Việc sử dụng kết hợp Viễn thám và GIS cho nhiều mục đích khác nhau đã trở nên rất phổ biến trên toàn thế giới trong khoảng 30 năm trở lại đây. GIS bắt đầu được xây dựng ở Canada từ những năm sáu mươi của thế kỷ 20 và đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực khác nhau trên toàn thế giới. Sau khi vệ tinh quan sát trái đất Landsat đầu tiên được phóng vào năm 1972, các dữ liệu viễn thám được xem là nguồn thông tin đầu vào quan trọng của GIS nhờ những tiến bộ về kỹ thuật của nó.
Ngày nay, Trái đất được nghiên cứu thông qua một dải quang phổ rộng với nhiều bước sóng khác nhau từ dải sóng nhìn thấy được đến dải sóng hồng ngoại nhiệt. Các thế hệ vệ tinh mới được bổ sung thêm các tính năng quan sát trái đất tốt hơn với những quy mô không gian khác nhau (hình 1). Vệ tinh cung cấp một lượng thông tin không lồ và phong phú về các phản ứng quang phổ của các hợp phần của trái đất như: đất, nước, thực vật. Chính các phản ứng này sau đó sẽ phản ánh bản chất sinh lý của trái đất và các hiện tượng diễn ra trong tự nhiên bao gồm cả các hoạt động của con người. Chủ đề phát triển chính của viễn thám trong một thời gian dài chính là môi trường và tầm quan trọng của nó trong lĩnh vực này đã tăng lên nhanh chóng trong một vài năm gần đây (Askne, 1995). Trong khi đó mục tiêu chính của việc sử dụng GIS là tạo ra những giá trị mới cho các thông tin hiện có thông qua phân tích không gian - thời gian và/ hoặc mô hình hoá các dữ liệu có toạ độ. Nhờ khả năng phân tích không gian - thời gian và mô hình hoá, GIS cho phép tạo ra những thông tin có giá trị gia tăng cho các thông tin được triết xuất từ dữ liệu vệ tinh (Burrough và cộng sự., 1998)
Hình 1: Các ứng dụng không gian-thời gian đa tỷ lệ của các vệ tinh khác nhau
Từ khi viễn thám lần đầu tiên được sử dụng vào những năm 70 của thế kỷ 20, các nước đang phát triển là đối tượng chính được quan sát bằng công nghệ này. Nền kinh tế của những nước này thường dựa vào các hoạt động khai thác tài nguyên thiên nhiên, đôi khi, các bản đồ hoặc các dữ liệu sẵn có không chính xác hoặc đã lỗi thời, yêu cầu về độ chính xác cũng thấp hơn các bản đồ của các nước công nghiệp hoá và tương thích với dữ liệu của các vệ tinh thế hệ đầu tiên. Những biến đổi về môi trường đang diễn ra rất nhanh chóng (vd. hoạt động tàn phá rừng, sự mở rộng các đô thị) do đó cần phải có những quan trắc đầy đủ. Áp lực quốc tế lên các hoạt động quan trắc này khá lớn (bảo vệ những rừng, thúc đẩy nền dân chủ…) trong giai đoạn toàn cầu hoá. Việt Nam không phải là một ngoại lệ. Hơn 10 năm sau khi chính sách Đổi mới nền kinh tế được thực hiện, nền kinh tế của Việt Nam cũng đã đạt được những thành tựu và cũng còn nhiều thách thức như những vấn đề mới nảy sinh trong quản lý môi trường và tài nguyên thiên nhiên. Chính phủ đã nhận ra rằng, phát triển kinh tế phải được kết hợp thực hiện với quản lý môi trường và tài nguyên thông qua một kế hoạch hành động bền vững. Một câu hỏi đặt ra là: Công nghệ Viễn thám và GIS có thể đóng góp những gì nhằm hỗ trợ quá trình ra quyết định ở Việt Nam?
Trong bài viết này, chúng tôi đề cập đến các ứng dụng tiềm năng của Viễn thám và GIS trong bối cảnh hiện tại của Việt Nam, những thách thức Việt Nam đang phải đối mặt trong quá trình phát triển các ứng dụng của GIS và viễn thám trong quản lý môi trường và tài nguyên.
Các ứng dụng của GIS và Viễn thám trong quản lý môi trường và tài nguyên trong những năm gần đây.
