Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu và đánh giá hiện trạng cây xanh đô thị quận cầu giấy, hà nội (Tóm tắt trích đoạn)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Tịnh Thủy An

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ
HIỆN TRẠNG CÂY XANH ĐÔ THỊ QUẬN CẦU GIẤY, HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Tịnh Thủy An

ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ
HIỆN TRẠNG CÂY XANH ĐÔ THỊ QUẬN CẦU GIẤY, HÀ NỘI
Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý
Mã số: 60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. NGUYỄN NGỌC THẠCH

Hà Nội - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là cơng trình nghiên cứu thực sự của cá nhân
tơi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch.
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này
trung thực và chưa từng được cơng bố dưới bất cứ hình thức nào.
Tơi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS
Nguyễn Ngọc Thạch, người thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ và truyền
đạt cho tôi những kinh nghiệm khoa học q báu giúp tơi hồn thành luận văn.
Với tình cảm chân thành, tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng
dạy, truyền đạt và nâng cao những kiến thức về chuyên ngành trong thời gian học
tập tại khoa Địa lý trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội.
Đặc biệt là sự giúp đỡ của các thầy cô tại bộ môn Bản đồ - Viễn thám và Hệ thông
tin Địa lý.
Qua đây tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị của lớp cao học K14 Địa lý, đặc biệt là nhóm Bản đồ Viễn thám và GIS đã ln ủng hộ và tạo khơng khí
vui vẻ, thoải mái trong q trình học tập cũng như trong q trình tơi làm luận văn.
Cuối cùng tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân,
bạn bè đã chia sẻ, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tơi hồn thành luận
văn này.
Tơi xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. 1

DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... 3
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. 5
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 6
CHƢƠNG I - TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
NGHIÊN CỨU CÂY XANH ĐÔ THỊ ................................................................... 10
1.1. Khái quát về viễn thám và hệ thông tin địa lý .........................................10
1.1.1. Viễn thám ........................................................................................10
1.1.2. Hệ thông tin địa lý ...........................................................................13
1.2. Khái quát về cây xanh đơ thị ....................................................................18
1.2.1. Vai trị của hệ thống cây xanh đô thị ..............................................18
1.2.2. Phân loại cây xanh đô thị ................................................................23
1.2.3. Tiêu chuẩn cây xanh đô thị .............................................................28
1.2.3.1. Cây xanh sử dụng công cộng .......................................................28
1.2.3.2. Cây xanh sử dụng hạn chế và chuyên dụng .................................33
1.3. Sơ lược về tình hình nghiên cứu ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên
cứu cây xanh đơ thị ...................................................................................................41
1.3.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................41
1.3.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước ..............................42
CHƢƠNG 2 - CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS
TRONG NGHIÊN CỨU CÂY XANH ĐÔ THỊ ................................................... 46
2.1. Kỹ thuật chiết tách thông tin lớp phủ bề mặt từ ảnh viễn thám ...............46
2.1.1. Phân loại dựa trên điểm ảnh (pixel-based classification) ...............46
2.1.2. Phân loại định hướng đối tượng (object-oriented classification) ....52
2.2. Các chỉ số thực vật phổ biến trong viễn thám ..........................................54
CHƢƠNG 3 - ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÂY XANH QUẬN CẦU GIẤY,
HÀ NỘI .................................................................................................................... 57

1

3.1. Sơ lược về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội quận Cầu Giấy ...............57
3.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................57
3.1.2. Địa hình ...........................................................................................57
3.1.3. Khí hậu ............................................................................................57
3.1.4. Đất đai .............................................................................................58
3.1.5. Thủy văn ..........................................................................................58
3.1.6. Kinh tế - xã hội ................................................................................59
3.2. Chiết xuất thông tin cây xanh từ ảnh vệ tinh ...........................................60
3.2.1. Quy trình nghiên cứu ......................................................................60
3.2.2. Dữ liệu ảnh vệ tinh sử dụng ............................................................60
3.2.3. Phân mảnh ảnh ................................................................................63
3.2.4. Thiết lập bộ quy tắc và phân loại ảnh .............................................65
3.2.5. Thành lập bản đồ hiện trạng cây xanh ............................................72
3.2.6. Tạo lớp khu vực cây xanh đô thị năm 2013 ....................................74
3.2.7. Thành lập bản đồ biến động khu vực cây xanh đô thị giai đoạn
2013-2016..................................................................................................................75
3.3. Nhận xét ...................................................................................................77
3.3.1. Thống kê hiện trạng cây xanh phân loại theo đặc điểm thực vật ....77
3.3.2. Thống kê hiện trạng cây xanh phân loại theo vị trí và chức năng của
mảng xanh .................................................................................................................78
3.3.3. Thống kê biến động khu vực cây xanh theo vị trí và chức năng của
mảng xanh .................................................................................................................79
3.3.4. Ðánh giá mức độ đáp ứng tiêu chuẩn và độ ổn định của hiện trạng
cây xanh đô thị quận Cầu Giấy, Hà Nội ...................................................................79
3.4. Đề xuất một số phương án làm tăng diện tích và chất lượng cây xanh......80
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 83


