Hệ thống cảnh báo và giám sát mức độ ô nhiễm không khí sử dụng ảnh vệ tinh

Nhóm nghiên cứu Trường Đại học Công nghệ (ĐHCN), ĐHQGHN gồm 25 thành viên cùng thực hiện đề tài “Hệ thống cảnh báo và giám sát mức độ ô nhiễm không khí”. Ban đầu, nhóm đã nghiên cứu và phát triển thành công hệ thống quản lý ô nhiễm không khí (Air Pollution Management – APOM) dựa trên chỉ số bụi mịn có những ưu điểm vượt trội.

Ô nhiễm môi trường là vấn đề nan giải

Bà Lê Hoàng Anh (Phó giám đốc Trung tâm Quan trắc Môi trường, Tổng cục môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường) nhận định, Việt Nam có địa hình đa dạng, điều kiện khí hậu và thời tiết đặc trưng theo các vùng miền. Các yếu tố này cùng với quá trình phát triển kinh tế – xã hội đã chi phối rất lớn đến chất lượng môi trường không khí. Trong những năm qua, vấn đề ô nhiễm bụi tại các đô thị lớn như TP. Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, ô nhiễm không khí tại các khu công nghiệp, cụm công nghiệp, làng nghề… đang gióng lên hồi chuông báo động.

Vì vậy, từ tháng 1/2014 đến tháng 6/2015 Trường ĐHCN đã chủ trì đề tài “Hệ thống cảnh báo và giám sát mức độ ô nhiễm không khí” nằm trong khuôn khổ dự án “Xây dựng hệ thống tích hợp thu thập và xử lý thông tin không gian thực gần thời gian thực để theo dõi biến động bề mặt phục vụ nghiên cứu và quản lý liên ngành tài nguyên môi trường và thiên tai”. Trường đã thành lập một nhóm tác giả gồm 25 thành viên đến từ các đơn vị khác nhau như Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Cục Viễn Thám quốc gia, Trung tâm quan trắc (Tổng cục môi trường), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

TS. Nguyễn Thị Nhật Thanh, Chủ nhiệm đề tài chia sẻ, mục đích đề tài là giám sát nồng độ bụi PM sử dụng ảnh vệ tinh; nghiên cứu và phát triển hệ thống WebGIS thu thập, xử lý, lưu trữ, cung cấp thông tin, giám sát và cảnh báo về mức độ ô nhiễm bụi. Từ đó, nhóm xây dựng và phát triển mạng lưới hợp tác liên ngành viễn thám – khí tượng – công nghệ thông tin và truyền thông trong ĐHQGHN, trong khu vực và quốc tế. Đề tài cũng hướng tới việc kết nối, khai thác và sử dụng hiệu quả trang thiết bị đầu tư trong dự án ““Xây dựng hệ thống tích hợp thu thập và xử lý thông tin không gian thực gần thời gian thực để theo dõi biến động bề mặt phục vụ nghiên cứu và quản lý liên ngành tài nguyên môi trường và thiên tai” do Trường Đại học Công nghệ làm chủ đầu tư.

Giao diện khi người dùng truy cập hệ thống

Vượt khó khăn đón đầu thành công

Những ngày đầu thành lập nhóm nghiên cứu đã vấp phải khó khăn đầu tiên là vấn đề nghiên cứu còn mới ở Việt Nam, dữ liệu và trang thiết bị thời gian đầu bị hạn chế, công việc liên quan tới nhiều lĩnh vực chuyên môn (viễn thám, môi trường, công nghệ thông tin) và các cơ quan, tổ chức trong và ngoài nước nên việc phát triển nhóm nghiên cứu và thực hiện đề tài khá gian nan. Tuy nhiên, với sự ủng hộ của các Khoa, Trung tâm, và lãnh đạo Trường ĐHCN cùng sự tư vấn và hỗ trợ của các chuyên gia trong và ngoài ĐHQGHN, và đội ngũ nghiên cứu trẻ tại Trung tâm Công nghệ tích hợp liên ngành giám sát hiện trường, nhóm đã từng bước vượt qua khó khăn, xây dựng đội ngũ chuyên nghiệp và đa ngành, nắm bắt được các công nghệ nền tảng về nghiên cứu và ứng dụng.

Sau 1,5 năm làm việc tích cực nghiên cứu, nhóm đã nghiên cứu và phát triển thành công hệ thống quản lý và cảnh báo ô nhiễm không khí APOM. Hệ thống này sử dụng công nghệ thu thập và xử lý ảnh MODIS trên vệ tinh Terra/Aqua, và VIIRS trên vệ tinh Soumi NPP thu được từ trạm thu ảnh đặt tại Trường ĐHCN, ĐHQGHN để phát triển cơ sở dữ liệu không gian và WebGIS (hệ thống thông tin địa lý – PV) có khả năng cung cấp thông tin ô nhiễm bụi tới toàn bộ khu vực lãnh thổ Việt Nam.

