Công nghệ viễn thám phát hiện điểm nóng chất thải nhựa

Một thử nghiệm của UNDP ở Đà Nẵng đang sử dụng hình ảnh vệ tinh để theo dõi các điểm nóng chất thải nhựa và ô nhiễm nước, qua đó góp phần đem lại một công cụ hữu ích trong quản lý chất thải đô thị, hướng tới Thành phố Thông minh.

Đà Nẵng đang có kết hoạch sử dụng các giải pháp công nghệ mới, hướng tới quản lý đô thị thông minh | Ảnh: BDT

Phân tích ảnh vệ tinh

Theo Sở TN&MT, mỗi ngày Đà Nẵng thải ra khoảng 140-200 tấn rác thải nhựa, chủ yếu là túi nilon, chai nhựa, màng chất dẻo, hộp xốp và rác thải nhựa dùng một lần. Trong đó, hơn 95% được thu gom, chuyển đến bãi rác Khánh Sơn để phân loại và chôn lấp, số còn lại chưa được kiểm soát (khoảng 6 tấn/ngày) nằm rải rác trong môi trường tự nhiên, bờ biển, cống rãnh hoặc các bãi đất trống.

Ở các thành phố lớn như Đà Nẵng, Hà Nội hay TP.HCM, việc quản lý chất thải vẫn còn khá gian nan bởi những nơi tập kết rác thường quá tải hoặc không đảm bảo theo đúng quy định, trong khi hiện tượng đổ trộm rác lại có xu hướng tăng. Để có thể quản lý chất thải đô thị được tốt hơn, ngành vệ sinh môi trường cần theo dõi, dự báo được chu trình đường đi của chất thải cũng như các điểm tập kết rác, cả chính thức lẫn phát sinh.

Tuy nhiên, theo anh Nguyễn Tuấn Lương (Đồng Trưởng Phòng Thí nghiệm Đổi mới sáng tạo của UNDP Việt Nam) thì một trong những điểm yếu của hệ thống quản lý rác thải đô thị hiện nay chính là việc thiếu hụt dữ liệu dự báo về điểm nóng chất thải. Năm ngoái, nhóm nghiên cứu của anh đã kết hợp với JAMSS (một đối tác công nghệ ở Nhật Bản chuyên cung cấp các giải pháp thiết bị vũ trụ cho NASA và phát triển công nghệ vệ tinh) và Viện Nghiên cứu phát triển kinh tế - xã hội Đà Nẵng - DISED (đối tác địa phương để cung cấp những hiểu biết về thực trạng rác thải ở thành phố và kiểm định các giả thuyết của JAMSS) nhằm thử nghiệm dùng công nghệ ảnh vệ tinh phát hiện các điểm nóng rác thải đô thị. Họ tập trung vào hai loại chất thải ‘nóng’ hiện nay là rác thải nhựa và ô nhiễm nước. “Khi đặt vấn đề, JAMSS cho rằng đây là một đề bài khá thú vị, còn DISED nói rằng chưa từng có dữ liệu kiểu này được dùng ở cấp thành phố nhưng cũng muốn thử liệu nó hữu ích không”, anh Lương chia sẻ.

Viễn thám được coi là một công cụ hữu hiệu trong quản lý cơ sở hạ tầng, quy hoạch đô thị, quản lý môi trường và phục hồi sau thiên tai, thảm họa bởi nó có thể thu được những thông tin bao quát về khu vực và xu hướng biến đổi ở tầm vĩ mô mà khi đứng ở dưới mặt đất khó có thể hình dung được. Tuy nhiên, nó cũng không phải là phương pháp toàn diện vì công nghệ công nghệ này phụ thuộc vào khả năng chụp của ống kính từ trên vũ trụ, có độ phân giải không cao và khó có thể xác định những vật thể nhỏ. Chính vì vậy, các nhà nghiên cứu thường phải kết hợp công nghệ viễn thám với những thuật toán và phương pháp kiểm chứng mặt đất để có bức tranh chuẩn xác hơn.