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Sơ đồ ngun lý thu nhận hình ảnh viễn thám .......................................... 10
Hình 1.2. Đường cong phản xạ phổ của một số đối tượng ....................................... 11
Hình 1.3. Đường cong phản xạ phổ của thực vật ...................................................... 12
Hình 1.4. Đường phố nhỏ và những cây cổ thụ ........................................................ 19
Hình 1.5. Học sinh vui chơi trong cơng viên cây xanh ............................................. 23
Hình 1.6. Cây bóng mát hai bên đường phố ............................................................. 25
Hình 1.7. Cỏ và cây trang trí trên dải phân cách ....................................................... 27
Hình 3.1. Quy trình nghiên cứu, đánh giá hiện trạng cây xanh đô thị quận Cầu Giấy,
Hà Nội dựa trên dữ liệu viễn thám và GIS................................................................ 60
Hình 3.2. Ảnh Sentinel-2A tổ hợp màu tự nhiên cắt lấy khu vực nghiên cứu .......... 61
Hình 3.3. Ảnh Landsat 8 tổ hợp màu tự nhiên cắt lấy khu vực nghiên cứu ............. 62
Hình 3.4. Ngun lý của thuật tốn multiresolution segmentation ........................... 64
Hình 3.5. Kết quả phân mảnh ảnh Sentinel-2A trên phần mềm eCognition ............ 64
Hình 3.6. Kết quả phân mảnh ảnh Landsat 8 trên phần mềm eCognition ................ 65
Hình 3.7. Hộp thoại thiết lập biểu thức tính chỉ số NDVI ........................................ 66
Hình 3.8. Hộp thoại thiết lập biểu thức tính chỉ số (NIR+red+green)/3 ................... 66
Hình 3.9. Hộp thoại thiết lập biểu thức tính chỉ số CIRed edge ............................... 67
Hình 3.10. Hệ thống phân cấp lớp ............................................................................ 67
Hình 3.11. Hộp thoại thiết lập ngưỡng và gán lớp phân loại .................................... 68
Hình 3.12. Bộ quy tắc phân loại ................................................................................ 68
Hình 3.13. Kết quả phân loại ảnh Sentinel 2 trên phần mềm eCognition................. 70
Hình 3.14. Hộp thoại xuất kết quả phân loại ............................................................ 70
Hình 3.15. Kết quả phân loại ảnh Landsat 8 trên phần mềm eCognition ................. 72
Hình 3.16. Bản đồ hiện trạng cây xanh đô thị quận Cầu Giấy năm 2016................. 73
Hình 3.17. Lớp khu vực cây xanh đơ thị năm 2013 trên phần mềm ArcGIS ........... 74
Hình 3.18. Bảng thuộc tính của lớp biến động ......................................................... 75
Hình 3.19. Bản đồ biến động khu vực cây xanh đô thị quận Cầu Giấy giai đoạn
2013 - 2016 ............................................................................................................... 76

Hình 3.20. Hộp thoại chọn dữ liệu theo thuộc tính ................................................... 77
Hình 3.21. Bảng thuộc tính và hộp thoại xuất dữ liệu .............................................. 77
Hình 3.22. Hộp thoại chọn dữ liệu theo vị trí ........................................................... 78


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Tiêu chuẩn đất cây xanh sử dụng công cộng ............................................. 29
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn đất cây xanh công viên .......................................................... 30
Bảng 1.3. Tiêu chuẩn đất cây xanh vườn hoa ........................................................... 30
Bảng 1.4. Tiêu chuẩn đất cây xanh đường phố ......................................................... 30
Bảng 1.5. Tổng hợp tiêu chuẩn diện tích đất cây xanh sử dụng cơng cộng .............. 31
Bảng 1.6. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong nhà ở ........................................................ 35
Bảng 1.7. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong các công sở .............................................. 35
Bảng 1.8. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong cơng trình giáo dục .................................. 35
Bảng 1.9. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong các cơng trình y tế ................................... 36
Bảng 1.10. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong các công trình dịch vụ, thương mại ....... 36
Bảng 1.11. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong các cơng trình thể thao .......................... 36
Bảng 1.12 Tiêu chuẩn đất cây xanh trong các công trình văn hóa - tơn giáo ........... 36
Bảng 1.13. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong khu công nghiệp .................................... 37
Bảng 1.14. Tiêu chuẩn đất cây xanh trong khu nghĩa trang...................................... 37
Bảng 3.1. Bảng mẫu phân loại ảnh vệ tinh ............................................................... 69
Bảng 3.2. Ma trận sai số phân loại ảnh ..................................................................... 71
Bảng 3.3. Bảng thống kê diện tích các loại thảm thực vật ........................................ 77
Bảng 3.4. Bảng thống kê diện tích các loại mảng xanh ............................................ 78
Bảng 3.5. Bảng thống kê diện tích các loại thảm thực vật thuộc mảng cây xanh cơng
cộng ........................................................................................................................... 79
Bảng 3.6. Thống kê diện tích các loại biến động theo mảng xanh ........................... 79


