Sử dụng dữ liệu viễn thám miễn phí để giám sát thiên tai và biến động môi trường

 

Sử dụng dữ liệu từ vệ tinh quay quanh trái đất, những công việc như theo dõi các biến động trong rừng nhiệt đới Amazon, xem trọn vẹn cảnh bão hoặc tìm ra các vùng cần được hỗ trợ sau khi xảy ra thảm họa... trở nên dễ dàng hơn rất nhiều.

Bài viết được dịch sang tiếng Việt từ bài gốc tiếng Anh của tác giả Quisheng Wu - Phó giáo sư khoa Geography and Sustainability, Trường ĐH Tennessee, Hoa Kỳ đăng trên website https://theconversation.com/ ngày 14/3/2023

Link trực tiếp bài viết gốc tại ĐÂY

Trước đây, dữ liệu vệ tinh chỉ được truy cập giới hạn bởi các nhà nghiên cứu hoặc chuyên gia trong lĩnh vực viễn thám và xử lý hình ảnh. Tuy nhiên, ngày nay, hầu như bất cứ ai cũng có thể lấy được dữ liệu này bởi nhờ vào dữ liệu mở open -access từ các vệ tinh của chính phủ như Landsat, Sentinel cũng như các tài nguyên đám mây miễn phí như Amazong web services, Google earth engine hay Microsoft Planetary Computer.

Giáo sư Quisheng Wu chuyên nghiên cứu về dữ liệu lớn địa không gian, và ông đã đưa ra các hướng dẫn nhanh về cách tìm ảnh vệ tinh, cùng với công cụ miễn phí, đơn giản để có thể tạo ra hình ảnh time-lapse.

Ví dụ, các nhà quy hoạch đô thị – hoặc những người đang xem xét một ngôi nhà mới – có thể theo dõi thời gian các con sông đã di chuyển như thế nào, quá trình xây dựng len lỏi vào các khu vực đất hoang hoặc bờ biển bị xói mòn.

Các nhóm nghiên cứu môi trường có thể theo dõi nạn phá rừng, tác động của biến đổi khí hậu đối với hệ sinh thái và cách các hoạt động khác của con người như tưới tiêu đang làm thu hẹp các vùng nước như Biển Aral ở Trung Á. Và các nhà quản lý thảm họa, các nhóm viện trợ, các nhà khoa học và bất kỳ ai quan tâm đều có thể theo dõi các thảm họa thiên nhiên như núi lửa phun trào và cháy rừng.

Hình ảnh GOES cho thấy sự suy giảm của hồ Mead trên sông Colorado, kể từ những năm 1980 và sự phát triển của Las Vegas. Qiusheng Wu, NOAA GOES

Ảnh Time-lapse của vệ tinh GOES cho thấy vụ phun trào núi lửa Hunga Tonga vào ngày 15 tháng 1 năm 2022. Qiusheng Wu, NOAA GOES

Sử dụng ảnh Landsat và Sentinel

Ngày nay, có hơn 8000 vệ tinh quay quanh Trái đất. Bạn có thể xem bản đồ trực tiếp của chúng tại keeptrack.space.

Một số truyền và nhận tín hiệu vô tuyến để liên lạc. Một số khác cung cấp dịch vụ hệ thống định vị toàn cầu (GPS) để điều hướng. Những thứ chúng ta quan tâm là các vệ tinh quan sát Trái đất, thu thập hình ảnh của Trái đất, cả ngày lẫn đêm.

Landsat: Là vệ tinh hoạt động lâu đời nhất, Landsat đã thu thập hình ảnh về Trái đất từ năm 1972. Vệ tinh mới nhất trong chuỗi, Landsat 9, được NASA phóng vào tháng 9 năm 2021.