Một ví dụ kiểm tra độ chính xác và đánh giá độ nhạy tại một làng nghề ở Hà Nội để phát hiện các bãi tập trung nhựa | Ảnh: JAMSS

Vì mỗi đối tượng trên mặt đất nhìn từ ảnh vệ tinh đều có một phản xạ phổ tương đương với một số loại vật liệu nhất định, nên tại Nhật Bản, JAMSS đã dùng công nghệ của mình để phát hiện các vùng có nhiều chỉ số sinh học (Chlorophyll) và giám sát cây trồng nông nghiệp trên diện rộng. Điều này khá dễ dàng vì màu sắc quang phổ của các đối tượng đó thường tập trung và đồng đều.

Các kỹ sư ở JAMSS kỳ vọng rằng họ có thể phân tích phổ tần từ ảnh vệ tinh Sentinel-2 và dùng các thuật toán dự đoán tương tự để phát hiện nơi nào là điểm nóng rác thải nhựa. Tuy nhiên, đây là bài toán khó vì nhựa ở điều kiện ngoài trời có rất nhiều màu sắc, chỉ số phản quang khác nhau, và thường bị phân tán lẫn lộn với các “nền cảnh” phức tạp.

Do vậy, khi ứng dụng ở Việt Nam, họ phải cải thiện thuật toán của mình để thích ứng với thói quen tập kết rác bản địa, bắt đầu từ những khu vực “biết chắc chắn sẽ có nhựa” như ở các làng nghề tái chế tại Hà Nội. Ở những nơi nhựa được cố ý tập trung như vậy, thuật toán cho thấy độ chính xác để phát hiện mục tiêu được duy trì ở mức 88% trong hai tháng, trong khi độ nhạy ổn định ở mức 80-90%.

Trở lại với Đà Nẵng, JAMSS đã quét cả thành phố và phát hiện ra 7 điểm nóng rác thải nhựa tiềm năng. Nhưng liệu kết quả này có thực sự chính xác? Không như trường hợp ở làng nghề tại Hà Nội, quang phổ về các điểm nóng rác thải nhựa trong thành phố có thể bị hòa lẫn với “nền cảnh” của cây cối, công trình xung quanh. Đây chính là lúc mà các đối tác địa phương vào cuộc. Bằng việc sử dụng các máy bay không người lái (drones) để kiểm tra hiện trường, DISED đã phát hiện tới 5 điểm nóng trong số đó là dương tính giả.

Sử dụng kết hợp dữ liệu ảnh vệ tinh và các thuật toán dự đoán để điều tra các điểm nóng tiềm ẩn về rác thải nhựa ở Đà Nẵng | Ảnh: JAMSS

Sai số không hề nhỏ này buộc tất cả thành viên nghiên cứu phải xem xét kỹ lại vấn đề. Họ nhận ra, trong một số trường hợp nhất định, bề mặt đá và bề mặt tàu bè làm từ vật liệu nhựa gia cố sợi đã bị nhầm lẫn thành chất thải nhựa vì chúng có quang phổ khá giống nhau. Hơn nữa, quang phổ từ vệ tinh Sentinel-2 chỉ gồm 12 bước sóng nên bị hạn chế trong việc giải đoán hình ảnh. Nó cũng chỉ có thể phát hiện được các bãi rác nhựa có diện tích đủ lớn (>10m2) và tồn đọng đủ lâu (vài ngày).

JAMSS đề xuất nếu muốn tăng độ chính xác của công nghệ để phát hiện rác thải nhựa trong tương lai, các nhóm nghiên cứu tại Việt Nam phải sử dụng ảnh vệ tinh siêu phổ (hyperspectral) có nhiều thông tin màu sắc hơn, hoặc kết hợp với việc xác minh dữ liệu mặt đất từ các điểm nóng - như tận dụng drones hoặc các kênh thông tin phản hồi của người dân.

Trong giai đoạn hai, JAMSS và DISED đã mở rộng mục tiêu để tìm kiếm các khu vực ô nhiễm nước bằng cách dùng quy trình tương tự để phân tích hồ sơ quang phổ về độ đục, các chất diệp lục có trong sông, hồ. Nhóm nghiên cứu bật mí rằng việc theo dõi ô nhiễm nước “đang có kết quả hứa hẹn và đáng tin cậy hơn” so với khi tìm kiếm rác thải nhựa, vì các khối nước sẽ tập trung và có màu sắc đồng bộ hơn. Dự án dự kiến kết thúc vào tháng 3/2022.

