Hiện nay có 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 hạn chế như nguồn nhân lực và vật lực lớn, tốn thời gian, ảnh vệ tinh ở độ phân giải cao có giá đắt đỏ và không có sẵn. Do đó, việc nghiên cứu xây dựng bộ công cụ kỹ thuật trong giám sát và đánh giá hiện trạng các hệ sinh thái, trong đó có hệ sinh thái ven biển là rất cần thiết.

Phantom 4 Multispectral.

Xuất phát từ nhu cầu thực tế và khả năng đáp ứng của công nghệ dân dụng, nhiệm vụ khoa học công nghệ cấp thành phố Hải Phòng “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” đã được Viện Tài nguyên và Môi trường biển chủ trì thực hiện và TS. Nguyễn Văn Thảo làm chủ nhiệm. Mục tiêu của đề tài là 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; đồng thời đánh giá hiệu quả sử dụng thiết bị bay không người lái dân dụng cỡ nhỏ trong đánh giá hiện trạng hệ sinh thái.

Các hệ sinh thái biển ven bờ chịu tác động rất mạnh do các hoạt động như xây dựng, phát triển cảng biển, mở rộng đô thị, nuôi trồng thủy sản, cũng như bởi tự nhiên như đổi khí hậu, thiên tai... Để quản lý, khai thác và bảo vệ tài nguyên và môi trường biển hiệu quả cần phải có các công cụ quan trắc, đánh giá nhanh và chính xác hiện trạng và biến động môi trường nước vùng ven bờ, đồng thời giảm thiểu chi phí, nhân lực và vật lực.

Việc ứng dụng thiết bị bay không người lái (UAV-unmanned aerial vehicle) trong hoạt động lập bản đồ, quan trắc/giám sát môi trường và các hệ sinh thái đã trở thành xu thế tại nhiều nước phát triển. Công nghệ này đã được bắt đầu ứng dụng để đánh giá sự biến động của cảnh quan, môi trường, nghiên cứu sinh thái như: đánh giá biến động của hệ thực vật và đa dạng sinh học rừng, nghiên cứu quản lý động vật hoang dã, lập bản đồ hệ sinh thái sông và đánh giá diễn thế hệ sinh thái. Hệ thống máy bay không người lái (UAVs) có tiềm năng phát triển để giám sát môi trường, thu hẹp khoảng cách hiện tại giữa các quan sát trực tiếp trên thực địa và công cụ viễn thám truyền thống, bằng cách cung cấp các thông tin có độ chính xác cao và chi phí hợp lý. Sự xuất hiện của các thiết bị bay không người lái UAV thông dụng với mức giá vừa phải thực sự là cuộc cách mạng trong lĩnh vực thu thập số liệu, khảo sát, giám sát và theo dõi các đối tượng trên thực địa.

Các thiết bị bay không người lái sử dụng trong đề tài nghiên cứu này là Phantom 4 Pro và 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, sở hữu những tính năng thông minh giúp người dùng dễ dàng làm chủ hành trình bay. Cảm biến tránh va chạm phía dưới bụng của Phantom 4 Pro sẽ tự đánh giá bề mặt và điều kiện hạ cánh ở khu vực phía dưới. Trong trường hợp phía dưới là mặt nước, nơi gồ ghề, cành cây… thì máy sẽ tự treo trên không đợi lệnh từ bảng điều khiển của người dùng nên việc va chạm hoặc mất tín hiệu bay là điều rất khó khi sử dụng thiết bị bay thông minh này.

Về thiết bị Phantom 4 Multispectral, đây 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. Truyền hình ảnh HD OCUSYNCTM được tích hợp trong cả máy bay và bộ điều khiển từ xa đảm bảo đường truyền ổn định. Máy bay được tích hợp DJI Onboard D-RTKTM, cung cấp dữ liệu chính xác cho độ chính xác định vị từng centimet.

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng hai loại thiết bị này đã đánh giá được chất lượng ảnh và độ phân giải cũng như khả năng ứng dụng của chúng trong việc xây dựng bản đồ hiện trạng hệ sinh thái biển. 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.

Sau 2 năm triển khai thực hiện, đề tài đã hoàn thành các mục tiêu và nội dung nghiên cứu đã đề ra trong thuyết minh. Cụ thể, đã tiến hành 04 chuyến thực địa và thu 04 cảnh ảnh đa phổ tầm thấp tại khu vực Bằng La, quận Đồ Sơn và vùng nước nông đảo Bạch Long Vỹ; hoàn thành 16 báo cáo chuyên đề; xây dựng khoá giải đoán ảnh cho thiết bị bay không người lái; 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.

Các quy trình của đề tài đã được kiểm chứng và đạt độ chính xác cao. Hiệu quả sử dụng ảnh đa phổ tầng thấp từ kết quả nghiên cứu của đề tài mang lại phục vụ đánh giá hiện trạng các hệ sinh thái ven bờ cao hơn nhiều so với phương pháp truyền thống và xử lý ảnh tầng cao từ vệ tinh như: chi phí ít hơn; chủ động về mặt thời gian và không gian; cho kết quả nhanh và độ chính xác rất cao. Tuy nhiên, điểm yếu của phương pháp này là diện tích của một cảnh ảnh là khá nhỏ với quy mô khoảng 50 ha.

Có thể thấy, những nghiên cứu bước đầu về hai đối tượng cụ thể là rừng ngập mặn Bàng La và rạn san hô Bạch Long Vĩ, mặc dù kết quả rất khả quan trong ứng dụng xây dựng bản đồ hiện trạng hệ sinh thái ven biển nhưng còn nhiều hạn chế về thiết bị (số điểm ảnh chụp, pin, thời tiết...) và kỹ thuật xử lý ảnh còn phức tạp.

P.A.T (Tổng hợp)