Nói chung, dữ liệu vệ tinh Landsat có độ phân giải không gian khoảng 30 mét. Nếu bạn nghĩ về pixel trên ảnh phóng to, thì mỗi pixel sẽ có kích thước 30 x 30m. Landsat có độ phân giải thời gian là 16 ngày, nghĩa là cùng một vị trí trên Trái đất được chụp ảnh khoảng 16 ngày một lần. Với cả Landsat 8 và 9 trên quỹ đạo, chúng ta có thể có được vùng phủ sóng toàn cầu của Trái đất cứ sau 8 ngày. Điều đó làm cho so sánh dễ dàng hơn.

Dữ liệu Landsat đã được cung cấp miễn phí cho công chúng kể từ năm 2008. Trong trận lũ lụt năm 2022 ở Pakistan, các nhà khoa học đã sử dụng dữ liệu Landsat và tài nguyên điện toán đám mây miễn phí để xác định mức độ lũ lụt và ước tính tổng diện tích bị ngập lụt.

Hình ảnh vệ tinh Landsat cho thấy sự so sánh song song vào tháng 8 năm 2021 (một năm trước lũ lụt) và tháng 8 năm 2022 (bên phải) ở miền nam Pakistan.  Qiusheng Wu, NASA Landsat

Sentinel: Trong chương trình Copernicus, các vệ tinh quan sát Trái đất Sentinel được Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) phóng từ năm 2014. Các vệ tinh Sentinel-2 đã thu thập hình ảnh quang học của Trái đất từ năm 2015 ở độ phân giải không gian là 10 mét và độ phân giải thời gian là 10 ngày.

GOES: Những hình ảnh bạn sẽ thấy thường xuyên nhất trong dự báo thời tiết của Hoa Kỳ đến từ Vệ tinh Môi trường Hoạt động Địa tĩnh của NOAA, hay GOES. Chúng quay quanh phía trên đường xích đạo với cùng tốc độ Trái đất quay, vì vậy chúng có thể cung cấp khả năng giám sát liên tục bầu khí quyển và bề mặt Trái đất, cung cấp thông tin chi tiết về thời tiết, khí hậu và các điều kiện môi trường khác. GOES-16 và GOES-17 có thể chụp ảnh Trái đất ở độ phân giải không gian khoảng 1,2 dặm (2 km) và độ phân giải thời gian từ 5 đến 10 phút.

Cách tạo ảnh biến động của riêng bạn

Trước đây, việc tạo hoạt ảnh tua nhanh thời gian Landsat của một khu vực cụ thể đòi hỏi nhiều kỹ năng xử lý dữ liệu và mất vài giờ hoặc thậm chí vài ngày làm việc. Tuy nhiên, ngày nay, có sẵn các chương trình miễn phí và thân thiện với người dùng để cho phép bất kỳ ai cũng có thể tạo hoạt ảnh chỉ bằng vài cú nhấp chuột trên trình duyệt internet.

Chẳng hạn, tác giả Qiusheng Wu đã tạo một ứng dụng web tương tác cho sinh viên của mình mà bất kỳ ai cũng có thể sử dụng để tạo hoạt ảnh tua nhanh thời gian một cách nhanh chóng. Người dùng phóng to bản đồ để tìm một khu vực quan tâm, sau đó vẽ một hình chữ nhật xung quanh khu vực đó để lưu dưới dạng tệp GeoJSON – một tệp chứa tọa độ địa lý của khu vực đã chọn. Sau đó, người dùng tải tệp GeoJSON lên ứng dụng web, chọn vệ tinh để xem và chọn ngày rồi gửi tệp đó. Ứng dụng mất khoảng 60 giây để tạo hoạt ảnh tua nhanh thời gian.

Ngoài ra, có một số công cụ hữu ích khác để dễ dàng tạo hoạt ảnh vệ tinh. Những thứ khác để thử bao gồm Snazzy-EE-TS-GIF, Ứng dụng Earth Engine để tạo hoạt ảnh Landsat và Planetary Computer Explorer, một trình khám phá để tìm kiếm và trực quan hóa hình ảnh vệ tinh một cách tương tác.