gian cho học NCS Luận án thực khuôn khổ đề tài " Tiếp cận không gian phương pháp định lượng áp dụng vào nghiên cứu hình thái phát triển thị Hà Nội" NAFOSTED tài trợ PGS.TS Phạm Văn Cự chủ trì Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô Bộ môn Bản đồ Viễn thám, bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để luận án hồn thiện Hà Nội, ngày … tháng … năm Tác giả luận án Lê Thị Minh Phương ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Giới hạn phạm vi nghiên cứu Những điểm Luận án Luận điểm bảo vệ Ý nghĩa khoa học thực tiễn Cơ sở tài liệu Cấu trúc luận án Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI ĐÔ THỊ 1.1 Tổng quan nghiên cứu hình thái thị 1.2 Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 24 1.3 Đất đô thị nghiên cứu hình thái khu vực Hà Nội 29 1.4 Qui hoạch đô thị, định hướng qui hoạch đô thị Hà Nội qua thời kì 31 1.5 Vai trị hình thái thị định hướng qui hoạch quản lí thị 44 1.6 Viễn thám, GIS số không gian nghiên cứu hình thái thị 46 1.7 Phương pháp qui trình nghiên cứu 53 Chương 2: SỬ DỤNG VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI ĐƠ THỊ HÀ NỘI 58 2.1 Tiếp cận phân loại định hướng đối tượng 58 2.2 Phân loại định hướng đối tượng 59 2.3 Phân loại đất đô thị khu vực Hà Nội theo phương pháp phân loại định hướng đối tượng 66 2.4 Đánh giá độ xác kết phân loại 78 Chương 3: TÍNH TỐN CÁC CHỈ SỐ KHƠNG GIAN HÌNH THÁI ĐƠ THỊ HÀ NỘI 88 3.1 Lựa chọn số khơng gian phân tích hình thái đô thị 88 iii 3.2 Nhóm số khơng gian nghiên cứu hình thái đô thị Hà Nội 94 3.3 Xử lí tính tốn số khơng gian kết phân loại ảnh 102 Chương 4: HÌNH THÁI ĐƠ THỊ HÀ NỘI VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐƠ THỊ HĨA HÀ NỘI 115 4.1 Ảnh hưởng vành đai giao thông trục giao thơng đến q trình thị hóa Hà Nội 115 4.2 Ảnh hưởng khoảng cách đến trung tâm thành phố lên trình thị hóa Hà Nội 120 4.3 Ảnh hưởng việc chuyển đổi ranh giới nâng cấp hành đến q trình thị hóa Hà Nội 124 4.4 Hình thái qui luật phát triển hình thái thị Hà Nội 137 4.5 Dự báo xu hướng phát triển hình thái thị Hà Nội đến năm 2030 phục vụ công tác định hướng qui hoạch 143 KẾT LUẬN………………………………………………………………………146 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN……………………………………………………………………… 149 TÀI LIỆU THAM KHẢO 150 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AWMPF : Chiều Fractal mảnh CA : Diện tích đất thị CBD : Trung tâm hành thương mại thành phố CSTT : Cơ sở tri thức ED : Chỉ số mật độ cạnh F : Hình học Fractal FD : Chiều Fractal GIS : Hệ thông tin địa lý IJI : Mức độ liền kề mảnh LPI : Chỉ số mảnh lớn LSI : số hình dạng cảnh quan NCS : Nghiên cứu sinh NP : Số lượng mảnh NDVI : Chỉ số thực vật PD : Mật độ mảnh TCN : Trước công nguyên %LAND : Phần trăm cảnh quan PSSD : Kích thước độ lệch chuẩn mảnh v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh thông số phân loại dựa pixel định hướng đối tượng 49 Bảng 1.2 Các nhóm số Fragstats 53 Bảng 2.1 Dữ liệu ảnh vệ tinh khu vực Hà Nội 66 Bảng 2.2 Các lớp phân loại ảnh vệ tinh khu vực Hà Nội .69 Bảng 2.3 Kết khảo sát khu vực nghiên cứu 71 Bảng 2.4 Các số tham gia vào trình phân loại .74 Bảng 2.5 Các yếu tố kỹ thuật qui tắc phân loại định hướng đối tượng ảnh vệ tinh 76 Bảng 2.6 Ma trận sai lẫn 81 Bảng 2.7 Giá trị số Kappa 84 Bảng 2.8 Hệ số Kappa kết phân loại ảnh đô thị Hà Nội 86 Bảng 3.1 Bảng so sánh số không gian 100 Bảng 3.2 Nhóm quận huyện có trạng thái .111 Bảng 3.3 Thông tin quận thành lập giai đoạn nghiên cứu 112 Bảng 4.1 Chỉ số không gian vành đai giao thông trục giao thơng 118 Bảng 4.2 Các số không gian khu vực cách điểm trung tâm 1km .121 Bảng 4.3.Các số không gian khu vực cách điểm trung tâm km 122 Bảng 4.4 Các số không gian khu vực cách điểm trung tâm 8km .123 Bảng 4.5 Các số không gian (CA,NP,LPI)ccủa quận Hà Nội quận năm 1993 125 Bảng 4.6 Các số IIJ,ED,PD quận khơng có thay đổi 127 Bảng 4.7 Chỉ số CA, NP, LPI quận có thay đổi chức hành 128 Bảng 4.8 Chỉ số IJI,ED,PD quận có thay đổi chức hành 133 Bảng 4.9 Chỉ số CA, NP, LPI huyện Hà Nội .135 Bảng 4.10 Chỉ số IJI, ED, PD huyện Hà Nội 136 Bảng 4.11 Các số không gian khu vực Hà Nội 139 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Khu vực nghiên cứu .4 Hình 1.1.(a) Thành phố Mile - Hy Lạp mang đặc điểm kỉ V- TCN; (b) Thành phố Timgad truyền thống đô thị cổ La Mã .10 Hình 1.1.c Mơ hình thành phố Milano, Christinopolis, Neufbrisach theo dạng hình trịn 10 Hình 1.3.(a) Quy hoạch thành phố Brasillia, (b) Quy hoạch thành phố Chandigarh, (c) Mơ hình thành phố tuyến tính .11 Hình 1.4 Thuyết vùng đồng tâm .12 Hình 1.5 Thuyết khu vực 13 Hình 1.6 Thuyết đa nhân 14 Hình 1.7 Vành đai Ln Đơn Patrick Abercrombie (1994) .15 Hình 1.8 Phương án Ln Đơn thành phố vệ tinh (1946) 15 Hình 1.9 Phương án phát triển khơng gian thành phố Mátxcơva G.Bkrasin (1930) 16 Hình 1.10 Phương án phát triển khơng gian thành phố Mátxcơva V.V.Kratju.16 Hình 1.11 Mặt phát triển Mátxcơva G.E.Misenko 17 Hình 1.12 Sơ đồ mơ hình phát triển hệ thống dân cư đô thị .18 Hình 1.13 Các giai đoạn phát triển thị hóa tương ứng với bước tăng trưởng kinh tế, tăng trưởng GDP/người 19 Hình 1.14 Sơ đồ quy hoạch Hà Nội thời kỳ 1956-1960 36 Hình 1.15 Sơ đồ quy hoạch chung thủ Hà Nội thời kỳ 1960-1964 38 Hình 1.16 Sơ đồ quy hoạch chung thủ đô Hà Nội thời kỳ 1968-1974 39 Hình 1.17 Sơ đồ quy hoạch chung thủ đô Hà Nội đến năm 2000 40 Hình 1.18 Sơ đồ quy hoạch chung thủ đô Hà Nội đến năm 2010 42 Hình 1.19 Sơ đồ quy hoạch chung Hà Nội đến năm 2020 43 Hình 1.20 Sơ đồ nghiên cứu chi tiết (1) 56 Hình 2.1 Phân cấp đối tượng mức liên kết 60 Hình 2.2 Lựa chọn tỉ lệ phân mảnh ảnh (segment) 61 Hình 2.3 Bối cảnh xác định phân loại đối tượng ảnh .62 vii Hình 2.4 Sự lẫn phổ thơng tin chưa pixel (MicroImage Inc 2004) 63 Hình 2.5 Quan hệ topo khái niệm khoảng cách 65 Hình 2.6 Sơ đồ qui trình phân loại ảnh vệ tinh theo phương pháp phân loại định hướng đối tượng 67 Hình 2.7 Tăng cường chất lượng ảnh