Ứng Dụng Học Máy Trong Phân Tích Tác Động Của Đô Thị Hóa Đến Mẫu Dạng Không Gian Xanh Của Thành Phố Hà Nội

• Tác giả: Đỗ Thị Ngọc Ánh
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Văn Mạnh
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám hệ thông tin địa lý
• Đề tài: Ứng Dụng Học Máy Trong Phân Tích Tác Động Của Đô Thị Hóa Đến Mẫu Dạng Không Gian Xanh Của Thành Phố Hà Nội
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ NGHIÊN CỨU MẪU DẠNG KHÔNG GIAN XANH ĐÔ THỊ
• 1.1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ NGHIÊN CỨU KHÔNG GIAN XANH
• 1.1.1. Các khái niệm cơ bản liên quan đến hướng nghiên cứu của luận văn
• 1.1.2. Khái niệm về đô thị hóa
• 1.1.3. Khái niệm về không gian xanh đô thị
• 1.2. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ HỌC MÁY TRONG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA VIỄN THÁM VÀ MÔ HÌNH HỌC MÁY TRONG PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA
• 3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐÔ THỊ HÓA TỚI MẪU DẠNG KHÔNG GIAN XANH TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN TỚI LUẬN VĂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Đô Thị Hóa Hà Nội Không Gian Xanh Giới Thiệu

Đô thị hóa là một quá trình không thể tránh khỏi trong sự phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, quá trình đô thị hóa Hà Nội nhanh chóng đang tạo ra áp lực lớn lên không gian xanh Hà Nội. Việc mở rộng các khu vực xây dựng và sự gia tăng dân số đô thị đe dọa nghiêm trọng đến số lượng và chất lượng của không gian xanh. Các chính sách bảo vệ đã được ban hành, nhưng tình trạng thu hẹp không gian xanh vẫn tiếp diễn. Sự phát triển đô thị nhanh chóng dẫn đến nhiều vấn đề, bao gồm ô nhiễm và sự suy thoái. Quy hoạch không gian xanh xung quanh các đô thị được xem là một giải pháp tiềm năng để hạn chế sự mở rộng đô thị. Đô thị hóa có thể thay đổi cấu trúc và chức năng của các hệ sinh thái, bao gồm sự chuyển đổi từ cảnh quan tự nhiên sang nhân tạo. Một trong những kết quả của quá trình này là chia cắt không gian và tăng tính manh mún của cảnh quan.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Về Không Gian Xanh Đô Thị

Nghiên cứu về không gian xanh đô thị trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Tỷ lệ không gian xanh đô thị không theo kịp tốc độ phát triển đô thị, gây áp lực lên môi trường sống và làm giảm chất lượng cuộc sống của người dân. Đô thị hóa không chỉ gây ra các vấn đề môi trường mà còn là động lực thúc đẩy sự bền vững của khu vực và toàn cầu. Hiểu rõ các yếu tố kinh tế - xã hội ảnh hưởng đến cảnh quan là rất quan trọng trong quy hoạch cảnh quan, đặc biệt là tìm hiểu cách thức và lý do tại sao cảnh quan thay đổi, đồng thời khám phá sự tương tác giữa tự nhiên và xã hội.

1.2. Ứng Dụng Viễn Thám Và Học Máy Trong Phân Tích Không Gian Xanh

Công nghệ viễn thám với phạm vi bao phủ rộng lớn và độ phân giải cao đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu không gian xanh đô thị. Các phương pháp phi tham số đang dần trở nên phổ biến trong phân loại do có thể xử lý các phân phối dữ liệu phức tạp và có độ chính xác cao. Kết hợp học máy với các ưu điểm của viễn thám đã thu hút sự quan tâm lớn từ cộng đồng nghiên cứu. Các thuật toán như Cây ngẫu nhiên (RT) đã chứng minh được khả năng mạnh mẽ trong việc phân tích các tương tác phi tuyến tính giữa các biến.

