Mới đây nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã phát triển thuật toán ước tính Chlorophyll-a từ ảnh vệ tinh phục vụ giám sát nước biển tại Việt Nam.
Công nghệ viễn thám đang trở thành công cụ quan trọng trong quản lý, giám sát môi trường biển nhờ khả năng quan sát diện rộng, liên tục và tiết kiệm chi phí so với phương pháp khảo sát truyền thống. Công nghệ viễn thám hỗ trợ giám sát biến động đường bờ, hệ sinh thái biển, dự báo và cảnh báo sớm các hiện tượng bất thường, phục vụ quy hoạch nuôi trồng thủy sản, bảo tồn tài nguyên và ứng phó biến đổi khí hậu; từ đó, góp phần nâng cao hiệu quả bảo vệ môi trường và phát triển bền vững biển, đảo Việt Nam.
Từ công nghệ này, mới đây, nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã phát triển thuật toán ước tính Chlorophyll-a từ ảnh vệ tinh phục vụ giám sát nước biển tại Việt Nam. Đây là kết quả nghiên cứu thuộc Đề tài “Nghiên cứu, phát triển thuật toán Chlorophyll-a cho ảnh VNREDSat-1 và tương đương” do Trung tâm Vũ trụ Việt Nam (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) phối hợp với Viện Hóa sinh hữu cơ Thái Bình Dương (PIBOC), Phân viện Viễn Đông, Viện Hàn lâm Khoa học Nga (FEB RAS) thực hiện. Nghiên cứu sử dụng ảnh từ vệ tinh VNREDSat-1, vệ tinh viễn thám đầu tiên của Việt Nam và ảnh Sentinel-2 do Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) cung cấp.
Thạc sĩ Chu Xuân Huy, Viện Công nghệ vũ trụ (nay là Trung tâm Vũ trụ Việt Nam), Viện Hàn lâm Khoa học và Cộng nghệ Việt Nam, chủ nhiệm đề tài cho biết, hàm lượng Chlorophyll-a (Chl-a), thông số liên quan đến mức độ phú dưỡng và sự phát triển của thực vật phù du, là một trong những chỉ số quan trọng phản ánh “sức khỏe” của môi trường nước. Việc theo dõi chỉ số này có ý nghĩa lớn trong đánh giá chất lượng nước, xác định các vùng có nguy cơ ô nhiễm, hỗ trợ quản lý và bảo vệ môi trường biển. Phương pháp quan trắc truyền thống trong theo dõi chất lượng nước biển thường tốn nhiều thời gian, kinh phí cao và khó triển khai trên quy mô rộng. Trong khi đó, công nghệ viễn thám là một giải pháp hiện đại hiệu quả, cho phép thu nhận dữ liệu môi trường từ xa thông qua vệ tinh với khả năng theo dõi liên tục, bao phủ diện rộng.
Theo Thạc sĩ Chu Xuân Huy, việc ước tính nồng độ Chl-a từ ảnh viễn thám đã được nghiên cứu rộng rãi với nhiều thuật toán phát triển trên thế giới như chuỗi OCx (Ocean Chlorophyll-a) của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA). Tuy nhiên, mỗi thuật toán lại chỉ cho kết quả chính xác ở một khu vực cụ thể, do đặc điểm hóa, lý khác nhau của từng vùng nước. “Đối với vùng biển Việt Nam, đặc biệt là khu vực ven bờ với sự đa dạng về điều kiện địa lý và thủy văn, các thuật toán có sẵn khó đạt hiệu quả cao nếu không được hiệu chỉnh. Do đó, nhóm nghiên cứu hướng đến việc phát triển thuật toán thực nghiệm được điều chỉnh phù hợp với điều kiện thực tế, đồng thời bổ sung dữ liệu cho các vùng còn thiếu nhằm tăng cường khả năng ứng dụng ảnh viễn thám trong theo dõi chất lượng nước trên diện rộng”, Thạc sĩ Chu Xuân Huy nhấn mạnh.
Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đã tổ chức nhiều đợt khảo sát thực địa tại khu vực đầm phá ven biển Thừa Thiên-Huế (nay là thành phố Huế), một trong những hệ đầm phá lớn và điển hình của miền Trung. Ngoài ra, chuyến khảo sát chuyên sâu bằng tàu nghiên cứu của Viện sĩ Oparin (Nga) cũng được thực hiện nhằm thu thập dữ liệu từ khu vực biển xa bờ. Tổng cộng, nhóm đã tiến hành đo đạc và lấy mẫu tại 74 điểm, trong đó 52 điểm được sử dụng để xây dựng mô hình và 22 điểm dùng để kiểm tra độ chính xác.
Xác định và chứng minh tính phù hợp của thuật toán OC3 để ước tính hàm lượng Chl-a từ ảnh viễn thám VNREDSat-1 và Sentinel-2, trên cơ sở kết hợp dữ liệu ảnh vệ tinh và khảo sát thực địa, nhóm đã phát triển bộ thuật toán cùng hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm phù hợp với điều kiện vùng ven biển Việt Nam. Kết quả tính toán thể hiện sự phù hợp rõ rệt giữa phân bố Chl-a từ ảnh và dữ liệu đo đạc tại Huế. Nồng độ Chl-a thấp tại các vùng nước sát bờ, cao hơn ở vùng cửa sông, đầm phá, đặc biệt tại các khu vực nuôi trồng thủy sản, phản ánh đặc trưng sinh thái của khu vực và được xác thực qua các nghiên cứu trước đây.
Ngoài ra, bộ dữ liệu khảo sát thực địa tại Huế cũng là nguồn tư liệu quý cho các nghiên cứu biển trong tương lai. Phần mềm công cụ tính toán Chl-a do nhóm phát triển trên nền tảng mã nguồn mở giúp tự động hóa các bước tiền xử lý ảnh vệ tinh, tăng tốc quá trình tính toán và có thể mở rộng áp dụng cho các vùng ven biển khác có điều kiện tương tự. Hệ thống bản đồ chuyên đề về phân bố Chl-a cũng là tài liệu quan trọng phục vụ quy hoạch, quản lý lãnh thổ và giám sát chất lượng nước địa phương.
Bằng công nghệ viễn thám, nghiên cứu trên mở ra hướng tiếp cận mới, khả thi và hiệu quả trong giám sát chất lượng nước ven biển, đặc biệt là tận dụng nguồn ảnh vệ tinh trong nước. Với độ chính xác cao, tính tự động hóa và tiềm năng ứng dụng thực tiễn rộng rãi, kết quả của nhiệm vụ không chỉ nâng cao năng lực nghiên cứu trong nước mà còn tạo nền tảng cho việc tích hợp các công nghệ số vào công tác quản lý tài nguyên biển. Đây là ví dụ điển hình cho thấy khoa học, công nghệ có thể trở thành lực đẩy thực chất, góp phần nâng cao hiệu quả công tác quy hoạch và bảo tồn hệ sinh thái biển./.