Hệ thống quản lý và cảnh báo ô nhiễm không khí APOM hoạt động dựa trên cơ sở chỉ số bụi mịn, có những ưu điểm vượt trội như sau:

+ Hoạt động trực tuyến, thu và xử lý tự động dữ liệu ảnh vệ tinh viễn thám MODIS Terra, MODIS Aqua và VIIRS Suomi NPP từ NASA và Trạm thu vệ tinh của Trường Đại học Công nghệ do Công ty eOsphere, Vương Quốc Anh trực tiếp lắp đặt, triển khai và đào tạo.

+ Tính toán thông số PM_2.5 (nồng độ bụi có kích cỡ < 2.5 micromet trong không khí) cho toàn bộ vùng lãnh thổ Việt Nam, độ phân giải không gian 10×10 km với tần suất 4 lần/ngày (dựa trên xử lýảnh MODIS Terra/Aqua) và 6×6 km với tần suất 2 lần/ngày (dựa trên xử lý ảnh VIIRS NPP).

+ Áp dụng công thức chuyển đổi từ mức độ bụi PM_2.5 về chỉ số chất lượng không khí AQI theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế. Thông qua phân tách dữ liệu tới 63 Tỉnh/Thành phố, hệ thống cung cấp nguồn ảnh về bụi PM_2.5, AQI cho toàn bộ lãnh thổ Việt Nam và các Tỉnh/Thành phố từ năm 2010 đến hiện nay.

+ Phát triển thành công hệ thống thông tin địa lý (GIS) quản lý và cảnh báo ô nhiễm không khí trên nền tảng Web với các tính năng như hiển thị thông tin cảnh báo ô nhiễm cấp tỉnh, tìm kiếm các dữ liệu lịch sử, thống kê – báo cáo dữ liệu theo thời gian và đăng ký các thông tin cảnh báo theo phiên ảnh hàng ngày. Thống kê dữ liệu định kỳ theo thời gian một cách tự động, tùy ý theo yêu cầu của các cấp quản lý, chính quyền nhằm phát hiện sự tương quan, ảnh hưởng của ô nhiễm không khí theo thời gian, đưa ra các

Khi nhắc đến định hướng trong thời gian tới, TS. Nguyễn Thị Nhật Thanh cho biết, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục mở rộng mạng lưới hợp tác với Trung tâm quan trắc, Tổng cục môi trường và Trung tâm quan trắc và phân tích môi trường Hà Nội, Sở Tài nguyên môi trường Hà Nội để đưa các kết quả nghiên cứu đã có tới ứng dụng thực tế tại các bộ ban ngành và cộng đồng.

TS. Nguyễn Thị Nhật Thanh đang trình bày báo cáo về hệ thống cảnh báo và giám sát mức độ ô nhiễm không khí

Ngoài ra, trong tương lai nhóm còn định hướng nghiên cứu khai thác các ảnh vệ tinh có độ phân giải cao (Landsat 8/Spot 5, VNRedSat-1,…) để có thể cung cấp chi tiết các chỉ số ô nhiễm tới từng khu vực phường/xã/huyện mà người dân, chính quyền địa phương quan tâm. Đồng thời, nhóm còn hướng tới việc thiết lập, lắp đặt và vận hành mạng lưới cảm biến không dây đo đạc thông tin ô nhiễm không khí thời gian thực trên một diện nhỏ hơn (thành phố, khu công nghiệp, tòa nhà …).

TS. Chu Hải Tùng, Cục Viễn thám quốc gia, Bộ Tài nguyên môi trường khẳng định đề tài được triển khai công phu, đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, phù hợp với định hướng của Bộ Tài nguyên môi trường.

Bà Lê Hoàng Anh, Trung tâm Quan trắc Môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường đánh giá cao về ý nghĩa thực tiễn của đề tài. Đề tài đã tập trung vào các vấn đề nổi cộm về môi trường và giải quyết theo hướng áp dụng các công nghệ tiên tiến. Mục tiêu đầu ra về đối tượng, phạm vi sử dụng rất cụ thể và đơn vị chủ trì đã thực hiện việc ký kết các biên bản ghi nhớ để kiểm chứng và áp dụng thử nghiệm đề tài theo các hướng mở rộng. Đây là một trong những kết quả đạt được của đề tài cần được ghi nhận.

Theo Tuyết Nga – Chu Minh (Tạp chí VNU số 294)