II. Thách Thức Tác Động Đô Thị Hóa Đến Mẫu Dạng Không Gian Xanh

Mở rộng đô thị dẫn đến sự thay đổi mô hình cảnh quan ban đầu, đề cập đến các đặc điểm cấu trúc không gian của cảnh quan. Việc phát hiện những thay đổi trong chỉ số mô hình cảnh quan thông qua viễn thám có thể phản ánh các đặc điểm của quá trình mở rộng đô thị. Nhiều nghiên cứu đã điều tra sự mở rộng đô thị từ các quy mô khác nhau thông qua các chỉ số độ đo cảnh quan và đưa ra đặc trưng của sự phát triển đô thị. Phân tích mô hình cảnh quan đô thị và sự thay đổi không gian – thời gian là một phương tiện hiệu quả để bộc lộ một cách định lượng các đặc điểm của sự thay đổi cấu trúc không gian đô thị. Thành phố Hà Nội đã trải qua quá trình đô thị hóa nhanh chóng trong hai thập kỷ qua. Những hiểu biết sâu sắc về thay đổi của không gian xanh đô thị để đáp ứng với các chính sách đô thị hóa và xanh hóa là điều cần thiết để phát triển đô thị bền vững [18].

2.1. Vấn Đề Thiếu Nghiên Cứu Về Không Gian Xanh Hà Nội

Các mô hình thay đổi đối với không gian xanh tại Hà Nội cũng như mối quan hệ với việc mở rộng và phủ xanh đô thị ít được quan tâm. Nghiên cứu xem xét các quyết định sử dụng đất cùng như các yếu tố kinh tế xã hội hiện tại đã tác động như thế nào đến sự phát triển của không gian xanh. Trong nghiên cứu này, xem xét các mô hình không gian và động lực của không gian xanh và mối liên hệ với quá trình đô thị hóa ở thành phố Hà Nội. Nghiên cứu này sẽ góp phần cung cấp thông tin về phân bố không gian không gian xanh và các điều kiện phủ xanh đô thị đi kèm với sự phát triển đô thị nhanh chóng, từ đó cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà quy hoạch đô thị và thiết kế xanh.

2.2. Mục Tiêu Và Nội Dung Nghiên Cứu Cụ Thể

Mục tiêu: Xác lập luận cứ khoa học trên cơ sở phân tích quá trình đô thị hóa tác động đến mẫu dạng không gian xanh dựa trên dữ liệu viễn thám và học máy. Nội dung: Xây dựng khung lý thuyết và phương pháp ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu lớp phủ/sử dụng đất; Nghiên cứu cơ sở khoa học và lựa chọn phương pháp phân loại lớp phủ/sử dụng đất từ ảnh vệ tinh quang học; Phân tích quá trình mở rộng đô thị tại thành phố Hà Nội trong giai đoạn 1995–2023; Đánh giá mức độ ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa tới mẫu dạng không gian xanh khu vực thành phố Hà Nội.

III. Phương Pháp Ứng Dụng Học Máy Phân Tích Không Gian Xanh

Để thực hiện luận văn, tác giả đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp tổng quan tài liệu: Thu thập tài liệu, tìm hiểu và tổng hợp, đánh giá chung về tình hình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam; Phương pháp thu thập từ thực địa: Các số liệu diện tích đất, bản đồ sử dụng đất, ảnh chụp mẫu vật và vị trí các điểm lấy mẫu; Phương pháp đánh giá, tổng hợp: Trên cơ sở tìm hiểu những công trình nghiên cứu liên quan đến nội dung đề tài, luận văn đã tiến hành tổng hợp, đánh giá trên cả hai phương diện kỹ thuật và lý luận, trên cơ sở của việc ứng dụng công nghệ viễn thám và học máy trong phân loại lớp phủ/sử dụng đất; Phương pháp xử lý ảnh viễn thám và GIS: Đây là phần trọng tâm của phần nghiên cứu bao gồm các kỹ thuật tiền xử lý, xử lý và sau xử lý và phân tích không gian trong môi trường GIS để phân loại lớp phủ/sử dụng đất; Phương pháp học máy: Đây là phương pháp nhằm tối đa hóa khả năng phân loại dựa trên tập dữ liệu có gán nhãn hoặc không gán nhãn.

