Vai trò của việc lập bản đồ và sử dụng đúng thời điểm

Nói cách khác thì bản đồ truyền thống không mang tính thời sự tại thời điểm sử dụng, vì thế, nó có hạn chế trong mô tả hiện thời, đánh giá hiện trạng. Một ví dụ điển hình đối với các bản đồ địa hình, nếu không cập nhật kịp thời thì các đối tượng dân cư, giao thông, thực vật biến đổi một cách nhanh chóng, nhiều đối tượng mới xuất hiện, nhiều đối tượng không còn trên thực tế, hoặc nhiều đối tượng thay đổi về phân bố, cấu trúc hoặc các đặc trưng địa lý khác,… khi đưa vào sử dụng thì các thông tin đã lạc hậu, hiệu quả khai thác không cao, ảnh hưởng đến người sử dụng đưa ra các quyết định đúng đắn và kịp thời.

Như vậy, có thể thấy ý nghĩa quan trọng của việc lập bản đồ và sử dụng nó đúng thời điểm, từ đó, biểu diễn sự thay đổi theo thời gian để có thể mô tả quá trình, sự vận động, sự biến đổi nhanh của các đối tượng, hiện tượng là rất cần thiết trong phát triển KT-XH và bảo vệ môi trường. Nhiều hiện tượng và quá trình biến đổi nhanh mà chúng ta không thể nhìn thấy được như các quá trình khí hậu, quá trình môi trường, hiện tượng khí tượng,… nếu không được biểu diễn bằng các mô hình bản đồ thì rất khó để kiểm soát, đánh giá, quản lý và ra quyết định, trong đó, có những quyết định tức thời, ngay lập tức.

Bây giờ chúng ta hãy nhìn bản đồ học bằng ngôn ngữ mô hình toán học, vấn đề sẽ sáng tỏ hơn. Tầm mắt của con người có hạn làm cho nhận thức của con người cũng quá hạn hẹp so với kích thước của hành tinh mà chúng ta sống. Trong giai đoạn nhận thức đầu tiên về Trái đất, chúng ta vẫn cho rằng Trái đất phẳng. Chỉ khi Galileo chứng minh được Trái đất hình cầu vào giữa Thế kỷ 16 và được nhiều chuyến thám hiểm vòng quanh Trái đất của các nhà thám hiểm hàng hải xác thực, và sau đó, nhiều nhà trắc địa đã đo đạc được kích thước Trái đất, con người mới nhận thức được chính xác Trái đất thực thế nào.

Khi KT-XH phát triển ngày càng mạnh với sự trợ giúp của KH&CN, tầm hoạt động của con người đã vươn ra toàn cầu, chúng ta phải loại bỏ quan niệm bản đồ 2 chiều (2D) trên giấy phẳng như một chấp nhận gần đúng bề mặt Trái đất. Những vấn đề toàn cầu được đặt ra cấp thiết trong giải quyết các bài toán địa kinh tế, bảo vệ môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu trên toàn hành tinh. Mô hình mặt Trái đất 2 chiều trên không gian cong đã được đặt ra.

Lập bản đồ theo thời gian thực

Từ góc nhìn thứ hai, con người sinh ra ngày một nhiều hơn, tầm hoạt động lớn hơn, tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt, các khu vực có lợi thế phát triển không thể chỉ quan tâm tới bề mặt Trái đất mà phải mở rộng lợi thế đó theo không gian đứng. Đến nay, các khu dân cư, khu công nghiệp, khu thương mại đã, đang và sẽ sử dụng không gian 3 chiều (3D) để mô tả các hoạt động của con người theo chiều đứng, xuống tầng ngầm trong lòng đất, hướng lên trời, xuống đáy nước,... từ quy hoạch, theo dõi thực hiện quy hoạch, triển khai dự án đầu tư và các hoạt động KT-XH của con người.

