Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tác động của quá trình đô thị hóa đến cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp khu vực Đông Anh Hà Nội

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:164

Thêm vào BST

Báo xấu

127
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án: Xác định mối quan hệ giữa quá trình đô thị hóa và sự biến động cơ cấu sử dụng đất thông qua mô hình hóa không gian, tích hợp thông tin viễn thám và thông tin kinh tế.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: 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 địa – Bản đồ 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 đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được 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 đề 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 điểm bảo vệ .......................................................................................... 5 6. Những điểm 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 đánh giá tác động của quá trình đô thị hóa đến thay đổi sử dụng đất nông nghiệp ............................................................................................. 9 1.1.1. Các quan điểm về đô thị hóa, đô thị và khu vực ven đô ............................... 9 1.1.2. Các yếu tố của đô thị hóa ảnh hưởng đến thay đổi sử dụng đất nông nghiệp 12 1.1.3. Các phương pháp đánh giá tác động của các yếu tố đến sự biến động sử dụng đất ................................................................................................................ 17 1.2. Tổng quan nghiên cứu lớp phủ và sử dụng đất.................................................. 28 1.2.1. Khái niệm về lớp phủ và sử dụng đất ......................................................... 28
iii 1.2.2. Các phương pháp phân loại và quy mô chiết tách thông tin sử dụng đất từ tư liệu viễn thám ................................................................................................... 29 1.2.3. Các phương pháp nghiên cứu biến động lớp phủ và sử dụng đất .............. 34 1.3. Quan điểm 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 đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu ..................... 44 2.1.1. Vị trí địa 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 đất khu vực Đông Anh, Hà Nội .............. 51 2.4. Phân loại mờ tiếp cận đối tượng ........................................................................ 53 2.4.1. Lý thuyết mờ................................................................................................ 53 2.4.2. Quy trình phân loại..................................................................................... 58 2.4.3. Thông tin sử dụng đất 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 độ đô thị hóa khu vực Đông Anh, Hà Nội ................................. 84 3.1.1. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ đô thị hóa cho khu vực Đông Anh, Hà Nội .... 84 3.1.2. Phương pháp đánh giá mức độ đô thị hóa ................................................. 86 3.1.3. Mức độ đô thị hóa tại Đông Anh, Hà Nội .................................................. 88 3.2. Đánh giá biến động sử dụng đất nông nghiệp tại Đông Anh, Hà Nội ............... 95 3.2.1. Đánh giá biến động sử dụng đất theo thời gian ......................................... 95 3.2.2. Đánh giá diện tích biến động sử dụng đất theo không gian ..................... 102 3.3. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất 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 động chuyển đổi sử dụng đất nông nghiệp tại Đông Anh, Hà Nội ............................................................................................................... 111 3.4. Mô hình hóa biến động sử dụng đất nông nghiệp ........................................... 120 3.4.1. Chuẩn hóa dữ liệu đầu vào cho mô hình giai đoạn 2001-2006 và 2006-2013121 3.4.2. Không gian thích nghi cho các loại hình chuyển đổi sử dụng đất ........... 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 đổi GIS (Geographic information system) Hệ thông tin địa lý GPS (Global positioning system) Hệ thống định 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 đô trong cấu trúc phát triển của đô thị............................ 11 Hình 1. 2. Thực trạng sử dụng đất [47] .................................................................... 13 Hình 1. 3. Phân loại các phương pháp phân tích biến động lớp phủ ........................ 19 và sử dụng đất dựa trên đối tượng và cấu trúc dữ liệu [95] ...................................... 19 Hình 1. 4. Các phương pháp xác định biến động ..................................................... 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 độ phân giải không gian và chi tiết phân loại [19] ..... 51 Hình 2. 3. Sơ đồ xác định thông tin sử dụng đất có được từ kết quả dữ liệu lớp phủ bề mặt tách được 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 đồ các bước xử lý ảnh ........................................................................ 59 Hình 2. 8. Tiêu chí cho phân mảnh đối tượng .......................................................... 61 Hình 2. 9. Đối tượng ảnh nhận được từ phân mảnh ảnh theo các mức độ ............... 62 Hình 2. 10. Bộ quy tắc giải đoán ảnh ...................................................................... 68 Hình 2. 11. Ảnh chỉ số .............................................................................................. 70 Hình 2. 12. Tổng hợp diện tích sử dụng đất chiết tách từ tư liệu ảnh Landsat......... 77
vii Hình 2. 13. Hiện trạng sử dụng đất năm 2001 .......................................................... 78 Hình 2. 14. Hiện trạng sử dụng đất năm 2004 .......................................................... 79 Hình 2. 15. Hiện trạng sử dụng đất năm 2006 .......................................................... 80 Hình 2. 16. Hiện trạng sử dụng đất năm 2009 .......................................................... 81 Hình 2. 17. Hiện trạng sử dụng đất 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 độ đô thị hóa của 145 thôn và thị trấn Đông Anh năm 2001 .......... 92 Hình 3. 6. Mức độ đô thị hóa của 145 thôn và thị trấn Đông Anh theo năm 2006 .. 93 Hình 3. 7. Mức độ đô thị hóa của 145 thôn và thị trấn Đông Anh theo năm 2011 .. 94 Hình 3. 8. Chuyển đổi cơ cấu giữa các loại hình sử dụng đất chính giai đoạn 2001-2006 ................................................................................................................. 96 Hình 3. 9. Biến động sử dụng đất giai đoạn 2001 – 2006 ........................................ 97 Hình 3. 10. Chuyển đổi cơ cấu giữa các loại hình sử dụng đất chính giai đoạn 2006-2013 ................................................................................................................. 98 Hình 3. 11. Biến động sử dụng đất giai đoạn 2006 – 2013 ...................................... 99 Hình 3. 12. Biến động sử dụng đất giai đoạn 2001 – 2013 .................................... 101 Hình 3. 13. Biểu đồ diện tích biến động theo khoảng cách tới Hà Nội .................. 104 Hình 3. 14. Biểu đồ phần trăm diện tích biến động theo mức độ đô thị hóa .......... 105
viii Hình 3. 15. Xác định các yếu tố của ảnh hưởng đến biến động sử dụng đất nông nghiệp....................................................................................................... 108 Hình 3. 16. Yếu tố tự nhiên của khu vực nghiên cứu ............................................. 110 Hình 3. 17. Thay đổi về mật độ dân số, thu nhập và số lao động ảnh hưởng đến chuyển đổi sử dụng đất nông nghiệp 2001-2013 .................................................... 119 Hình 3. 18. Mô hình hóa biến động sử dụng đất nông nghiệp ............................... 120 Hình 3. 19. Cấu trúc MLP của chuyển đổi giữa đất chuyên lúa sang đất xây dựng 2001-2006 ............................................................................................................... 123 Hình 3. 20. Khả năng chuyển đổi sử dụng đất sau năm 2001 ................................ 124 Hình 3. 21. Khả năng chuyển đổi sử dụng đất sau năm 2006 ................................ 