Công nghệ viễn thám là lựa chọn mới

Việc tìm lời giải mới cho những bài toán môi trường là cách để Đà Nẵng khẳng định được vai trò của công nghệ trong phát triển kinh tế-xã hội ở địa phương. “Công nghệ viễn thám có thể cung cấp các thông tin cần thiết cho việc giám sát, đặc biệt tại các khu vực nhạy cảm với môi trường như các khu công nghiệp, khu chế xuất, làng nghề, địa điểm du lịch hoặc các vị trí không có người dân sinh sống. Nó cho thấy khả năng giám sát chất thải trên diện rộng vượt trội so với các phương pháp quan trắc giám sát truyền thống”. ông Huỳnh Huy Hòa, Viện trưởng DISED, nhận xét.

Âu Huyền Thọ Quang là một "điểm nóng" về rác thải nhựa ở Đà Nẵng được xác minh bằng máy bay không người lái drones | Ảnh: Báo Đà Nẵng

Bất chấp những ‘điểm yếu’ công nghệ và kết quả ‘dương tính giả’ cao mà dự án thu được, các đối tác tham gia đều cảm thấy vui mừng. Với DISED, kết quả này là cơ sở để họ đề xuất áp dụng công nghệ viễn thám trong lộ trình phát triển thành phố tuần hoàn mà UBND thành phố giao cho. Trong suốt thời gian thí điểm, DISED cũng đã tập hợp được một số chuyên gia trong và ngoài Viện tham gia cùng JAMSS, do vậy họ tin mình có thể “sẵn sàng tham gia vào những dự án tiếp theo” sử dụng công nghệ viễn thám tại Đà Nẵng.

Trên thực tế, Đà Nẵng đang tiến rất gần đến việc áp dụng công nghệ viễn thám, gần đây nhất là kế hoạch đề xuất lên Ủy ban Kinh tế Xã hội châu Á Thái Bình Dương (ESCAP) để thực hiện dự án ứng dụng giám sát rác thải nhựa ở thành phố trong vòng ba năm tiếp theo, và một đề tài nghiên cứu cấp thành phố nhằm xác định nguyên nhân gây xói lở bờ biển và đề xuất các giải pháp bảo vệ bờ biển thành phố trong đó có sử dụng ảnh viễn thám. “Có thể nói rằng việc áp dụng công nghệ viễn thám để quản lý chất thải trong thời gian tới là tất yếu”, ông Huỳnh Huy Hòa nhận xét.

Câu chuyện thử nghiệm của Đà Nẵng cho thấy tiềm năng của việc áp dụng công cụ mới trong việc phát hiện, dự đoán các điểm nóng ô nhiễm và những bài học nhãn tiền khi đưa công nghệ vào giải quyết các vấn đề của địa phương. Điều này có thể hữu ích trong một khuôn khổ chung, nhất là khi Cục Viễn thám quốc gia (Bộ TN&MT) đang bắt tay vào một dự án sử dụng công nghệ viễn thám để giám sát các bãi rác thải trên toàn quốc.

Từ góc nhìn quy hoạch đô thị và chính sách, anh Nguyễn Tuấn Lương cho rằng mặc dù cách tiếp cận quốc gia như vậy rất hữu ích nhưng việc tạo điều kiện để từng địa phương chủ động cũng rất cần thiết để họ có thể đưa vào những tri thức bản địa, phát triển năng lực phân tích chuyên môn và sử dụng kết quả một cách chính thống.

“Đây không chỉ là vấn đề công nghệ mà còn là câu chuyện xây dựng cả hệ thống, cơ chế, chuyên môn và nhân sự đằng sau để hành động nhanh chóng trước các vấn đề môi trường. Nếu kết quả phân tích viễn thám của các nhà nghiên cứu kỹ thuật chỉ dừng lại trên giấy mà không được các nhà quản lý tiếp cận và khai thác thì sẽ vô cùng đáng tiếc”. anh Nguyễn Tuấn Lương nói.

Theo Báo KH&PT, 02/04/2022