Mở rộng khả năng tiếp cận nguồn dữ liệu vệ tinh miễn phí

Landsat8
Hình 1. Vệ tinh Landsat 8 (được đưa lên quỹ đạo tháng 2/2013)
Dữ liệu ảnh vệ tinh miễn phí sẽ giúp tăng cả số lượng và chất lượng các sản phẩm liên quan đến quan trắc môi trường. (Michael A. Wulder và Nicholas C. Coops.)
Sự thay đổi phủ bề mặt đất có ảnh hưởng không nhỏ đến khí hậu của trên trái đất. Bức xạ mặt trời có thể bị hấp thụ hoặc phản xạ từ bề mặt đất, và do đó làm thay đổi các dòng nhiệt, hơi nước, khí CO2, và cả khí ga ở dạng vết. Những đánh giá chi tiết – ở quy mô vùng, toàn cầu, theo ngày hoặc theo mùa – của hoạt động sử dụng đất và độ che phủ thực sự cần thiết để quan trắc những thay đổi về đa dạng sinh học cũng như động lực của hệ sinh thái. Nỗ lực này sẽ hỗ trợ làm giảm lượng khí phát thải do việc suy giảm chất lượng và diện tích rừng. (1)
Ảnh vệ tinh được xem là nguồn dữ liệu tốt nhất, đặc biệt khi ta cần tính toán ở tầm phủ lớn. Quá trình quan sát, quan trắc cần được tiến hành thường xuyên, mở rộng ở quy mô lớn để xây dựng dữ liệu nền tảng cùng xu hướng biến đổi của chúng. Tuy nhiên, hầu hết vệ tinh quan sát trái đất hiện nay bị giới hạn bởi độ phủ cũng như khả năng tương thích của chúng. Nguyên nhân chủ yếu do chúng được quản lý bởi nhiều chương trình không gian riêng biệt. Nhiều trường hợp, người dùng phải trả một khoản tiền tương đối lớn để có dữ liệu sử dụng.
May mắn thay, thực trạng thách thức này đã thay đổi. Năm 2008, cơ quan khảo sát địa lý Mỹ (US Geological Survey) đã cho phép người dùng tải ảnh Landsat miễn phí. Nguồn dữ liệu này bắt đầu từ năm 1979 và được đánh giá là một trong những nguồn lưu trữ lớn nhất thế giới (2). Sự gia tăng bộ nhớ cùng khả năng xử lý của máy tính đã giúp các nhà khoa học tính toán với lượng dữ liệu khổng lồ ở quy mô lớn với nhiều quá trình phức tạp song song, tạo ra những bản đồ tổ hợp từ hàng tỉ điểm ảnh. Những bản đồ này là nguồn thông tin quý giá, giúp đánh giá biến động sử dụng đât, xu thế thay đổi ở quy mô toàn cầu. Giấc mơ quan trắc sử dụng đất theo thời gian thực đã thành sự thật.
Tuy vậy, vẫn còn đó nhiều rào cản. Dữ liệu Landsat tuy lớn nhưng chưa được liên tục cả về không gian và thời gian. Ngoài ra, không phải nơi nào cũng có đủ tiềm lực để trang bị những con “quái vật” giúp phân tích dữ liệu từ ảnh vệ tinh. Quan trọng hơn, các nhà hoạch định chính sách chưa nhận thức đủ về tầm quan trọng cũng như tính cần thiết của việc ứng dụng các công nghệ mới trong quản lý tài nguyên.
Nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách có thể cùng bắt tay để mở rộng khả năng tiếp cận với nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh, nhằm đáp ứng được nhu cầu ngày càng lớn của các chương trình hơp tác quốc tế về biến đổi khí hậu cùng giảm thiểu khí phát thải. Thêm vào đó, các chính phủ nên “mở kho|” dữ liệu vệ tinh đồng thời xây dựng chương trình dữ liệu vệ tinh miễn phí trong tương lai.
globalcoveragels
Hình 2. Độ phủ chụp của vệ tinh Landsat ở quy mô toàn cầu.
Một ví dụ tiêu biểu trong trường hợp này là chương trình quan trắc Trái Đất với vệ tinh Landsat của USGS. Chính phủ Mỹ đã phóng thế hệ Landsat đầu tiên vào năm 1972. 10 năm sau, thế hệ thứ 4 của Landsat được nâng cấp với độ phân giải không gian 30m (hiện được sử dụng để hỗ trợ đánh giá đa thời gian) với các kênh phổ tại các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, hồng ngoại sóng ngắn để thu nhận những tín hiệu riêng biệt của các vật thể khác nhau trên mặt đất. Với thế hệ mới nhất được phóng lên quỹ đạo vào năm 2013, độ phân giải không gian từ 15-100m cùng các kênh phổ mới và được phép tải miễn phí, chúng ta có thể hy vọng vào nhiều chương trình tương tự trong tương lai không xa.