125 Hình 3. 22. Đường cong ROC đánh giá từng loại chuyển đổi sử dụng đất giai đoạn 2001-2006 ............................................................................................................... 127 Hình 3. 23. Đường cong ROC đánh giá từng loại chuyển đổi sử dụng đất giai đoạn 2006-2013 ............................................................................................................... 128 Hình 3. 24. Phần trăm diện tích chuyển đổi từ đất lúa sang đất xây dựng theo mô hình và thực tế giai đoạn 2001-2006. .................................................................... 129 Hình 3. 25. Phần trăm diện tích chuyển đổi từ đất màu lúa sang đất xây dựng theo mô hình và thực tế giai đoạn 2001-2006. .............................................................. 129 Hình 3. 26. Phần trăm diện tích chuyển đổi từ đất lúa sang đất xây dựng theo mô hình và thực tế giai đoạn 2006-2013 ..................................................................... 130 Hình 3. 27. Phần trăm diện tích chuyển đổi từ đất màu lúa sang đất xây dựng theo mô hình và thực tế giai đoạn 2006-2013. .............................................................. 130
ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Tư liệu bản đồ 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 đặc điểm biến phụ thuộc [95] 22 Bảng 2. 1. Tốc độ 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 động huyện Đông Anh ........................................ 49 Bảng 2. 4. So sánh chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế của tư liệu ảnh được đánh giá trong nghiên cứu biến động sử dụng đất [59] .................................................................... 50 Bảng 2. 5. Chú giải sử dụng đất 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 đất 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 đất trống và hoa màu ...... 72 Bảng 2. 12. Ma trận lẫn kết quả kiểm chứng năm 2006 (Đơn vị: m2) .................... 75 Bảng 2. 13. Ma trận lẫn kết quả kiểm chứng năm 2009 (Đơn vị: m2) .................... 75 Bảng 2. 14. Ma trận lẫn kết quả kiểm chứng năm 2013 (Đơn vị: m2) ..................... 76 Bảng 3. 1. Nhóm tỉ trọng mục đích sử dụng đất ....................................................... 84 Bảng 3. 2. Nhóm lao động và cơ cấu kinh tế ............................................................ 85
x Bảng 3. 3. Nhóm dân số và điều kiện cơ sở vật chất ................................................ 86 Bảng 3. 4. Giá trị đóng góp của các trục thành phần chính F1 và F2 ...................... 88 Bảng 3. 5. Hệ số đóng góp của các chỉ tiêu trên trục nhân tố .................................. 90 Bảng 3. 6. Biến động giữa các loại hình sử dụng đất giai đoạn 2001-2006 (đơn vị ha) ................................................................................................................. 95 Bảng 3. 7. Biến động giữa các loại hình sử dụng đất giai đoạn 2006 – 2013 (đơn vị ha) ................................................................................................................. 98 Bảng 3. 8. Biến động sử dụng đất giai đoạn 2001- 2013 ....................................... 100 Bảng 3. 9. Biến động giữa các loại hình sử dụng đất giai đoạn 2001 – 2013 (đơn vị ha) ............................................................................................................... 102 Bảng 3. 10. Biến động diện tích (ha) sử dụng đất theo đường giao thông chính ... 103 Bảng 3. 11. Biến động diện tích (ha) theo khoảng cách tới Hà Nội ....................... 103 Bảng 3. 12. Diện tích biến động sử dụng đất theo mức độ đô thị hóa năm 2011... 105 Bảng 3. 13. Biến phụ thuộc và biến độc lập ........................................................... 111 Bảng 3. 14. Tổng hợp hệ số của phương trình hồi quy từ kết quả chạy mô hình giai đoạn 2001 -2006 với giá trị P-value ≤0.1 ............................................................... 112 Bảng 3. 15. Bảng tổng hợp hệ số của phương trình hồi quy từ kết quả chạy mô hình giai đoạn 2006 -2013 với giá trị P-value ≤0.1 ........................................................ 114 Bảng 3. 16. Bảng kiểm chứng mô hình .................................................................. 126
