Công nghệ viễn thám trong giám sát tài nguyên môi trường và xu hướng đến năm 2030

Tư liệu viễn thám là quan trọng trong giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường, BĐKH, thiên tai, các điều luật đưa ra nhằm đảm bảo sự phát triển của CNVT trong cả tư nhân và nhà nước, khả năng nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ tân tiến trong tương lai. Tương tự, các nước như: Nga, Anh, Pháp, Hà Lan, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc,… đã xây dựng các chính sách định hướng về các hoạt động ứng dụng CNVT độc lập.

Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ trong chế tạo các bộ cảm biến và công nghệ máy tính, dữ liệu viễn thám (DLVT) ngày càng trở nên phổ biến và được khai thác, sử dụng rộng rãi. Hiện tại, hơn 1.000 vệ tinh viễn thám đã được phóng lên quỹ đạo và dữ liệu thu được tại trạm thu ảnh vệ tinh được tích luỹ với tốc độ Terabyte mỗi ngày. Theo thống kê của Hệ thống thông tin và dữ liệu hệ thống quan sát Trái đất (EOSDIS), hiện tại EOSDIS quản lý hơn 9 Petabyte dữ liệu và hàng ngày nhận thêm 6.4 Terabyte vào kho lưu trữ. Ở cơ quan vũ trụ châu Âu, lượng dữ liệu ảnh viễn thám thu nhận được đã vượt quá 1.5 Petabyte, còn nếu xét tổng dung lượng DLVT đã thu nhận được thì đã đạt tới đơn vị Zetabyte (109 Terabyte). Khi độ chính xác và mật độ dữ liệu tăng theo thời gian, khối lượng dữ liệu tăng theo cấp số nhân thì nguồn dữ liệu trở thành vô cùng khổng lồ mà trong những năm gần đây đã dùng thuật ngữ ‘big data’ để mô tả mà giờ thực tế đã công nhận DLVT là ‘big data’. Thêm vào đó, DLVT có cấu trúc rất phức tạp, nhiều định dạng như: Geotiff, ASCII, HDF,… và không có sự tương tác giữa các loại dữ liệu từ các vệ tinh viễn thám khác nhau do đó cần phải thiết kế hệ thống có kiến trúc lưu trữ loại Big data viễn thám này.

Một vấn đề nữa là xử lý DLVT đặt ra yêu cầu cao về hiệu năng tính toán. Một mặt, với sự cải tiến liên tục về chất lượng và độ chính xác của dữ liệu, dữ liệu có độ phân giải cao hơn cần được xử lý; mặt khác, với sự phát triển của các thuật toán như machine learning và deep learning, các thuật toán xử lý DLVT ngày càng trở nên phức tạp. Để giải quyết các vấn đề trên, đã có những nỗ lực to lớn tập trung vào cả tính khả dụng của DLVT và khả năng xử lý. Để đảm bảo tính sẵn sàng ở mức độ cao của DLVT, các hệ thống lưu trữ phân tán đã được áp dụng rộng rãi.

Dữ liệu viễn thám đã trở nên phổ biến và ngày càng được sử dụng rộng rãi trong cả các cơ quan nhà nước, doanh nghiệp và cá nhân. Nhu cầu DLVT không ngừng gia tăng và ngày càng có xu hướng tích hợp các chủng loại khác nhau, bao gồm cả DLVT thu thập từ các vệ tinh quan trắc Trái đất, ảnh hàng không, ảnh chụp từ thiết bị bay không người lái và các dữ liệu đo đạc, quan trắc trên mặt đất. Nguồn cung cấp DLVT cũng ngày càng đa dạng, phong phú hơn từ các loại ảnh độ phân giải thấp như MODIS, VIIRS, OceanSat, độ phân giải trung bình như: Landsat 8, Sentinel 1,2 đến các loại ảnh độ phân giải cao và siêu cao như LISS- IV, SPOT 6/7, Planet Scope, Pleaides, KompSat, WorldView,... Không chỉ có các dữ liệu ảnh thương mại mà nhiều loại dữ liệu ảnh viễn thám có giá trị như Landsat 8, Sentinel 1-5 còn được cung cấp miễn phí cho người sử dụng.

