Một số tiêu chí đề xuất khi xây dựng định hướng phát triển ứng dụng viễn thám Việt Nam trên trên cơ sở xu thế phát triển ứng dụng viễn thám trên thế giới qua hai giai đoạn

Trao đổi, Tin tức & Sự kiện Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017 100 MỘT SỐ TIÊU CHÍ ĐỀ XUẤT KHI XÂY DỰNG ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VIỆT NAM TRÊN TRÊN CƠ SỞ XU THẾ PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG VIỄN THÁM TRÊN THẾ GIỚI QUA HAI GIAI ĐOẠN Lê Quốc Hưng, Nguyễn Dương Anh Cục Viễn thám quốc gia, Bộ Tài nguyên và Môi trường Tóm tắt Hện nay, nhiều nước phát triển đã bắt đầu chuyển sang văn minh tri thức - trí tuệ. Các quốc gia đang phát triển cũng tích cực áp dụng những tiến bộ mới của khoa học công nghệ đặc biệt là công nghệ viễn thám nhằm tạo cơ hội đi tắt đón đầu, phát huy lợi thế cạnh tranh, đẩy nhanh quá trình công nghiệp hoá và chủ động hội nhập. Cùng với những thành tựu trong nghiên cứu vũ trụ và phát triển công nghệ thông tin, công nghệ viễn thám hiện đại đã hình thành và phát triển, đem lại hiệu quả cao cho nhiều hoạt động kinh tế xã hội quan trọng như: Điều tra cơ bản, khai thác và quản lý tài nguyên, giám sát và bảo vệ môi trường, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, quốc phòng - an ninh. Nhờ đó công nghệ viễn thám có một vị trí quan trọng trong chiến lược phát triển lâu bền của mọi quốc gia. Bài báo giới thiệu một số ứng dụng trong hai (02) giai đoạn phát triển viễn thám trên thế giới, đề xuất các tiêu chí phục vụ định hướng phát triển viễn thám tại Việt Nam. Từ khóa: Viễn thám, ảnh máy bay, ảnh vệ tinh. Abstract Some recommended criteria for buiding Vietnam remote sensing development strategy based on remote sensing application development in the world during two main periods Nowadays, many developed countries have begun to move to information civilization stage. Developing countries have also been actively adopting new advances in science and technology, especially remote sensing technologies. This provides opportunities for promoting competitive advantages during industrialization and integration process. With achievements in space technology research and development, remote sensing technology has been highly developed and applied in many important socio- economic activities such as basic investigation, natural resources exploitation and management, environmental monitoring and protection, natural disaster prevention and mitigation, defense and security. As a result, remote sensing technology has played an important role in the long-term development strategy of every country. This article reviewed some main applications from two remote sensing development stages in the world and proposed some criteria for remote sensing development in Vietnam. Keywords: Remote sensing, Photogrammetry, satellite image. 