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đô thị hóa là xu thế phát triển của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới, trong đó có Việt Nam với mốc khởi điểm vào năm 1980. Hiện nay, đô thị hóa ở nước ta diễn ra với tốc độ nhanh và mạnh [147]. Bên cạnh những mặt tích cực của quá trình đô thị hóa như tăng trưởng kinh tế, chuyển dịch cơ cấu kinh tế, cải thiện đời sống tạo đời sống xã hội thì đô thị hóa quá nhanh, thiếu quy hoạch khoa học sẽ nảy sinh nhiều vấn đề như mất đất nông nghiệp, chênh lệch mức sống, ô nhiễm môi trường [8]. Sau hơn hai mươi năm đổi mới, quá trình đô thị hóa đã dẫn đến việc thu hồi một diện tích lớn đất nông nghiệp sử dụng cho xây dựng khu công nghiệp, khu kinh tế, khu đô thị mới và nhiều dự án phi nông nghiệp khác. Theo báo cáo của Bộ nông nghiệp và Phát triển nông thôn trong giai đoạn từ năm 2001 đến 2005 có khoảng 366 000 ha đất nông nghiệp đã chuyển thành đất đô thị và đất công nghiệp, trong đó, có 16 tỉnh và thành phố thu hồi diện tích lớn như Tiền Giang, Đồng Nai, Hà Nội và Vĩnh Phúc [147]. Dự kiến đến năm 2025 chính phủ sẽ chuyển đổi 450 000 ha đất nông nghiệp sang đất phi nông nghiệp [35]. Tính đến năm 2011, Hà Nội có tổng cộng 19 khu công nghiệp mới sử dụng 7526 ha đất, cùng với một khu công nghệ cao và 45 cụm công nghiệp vừa và nhỏ, và nhiều khu đô thị mới tập trung ở khu vực ven đô [7]. Đông Anh là huyện nằm ở phía bắc Hà Nội, nơi có tốc độ thị hóa mạnh mẽ, quá trình đô thị hóa luôn song hành với công nghiệp hóa. Là một huyện có vị trí địa lý thuận lợi, Đông Anh đang thu hút nhiều dự án đầu từ trong và ngoài nước. Trên địa bàn huyện, cho đến nay, đã có hàng trăm doanh nghiệp hoạt động sản xuất kinh doanh trong và ngoài các khu công nghiệp. Trong thời gian tới, các dự án còn tiếp tục gia tăng, đây là một thế mạnh của Đông Anh để thúc đẩy phát triển kinh tế, chuyển dịch cơ cấu kinh tế và cơ cấu lao động. Cũng như các các vùng ngoại thành khác, quá trình đô thị hóa ở Đông Anh tất yếu dẫn đến mở rộng đô thị,
2 điều này đã phá vỡ cấu trúc không gian của khu vực nông thôn và kéo theo là diện tích đất nông nghiệp bị chuyển đổi, bị thu hẹp để sử dụng sang các mục đích khác. Việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất ở đây diễn ra mạnh mẽ, đặc biệt là sau năm 2000, điều này thể hiện qua mức độ mất đất nông nghiệp hàng năm tăng [67]. Đây đang là vấn đề nóng bỏng của Đông Anh và những khu vực tương tự, nơi đang chịu áp lực nặng nề của hai xu hướng phát triển và bảo tồn giữa lợi ích kinh tế với bảo vệ tài nguyên đất và môi trường. Trước thực tế đó, cần có một nghiên cứu đánh giá đầy đủ, chính xác và khoa học tác động của các nhân tố đô thị hóa đối với sự biến động cơ cấu sử dụng đất theo không gian và thời gian. Kết quả nghiên cứu là tư liệu cho các nhà quy hoạch, các nhà quản lý có cơ sở để điều chỉnh quy hoạch, bổ sung các cơ chế, chính sách phát triển đô thị hợp lý bảo đảm sự hài hòa của cả ba hợp phần phát triển kinh tế, xã hội và bảo vệ tài nguyên môi trường, hướng tới một quá trình đô thị hóa bền vững. Các nghiên cứu về đô thị hóa và chuyển đổi đất nông nghiệp đều có ba đặc điểm chung. Một là, vấn đề mất đất nông nghiệp do xây dựng khu dân cư và phát triển công nghiệp. Khu vực ven đô của các đô thị lớn như Hà Nội, Manila, Jakarta, Trung Quốc là những ví dụ điển hình cho sự suy giảm đất nông nghiệp [35, 52, 67, 110, 113, 183]. Hai là, vấn đề tăng dân số, giảm đất nông nghiệp gây áp lực chuyển đổi cây trồng và tăng cường sử dụng đất theo nhu cầu thị trường [158, 182]. Ba là, đô thị hóa làm thay đổi mô hình không gian của khu vực nông nghiệp. Tại các khu vực ven đô trải qua đô thị hóa, đất nông nghiệp bị chia cắt và manh mún [35, 145, 146]. Cho đến nay, các nghiên cứu mối quan hệ giữa đô thị hóa và sử dụng đất đang tập trung theo hai hướng, hoặc (i) là đánh giá mối quan hệ theo quan điểm địa lý học hoặc (ii) xem xét dưới góc độ sự phát triển kinh tế - xã hội. Hai hướng tiếp cận độc lập, riêng rẽ này đã bộc lộ một số hạn chế. Các nhà nghiên cứu xã hội liên kết vấn đề đô thị hóa và sử dụng đất theo phương pháp quy nạp thực tiễn [7, 158, 165], phân tích và xem xét đô thị hóa ở mức độ tổng hợp hơn bao gồm cả kinh tế và xã hội. Hạn chế của họ là chỉ dựa vào số liệu thống kê đánh giá mà không định lượng không gian của mối quan hệ giữa đô thị hóa và sử dụng đất. Trong khi đó các nhà
