Mặc dù hiện nay các thông tin thu thập được về thiên tai chủ yếu được áp dụng vào dự đoán và phân tích hậu quả, nhiều công ty sáng tạo trên khắp thế giới đang phát triển giải pháp để giúp cộng đồng người dân, chính phủ và các nhà nghiên cứu có được cách thức hiệu quả hơn trong công tác phòng ngừa và hạn chế thiệt hại. Việc sử dụng cảm biến để giám sát các điều kiện tự nhiên có thể gây ra thiên tai đã có từ nhiều năm trước. Cải tiến trong công nghệ chế tạo cảm biến, điện toán đám mây, mạng không dây băng thông rộng và phân tích dữ liệu dẫn đến sự xuất hiện của một hệ thống với khả năng xử lí mạnh mẽ, khả năng tích hợp và hoạt động theo thời gian thực được gọi là Internet vạn vật (Internet of Things - IoT).
Phòng chống thiên tai là một lĩnh vực áp dụng rõ ràng nhất ứng dụng IoT, vì các cảm biến có thể gửi cảnh báo về nhiều tình huống nguy hiểm tiềm ẩn như: Cảm biến mặt đất có thể phát hiện chuyển động của trái đất và báo hiệu động đất, mực nước sông có thể được giám sát bằng cảm biến để dự báo lũ lụt xảy ra,… Lực lượng cứu hộ trên thế giới đang hy vọng tăng tốc độ trong việc tạo ra các bản đồ hệ thống thông tin địa hình (Geography Information System - GIS) để trích xuất các đối tượng như tòa nhà và đường xá từ các hình ảnh trên không. Nhiều nghiên cứu đang được thực hiện trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo – (Artificial Intelligence – AI) để phát hiện và có thể một ngày nào đó dự đoán được các trận động đất. Công nghệ Robot đã trở nên tinh vi hơn thông qua việc tích hợp với bộ vi xử lý và cảm biến. sự khéo léo của chúng ngày càng tăng khiến chúng phù hợp với những tình huống, vị trí quá nguy hiểm đối với con người. Robot tìm kiếm và cứu hộ lần đầu tiên được sử dụng sau vụ khủng bố tháng 9 năm 2001 ở Thành phố New York để phân tích đống đổ nát của Trung tâm Thương mại Thế giới sau khi bị phá hủy. Kể từ đó, các báo cáo ghi nhận hơn 50 lần robot được triển khai sử dụng trong thảm họa. Nhưng Nhật Bản mới là quốc gia đạt được thành công đột phá trong công nghệ này, nơi có khả năng thương mại hóa sản phẩm robot thiết kế đặc biệt cho những thảm họa.
Việt Nam là một trong những quốc gia chịu nhiều thiên tai nhất trên thế giới. Với đường bờ biển dài 3260 km, cộng với địa hình đa dạng, phức tạp nên thiên tai cũng xảy ra ở nhiều dạng, phổ biến là hai dạng khí tượng thủy văn (ví dụ như bão, lũ lụt, mưa lớn và hạn hán) và địa vật lý (ví dụ như sạt lở). Thống kê cho thấy khoảng 70% dân số sống ở các vùng ven biển và vùng đồng bằng trũng thấp ở Việt Nam có nguy cơ bị ngập lụt. Liên tiếp trong 20 năm vừa qua, Việt Nam đã phải hứng chịu hàng trăm cơn bão, trong đó có cả các cơn bão lớn, gây thiệt hại nặng nề về người và tài sản. Áp dụng khoa học kĩ thuật trong ứng phó thiên tai ở Việt Nam đã và đang bắt đầu được áp dụng. Để có thêm kinh nghiệm và giúp cho việc thực hiện trở nên dễ dàng, hiệu quả hơn, chúng ta cùng tìm hiểu về một vài ví dụ đã được triển khai ở một số quốc gia phát triển trên thế giới.
