Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Không gian xanh (KGX) đô thị đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì cân bằng sinh thái, điều hòa vi khí hậu và nâng cao chất lượng môi trường sống của cư dân. Quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng làm gia tăng diện tích bề mặt không thấm (BMKT), dẫn đến suy giảm mảng xanh tự nhiên, gây ra các hệ lụy môi trường như ngập lụt đô thị, hiệu ứng đảo nhiệt (UHI) và ô nhiễm không khí. Tại Việt Nam, Chiến lược tăng trưởng xanh giai đoạn 2021–2030, tầm nhìn 2050 định hướng tái cơ cấu nền kinh tế gắn liền với phát triển hạ tầng bền vững và ứng phó biến đổi khí hậu.
Thành phố Thủ Đức được thành lập theo Nghị quyết số 1111/NQ-UBTVQH14 của Ủy ban Thường vụ Quốc hội trên cơ sở sáp nhập Quận 2, Quận 9 và Quận Thủ Đức, với định hướng trở thành đô thị sáng tạo, hạt nhân công nghệ cao và khu vực kinh tế động lực phía đông của Thành phố Hồ Chí Minh. Trước áp lực mở rộng không gian xây dựng, việc theo dõi, lượng hóa và đánh giá chất lượng không gian xanh là yêu cầu cấp thiết phục vụ công tác giám sát và quy hoạch đất đai. Việc ứng dụng công nghệ Viễn thám (Remote Sensing) kết hợp Hệ thống thông tin địa lí (GIS) cung cấp giải pháp thu thập dữ liệu diện rộng, liên tục, khách quan và trực quan hóa không gian vượt trội so với các phương pháp điều tra thực địa truyền thống.
Mục đích nghiên cứu của khóa luận là đánh giá chất lượng không gian xanh đô thị tại thành phố Thủ Đức dựa trên việc tích hợp chỉ số thực vật (NDVI), chỉ số công trình xây dựng (NDBI) và khoảng cách tiệm cận không gian xanh.
Khóa luận thực hiện 4 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:
- Thu thập, phân tích, đánh giá và tổng quan các tài liệu đã được công bố liên quan đến việc ứng dụng Viễn thám và GIS trong nghiên cứu không gian xanh đô thị.
- Xác định cơ sở khoa học và thực tiễn của việc ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong đánh giá không gian xanh đô thị tại khu vực thành phố Thủ Đức.
- Thành lập hệ thống bản đồ chuyên đề, phân tích và đánh giá chất lượng không gian xanh đô thị khu vực thành phố Thủ Đức.
- Đề xuất các giải pháp nâng cấp, bảo tồn và quản lý không gian xanh đô thị phù hợp với định hướng quy hoạch của thành phố Thủ Đức.
Đối tượng nghiên cứu là chất lượng không gian xanh đô thị tại thành phố Thủ Đức. Phạm vi không gian bao gồm toàn bộ địa giới hành chính thành phố Thủ Đức gồm 34 phường với tổng diện tích tự nhiên 211,59 km². Phạm vi thời gian nghiên cứu tập trung vào nguồn tư liệu ảnh vệ tinh Sentinel-2A thu nhận ngày 08 tháng 03 năm 2023, kết hợp số liệu thống kê kinh tế - xã hội giai đoạn 2021–2022.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu được xây dựng trên hệ thống khái niệm chuẩn mực về không gian xanh đô thị (Urban Green Space - UGS), tiệm cận không gian xanh (TCKGX), chất lượng không gian xanh (CLKGX) và bề mặt không thấm (BMKT). Khung quy chuẩn tham chiếu dựa trên các văn bản quy phạm và tiêu chuẩn hiện hành:
- Tiêu chuẩn không gian xanh tối thiểu của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO): 9 m²/người.
- Thông tư số 06/2013/TT-BXD của Bộ Xây dựng về hướng dẫn thiết kế đô thị (quy định các thành phần hành lang xanh, vành đai xanh, nêm xanh, công viên, rừng tự nhiên/nhân tạo).
- Thông tư số 34/2009/TT-BXD của Bộ Xây dựng quy định tiêu chí phân loại đô thị (chỉ tiêu không gian xanh từ 5 đến 15 m²/người, hạn mức không gian xanh công cộng từ 3 đến 7 m²/người).
- Tiêu chuẩn thiết kế quy hoạch cây xanh sử dụng công cộng trong đô thị của Bộ Xây dựng (2012) đối với đô thị loại I (chỉ tiêu đất cây xanh công cộng đạt 10–12 m²/người, đất công viên đạt 6–7,5 m²/người).
