Xây dựng bản đồ độ phân giải cao dựa trên công nghệ thiết bị bay không người lái (UAV)

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa, các thiết bị tích hợp công nghệ cao dần thay thế con người trong xử lý, số hóa dữ liệu phục vụ cho nhiều mục đích, đa lĩnh vực. Đối với thành lập các loại bản đồ chuyên đề, ứng dụng Công nghệ thiết bị bay không người lái (UAV) được áp dụng cho nhiều lĩnh vực, đặc biệt là xây dựng, nông, lâm nghiệp và môi trường. Vậy công nghệ UAV phục vụ thành lập bản đồ có những điểm nổi bật gì?
Giới thiệu về công nghệ UAV

Thiết bị bay không người lái (Tiếng Anh: Drone, Flycam, Unmanned Aerial Vehicle - UAV) là các dạng máy bay loại nhỏ được điều khiển từ xa có thể gắn các thiết bị chuyên dụng (camera đa phổ, camera nhiệt, các máy quét chất lượng cao,…) có thể thực hiện các công việc phức tạp như bay quét những địa hình phức tạp và diện tích rộng mà quét trên mặt đất không thể thực hiện được; chụp và xây dựng dữ liệu địa hình số 2D, 3D có độ tin cậy cao, giám sát sức khỏe và đánh giá biến động thảm thực vật trong lĩnh vực nông lâm nghiệp, tìm kiếm cứu hộ cứu nạn, …

Dựa trên công nghệ UAV, các bản đồ độ phân giải cao ngày càng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực với các ưu điểm nổi bật như:
- Với công nghệ camera trang bị trên các UAV có độ phân giải cao, ảnh chụp từ UAV có độ phân giải cao đến đơn vị centimet hoặc milimet, cho phép phân loại và xác định chi tiết được các đối tượng trên bản đồ.
- Chủ động về thời gian: Khác với các loại ảnh vệ tinh thu nhận ảnh theo các mốc thời gian cố định, ảnh chụp UAV có thể thu nhận chủ động về mặt thời gian, phục vụ các mục đích khác nhau cho người sử dụng như giám sát cây trồng ngay tại các thời điểm khác nhau, đánh giá biến động thảm thực vật theo chu kỳ ngắn, …
- Giảm thiểu tác động của thời tiết: Việc chủ động về thời gian giúp ảnh chụp UAV ít bị ảnh hưởng từ các vấn đề về thời tiết như mây, sương mù, … Đây là một ưu thế đáng kể khi so với các dạng ảnh vệ tinh thường xuyên bị ảnh hưởng bởi mây tại các vùng nhiệt đới.
- Giảm thiểu thời gian, chi phí nhân công: công nghệ UAV ứng dụng trong thành lập bản đồ cho thấy hiệu quả thực tế trong giảm thiểu chi phí thi công, thuê nhân công khảo sát, tiết kiệm chi phí đáng kể cho các dự án mà vẫn đảm bảo độ chính xác cao.

Một số ứng dụng của bản đồ thành lập từ công nghệ UAV
Xây dựng

Trong lĩnh vực xây dựng, UAV được sử dụng phục vụ các mục đích chủ yếu sau: Khảo sát trắc địa số, bay quét địa hình, thành lập bản đồ, tạo dựng mô hình 2D, 3D cho khu vực. Với độ chính xác đến đơn vị centimet hoặc milimet, bản đồ thành lập từ công nghệ UAV cho phép phân loại và xác định chi tiết các đối tượng, ước tính diện tích, xây dựng các phương án xây dựng khác nhau.

Hình ảnh 2D độ phân giải cao phân tích từ dữ liệu UAV

Ngoài bản đồ 2D, công nghệ UAV cho phép xây dựng các bản đồ, mô hình số 3D, đưa đến cái nhìn đa chiều hơn về khu vực bay chụp UAV, xác định độ dốc, thể tích đối tượng, …
Xử lý dữ liệu UAV thành lập mô hình 3D lớp phủ

Nông nghiệp

Đối với lĩnh vực nông nghiệp, dữ liệu bay chụp UAV có gắn camera đa phổ cho phép thành lập các dạng bản đồ đánh giá chỉ số thực vật như Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa (NDVI), Chỉ số thực vật khác biệt xanh chuẩn hóa (GNDVI), Chỉ số thực vật nâng cao (EVI), …. Từ đó, có thể phục vụ đánh giá sức khỏe cây trồng, xác định thời kỳ và khả năng sinh trưởng của cây trồng qua các thời kỳ, giúp người dân có thể đưa ra quyết định kịp thời, sáng suốt về xử lý cây trồng, giảm chi phí, tiết kiệm tài nguyên và tối đa hóa sản lượng.

