NGƯỜI THỢ CỦA BIT & BYTE (2)

TẠM BIỆT MÁY TÍNH LỚN, LÀM QUEN VỚI MÁY TÍNH CÁ NHÂN

Sau khi máy ODRA-1304, và cả máy CM4 ngừng hoạt động, cố Viện trưởng Phan Đình Diệu gợi ý tôi chuyển sang phòng Kỹ thuật số. Nhưng tôi nghĩ kiến thức của tôi không phù hợp với chuyên môn phòng Kỹ thuật số. Sau khi tốt nghiệp đại học tôi được phân về công tác ở phòng Toán-Lý. Bây giờ sau một thời gian làm việc toán-máy tính tôi tự quyết định quay về vật lý.

Năm 1980 viện Vật lý được trang bị máy tính cá nhân Apple. Ý đồ của viện là xây dựng thư viên chương trình mẫu dùng trong nghiên cứu vật lý. Công việc này phù hợp kiến thức và kinh nghiệm của tôi. Giải quyết những bài toán trong nghiên cứu khoa học trên máy tính cá nhân rất thuận tiện. Kết quả tính toán được biểu diễn sinh động bằng đồ thị trên màn hình.

Viện Vật lý cũng cung cấp máy tính cá nhân cho các đơn vị kinh tế ứng dụng tin học trong quản lý kinh tế. Viện trưởng Nguyễn văn Hiệu gửi một đoàn cán bộ đến xí nghiệp Tuyển than Cửa Ông. Nhiệm vụ của đoàn là phục hồi hoạt động của hệ thống máy trong dây chuyền tuyển than tự động và xây dựng phòng máy tính: phòng máy vi tính đầu tiên của ngành than.

Viện Vật lý bắt đầu dùng vi tính quản lý nhân sự và tài chính. Kỳ phát lương đầu tiên của thời bù giá vào lương, nhờ tính và in trên vi tính viện Vật lý là đơn vị duy nhất nhận lương đầy đủ, còn các đơn vị khác chỉ được nhận lương tạm ứng. Tôi được viện thưởng, tất nhiên phải khao đồng nghiệp và tôi bị lõm.

Năm 1986 tôi được gửi đi làm cộng tác viên khoa học ở Dubna Liên Xô trong chương trình xây dựng phần mềm tự động điều khiển từ xa thí nghiệm vật lý. Ở Liên Xô thời gian đó máy tính cá nhân chưa phát triển. Người lập trình làm việc trên terminal của máy tính lớn. Phần mềm điều khiển các thiết bị thí nghiệm nhưng đều được viết trên ngôn ngữ bậc cao.

Năm 1986 FAO (Tổ chức Thực phẩm và Nông nghiệp) bắt đầu giúp Việt Nam ứng dụng ảnh vệ tinh trong nghiên cứu môi trường. Hệ xử lý ảnh vệ tinh đầu tiên đặt ở TP Hồ chí Minh. Hệ này sản xuất tại Đông Đức và không được nhiệt đới hóa nên không đặt ở Hà Nội.

Để chuẩn bị tiếp nhận hệ máy PERICOLOR của Pháp, tôi đi học khóa ngắn hạn viễn thám ở AIT Bangkok Thái Lan với học bổng của Sứ quán Pháp. PERICOLOR thuộc loại máy tính Mini gồm khối trung tâm, thiết bị đọc băng từ, màn hình 21 inch 16 triệu màu và phần mềm xử lý ảnh vệ tinh. Sau một thời gian khai thác tôi nhận ra mình có thể tạo ra phần mềm tương tự. Tôi viết các modul bằng ngôn ngữ C trong môi trường DOS. Trong DOS, ảnh chỉ được hiện trên màn hình với 256 màu. Kết quả tính toán của các modul tất nhiên không bằng PERICOLOR nhưng không rõ ràng còn ảnh 256 màu so với ảnh 16 triệu màu thì quá thất vọng. Sau khi trao đổi với các nhà kỹ thuật tôi biết tất cả card màn hình và màn hình đều có khả năng hiện 16 triệu màu. Tôi bắt đầu viết driver cho card màn hình. Sau gần 20 năm bây giờ lại phải làm việc với bit và byte. Cuối cùng ảnh vệ tinh 16 triệu màu đã xuất hiện trên màn hình 12 inch tất nhiên mịn hơn ảnh trên màn hình 20 inch. Đế cho người khác sử dụng phần mềm của tôi, tôi phải viết driver cho nhiều card màn hình đang có trên thị trường như Trident, Paradise và Sirrus.