Nghiên cứu hiện trạng lớp phủ thổ nhưỡng và hiện trạng sử dụng đất là những ứng dụng phổ biến nhất, chúng tôi có các ảnh viễn thám chụp Việt Nam ở những tỷ lệ khác nhau từ 1:25.000 (với ảnh SPOT và ASTER), 1:50.000, 1:250.000 (với ảnh Landsat) đến 1:1.000.000 (với ảnh NOAA AVHRR và MODIS). FIPI và NIAPP (Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp) là hai đối tượng chính sử dụng công nghệ này từ những năm 80. Trong suốt thập niên cuối của thế kỷ 20, các dữ liệu viễn thám đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: nghiên cứu địa chất, lũ lụt, nghiên cứu phân bố lúa và cháy rừng, bảo tồn các vùng đất ngập nước, quản lý tổng hợp đới bờ, quan trắc các vùng đô thị mở rộng một cách tự phát,… Hiện nay, đối tượng sử dụng công nghệ này rất đa dạng, họ có thể từ các bộ, ngành ở trung ương và địa phương và đặc biệt là các dự án nghiên cứu cũng được liệt kê trong danh sách những người sử dụng. Hình 2, 3, 4, 5, 6 là các ví dụ minh hoạ cho các ứng dụng của viễn thám trong những năm gần đây ở Việt Nam.
a. 25/9/2000 b. 31/10/2000
c. 24/11/200 d. 28/12/2000
Hình 2a, b, c, d: Các khu vực ngập lũ vào mùa lũ năm 2000 ở Đồng bằng sông Cửu Long chiết xuất từ ảnh Radarsat
Hình 3: Phát hiện các khu vực cháy rừng bằng ảnh NOAA AVHRR và MODIS
Hình 4: Phân bố lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long bằng ảnh Radasat (RSI.2001)
Hình 5: Mối quan hệ giữa lúa và độ ngập sâu ở Đồng bằng sông Cửu Long
Hình 6: Mối quan hệ giữa lúa và thời gian ngập lụt ở Đồng bằng sông Cửu Long
Ở 2 ví dụ cuối (hình 5 và hình 6) chúng ta có thể nhận thấy mối quan hệ giữa sự phân bố của lúa với độ ngập sâu và thời gian ngập lụt thông qua các bản đồ. Chính GIS đã cho chúng ta những thông tin thêm từ những thông tin đầu vào, vd. từ sự phân tích các dữ liệu viễn thám. Những thông tin thêm này chính là cái mà các nhà quản lý và ra quyết định cần chứ không phải là các kỹ thuật phức tạp mà chúng ta thực hiện trong quá trính xử lý dữ liệu. Những thông tin này cũng phản ánh những thành tựu mà các nhà khoa học Việt Nam đạt được trong quá trình phát triển các ứng dụng công nghệ.
Trong giai đoạn từ năm 1997 – 1999, Bộ KHCN&MT đã xây dựng một dự án lớn, một chương trình quốc gia mà mục tiêu là triển khai áp dụng GIS ở các tỉnh trong đó có hơn 30 tỉnh được tham gia. Thành tựu lớn nhất của dự án này là nâng cao nhận thức của các cơ quan địa phương về sự hữu ích của GIS trong quá trình ra quyết định. Ví dụ, Bình Thuận là tỉnh đã ứng dụng GIS trong đánh giá tính phù hợp của thổ nhưỡng, kiểm soát lưu lượng nước hồ Đá Bạch. Ứng dụng của viễn thám vào Kế hoạch kiểm soát sốt rét ở Bình Thuận là một trong những ví dụ về sự thành công của Chương trình GIS Quốc gia.