Từ những nhu cầu phát triển của cuộc sống đã làm cho bản đồ đóng vai một mô hình Trái đất thực hiện đại, đầy đủ thông tin, dễ khai thác, mà điều quan trọng hơn là công nghệ 4.0 đã tạo khả năng lập mô hình bản đồ theo thời gian và hơn nữa là thời hạn thực, tức là bản đồ luôn đảm bảo những thông tin đúng với hiện trạng đang xảy ra trên thực tế. Khả năng mới này làm cho bản đồ thoát được chức năng chỉ ghi nhận các thông tin đã xảy ra trước đây mà đảm bảo được cho ta nhìn thực tế phát triển dưới dạng mô hình mô tả tức thời, con người có thể quyết định tác động ngay vào cuộc sống thực tế dựa trên nhận thức đúng được thực tế đã được mô tả chính xác trên mô hình. Cả Trái đất thực có thể mô tả đúng theo thời gian thực trên một bản đồ dạng thời gian thực để người lãnh đạo quyết định điều chỉnh các hoạt động trên thực tế từ các nhận thức trên bản đồ mà không thể có sai lệch thông tin. Nói trực giác hơn, bản đồ lúc này như một mô hình được kết nối trực tiếp, cặn kẽ với thực tế cuộc sống đang vận động rất nhanh. Một sản phẩm có sự kết hợp không thể thiếu giữa bản đồ học và cổng thông tin - truyền thông (ICT), có nhiều ý nghĩa trong xu hướng hiện nay đó là Bản đồ theo thời gian thực - Real-time Map (RM).

Khái niệm này khá dễ dàng để hình dung thông qua chính tên gọi của nó, vì vậy, không nhiều tài liệu đề cập đến. Để có khái niệm đầy đủ, chúng tôi cho rằng: Bản đồ thời gian thực là một dạng bản đồ chuyên đề, trên đó biểu thị trạng thái tức thời của một hoặc nhiều đối tượng, hiện tượng, quá trình, nhằm cung cấp vị trí không gian, thuộc tính và giá trị của trạng thái ngay sau khi thu nhận thông tin dựa trên nền tảng công nghệ thông tin và truyền thông hiện đại.

Với cách tiếp cận khái niệm như vậy, có thể thấy, RM là một dạng bản đồ số, có thuộc tính không gian gắn liền với thuộc tính thời gian ở một thời điểm nhất định, tức là đối tượng, hiện tượng, quá trình xảy ra sẽ lập tức được ghi nhận và đưa vào một cơ sở dữ liệu (CSDL), thông qua xử lý để chuyển các thông tin đầu vào thành mô hình bản đồ và cung cấp trực tiếp cho người sử dụng.

Để làm được như vậy toàn bộ dữ liệu đầu vào bắt buộc phải ở dạng số và được thu nhận ở các tiêu chuẩn định dạng, cấu trúc dữ liệu nhất định phù hợp với CSDL ở trạm xử lý trung tâm, thông qua các thuật giải toán học đã được lập trình để mô hình hóa bằng bản đồ, biểu diễn các đối tượng, hiện tượng và quá trình thông qua ký hiệu quy ước.

Đối với nhiều người, lập bản đồ thời gian thực có nghĩa là chuẩn bị bản đồ trong thời gian đủ ngắn bằng cách sử dụng dữ liệu được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Dữ liệu liên quan đến không gian có thể được lưu trữ trong một số cơ sở dữ liệu nằm trên các máy chủ do người giám sát của các lớp cụ thể kiểm soát. Internet hoặc Intranet khi cần thiết là một thành phần quan trọng cung cấp khả năng truy cập dễ dàng vào các cơ sở dữ liệu này để trích xuất các lớp cần thiết cho một bản đồ được thành lập.

Sự biến đổi không gian là vấn đề cố hữu của thế giới khách quan; các đối tượng và hiện tượng đặc trưng luôn thay đổi nhanh hay chậm theo thời gian. Một đối tượng, hiện tượng, quá trình thường liên quan đến chuỗi thời gian để nó biến động mà con người có thể nhận biết, tại mỗi thời điểm chúng ta xác lập được một trạng thái, nhiều trạng thái sẽ mô tả được sự vận động. Một trạng thái quan trọng xảy ra khi tính chất hay thuộc tính chuyên đề của nó thay đổi về chất được gọi là ngưỡng. Trong thực tế “ngưỡng” đối với chỉ tiêu thể hiện trên bản đồ có ý nghĩa vô cùng quan trọng, ví dụ như giới hạn nồng độ bụi PM2,5 trong không khí là 50 µg/m3/24h (TCVN), giới hạn của ô nhiễm tiếng ồn ở khu vực thông thường là 70dBA (QCVN),... nhiệm vụ của các nhà bản đồ là biểu thị các hiện tượng này bằng các phân bậc để người đọc nhận được thông tin khi nào? và ở đâu? đã vượt ngưỡng cho phép về nồng độ bụi mịn PM2,5, tiếng ồn quá giới hạn, từ đó, có biện pháp hạn chế, ứng phó phù hợp.