Sau khi Mỹ hủy cấm vận đối với Việt Nam, FAO cung cấp cho Việt Nam dàn máy tính cá nhân xử lý ảnh vệ tinh và GIS với phần mềm ERDAS của Mỹ. ERDAS có console màn hình phẳng 17 inch, máy chụp ảnh số, máy scan giấy màu khổ A3, scan phim màu A4, máy vẽ A0, bàn số hoá A0. Hệ ERDAS giúp người sử dụng ảnh vệ tinh tiếp cận với những thiết bị ngoại vi hiện đại và phần mềm mới lạ.

Tôi cũng phát triển phần mềm GIS (Geographic Information System). Máy scan được dùng để giảm nhẹ công việc số hóa bản đồ. Tự động hoàn toàn việc số hóa bản scan bản đồ không mang lại kết quả mong muốn. Phải mất rất nhiều thời gian để hiệu chỉnh những nhầm lẫn trên kết quả tự động số hóa. Trên bản đồ có những trường hợp khoảng cách giữa đường và sông mà chương trình không phân biệt được, hoặc đường sắt và đường bộ dùng chung một cây cầu. Bán tự động là quá trình hợp lý hơn. Tuy người sử dụng phải tham gia vào quá trình số hóa nhưng số lần bấm chuột giảm đi rất nhiều, ví dụ để nhận được đoạn sông giữa hai cầu chỉ cần bấm chuột nhiều nhất là hai lần, tương tự như để nhận được kết quả của đoạn đường giữa hai điểm giao. Điều quan trọng là số hóa trên bản scan mà không cần bàn số hóa.

Khi thị trường đã có hệ điều hành WINDOWS tôi chuyển phần mềm xử lý ảnh vệ tinh của tôi sang môi trường WINDOWS.

LÀM QUEN VỚI ẢNH SỐ VỆ TINH KHÍ TƯỢNG

Năm 1990 viện Nghiên cứu Hải dương MOSKVA giúp viện Vật lý dùng ảnh số vệ tinh khí tượng NOAA trong nghiên cứu biển. Các chuyên gia Liên bang Nga lắp trạm thu ảnh NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) phân giải 4 km với ảnh số, cùng thời gian một chiếc tàu nghiên cứu biển đo nhiệt độ bề mặt nước biển của vùng biển Việt Nam. Mục đích của đề tài là thành lập bản đồ trường nhiệt của biển Việt Nam. Ảnh NOAA có 5 kênh. mỗi điểm ảnh của mỗi kênh chiếm 10 bit. Tôi làm việc với từng bit để tách riêng các kênh. Mỗi kênh tôi để trong 2 byte dạng chuẩn BMP. Tôi gặp khó khăn trong chương trình hiệu chỉnh hình học. Không thể áp dụng cách thức xác định điểm kiểm soát mặt đất của ảnh vệ tinh tài nguyên như SPOT cho vệ tinh khí tượng. Cần phải dùng các thông số của quỹ đạo vệ tinh để xác định điểm kiểm soát mặt đất. Quỹ đạo của các vệ tinh đều là elip. Để đơn giản khi viết chương trình, tôi dùng quỹ đạo tròn. Khi dùng quỹ đạo tròn ngoài những thông số hầu như cố định như độ nghiêng của quỹ đạo, thời gian một chu kỳ bay của vệ tinh, chỉ cần biết 2 thông số là thời gian vệ tinh bay qua xích đạo và kinh tuyến khi vệ tinh bay qua xích đạo. Sau vài tuần lao động, hình Việt Nam trên ảnh vệ tinh đã giống bản đồ Việt Nam. Ảnh vệ tinh NOAA với trường nhiệt biển đã được trình bày trên máy vi tính ở hội nghị khoa học toàn quốc đầu tiên. Nhóm kỹ sư do kỹ sư Trần Minh Văn đứng đầu hoàn thiện mạch kỹ thuật số và thay anten ruột gà bằng chảo. Sau này nhóm đã thiết kế toàn bộ thiết bị thu NOAA phân giải 1 km.

Ở miền Bắc có trạm thu ảnh NOAA ở bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn do Châu Âu tài trợ. Ở miền Nam có trạm thu ảnh NOAA ở viện Thủy lợi miền Nam và viện Cơ học Ứng dụng do Trung Quốc lắp đặt.