Hình 7: Bản đồ các vùng có nguy cơ mắc bệnh sốt rét ở Hàm Thuận Nam, tỉnh Bình Thuận (Phạm Văn Cự và cộng sự. 2000)
Các dự án quốc tế về ứng dụng Viễn thám và GIS và vai trò của chúng
Dự án đầu tiên của UNDP ứng dụng viễn thám ở Việt Nam là nâng cao năng lực về thống kê rừng ở Viện Điều tra Quy hoạch Rừng vào những năm 80. Sau đó, UNDP tiếp tục tài trợ dự án thứ hai mà đối tượng chính là các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong vài năm. Vào những năm 90, Việt Nam đã thu hút một số lớn các dự án quốc tế trong lĩnh vực nâng cao năng lực quản lý môi trường và tài nguyên trong đó Viễn thám và GIS luôn là hai hợp phần quan trọng. Tuy nhiên đôi khi các dự án này không mang lại những kết quả như mong đợi trong chuyển giao công nghệ và sự bền vững về khoa học. Những kinh nghiệm trước đây cho thấy rằng những dự án có kết quả tốt không nhất thiết phải là những dự án có nguồn ngân sách dồi dào mà đó là những dự án được lên kế hoạch chi tiết, được sự phối hợp và hỗ trợ lâu dài từ phía chính phủ, các ngành công nghiệp và các trường đại học trong quá trình nghiên cứu khoa học. Sự có mặt của rất nhiều các dự án nâng cao năng lực ở Việt Nam đã cho chúng ta thấy mối quan tâm xây dựng một kế hoạch lâu dài nhằm cải thiện năng lực nghiên cứu và giảng dạy viễn thám và GIS ở Hà Nội (Bonn và cộng sự. 2002). Những ứng dụng viễn thám và GIS trong các dự án gồm dự báo và xây dựng bản đồ các khu vực bị lũ lụt, mô hình hoá quá trình xói mòn đất, phân tích không gian về các hiểm hoạ do chặt phá rừng gây ra, xây dựng bản đồ khu đô thị mở rộng và các vấn đề sức khỏe liên quan tới chất lượng môi trường. Chìa khoá cho sự thành công của các dự án này nằm ở quá trình xây dựng một kế hoạch lâu dài một cách kỹ càng với các mục tiêu khả thi cụ thể, một chương trình đào tạo chuyên môn sâu về các phần mềm chuyên dụng và phải có sự liên kết chặt chẽ giữa nhu cầu của xã hội với các mục tiêu khoa học đặt ra.
Đặc tính khoa học của ứng dụng Viễn thám và GIS trong quản lý môi trường
Để sử dụng ảnh viễn thám phục vụ quản lý môi trường và tài nguyên cần có một quá trình chuyển đổi từ dữ liệu đến thông tin, từ thông tin đến kiến thức và từ kiến thức đến hành động. Để triết xuất những thông tin có ích cần phải có kiến thức và để có kiến thức tốt cần phải được đào tạo tốt. Kiến thức tốt chính là có phương pháp tiếp cận khoa học tốt nhằm sử dụng các thông tin có chọn lọc, chính trị và quyền lực có thể có vai trò trong giai đoạn này thông qua những quyết định ở phạm vi khu vực hay toàn cầu. Hiện nay ở Việt Nam, quá trình chuyển đổi này vẫn chưa được thực hiện tốt bởi nhiều lý do khác nhau. Các dự án chủ yếu tập trung vào các hoạt động nâng cao nhận thức cho các nhà khoa học và các nhà ra quyết định về cách thức chuyển đổi từ dữ liệu tốt sang các thông tin tốt. Đối với dữ liệu viễn thám, chúng ta cần phải có các chuyên gia người hiểu rõ các nguyên lý đo đạc các nguồn năng lượng bức xạ hay phản xạ từ các đối tượng trên mặt đất của vệ tinh và quá trình xử lý các số liệu đo được này nhằm cung cấp các thông tin dưới dạng bản đồ như thế nào. Trong giai đoạn này, các nhà chuyên môn phải kết hợp chặt chẽ với các nhà kỹ thuật, người hiểu rõ các phương pháp xử lý dữ liệu.
Đối với GIS, khả năng phân tích không gian - thời gian và mô hình hoá phụ thuộc rất nhiều vào mối quan hệ không gian - thời gian của các yếu tố kinh tế - xã hội và các yếu tố tự nhiên cần thiết cho quá trình ra quyêt định được các nhà chuyên môn xác định. Mối quan hệ này được thể hiện thông qua công thức dưới đây:
Ý tưởng = f (yếu tố 1, yếu tố 2, yếu tố 3,…, yếu tố n)
Công thức này rất quan trọng đối với các ứng dụng trong lĩnh vực môi trường vì đây là lĩnh vực có đặc tính đa dạng. Điều này giải thích tại sao ở Việt Nam việc ứng dụng viễn thám và GIS chưa phát triển đủ để đáp ứng các yêu cầu của các cơ quan chính phủ về quản lý môi trường, đôi khi chỉ vì sự hiểu biết không đầy đủ về vai trò chính của các nhà chuyên môn trong định nghĩa mô hình phân tích dữ liệu. Chúng ta thường giao cho các nhà kỹ thuật những công việc mang cả tính kỹ thuật và khoa học để họ thực hiện ngay cả ở những lĩnh vực mà họ không phải là chuyên gia.
