Ứng dụng công nghệ viễn thám có thể là giải pháp quản lý rác thải đô thị thông minh?

Suy thoái môi trường và ô nhiễm chất thải ngày càng trở thành một trong những vấn đề cấp bách ở Việt Nam, chủ yếu do tốc độ tăng trưởng nhanh của các hoạt động kinh tế và công nghiệp, gia tăng dân số và hệ thống quản lý chất thải yếu kém (SDGs 11, 12, 13).

Theo báo cáo năm 2019 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường MONRE, lượng chất thải sinh hoạt từ các đô thị tăng từ 32.000 tấn/ngày năm 2014 lên 35.624 tấn/ngày năm 2019, chiếm hơn 50% lượng chất thải rắn toàn quốc. Trong khi đó, cơ sở hạ tầng đô thị và hệ thống thu gom rác thải trên toàn quốc còn gặp nhiều bất cập, chưa bắt kịp với tình trạng rác thải gia tăng. Hiện nay, tình trạng các bãi rác lộ thiên và bãi rác đổ trộm còn có xu hướng gia tăng, dẫn đến ô nhiễm môi trường và không khí khu vực xung quanh – ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe và đảo lộn cuộc sống của người dân. Trong thời kỳ đại dịch, số lượng chất thải nhựa tăng vọt, gây thêm áp lực lên hệ thống quản lý chất thải vốn hạn chế của Việt Nam.

Những bãi biển đẹp ở Đà Nẵng có lúc từng bị phủ đầy bởi rác thải (Ảnh: Zing)

Tại Việt Nam, việc quản lý chất thải đô thị được thực hiện bởi sự kết hợp của nhiều bên, bao gồm Ủy ban nhân dân (UBND), Sở Tài nguyên và Môi trường (Sở TNMT), các công ty môi trường nhà nước như Công ty Môi trường Đô thị (URENCO) và CITENCO, các doanh nghiệp tư nhân và mạng lưới Đồng Nát/Ve chai (đội ngũ xử lý chất thải phi chính thức, còn được gọi là khu vực phi chính thức). Quản lý chất thải ở các thành phố đô thị lớn như Hà Nội và Đà Nẵng là một vấn đề nan giải vì là một vấn đề phức tạp, bao gồm tổ hợp các nguyên nhân kinh tế, công nghệ và xã hội mang tính hệ thống. Một trong những vấn đề nổi cộm từ góc nhìn quy hoạch đô thị và chính sách là việc thiếu dữ liệu dự báo về các điểm nóng chất thải để hỗ trợ việc thu thập, đánh giá và giám sát các khu vực gây ô nhiễm.

Với mong muốn thu hẹp khoảng cách trong hoạch định chính sách và hỗ trợ nỗ lực quản lý chất thải đô thị, nhóm nghiên cứu Accelerator Lab UNDP tại Việt Nam đã tham gia Thử thách Đổi mới SDGs Nhật Bản,  hợp tác với https://www.jamss.co.jp/en/Viện Nghiên cứu phát triển kinh tế – xã hội Đà Nẵng (DISED) đã tiến hành nghiên cứu thí điểm ứng dụng công nghệ Viễn Thám trong 2 giai đoạn kể từ tháng 2 năm 2021 đến tháng 2 năm 2022. Việc ứng dụng công nghệ viễn thám (hình ảnh vệ tinh) nhằm giúp công tác quản lý chất thải đô thị tại Đà Nẵng, hỗ trợ xây dựng Lộ trình Kinh tế Tuần Hoàn cho thành phố:

  • Giai đoạn 1: Ứng dụng công nghệ viễn thám để giám sát ô nhiễm chất thải rắn (nhựa) và rác nhựa trên biển tại thành phố Đà Nẵng để phục vụ thành phố quy hoạch sử dụng tài nguyên rác trong phát triển kinh tế tuần hoàn.
  • Giai đoạn 2: Tìm hiểu các vấn đề  liên quan đến việc xả nước thải từ các nhà máy và khu dân cư ra biển.