3.1. Ý Nghĩa Khoa Học Của Việc Ứng Dụng Học Máy

Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần nâng cao hiệu quả tiếp cận đối tượng trong xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh đa thời gian với độ phân giải không gian cao, vận dụng những ưu việt của phương pháp viễn thám và học máy vào lĩnh vực phát triển đô thị, làm cơ sở cho công tác nghiên cứu, đánh giá và phát triển bền vững. Các kết quả thử nghiệm của luận văn phần nào tiếp cận và cụ thể hóa lý luận, giúp Tác giả hiểu sâu và nắm vững hơn kiến thức trong lĩnh vực ứng dụng của viễn thám và học máy trong phân loại lớp phủ/sử dụng đất. Ngoài ra, kết quả của luận văn cũng góp phần cung cấp thêm cách tiếp cận liên ngành.

3.2. Tổng Quan Tài Liệu Về Nghiên Cứu Không Gian Xanh

Trong chương 1, Tác giả trình bày tổng quan các nghiên cứu liên quan đến không gian xanh đô thị trên cơ sở kế thừa và phát triển các kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây cả về phương diện lý thuyết và phương pháp tiếp cận, những ứng dụng thực tiễn của các nghiên cứu đi trước là rất quan trọng và cần thiết giúp Tác giả định hướng và lựa chọn được phương pháp nghiên cứu phù hợp với hướng nghiên cứu của luận văn. Đô thị hóa là quá trình tất yếu của sự phát triển kinh tế-xã hội [50]. Đô thị hóa nhanh chóng sẽ trực tiếp dẫn đến mất đất nông nghiệp, không gian xanh, cuối cùng ảnh hưởng đến sản xuất, chất lượng đô thị.

IV. Đô Thị Hóa Ảnh Hưởng Thế Nào Đến Không Gian Xanh Hà Nội

Nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng đô thị hóa có thể dẫn đến suy thoái hệ sinh thái và mất đi các dịch vụ hệ sinh thái, đặc biệt là dịch vụ cung cấp [61], [63]. Mở rộng đô thị được định nghĩa là một quá trình sắp xếp về mặt không gian liên quan đến các loại hình tăng trưởng đô thị khác nhau [7]. Hơn nữa, việc mở rộng đô thị là kết quả của các tác động tổng hợp của các yếu tố nhân sinh và tự nhiên [12]. Các yếu tố nhân sinh chủ yếu bao gồm tăng trưởng dân số và kinh tế, cũng như phát triển giao thông đô thị, trong khi các yếu tố tự nhiên góp phần vào sự không đồng nhất về không gian chủ yếu bao gồm đặc điểm địa hình và thổ nhưỡng. Sự biến đổi cảnh quan dưới tác động của đô thị hóa là đa hướng và phân hóa theo thời gian và không gian. Quá trình năng động của việc mở rộng đô thị phụ thuộc vào địa hình và việc sử dụng đất của khu vực chịu ảnh hưởng, cũng như vào nhân khẩu học và kinh tế của một thành phố.

4.1. Tác Động Tiêu Cực Của Đô Thị Hóa Đến Môi Trường Đô Thị

Trong quá trình đô thị hóa, dân cư đổ xô vào các thành phố làm gia tăng các bề mặt nhân tạo và không thấm nước (bê tông, nhựa đường) để thay thế các khu vực tự nhiên có rừng, đồng cỏ và đất ngập nước. Những thay đổi này cũng gây ra một loạt các vấn đề môi trường, chẳng hạn như xu hướng gia tăng tần suất các hiện tượng nắng nóng khắc nghiệt ở đô thị và thảm họa lũ lụt, ô nhiễm không khí gia tăng và những tổn thất liên quan. Do đó, sự biến đổi cảnh quan và mở rộng đô thị làm tăng áp lực lên đất đai xung quanh và các nguồn tài nguyên khác, đồng thời gây ra những thay đổi về chất lượng cuộc sống, theo hướng tích cực hoặc tiêu cực. Không gian xanh đô thị (UGS) là các khu vực xanh trong thành phố, được thiết kế, bảo tồn và sử dụng cho mục đích giải trí, phục hồi và hỗ trợ cho cá...