Khóa luận vận dụng các phương pháp nghiên cứu chuyên ngành Địa lí và Bản đồ:
- Phương pháp Viễn thám: Thu thập ảnh vệ tinh Sentinel-2A (gồm 2 cảnh ảnh S2A_T48PXS và S2A_T48PXT chụp ngày 08/03/2023, độ che phủ mây dưới 3% từ cổng thông tin Copernicus Browser). Tiến hành tiền xử lý, hiệu chỉnh khí quyển, chuyển đổi đồng bộ độ phân giải không gian các kênh phổ từ 20m về 10m bằng phần mềm SNAP. Phân loại loại hình lớp phủ bằng thuật toán Maximum Likelihood trên phần mềm ENVI dựa trên tập mẫu ROI (Region of Interest). Đánh giá độ chính xác phân loại thông qua ma trận nhầm lẫn (Confusion Matrix) và chỉ số Kappa, đối chiếu với ảnh vệ tinh độ phân giải cao trên Google Earth.
- Phương pháp Bản đồ và Hệ thống thông tin địa lí (GIS): Sử dụng các phần mềm QGIS và ArcGIS để thành lập bản đồ chuyên đề. Tính toán các chỉ số phổ:
- Chỉ số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index - NDVI):
$$\text{NDVI} = \frac{\text{B8 (Near IR)} - \text{B4 (Red)}}{\text{B8 (Near IR)} + \text{B4 (Red)}}$$
- Chỉ số công trình xây dựng (Normalized Difference Built-up Index - NDBI):
$$\text{NDBI} = \frac{\text{B11 (SWIR)} - \text{B8 (Near IR)}}{\text{B11 (SWIR)} + \text{B8 (Near IR)}}$$
- Ứng dụng công cụ Reclassify để phân ngưỡng giá trị thành 5 mức độ mật độ (0–20%, 21–40%, 41–60%, 61–80%, 81–100%).
- Phân tích khoảng cách tiếp cận bằng công cụ Multiple Ring Buffer (bán kính từ 100m đến 500m) đối với 6 loại hình không gian xanh.
- Phân tích ô lưới không gian 100m × 100m (Grid Index Features) và tính điểm tổng hợp chất lượng không gian xanh theo công thức:
$$\text{Chất lượng KGX} = \frac{\text{Trọng số NDVI} + \text{Trọng số NDBI} + \text{Trọng số tiệm cận KGX}}{3}$$
- Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn trạm Tân Sơn Hòa (2021), Niên giám thống kê thành phố Thủ Đức (2022), các quy hoạch tổng thể và đồ án phân vùng cảnh quan của UBND TP. Thủ Đức.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS đánh giá không gian xanh đô thị tại thành phố Thủ Đức
Chương 1 hệ thống hóa cơ sở khoa học về viễn thám quang học, cấu trúc dữ liệu GIS và vai trò sinh thái - môi trường - kinh tế - xã hội của cây xanh đô thị (hấp thụ CO₂, giảm bụi mịn, điều hòa độ ẩm từ 4–30%, giảm bức xạ nhiệt và cung cấp không gian tiện ích công cộng). Tác giả tổng quan 6 dạng hình thái cấu trúc tổ chức không gian xanh đô thị phổ biến trên thế giới: bố trí ven sông, hướng tâm, xen kẽ đô thị, dạng vành đai, dạng tuyến và dạng hỗn hợp. Chương này cũng phân tích kinh nghiệm quốc tế trong quy hoạch và quản lý KGX tại Lyon (Pháp), Philadelphia (Mỹ), Regina (Canada), cũng như các nghiên cứu thực nghiệm tại Bồ Đào Nha, Trung Quốc và Việt Nam (TP. Hồ Chí Minh, Huế, Bến Tre). Cuối chương, tác giả xây dựng quy trình kỹ thuật 7 bước hoàn chỉnh để đánh giá chất lượng không gian xanh đô thị từ khâu xử lý ảnh Sentinel-2A, tính toán chỉ số NDVI, NDBI, lập vùng đệm tiệm cận, chia lưới 100m × 100m đến tích hợp trọng số đánh giá.
