Đánh Giá Hiện Trạng Hệ Sinh Thái Ven Biển Bằng Thiết Bị Bay Không ...

Tầm quan trọng của đánh giá hiện trạng các hệ HST ven biển

Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3.600 km với những đặc điểm đa dạng về địa hình và thời tiết đã tạo nên sự phong phú cho các hệ sinh thái biển như rạn san hô, thảm cỏ biển, đầm phá, vũng vịnh nhỏ, vùng triều rạn đá, rừng ngập mặn, cửa sông, bãi triều lầy, núi đá vôi, bãi cát. Hải Phòng là thành phố nằm vùng đồng bằng Bắc Bộ, là thành phố có HST và cấu trúc địa hình đặc trưng gồm: vịnh, núi đá vôi, rừng ngập mặn và rạn san hô.

Hằng năm, hoạt động quan trắc, giám sát đa dạng sinh học và sức khỏe của các hệ sinh thái, bao gồm hệ sinh thái ven biển đã được pháp luật quy định trong báo cáo hiện trạng môi trường hàng năm của các địa phương nói chung và TP Hải Phòng nói riêng. Mục tiêu của hệ thống giám sát đa dạng sinh học là cho phép các đơn vị quản lý có được dữ liệu và thông tin liên quan đến đa dạng sinh học cần thiết để bảo vệ, quản lý các HST quan trọng ở trên cạn và dưới nước một cách khoa học, phù hợp. Việc đánh giá những thay đổi về tình trạng, sự toàn vẹn của HST phản ánh chính xác và hiệu quả của công tác quản lý, góp phần hỗ trợ việc ra quyết định của thành phố, đạt được các mục tiêu phát triển về kinh tế - xã hội.

Tuy nhiên, hiện nay việc đánh giá hiện trạng các hệ HST biển chủ yếu được thực hiện dựa trên các phương pháp truyền thống, đòi hỏi người thực hiện phải có trình độ chuyên môn, kỹ năng khảo sát và phân tích mẫu (ví dụ như kỹ thuật lặn trong khảo sát HST rạn san hô). Ngoài ra, phương pháp truyền thống còn tốn thời gian, kinh phí và chất lượng mẫu lấy không ổn định. Do đó, các số liệu thu được không đáp ứng được nhu cầu của đơn vị quản lý, nhất là trong các trường hợp cần số liệu có độ chính xác cao tại thời điểm nhất định như đánh giá thiệt hại do sự cố môi trường do tràn dầu, thiên tai...

Xây dựng thành công phương pháp giải đoán ảnh đa phổ tầm thấp

Trong những năm qua, công nghệ chế tạo thiết bị bay không người lái dân dụng (UAV) phát triển rất mạnh, thiết bị này được sử dụng khá hiệu quả trong nhiều lĩnh vực như an ninh - quốc phòng, giao thông vận tải, quy hoạch đô thị, khảo sát tài nguyên thiên nhiên... bởi những ưu điểm mà nó mang lại. Với mục tiêu đánh giá chính xác hiện trạng HST biển, góp phần cung cấp số liệu theo nhu cầu của các đơn vị quản lý, Viện Tài nguyên và Môi trường biển (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã đề xuất và được Sở Khoa học và Công nghệ Hải Phòng phê duyệt thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị không người lái dân dụng cỡ nhỏ trong việc đánh giá hiện trạng HST ven biển và đảo Hải Phòng”. Đề tài hướng tới xây dựng quy trình sử dụng thiết bị UAV; đánh giá hiện trạng các HST vùng ven biển và đảo chính xác; so sánh hiệu quả phương pháp đánh giá hiện trạng HST bằng thiết bị UAV với phương pháp truyền thống.

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng giải đoán ảnh đa phổ tầm thấp bằng thiết bị UAV kết hợp cùng công nghệ viễn thám GIS trong đánh giá chất lượng HST, giúp đoàn công tác kiểm tra có thể giám sát nhanh chóng, kịp thời (hình 1). Đặc biệt, thiết bị của nhóm nghiên cứu xây dựng lên tới 6 kênh ảnh, gồm: toàn giải, xanh lam (B): 450±16 nm; xanh lá cây (G): 560±16 nm; đỏ (R): 650±16 nm; cận đỏ (RE): 730±16 nm; cận hồng ngoại (NIR): 840±26 nm, cho phép chụp ảnh đa phổ tầng thấp với độ phân giải không gian đến hàng cm. Quy trình sử dụng thiết bị bao gồm 4 bước (hình 2).

Hình 1. Thiết bị UAV kết hợp cùng công nghệ viễn thám GIS trong đánh giá chất lượng HST

Hình 2. Sơ đồ quy trình đánh giá hiện trạng HST bằng thiết bị UAV.

Sau khi xây dựng quy trình thực hiện, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm thực tế trên hai khu vực sinh thái trên địa bàn TP Hải Phòng là rừng ngập mặn tại phường Bàng La (quận Đồ Sơn) và rạn san hô tại huyện đảo Bạch Long Vĩ. Ảnh được chụp từ thiết bị sẽ qua các quá trình xử lý giải đoán hiện trạng trên phần mềm GIS.

Tất cả các điểm khảo sát thực tế được xác định bằng định vị cầm tay nhằm xác định chính xác các đối tượng trong ảnh. Trải qua quá trình đánh giá so sánh với phương pháp truyền thống, độ chính xác của ảnh phân loại đối với rừng ngập mặn tại phường Bàng La (quận Đồ Sơn) lên tới trên 96%, trong khi đó độ chính xác của ảnh chụp rạn san hô tại huyện đảo Bạch Long Vĩ được chia theo độ sâu, ở độ sâu <2 m thì tỷ lệ chính xác rất cao (96,85%) và tỷ lệ này giảm dần khi độ sâu tăng lên 2-3 m (tỉ lệ chính xác đạt 86,67%) (hình 3).

Hình 3. Kết quả dữ liệu ảnh giải đoán của rạn san hô (bên trên) và rừng ngập mặn (bên dưới).

Từ kết quả phân loại các đối tượng, dữ liệu ảnh giải đoán hoàn toàn phù hợp sử dụng trong việc đánh giá hiện trạng HST từ nguồn ảnh chụp bằng thiết bị UAV. Có thể khẳng định, thành công của đề tài đã mang lại nhiều hiệu quả thiết thực, cụ thể.

Hiệu quả về nhân công: phương pháp truyền thống cần nhiều nhân công hơn để đo đạc, khảo sát thực địa bằng phương pháp thủ công (khoảng 4 nhân công). Nếu sử dụng ít nhân công thì thời gian lại phải kéo dài do phải hoàn thành cùng khối lượng công việc. Việc phân tích và xử lý số liệu theo phương pháp truyền thống cũng cần nhiều nhân công, đồng nghĩa là chi phí nhân công theo phương pháp này sẽ lớn hơn. Ngược lại, phương pháp giải đoán ảnh đa phổ tầm thấp sẽ xử lý, giải đoán hình ảnh vệ tinh tự động mà không cần nhân công, góp phần tiết kiệm chi phí.

Hiệu quả về vật tư: với phương pháp truyền thống cần di chuyển nhiều vị trí, đặc biệt có những vị trí cần đến các phượng tiện như tàu, thuyền. Điều này sẽ tiêu tốn vật tư tiêu hao như xăng, dầu. Ngược lại phương pháp giải đoán ảnh đa phổ tầm thấp được điều kiển bằng thiết bị không người lái nên hầu như không sử dụng tàu thuyền khi bay thu ảnh.

Hiệu quả về thời gian và không gian: trong phương pháp truyền thống, cần nhiều thời gian cho đo đạc và khảo sát thực địa cũng như xử lý số liệu. Trường hợp đang hoạt động đo vẽ thực địa thì gặp thời tiết bất thường (mưa, bão, giông, lốc...) sẽ phải tạm dừng công việc, khi thời tiết trở lại bình thường thì lại tiếp tục thực hiện. Điều này bất lợi vì thời gian kéo dài, hiện trạng mặt đất bị thay đổi do tác động của thời tiết bất thường dẫn đến số liệu không hệ thống. Ngược lại, phương pháp giải đoán ảnh đa phổ tầm thấp chỉ mất một ít thời gian thu ảnh, điều này ít bị tác động bởi thời tiết cực đoan.

Đề tài đã mang lại một phương pháp mới trong việc đánh giá hiện trạng HST biển so với phương pháp truyền thống, góp phần cung cấp thông tin chính xác, hỗ trợ các quá trình ra quyết định của thành phố để đạt được các mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội và các kế hoạch, chiến lược quốc gia về quản lý, bảo vệ HST biển.