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Cây xanh đơ thị có vai trị rất quan trọng đối với cuộc sống con người. Với
thế giới nói chung và Việt Nam ta nói riêng thì khơng gian xanh, cây xanh được xác
định là tiêu chí, yếu tố quan trọng cấu thành không gian đô thị, tạo lập nên cảnh
quan đô thị, cũng là yếu tố cân bằng hệ sinh thái đô thị và cải thiện, khắc phục tình
trạng ơ nhiễm mơi trường. Trong bối cảnh tồn cầu hóa nóng lên và mơi trường đơ
thị đang tạo thành những đảo nhiệt, thì cây xanh là sự cần thiết để cải thiện môi
trường và chất lượng cuộc sống như: cây xanh làm giảm lượng khí CO2 và tẩy đi
mọi chất dơ bẩn trong khơng khí như ngăn bụi, giảm tiềng ồn, cây giảm nhiệt bằng
cách tạo bóng mát và chống gió bão. Ta có thể tiết kiệm chi phí điều hịa và sưởi ấm
nhờ trồng cây xung quanh cơng trình xây dựng. Cây giúp ta chống xói mịn và
giữ đất. Cây tạo nên phong cảnh, cung cấp nơi cư trú, thức ăn cho các loài chim và
bảo vệ cư dân thành phố. Riêng với Hà Nội, với vai trò chức năng là Thủ đơ của cả
nước, là đơ thị có lịch sử phát triển nghìn năm thì cây xanh cịn có giá trị văn hóa,
truyền thống, là bản sắc đặc thù của Hà Nội.
Tuy nhiên sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế và cơ sở hạ tầng trong những
năm vừa qua đã và đang làm cho diện tích thực vật giảm đi một cách đáng kể. Xu
hướng này ngày càng gia tăng, bên cạnh đó các phương tiện máy móc sử dụng ngày
càng nhiều, nồng độ CO2 trong khơng khí tăng cao là mối nguy hại đe dọa đến sức
khỏe của người dân thành phố. Việc quan sát trên diện rộng ở một số quận điển
hình là vấn đề quan trọng và hết sức cần thiết để các cơ quan quản lý kịp thời đánh
giá đúng tình hình cũng như đưa ra những chính sách và biện pháp hợp lý để cải
thiện diện tích thực vật. Quận Cầu Giấy nằm ở cửa ngõ phía Tây, một trong những
khu phát triển chính của thành phố Hà Nội.
Theo phương pháp truyền thống, việc quản lý, thống kê số lượng, diện tích
cây xanh đơ thị thường được tiến hành bằng cách đo đạc và kiểm tra thực địa hoặc
đo vẽ, tính tốn từ khơng ảnh (ảnh máy bay). Tuy nhiên, những phương pháp này


mất rất nhiều thời gian và tốn kém kinh phí. Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của

công nghệ viễn thám, các ảnh vệ tinh ngày càng được ứng dụng mạnh mẽ trong việc
giám sát, theo dõi những biến động bề mặt vỏ Trái đất. Ðây là phương pháp rất hiệu
quả trong việc xây dựng cập nhật thông tin trên diện rộng và tồng quát nhất phục vụ
tốt cho công tác quản lý, khai thác tài nguyên thiên nhiên, nghiên cứu mơi trường.
Ảnh vệ tinh có thể ghi phản xạ phổ của toàn mặt đất với sự khác biệt về dữ liệu, độ
phân giải cao, nhạy cảm về phổ hồng ngoại cho thực vật, có thể cung cấp dữ liệu về
cây xanh đô thị, giúp cho việc xác định những biến động và giám sát một cách
nhanh chóng, chính xác.
Đây cũng là lý do để học viên chọn đề tài “Ứng dụng viễn thám và GIS
nghiên cứu và đánh giá hiện trạng cây xanh đô thị quận Cầu Giấy, Hà Nội ”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Tìm hiểu khả năng phân loại cây xanh trên ảnh vệ tinh độ phân giải cao bằng
phương pháp phân loại hướng đối tượng. Đánh giá hiện trạng cây xanh quận Cầu
Giấy, Hà Nội làm cơ sở khoa học cho công tác nghiên cứu và quy hoạch chung trên
địa bàn quận.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Thu thập, phân tích, đánh giá và tổng quan các tài liệu đã được công bố liên
quan đến nội dung của đề tài.
Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh, bản đồ khu vực nghiên cứu.
Khảo sát thực địa bổ sung.
Thành lập bản đồ và đánh giá hiện trạng cây xanh quận Cầu Giấy.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp viễn thám và hệ thơng tin địa lý
Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu
Phương pháp khảo sát và điều tra thực địa
Phương pháp phân tích so sánh


5. Cơ sở tài liệu để thực hiện luận văn
Các tài liệu nghiên cứu về địa mạo, địa chất, khí hậu, thủy văn, vỏ phong

hóa, thổ nhưỡng, thực vật, mơi trường, và kinh tế-xã hội hiện có về khu vực nghiên
cứu.
Các văn bản pháp quy về quản lý và quy hoạch cây xanh đô thị.
Các bài báo khoa học, luận văn nghiên cứu về cây xanh đơ thị.
Các cơng trình nghiên cứu về ứng dụng GIS và viễn thám trong nghiên cứu
lớp phủ thực vật nói chung và cây xanh đơ thị nói riêng của các nhà khoa học trong
và ngồi nước.
6. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi khơng gian: Khơng gian nghiên cứu được giới hạn trong địa bàn
quận Cầu Giấy, Hà Nội.
Phạm vi khoa học: Luận văn chỉ giới hạn nghiên cứu và đánh giá hiện trạng
cây xanh dựa trên tiêu chuẩn về cây xanh đô thị do Bộ Xây dựng quy định và các
tiêu chí về cây xanh trong hệ sinh thái đô thị.
7. Kết quả đạt đƣợc
Bản đồ hiện trạng cây xanh đô thị quận Cầu Giấy
Bản đồ biến động khu vực cây xanh đô thị quận Cầu Giấy
Báo cáo phân tích đánh giá và những đề xuất
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả nghiên cứu nhằm đưa ra một cái nhìn tổng quát về hiện trạng cây
xanh đô thị trên địa bàn quận Cầu Giấy. Làm cơ sở khoa học cho định hướng quy
hoạch chung trên địa bàn quận, hướng tới xây dựng đô thị xanh.
9. Cấu trúc luận văn
Luận văn bao gồm 3 chương cùng với phần Mở đầu, Kết luận, Tài liệu tham
khảo. Dưới đây là tiêu đề các chương:
Chương 1: Tổng quan về ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu cây
xanh đô thị


Chương 2: Cơ sở khoa học của ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiên cứu
cây xanh đô thị.