Điều này đã dẫn đến khả năng tiếp cận và sử dụng DLVT dễ dàng, cho phép tìm kiếm giải pháp cho các vấn đề phức tạp hơn. Tuy nhiên, việc có thể khai thác, sử dụng quá nhiều nguồn DLVT khác nhau cũng đặt ra những thử thách mới, trong đó, việc xử lý khối lượng lớn dữ liệu và định dạng dữ liệu phức tạp với các phương pháp phân tích xử lý khác nhau trở thành một trong những nội dung chính cần được nghiên cứu.

Để giải quyết vấn đề này các nghiên cứu ứng dụng công nghệ Dữ liệu lớn, điện toán đám mây kết hợp với trí tuệ nhân tạo (AI), máy học, đã và đang được triển khai mạnh mẽ trong những năm gần đây. Các nền tảng ứng dụng cho phép khai thác, chia sẻ, phân tích dữ liệu lớn như: Google Earth Engine, Amazon Web Service, Hadoop,… từng bước trở thành các công cụ thiết yếu phục vụ cho việc khai thác, ứng dụng DLVT.

Xu hướng phát triển của CNVT của thế giới trong giai đoạn hiện nay và trong thời gian tới, các sản phẩm giá trị gia tăng từ tư liệu viễn thám ngày càng đa dạng với nhiều loại thông tin, dữ liệu có độ phân giải cao và thời gian truyền dữ liệu đạt thời gian cận thực; điều này cho phép CNVT để có thể ứng dụng trong nhiều ngành, lĩnh vực mà các phương pháp viễn thám truyền thống trước đây còn gặp nhiều khó khăn, hạn chế về độ chính xác thông tin thu nhận, tần suất và trên diện rộng như các vùng sâu, xa, vùng ngoài biên giới, khu vực đặc biệt nguy hiểm, khu vực thiên tai, các tai biến địa chất, giám sát biển, giám sát vi phạm môi trường, các vi phạm trong hoạt động khai thác khoáng sản,...

Nhiệm vụ cấp bách ở Việt Nam

Tại Việt Nam, công tác giám sát, bảo vệ TN&MT đang là nhiệm vụ cấp bách hiện nay. Theo đó, phải kiểm soát, hạn chế xu hướng gia tăng ô nhiễm môi trường, suy thoái, cạn kiệt tài nguyên và suy giảm đa dạng sinh học, kết hợp cải thiện chất lượng môi trường sống, nâng cao khả năng chủ động ứng phó với BĐKH nhằm bảo đảm nguồn tài nguyên thiên nhiên, chất lượng môi trường phục vụ sự nghiệp PTBV đất nước, ngăn chặn và đẩy lùi các hiện tượng này vào năm 2030.

Với đà phát triển và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, lĩnh vực của đời sống xã hội, ứng dụng viễn thám, chuyên trang CS, PL TN&MT nhận định, bên cạnh giám sát bang - biển; giám sát tai biến địa chất; thành lập bản đồ rủi ro toàn cầu trong cảnh báo sớm dịch bệnh; quy hoạch mạng lưới hệ thống đường ống dẫn; tăng cường kiểm kê carbon; cần thiết đẩy mạnh khả năng dự báo sản lượng nông nghiệp - an ninh lương thực và nông nghiệp bền vững; tăng cường giám sát hạn hán; ngăn chặn chặt phá rừng trái phép; bảo vệ các khu nuôi trồng thuỷ sản từ mối nguy hại tảo nở hoa; ứng dụng trong nông nghiệp: Xác định diện tích, ước tính sản lượng, dự báo năng suất, dự báo, đánh giá tác động của thiên tai (khô hạn, lũ lụt), dịch bệnh; ứng dụng trong giao thông: Quy hoạch xác định các tuyến đường, duy trì bảo dưỡng hệ thống giao thông (cầu, đường, ga, cảng biển, luồng, lạch…); ứng dụng trong QP-AN, phòng tránh thiên tai,…