Bản đồ chỉ số thực vật NDVI và GNDVI phân tích từ dữ liệu UAV đa phổ

Ngoài ra, kết hợp dữ liệu bay chụp UAV với các đặc điểm điều kiện tự nhiên, có thể thành lập bản đồ phân hạng, đánh giá thích nghi sinh thái cho các loại cây trồng khác nhau.
Lâm nghiệp

Trong lĩnh vực lâm nghiệp, bản đồ được thành lập từ công nghệ UAV được ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau như giám sát biến động thảm thực vật rừng quy mô nhỏ, đánh giá sự phát triển của thảm thực vật rừng tự nhiên hoặc rừng trồng dựa trên các bản đồ phân tích các chỉ số thực vật, xác định khoảng trống tán rừng, xây dựng bản đồ xác định chiều cao cây, phân loại thực vật, dự báo trượt lở đất quy mô nhỏ, dự báo cháy rừng, …

Các lĩnh vực khác

Ngoài các lĩnh vực nổi bật như xây dựng, nông, lâm nghiệp, các bản đồ xây dựng từ công nghệ UAV còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như môi trường: Dự báo sạt lở đất, sạt lở đường bờ quy mô nhỏ, … hay trong các công tác tìm kiếm cứu hộ, cứu nạn, giám sát hàng hải, &hellip

Một số hoạt động nổi bật và khả năng hợp tác về thành lập bản đồ dựa trên công nghệ UAV của Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga

Những năm gần đây, cùng với sự hợp tác của các nhà khoa học Nga, Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga đã đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng các dạng bản đồ thành lập từ công nghệ UAV trong lĩnh vực sinh thái, nông, lâm nghiệp và môi trường. Với trang thiết bị hiện đại, bao gồm các loại UAV Phantom 4 Advanced, Phantom 4 Multispectral với camera đa phổ cho phép thu nhận các dải phổ đến cận hồng ngoại (Near Infrared - Nir) phục vụ tối đa cho các mục đích nghiên cứu và thành lập các loại bản đồ trong nhiều lĩnh vực khác nhau. 

UAV đa phổ Phantom 4 Multispectral và triển khai ngoài thực địa cùng bộ định vị RTK

Trong những năm qua, hướng nghiên cứu ứng dụng UAV của Trung tâm đã đạt được những thành tựu nổi bật, điển hình như:
- Xây dựng bản đồ hiện trạng hệ sinh thái đới biển nông khu vực Quần đảo Trường Sa, Việt Nam.
- Xây dựng bản đồ hiện trạng hệ sinh thái rạn san hô khu vực Hòn Chồng, Bãi Tiên, Vịnh Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa.
- Xây dựng bản đồ hiện trạng, giám sát và phân loại thực vật rừng ngập mặn khu vực xã Đồng Rui, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh.
- Xây dựng bản đồ cảnh quan, bản đồ xác định khoảng trống tán rừng, xác định các chỉ số thực vật tại Khu BTTN Ngọc Linh, tỉnh Kon Tum.
- Xây dựng bản đồ 2D, 3D xác định địa hình và sự phân bố của thảm thực vật rừng tại các VQG, KBTTN như VQG Kon Ka Kinh, KBTTN Kon Chư Răng, Gia Lai; VQG Bidoup - Núi Bà, Lâm Đồng, rừng phòng hộ Sông Thanh, Quảng Nam …
 

 TTNĐ Việt - Nga trao bản đồ phân bố san hô khu vực Hòn Chồng cho UBND tỉnh Khánh Hòa

Với hệ thống trang thiết bị đã và đang được đầu tư cùng đội ngũ các nhà khoa học có nhiều kinh nghiệm trong việc bay chụp và xử lý dữ liệu ảnh UAV, Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga luôn sẵn sàng hợp tác cùng thực hiện các đề tài, dự án khoa học trong các lĩnh vực liên quan đến xử lý dữ liệu ảnh UAV thành lập các bản đồ chuyên đề bao gồm: Tham vấn quy trình cấp phép bay chụp UAV; tham vấn quy trình xây dựng bản đồ chuyên đề dựa trên dữ liệu UAV, bay chụp và xử lý dữ liệu UAV sau bay chụp, …
 

Tác giả:  Ngô Trung Dũng (Viện Sinh thái nhiệt đới); Nguyễn Đặng Thành (Phòng Kế hoạch khoa học)