Chương 2: Đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu
Chương 2 mô tả điều kiện nền tảng của thành phố Thủ Đức với tổng diện tích 211,59 km². Địa hình chủ yếu là đồng bằng lượn sóng và vùng trũng thấp ven sông chịu tác động trực tiếp của bán nhật triều. Khí hậu nhiệt đới gió mùa phân hóa 2 mùa rõ rệt, nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất (tháng 5) đạt 29,7°C, lượng mưa tập trung từ tháng 5 đến tháng 11 (tháng cao điểm đạt 466,5 mm tại trạm Tân Sơn Hòa). Mạng lưới sông ngòi có mật độ 3,38 km/km² với hai trục tiêu thoát nước chính là sông Đồng Nai (chiều rộng 600–2.000m, sâu 15–25m) và sông Sài Gòn (chiều rộng 150–350m, sâu 10–20m).
Về kinh tế - xã hội, dân số trung bình năm 2022 đạt 1.213.664 người, mật độ dân số 5.736 người/km². Khảo sát hiện trạng mảng xanh công cộng năm 2022 cho thấy toàn thành phố có 29,751 ha công viên và 93,854 ha mảng xanh phân cấp quản lý. Sự phân bổ cây xanh mất cân đối nghiêm trọng giữa các khu vực: Quận 9 cũ sở hữu 4 không gian công cộng cấp đô thị với diện tích lên đến 741 ha; Quận 2 có 14 không gian công cộng với 14 ha; trong khi Quận Thủ Đức cũ dù có mật độ dân số rất cao nhưng chỉ có 14 không gian công cộng với tổng diện tích vỏn vẹn 2,4 ha. Khung quy hoạch đô thị của TP. Thủ Đức xác lập 6 dải không gian mở chính: dải ven sông Sài Gòn và đô thị trung tâm; dải đô thị du lịch sinh thái ven sông Đồng Nai; dải không gian mở Đông - Tây (Thủ Thiêm - Rạch Chiếc - Long Phước); dải không gian văn hóa sáng tạo (Bắc - Nam); và 2 dải liên kết dân cư Bắc - Nam xen kẽ mạng lưới mặt nước.
Chương 3: Đánh giá không gian xanh đô thị tại thành phố Thủ Đức
Chương 3 trình bày toàn bộ kết quả thực nghiệm chiết tách thông tin từ ảnh vệ tinh Sentinel-2A (ngày 08/03/2023). Miền giá trị NDVI dao động từ -0,21228 đến 0,542, trong khi miền giá trị NDBI dao động từ -0,720326 đến 0,478899.
Kết quả phân loại và lượng hóa diện tích bề mặt thực vật và đất xây dựng được tổng hợp chi tiết. Tác giả tiến hành phân vùng và phân cấp mật độ thành 5 cấp độ bằng công cụ Reclassify, sau đó tính toán khoảng cách tiệm cận dựa trên vùng đệm từ 100m đến 500m xung quanh 6 loại hình không gian xanh (cây bụi, công viên, đất đô thị, đất nông nghiệp, mặt nước, mật độ cây xanh) và tích hợp các lớp dữ liệu trên lưới không gian 100m × 100m. Dựa trên kết quả định lượng, tác giả đưa ra các nhóm giải pháp quy hoạch, lựa chọn chủng loại cây trồng đô thị và hoàn thiện chính sách quản lý mảng xanh cho từng phân vùng.
Kết quả và đóng góp
1. Kết quả định lượng chính từ dữ liệu viễn thám và GIS
Dữ liệu giải đoán ảnh vệ tinh Sentinel-2A năm 2023 cung cấp bức tranh định lượng chi tiết về hiện trạng che phủ bề mặt tại thành phố Thủ Đức qua các bảng số liệu sau:
| Phân vùng lớp phủ thực vật |
Diện tích (ha) |
Tỉ trọng (%) |
| Khu vực thực vật |
14.110,4 |
66,7 |
| Khu vực không thực vật |
7.048,6 |
33,3 |
| Tổng cộng |
21.159,0 |
100,0 |
Phân bố mật độ thực vật (NDVI) theo 5 cấp độ che phủ:
| Cấp mật độ thực vật |
Khoảng giá trị NDVI |
Diện tích (ha) |
Tỉ trọng (%) |
| Dưới 20% |
NDVI thấp nhất – Phân ngưỡng cấp 1 |
6.074,8 |
28,7 |
| 21% – 40% |
Phân ngưỡng cấp 1 – Cấp 2 |
7.281,1 |
34,4 |
| 41% – 60% |
Phân ngưỡng cấp 2 – Cấp 3 |
4.629,1 |
21,9 |
| 61% – 80% |
Phân ngưỡng cấp 3 – -0,3876 |
2.667,0 |
12,6 |
| 81% – 100% |
-0,3876 – Giá trị NDVI cao nhất |
507,0 |
2,4 |
Phân vùng đất xây dựng đô thị (NDBI) tại thành phố Thủ Đức:
| Phân vùng đô thị |
Diện tích (ha) |
Tỉ trọng (%) |
| Khu vực không đất xây dựng |
12.392,6 |
58,57 |
| Khu vực có đất xây dựng |
8.766,4 |
41,43 |
| Tổng cộng |
21.159,0 |
100,0 |
Phân bố mật độ công trình xây dựng (NDBI) theo 5 cấp độ:
| Mật độ công trình đô thị |
Khoảng giá trị NDBI |
Diện tích (ha) |
Tỉ trọng (%) |
| Dưới 20% |
NDBI thấp nhất – -0,3270 |
13.218,8 |
62,47 |
| 21% – 40% |
-0,3270 – -0,1691 |
6.920,7 |
32,71 |
| 41% – 60% |
-0,1691 – -0,0354 |
969,0 |
4,58 |
| 61% – 80% |
-0,0354 – 0,0799 |
44,5 |
0,21 |
| 81% – 100% |
0,0799 – 0,4789 |
6,0 |
0,03 |
Kết quả cho thấy thảm thực vật mật độ cao (81–100%) chỉ chiếm 507 ha (2,4%), tập trung ở khu đô thị Sala, một phần phường Long Phước, Long Thạnh Mỹ, Long Trường và An Phú. Các khu vực mật độ xanh rất thấp (dưới 20%) tập trung ở dải đô thị phía tây bắc giáp ranh Quận Bình Thạnh và tỉnh Bình Dương như Hiệp Bình Phước, Bình Chiểu, Bình Thọ, Thảo Điền, Phước Bình (98,6 ha), Bình Trưng Tây (204 ha) và Tam Bình (214 ha).
2. Giải pháp và kiến nghị của tác giả
- Phát triển hệ thống mảng xanh bám sát 6 dải không gian mở công cộng đã quy hoạch, đặc biệt là dải cảnh quan ven sông Sài Gòn và hành lang du lịch sinh thái sông Đồng Nai.
- Quy hoạch phát triển mạng lưới hồ điều hòa kết hợp công viên tại các vùng trũng ngập nhằm giảm thiểu rủi ro ngập lụt đô thị khi triều cường.
- Tăng cường chỉ tiêu cây xanh tại khu vực Quận Thủ Đức cũ – nơi có mật độ dân số cao nhưng quỹ đất công viên hiện hữu rất hạn chế (2,4 ha).
- Lựa chọn cơ cấu chủng loại cây trồng đô thị phù hợp điều kiện thổ nhưỡng, ưu tiên các loài cây bản địa có khả năng lọc bụi, hấp thụ khí độc và giữ ẩm đất.
3. Đóng góp khoa học của đề tài
Khóa luận đã thiết lập quy trình tích hợp giữa phương pháp viễn thám đa phổ (Sentinel-2A) và phân tích không gian GIS (khoảng cách vùng đệm tiệm cận, ô lưới 100m × 100m) để lượng hóa chất lượng không gian xanh đô thị ở cấp độ cơ sở. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu bản đồ chuyên đề phục vụ trực tiếp cho các nhà quản lý trong công tác quy hoạch, giám sát tài nguyên đất và phát triển đô thị bền vững tại TP. Thủ Đức.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Khóa luận chỉ ra một số hạn chế kỹ thuật và dữ liệu:
- Nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh quang học Sentinel-2A được thu nhận tại một thời điểm duy nhất (ngày 08/03/2023, thuộc mùa khô), do đó chưa phản ánh được sự biến động theo mùa của thảm thực vật tự nhiên và nông nghiệp.
- Độ phân giải không gian của ảnh sau khi đồng bộ là 10m, có thể dẫn đến hiện tượng trộn lẫn điểm ảnh (mixed pixel) giữa cây xanh đường phố hẹp, thảm cỏ nhỏ trong khu dân cư với bóng đổ của các tòa nhà cao tầng.
- Thuật toán phân loại ảnh Maximum Likelihood có nguy cơ gây sai số nhầm lẫn giữa một số đối tượng thực vật có đặc tính phản xạ phổ tương đồng.