4.2. Xử Lý Dữ Liệu Viễn Thám Trong Phân Tích Thay Đổi LCLU

Phân tích quá trình mở rộng đô thị tại thành phố Hà Nội trong giai đoạn 1995–2023; Đánh giá mức độ ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa tới mẫu dạng không gian xanh khu vực thành phố Hà Nội. Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần nâng cao hiệu quả tiếp cận đối tượng trong xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh đa thời gian với độ phân giải không gian cao, vận dụng những ưu việt của phương pháp viễn thám và học máy vào lĩnh vực phát triển đô thị, làm cơ sở cho công tác nghiên cứu, đánh giá và phát triển bền vững.

V. Kết Luận Hướng Phát Triển Không Gian Xanh Bền Vững Hà Nội

Nghiên cứu này cung cấp một cái nhìn tổng quan về những thay đổi trong không gian xanh ở Hà Nội do đô thị hóa. Việc ứng dụng học máy và dữ liệu viễn thám đã giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các động lực và tác động của quá trình này. Các kết quả này có thể được sử dụng để lập kế hoạch và quản lý không gian xanh một cách hiệu quả hơn, đảm bảo sự phát triển bền vững cho Hà Nội. Nghiên cứu sâu hơn về tương tác giữa đô thị hóa, không gian xanh, và chất lượng cuộc sống là cần thiết để đưa ra các giải pháp phù hợp và toàn diện.

5.1. Đề Xuất Giải Pháp Quy Hoạch Và Quản Lý Không Gian Xanh

Cần có những chính sách cụ thể và hiệu quả hơn để bảo vệ và phát triển không gian xanh trong quá trình đô thị hóa. Điều này bao gồm việc tăng cường quy hoạch không gian xanh, cải thiện chất lượng không gian xanh hiện có, và khuyến khích sự tham gia của cộng đồng vào việc bảo vệ môi trường. Ngoài ra, cần có sự hợp tác giữa các cơ quan chính phủ, tổ chức phi chính phủ, và cộng đồng để đảm bảo sự thành công của các nỗ lực này.

5.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Liên Ngành Trong Tương Lai

Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc kết hợp các phương pháp phân tích khác nhau, bao gồm học máy, viễn thám, và khảo sát xã hội học, để có một cái nhìn toàn diện hơn về tác động của đô thị hóa đến không gian xanh và chất lượng cuộc sống. Bên cạnh đó, cần có sự quan tâm đặc biệt đến các yếu tố như biến đổi khí hậu và sự gia tăng dân số, để đảm bảo rằng các giải pháp được đưa ra là bền vững và có thể thích ứng với những thay đổi trong tương lai.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa diễn ra nhanh chóng tại các thành phố lớn, đặc biệt là Hà Nội, việc mở rộng các khu vực xây dựng đã gây áp lực lớn lên không gian xanh đô thị. Theo số liệu thống kê, từ năm 1995 đến 2023, diện tích đất xây dựng tại Hà Nội đã tăng từ khoảng 46.764 ha lên hơn 108.418 ha, trong khi diện tích không gian xanh lại có xu hướng giảm từ 34.666 ha xuống còn khoảng 44.000 ha. Quá trình này không chỉ làm suy giảm diện tích không gian xanh mà còn ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái đô thị, gây ra các vấn đề môi trường như ô nhiễm, hiệu ứng đảo nhiệt và giảm chất lượng cuộc sống.

Luận văn tập trung phân tích tác động của đô thị hóa đến mẫu dạng không gian xanh của thành phố Hà Nội trong giai đoạn 1995–2023, sử dụng dữ liệu viễn thám đa thời gian kết hợp với các mô hình học máy hiện đại. Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác lập luận cứ khoa học về mối quan hệ giữa quá trình mở rộng đô thị và sự biến đổi không gian xanh, từ đó cung cấp cơ sở cho quy hoạch phát triển đô thị bền vững. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong khu vực thành phố Hà Nội với dữ liệu ảnh vệ tinh SPOT thu thập trong 28 năm, cùng với khảo sát thực địa tại 297 điểm mẫu.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ viễn thám và học máy trong phân tích lớp phủ/sử dụng đất, đồng thời góp phần cung cấp thông tin khoa học cho các nhà quản lý và hoạch định chính sách trong việc bảo vệ và phát triển không gian xanh đô thị, cải thiện chất lượng môi trường và nâng cao đời sống người dân.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên ba quan điểm nghiên cứu chính: quan điểm liên ngành, quan điểm hệ thống và tổng hợp lãnh thổ, cùng quan điểm phát triển bền vững. Trong đó, quan điểm liên ngành giúp tích hợp dữ liệu viễn thám, GIS và số liệu kinh tế - xã hội để phân tích tác động đô thị hóa đến không gian xanh. Quan điểm hệ thống xem không gian xanh như một hệ thống tự nhiên - kinh tế - xã hội có mối liên hệ chặt chẽ, đòi hỏi phân tích tổng thể các yếu tố ảnh hưởng. Quan điểm phát triển bền vững tập trung vào mối quan hệ giữa chức năng đô thị, cộng đồng và môi trường nhằm hướng tới quy hoạch đô thị thân thiện với môi trường.

Ba khái niệm chính được sử dụng gồm: đô thị hóa (quá trình mở rộng và biến đổi sử dụng đất do phát triển kinh tế - xã hội), không gian xanh đô thị (khu vực xanh phục vụ giải trí, bảo tồn đa dạng sinh học và cải thiện môi trường), và lớp phủ/sử dụng đất (LCLU) – các loại đất và thảm thực vật được phân loại dựa trên ảnh viễn thám.

Mô hình học máy Random Trees (RT) được áp dụng để phân loại ảnh vệ tinh SPOT thành các lớp LCLU gồm đất xây dựng, đất nông nghiệp, không gian xanh, mặt nước và đất khác. Các chỉ số độ đo cảnh quan như Largest Patch Index (LPI), Perimeter-Area Fractal Dimension (PAFRAC), Disjunct Core Area Density (DCAD), Total Edge Contrast Index (TECI), Landscape Shape Index (LSI), và Shannon’s Diversity Index (SHDI) được sử dụng để đánh giá cấu trúc và biến đổi mẫu dạng không gian xanh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm ảnh vệ tinh SPOT các năm 1995, 2005, 2015 và 2023 với độ phân giải không gian cao, được hiệu chỉnh khí quyển và hình học bằng mô hình ATCOR và DEM, đồng bộ hệ tọa độ VN2000. Dữ liệu thực địa thu thập từ 297 điểm khảo sát phân bố đều trên toàn thành phố, sử dụng GPS để xác định tọa độ, phục vụ cho việc hiệu chỉnh và kiểm định kết quả phân loại.

Phương pháp phân tích sử dụng kỹ thuật phân loại dựa trên đối tượng (object-based classification) kết hợp thuật toán học máy Random Trees nhằm tối ưu hóa độ chính xác phân loại LCLU. Quy trình nghiên cứu bao gồm tiền xử lý ảnh, phân đoạn ảnh với tham số scale=15, shape=0.5, compactness=0.5, xây dựng mẫu đào tạo và kiểm định, phân loại ảnh và đánh giá độ chính xác bằng chỉ số Overall Accuracy (OA) và hệ số Kappa.

Phân tích biến động sử dụng đất được thực hiện qua ba giai đoạn: 1995–2005, 2005–2015 và 2015–2023, dựa trên ma trận chuyển đổi LCLU. Các chỉ số độ đo cảnh quan được tính toán bằng phần mềm FRAGSTATS để đánh giá sự thay đổi cấu trúc không gian xanh theo thời gian. Ngoài ra, phân tích mở rộng đô thị được thực hiện theo hướng từ trung tâm thành phố (Hồ Gươm) ra các vùng đệm cách nhau 500m, chia thành 8 hướng chính để đánh giá xu thế phát triển không gian đô thị.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tăng diện tích đất xây dựng: Diện tích đất xây dựng tại Hà Nội tăng từ 46.764 ha năm 1995 lên 108.418 ha năm 2023, tương đương mức tăng khoảng 132%. Giai đoạn 1995–2005 chứng kiến mức tăng mạnh nhất với 37.410 ha, chủ yếu chuyển đổi từ đất nông nghiệp (34.573 ha). Giai đoạn 2015–2023 có tốc độ tăng chậm lại nhưng vẫn tăng 11.107 ha.

2. Giảm diện tích không gian xanh: Diện tích không gian xanh tăng từ 34.666 ha năm 1995 lên 51.643 ha năm 2005, sau đó giảm liên tục xuống còn 44.000 ha năm 2023. Giai đoạn 2015–2023 là giai đoạn suy giảm mạnh nhất với hơn 6.200 ha không gian xanh bị thu hẹp, tương đương giảm gần 12% so với năm 2015.

3. Độ chính xác phân loại cao: Thuật toán Random Trees đạt độ chính xác tổng thể (OA) từ 85,57% năm 1995 đến 90,93% năm 2023, với hệ số Kappa tương ứng từ 0,83 đến 0,88, cho thấy mô hình phân loại phù hợp và tin cậy.

4. Biến đổi cấu trúc cảnh quan: Các chỉ số độ đo cảnh quan như LPI, PAFRAC, DCAD, TECI, LSI và SHDI phản ánh sự phân mảnh tăng lên và sự phức tạp trong cấu trúc không gian xanh đô thị, đặc biệt là sự giảm diện tích mảng lớn và tăng sự cô lập của các mảng xanh nhỏ.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng diện tích đất xây dựng phản ánh quá trình đô thị hóa nhanh chóng, thúc đẩy bởi tăng trưởng dân số và phát triển kinh tế. Việc chuyển đổi đất nông nghiệp sang đất đô thị là nguyên nhân chính làm giảm diện tích không gian xanh, gây áp lực lên hệ sinh thái và môi trường sống. Kết quả phân loại LCLU với độ chính xác cao nhờ ứng dụng học máy và xử lý ảnh viễn thám đa thời gian cho phép đánh giá chi tiết biến động không gian.

Các chỉ số cảnh quan cho thấy không gian xanh ngày càng bị phân mảnh, làm giảm khả năng cung cấp dịch vụ hệ sinh thái như điều hòa khí hậu, giảm hiệu ứng đảo nhiệt và bảo tồn đa dạng sinh học. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với xu hướng suy giảm không gian xanh tại các đô thị lớn trên thế giới và Việt Nam.

Việc phân tích theo hướng và vùng đệm từ trung tâm thành phố cho thấy sự mở rộng đô thị không đồng đều, tập trung chủ yếu theo các hướng Đông, Đông Nam và Nam, phù hợp với các dự án phát triển hạ tầng và khu công nghiệp. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về quy hoạch không gian xanh hợp lý để cân bằng phát triển đô thị và bảo vệ môi trường.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường quy hoạch không gian xanh: Các cơ quan quản lý cần thiết lập và thực thi các quy hoạch không gian xanh đô thị rõ ràng, ưu tiên bảo tồn và mở rộng các mảng xanh lớn, giảm thiểu phân mảnh. Mục tiêu tăng diện tích không gian xanh tối thiểu 15% trong vòng 5 năm tới, do Sở Xây dựng và Sở Tài nguyên Môi trường Hà Nội chủ trì.

2. Ứng dụng công nghệ viễn thám và học máy: Khuyến khích sử dụng các công nghệ hiện đại trong giám sát biến động sử dụng đất và không gian xanh để cập nhật dữ liệu kịp thời, hỗ trợ ra quyết định chính xác. Các đơn vị nghiên cứu và quản lý cần phối hợp triển khai thường xuyên hàng năm.

3. Phát triển các khu vực xanh đa chức năng: Thiết kế không gian xanh phục vụ đa mục đích như giải trí, điều hòa khí hậu, bảo tồn đa dạng sinh học và giảm thiểu ô nhiễm. Các dự án phát triển đô thị mới phải tích hợp không gian xanh tối thiểu 20% diện tích dự án, áp dụng trong vòng 3 năm tới.