SỬ DỤNG DRONE ĐỂ ĐÁNH GIÁ THIỆT HẠI DO THIÊN TAI Ở VANUATU
Bão Pam đã tấn công một quốc gia ở quần đảo Nam Thái Bình Dương là Vanuatu vào ngày 13–14 tháng 3 năm 2015. Đó là một trong những thảm họa tồi tệ nhất ập đến Vanuatu, phá hủy hàng nghìn tòa nhà và khiến cho 75.000 người mất nhà cửa. Nỗ lực cứu trợ nhanh chóng được thực hiện, với yêu cầu đánh giá chi tiết về các khu vực bị ảnh hưởng. Drone được coi là một giải pháp lý tưởng để đánh giá nhanh chóng và chi tiết tình hình lúc bấy giờ, đặc biệt là do mây che khuất ảnh vệ tinh. Ngân hàng Thế giới ký hợp đồng hai đội bay không người lái từ Úc và New Zealand, và đó được coi là dự án đầu tiên sử dụng UAV (Unmanned Aerial Vehicle) để khắc phục thiên tai (theo Bonte-Grapentin và cộng sự, 2017). Các hoạt động bay không người lái được giám sát bởi Mạng lưới UAV Nhân đạo (UAViators). Cơ quan Hàng không Dân dụng Vanuatu đã giám sát việc sử dụng máy bay không người lái nhằm tuân thủ các quy định và hướng dẫn. Khoảng 200 chuyến bay đã được thực hiện và hình ảnh được chụp từ máy bay không người lái cho phép nhân viên cứu trợ xác định những ngôi nhà bị thiệt hại hoàn toàn và những ngôi nhà có thể sửa chữa, giúp hướng dẫn, tài trợ và thực hiện công tác khắc phục. Drone là một cải tiến từ máy bay hoặc vệ tinh có gắn camera, vốn dĩ các loại máy bay kiểu cũ này trước kia không thể cung cấp nhiều thông tin chi tiết. Nhờ máy bay không người lái thu thập hình ảnh ở nhiều góc độ, tường và bộ phận khác của tòa nhà có thể được đánh giá. Nông nghiệp được đánh giá bằng cách đo lường diện tích cây trồng đã bị phá hủy và người dân sẽ cần bao nhiêu lương thực từ các nguồn khác.
Nguồn cấp nước được kiểm tra để xem liệu chúng có còn hoạt động hay không. Hình ảnh thu thập được thuộc sở hữu của Chính phủ Vanuatu và được xuất bản trên Mapbox, một nền tảng bản đồ trực tuyến. Phần này được chia sẻ với Nhóm hỗ trợ nhân đạo OpenStreetMap và Micromappers để vẽ lại các con đường và tòa nhà nhằm đánh giá thiệt hại đối với từng công trình. Các tình nguyện viên đã tải ảnh lên và gắn thẻ hình ảnh địa lý từ mạng xã hội để hoàn thiện bản đồ. Độ phân giải cao hơn của hình ảnh được chụp bằng máy bay không người lái cung cấp một con số chính xác về chi phí xây dựng lại các công trình bị thiệt hại so với những phương pháp truyền thống. Máy bay không người lái cũng xác định được khu vực bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất để việc hỗ trợ có thể được ưu tiên. Có những khó khăn xung quanh việc kết nối, điều kiện thời tiết và định dạng dữ liệu xảy ra, tuy nhiên, dự án này đã cung cấp được nhiều thông tin chi tiết rất có giá trị.
ROBOT CỨU HỘ THẢM HỌA Ở NHẬT BẢN
Nhật Bản là quốc gia tiên phong trong việc sử dụng robot trong các thảm họa. Phòng thí nghiệm Robot của Đại học Tohoku đang tích cực phát triển một số loại robot để ứng phó với thảm họa:
(a) ACtive Scope Camera là một robot giống như con rắn, phần thân được bao phủ bởi nhiều sợi nhỏ, có thể điều khiển rung động để mô phỏng chuyển động giống con rắn, cho phép robot bò qua chướng ngại vật, đi theo tường và rẽ trong không gian chật hẹp. Thiết kế của nó rất hữu ích cho việc di chuyển qua đống đổ nát để tìm những người sống sót và nó cũng có thể phát hiện âm thanh của những người bị mắc kẹt trong những ngôi nhà bị sập.