3 địa lý ứng dụng viễn thám và hệ thông tin địa lý (GIS) chỉ xem xét đô thị hóa tương đồng với sự phát triển không gian, mở rộng không gian khu vực dân cư, khu công nghiệp và khu đô thị để định lượng thay đổi sử dụng đất theo không gian đô thị hóa [35, 45, 47, 62, 110]. Do vậy, cần xây dựng một ý tưởng khoa học mới khi phân tích mối quan hệ giữa quá trình đô thị hóa và sự biến động sử dụng đất, theo đó, cần tiếp cận hệ thống hơn, tích hợp dữ liệu đa chiều hơn cả về khai thác dữ liệu không gian mà viễn thám là tư liệu tiêu biểu với các yếu tố phát triển kinh tế - xã hội trong khu vực. Trên thế giới hướng tiếp cận mới này đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm, tuy rằng, mỗi nghiên cứu có hướng đi riêng và khai thác các khía cạnh khác nhau [30, 67, 69, 71, 139]. Với nhiều ưu điểm nổi trội, tư liệu viễn thám được coi là công cụ cung cấp thông tin nhanh chóng, khách quan và trung thực theo không gian và thời gian. Việc khai thác hiệu quả thông tin từ tư liệu viễn thám trong nghiên cứu biến động sử dụng đất đòi hỏi có các phương pháp xử lý và chiết tách thông tin phù hợp với độ chính xác cao, nhất là đối với khu vực ven đô, nơi có cấu trúc và phản xạ phổ trên tư liệu ảnh vệ tinh rất phức tạp do quá trình đô thị hóa [3, 176, 177]. Sự tích hợp các phương pháp phân tích thống kê, phân tích không gian và mô hình hóa không gian là một giải pháp mới, một bước đột phá trong nghiên cứu mối quan hệ giữa biến động sử dụng đất và quá trình đô thị hóa, nó cho phép đánh giá tác động của quá trình đô thị hóa đối với biến động cơ cấu sử dụng đất một cách chặt chẽ hơn và toàn diện hơn. Qua đó, có thể giám sát hiệu quả hơn sự biến động sử dụng đất theo không gian và thời gian, xác định chính xác nguyên nhân và đặc biệt là lượng hóa được ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa đến cơ cấu biến động sử dụng đất. Với các luận giải trên đây, đề tài "Nghiên cứu tác động của quá trình đô thị hóa đến cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp khu vực Đông Anh Hà Nộị” đã được lựa chọn.
4 2. Mục tiêu và nhiệm vụ a/ Mục tiêu: Xác định mối quan hệ giữa quá trình đô thị hóa và sự biến động cơ cấu sử dụng đất thông qua mô hình hóa không gian, tích hợp thông tin viễn thám và thông tin thống kê. b/ Nhiệm vụ: Để đạt được mục tiêu nêu trên, quá trình nghiên cứu đã thực hiện các nhiệm vụ chính sau đây: - Tổng quan tài liệu các lý luận về đô thị hóa, sử dụng đất, tác động của đô thị hóa đến sử dụng đất và phương pháp chiết tách thông tin sử dụng đất từ tư liệu ảnh vệ tinh, phương pháp đánh giá biến động và phương pháp đánh giá tác động của đô thị hóa đến cơ cấu sử dụng đất. - Nghiên cứu phương pháp phân loại mờ tiếp cận đối tượng chiết tách thông tin sử dụng đất từ ảnh viễn thám và đánh giá biến động cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp của khu vực. - Nghiên cứu phương pháp phân tích thống kê không gian đánh giá mức độ đô thị hóa của khu vực Đông Anh. - Nghiên cứu phương pháp phân tích hồi quy logistic và mô hình hóa không gian đánh giá các yếu tố tác động của đô thị hóa đến cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp ở khu vực nghiên cứu. 3. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu a/ Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp xác định mối quan hệ giữa đô thị hóa, biến động cơ cấu sử dụng đất và ảnh hưởng của đô thị hóa đến biến động cơ cấu sử dụng đất. b/ Phạm vi nghiên cứu - Đề tài giới hạn phạm vi không gian huyện Đông Anh, Hà Nội. - Giới hạn phạm vi nghiên cứu cho một số loại hình sử dụng đất chính trong đó, đất nông nghiệp là trọng tâm được chiết tách từ tư liệu ảnh vệ tinh Landsat.