Đối với Giai đoạn 1, đối tác địa phương của chúng tôi, Viện Nghiên cứu phát triển kinh tế – xã hội Đà Nẵng (DISED) đã đề xuất một số vị trí để điều tra về rác thải nhựa (bao gồm Cầu cảng Thọ Quang; bãi rác Khánh Sơn; các bãi biển tại bán đảo Sơn Trà; một số vị trí cống thoát nước). Điểm nóng về rác thải nhựa ở đây được đinh nghĩa là: “những nơi có lượng nhựa khó phân hủy đủ lớn, và tồn đọng lâu để các vệ tinh như Sentinel-2 có thể phát hiện” (> 10m2). Sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh và thuật toán phân tích, JAMSS đã báo cáo chín điểm nóng tiềm ẩn trên toàn thành phố, được phát hiện bằng dữ liệu viễn thám (Âu thuyền Thọ Quang; Đảo Xanh; Khu tái định cư Đồng Nơ; Khu đô thị mới FPT; Cầu Tứ Câu; Cầu Khuê Đông; khu vực nút giao thông Nguyễn Hồng Anh; khu vực sông Cầu Đỏ; khu vực Quảng Xương). Xong các điểm trên cần được xác minh thêm trên mặt đất bằng hình ảnh máy bay không người lái, qua đây đã phát hiện xác định sai số ở 7 vị trí.

Sử dụng kết hợp dữ liệu hình ảnh vệ tinh và các thuật toán dự đoán, nhóm nghiên cứu đã điều tra xem vị trí của các điểm nóng về rác thải nhựa tiềm ẩn

Giai đoạn 1 đã hoàn thành và kết quả cho thấy lợi thế và hạn chế của việc sử dụng vệ tinh để phát hiện rác thải nhựa trên quy mô lớn, dữ liệu viễn thám có thể chỉ ra các điểm nóng về rác thải ven biển và ven sông tiềm năng để chính quyền địa phương xác minh thêm. Tuy nhiên vì đây còn là một công nghệ thử nghiệm, luôn có phần sai số và cần có thêm các công đoạn để kiểm chứng tại địa phương. Khi chúng tôi nghiên cứu  xác định điểm nóng qua phương pháp phân tích quang phổ ánh sáng để phân biệt, tách nhựa ra khỏi quang phổ nền. Hình đính kèm cho thấy kết quả ứng dụng thử nghiệm phân tích quang phổ tại làng nghề nhựa ở Hà Nội, nếu khu rác tập trung nhựa đủ lớn và tương đối giống nhau thì phương pháp trên có thể phát hiện nhựa, từ các cơ sở nhựa quy mô lớn đến những đống nhựa tích tụ ngoài trời tại một làng nghề ở Hà Nội. Hiệu quả của phương pháp này đã được báo cáo là có độ chính xác trên 80% ở khu vực làng nghề – tuy nhiên, cần phải nghiên cứu thêm về cơ sở để khẳng định độ tin cậy của phương pháp này khi ứng dụng ở các môi trường khác.

Một mẫu kiểm tra độ chính xác và đánh giá độ nhạy tại một làng nghề ở Hà Nội. Độ chính xác phát hiện sự tích tụ nhựa được duy trì ở mức khoảng 88% trong hai tháng. Độ nhạy ổn định khoảng 80-90% (Ảnh: JAMSS)

Vì vậy ứng dụng trên thực tế của công nghệ này cần được phát triển và nghiên cứu thêm. Hạn chế của công nghệ nhận dạng và viễn thám hiện nay là liên quan đến độ phân giải và phân tích phổ quang.

Việc xác minh trên mặt đất vẫn là cần thiết để xác nhận phát hiện điểm phát sóng và tránh các trường hợp dương tính giả. Ví dụ: trong một số trường hợp nhất định, chúng tôi đã phát hiện bề mặt đá và chất dẻo tương đương FRP (Fibre-reinforced plastic – Nhựa gia cường dạng sợi) (thành phần của một con tàu) thành chất thải nhựa do sự giống nhau về Quang phổ ánh sáng. JAMSS phát hiện ra rằng các mặt cắt quang phổ của đá và con tàu gần như khớp với nhau trong biên độ sai số. Phát hiện này đã giúp hiểu rõ hơn về một bức tranh toàn cảnh:

  • Thuật toán lấy được phổ mục tiêu gần như chính xác.
  • Trong những điều kiện nhất định, rất khó để phân biệt giữa các vật có quang phổ giống nhau. Việc xác định chỉ được 12 bước sóng, một đặc điểm của quang phổ từ vệ tinh Sentinel, là không đủ.

So sánh quang phổ giữa đá và tàu (tương đương FRP). Hệ số tương quan giữa hai phổ được tính là 0,993, và hai cấu hình, trong phạm vi sai số, gần như giống hệt nhau.

Một phát hiện quan trọng khác của Giai đoạn 1 là khả năng phát hiện các chất khác có cấu hình quang phổ tương tự như chất dẻo. Do đó, cần nghiên cứu thêm để tăng độ chính xác và độ tin cậy. Các phương pháp khả thi bao gồm sử dụng xác minh dữ liệu sự thật mặt đất từ ​​các điểm phát sóng địa phương hoặc sử dụng hiệu quả hơn thông tin màu từ dữ liệu vệ tinh (sử dụng vệ tinh siêu cận âm). Theo phương pháp thứ hai, phân cụm với nhiều thông tin màu hơn thay vì 12 điểm có thể làm tăng độ chính xác của JAMSS. Mục đích của giai đoạn này là thiết lập một cách để loại bỏ dữ liệu dương tính giả trong tương lai.

Các bước tiếp theo?

Nhóm của chúng tôi hiện đang ở cuối Giai đoạn 2, chủ yếu tập trung vào tìm các điểm nóng ô nhiễm nước, có thể dễ dàng xác định hơn qua dữ liệu quang phổ trong một khu vực rộng lớn bằng công nghệ viễn thám và hồ sơ quang phổ. JAMSS sẽ sử dụng công nghệ viễn thám (và GIS) để xây dựng cơ sở dữ liệu để lập bản đồ các khu vực ô nhiễm nước thải do bùn thải ra dọc sông Hàn, ven biển, (khu vực Bờ Đông và Vịnh Đà Nẵng), sau đó DISED có thể kiểm tra các mẫu nước tương tự tại cùng vị trí để cung cấp thông tin ban đầu và xác nhận nếu có bất kỳ chất ô nhiễm nào. Thử nghiệm cũng được áp dụng để nghiên cứu cách viễn thám siêu ảnh có thể được sử dụng để đo độ đục và chất diệp lục trong sông và hồ chứa.

Giai đoạn 2: Những phát hiện ban đầu về độ đục, chất diệp lục, chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa (NDVI) và phân tích lũ lụt bằng SAR

Mục đích của dự án này là sự hợp tác giữa DISED và JAMSS có thể đóng góp vào việc thiết kế một kế hoạch giám sát bằng công nghệ viễn thám đối với thành phố thông minh và phù hợp với năng lực của thành phố Đà Nẵng, sau đó có thể được phát triển để ứng dụng trong các môi trường đô thị tương tự. Kết quả của sự hợp tác này sẽ là cơ sở cho các khuyến nghị cho Lộ trình Kinh tế Tuần hoàn cho thành phố Đà Nẵng hiện đang được phát triển bởi DISED.

Thành phố Đà Nẵng đang đi tiên phong trong việc xây dựng Lộ trình phát triển Kinh tế Tuần hoàn trên toàn thành phố, một trong những lộ trình đầu tiên ở Việt Nam

Hình ảnh vệ tinh là một công cụ hiệu quả để xác định và theo dõi những thay đổi môi trường trên quy mô lớn cũng như hỗ trợ việc giám sát và quản lý chất thải của thành phố. Với những tiến bộ đáng kể trong Giai đoạn 2, chúng tôi mong muốn khám phá và tiếp tục hoàn thiện phương pháp này. Hãy gửi tin nhắn cho chúng tôi tại nguyen.tuan.luong@undp.org nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về công việc của chúng tôi với JAMSS và DISED hoặc nếu bạn có bất kỳ góp ý nào. 

Lời cảm ơn: Dự án này được thực hiện với sự đóng góp của các chuyên gia sau: Ông Yuichi Ito (JAMSS), Bà Nguyệt Bùi (DISED), Bà Xuân Quách và Ông Huy Nguyễn, và với sự hỗ trợ từ Mạng lưới Đổi mới Nhật Bản .

GET INVOLVED!

Giới thiệu một Văn bản!

(17)