(b) Quince là một rô bốt di động được trang bị bốn bánh xe, có thể di chuyển lên và xuống để cho phép robot vượt qua các chướng ngại vật. Nó mang theo camera, cũng như tia hồng ngoại và cảm biến carbon dioxide, để phát hiện sự hiện diện của những người sống sót bị mắc kẹt dưới đống đổ nát.
(c) Robot Kenaf có thể thăm dò một công trình đổ nát, cơ sở ngầm hoặc nền đất không ổn định sau khi thảm họa xảy ra. Kenaf tiếp cận hiện trường thông qua một lỗ tròn có đường kính khoảng 60 cm và được vận hành qua mạng không dây để thu được hình ảnh, âm thanh và hình dạng 3D.
(d) Chó Robot: Chó cứu hộ được sử dụng để tìm kiếm nạn nhân tại khu vực thiên tai. Tuy nhiên, ở Nhật Bản, chúng không được sử dụng cho các nhiệm vụ cứu hộ thực sự do không có phương án theo dõi con vật trong thời gian thực. Nghiên cứu đang được tiến hành để ghi lại và hình dung các hoạt động của chúng bằng camera, GPS và các đơn vị đo lường quán tính, từ đó chó robot kích thước nhỏ được thiết kế để đảm nhiệm vai trò này.
Thiệt hại đối với Nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi trong trận động đất năm 2011 gây ra đã thúc đẩy các nghiên cứu robot, do bức xạ ngăn cản con người thực hiện hoạt động khắc phục sự cố trực tiếp.
Năm 2013, Chính phủ Nhật Bản thành lập Viện Nghiên cứu Quốc tế về Chấm dứt hoạt động hạt nhân, bao gồm cả nhiệm vụ phát triển robot. Viện này bao gồm một tập hợp của các công ty tiện ích công cộng và các công ty tư nhân - chẳng hạn như Hitachi, Mitsubishi và Toshiba phát triển được khoảng 20 robot. Có một trung tâm nghiên cứu và phát triển gần nhà máy nơi robot được thực nghiệm trên mô hình 3D khổng lồ của lò phản ứng cũng như trên bản sao kích thước thực.
Một trong những thách thức lớn nhất là làm thế nào để xác định điều gì đã xảy ra với nhiên liệu bên trong lõi của lò phản ứng. Nhiều loại robot đã được sử dụng để xâm nhập vào lõi nhưng không thành công. Cuối cùng, trong năm 2017, một robot nhỏ có tên là 'Little Sunfish' - được trang bị năm cánh quạt, máy quay video, và một loạt các cảm biến và được thiết kế để hoạt động dưới nước trong điều kiện phơi nhiễm bức xạ nghiêm trọng - đã thành công trong việc xác định vị trí nhiên liệu bị rò rỉ bên trong lõi lò phản ứng.
Công ty Honda có một bộ phận chuyên chế tạo người máy nổi tiếng với việc phát triển robot hình người ASIMO. Hiện họ đang phát triển một robot ứng phó thảm họa với tên gọi E2-DR. Nó có thể đi bộ, leo qua chướng ngại vật và leo cầu thang. E2-DR có camera, cảm biến 3D và bộ gắp tay. Hiện tại có một số hạn chế, do thời lượng pin chỉ kéo dài một giờ rưỡi, giới hạn 20 phút hoạt động trong thời tiết ẩm ướt. Nếu nguyên mẫu đạt được kết quả, nó có thể có một tác động to lớn với hoạt động cứu hộ và thu dọn vật liệu nguy hiểm.