1. Đặt vấn đề Viễn thám là một trong những ngành khoa học phát triển đặc biệt mạnh mẽ trên thế giới. Lịch sử phát triển của ngành khoa học Viễn thám đã bắt đầu từ những năm 1800 khi phát hiện và phát triển kỹ thuật hồng ngoại. Kỹ thuật chụp ảnh đen trắng phát minh năm 1839, đến Trao đổi, Tin tức & Sự kiện Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017 101 năm 1847 khi dải phổ hồng ngoại và dải phổ nhìn thấy được phát hiện thì năm 1850 đến năm 1860 ảnh được chụp trên kinh khí cầu; năm 1909 bức ảnh đầu tiên được chụp từ máy bay, đến năm 1920 - 1930 ngành đo đạc ảnh hàng không bắt đầu được ứng dụng và phát triển. Tuy nhiên, đến những năm 1970 khoa học viễn thám mới bắt đầu bùng nổ đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vũ trụ cho cả mục đích dân sự và quân sự. Đây cũng là những năm bắt đầu kỷ nguyên của công nghệ Viễn thám trên vệ tinh. Lúc này các dữ liệu ảnh vệ tinh bắt đầu được thu nhận từ các vệ tinh trên quỹ đạo của Trái Đất. Đến nay, các nước trên thế giới đã và đang đầu tư mạnh mẽ và có những định hướng sâu, rộng cho các ứng dụng cụ thể theo từng giai đoạn. Vì vậy, cần thiết định hướng phát triển 2. Các giai đoạn hình thành và phát triển 2.1. Thời kỳ trước những năm 1970 Viễn thám là ngành khoa học có sự phát triển mạnh mẽ từ những năm 1960 của thế kỷ 20. Tuy nhiên, viễn thám có lịch sử phát triển từ những năm 1880 bắt đầu bằng việc chụp ảnh sử dụng phim và giấy ảnh. Bức ảnh chụp bề mặt Trái Đất được chụp từ kinh khí cầu vào năm 1858 ở độ cao 80m so với mặt đất ở vùng Bievre thuộc Pháp. 2.1.1. Công nghệ chụp ảnh từ máy bay Việc ra đời của tia hồng ngoại đã góp phần không nhỏ thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ viễn thám chụp ảnh sử dụng máy ảnh quang học với phim và giấy ảnh. Công nghệ chụp ảnh từ máy bay tạo điều kiện cho nghiên cứu mặt đất bằng cách chụp chồng phủ kế tiếp nhau và cho khả năng nhìn hình ảnh nổi. Nhờ khả năng này giúp chúng ta có thể chỉnh lý, đo đạc và tách lọc thông tin có hiệu quả cao. Lúc này các thiết bị chụp ảnh có thể được đặt trên kinh khí cầu, máy bay, hoặc một phương tiên trên không khác gọi là chụp ảnh hàng không và ảnh thu được gọi là ảnh hàng không. Cho đến Chiến tranh Thế giới lần thứ hai, lĩnh vực viễn thám vẫn chủ yếu phục vụ cho mục đích quân sự. Trong thời kỳ này công nghệ radar và công nghệ chụp ảnh sử dụng phổ hồng ngoại cũng bắt đầu phát triển. Các bức ảnh chụp từ nguồn năng lượng radar cũng như các bức ảnh chụp với kênh phổ hồng ngoại với khả năng nhận biết thông tin nhiều hơn vẫn chủ yếu phục vụ cho mục đích quân sự. Trong giai đoạn này công nghệ chụp ảnh màu bằng máy ảnh cũng đã ra đời tuy nhiên mục đích chính của viễn thám vẫn chủ yếu phục vụ cho quân sự. Hình 1: Tư liệu viễn thám chụp từ máy bay tại Ontario, Canada (07/1968) 2.1.2. Công nghệ chụp ảnh từ vũ trụ Bức ảnh đầu tiên chụp Trái Đất nhìn từ Vũ trụ được cung cấp bởi tàu con thoi Explorer-6 của Hoa Kỳ năm 1959. Tiếp theo Explorer-6 tàu con thoi Apolo của Hoa Kỳ chụp ảnh Trái Đất nổi và đa phổ, kích thước 70mm phục vụ chiết tách các thông số phục vụ nghiên cứu các đối tượng trên mặt đất như lớp phủ. Tuy nhiên, không thể phủ Trao đổi, Tin tức & Sự kiện Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017 102 nhận ngành hàng không vũ trụ của Liên Xô (cũ) đóng vai trò tiên phong thúc đẩy việc ứng viễn thám trong nghiên cứu Trái Đất. Cho đến khi kỷ nguyên vũ trụ bắt đầu phát triển thì công nghệ viễn thám vẫn chủ yếu phục vụ cho mục đích