Drone quan trắc môi trường: 5 ứng dụng đột phá hiệu quả

Trong bối cảnh môi trường toàn cầu đang đối mặt với nhiều thách thức, các phương pháp quan trắc truyền thống thường bộc lộ những hạn chế đáng kể như tốn kém, mất nhiều thời gian và khó tiếp cận các khu vực hiểm trở. Tuy nhiên, sự phát triển vượt bậc của công nghệ drone đã mở ra một kỷ nguyên mới cho việc giám sát môi trường, mang lại hiệu quả và độ chính xác vượt trội. 

Bài viết này AGS Tech sẽ đi sâu vào những ứng dụng drone quan trắc môi trường cụ thể, từ chất lượng không khí đến bảo tồn đa dạng sinh học, khám phá cách drone đang thay đổi cách chúng ta bảo vệ môi trường sống bền vững.

1. Lợi ích vượt trội của drone trong quan trắc môi trường

Drone quan trắc môi trường không chỉ là một công cụ, mà còn là một giải pháp toàn diện mang lại nhiều giá trị thiết thực, giúp chúng ta vượt qua những rào cản của các phương pháp truyền thống.

1.1. Tăng cường độ chính xác và phạm vi thu thập dữ liệu

Tăng cường độ chính xác và phạm vi thu thập dữ liệu

• Drone có khả năng bay ở độ cao thấp, thu thập hình ảnh và dữ liệu với độ phân giải cao vượt trội so với vệ tinh. Điều này cho phép chúng ta có được cái nhìn chi tiết về từng khu vực nhỏ nhất. 
• Đặc biệt, drone có thể dễ dàng tiếp cận các khu vực khó khăn như đầm lầy, rừng rậm, hoặc những khu vực ô nhiễm nguy hiểm mà con người không thể vào, đảm bảo việc thu thập dữ liệu không bị gián đoạn. 
• Khả năng lập bản đồ 3D chi tiết từ dữ liệu drone cung cấp một cái nhìn toàn diện về địa hình và sự thay đổi của môi trường theo thời gian, giúp các nhà khoa học và quản lý đưa ra quyết định chính xác hơn. 
  • Ví dụ, một nghiên cứu của Đại học Wageningen (Hà Lan) đã chỉ ra rằng máy bay không người lái có thể lập bản đồ thảm thực vật với độ chính xác cao hơn 90% so với phương pháp khảo sát mặt đất truyền thống, đặc biệt ở những địa hình phức tạp.

1.2. Giảm thiểu chi phí và thời gian thực hiện

Giảm thiểu chi phí và thời gian thực hiện

Một trong những lợi ích kinh tế lớn nhất của giải pháp drone môi trường là chi phí vận hành thấp hơn đáng kể so với việc sử dụng máy bay có người lái hoặc các phương pháp khảo sát mặt đất quy mô lớn. 

Thời gian triển khai drone cũng vô cùng nhanh chóng, cho phép thu thập dữ liệu định kỳ hoặc phản ứng khẩn cấp với các sự cố môi trường một cách kịp thời. Điều này không chỉ tiết kiệm ngân sách mà còn tối ưu hóa nguồn lực, giúp các dự án quan trắc môi trường trở nên khả thi hơn.

1.3. Đảm bảo an toàn cho nhân sự

Đảm bảo an toàn cho nhân sự

Việc ứng dụng drone trong công tác quan trắc môi trường giúp loại bỏ hoàn toàn rủi ro cho con người khi phải làm việc tại những khu vực độc hại, nguy hiểm hoặc khó tiếp cận. Từ việc lấy mẫu nước thải công nghiệp, đo đạc khí thải tại nhà máy, đến khảo sát các vùng cháy rừng hoặc ô nhiễm nghiêm trọng, drone đều có thể thực hiện nhanh chóng và chính xác mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người.

Giải pháp này không chỉ giảm thiểu tối đa tai nạn lao động, mà còn bảo vệ sức khỏe và tính mạng của đội ngũ kỹ thuật, khẳng định ưu thế vượt trội của công nghệ quan trắc bằng drone trong các hoạt động bảo vệ môi trường hiện đại.

Xem thêm: Những Ứng Dụng Của Drone Trong Cứu Hộ, Cứu Nạn

2. Quan trắc chất lượng không khí bằng Drone

Drone giám sát chất lượng không khí đang trở thành công cụ không thể thiếu trong cuộc chiến chống ô nhiễm, cung cấp dữ liệu tức thời và chính xác để đưa ra các biện pháp ứng phó hiệu quả.

2.1. Phát hiện khí thải công nghiệp và ô nhiễm cục bộ

Phát hiện khí thải công nghiệp và ô nhiễm cục bộ

Drone trang bị các cảm biến khí chuyên dụng (như CO2, CH4, SO2, NO2, VOCs) có thể bay qua các khu công nghiệp, nhà máy để đo nồng độ khí thải một cách chính xác. Khả năng này giúp xác định nguồn gây ô nhiễm chính xác và lập bản đồ phân tán ô nhiễm trong thời gian thực. Điều này đặc biệt hữu ích cho các cơ quan quản lý môi trường trong việc kiểm soát và xử lý vi phạm. 

Ví dụ, tại Trung Quốc, drone đã được sử dụng để phát hiện các nhà máy xả thải trái phép, giúp giảm đáng kể lượng khí thải công nghiệp trong một số khu vực.

2.2. Giám sát nồng độ bụi mịn (PM2.5, PM10)

Giám sát nồng độ bụi mịn (PM2.5, PM10)

Cảm biến hạt bụi gắn trên drone giúp đo lường nồng độ PM2.5 và PM10 ở các độ cao khác nhau, cung cấp dữ liệu quan trọng để đánh giá chất lượng không khí đô thị và khu vực bị ảnh hưởng bởi giao thông, xây dựng. 

Dữ liệu này giúp cộng đồng và chính quyền có cái nhìn rõ ràng về mức độ ô nhiễm, từ đó đưa ra các khuyến nghị bảo vệ sức khỏe và kế hoạch giảm thiểu ô nhiễm.

Xem thêm: Drone Giám Sát Môi Trường: Ứng Dụng Thực Tế và Lợi Ích Vượt Trội

2.3. Đánh giá tác động từ cháy rừng và hoạt động nông nghiệp

Đánh giá tác động từ cháy rừng và hoạt động nông nghiệp

Drone có khả năng bay qua các khu vực cháy rừng để đo đạc nồng độ khói, khí độc và đánh giá mức độ lan rộng của đám cháy trong thời gian thực. Nhờ trang bị cảm biến nhiệt, camera hồng ngoại và hệ thống GPS độ chính xác cao, drone cung cấp dữ liệu trực quan giúp lực lượng cứu hỏa xác định điểm nóng, lên kế hoạch chữa cháy hiệu quả và giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản.

Không chỉ giới hạn trong ứng phó thiên tai, drone còn được sử dụng để giám sát hoạt động đốt rơm rạ, chất thải nông nghiệp sau mùa vụ. Thông qua hình ảnh và dữ liệu thu thập được, cơ quan chức năng có thể nhanh chóng phát hiện, cảnh báo và triển khai biện pháp kiểm soát ô nhiễm không khí cục bộ, góp phần nâng cao chất lượng môi trường sống và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

3. Giám sát chất lượng nước và hệ sinh thái thủy sinh

Drone đo chất lượng nước đã cách mạng hóa việc theo dõi các nguồn nước, từ sông, hồ đến đại dương, giúp chúng ta bảo vệ tài nguyên quý giá này.

3.1. Phát hiện tảo nở hoa và ô nhiễm dầu tràn

Phát hiện tảo nở hoa và ô nhiễm dầu tràn

Nhờ được trang bị camera đa phổ (multispectral) hoặc siêu phổ (hyperspectral), drone có thể phát hiện sớm những thay đổi bất thường trong màu sắc của nguồn nước — dấu hiệu đặc trưng của hiện tượng tảo nở hoa (algal bloom). Đây là một vấn đề nghiêm trọng, có thể làm suy giảm oxy hòa tan, gây chết hàng loạt sinh vật thủy sinh và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước sinh hoạt.

Không chỉ dừng lại ở đó, drone còn có khả năng phát hiện và theo dõi các vụ tràn dầu trên sông, hồ hoặc vùng ven biển. Thông qua việc xác định chính xác diện tích bị ảnh hưởng và mức độ lan tỏa của dầu tràn, drone giúp các cơ quan chức năng và đội ứng cứu môi trường nhanh chóng khoanh vùng, đánh giá thiệt hại và triển khai biện pháp khắc phục kịp thời, giảm thiểu tối đa tác động đến hệ sinh thái và nguồn nước

3.2. Đo lường thông số hóa lý (pH, nhiệt độ, độ đục)

Đo lường thông số hóa lý (pH, nhiệt độ, độ đục)

Với các cảm biến chuyên dụng được tích hợp trên drone, việc đo trực tiếp các thông số môi trường nước như pH, nhiệt độ, độ dẫn điện, độ đục trở nên nhanh chóng và chính xác. Hệ thống này cho phép giám sát chất lượng nước tại sông, hồ và ao nuôi trồng thủy sản một cách liên tục và tự động, thay thế hoàn toàn cho phương pháp lấy mẫu thủ công truyền thống.

Nhờ khả năng phát hiện sớm những biến động bất thường trong môi trường nước, drone giúp người vận hành chủ động xử lý kịp thời, ngăn ngừa sự cố ô nhiễm và bảo vệ an toàn cho nguồn nước cũng như các loài thủy sinh. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ số vào công tác quan trắc và quản lý tài nguyên nước.

3.3. Lập bản đồ thảm thực vật thủy sinh

Lập bản đồ thảm thực vật thủy sinh

Nhờ hình ảnh độ phân giải cao thu được từ drone, các nhà khoa học có thể xây dựng bản đồ chi tiết về sự phân bố và mật độ của các loài thực vật thủy sinh, cỏ biển cũng như rạn san hô. Dữ liệu này giúp đánh giá chính xác tình trạng sức khỏe của hệ sinh thái biển, phát hiện sớm những dấu hiệu suy thoái hoặc xâm lấn sinh học.

Bên cạnh đó, việc so sánh dữ liệu theo thời gian còn cho phép theo dõi sự biến động và phục hồi của các vùng sinh thái quan trọng, từ đó cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho các dự án bảo tồn biển, phục hồi rạn san hô và quản lý bền vững nguồn tài nguyên thủy sản..

4. Đánh giá chất lượng đất và sử dụng đất

Drone đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về tình trạng đất đai, hỗ trợ nông nghiệp chính xác và quản lý tài nguyên đất bền vững.

4.1. Phân tích thành phần đất và xói mòn

Phân tích thành phần đất và xói mòn

Drone trang bị cảm biến đa phổ (multispectral sensor) cho phép phân tích chi tiết các chỉ số sức khỏe của đất như độ ẩm, hàm lượng chất hữu cơ và dinh dưỡng. Thông qua các dữ liệu này, bản đồ đất có độ phân giải cao được tạo ra, giúp xác định chính xác các khu vực có nguy cơ xói mòn, sạt lở hoặc suy thoái để kịp thời triển khai các biện pháp phòng ngừa và phục hồi.

Đáng chú ý, một nghiên cứu của NASA đã ứng dụng dữ liệu thu được từ drone để theo dõi sự thay đổi độ ẩm của đất trên diện rộng, qua đó dự đoán sớm nguy cơ hạn hán và lũ lụt. Đây là minh chứng rõ ràng cho tiềm năng to lớn của công nghệ drone trong quản lý tài nguyên thiên nhiên và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.

4.2. Giám sát sức khỏe cây trồng và hiệu quả phân bón

Giám sát sức khỏe cây trồng và hiệu quả phân bón

Thông qua phân tích chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) từ hình ảnh chụp bởi drone, tình trạng sức khỏe của cây trồng có thể được đánh giá một cách chính xác và trực quan. Dữ liệu NDVI giúp phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường như sâu bệnh, thiếu dinh dưỡng hoặc stress do hạn hán, từ đó cho phép người nông dân điều chỉnh lượng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật một cách tối ưu.

Việc ứng dụng công nghệ này không chỉ tăng hiệu quả sản xuất và năng suất mùa vụ, mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường đất và nguồn nước, góp phần xây dựng nền nông nghiệp chính xác và bền vững trong kỷ nguyên số.

4.3. Lập bản đồ thay đổi sử dụng đất

Lập bản đồ thay đổi sử dụng đất

Việc thu thập dữ liệu định kỳ bằng drone cho phép các cơ quan quản lý và nhà quy hoạch theo dõi sự thay đổi trong hiện trạng sử dụng đất, quá trình đô thị hóa, mở rộng hạ tầng cũng như tình trạng suy thoái hoặc phá rừng. Với khả năng chụp ảnh độ phân giải cao và tái tạo bản đồ 3D chính xác, drone giúp nhận diện các khu vực bị chuyển đổi mục đích sử dụng đất trái phép, phát hiện sớm dấu hiệu xâm lấn rừng hoặc xây dựng không đúng quy hoạch.

Những thông tin này đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong quy hoạch phát triển đô thị bền vững, quản lý tài nguyên đất hiệu quả và đánh giá tác động của con người lên môi trường tự nhiên. Drone, nhờ tính linh hoạt và chi phí vận hành thấp, đang trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực trong việc ra quyết định dựa trên dữ liệu thực tế và cập nhật liên tục.

5. Hỗ trợ bảo tồn đa dạng sinh học và động vật hoang dã

Drone bảo tồn đa dạng sinh học là một công cụ mạnh mẽ, giúp các nhà bảo tồn theo dõi và bảo vệ các loài quý hiếm một cách hiệu quả.

5.1. Đếm số lượng loài và theo dõi di cư

Đếm số lượng loài và theo dõi di cư

Drone trang bị camera độ phân giải cao hoặc camera nhiệt có thể đếm số lượng động vật, chim, cá trong các khu bảo tồn một cách chính xác mà không gây xáo trộn môi trường sống của chúng. Chúng cũng giúp theo dõi đường di cư của các loài, đặc biệt là các loài quý hiếm hoặc có nguy cơ tuyệt chủng. 

Ví dụ: Quỹ Động vật Hoang dã Thế giới (WWF) đã sử dụng drone để đếm số lượng tinh tinh ở châu Phi, tăng hiệu quả lên 30% so với phương pháp truyền thống, đồng thời giảm thiểu rủi ro cho nhân viên.

5.2. Phát hiện săn trộm và phá rừng trái phép

Phát hiện săn trộm và phá rừng trái phép

Drone có khả năng tuần tra tự động trên các khu vực rừng rộng lớn, giúp phát hiện sớm các hoạt động săn bắn hoặc khai thác gỗ trái phép thông qua hình ảnh trực quan hoặc dữ liệu từ cảm biến âm thanh và nhiệt. Khi phát hiện dấu hiệu bất thường, hệ thống có thể gửi cảnh báo tức thì đến lực lượng kiểm lâm, giúp họ nhanh chóng khoanh vùng vị trí, triển khai biện pháp ngăn chặn và xử lý kịp thời.

Nhờ khả năng hoạt động linh hoạt, bay xa và ghi nhận dữ liệu liên tục, drone đang trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực trong công tác bảo tồn thiên nhiên, góp phần bảo vệ rừng, động vật hoang dã và đa dạng sinh học trước những mối đe dọa ngày càng gia tăng.

5.3. Lập bản đồ môi trường sống tự nhiên

Lập bản đồ môi trường sống tự nhiên

Việc sử dụng drone để lập bản đồ chi tiết về môi trường sống của các loài sinh vật mang lại nguồn dữ liệu vô cùng giá trị cho các nhà khoa học. Thông qua hình ảnh độ phân giải cao và cảm biến đa phổ, drone có thể ghi nhận thông tin về thảm thực vật, địa hình, nguồn nước và sự thay đổi của môi trường theo thời gian.

Những dữ liệu này giúp phân tích chính xác nhu cầu sinh thái của từng loài, từ đó hỗ trợ quy hoạch, mở rộng hoặc điều chỉnh các khu bảo tồn thiên nhiên một cách khoa học và hiệu quả hơn. Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa loài và môi trường sống giúp đảm bảo sự cân bằng sinh thái và duy trì đa dạng sinh học bền vững trong dài hạn.

6. Công nghệ drone và cảm biến chuyên dụng

Để thực hiện các nhiệm vụ quan trắc môi trường đa dạng, drone được trang bị nhiều loại cảm biến và công nghệ tiên tiến.

6.1. Các loại drone phổ biến

Các loại drone phổ biến

• Multi-rotor (đa cánh quạt): Phù hợp cho việc bay thấp, bay lơ lửng, thu thập dữ liệu chi tiết ở một khu vực nhỏ. Thời gian bay trung bình từ 20-45 phút, lý tưởng cho việc kiểm tra cục bộ hoặc giám sát điểm.
• Fixed-wing (cánh cố định): Thích hợp cho khảo sát diện tích lớn, bay ở độ cao cao hơn, với thời gian bay dài hơn (1-3 giờ). Loại máy bay không người lái này tối ưu cho việc lập bản đồ quy mô lớn và giám sát khu vực rộng.

6.2. Cảm biến quang phổ (Multispectral, Hyperspectral)

Cảm biến quang phổ (Multispectral, Hyperspectral)

• Multispectral: Thu thập dữ liệu ở vài dải quang phổ (ví dụ: xanh, đỏ, cận hồng ngoại), được sử dụng rộng rãi để phân tích sức khỏe thực vật, chất lượng nước và phân biệt các loại vật liệu.
• Hyperspectral: Thu thập dữ liệu ở hàng trăm dải quang phổ, cung cấp thông tin chi tiết hơn về thành phần hóa học, khoáng chất của bề mặt, giúp nhận diện chính xác các chất ô nhiễm hoặc đặc điểm môi trường.

6.3. Cảm biến khí (CO2, CH4, VOCs) và hạt bụi

Cảm biến khí (CO2, CH4, VOCs) và hạt bụi

Đây là những thiết bị cảm biến nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, có thể dễ dàng tích hợp trên các dòng drone dân dụng hoặc công nghiệp. Chúng được thiết kế để đo nồng độ các chất gây ô nhiễm không khí như CO₂, CO, SO₂, NO₂, O₃, PM2.5 và PM10 trong thời gian thực.

Với độ chính xác cao, cảm biến có khả năng phát hiện khí độc ở mức phần triệu (ppm), thậm chí thấp hơn đối với các mô hình cảm biến tiên tiến. Dữ liệu thu thập được gửi trực tiếp về trung tâm điều khiển hoặc lưu trữ trên nền tảng đám mây, giúp phân tích, lập bản đồ ô nhiễm không khí theo không gian ba chiều.

Nhờ đó, drone trở thành công cụ quan trắc linh hoạt và hiệu quả, hỗ trợ các cơ quan môi trường và nhà nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm, truy vết nguồn phát thải và xây dựng chiến lược kiểm soát ô nhiễm không khí chính xác hơn.

6.4. Hệ thống LiDAR và camera nhiệt

Hệ thống LiDAR và camera nhiệt

• LiDAR (Light Detection and Ranging): Sử dụng tia laser để tạo bản đồ địa hình 3D chính xác, đo độ cao, mật độ thực vật, và phát hiện thay đổi địa chất. Công nghệ này đặc biệt hữu ích trong việc đánh giá xói mòn đất và quản lý rừng.
• Camera nhiệt: Phát hiện sự chênh lệch nhiệt độ, được dùng để tìm kiếm động vật vào ban đêm, phát hiện rò rỉ nhiệt từ nhà máy, hoặc các đám cháy ngầm khó nhìn thấy bằng mắt thường.

7. Thách thức và triển vọng phát triển

Mặc dù công nghệ drone mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng không tránh khỏi những thách thức cần được giải quyết để tối ưu hóa tiềm năng của nó trong quan trắc môi trường.

7.1. Hạn chế về quy định pháp lý và thời lượng bay

Hạn chế về quy định pháp lý và thời lượng bay

Quy định về bay drone còn phức tạp và thay đổi liên tục, đặc biệt ở các khu vực nhạy cảm hoặc đông dân cư. Điều này đòi hỏi các nhà khai thác phải tuân thủ nghiêm ngặt và có giấy phép phù hợp. 

Bên cạnh đó, thời lượng pin của drone vẫn là một hạn chế, ảnh hưởng đến khả năng khảo sát diện tích lớn hoặc thực hiện các nhiệm vụ kéo dài. Tuy nhiên, các nhà sản xuất đang không ngừng cải tiến công nghệ pin để kéo dài thời gian bay.

7.2. Yêu cầu về phân tích và xử lý dữ liệu lớn

Yêu cầu về phân tích và xử lý dữ liệu lớn

Dữ liệu thu thập từ drone thường có dung lượng rất lớn, bao gồm hàng nghìn ảnh độ phân giải cao, dữ liệu LiDAR hoặc cảm biến đa phổ — tất cả tạo thành hệ thống dữ liệu lớn (Big Data). Việc khai thác hiệu quả nguồn dữ liệu này đòi hỏi phần mềm chuyên dụng cùng đội ngũ chuyên gia có kinh nghiệm trong xử lý ảnh, phân tích không gian và mô hình 3D.

Bên cạnh đó, hạ tầng điện toán mạnh mẽ là yếu tố không thể thiếu để đảm bảo quá trình lưu trữ, xử lý và chuyển đổi dữ liệu diễn ra trơn tru. Khi dữ liệu được phân tích đúng cách, chúng sẽ trở thành nguồn thông tin giá trị phục vụ cho quy hoạch, giám sát và ra quyết định chiến lược.

Tại AGS Tech, chúng tôi cung cấp giải pháp xử lý dữ liệu drone toàn diện, giúp khách hàng biến dữ liệu thô thành bản đồ, báo cáo và mô hình phân tích chuyên sâu, hỗ trợ quá trình ra quyết định nhanh chóng và chính xác hơn.

7.3. Xu hướng tích hợp AI và học máy

Xu hướng tích hợp AI và học máy

Tương lai của drone quan trắc môi trường sẽ chứng kiến sự tích hợp sâu hơn của Trí tuệ Nhân tạo (AI) và Học máy (Machine Learning) để tự động hóa việc phát hiện, phân loại và dự đoán các vấn đề môi trường. Học máy giúp cải thiện độ chính xác của cảm biến và khả năng nhận diện đối tượng, cho phép drone tự động nhận diện các loài cây, phát hiện dấu hiệu ô nhiễm hoặc dự báo các sự kiện môi trường. Điều này sẽ nâng cao đáng kể hiệu quả của các giải pháp drone môi trường.

Drone đã chứng minh là một công cụ không thể thiếu trong quan trắc môi trường hiện đại, mang lại hiệu quả, độ chính xác và an toàn vượt trội. Từ việc giám sát chất lượng không khí, đo chất lượng nước, đánh giá chất lượng đất đến bảo tồn đa dạng sinh học, công nghệ drone đang thay đổi cách chúng ta tương tác và bảo vệ hành tinh. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ cảm biến và AI, tiềm năng của drone quan trắc môi trường trong lĩnh vực này còn rất lớn, hứa hẹn một tương lai xanh và bền vững hơn.

Để tìm hiểu sâu hơn về các giải pháp drone quan trắc môi trường tiên tiến mà AGS Tech cung cấp, cũng như cách chúng tôi có thể hỗ trợ dự án của bạn, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi. Chúng tôi tin rằng, việc ứng dụng công nghệ drone sẽ là bước tiến quan trọng để đóng góp vào một tương lai tươi sáng cho môi trường.

Thông tin liên hệ:

• Địa chỉ trụ sở chính: 14 Trần Hưng Đạo, Hoàn Kiếm, Hà Nội, Việt Nam.
• Đường dây nóng: 07 9988 5588
• Trang web:  https://agstech.vn/
• Facebook:  https://www.facebook.com/AGSTechViệt Nam
• Email: contact@agstech.vn