Năm 1996 tôi được trình bày phần mềm xử lý ảnh vệ tinh cho phái đoàn của Bộ Khoa học và Môi trường Malaysia đang thăm Viện Khoa học và Công nghệ. Sau đó tôi được mời sang làm việc với Trung tâm Viễn thám ở Kuala Lumpur. Tôi hướng dẫn cho các bạn trẻ của Trung tâm viết chương trình xử lý ảnh vệ tinh. Đây là dịp tôi trau dồi tiếng Anh. Người Malaysia nói tiếng Anh hay hơn người Thái Lan. Đất nước Malaysia hiền hòa hơn Thái Lan.

Năm 2000 trạm thu ảnh MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) được lắp đặt ở viện Vật lý. Ảnh MODIS có 36 kênh, mỗi điểm ảnh chiếm 12 bit cho một kênh. Tệp ảnh của MODIS có dạng DHF. Tôi lại phải tách ra từng kênh riêng biệt để trong tệp dạng BMP để xử lý. Dạng BMP của tệp ảnh MODIS giúp các đồng nghiệp chuyển sang các dạng tệp khác và xử lý trên máy tính cá nhân. Ảnh MODIS có nhiều kênh dùng trong nghiên cứu khi hậu. Tôi viết các modul phân tich aerosol, chlorophyll và chỉ số bao phủ của mây. Chỉ số bao phủ của mây là thông số rất quan trọng để thành lập bản đồ tổng xạ trong phương pháp tương quan giữa số liệu ảnh vệ tinh khí tượng và số đo bức xạ mặt đất của thiết bị pyranometer.

Khi phát triển các modul cho ảnh vệ tinh tài nguyên, những kiến thức về thống kê được sử dụng. Khi phát triển các modul cho ảnh vệ tinh khí tượng, tôi phải đọc nhiều tài liệu về vật lý khí quyển và vật lý biển.

Sau đây là những modul chính trong phần mềm xử lý ảnh vệ tinh môi trường: Hiệu chỉnh hình học cho NOAA và MODIS, chỉ số thực vật, nhiệt độ sáng, nhiệt độ thực mặt nước biển, nhiệt độ mặt đất, phát hiện mây, chỉ số bao phủ mây, bức xạ rời nước biển, aerosol và chlorophyll.

VÀI ĐIỀU SUY NGẪM CỦA NGƯỜI LÀM ỨNG DỤNG ẢNH VỆ TINH

Tôi vinh dự được sử dụng những thiết bị tính toán hiện đại của nhà nước: máy tính MINSK-22, máy tính ODRA-1304, máy tính CM4, hệ xử lý ảnh vệ tinh PERICOLOR, hệ xử lý ảnh ERDAS, thiết bị thu ảnh khí tượng NOAA. Tôi đã tạo điều kiện thuận lợi cho những người cùng sử dụng. Bản scan bản đồ và modul số hóa bán tự động với số liệu tương thích hệ ERDAS giúp người sử dụng nhận kết quả số hóa trên máy tính cá nhân do đó dành nhiều thời gian trên hệ ERDAS để thực hiện những modul khác. Ngoài những modul phổ biến tôi cũng phát triển những modul đặc thù theo yêu cầu của người sử dụng ERDAS. Modul đọc giá trị của các đối tượng như nhiệt độ bề mặt nước biển, chỉ số thực vật trên nền ảnh 16 triệu màu. Thiết bị đọc băng từ của PERICOLOR không chỉ phục vụ viễn thám mà còn phục vụ các ngành khác như bưu điện. Các kỹ sư đã thiết kế modul điện tử để chuyển hết số liệu trên băng từ ảnh LANDSAT và SPOT cho máy tính cá nhân, sau đó tôi viết modul chuyển số liệu đó sang dạng BMP.

Thể hiện những khái niệm vật lý bằng những kết quả cụ thể mới thấy được sự kỳ diệu của vật lý. Dựa theo luật, phản xạ của nước trong giải tần hồng ngoại (0.725-1.1) bé hơn phản xạ của nước trong giải tần nhìn thấy (0.58-0.68) chương trình tự động tách được nước ra khỏi các đối tượng khác. Phép toán regression biến hình dáng méo mó của Việt Nam trên ảnh vệ tinh NOAA thành hình dáng Việt Nam như bản đồ. Đó thật là sự kỳ diệu của toán học.

