Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu ứng dụng thiết bị không người lái dân dụng cỡ nhỏ trong việc đánh giá hiện trạng hệ sinh thái ven biển và đảo Hải Phòng (10/06/2024)

Hoạt động quan trắc, giám sát đa dạng sinh học và sức khỏe của các hệ sinh thái, bao gồm các hệ sinh thái ven biển đã được pháp luật quy định trong báo cáo hiện trạng môi trường hàng năm của các địa phương. Mục tiêu chung của hệ thống giám sát sinh học là cho phép các đơn vị quản lý có được dữ liệu và thông tin liên quan đến sinh học cần thiết để quản lý các hệ sinh thái quan trọng ở trên cạn và dưới nước một cách khoa học và phương thức phù hợp. Việc xác định và đánh giá nhanh những thay đổi về tình trạng sinh thái và sự toàn vẹn của các hệ sinh thái quan trọng, phản ánh tính chính xác và hiệu quả của công tác quản lý. Nhiều phương pháp được sử dụng để giám sát sức khỏe các hệ sinh thái, từ quan trắc định kỳ tại chỗ cho đến quan trắc dựa trên dữ liệu viễn thám. Tuy nhiên, các phương pháp này có nhiều điểm hạn chế như đòi hỏi nguồn nhân lực và vật lực lớn, tốn nhiều thời gian, ảnh vệ tinh thương mại ở độ phân giải cao có giá thương mại đắt đỏ và không phải lúc nào cũng có sẵn.

Việc nghiên cứu xây dựng bộ công cụ kỹ thuật trong giám sát và đánh giá hiện trạng các hệ sinh thái là cần thiết và mang tính thời sự cao. Xuất phát từ nhu cầu thực tế và khả năng đáp ứng của công nghệ dân dụng, ý tưởng xây dựng bộ công cụ kỹ thuật để hỗ trợ công tác quản lý, giám sát và đánh giá hiện trạng hệ sinh thái ven biển bằng phương pháp sử dụng thiết bị bay không người lái dân dụng cỡ nhỏ với máy ảnh đa phổ độ phân giải cao để giám sát sự thay đổi của các hệ sinh thái và môi trường. Với mục tiêu xây dựng được quy trình sử dụng thiết bị bay không người lái dân dụng cỡ nhỏ đánh giá hiện trạng các hệ sinh thái vùng ven biển và đảo; Đánh giá hiệu quả sử dụng thiết bị bay không người lái dân dụng cỡ nhỏ trong đánh giá hiện trạng hệ sinh thái. Năm 2019, Viện Tài nguyên và Môi trường biển được Ủy ban nhân dân thành phố Hải Phòng phê duyệt thực hiện đề tài KH&CN cấp thành phố: “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị bay không người lái dân dụng cỡ nhỏ trong việc đánh giá hiện trạng hệ sinh thái ven biển và đảo Hải Phòng”.Đề tài do TS. Nguyễn Văn Thảo làm chủ nhiệm.

Thảm thực vật ngập mặn khu vực Bàng La.

