TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập …, Số … (2024)
95
ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM
ĐNH GI XU HƯỚNG M RNG KHÔNG GIAN ĐÔ TH TI
THÀNH PHỐ HUẾ GIAI ĐON 2010-2023
Nguyễn Hoàng Khánh Linh1*, Nguyễn Bích Ngọc2, Phạm Gia Tùng1
1 Khoa Quốc tế, Đại học Huế
2 Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế
Email: nhklinh@hueuni.edu.vn
Ngày nhận bài: 5/12/2024; ngày hoàn thành phản biện: 30/12/2024; ngày duyệt đăng: 20/3/2025
TÓM TẮT
Mục tiêu của bài báo này nhằm đánh giá biến động sử dụng đất và xu hướng mở
rộng không gian đô thị thành phố Huế giai đoạn 2010-2023 với công nghệ GIS và
Viễn thám. Nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám Landsat, phương pháp phân loại
hướng đối tượng (Object –based method), chỉ số trục phân bố (Directional
Distribution) và chỉ số cht ch (Compactness Index). Kết qủa nghiên cứu cho thấy,
giai đoạn 2010 – 2015 diện tích đất đô thị tăng 242,12 ha. Đối với giai đoạn 2015 –
2023 sau khi thành phố sáp nhập diện tích đất đô thị tăng từ 3026,67 ha lên 6270,85
ha. Bên cạnh đó, xu hướng mở rộng đô thị ở thành phố Huế qua hai giai đoạn là
tương đối khác nhau. Giai đoạn 2010 – 2015 vùng trung tâm đô thị là giống nhau
đều mở rộng về hướng Đông Nam. Sự ảnh hưởng sau sáp nhập năm 2023 đã khiến
cho vùng trung tâm đô thị thành phố hướng về phía Đông Nam và Đông thành phố.
Nghiên cứu góp phần hỗ trợ lập kế hoạch phát triển đô thị bền vững trong thời gian
tới.
Từ khóa: GIS, không gian đô thị, Landsat, thành phố Huế.
1. M ĐẦU
Sự phát triển của GIS-Viễn thám đã có thể hiện thực hóa các tác động trong không
gian lãnh thổ, cho phép đơn giản hóa các công việc để giải quyết những vấn đề phức tạp
của kinh tế - xã hội cả nước nói chung và của ngành quản lý đất đai nói riêng [1, 3]. Cụ
thể, đó là khả năng xử lý và phân tích dữ liệu mạnh m của công nghệ GIS đã tạo ra một
công cụ hữu hiệu trong nghiên cứu biến động và quản lý tài nguyên đất [3, 4]. Ngoài ra
với sự trợ giúp của GIS cho ra những nhận định cơ bản về xu hướng biến động sử dụng
đất, giúp cho việc quản lý cũng như chỉnh lý cập nhật thông tin về đất đai nhanh chóng
Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá xu hướng m rng không gian đô th ti thành phố Huế …
96
và kịp thời [1, 2]. Hiện nay, viễn thám đã được công nhận là một kỹ thuật có giá trị để
xem, giám sát, phân tích, mô tả đc điểm và lập bản đồ sự phát triển và mở rộng đô thị.
Do đó, nó đã được sử dụng rộng rãi trong việc phát hiện và theo dõi những thay đổi của
đô thị trên nhiều quy mô khác nhau với những kết quả hữu ích [6]. Ngoài ra, viễn thám
còn là nguồn thông tin quan trọng để phân tích mở rộng đô thị dựa trên độ chính xác và
tính nhất quán cao về không gian và thời gian [10].
Cùng với xu thế đô thị hóa chung của cả nước, từ 1/7/2021, thành phố Huế chính
thức điều chỉnh địa giới hành chính theo hướng mở rộng theo Nghị quyết 1264 ngày
27/4/2021 của Ủy ban Thường vụ Quốc Hội. Sau khi điều chỉnh địa giới hành chính và
sắp xếp, thành lập các phường, thành phố Huế có 265,99 km2 diện tích tự nhiên và quy
mô dân số 652.572 người; có 36 đơn vị hành chính cấp xã, gồm 29 phường và 07 xã [8].
Đô thị hóa đã có những đóng góp lớn cho phát triển kinh tế của địa phương những năm
qua. Tuy nhiên, quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng cũng kéo theo những mt hạn
chế tác động chưa tốt đến một số vấn đề xã hội và môi trường, đòi hỏi cần phải có những
giải pháp tổng thể, kịp thời để đáp ứng được quá trình đô thị hóa, đảm bảo vừa tăng
trưởng kinh tế vừa đảm bảo giữ vững ổn định và công bằng xã hội [9]. Hiện có nhiều
công trình ứng dụng GIS, VT trong nghiên cứu không gian đô thị Huế như nghiên cứu
của nhóm tác giả Dương Quốc Nõn và cộng sự (2017) đã sử dụng chỉ số IBI cho thấy bán
kính đô thị tăng gần gấp 3 lần so với giai đoạn năm 2005. Xu hướng phát triển không
gian đô thị trong giai đoạn 2005 - 2010 đã hình thành trục phát triển Tây Bắc - Đông
Nam, phía Đông Nam có xu hướng phát triển mạnh hơn. Nghiên cứu của tác giả Nguyễn
Ngọc Thanh và cộng sự (2019) đã ứng dụng GIS và VT trong phân tích mối quan hệ giữa
sự gia tăng diện tích đất có công trình xây dựng và mật độ dân số thành phố Huế. Tuy
nhiên, các nghiên cứu về sử dụng chỉ số trục phân bố và chỉ số cht ch từ ảnh Landsat
trong đánh giá không gian đô thị Huế là chưa được nghiên cứu nhiều.
Do đó, việc nghiên cứu về xu hướng mở rộng không gian đô thị tại thành phố
Huế là cần thiết để hỗ trợ công tác quy hoạch sử dụng đất được tốt hơn và giúp đô thị
phát triển bền vững trong thời gian tới.
2. PHƯƠNG PHP NGHIÊN CỨU
2.1. Phương pháp thu thập số liệu
Thu thập dữ liệu đầu vào từ nguồn ảnh viễn thám tại
https://earthexplorer.usgs.gov/. Trong phạm vi nghiên cứu, dữ liệu ảnh được sử dụng
là ảnh Landsat TM5 (năm 2010) và Landsat LC8 (năm 2015, 2023), các ảnh được thu nhận
tại các năm tính từ trước và sau thời điểm điều chỉnh ranh giới (năm 2021), đây cũng là
các thời điểm thuận lợi cho việc đối chứng kết quả giải đoán từ ảnh viễn thám với bản
đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2010, 2015. Nghiên cứu chọn khu vực nghiên cứu là toàn
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập …, Số … (2024)
97
bộ thành phố Huế theo ranh giới xác định trước khi điều chỉnh năm 2021. Thông tin chi
tiết của các ảnh được thể hiện ở bảng 1:
Bng 1. Dữ liệu ảnh viễn thám đầu vào
Năm
M nh
Ngy chp
Độ phân gii
Độ che ph mây
2010
LT05_L1TP_125049
20100705_20100823_02
23/08/2010
30m x 30m
1%
2015
LC08_L1TP_125049
20150601_20150909_02
09/09/2015
30m x 30m
1%
2023
LC08_L1TP_125049
_20230506_20230509_02
09/05/2023
30m x 30m
1%
2.2. Phương pháp ứng dng GIS v viễn thám
2.2.1. Phương pháp ứng dụng viễn thám xây dựng bản đồ lớp phủ
Ảnh Landsat được phân loại bằng phương pháp phân loại hướng đối tượng (Ob-
ject –based method). Những ưu thế của phương pháp này thể hiện ở việc khi xác định
các đối tượng trên ảnh, phương pháp này không chỉ dựa trên thông tin giá trị và đc
tính quang phổ như phương pháp phân loại dựa trên điểm ảnh (Pixel-based) truyền
thống, mà còn dựa trên nhiều thông số của đối tượng như về hình dạng (shape), độ cht
(compactness), tham số tỷ lệ (scale parameter) là một thông số quan trọng có tác động
trực tiếp tới kích thước của mỗi đối tượng trên ảnh. Tùy thuộc vào độ phân giải không
gian của các loại ảnh vệ tinh khác nhau mà các tham số này thay đổi. Đc biệt về phương
diện phân biệt đc điểm của đô thị, phương pháp này đã cho thấy khả năng phân loại
tốt [11]. Các loại lớp phủ mt đất tại khu vực nghiên cứu, bao gồm: Đất đô thị, đất mt
nước và đất khác theo nghiên cứu Trần Thị Phượng (2022); được xử lý trên phần mềm
eCognition Developer 64. Các bản đồ sau khi phân loại được vector hóa để thành lập
bản đồ lớp phủ mt đất tại mỗi thời điểm. Sau đó, phân tích biến động các loại lớp phủ
mt đất bằng cách chồng lớp các bản đồ bằng thuật toán Union trên phần mềm ArcGIS
10.3.
Để kiểm định kết quả phân loại, nghiên cứu đã tiến hành khảo sát thực địa kết
hợp bấm điểm GPS Garmin 10 để tiến hành kiểm tra độ tin cậy. Nghiên cứu sử dụng Độ
chính xác toàn cục (T) và chỉ số Kappa (K) để thống kê, kiểm tra và đánh giá sự phù hợp
giữa kết quả giải đoán dự liệu thực tế được đại diện bằng các điểm mẫu.