Các hiện tượng, quá trình khi biểu thị trên RM gần như xảy ra tức thời tính bằng “giây”, thời điểm cách nhau 1 giây thì giá trị của 2 trạng thái đó đã khác nhau, vì vậy, RM khác với bản đồ thông thường chính là thuộc tính “thời điểm”. Ở đây, tính thời điểm khác với giá trị thời gian. Một bản đồ chuyên đề thông thường chúng ta sẽ công bố thời gian lập bản đồ là “ngày/tháng/năm” mà hầu như không công bố theo thời điểm chính xác, đó là sự khác biệt cơ bản của thể loại bản đồ này.

Việc thu nhận dữ liệu đầu vào cho xử lý, biên tập và công bố RM đòi hỏi sự đồng bộ và nhất quán về tính thời điểm, tần suất, tức là các dữ liệu về không gian (định vị vệ tinh GNSS) phải đồng thời được thu nhận với thuộc tính của đối tượng, hiện tượng, tức là không có độ lệch pha về thời gian và tần suất, dữ liệu thuộc tính phải được lấy trực tiếp từ các trạm quan sát thời gian thực bằng cảm biến.

Từ các sự khác biệt đó, khi sử dụng những mô hình không gian và bản đồ được thành lập theo công nghệ truyền thống không thể đáp ứng được việc quản lý các hiện tượng tự nhiên, giám sát môi trường và cảnh báo những biến đổi bất lợi do chúng không phản ánh đúng tình trạng hiện thời của đối tượng mà phản ánh tình trạng trong quá khứ của đối tượng, hiện tượng tại thời điểm thu nhận thông tin, trong khi bề mặt Trái đất luôn biến đổi mà bằng mắt thường chúng ta có thể nhận ra hoặc không nhận ra. Hơn thế nữa, có rất nhiều hiện tượng, đối tượng địa lý chỉ có ý nghĩa tức thời, ví dụ mức độ ô nhiễm môi trường không khí (bụi, tiếng ồn, tia cực tím,…), môi trường nước (độ nhiễm mặn, lượng phù sa,…), các tai biến tự nhiên (trượt lở đất, lũ ống, lũ quét, triều cường, sụt lún đất, cháy rừng, động đất,…) vì thế, những mô hình không gian và bản đồ được thành lập theo công nghệ truyền thống không thể trả lời những câu hỏi cấp bách hàng ngày như mức độ nhiễm mặn của nước sông hiện đang là bao nhiêu? bờ sông có thể sạt lở ngay không? lũ quét có thể xảy ra không? độ ẩm của đất đang là bao nhiêu?... để con người đưa ra những quyết định kịp thời như có thể bơm nước sông vào ruộng hay không? có phải di dời dân ngay không? có cần tưới nước hay không?…

Trước đây, các nhà bản đồ hiểu và ý thức được về sự cần thiết của việc xây dựng mô hình không gian và bản đồ theo thời gian thực để trả lời những câu hỏi của việc quản lý lãnh thổ thông minh nhưng không thể thực hiện do chưa có những công cụ hỗ trợ để làm sao thu nhận, xử lý, mô hình hoá và trực quan hoá khối dữ liệu khổng lồ một cách nhanh chóng, kịp thời và công bố chúng cho những người sử dụng. Trong thể loại Bản đồ thời gian thực, có một dạng bản đồ có tính chất độc đáo hơn, đó là “Bản đồ động” (Dynamic Map) mà người dùng có thể đọc, theo dõi cả một quá trình thay đổi diễn ra tuần tự của một đối tương, hiện tượng theo thời gian thực, thay vì RM chỉ thu nhận được tại một thời điểm thực.

GS. TSKH. ĐẶNG HÙNG VÕ, TRỊNH ANH CƠ

Hội Trắc địa, Bản đồ và Viễn thám Việt Nam

Trích Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 13 (Kỳ 1 tháng 7) năm 2023