quân sự. 2.2. Viễn thám trong kỷ nguyên vũ trụ Đến nay, hàng nghìn vệ tinh và tàu vũ trụ bao gồm các vệ tinh khí tượng, các vệ tinh tài nguyên và các vệ tinh quân sự đã phóng lên khoảng không vũ trụ nhằm cung cấp ảnh vệ tinh phục vụ các mục đích khác nhau. Để đáp ứng yêu cầu thực tiễn, ảnh vệ tinh không ngừng được đa dạng hoá và được hoàn thiện theo hướng nâng cao độ phân giải không gian, độ phân giải phổ và độ phân giải về thời gian. Hiện nay, độ phân giải của ảnh viễn thám từ hàng km đến dưới 1m; ảnh từ toàn sắc đến siêu phổ (hyperspectral). Bên cạnh đó, thời gian lặp lại (độ phân giải về thời gian) của vệ tinh đã được rút ngắn nhờ sử dụng phương pháp biến đổi góc chụp hay sử dụng chùm vệ tinh. Công nghệ viễn thám đã trở thành công nghệ hiệu quả nhất để giám sát các đối tượng biến động trong không gian và thời gian cho các mục đích quản lý tài nguyên, giám sát môi trường và thiên tai [1]. 2.2.1. Viễn thám trong công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên Giám sát hiện tượng sạt lở bờ biển, bờ sông, các tai biến địa chất, cháy rừng và điều tra hiện trạng môi trường, giám sát biến động lớp phủ mặt đất, xói mòn đất, hoang mạc hóa, địa chất, tài nguyên rừng... Các hiện tượng này thường diễn ra trên phạm vi rộng, vùng xa và thời gian dài nên chỉ có công nghệ viễn thám với khả năng bao quát các vùng rộng lớn, và có chu kỳ quan sát lặp lại khác nhau cũng như quan sát trong bất kỳ thời tiết nào [2, 3]. Cung cấp thông tin cho công tác quản lý nuôi trồng thủy sản ven bờ và phục vụ đánh bắt hải sản xa bờ, thông tin về mùa màng phục vụ xuất khẩu nông sản, thông tin điều tra tổng hợp phục vụ quản lý dải ven bờ cũng như quy hoạch vùng, quy hoạch ngành phục vụ chuyển dịch cơ cấu kinh tế [4]. Ảnh viễn thám còn được sử dụng như một công cụ thành lập bản đồ để phân loại cây trồng, kiểm tra và giám sát sự phát triển cũng như phát hiện kịp thời vùng sâu bệnh. Bản đồ hiện trạng sử dụng đất thường được xây dựng cho mục đích kiểm kê và đánh giá hiện trạng của khu vực. Hình 2: Sự đa dạng về phân giải không gian của ảnh viễn thám Hình 3: Hình ảnh tâm bão Katrina chụp bởi vệ tinh Envisat tại vịnh Mexico, 2005 2.2.2. Viễn thám trong công tác nghiên cứu và xác định các thông số khí hậu Các ảnh vệ tinh cho phép xác định các thông số khí hậu như mây, bão nhiệt đới, tuyết, cháy, khói, sương mù.... [5, 6]. Trao đổi, Tin tức & Sự kiện Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017 103 Cụ thể, ảnh hồng ngoại được chụp bằng các sensor cho phép các nhà phân tích xác định độ cao và loại mây, tính nhiệt độ mặt đất và nước. Hiện tượng El Niño cũng có thể được xác định từ loại ảnh này. 2.2.3. Viễn thám trong giám sát và phòng chống thiên tai Viễn thám ứng dụng trong giám sát và phòng chống thiên tai phải kể đến là các vệ tinh Radar, cho phép nghiên cứu các dòng hải lưu, đo tốc độ và hướng gió, nhiệt độ biển và độ cao sóng. Bên cạnh đó, vệ tinh viễn thám cho phép xác định chính xác về băng tan để vạch ra những đường hàng hải an toàn trong những vùng biển có nhiều núi băng. Các ảnh Radar còn cho phép phát hiện ô nhiễm dầu, hải triều đen. Khi có ô nhiễm môi trường bởi Hydrocacbua, váng dầu làm thay đổi tín hiệu phản xạ về Radar [7], [8]. Các vệ tinh Radar còn được dùng vào nhiều ứng dụng khác như: quan trắc các cơn bão lớn với tốc độ gió trên 120 km/h; đo độ nhám của mặt đất để đánh giá ngập lụt; theo dõi sự phá rừng, sụt lở tuyết, sụt lún, trượt lở..... [9]. 