Chương 3: Đánh giá hiện trạng cây xanh đô thị quận Cầu Giấy, Hà Nội.


CHƢƠNG I - TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG
NGHIÊN CỨU CÂY XANH ĐÔ THỊ
1.1. Khái quát về viễn thám và hệ thông tin địa lý
1.1.1. Viễn thám
Viễn thám (Remote sensing - tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệ
thuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượng
thơng qua việc phân tích tài liệu thu nhận được bằng các phương tiện. Những
phương tiện này khơng có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiện
tượng được nghiên cứu [4].
Thực hiện được những công việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay hiểu
đơn giản: Viễn thám là thăm dò từ xa về một đối tượng hoặc một hiện tượng mà
khơng có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng hoặc hiện tượng đó.
Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là những nguồn tư liệu
chính trong viễn thám. Các thiết bị dùng để thu nhận sóng điện từ gọi là bộ cảm.
Thiết bị để đưa bộ cảm vào vũ trụ gọi là vật mang. Máy bay và vệ tinh là những vật
mang thông dụng trong kỹ thuật viễn thám.
Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo các thông tin
về đối tượng. Các thiết bị viễn thám thu nhận, xử lý các thông tin này, từ các thông
tin phổ nhận biết, xác định được các đối tượng.

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh viễn thám
Do ảnh hưởng của các vật chất có trong khí quyển như hơi nước, khí CO2,
mà độ truyền dẫn sóng điện từ của khí quyển bị giảm thiểu ở nhiều bước sóng. Tại
những vùng đó bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận được bức xạ từ bề mặt Trái Đất
đồng nghĩa với việc bộ cảm trên vệ tinh sẽ không nhận được thông tin. Ở những

vùng cịn lại trong dải sóng điện từ được sử dụng trong viễn thám, bức xạ sẽ truyền
tới được bộ cảm một cách đầy đủ nhất.
Các tư liệu viễn thám được ghi nhận bởi vệ tinh trong dải sóng nhìn thấy và
dải sóng cận hồng ngoại hoặc hồng ngoại nhiệt các bức xạ được ghi nhận thông qua
các xung phát ra từ một diện tích nhất định, tùy thuộc vào độ phân giải trong không
gian của bộ cảm. Các xung này được tách thành các bước sóng thiết kế sẵn cho bộ
cảm và tạo ra các dữ liệu đa phổ từ bề mặt này. Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp
thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách khác nhau và các đặc trưng này
thường được gọi là đặc trưng phổ. Đặc trưng này sẽ được phân tích theo nhiều cách
khác nhau để nhận dạng ra đối tượng trên bề mặt đất. Kể cả đối với giải đốn bằng
mắt thì việc hiểu biết nhiều về đặc trưng phổ và sắc, tông màu trên ảnh tổ hợp màu
để giải đốn đối tượng.

Hình 1.2. Đường cong phản xạ phổ của một số đối tượng
Đối với các tư liệu viễn thám được ghi nhận bởi bộ cảm vệ tinh trong dải
sóng nhìn thấy và dải cận hồng ngoại hoặc hồng ngoại nhiệt, các bức xạ được thu
nhận thơng qua các xung phát ra từ một diện tích nhất định, tùy thuộc vào độ phân
giải không gian của bộ cảm.
Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0,3- 0,4µm), sóng
ánh sáng nhìn thấy (0,4- 0,7µm), dải sóng ngắn và hồng ngoại nhiệt. Các bước sóng


gần đây được sử dụng trong phân loại thạch học. Sóng hồng ngoại nhiệt được sử
dụng trong đo nhiệt, sóng micromet được sử dụng trong kỹ thuật radar.
Lớp phủ thực vật là đối tượng được quan tâm nhiều bởi chiếm đa số diện tích
bề mặt tự nhiên. Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh thay đổi theo chiều dài
bước sóng. Trong vùng ánh sáng nhìn thấy các sắc tố của lá cây ảnh hưởng đến đặc
tính phản xạ phổ của nó, đặc biệt là chất clorophin và một số sắc tố khác cũng đóng
vai trị quan trọng trong việc phản xạ phổ của thực vật.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng phản xạ phổ của lá cây là: sắc tố,

cấu trúc tế bào, thành phần nước.
Năng lượng mặt trời khi chiếu xuống Trái Đất thì lá cây hấp thụ khoảng 85%
ánh sáng nhìn thấy, phản xạ 10%, cho đi qua lá 5%.
Lá cây hấp thụ mạnh ở khoảng phổ hẹp (0,4 - 0,47 µm) khoảng phổ tím,
chàm - tím và ( 0,59 - 0,68 µm) khoảng phổ da cam, đỏ - da cam, đỏ. Cực đại của
sự hấp thụ tại 0,43µm và 0,62µm.