Phát triển phần mềm phân tích ảnh vệ tinh của tôi không có trong một đề tài nhiên cứu nào ngay cả một đề tài cấp Viện. Công việc này gắn bó với máy móc tôi khai thác cộng với tính tò mò hiểu biết khoa học hiện đại. Những kết quả ban đầu khuyến khích tôi thực hiện những công việc tiếp theo.

Rất cảm động khi gặp lại những người đến sử dụng máy tính MINSK-22 và ODRA-1304. Trong những dịp ấy những chuyện vui lại được nhắc lại: chuyện gian lận giờ máy, chuyện đổ lỗi cho máy, chuyện tự gia công máy đục băng giấy… Tôi cũng được đáp lại nhiệt tình của những người bạn cũ. Cố TS Quang giúp tôi số liệu khí tượng, nguyên viện trưởng TS Bình đã mời tôi đến đọc báo cáo tại hội thảo mưa nhân tạo, nguyên giám đốc trung tâm Kỹ sư chính Phương chọn cho tôi những ảnh vệ tinh NOAA tốt nhất.

Không nên phóng đại những ứng dụng của ảnh vệ tinh và GIS như dùng ảnh vệ tinh hay dùng GIS có thể phát hiện mỏ vàng.

Hiện tại chỉ mới ảnh vệ tinh tài nguyên như SPOT, LANDSAT, TM… được sử dụng nhiều ở Việt Nam vì những hệ xử lý ảnh vệ tinh như ENVI, ERDAS chỉ dùng cho ảnh vệ tinh tài nguyên. Ảnh vệ tinh khí tượng môi trường chỉ mới dùng trong dự báo và phát hiện cháy rừng. Số liệu của ảnh vệ tinh khí tượng giúp tìm luồng cá ngoài biển, tạo bản đồ tổng xạ mặt trời. Bản đồ tổng xạ được ứng dụng trong nông nghiệp và quy hoạch năng lượng mặt trời.

Chúng ta có các trạm thu vệ tinh khí tượng nhưng chưa giúp ngư dân ứng dụng tốt hơn những công cụ đánh cá. Những phần mềm ngươi Việt Nam phát triển dựa trên những điều kiện khí hậu và đặc điểm của biển Việt Nam tất nhiên có ứng dụng tốt hơn những phần mềm của thế giới.

Chúng ta chưa chuẩn bị lực lượng cán bộ khoa học kỹ thuật cho thời kỳ phải nghiêm chỉnh tuân thủ luật bảo vệ trí tuệ. Những người phát triển phần mềm phân tích ảnh vệ tinh như ENVI không những giỏi toán và lập trình mà phải biết sâu về vật lý, địa lý, thiên văn. Nếu không có phần mềm tự phát triển của Việt Nam thì sinh viên Việt Nam sao có tiền để gài vào máy tính cá nhân một phần mềm xử lý ảnh vệ tinh như ENVI.

Khi đang viết những giòng hồi ức, tôi được biết Ngân hàng thế giới đang thực hiện dự án xây dựng 5 trạm thu tổng xạ mặt trời cho Việt Nam. Hiện tại đã đăng tải trên internet số đo của 3 trạm. 30 năm trước tôi cùng với TS Lê văn Lưu ở viện Vật lý Địa cầu đã có ý đồ thành lập bản đồ tổng xạ mặt trời phục vụ nông nghiệp nhưng không thực hiện được vì không có số đo mặt đất. Kết hợp ảnh vệ tinh với số đo mặt đất tôi sẽ tiếp tục thực hiện ý đồ cách đây 30 năm: Thành lập bản đồ tổng xạ.

Trước khi kết thúc những giòng ký ức của gần 40 năm làm người thợ của bit và byte, tôi kể lại cho bạn đọc những thời điểm vui sướng nhất của tôi khi phát triển phần mềm:
— Nhận hết tất cả pixel trong vùng mẫu có đa thức bất kỳ.
— Nhìn thấy ảnh vệ tinh 16 triệu màu hiện trên màn hình bằng driver của mình.
— Tách thành công 36 kênh của ảnh MODIS.
— Đưa được hình dạng Việt Nam méo mó trên ảnh NOAA về giống với bản đồ Việt Nam.

Tôi sẵn sàng cung cấp phần mềm kèm theo ảnh các loại vệ tinh.

KS Nguyễn Văn Kỷ
ĐTDĐ: 0916 526 242, Email: nguyen.van.ky@icloud.com
Trích “Nửa thế kỷ công nghệ thông tin Việt Nam, dấu ấn người lính”
Hà Nội ngày 10 tháng 10 năm 2018