Viễn thám là một trong những công nghệ cao được nhà nước công nhận tại Mục 17 của “Danh mục công nghệ cao được ưu tiên đầu tư phát triển” tại Quyết định số 38/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ. Ngày 27/01/2021 Thủ tướng Chính phủ ký ban hành Quyết định số 130/QĐ-TTg về Chương trình quốc gia phát triển công nghệ cao đến năm 2030 với mục tiêu “Nghiên cứu, làm chủ, phát triển công nghệ cao, ứng dụng hiệu quả công nghệ cao phục vụ phát triển KT-XH, đảm bảo QP-AN, BVMT, sản xuất sản phẩm, cung cấp dịch vụ; hình thành, phát triển một số ngành công nghiệp công nghệ cao, nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao và các doanh nghiệp hoạt động trong các lĩnh vực này”. Theo đó, các ngành, lĩnh vực mang tính chất chuyên môn kỹ thuật như: TN&MT, nông nghiệp và phát triển nông thôn, công thương, xây dựng, giao thông vận tải, văn hóa, thể thao và du lịch,… rất cần thiết ứng dụng viễn thám để phục vụ công tác quản lý, nghiên cứu, ứng dụng trong phạm vi quản lý. Các kết quả nghiên cứu của các chương trình KH&CN cơ bản đã đạt được các mục tiêu đề ra, trong đó nổi bật nhất là những đóng góp cơ sở khoa học và thực tiễn trong việc xây dựng chính sách, dần hình thành hệ thống văn bản QPPL phục vụ QLNN về viễn thám.

Tại Quyết định số 149/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt “Chiến lược phát triển viễn thám quốc gia đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2040”. Chiến lược này là cơ sở pháp lý cần thiết cho công tác quản lý và định hướng việc ứng dụng CNVT tại Việt Nam, đặc biệt trong công tác giám sát TN&MT. Trong đó, mục tiêu phát triển lĩnh vực viễn thám quốc gia trở thành một lĩnh vực có trình độ KH&CN hiện đại đạt mức tiên tiến của khu vực và tiếp cận với trình độ tiên tiến trên thế giới.

Năm 2021, mặc dù ứng dụng viễn thám đã đóng góp không nhỏ cả về phương diện khoa học và quản lý TN&MT, việc làm chủ công nghệ, ứng dụng công nghệ cao về viễn thám trong ngành TN&MT vẫn bộc lộ nhiều hạn chế, nhất là ứng dụng CNVT trong lĩnh vực biển và hải đảo, ứng dụng CNVT phục vụ công tác QLNN, điều tra cơ bản về TN&MT tại các địa phương còn nhiều khó khăn. Do đó, để có thể thực hiện được các nội dung của Chiến lược viễn thám đã đề ra, cần đẩy mạnh nghiên cứu khoa học, phát triển và ứng dụng công nghệ, với định hướng: Xây dựng và tổ chức thực hiện chương trình nghiên cứu khoa học, phát triển và ứng dụng CNVT với lộ trình thích hợp, ưu tiên các chương trình, đề tài thiết thực phục vụ nhu cầu phát triển KT-XH, quản lý TN&MT; lựa chọn, tiếp thu các thành tựu KH,CN tiên tiến của thế giới phù hợp với điều kiện trong nước, tăng cường tiềm lực KHCN đáp ứng nhu cầu phát triển hoạt động viễn thám. Vì vậy, việc tiếp tục triển khai các nhiệm vụ KH&CN về viễn thám trong giai đoạn tiếp theo nhằm làm chủ công nghệ, nâng cao năng lực ứng dụng CNVT trong ngành TN&MT, phục vụ thiết thực và có hiệu quả sự nghiệp CNH-HĐH và phát triển KT-XH, đảm bảo QP-AN của đất nước là cần thiết.

LÊ THỊ HOA HUỆ

Khoa Trắc địa, Bản đồ và Thông tin Địa lý

Phân hiệu Đại học Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thanh Hoá