Hình 1.3. Đường cong phản xạ phổ của thực vật
Trên đồ thị hình 1.3 nhận thấy khả năng phản xạ phổ của thực vật ở vùng
bước sóng nhìn thấy và bước sóng hồng ngoại là thấp hơn nhiều so với khả năng
phản xạ phổ của thực vật ở vùng bước sóng cận hồng ngoại. Ở vùng phổ hồng ngoại


sự ảnh hưởng của thành phần nước tới khả năng phản xạ phổ thể hiện rõ rệt nhất khi
thành phần nước hấp thụ đáng kể năng lượng mặt trời. Hàm lượng nước trong lá cây
giảm đi thì khả năng phản xạ phổ của thực vật cũng tăng mạnh.
Tuy nhiên, khả năng phản xạ phổ của mỗi loại thực vật là khác nhau và đặc
tính chung nhất về khả năng phản xạ phổ của thực vật là:
Ở vùng ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại khả năng phản xạ
phổ có sự khác biệt rõ rệt.
Ở vùng ánh sáng nhìn thấy phần lớn ánh sáng bị hấp thụ bởi sắc tố trong tế
bào (Clorophin) có trong lá cây, một phần nhỏ thấu quang qua lá còn lại là phản xạ.
Ở vùng cận hồng ngoại cấu trúc lá ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ
của lá cây, ở đây khả năng phản xạ phổ tăng lên rõ rệt.
Ở vùng hồng ngoại, nhân tố ảnh hưởng lớn đến khả năng phản xạ phổ của lá
là hàm lượng nước, khi độ ẩm trong lá cao thì năng lượng hấp thụ là cực đại.
1.1.2. Hệ thông tin địa lý
Hệ thông tin địa lý - HTTĐL (Geographic Information System – GIS) là một
tổ chức tổng thể của các hợp phần: Phần cứng, Phần mềm, Tư liệu địa lý, Người
điều hành…được thiết kế hoạt động một cách hiệu quả nhằm tiếp nhận lưu trữ, điều

kiển, phân tích và hiển thị tồn bộ các dạng dữ liệu địa lý. HTTĐL có mục tiêu đầu
tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trường không gian địa lý (Viện nghiên cứu
môi trường Mỹ 1994-ESRI ).
- G: Geographic: dữ liệu không gian thể hiện vị trí, hình dạng (điểm, đường,
vùng).
- I : Information: thuộc tính, khơng thể hiện vị trí (như mơ tả bằng văn bản,
số, tên...)
- S: System: sự liên kết bên trong giữa các thành phần khác nhau (phần
cứng, phần mềm,…)
Quan niệm mới nhất (2000): GIS bao gồm 6 hợp phần
- Phần cứng
- Phần mềm


- Mạng
- Cơ sở dữ liệu (chiếm 80% giá trị của một hệ thống GIS)
- Người điều hành
- Quy trình nghiên cứu
Một hệ thống được gọi là GIS nếu nó có các cơng cụ hỗ trợ cho việc thao tác
với dữ liệu không gian - Cơ sở dữ liệu GIS là sự tổng hợp có cấu trúc các dữ liệu số
hóa khơng gian và phi khơng gian về các đối tượng bản đồ, mối liên hệ giữa các
đối tượng không gian và các tính chất của một vùng của đối tượng [3].
a. Phần cứng
Phần cứng hệ thống thông tin địa lý bao gồm hệ thống máy tính và các thiết
bị nhập, xuất, lưu trữ dữ liệu. Trong đó hệ thống máy tính có thể chỉ gồm 1 máy
tính hoặc mạng máy tính gồm nhiều máy kết hợp lại với nhau. Các thiết bị nhập,
xuất, lưu trữ dữ liệu như scanner, máy in, máy ghi đĩa, các loại ổ cứng, đĩa quang,...
Tùy theo quy mô và tầm quan trọng của hệ thống mà việc đầu tư vào phần cứng sẽ
được cân nhắc.
b. Phần mềm

Phần mềm hệ thông tin địa lý bao gồm hệ điều hành hệ thống, phần mềm
quản trị cơ sở dữ liệu, phần mềm hiển thị đồ hoạ… Phần mềm trong GIS bảo đảm
đủ 4 chức năng nhập, lưu trữ, phân tích và xử lý, hiển thị dữ liệu không gian hoặc
phi không gian. Phần mềm phải đảm bảo việc nâng cấp khi cần thiết, liên kết với
các DBMS khác. Nhưng không phải lúc nào dữ liệu của chúng và các DBMS cũng
tương thích với nhau do đó phải có thêm những phần mềm chuyển đổi format dữ
liệu. Thơng thường dựa trên mục tiêu xây dựng cơ sở dữ liệu người ta lựa chọn các
giải pháp cho phần cứng và phần mềm hệ thống thông tin địa lý.
c. Cơ sở dữ liệu
Cơ sở dữ liệu là các thông tin được lưu dưới dạng số theo một khn dạng
nào đó mà máy tính có thể hiểu và đọc được. Dữ liệu thơng tin được định vị địa lý
là chìa khóa của sự khác nhau giữa GIS và các hệ thông tin khác.


GIS lưu thông tin về thế giới như 1 tập các lớp theo chủ đề được liên kết với
nhau bởi địa lý. Cách này tuy đơn giản nhưng rất linh hoạt và rất mạnh được chứng
minh là vô giá trong việc giải quyết các vấn đề của thế giới thực từ việc theo vết lưu
chuyển xe cộ, lưu chi tiết của ứng dụng quy hoạch, đến việc mơ hình sự tuần hồn
của khí quyển. Cách tiếp cận những lớp (layer) cho phép chúng ta tổ chức thế giới
phức tạp thành dạng đơn giản hơn, giúp chúng ta dễ dàng hiểu mối quan hệ giữa các
thành phần tự nhiên.
i) Các kiểu dữ liệu
Kiểu dữ liệu cơ bản trong GIS phản ảnh dữ liệu truyền thống xuất hiện trên
bản đồ. GIS sử dụng 2 dạng cơ bản của dữ liệu.
Dữ liệu không gian: mơ tả vị trí tương đối và tuyệt đối của 1 đặc tính địa lý.
Dữ liệu phi khơng gian (thuộc tính): mơ tả các thơng tin về đặc tính của các
hình ảnh bản đồ.
Chúng được liên kết với các hình ảnh khơng gian thơng qua các chỉ số xác
định chung, thông thường gọi là mã địa lý (GeoCode) được lưu trữ trong cả hai bản
ghi không gian và phi khơng gian.