Nghiên cứu tổng quan cho thấy, các thiết bị bay không người lái đang phát triển ngày càng gọn nhẹ, tính cơ động cao với độ chính xác và chất lượng ảnh được cải thiện lớn cho các hoạt động dân dụng. Các sản phẩm này đã được thương mại hoá và được pháp luật Việt Nam cho phép hoạt động trong những khu vực cách sân bay 8 km. Các nhà khoa học trong và ngoài nước đã và đang có những nghiên cứu ứng dụng các thiết bị không người lái dân dụng này vào trong đời sống một cách dễ dàng như trong giám sát rừng trồng, nông nghiệp, quản lý đất đai. Hiện nay, sức ép lên các hệ sinh thái vùng biển ven bờ và các đảo của Hải Phòng ngày càng lớn. Các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội như xây dựng cảng biển, khu công nghiệp ven biển, khai thác khoáng sản (cát), nuôi trồng thủy sản, san lấp mặt bằng xây dựng cơ sở hạ tầng đã góp phần làm suy giảm chất lượng các hệ sinh thái ven bờ (rừng ngập mặn, san hô, cỏ biển). Thêm nữa, vùng ven biển Hải Phòng được đánh giá là một trong mười khu vực chịu tác động mạnh nhất của biến đổi khí hậu ở khu vực Châu Á, điều này cũng gây ra những tác động tiêu cực đối với sự phát triển của các hệ sinh thái. Với mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội của thành phố Hải Phòng là nhanh và bền vững, trong đó chú trọng phát triển mô hình kinh tế xanh, đảm bảo hài hòa giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường, bảo tồn các hệ sinh thái. Giám sát, đánh giá các hệ sinh thái ven biển Hải Phòng là một trong những biện pháp nhằm bảo vệ và phát huy giá trị của chúng. Việc hỗ trợ công tác giám sát và quản lý các hệ sinh thái vùng ven bờ và các đảo Hải Phòng, phát triển một công cụ kỹ thuật có hiệu quả cao trong việc đánh giá hiện trạng hệ sinh thái ven biển là rất cần thiết. 

Sau gần 02 năm thực hiện, đề tài đã hoàn thành các mục tiêu và nội dung nghiên cứu đã đề ra trong thuyết minh. Cụ thể, đề tài đã tiến hành 04 chuyến thực địa và thu 04 cảnh ảnh đa phổ tầm thấp tại khu vực Bàng La, quận Đồ Sơn và vùng nước nông đảo Bạch Long Vỹ; hoàn thành 16 báo cáo chuyên đề; Từ các kết quả nghiên cứu đã xây dựng quy trình sử dụng thiết bị thiết bị bay không người lái dân dụng cỡ nhỏ với máy ảnh độ phân giải cao để đánh giá hiện trạng hệ sinh thái vùng ven biển Hải Phòng; hoàn thiện 02 bản đồ hiện trạng phân bố hệ sinh thái rừng ngập mặn và san hô tỷ lệ 1:5000 từ kết quả xử lý ảnh đa phổ tầm thấp.

Hình ảnh Phantom 4 Pro.

Thiết bị bay không người lái sử dụng trong nghiên cứu là thiết bị Phantom 4 Pro và thiết bị Phantom 4 Multispectral. Phantom 4 Pro là một thiết bị bay không người lái có gắn camera toàn dải độ phân giải cao, hệ thống này có những tính năng vượt trội. Thiết bị bay tầm thấp này sở hữu những tính năng thông minh giúp người dùng dễ dàng làm chủ hành trình bay. Phantom 4 pro được trang bị 2 bộ cảm biến hồng ngoại ở phía 2 bên sườn và 1 cặp camera kép nằm ở phía sau để giúp drone này có tính năng tránh vật cản cao hơn. Nhờ có cặp camera kép mà thiết bị này có thể cảm nhận và tránh được vật cản theo 5 hường: trái, phải, trên, dưới và sau. Khoảng cách cảm biến vật cản trước sau của Phantom 4 Pro đã được cải thiện, lên đến 20m. P4 Multispectral là một máy bay không người lái có độ chính xác cao có khả năng thực hiện các chức năng chụp ảnh đa mặt. Hệ thống hình ảnh bao gồm sáu máy ảnh với cảm biến CMOS 1/2,9 inch, có khả năng chụp cả hình ảnh màu và dải hẹp. Phantom 4 Multispectral, máy bay không người lái tích hợp công nghệ hình ảnh đa quang phổ đầu tiên trên thế giới được thiết kế cho nông nghiệp chính xác và quản lý môi trường. Việc sử dụng hai loại máy ảnh đã đánh giá chất lượng ảnh và độ phân giải cũng như khả năng ứng dụng của hai loại máy ảnh này trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng hệ sinh thái biển cho thấy máy ảnh đa phổ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trong việc đánh giá hiện trạng hệ sinh thái biển đặc biệt là hệ sinh thái dưới nước. Đề tài đã lựa chọn máy ảnh đa phổ trong việc xây dựng và hoàn thiện quy trình bay chụp. Chất lượng ảnh chụp đáp ứng được yêu cầu về độ phân giải trong việc xây dựng bản đồ tỉ lệ 1:5000.