5 4. Phương pháp nghiên cứu Luận án được thực hiện trên cơ sở các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp phân tích, tổng hợp; - Phương pháp thống kê; - Phương pháp quy nạp thực tiễn; - Phương pháp mô hình hóa; - Phương pháp thực nghiệm. 5. Các luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Trong phân loại mờ tiếp cận đối tượng đối với khu vực đô thị hóa và sử dụng đất phức tạp, việc so sánh hàm liên thuộc của các tập mẫu để lựa chọn các chỉ số phù hợp cho kết quả phân loại đạt độ tin cậy cao. Luận điểm 2: Phân tích hồi quy không gian kết hợp với mô hình mạng nơ- ron cho phép đánh giá một cách định lượng tác động của đô thị hóa đến biến động cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp của khu vực nghiên cứu. Luận điểm 3: Các yếu tố đặc trưng của đô thị hóa khu vực ven đô bao gồm yếu tố tự nhiên và xã hội đều có liên quan đến biến động cơ cấu sử dụng đất nông nghiệp trong khu vực huyện Đông Anh, Hà Nội. 6. Các điểm mới của luận án - Thông qua so sánh hàm liên thuộc của các tập mẫu xác định các chỉ số phù hợp cho chiết tách thông tin sử dụng đất. - Xây dựng phương pháp đánh giá mức độ đô thi hóa cho khu vực ven đô thông qua việc áp dụng phương pháp phân tích thành phần chính. - Xây dựng cách tiếp cận liên ngành tích hợp dữ liệu kinh tế - xã hội và dữ liệu viễn thám phục vụ nghiên cứu đánh giá tác động của đô thị hóa đến cơ cấu sử dụng đất. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn a/ Ý nghĩa khoa học:
6 Khẳng định tính ưu việt của phương pháp phân loai mờ tiếp cận đối tượng cho kết quả đạt độ chính xác cao. Tiếp cận liên ngành trong nghiên cứu thông qua phân tích thành phần chính đánh giá mức đô đô thị hóa, phân tích hồi quy và mô hình hóa không gian đánh giá tác động của các yếu tố đô thị hóa đến sử dụng đất. b/ Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu là tư liệu hỗ trợ cho các cơ quan quy hoạch, cơ quan quản lý điều chỉnh, bổ sung và xây dựng các cơ chế chính sách về định hướng quy hoạch chương trình đô thị hóa nói chung và cho khu vực Đông Anh nói riêng nhằm hướng tới một khu vực ven đô phát triển bền vững. 8. Cơ sở tài liệu - Tư liệu bản đồ: Bảng 1. Tư liệu bản đồ sử dụng trong luận án STT Dữ liệu Năm Nguồn 1 Bản đồ địa hình tỉ lệ 1: 25000 2005 Bộ Tài Nguyên và Môi trường 2 Bản đồ thổ nhưỡng tỉ lệ 1: 100000 2005 Viện Thổ nhưỡng nông hóa Bản đồ sử dụng đất tỉ lệ 1:25000 Ủy ban nhân dân huyện 4 2010 Đông Anh Được cán bộ địa chính các xã 5 và trưởng thôn biên vẽ từ bản Ranh giới cấp thôn 2012 đồ địa chính và bản đồ địa hình tỉ lệ 1:5000 - Số liệu về kinh tế xã hội: Bảng 2. Số liệu về kinh tế - xã hội sử dụng trong luận án STT Dữ liệu Năm Nguồn Số liệu về kinh tế xã hội về điều tra 1 2001; 2006; 2011 Tổng cục thống kê nông hộ nông thôn cấp nông hộ. Ủy ban nhân dận 2 Niên giám thống kê 2000 ÷ 2011 huyện Đông Anh
7 - Tư liệu ảnh viễn thám: Bảng 3. Tư liệu viễn thám sử dụng trong luận án STT Dữ liệu Ngày chụp Nguồn 1 Landsat TM 23/11/ 2001 2 Landsat TM 23/11/2004 United States 3 Landsat TM 15/12/2006 Geological Survey (USGS) 4 Landsat TM 05/11/2009 5 Landsat8 OLI_TIRS_L1T 02/12/2013 - Các phần mềm phân loại, phân tích trong luận án Bảng 4. Các phần mềm chính sử dụng phân tích trong luận án STT Phần mềm Mục đích sử dụng 1 Ecognition Phân loại ảnh 2 ArcGIS Phân tích không gian, Kappa 3 XLSTAT Phân tích PCA 4 SPSS Phân tích hồi quy 5 IDRISI Mô hình MLP, ROC, Kappa - Luận án cũng đã tham khảo nhiều đề tài, dự án, báo cáo khoa học về lĩnh vực trắc địa bản đồ, viễn thám, GIS, đô thị hóa, bảo vệ tài nguyên môi trường và đất đai. 9. Cấu trúc luận án Luận án bao gồm 03 chương cùng với phần mở đầu và kết luận, tài liệu tham khảo được trình bày trong 148 trang đánh máy, có sử dụng 35 bảng, 52 hình và biểu đồ, bản đồ kèm theo 8 phụ lục. Dưới đây là tiêu đề các chương: - 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. - Chương 2. Phân loại mờ tiếp cận đối tượng chiết tách thông tin sử dụng đất khu vực Đông Anh – Hà Nội.