2.2.4. Viễn thám trong giám sát đại dương Dữ liệu viễn thám là công cụ tốt nhất hiện nay có thể giám sát được biến động mực nước biển với tần suất cao. Bên cạnh đó, các thông số đại dương cũng cho phép chiết xuất từ thông tin viễn thám [2], [6],. 2.2.5. Công nghệ viễn thám trong chương trình thám hiểm không gian Đến nay, sự phát triển trong khoa học không gian của nhiều nước trên thế giới còn nhằm mục đích nghiên cứu không gian phục vụ hòa bình và đóng góp vào sự tiến bộ của loài người [6], [9].. 3. Đề xuất tiêu chí khi xây dựng định hướng phát triển viễn thám cho Việt Nam Trên thế giới, công nghệ viễn thám đã có sự đồng bộ phát triển rõ nét. Tại Việt nam, cần thiết phải đồng bộ hóa việc ứng dụng và phát triển viễn thám từ trung ương đến địa phương. Một số tiêu chí phát triển viễn thám trong giai đoạn tới cần thực hiện đề xuất như sau: 3.1. Bảo đảm tính hợp hiến, hợp pháp, tính thống nhất, tính đồng bộ của văn bản quy phạm pháp luật viễn thám trong hệ thống pháp luật Bất kỳ một quy phạm hay văn bản quy phạm pháp luật nào cũng được tạo ra và tác động không phải trong sự độc lập, riêng rẽ mà trong một tổng thể những mối liên hệ và những sự ràng buộc nhất định. Do vậy, tính toàn diện và đồng bộ của hệ thống pháp luật có ảnh hưởng rất lớn tới tính khả thi và hiệu quả của việc thực hiện pháp luật. 3.2. Nội dung phải tương thích với điều ước quốc tế Định hướng phát triển viễn thám không chỉ phù hợp với các điều kiện kinh tế - xã hội của đất nước hệ thống pháp luật quốc gia còn phải phù hợp với pháp luật quốc tế. Trong xu hướng hội nhập và hợp tác hiện nay, vấn đề này luôn đòi hỏi phải được chú trọng và trong những giới hạn có thể hệ thống pháp luật quốc gia cần phải phù hợp với các công ước, điều ước và thông lệ quốc tế mà quốc gia đã ký kết hoặc tham gia. Hệ thống pháp luật quốc gia phải được xây dựng phù hợp với các nguyên tắc cơ bản của các điều ước và thông lệ quốc tế, tiếp thu và sử dụng có hiệu quả lý luận, kinh nghiệm điều chỉnh pháp luật của các nước khác trên thế giới. 3.3. Phù hợp với điều kiện kinh tế, xã hội Sự phù hợp của các định hướng phát triển ứng dụng viễn thám với các quy luật khách quan của sự phát triển kinh tế - xã hội là điều kiện vô cùng quan trọng bảo đảm cho tính khả thi và hiệu quả, vừa phản ánh được những quy luật chung vừa phản ánh được những quy luật đặc thù của sự phát triển ứng dụng viễn thám trong nước. Trao đổi, Tin tức & Sự kiện Tạp chí Khoa học Tài nguyên và Môi trường - Số 16 - năm 2017 104 3.4. Tính khả thi của định hướng ứng dụng viễn thám Tính khả thi của hệ thống quy định, quy trình công nghệ viễn thám phải đúng lúc, kịp thời đáp ứng những nhu cầu đặt ra, đồng thời phải phù hợp với cơ chế thực hiện và áp dụng trong các cơ sở nghiên cứu, ứng dụng. Chất lượng quy định, quy chuẩn, quy trình ứng dụng công nghệ viễn thám là một trong những cơ sở để bảo đảm cho việc thực