Sử dụng UAV giám sát hệ sinh thái ven biển

Hiện nay, vùng ven biển thành phố Hải Phòng được xác định là một trong 10 khu vực chịu tác động mạnh nhất của biến đổi khí hậu ở châu Á-Thái Bình Dương. Các hoạt động như xây dựng, khai thác khoáng sản, nuôi trồng thủy sản, xây dựng khu công nghiệp ven biển,… đã khiến suy giảm chất lượng các hệ sinh thái (rừng ngập mặn, san hô, cỏ biển) ven bờ và các đảo. Trong khi đó, mục tiêu trọng tâm của thành phố là phát triển kinh tế-xã hội nhanh, bền vững gắn với phát triển mô hình kinh tế xanh, bảo đảm hài hòa giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường, bảo tồn các hệ sinh thái.

Để có được các thông tin, dữ liệu quan trọng làm cơ sở đánh giá chính xác sự thay đổi của các hệ sinh thái và hiệu quả của công tác quản lý, nhiều phương pháp đã được ứng dụng như quan trắc định kỳ tại chỗ, quan trắc bằng dữ liệu viễn thám…

Tuy nhiên, trong quá trình triển khai, các giải pháp này đã bộc lộ nhiều hạn chế, bất cập như: sử dụng nguồn nhân lực và vật lực lớn, tốn kém nhiều thời gian và kinh phí. Đặc biệt, việc sử dụng ảnh vệ tinh thương mại với độ phân giải cao thường không có sẵn, ảnh vệ tinh chủ yếu là ảnh quang học cho nên chất lượng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết. Trong khi đó dữ liệu ảnh thu từ máy bay có người lái thường có giá thành cao do các chi phí lớn trong việc vận hành máy bay.

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, đồng thời để hoạt động giám sát và đánh giá hiện trạng các hệ sinh thái, nhất là hệ sinh thái ven biển, đảo đạt hiệu quả cao, Tiến sĩ Nguyễn Văn Thảo, Phân viện Hải Dương học tại Hải Phòng (Viện Hải Dương học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) chủ trì nhiệm vụ “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”.

Đây là nhiệm vụ khoa học, công nghệ cấp thành phố Hải Phòng được triển khai, thực hiện với mục đích xây dựng quy trình sử dụng hiệu quả thiết bị bay không người lái (UAV) dân dụng cỡ nhỏ để đánh giá hiện trạng các hệ sinh thái vùng ven biển và đảo.

Phạm vi nghiên cứu khảo sát là hệ sinh thái rừng ngập mặn Bàng La (phường Nam Đồ Sơn), rạn san hô ở đảo Bạch Long Vĩ (đặc khu Bạch Long Vĩ). Những khu vực này được đánh giá là điển hình của thành phố với thảm thực vật ngập mặn và hệ rạn san hô có độ bao phủ cao nhất.

Theo Tiến sĩ Nguyễn Văn Thảo, trong hoạt động giám sát, đánh giá các hệ sinh thái ven biển của thành phố, UAV thật sự là một công cụ hữu ích để thu thập số liệu, khảo sát các hệ sinh thái đặc trưng như rừng ngập mặn và rạn san hô. Bởi, nếu áp dụng những phương pháp truyền thống, các hệ sinh thái hoặc khu vực đã lựa chọn sẽ được khảo sát, quan trắc thủ công theo tuyến và mặt cắt để thu mẫu, đo đạc ngoài hiện trường và phân tích trong phòng thí nghiệm.

Kết quả khảo sát thực địa được kết hợp giải đoán ảnh vệ tinh để đưa ra kết quả cho cả khu vực. Với phương pháp này, kết quả thu được thường có độ chính xác không như mong muốn bởi hạn chế về độ phân giải không gian của ảnh vệ tinh và số lượng trạm khảo sát, sự không trùng khớp về mặt thời gian giữa thu ảnh vệ tinh và khảo sát thực địa.

Trong khi đó, các chuyên gia cho rằng, nếu ứng dụng UAV cỡ nhỏ gắn máy ảnh đa phổ để quan trắc môi trường và các hệ sinh thái ven biển sẽ cho phép giám sát, đánh giá đạt độ chính xác cao, chi phí kinh tế thấp và chủ động về thời gian, không gian thu ảnh so với phương pháp truyền thống.

Cùng với đó, kỹ thuật dẫn đường sử dụng các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu như GPS, Galileo, GLONASS giúp UAV có thể bay với nhiều chế độ, địa hình khác nhau để định kỳ quan trắc, giám sát và ghi nhận hình ảnh hoặc đoạn phim chất lượng cao về các hệ sinh thái.

Đặc biệt, đối với hệ sinh thái rạn san hô, việc khảo sát, quan trắc gặp rất nhiều khó khăn do hạn chế về tầm nhìn và phân biệt các nhóm đối tượng có phổ tương tự nhau. Trong trường hợp này, dữ liệu thu được từ UAV có thể sử dụng để phân biệt san hô, rong biển…, từ đó giúp các ban, ngành kịp thời phát hiện những biến động tiêu cực về diện tích phân bố, độ bao phủ, thành phần loài, môi trường nước và trầm tích để đề ra những biện pháp bảo vệ các hệ sinh thái ven biển, đảo. Những ưu thế này cho thấy UAV có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong giám sát các hệ sinh thái ven biển, đảo tại nhiều khu vực của Việt Nam.

Từ kết quả khảo sát tại rừng ngập mặn Bàng La và vùng nước nông quanh đảo Bạch Long Vĩ, Tiến sĩ Hoàng Ngọc Tuấn, Chủ tịch Hội đồng Tư vấn đánh giá, nghiệm thu kết quả thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp thành phố cho rằng, UAV dân dụng cỡ nhỏ gắn máy ảnh đa phổ có thể cung cấp nguồn dữ liệu chi tiết, phục vụ hiệu quả việc xác định hiện trạng và theo dõi biến động của các hệ sinh thái ven biển.

Thông qua dữ liệu ảnh thu nhận ở độ cao thấp, các nhà khoa học đã xây dựng quy trình khảo sát, xử lý hình ảnh và hoàn thiện bản đồ phân bố rừng ngập mặn, rạn san hô với tỷ lệ 1/5.000. Các kết quả này tạo cơ sở để cơ quan quản lý theo dõi sự thay đổi về diện tích, độ bao phủ và hiện trạng phân bố của từng hệ sinh thái, nhờ đó kịp thời phát hiện những khu vực có dấu hiệu suy giảm. Quy trình và dữ liệu thu được đã được chuyển giao cho Ban Quản lý Khu bảo tồn biển Bạch Long Vĩ để phục vụ công tác quản lý, giám sát thực tế; đồng thời có thể tiếp tục mở rộng ứng dụng...

Việc ứng dụng UAV dân dụng cỡ nhỏ gắn máy ảnh đa phổ cho thấy nhiều ưu thế về độ chính xác, chi phí và khả năng chủ động so với phương pháp khảo sát truyền thống. Đây là cơ sở để tiếp tục hoàn thiện, mở rộng công nghệ trong giám sát môi trường, bảo tồn đa dạng sinh học và quản lý bền vững tài nguyên biển, đảo.