Số liệu thuộc tính phi khơng gian bao gồm các định tính và số liệu hình ảnh,
điểm, đường, vùng hoặc mạng lưới lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu. Hệ thống thơng
tin địa lý có thể xử lý các thơng tin thuộc tính riêng rẽ và tạo ra các bản đồ trên cơ
sở các giá trị thuộc tính.
Phần lớn các phần mềm thơng tin địa lý cũng có thể hiển thị các thơng tin
thuộc tính như là các ghi chú trên bản đồ hoặc là các tham số điều khiển cho việc
lựa chọn hiển thị các ký hiệu bản đồ.
Mối quan hệ giữa dữ liệu phi không gian và không gian: Bản đồ không chỉ
thể hiện các lớp các đối tượng hình học mà mỗi đối tượng này cịn được gắn với
một tập các thuộc tính dữ liệu thống kê khác. Ví dụ: vị trí tọa độ của rừng là dữ liệu
khơng gian, cịn những tính chất như những loài động vật, chiều cao… là những dữ
liệu thuộc tính.


Mỗi đối tượng hình học có một mã nhận diện dùng để liên kết với một bản
ghi trong cơ sở dữ liệu quan hệ. Các dữ liệu địa lý được tổ chức nhờ mơ hình quan
hệ địa lý và Topo.
Lớp các vùng (layer), đường (line), điểm (point) liên kết với các thuộc tính
tương ứng. Những mơ hình liên kết đó thể hiện cách quản lý vị trí, quan hệ khơng
gian của các đặc trưng điểm, đường và vùng. Đồng thời cho phép quản lý hiệu quả
các đặc tính của các đặc trưng đó.
Dữ liệu bản đồ dựa theo các đối tượng (điểm, đường, đa giác, ...) ứng với
mỗi đối tượng tương ứng sẽ có số hiệu riêng để có thể quy chiếu các dữ liệu phi
hình học bao gồm các dữ liệu thống kê lưu trữ trong các tệp khác nhau của cơ sở dữ
liệu.
ii) Mơ hình dữ liệu khơng gian
Hệ thống thông tin địa lý sử dụng hai mô hình dữ liệu cơ bản để biểu diễn
các đặc trưng khơng gian: mơ hình dữ liệu Raster và mơ hình dữ liệu Vector. Mơ
hình dữ liệu quyết định cách thức mà dữ liệu cấu trúc, lưu trữ, xử lý và phân tích
trong một hệ thống thơng tin địa lý. Nhiều hệ thống thông tin địa lý sử dụng cả hai

mô hình dữ liệu trên.
Mơ hình dữ liệu vector sử dụng các điểm tọa độ của chúng để xây dựng các
đặc trưng không gian như điểm, đường và vùng. Các đặc trưng dựa trên mơ hình dữ
liệu Vector được coi như các đối tượng riêng biệt trong không gian. Dữ liệu vector
được hiển thị dưới dạng những tọa độ định nghĩa điểm, hay những điểm này được
nối với nhau
Mơ hình dữ liệu raster được biểu diễn dưới dạng ma trận hay lưới mà có
những hàng và cột. Mỗi giao điểm của hàng và cột tạo thành 1 pixel. Mỗi ơ có 1 giá
trị ví dụ như mức độ màu.
d. Con người
Như ta đã biết, đối với một tổ chức không phải chỉ đơn giản mua một hệ
thống phần cứng và một vài phần mềm nào đó là đủ, nó địi hỏi phải có đội ngũ cán
bộ kỹ thuật, đó là các chuyên viên tin học, các nhà lập trình và các chuyên gia về


các lĩnh vực khác nhau, họ những người trực tiếp thiết kế, xây dựng và vận hành hệ
thống thông tin địa lý. Do vậy con người là yếu tố quyết định sự thành cơng trong
tiến trình kiến tạo hệ thống và tính hữu hiệu của hệ thống trong tiến trình khai thác
vận hành. Trong hệ thống thông tin địa lý, con người sẽ làm việc trên 3 vị trí cũng
là 3 cấp có chức năng khác nhau: quản trị, kỹ thuật GIS, kỹ thuật chuyên ngành.
e. Quy trình nghiên cứu
Là phương thức hoạt động của một hệ thống gồm nhiều bộ phận khác nhau,
được các nhà phân tích thiết kế hệ thống xác lập khi kiến tạo hệ thống và trong tiến
trình khai thác hệ thống. Phương thức này được xem như một dây truyền hoạt động
của hệ thống. Các hợp phần của hệ thống GIS có tác động ảnh hưởng lẫn nhau. Sự
hiểu biết về GIS của một cơ quan, một cá nhân sẽ định hướng cho nghiên cứu ứng
dụng GIS theo yêu cầu đặt ra. Trong tiến trình kiến tạo hệ thống thơng tin địa lí, cần
quan tâm những qui trình nhập dữ liệu, qui trình lưu trữ, bảo quản dữ liệu, qui trình
truy vấn dữ liệu, qui trình xuất dữ liệu, qui trình hiển thị dữ liệu. Trong tiến trình
khai thác thơng tin địa lí, các qui trình ln ln được quan tâm xây dựng và phát