Đề tài đã xây dựng thành công quy trình sử dụng thiết bị bay không người lái trong việc đánh giá và xây dựng bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn tại Bàng La và rạn san hô tại Bạch Long Vĩ tỉ lệ 1:5000, sử dụng thiết bị bay không người lái Phantom 4 Multispectral (máy ảnh đa phổ) quy trình đánh giá hiện trạng hệ sinh thái ven bờ bằng thiết bị bay không người lái dân dụng, cỡ nhỏ được xây dựng. Quy trình này gồm bốn khối công việc (bước) chính: bước 1 là công tác chuẩn bị; bước 2 là thiết lập kế hoạch và tiến hành bay thu ảnh tầm thấp; bước 3 là xử lý ảnh tầm thấp; bước 4 là báo cáo kết quả. Quy trình đã được kiểm chứng và đạt được độ chính xác cao so với thực tế. Quy trình ứng dụng thiết bị bay không người lái dân dụng cỡ nhỏ trong việc đánh giá hiện trạng hệ sinh thái biển hoàn thiện được xây dựng thành bộ quy trình hướng dẫn sử dụng chi tiết. Kết quả này thực sự đem lại lợi ích cho công tác nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới vào trong điều tra khảo sát hiện trạng và biến động hệ sinh thái biển, việc kết hợp các phương pháp điều tra khác nhau sẽ hỗ trợ cho các nhà nghiên cứu và nhà quản lý có được công cụ có độ chính xác và đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển khoa học và xã hội.

Hiệu quả sử dụng ảnh đa phổ tầm thấp đánh giá hiện trạng các hệ sinh thái ven bờ cao hơn nhiều so với sử dụng phương pháp truyền thống và xử lý ảnh đa phổ tầng cao (ảnh vệ tinh) ở nhiều khía cạnh như kinh tế (chi phí ít hơn), thời gian (chủ động thời điểm thu ảnh và thời gian xử lý nhanh) và độ chính xác (phân biệt đối tượng mặt đất chi tiết và độ phân giải không gian rất cao). Một điểm yếu của ảnh đa phổ tầm thấp chính là diện tích mặt đất của 01 cảnh ảnh là khá nhỏ (chỉ khoảng trên dưới 50ha). Tuy nhiên trong xử lý ảnh đa phổ tầm thấp đánh giá hiện trạng hệ sinh thái san hô cần có thuật toán hiệu chỉnh cột nước phù hợp hơn. Việc áp dụng thuật toán hiệu chỉnh cột nước của ảnh đa phổ tầng cao (ảnh vệ tinh) cho ảnh đa phổ tầm thấp dễ dẫn đến sai số. Điều này sẽ tác động đến độ chính xác của phân loại có giám sát. Để khắc phục điều này cần phát triển thuật toán hiệu chỉnh cột nước cho ảnh đa phổ tầm thấp theo mô hình thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã mang lại lợi ích thiết thực cho công tác nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới vào việc điều tra, khảo sát hiện trạng và biến đổi hệ sinh thái biển; công tác quản lý, giám sát các sự cố môi trường tài nguyên và môi trường; quản lý đất đai và các công trình giao thông. Việc kết hợp nhiều phương pháp điều tra khác nhau sẽ hỗ trợ cho các nhà nghiên cứu, nhà quản lý có được công cụ với độ chính xác cao, đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển khoa học bà kinh tế - xã hội. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Dự án tại Trung tâm Thông tin, Thống kê KH&CN Hải Phòng./.