8 - 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. 10. Lời cảm ơn Luận án này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học GS. TS Võ Chí Mỹ và PGS. TS Phạm Văn Cự tại bộ môn Trắc địa Mỏ khoa Trắc địa trường Đại học Mỏ - Địa Chất. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy, người đã giúp đỡ, hướng dẫn và động viên tác giả trong suốt thời gian làm luận án. Trong quá trình học tập và nghiên cứu, tác giả đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ từ nơi đào tạo, bộ môn Trắc địa Mỏ, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa Trắc địa trường Đại học Mỏ - Địa Chất và trung tâm nghiên cứu biến đổi toàn cầu (ICARGC). Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó. Tác giả xin trân trọng cảm ơn tới ban lãnh đạo trường Đại học Tài nguyên và Môi trường, lãnh đạo Khoa Trắc địa - Bản đồ trường Đại học Tài nguyên và Môi trường, Bộ môn Trắc địa cơ sở và các bạn đồng nghiệp tại đây đã luôn sát cánh động viên và hỗ trợ tác giả hoàn thành luận án. Tác giả xin được bày tỏ lòng cảm ơn tới bố mẹ, gia đình và bạn bè, những người là chỗ dựa tinh thần và là điểm tựa vững chắc giúp tác giả hoàn thành luận án.
9 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 Trong chương 1 trình bày tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến vấn đề đô thị hóa, sử dụng đất và tác động của đô thị hóa đến sử dụng đất. Mục đích của chương này là định hướng cho luận án về khung lý thuyết và phương pháp nghiên cứu. 1.1. Tổng quan nghiên cứu đánh giá tác động của quá trình đô thị hóa đến thay đổi sử dụng đất nông nghiệp 1.1.1. Các quan điểm về đô thị hóa, đô thị và khu vực ven đô Thuật ngữ “đô thị hóa” ra đời năm 1867 trong một tác phẩm của kỹ sư cầu đường người Tây Ban Nha Ildefonso Cerdà có tên là “Lý luận chung về đô thị hóa”. Theo bà, đô thị hóa là một hiện tượng nhiều tầm và đa diện về kinh tế, xã hội, môi trường biểu hiện ở phát triển thủ công nghiệp, công nghiệp, sản xuất hàng hóa, phân công lao động, chuyển đổi nơi ở và làm việc,…[9]. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu cũng như các báo cáo hiện nay về vấn đề đô thị hóa đều lấy khía cạnh dễ nhận biết nhất của nhân khẩu học đó là sự tăng dần của dân số đô thị trên tổng dân số của một vùng, một quốc gia hoặc châu lục; hay xem xét vấn đề đô thị hóa thông qua hiện tượng nhập cư vào đô thị làm đô thị tăng lên về lượng và mở rộng về không gian để định nghĩa đô thị hóa [9]. Để xác định được các tiêu chuẩn của đô thị hóa phải hiểu được định nghĩa về đô thị. Các nhà khoa học định nghĩa về đô thị theo nhiều quan điểm chủ yếu là dựa trên địa vị chính trị, các thuộc tính về nhân khẩu học, các tham số kinh tế và hành vi văn hóa xã hội. Do không có ngưỡng tiêu chuẩn tối thiểu cho việc xác định một khu vực được gọi là khu vực đô thị, nên mỗi quốc gia lại đưa ra một định nghĩa riêng, hiện nay đang tồn tại khoảng 30 định nghĩa khác nhau về đô thị [32, 79, 150, 156, 159, 174]. Từ góc độ nhân khẩu học và địa lý, các học giả đã đưa ra định nghĩa đô thị dựa trên ngưỡng tối thiểu về lượng tập trung dân số và mật độ dân số [84, 150,