hiện và áp dụng đạt được kết quả cao trong thực tiễn, đồng thời cho phép dự báo được khả năng đồng bộ hóa hệ thống viễn thám trên phạm vi cả nước. 3.5. Nội dung quy định phải minh bạch, cụ thể, rõ ràng, dễ hiểu, dễ thực hiện Hệ thống quy định phải có nội dung thể hiện, có hình thức rõ ràng, có nội dung được kết cấu chặt chẽ, lôgíc, các thuật ngữ chính xác. Đó là những công cụ, phương tiện được sử dụng trong thực tiễn phát triển viễn thám thời gian tới 3.6. Quy định phải hợp lý Hệ thống quy định, định hướng phát triển viễn thám tại Việt Nam phải phù hợp với các quy định và tiêu chuẩn các lĩnh vực liên quan. Chẳng hạn, để giải quyết những tranh chấp, xử lý những vi phạm pháp luật trong lĩnh vực quản lý và sử dụng đất đai có thể sử dụng tư liệu viễn thám đúng thời điểm, hình ảnh rõ nét trên cơ sở sử dụng đúng quy trình, quy định kỹ thuật. Vì vậy đòi hỏi phải quy trình, quy định kỹ thuật nào và giao cho đơn vị nào giải quyết thì phù hợp hơn, có hiệu quả cao hơn. 4. Kết luận Bên cạnh sự phát triển có định hướng về viễn thám rõ nét của các nước trên thế giới, ở nước ta, viễn thám bắt đầu được ứng dụng từ những năm 1980, đã đem lại những kết quả đáng khích lệ và khẳng định tính ưu việt của công nghệ viễn thám về mọi mặt. Song công nghệ viễn thám ở nước ta đã phát triển, tuy nhiên việc đồng bộ hóa phát triển viễn thám còn hạn chế, chưa tương xứng với tiềm năng và chưa đáp ứng được yêu cầu thực tiễn. Tình hình đó đòi hỏi đánh giá thực trạng và đề xuất định hướng phát triển công nghệ viễn thám trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá, đưa công nghệ viễn thám trở thành động lực phát triển kinh tế xã hội trên cơ sở các tiêu chí nêu trên. Lời cảm ơn: Các tác giả bài báo xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và cung cấp các tư liệu từ nhóm nghiên cứu thuộc đề tài “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn định hướng phát triển ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát, điều tra cơ bản tài nguyên thiên nhiên - môi trường và phòng chống thiên tai”, mã số 2015.08.02. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Trang thông tin điện tử của Viện Công nghệ vũ trụ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam: [2]. "Earth observations in support of national strategies for disaster rrisk management" Final Issue, dated 25 February 2015. [3]. "Earth Observation Strategic Implementation Plan 2015-2017" UK Space Agency, Version 1 July 2015. [4]. "Science for Environment Policy Future Brief: Earth Observation's potential for the EU Environment" Science Communication Unit, University of the West of England, Bristol (2012). [5]. "Strategy for Earth Observation from Space 2013-16" UK Space Agency. [6]. "NASA Strategic Plan 2014" National Aeronautics and Space Administration [7]. "Europe unveils British astronaut". BBC News. 20 May 2009. Retrieved 27 April 2010. [8]. "Canadian Space Agency Act". Department of Justice. Retrieved 2011-05-29. [9]. "ESA and Canada renew partnership in space science and technology". European Space Agency. 15 December 2010. Retrieved 2014-02-02. BBT nhận bài: Ngày 5/3/2017; Phản biện xong: 25/4/2017