4. Tăng cường tuyên truyền và nâng cao nhận thức: Tổ chức các chương trình giáo dục cộng đồng về vai trò của không gian xanh trong cải thiện chất lượng cuộc sống và bảo vệ môi trường. Các tổ chức xã hội, trường học và chính quyền địa phương phối hợp thực hiện liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà quy hoạch đô thị và kiến trúc sư: Luận văn cung cấp dữ liệu và phân tích chi tiết về biến động không gian xanh, giúp họ thiết kế các dự án phát triển đô thị bền vững, cân bằng giữa xây dựng và bảo tồn môi trường.

2. Cơ quan quản lý tài nguyên môi trường: Các sở ngành liên quan có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách bảo vệ không gian xanh, giám sát biến động sử dụng đất và đánh giá tác động môi trường.

3. Nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành địa lý, môi trường: Tài liệu cung cấp phương pháp ứng dụng viễn thám và học máy trong phân tích lớp phủ đất, là nguồn tham khảo quý giá cho các nghiên cứu tiếp theo về đô thị hóa và môi trường.

4. Các tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư: Giúp nâng cao nhận thức về tầm quan trọng của không gian xanh, thúc đẩy các hoạt động bảo vệ môi trường và tham gia vào quy hoạch phát triển đô thị.

Câu hỏi thường gặp

1. Học máy được ứng dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   Thuật toán Random Trees được sử dụng để phân loại ảnh vệ tinh SPOT thành các lớp sử dụng đất với độ chính xác trên 85%, giúp phân biệt rõ ràng không gian xanh với các loại đất khác, hỗ trợ đánh giá biến động đô thị hóa.

2. Tại sao chọn ảnh vệ tinh SPOT cho phân tích?
   Ảnh SPOT có độ phân giải không gian cao (1.5m toàn sắc, 6m đa phổ), phạm vi phủ rộng và chu kỳ thu thập định kỳ, phù hợp để theo dõi biến động lớp phủ đất trong thời gian dài với độ chính xác cao.

3. Các chỉ số độ đo cảnh quan có vai trò gì?
   Chúng giúp định lượng cấu trúc không gian của không gian xanh, đánh giá mức độ phân mảnh, phức tạp và đa dạng sinh học, từ đó phản ánh tác động của đô thị hóa đến môi trường cảnh quan.

4. Quá trình đô thị hóa ảnh hưởng thế nào đến không gian xanh?
   Đô thị hóa làm tăng diện tích đất xây dựng, chuyển đổi đất nông nghiệp và không gian xanh thành khu vực đô thị, dẫn đến giảm diện tích và phân mảnh không gian xanh, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và chất lượng sống.

5. Làm thế nào để bảo vệ không gian xanh trong bối cảnh đô thị hóa?
   Cần quy hoạch không gian xanh hợp lý, áp dụng công nghệ giám sát hiện đại, phát triển các khu vực xanh đa chức năng và nâng cao nhận thức cộng đồng về vai trò của không gian xanh trong phát triển bền vững.

Kết luận

• Đô thị hóa tại Hà Nội trong giai đoạn 1995–2023 đã làm tăng diện tích đất xây dựng hơn 130%, đồng thời giảm diện tích không gian xanh khoảng 20%.
• Ứng dụng học máy Random Trees kết hợp dữ liệu viễn thám SPOT đạt độ chính xác phân loại LCLU trên 85%, cung cấp cơ sở dữ liệu tin cậy cho phân tích biến động không gian.
• Các chỉ số độ đo cảnh quan cho thấy không gian xanh bị phân mảnh và suy giảm về mặt cấu trúc, ảnh hưởng đến chức năng sinh thái và môi trường đô thị.
• Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quy hoạch, công nghệ và nâng cao nhận thức nhằm bảo vệ và phát triển không gian xanh bền vững.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu sang các đô thị khác, cập nhật dữ liệu viễn thám mới và phát triển mô hình dự báo biến động không gian xanh.

Luận văn là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng trong việc phát triển đô thị bền vững, đồng thời kêu gọi hành động bảo vệ không gian xanh để nâng cao chất lượng cuộc sống tại các đô thị lớn.