Chính sách sử dụng dữ liệu cũng đã có sự thay đổi theo thời gian. Năm 1980, dữ liệu vệ tinh Landsat đang ở giai đoạn thương mại hóa. Hàng ngàn đô la được chi trả cho các hoạt động nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh, tuy vậy số lượng này là hạn chế. Năm 1999, khi Landsat 7 được phóng lên quỹ đạo, dữ liệu đã được thu thập, xử lý ở quy mô toàn cầu và có tính hệ thống hơn. Việc được phép chia sẻ dữ liệu đã mua giúp tăng khả năng sử dụng ở quy mô rộng hơn rất nhiều. Vào năm 2008, thế giới chứng kiến sự bùng nổ trong việc tải và sử dụng ảnh Landsat khi nó được phân phối miễn phí hoàn toàn. Hơn một triệu lượt tải trong năm đầu tiên đã được ghi nhận so với 25.000 lượt mua ảnh trước đó. Hiện nay, số lượng ảnh được tải đã cán mốc 20 triệu và tiếp tục tăng lên hàng năm.
Cuộc cách mạng dữ liệu
Dữ liệu vệ tinh khổng lồ đã thúc đẩy cuộc cách mạng về kĩ thuật phân tích và xử lý dữ liệu. Ảnh bị phủ mây, hạn chế của viễn thám quang học đã có thể được vượt qua bằng cách xây dựng các ảnh tổ hợp màu. Ảnh tổ hợp đa thời gian có thể khắc phục hiện tượng “điểm ảnh mù” khi ta tận dụng được điểm ảnh ở nhiều thời điểm khác nhau để xây dựng ảnh tổng hợp cho một giai đoạn nào đó. Hướng tiếp cận này đang giúp thay đổi rõ rệt các chương trình quan trắc ở quy mô lục địa và toàn cầu (3).
Chu trình thay đổi về mặt đất đã có thể được quan trắc hiệu quả nhờ sử dụng ảnh đa thời gian. Chúng ta giờ có thể quan sát sự thay đổi của cánh rừng từ rừng non đến rừng già, những biến đổi rõ rệt sau một đám cháy lớn với độ tin cậy cao hơn trong các mô hình cùng hệ quy chiếu sử dụng.
Ngoài ra, sự phát triển của điện toán đám mây đã tăng khả năng xử lý, hiển thị, và phân phối dữ liệu. Hai ví dụ tiêu biểu có thể kể đến là NASA Earth Exchange (4) và Google Earth Engine có thể kiểm soát một lượng dữ liệu khổng lồ với đầy đủ thông tin hữu ích. Những trung tâm dữ liệu như vậy sẽ thay đổi phương thức trao đổi, chia sẻ dữ liệu. Với những quyền thành viên và quyền truy cập đặc biệt, người sử dụng có thể dễ dàng tải, thử nghiệm thuật toán, phân tích số liệu và chia sẻ kết quả trong cùng một hạ tầng mạng. Các nước đang phát triển, đặc biệt khu vực châu Phi, có thể được hưởng lợi nhiều từ những chính sách như vậy (5). Bên cạnh hạ tầng mạng, dữ liệu ảnh miễn phí được bổ sung ngày càng nhiều vào kho lưu trữ. Có hơn 3 triệu ảnh đã được bổ sung từ năm 2010 và con số này sẽ được tăng thêm 2 triệu ảnh trong những năm tới. Tuyệt vời hơn, độ phủ của ảnh cũng được cải thiện đáng kể. Landsat 8 có thể nhận hơn 700 cảnh/ngày – nhiều hơn 14 lần so với chính nó vào thập niên 1980. Vào tháng 4/2015, Landsat có thể tham gia vào chương trình đầu tiên của châu Âu: Sentinel –2 với khả năng xây dựng bản đồ phủ toàn hành tinh mỗi 10 ngày. Thế hệ thứ hai của chương trình này dự định được phóng 2 năm sau đó. Với tiềm lực như vậy, bề mặt hành tinh có thể được bản đồ hóa 2 lần mỗi tuần. Quan trọng hơn là, Sentinel-2 có chính sách phân phối miễn phí mặc dù ảnh chỉ được chuyển đến người sử dụng 4 tháng sau khi thu nhận.
Chiến lược mang tầm quốc tế
Các chính phủ và cộng đồng viễn thám nên tận dụng những chính sách mở hiện có nhằm phát triển chính sách chung trong quan trắc biến động sử dụng đất. Chiến lược chung này được thể hiện ở 3 khía cạnh sau: (i) kết nối để khởi tạo một nguồn dữ liệu chung và đồng nhất; (ii) định hướng mở cho các chương trình vệ tinh tiếp theo; (iii) phát triển cơ chế phân phối dữ liệu có sự tham gia của bên thứ 3 nhằm đa dạng hóa dịch vụ và giảm tải cho các server chính.
Cuối cùng, chúng tôi mong muốn các chính phủ, các nhà hoạch định chính sách lưu tâm nhiều hơn đến những lợi thế hiển nhiên của dữ liệu ảnh vệ tinh cũng như việc áp dụng các công nghệ mới trong quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên ở mỗi quốc gia cũng như ở quy mô toàn cầu.

Tài liệu tham khảo
1. Phelps, J., Webb, E. L. & Adams, W. M. Nature Clim. Change 2, 497–503 (2012)
2. Woodcock, C. E. et al. Science 320, 1011 (2008)
3. Hansen, M. C. & Loveland, T. R. Remote Sens. Environ. 122, 66–74 (2012)
4. Nemani, R., Votava, P., Michaelis, A., Melton, F. & Milesi, C. EOS 92, 109–110 (2011)
5. Roy, D. P., Ju, J., Mbow, C., Frost, P. & Loveland, T. Remote Sens. Lett. 1, 111–117 (2010)

Nguồn: nature.com.
Dịch và biên tập bởi Soulextremely

Leave a Reply

Your email address will not be published.