Hướng nghiên cứu tiếp theo được gợi ý bao gồm việc mở rộng chuỗi dữ liệu ảnh đa thời gian qua nhiều năm để phân tích xu hướng biến động không gian xanh theo tiến trình đô thị hóa; kết hợp dữ liệu viễn thám nhiệt hồng ngoại (chỉ số nhiệt độ bề mặt đất - LST) để đánh giá tương quan trực tiếp giữa chất lượng không gian xanh và hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại thành phố Thủ Đức.
Giá trị tham khảo
Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho:
- Sinh viên, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Địa lí học, Bản đồ học, Viễn thám và GIS, Quản lý tài nguyên và Môi trường, Quy hoạch đô thị.
- Các cơ quan quản lý nhà nước, phòng ban quản lý đô thị và tài nguyên môi trường tại thành phố Thủ Đức và TP. Hồ Chí Minh trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu không gian và giám sát chỉ tiêu cây xanh đô thị.
Nội dung có giá trị tham khảo nổi bật là quy trình kỹ thuật 7 bước chi tiết xử lý dữ liệu viễn thám Sentinel-2A kết hợp ArcGIS/QGIS và phương pháp tích hợp chỉ số NDVI, NDBI với vùng đệm tiệm cận trên lưới ô vuông 100m × 100m.
Câu hỏi thường gặp
1. Khóa luận sử dụng nguồn dữ liệu viễn thám nào và được thu nhận vào thời điểm nào?
Nghiên cứu sử dụng 2 cảnh ảnh vệ tinh Sentinel-2A (S2A_T48PXS và S2A_T48PXT) thu nhận ngày 08/03/2023 với độ che phủ mây dưới 3%, tải từ cổng thông tin Copernicus Browser và được hiệu chỉnh, đồng bộ về độ phân giải không gian 10m bằng phần mềm SNAP.
2. Miền giá trị của chỉ số thực vật (NDVI) và chỉ số công trình xây dựng (NDBI) tại thành phố Thủ Đức năm 2023 biến thiên ra sao?
Miền giá trị NDVI dao động từ -0,21228 đến 0,542 (giá trị cao phân bố ở các công viên lớn, đất nông nghiệp ven sông). Miền giá trị NDBI dao động từ -0,720326 đến 0,478899 (giá trị cao tập trung tại các phường đô thị hóa cao ở phía tây và tây bắc).
3. Tỉ lệ diện tích khu vực có thực vật và khu vực không có thực vật tại TP. Thủ Đức được xác định như thế nào?
Khu vực có thực vật che phủ đạt diện tích 14.110,4 ha (chiếm 66,7% tổng diện tích), cao gần gấp đôi so với khu vực không có thực vật che phủ với 7.048,6 ha (chiếm 33,3%).
4. Hiện trạng không gian công cộng có sự mất cân đối như thế nào giữa các quận cũ trước khi sáp nhập?
Quận 9 cũ có tổng diện tích không gian công cộng lên tới 741 ha; Quận 2 có 14 ha; trong khi Quận Thủ Đức cũ có mật độ dân số đông nhất nhưng chỉ có 14 không gian công cộng với tổng diện tích khiêm tốn là 2,4 ha.
5. Công thức tổng hợp để tính toán chất lượng không gian xanh đô thị trong khóa luận là gì?
Chất lượng không gian xanh đô thị được tính bằng trung bình cộng có trọng số:
$$\text{Chất lượng KGX} = \frac{\text{Trọng số NDVI} + \text{Trọng số NDBI} + \text{Trọng số tiệm cận KGX}}{3}$$
trong đó tiệm cận không gian xanh được xác định qua tổng vùng đệm (buffer 100–500m) của 6 loại hình không gian xanh trên lưới không gian 100m × 100m.
Kết luận
Khóa luận của tác giả Nguyễn Thị Thu Hường đã ứng dụng thành công công nghệ Viễn thám và GIS để định lượng hiện trạng và đánh giá chất lượng không gian xanh tại thành phố Thủ Đức dựa trên tư liệu ảnh Sentinel-2A năm 2023. Kết quả phân tích chỉ ra sự phân hóa không gian rõ rệt giữa mật độ thực vật (chiếm 66,7% diện tích nhưng đa phần ở mức thấp và trung bình) và đất xây dựng (chiếm 41,43%), đồng thời làm rõ sự mất cân đối gay gắt về quỹ đất cây xanh giữa các khu vực nội thành cũ và vùng ven. Hệ thống dữ liệu bản đồ và các giải pháp quy hoạch theo 6 dải không gian mở do đề tài đề xuất là nguồn tư liệu khoa học có giá trị thực tiễn cao cho công tác quản lý đô thị hướng tới mục tiêu phát triển bền vững.