ỨNG DỤNG IoT ĐỂ KIỂM SOÁT LŨ Ở COLOMBIA
Hình 1: Mô hình hệ thống cảm biến mực nước sông Liborianna
Một ví dụ về việc triển khai IoT là ngôi làng Salgar, Colombia. Lũ lụt trên sông Liboriana gây ra một trận lở đất kinh hoàng vào tháng 5 năm 2015 làm chết 80 người. Cơ quan Quốc gia về Quản lý Rủi ro Thiên tai của Chính phủ Colombia đã thực hiện các hành động để giảm thiểu các sự cố trong tương lai. Họ đã thuê một công ty có trụ sở tại Colombia và triển khai hệ thống cảnh báo sớm sử dụng công nghệ IoT. Năm cảm biến chạy bằng năng lượng mặt trời đã được lắp đặt dọc theo sông Liboriana và hai con sông khác để theo dõi mực nước và nhiệt độ không khí bằng sóng siêu âm. Việc sử dụng năng lượng mặt trời đảm bảo các cảm biến tiếp tục hoạt động trong trường hợp Mất điện. Giá của mỗi cảm biến là 5200 EUR. Sirens – tên của cảm biến đã được lắp đặt tại các khu đô thị và vùng nguy cơ cao. Giao tiếp giữa các cảm biến là một thách thức, do địa hình đồi núi và vùng phủ sóng 3G rời rạc. Kết quả là một mạng lưới 900 MHz đã được lắp đặt, cho phép các cảm biến truyền dữ liệu đến trung tâm điều khiển nằm sâu trong làng để chính quyền địa phương giám sát và quyết định có kích hoạt hệ thống cảnh báo sớm hay không. Dữ liệu cảm biến cũng được lưu trữ trên đám mây và được truy cập từ xa thông qua trang web Eagle.io để mọi người có thể theo dõi. Hệ thống phần mềm tự động gửi tin nhắn cho chính quyền nếu phát hiện nguy cơ. Khi cần thiết, còi báo động được kích hoạt và đèn hiệu nhấp nháy cảnh báo mực nước sông hiện tại. Hệ thống có thể mở rộng, do đó có thể thêm nhiều cảm biến và điểm giám sát hơn. Chính phủ Colombia đã đầu tư tổng cộng 130.000 USD để triển khai hệ thống này.
Các nhà nghiên cứu Colombia đã nghiên cứu kỹ lưỡng sự kiện này để hiểu rõ hơn về tác động của nó và tìm cách giảm thiểu rủi ro, thiệt hại về nhân mạng do hiện tượng mưa lớn, lũ lụt với tần suất thường xuyên xảy ra trong tương lai. Một mô hình đã được xây dựng thể hiện sự liên quan của điều kiện khí tượng và thủy văn để phát triển các ứng dụng nhằm cải thiện việc quản lý rủi ro. Hình ảnh được chụp từ Radar Cảnh báo bằng tần C của Hệ thống Medellín, cách đó khoảng 60 km, được sử dụng để ước tính, đo lượng mưa và tìm hiểu nguyên nhân gây ra sạt lở. Nhiều nghiên cứu của Colombia sẽ được thực hiện ở nơi khác trong tương lai nếu hình ảnh vệ tinh có thể cung cấp đạt độ chi tiết như các cảm biến.
KẾT LUẬN
Những ứng dụng về công nghệ số được áp dụng đã thể hiện rất rõ hiệu quả mà công nghệ mang lại trong việc phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai. Các loại thiên tai mà các quốc gia như Vanuatu, Nhật Bản hay Colombia gặp phải rất giống với những loại thiên tai mà Việt Nam đang phải đối mặt. Học tập kinh nghiệm từ những quốc gia này rất có thể sẽ là một hướng đi mới không chỉ trong hoạt động phòng chống thiên tai, cứu hộ, cứu nạn mà còn giúp ích trong việc phát triển các ngành sản xuất, kinh tế, để đưa Việt Nam trở thành một quốc gia phát triển và đáng sống.
Lê Việt Hưng
Tài liệu tham khảo
[1] Disruptive technologies and their use in disaster risk reduction and management, ITU Global Forum on Emergency Telecommunications (GET-19)