triển không ngừng nhằm giải quyết những vần đề do thực tiễn đặt ra. Sự hữu hiệu
của hệ thống phụ thuộc vào khả năng triển khai các qui trình ứng dụng theo từng
mục tiêu cụ thể.
f. Mạng tin học
Trong một hệ thống GIS thì mạng ngày càng đóng vai trị quan trọng. Hệ
thống mạng được thiết lập khi có từ 2 máy tính trở lên kết nối với nhau để chia sẻ
tài nguyên: máy in, máy fax, tệp tin, dữ liệu…
Các thành phần của mạng có thể bao gồm:
Các hệ thống đầu cuối (end system) kết nối với nhau tạo thành mạng, có thể
là các máy tính hoặc các thiết bị khác. Nói chung hiện nay ngày càng nhiều các loại
thiết bị có khả năng kết nối vào mạng máy tính như điện thoại di động, tivi,…
Internet là mạng diện rộng phổ biến nhất hiện nay. Internet có thể hoạt động cho các
loại mục đích khác nhau, trong đó có hoạt động GIS. Internet là một thống thông tin


tồn cầu có thể được truy nhập cơng cộng gồm các mạng máy tính được liên kết với
nhau.
Mơi trường truyền mà các thao tác truyền thông được thực hiện qua đó. Mơi
trường truyền có thể là các loại dây dẫn (dây cáp), sóng điện từ (đối với các mạng
khơng dây).
Giao thức truyền thông là các quy tắc quy định cách trao đổi dữ liệu giữa các
thực thể.
1.2. Khái quát về cây xanh đơ thị
1.2.1. Vai trị của hệ thống cây xanh đô thị
1.2.1.1. Đưa thiên nhiên trở lại với con người
Lịch sử thế giới tự nhiên đã khẳng định rằng: Cái nơi sự sống của mỗi sinh
vật, trong đó có lồi người chính là thiên nhiên mn màu, mn vẻ, thiên nhiên ấy
là sự phối hợp hài hoà giữa các loại động vật và thực vật. Mọi sinh vật đều có sự
tương quan mật thiết với nhau tạo thành 1 hệ sinh thái hoàn hảo.
Sự bùng nổ dân số theo cấp số nhân trong nhiều thập kỷ qua đã đặt ra cho

nhân loại hàng loạt các vấn đề cần giải quyết. Chủ yếu là các nhu cầu thiết yếu của
con người: ăn, mặc, ở…Hệ quả của nó là hàng loạt các đô thị từ nhỏ đến khổng lồ
đã lần lượt xuất hiện. Cái nôi của sự sống là cảnh vật thiên nhiên ngày càng bị mất
đi. Màu xanh của cây, cỏ, lá, hoa xuất hiện rất khiêm tốn trong lòng đô thị.Quy
hoạch hệ thống cây xanh đô thị nhằm đưa thiên nhiên trở lại với môi trường sống
của con người, khắc phục dần các nhược điểm của việc bùng nổ đô thị, tô thêm màu
xanh sống động của cây xanh lên các mảng bê tông gạch đá…tạo nên môi trường
sống sinh động hài hòa [7].


Hình 1.4. Đường phố nhỏ và những cây cổ thụ
1.2.1.2. Cân bằng lại hệ sinh thái
Vấn đề cân bằng sinh thái chưa đuợc đặt ra, khi mà nền công nghiệp cịn thơ
sơ, lạc hậu, mơi trường sống cịn đa dạng phong phú, dân số còn rất thưa thớt so với
thiên nhiên. Nhưng kể từ khi công nghiệp phát triển, từ quy mô nhỏ và vừa đến đại
công nghiệp. Khi mà dân số bùng nổ và nhất là từ khi hàng loạt các đô thị khổng
xuất hiện. Hệ sinh thái và môi trường sống thực sự bị xáo trộn và bị bẻ gãy. Vấn đề
ơ nhiễm mơi trường là bài tốn thiết yếu cần phải được giải quyết trong vấn đề quy
hoạch đô thị hiện nay và tương lai. Thực tế đã cho thấy rằng, cây xanh đã góp phần
rất lớn trong việc cân bằng lại hệ sinh thái đang bị xáo trộn ấy qua các tác động sau
đây:
a. Cải thiện vi khí hậu
i) Nhiệt độ:
Nhiệt độ trong mỗi khu vực được hình thành bởi sự cộng hưởng của bức xạ
nhiệt mặt trời trực tiếp và nhiệt khuếch tán do tính chất bề mặt khu vực ấy tạo
nên.Nếu các khu vực trên cùng một vĩ độ sẽ có bức xạ nhiệt trực tiếp tương đối
giống nhau, nhưng tạo nên nhiệt độ ở mỗi khu vực khơng giống nhau. Do tính chất
bề mặt của mỗi khu vực khác nhau nên nhiệt khuếch tán sẽ khác nhau.
T = t1 + t2
Trong đó:

T: Nhiệt độ khu vực
t1: Bức xạ mặt trời trực tiếp (Trực xạ)


t2: Bức xạ khuếch tán (Tán xạ)
Thực nghiệm thực tế chứng minh rằng: Nhiệt độ khơng khí trong vùng có
cây xanh do bị cây xanh hấp thụ sẽ thấp hơn nhiệt độ khơng khí nơi khơng có cây
khoảng 40oC. Nhiệt khuếch tán trong vùng có cây xanh cũng sẽ mất đi rất nhanh do
hấp thụ nhanh, khác với bê tông, gạch đá sẽ mất đi chậm, làm cho môi trường xung
quanh phải chịu sự nung nóng do nhiệt toả ra thêm một thời gian khá dài, sau khi
nguồn nhiệt mặt trời khơng cịn.
Như vậy cây xanh là yếu tố cần thiết để hạ thấp nhiệt độ trong từng khu vực
làm cho môi trường sống của con người đỡ bị oi bức, nhất là trong các khu vực chịu
ảnh hưởng lớn bởi bức xạ khuếch tán của các kết cấu gạch đá, bê tông trong đô thị.
ii) Độ ẩm
Cảm giác nhiệt đến với mỗi con người bình thường bị chi phối bởi ẩm độ
khơng khí xung quanh họ. Ẩm độ tăng cảm giác nóng sẽ giảm rất rõ. Mặt khác, khi
ẩm độ tăng sẽ giảm độ trong suốt của khí quyển, điều đó sẽ đồng thời cản bớt bức
xạ nhiệt trực tiếp trên bề mặt đô thị. Thực tế cho thấy với cùng một nhiệt độ, nơi
nào có độ ẩm thấp, nơi đó cảm giác nóng bức của con người cũng sẽ tăng lên. Vùng
gió Lào ở Việt Nam đã minh xác cho điều ấy.
Sự bốc hơi nước thường xuyên của bề mặt lá cây, nhất là khi nhiệt độ khơng
khí tăng, có khả năng tăng độ ẩm khơng khí, góp phần làm giảm cảm giác nóng bức
của các sinh vật trong khu vực cây xanh.
Thực nghiệm thực tế cũng chứng minh rằng, sự chênh lệch ẩm độ giữa nơi
có cây và nơi khơng có cây có thể lệch nhau từ 7  20%, tùy theo bề dày của tán
cây hay mảng cây. Điều này sẽ gây ra hiệu quả cảm giác nhiệt hạ từ 2  40C.
iii) Gió
Cấu trúc và vị trí của từng tán cây và từng mảng cây sẽ làm giảm tốc độ gió
hoặc ngăn gió. Hiện tượng này rất có ý nghĩa trong việc sử dụng cây xanh ngăn cản

các luồng gió độc, gió lạnh, gió bão…Cây xanh, vì thế sẽ là “bức tường xanh”, có
thể tạo thành dãy cách ly vệ sinh tốt nhất, ngăn chặn các tác động xấu do gió mang
đến như khói, bụi độc hại ở các khu cơng nghiệp, khơng khí giá rét, bão xoáy…


b. Chống ô nhiễm tiếng ồn
Khi đô thị phát triển, số người sống chung quanh đông đúc, cường độ tiếng
ồn trở nên mạnh, thường xuyên và tác động nguy hại đến sức khoẻ. Tiếng ồn trong
đơ thị có khắp mọi nơi, sự cộng hưởng của các loại âm thanh khác nhau sẽ tăng
cường tiếng ồn lên rất cao so với ngưỡng nghe ổn định của mỗi con người là 50 Db,
thậm chí có nơi vượt q mức độ báo động là 70 Db. Ô nhiễm tiếng ồn thường
xuyên sẽ gây thương tổn thính giác và hệ thần kinh con người, stress thường xảy ra
đối với cư dân sống trong đô thị.
Thực nghiệm đo đạc cho thấy tán cây lá to hấp thụ trên 25% âm lượng và tán
xạ khoảng 75% tiếng ồn đi qua nó. Tác dụng hút âm của cây rất có ý nghĩa trong
việc bố trí cây xanh đường phố. Cây xanh cách ly giữa nhà máy và khu dân cư.
Giảm thiểu tiếng ồn cho người dân đô thị.
c. Làm trong lành môi trường đô thị
Trong các đô thị, nhất là các đô thị công nghiệp, cùng với nhịp độ phát triển
của q trình cơng nghiệp hố, cơ giới hố, khói bụi lan toả vào khơng gian đơ thị là
điều khơng tránh khỏi. Tác động xấu của khói, bụi đến con người đã gây ra nhiều
hậu quả nghiêm trọng.
Nhiều kết quả nghiên cứu về vai trò của cây xanh đã đưa ra kết luận: Trong
mơi trường có cây xanh, khói bụi đã giảm đi rất nhiều so với nơi khơng có cây
xanh. Như vậy, chính độ ẩm khơng khí do sự bốc hơi nước của lá cây đã làm cho
bụi bị ngậm nước, tăng trọng và không bay xa. Đã vậy, cây xanh có tác dụng cản
gió, bụi bị dừng lại phần lớn trong tán cây, phần còn lại bị giảm tốc và rơi rụng dần.
Đo đạc thực tế cho thấy, khơng khí dưới tán cây sẽ giảm thiểu số bụi đến hơn 40%.
Điều quan trọng mà thiên nhiên ban cho con người chính là “lá phổi” khổng
lồ của cây xanh. Ngược với quá trình hoạt động của lá phổi con người, cây xanh đã

hấp thụ khí CO2 và “thở” ra khí O2. Chất khí tối cần thiết cho sự sống phần lớn mọi
sinh vật. Thường số lượng khí CO2 của 1 người thải ra trong 1 giờ khoảng 40g,
tương đương sự hấp thụ của 50m2 cây xanh trong 1 giờ. Đối với các đơ thị có mật
độ dân cư đông đúc, các nhà máy, phương tiện sinh hoạt sử dụng nhiên liệu đốt