khu vực Hà Nội (chế độ Histogram) 68 Hình 2.8 Vị trí khu vực khảo sát 70 Hình 2.9 Kết phân mảnh thay đổi tham số 71 Hình 2.10 Qui trình phân loại đất thị 72 Hình 2.11 Qui trình phân loại đất nơng nghiệp, thực vật; mặt nước .73 Hình 2.12 Dùng số khoảng cách để tăng cường hỗ trợ việc lập qui tắc giải đoán ảnh 75 Hình 2.13 Thiết lập qui tắc phân loại ảnh Landsat 1993 77 Hình 2.14 Kết phân loại đất đô thị ảnh viễn thám khu vực Hà Nội 78 Hình 2.15a Mẫu ngẫu nhiên .80 Hình 2.15b Mẫu có hệ thống 80 Hình 2.15c Mẫu phân tầng ngẫu nhiên 80 Hình 2.15d Mẫu phân tầng hệ thống không xếp 80 Hình 2.15e Mẫu theo cụm 81 Hình 2.16 Một số hình ảnh trình kiểm định .85 Hình 2.17 Các tuyến khảo sát thực địa 86 Hình 3.1 Mối liên hệ mơ hình hóa khơng gian thị 89 Hình 3.2 Khảo sát lựa chọn số không gian kết phân loại .93 Hình 3.3 Chỉ số tổng diện tích đất thị (CA) .94 Hình 3.4 Số lượng mảnh đô thị .95 Hình 3.5 Chỉ số mật độ mảnh 96 Hình 3.6 Chỉ số mảnh lớn .97 Hình 3.7 Chỉ số thể mức độ liền kề 98 Hình 3.8 Chỉ số mật độ cạnh 99 Hình 3.9 Tính tốn số khơng gian qui mơ nghiên cứu 103 viii Hình 3.10 Sơ đồ tính tốn phần mềm Fragstats 104 Hình 3.11 Vành đai giao thơng trục giao thơng 107 Hình 3.12 Khoảng cách đến điểm trung tâm Hồ Gươm 108 Hình 3.13 Mối quan hệ hình thái thị hóa thay đổi chức hành 111 Hình 3.14 Các quận huyện Hà Nội 113 Hình 4.1 Đất thị mở rộng theo đường giao thơng .115 Hình 4.2 Chỉ số CA quanh vành đai giao thông trục giao thơng 118 Hình 4.4.a Thay đổi số LPI, ED, IJI quanh vành đai giao thông .119 trục giao thơng 119 Hình 4.4.b Biến đổi hình thái quận (phường - phường) Hà Nội 125 Hình 4.5 Chỉ số CA quận có trạng thái phường-phường 126 Hình 4.6 Biến đổi hình thái quận (xã - phường) Hà Nội 129 Hình 4.7.Thay đổi diện tích đất thị quận, huyện Hà Nội 130 Hình 4.8 Chỉ số LPI quận, huyện có trạng thái xã - phường 132 Hình 4.9 Biến đổi hình thái huyện (xã - xã) Hà Nội .134 Hình 4.10 Thay đổi diện tích đất thị huyện Hà Nội 135 Hình 4.11 Chỉ số CA khu vực Hà Nội 138 Hình 4.12 Thay đổi số lượng mảnh thị khu vực Hà Nội 139 Hình 4.13 Sơ đồ lan tỏa đất thị Hà Nội giai đoạn 1993-2012 140 Hình 4.14 Bản đồ hình thái thị thành phố Hà Nội 1993 Hình 4.15 Bản đồ hình thái thị thành phố Hà Nội 2000 Hình 4.16 Bản đồ hình thái thị thành phố Hà Nội 2007 Hình 4.17 Bản đồ hình thái thị thành phố Hà Nội 2012 ix ... PHÁP NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI ĐƠ THỊ 1.1 Tổng quan nghiên cứu hình thái đô thị 1.2 Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 24 1.3 Đất thị nghiên cứu hình thái... hình thái thị Hà Nội Chương 4: Hình thái thị yếu tố ảnh hưởng đến thị hóa Hà Nội Chương CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI ĐƠ THỊ 1.1 Tổng quan nghiên cứu hình thái thị 1.1.1 Lịch... triển hình thái thị Hình thái thị khoa học nghiên cứu hình dạng yếu tố cấu thành khơng gian thị Hay nói cách khác, hình thái thị liên quan đến hình dạng thị việc bố trí, xếp cơng trình thị, kiểu xếp