Ứng dụng GIS và viễn thám đánh giá xu hướng m rng không gian đô th ti thành phố Huế …
98
Bng 2. Bảng số lượng mẫu khóa giải đoán
TT
Ký hiệu
Năm 2010
Năm 2015
Năm 2023
Chạy phân loại
Kiểm tra
Chạy PL
Kiểm tra
Chạy phân loại
Kiểm tra
1
DK
33
17
32
17
44
31
2
MN
27
15
23
15
22
19
3
DT
36
33
33
22
45
34
TỔNG
96
65
88
54
111
84
2.2.2. Phương pháp ứng dụng GIS phân tích xu hướng mở rộng không gian đô thị
Để đánh giá xu hướng mở rộng không gian đô thị, nghiên cứu sử dụng các chỉ
số đại diện cho sự đánh giá mức độ phát triển đô thị, bao gồm:
- Chỉ số trục phân bố (Directional Distribution): được sử dụng để đánh giá sự
phân tán của các khu vực đô thị trong khu vực nghiên cứu và xác định những hướng
địa lý có sự tăng trưởng nhanh chóng hoc chậm hơn. Là một trong những chỉ số phổ
biến được sử dụng trong đánh giá thay đổi đô thị và so sánh sự phân tán giữa các khu
vực đô thị khác nhau và giúp xác định những khu vực đang trải qua sự thay đổi mạnh
m [6].
- Chỉ số cht ch (Compactness Index): Là một phương pháp tính toán mức độ
cht ch của một vùng địa lý, thông qua việc tính toán tỷ lệ giữa diện tích của vùng đó
và bề mt của hình bao quanh vùng đó [7]. Trong thực tế, có nhiều cách để tính chỉ số
cht ch, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và ngữ cảnh cụ thể. Một trong những phương
pháp phổ biến để tính chỉ số cht ch là sử dụng đường kính tối thiểu (minimum bound-
ing diameter) của vùng địa lý đó, cụ thể là tính tỷ lệ giữa diện tích của vùng và bình
phương đường kính tối thiểu. Nghiên cứu sử dụng công thức tính chỉ số cht ch theo
Jingnan Huang (2007) là:
CI = A / (P^2/4π) (1)
Trong đó: CI: chỉ số cht ch (Compactness Index); A: diện tích của vùng địa lý;
P: chu vi của vùng địa lý; π: số pi (khoảng 3,14).
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập …, Số … (2024)
99
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết qu xây dựng bn đồ biến động lớp ph bề mặt thành phố Huế giai đoạn 2010-
2023
Kết quả phân loại ảnh qua hình 1 cho thấy cả 03 năm (2010, 2015 và 2023) đều
đạt độ tin cậy rất tốt. Kết quả phân loại hướng đối tượng (Object –based) sau khi chạy
phân mảnh ảnh với Ecognition đã chọn ra tỷ lệ cho ảnh năm 2010 là 8, chỉ số hình dạng
là 0,8 và độ cht 0,8 do ảnh. Đối với ảnh năm 2015 và 2023 các chỉ số tỷ lệ, hình dạng và
độ đt lần lượt là 15 – 0,35 – 0,5. Thông số tỷ lệ, hình dạng và độ cht càng cao giúp phân
mảnh càng nhỏ khu vực cần tách chi tiết. Đối với loại ảnh viễn thám có độ phân giải 30m
thông số cần thay đổi khác nhau để phù hợp với độ phân giải chi tiết qua từng cảnh ảnh.
Hình 1. Sơ đồ cây phân loại ảnh: (a) Năm 2010; (b) Năm 2015; (c) Năm 2023
Cụ thể, kết quả phân loại năm 2010 có độ chính xác toàn cục là 93% và hệ số
Kappa là 0,92, năm 2015 có độ chính xác toàn cục là 95% và hệ số Kappa là 0,93 và năm
2023 có độ chính xác toàn cục là 94% và hệ số Kappa thấp nhất với 0,91. Kết quả giải
đoán với chỉ số Kappa (K) cho thấy kết quả giải đoán ảnh sau phân loại có độ tin cậy khá
cao, sai số nhầm lẫn lớn nhất chủ yếu rơi vào đất đô thị từ 7,8 (năm 2010) đến 18,7%
(năm 2023).
Tiến hành sử dụng kết quả phân loại ảnh để phân tích biến động và xu hướng
mở rộng không gian đô thị tại thành phố Huế, kết quả thể hiện ở hình 2, hình 3.