Chúng ta có thể đưa ra những ứng dụng đa tỷ lệ gì cho các cơ quan môi trường trung ương và địa phương.
Như đã nói ở trên, trên thực tế quản lý môi trường và tài nguyên có thể được tiếp cận ở những tỷ lệ khác nhau phụ thuộc vào khả năng của bộ cảm. Chúng ta cũng biết rằng, các dữ liệu từ vệ tinh NOAA AVHRR và MODIS có thể phù hợp đối với công tác quan trắc và quản lý môi trưòng ở phạm vi quốc gia. Thực tế, ở Hà Nội có hai đơn vị thu nhận các ảnh này là Trung tâm Viễn thám và Geomatics VTGEO thu nhận ảnh NOAA AVHRR và Viện Vật lý thu nhận ảnh MODIS. Với các dữ liệu thu được này, các chỉ số thực vật (NDVI), nhiệt độ bề mặt đất (LST) và nhiệt độ bề mặt biển (SST) có thể được tính toán cho toàn lãnh thổ Việt Nam. Để triết xuất các thông tin thêm như các chỉ số về hạn hán, độ tăng trưởng của thực vật,… cơ quan môi trường trung ương cần dữ liệu GIS ở phạm vi cả nước ở tỷ lệ thích hợp (1:50.000 và/hoặc 1:1 000 000) cho báo cáo môi trường hàng tháng, quý và/ hoặc hàng năm của họ.
Những thách thức trong việc áp dụng Viễn thám và GIS trong quản lý môi trường và tài nguyên.
Nguồn nhân lực
Theo thống kê của Bộ KHCN&MT năm 2000, ở Việt Nam có hơn 250 chuyên gia về viễn thám và GIS làm việc chủ yếu ở các viện nghiên cứu (Bộ KHCN&MT, 2002) và chỉ khoảng 20% các chuyên gia làm việc tại các trường đại học và một số rất ít làm việc tại các cơ quan Chính phủ mặc dù các cơ quan chính phủ ứng dụng viễn thám và GIS rất nhiều trong quản lý môi trường và tài nguyên. Số lượng các chuyên gia trong lĩnh vực này còn quá ít ỏi để đáp ứng hết các nhu cầu về viễn thám và GIS. Một vài trường đại học ở Việt Nam đã đưa viễn thám và GIS vào chương trình giảng dạy ở bậc đại học (Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, TPHCM, Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội, Đại học Bách Khoa TPHCM, Đại học Huế…). Đối với các dự án quốc gia và quốc tế về quản lý môi trường và tài nguyên, đào tạo về GIS là một trong những hợp phần nâng cao năng lực quan trọng. Tuy nhiên hoạt động đào tạo này không đạt được nhiều kết quả do những nguyên nhân chúng tôi đề cập dưới đây.
Chuẩn dữ liệu
Hiện nay, Việt Nam chưa có quy định về chuẩn dữ liệu. Chỉ có chuẩn dữ liệu GIS được thông qua là hệ toạ độ quốc gia có tên VN 2000. Bộ mã đối tượng, một yếu tố quan trọng của dữ liệu GIS, vẫn chưa được thiết lập cho người sử dụng. Đây là một trở ngại lớn cho việc ứng dụng nếu chúng ta muốn giới thiệu những công nghệ có tính ứng dụng cao ở Việt Nam và đó sẽ là một sự lãng phí lớn tiền của và công sức.
Chia sẻ dữ liệu
Hiện tại chúng ta đang phải đối mặt với những khó khăn do việc chia sẻ các dữ liệu không tương thích gây ra. Khó khăn trong chia sẻ dữ liệu không phải chỉ do sự độc quyền của một vài cơ quan nhà nước mà còn bởi sự nhận thức không đầy đủ về các thông tin có giá trị gia tăng được triết xuất từ dữ liệu viễn thám và GIS ở Việt Nam. Trong hoàn cảnh như vậy, các quy định về chia sẻ dữ liệu ở cấp độ quốc gia là rất cần thiết, tuy các quy định này vẫn chưa được ban hành.
Phạm Văn Cự
Hãy like nếu bài viết có ích →
Kết bạn với gisgpsrs trên Facebook
để nhận bài viết mới nóng hổi
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét