Ứng dụng viễn thám phục vụ phát triển kinh tế - xã hội
06/12/2021
Trên thế giới, việc sử dụng công nghệ viễn thám trong công tác nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ viễn thám giám sát tài nguyên và môi trường được các nước hết sức chú trọng. Mỹ có 6 điều luật về công nghệ không gian trong đó có hẳn một điều luật về viễn thám mặt đất “Land Remote Sensing Policy”. Trong đó, nhấn mạnh tư liệu viễn thám là quan trọng trong giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường, biến đổi khí hậu, thiên tai, các điều luật đưa ra nhằm đảm bảo sự phát triển của công nghệ viễn thám 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… đa số xây dựng các chính sách định hướng về các hoạt động ứng dụng công nghệ viễn thám độc lập.

Hiện nay có rất nhiều loại vệ tinh quan trắc Trái đất trên thế giới, năm 2013 Việt Nam đã phóng thành công vệ tinh quang học VNRedSat-1, chuẩn bị phóng vệ tinh radar LOTUSat-1. Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám trong quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên và môi trường, theo dõi giám sát thiên tai, biến đổi khí hậu, giám sát các hoạt động kinh tế, an ninh, quốc phòng ... càng ngày càng phát triển mạnh mẽ, đa dạng trong nhiều ngành, dưới nhiều hình thức phong phú; đặc thù thông tin từ tư liệu viễn thám rất nhạy cảm và quý giá có liên quan chặt chẽ tới hoạt động kinh tế, chính trị, an ninh, quốc phòng nên cần thiết phải đẩy mạnh ứng dụng công nghệ viễn thám.

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 ngày càng trở nên phổ biến và được khai thác, sử dụng rộng rãi. Hiện tại, hơn 1000 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 dữ liệu viễn thám 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 dữ liệu viễn thám là ‘big data’. Thêm vào đó, dữ liệu viễn thám 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 dữ liệu viễn thám 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 dữ liệu viễn thám 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 dữ liệu viễn thám và khả năng xử lý. Để đảm bảo tính sẵn sàng ở mức độ cao của dữ liệu viễn thám, các hệ thống lưu trữ phân tán đã được áp dụng rộng rãi.

Ảnh: Cục Viễn thám quốc gia làm việc với Tổng Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam về ứng dụng viễn thám

Ngoài các giải pháp riêng lẻ, một số nền tảng hợp nhất được đề xuất để cung cấp giải pháp xuyên suốt cho viễn thám dữ liệu lớn. Google Earth Engine (GEE) là một cái tên không còn xa lạ đặc biệt với người sử dụng cá nhân-còn nhiều hạn chế về hạ tầng lưu trữ và tính toán hiệu năng cao, GEE cung cấp quyền truy cập dễ dàng để sử dụng các tài nguyên tính toán dựa vào nền tảng cloud-computing cho các bộ dữ liệu viễn thám quy mô lớn. Một nền tảng khác có thể ứng dụng trong lĩnh vực viễn thám như Google Colaboratory (GC) rất phù hợp để giải các bài toán đòi hỏi hiệu năng tính toán lớn, tích hợp sẵn các framework như Tensorflow, Keras và PyTorch để hỗ trợ cho deep learning và đặc biệt là hoàn toàn miễn phí cho người sử dụng, đáp ứng được nhu cầu trong lĩnh vực nghiên cứu và giáo dục mà không phải chọn giải pháp thuê dịch vụ của Amazon Web Services (AWS) như trước kia.

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 dữ liệu viễn thám không ngừng gia tăng và ngày càng có xu hướng tích hợp các chủng loại khác nhau, bao gồm cả dữ liệu viễn thám 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 dữ liệu viễn thám 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 dữ liệu viễn thám 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 dữ liệu viễn thám 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 (Big data), điện toán đám mây (Cloud computing) 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 phụ vụ cho việc khai thác, ứng dụng dữ liệu viễn thám.

Xu hướng phát triển của công nghệ viễn thám 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 công nghệ viễn thám 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,....
Bên cạnh đó đây là phương pháp có khả năng giám sát với tần suất cao, trên diện rộng, với chi phí tối thiểu. Nguồn dữ liệu quan trọng này được nghiên cứu, ứng dụng để cảnh báo một số loại hình thiên tai xuất hiện đột ngột trong thời gian ngắn, phạm vi không gian hẹp mang tính khu vực, địa phương mà điển hình là lũ quét và sạt lở đất. Đây là hai loại hình thiên tai có mức độ khốc liệt, thường xuyên xuất hiện khu vực miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ, Tây Nguyên và là thách thức cho công tác dự báo, cảnh báo của ngành khí tượng thủy văn ở Việt Nam hiện nay. Đồng thời, dữ liệu viễn thám cho phép giám sát các biến động tài nguyên đất, tài nguyên nước và giám sát biến đổi khí hậu.

Ảnh: Trạm thu ảnh viễn thám trực thuộc Cục Viễn thám quốc gia

Tại Việt Nam, công tác giám sát, bảo vệ tài nguyên và môi trường đang là nhiệm vụ cấp bách hiện nay. Tại Quyết định số 1216/QĐ-TTg ngày 05 tháng 9 năm 2012 Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030. Với mục tiêu về cơ bản vào năm 2020 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 biến đổi khí hậu nhằm bảo đảm nguồn tài nguyên thiên nhiên, chất lượng môi trường phục vụ sự nghiệp phát triển bền vững đất nước, ngăn chặn và đẩy lùi các hiện tượng này vào năm 2030. Nghị quyết số 24-NQ/TW ngày 3/6/2013 Hội nghị Trung ương 7 khóa XI về chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu, tăng cường quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường đã đề ra mục tiêu “Nâng cao năng lực dự báo, cảnh báo thiên tai, giám sát biến đổi khí hậu của các cơ quan chuyên môn” và giải pháp “Tăng cường ứng dụng công nghệ viễn thám, công nghệ mới, tiên tiến trên nền tảng công nghệ thông tin trong dự báo, cảnh báo, điều tra, đánh giá, ứng phó với biến đổi khí hậu, quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường”.

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 chính sách, pháp luật tài nguyên và môi trường nhận định, bên cạnh giám sát băng-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 an ninh – quốc phòng - 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 ngày 30 tháng 12 năm 2020 cảu Thủ tướng Chính phủ. Trên cơ sở đó, tại Quyết định số 130/QĐ-TTg ngày 27 tháng 01 năm 2021, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chương trình quốc gia phát triển công nghệ cao đến năm 2030 với mục tiếu “Nghiên cứu, làm chủ, phát triển công nghệ cao, ứng dụng hiệu quả công nghệ cao phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo quốc phòng an ninh, bảo vệ môi trường, 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 tài nguyên và môi trường, nông nghiêp 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.

 
   

Ảnh: Cục Viễn thám quốc gia làm việc với Bộ Giao thông vận tải về ứng dụng viễn thám

Chiến lược phát triển và ứng dụng khoa học và công nghệ vũ trụ đến năm 2030 tại Quyết định số 169/QĐ-TTg ngày 04 tháng 02 năm 2021 định hướng chính “Ứng dụng rộng rãi thành tựu của khoa học và công nghệ vũ trụ; đầu tư có trọng tâm, trọng điểm một số lĩnh vực có liên quan đến quốc phòng, an ninh, quản lý tài nguyên và môi trường, giám sát và hỗ trợ giảm thiểu thiệt hại do thiên tai, cung cấp đa dạng dịch vụ cho người dân; nâng cao tiềm lực khoa học và công nghệ của đất nước, góp phần bảo đảm độc lập, chủ quyền, thống nhất, toàn vẹn lãnh thổ, thúc đẩy phát triển mọi mặt kinh tế - xã hội và bảo đảm các lợi ích quốc gia khác”.

Ngày 01 tháng 02 năm 2019, 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 công nghệ viễn thám tại Việt Nam, đặc biệt trong công tác giám sát tài nguyên và môi trường. Trong Chiến lược này, Thủ tướng đã phê duyệt Danh mục các chương trình, đề án, dự án, nhiệm vụ chuyên môn cần thiết để thực hiện Chiến lược, bao gồm 09 Đề án. Theo tiến độ quy định, Bộ Quốc Phòng và Bộ Côgn an đang xây dựng, trình Thủ tướng Chính phủ đề án số 03 “Ứng dụng viễn thám phục vụ công tác quốc phòng” và số 04 “Ứng dụng viễn thám phục vụ công tác đảm bảo an ninh quốc gia Việt Nam”. Trong đó, Đề án số 03 đã xây dựng xong dự thảo, qua 02 lần thống nhất ý kiến của các bộ, ngành, địa phương, dự kiến trình Thủ tướng Chính phủ phê duyệt năm 2021. Đề án số 06 “Ứng dụng viễn thám phục vụ phát triển kinh tế - xã hội” cần trình Thủ tướng Chính phủ năm 2021.

 

Nguồn tin: Cục Viễn thám quốc gia