Việc ứng dụng thành công trí tuệ nhân tạo trong lĩnh vực khí tượng thuỷ văn giúp tạo điều kiện thuận lợi để hệ thống nhận diện, hỗ trợ dự báo và cảnh báo một số hiện tượng khí tượng khí tượng thuỷ văn nguy hiểm.
Tại Việt Nam, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, lốc, lũ… xảy ra thường xuyên với cường độ cao và mức độ ảnh hưởng ngày một nghiêm trọng. Công nghệ tự động hóa và công nghệ thông tin, trong đó mô phỏng số đóng vai trò rất quan trọng trong việc dự báo sớm các thảm họa thiên nhiên.
Tuy nhiên, tại các đơn vị sử dụng mô hình dự báo, sản phẩm dự báo cuối cùng vẫn là sản phẩm dự báo trực tiếp từ mô hình. Mặc dù đã có rất nhiều nghiên cứu trong nước áp dụng các phương pháp thống kê cổ điển và hiện đại để nâng cao chất lượng dự báo khí tượng thuỷ văn (KTTV) nhưng chưa có bất kỳ hiệu chỉnh nào và chưa có nghiên cứu nào về ứng dụng AI cho bài toán dự báo khí tượng ở Việt Nam.
Biến đổi khí hậu dẫn đến các hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra thường xuyên (Ảnh: baochinhphu)
Từ thực tế đó, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Thông tin và Dữ liệu Khí tượng thủy văn đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu cơ sở khoa học và giải pháp ứng dụng trí tuệ nhân tạo để nhận dạng, hỗ trợ dự báo và cảnh báo một số hiện tượng khí tượng thủy văn nguy hiểm trong bối cảnh biến đổi khí hậu tại Việt Nam”. Đây là đề tài cấp quốc gia do ThS. Ngô Văn Mạnh làm chủ nhiệm.
Mục tiêu của đề tài là xác định và đưa ra được cơ sở khoa học và giải pháp ứng dụng của trí tuệ nhân tạo để nhận dạng và dự báo một số hiện tượng khí tượng thủy văn nguy hiểm trong bối cảnh biến đổi khí hậu tại Việt Nam. Đồng thời, đề xuất và ứng dụng được một số mô hình trí tuệ nhân tạo để nhận dạng và dự báo một số hiện tượng KTTV nguy hiểm gồm bão, mưa lớn diện rộng, không khí lạnh, lũ, nước biển dâng do bão. Cũng như xây dựng được hệ thống nhận dạng, hỗ trợ dự báo và cảnh báo một số hiện tượng KTTV nguy hiểm dựa trên mô hình trí tuệ nhân tạo phù hợp và bước đầu triển khai thử nghiệm trong dự báo nghiệp vụ.
Bám sát mục tiêu đó, trong thời gian 30 tháng (từ tháng 07/2018 đến tháng 12/2020), nhóm nghiên cứu đã thành công xây dựng được hệ thống nhận dạng, hỗ trợ dự báo và cảnh báo một số hiện tượng khí tượng thuỷ văn nguy hiểm trên mô hình trí tuệ nhân tạo phù hợp; Nghiên cứu đánh giá tổng quan về AI và dữ liệu lớn Big data; đã đánh giá hiện trạng, xu thế phát triển và ứng dụng của AI và Big data trong các ngành và lĩnh vực KTTV ở Việt Nam và ở một số nước trên thế giới như ngoài nước Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc...
Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong lĩnh vực khí tượng thuỷ văn nhằm nhận diện, hỗ trợ dự báo và cảnh báo một số hiện tượng khí tượng khí tượng thuỷ văn nguy hiểm. (Ảnh: Vista)
Sản phẩm đã đạt được bao gồm: cơ sở dữ liệu Big Data lưu trữ toàn bộ dữ liệu về bão, mưa lớn diện rộng, không khí lạnh, lũ, nước biển dâng do bão; Báo cáo cơ sở khoa học và thực tiễn của việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo để nhận dạng, dự báo một một số hiện tượng thuỷ văn trong bối cảnh biến đổi khí hậu tại Việt Nam.
Đồng thời, phát triển các phương pháp, công cụ cho các mô hình AI dự báo một số hiện tượng KTTV nguy hiểm gồm: các phương pháp, công cụ xử lý dữ liệu KTTV; Các phương pháp, công cụ trích rút đặc trưng về dữ liệu KTTV; Các phương pháp, công cụ mô hình ML, AI để huấn luyện dự báo KTTV; Các phương pháp, công cụ để tối ưu hóa cấu hình, tham số và xác định độ tin cậy của các mô hình ML, AI hỗ trợ dự báo KTTV; Các phương pháp, công cụ giải thích và ra quyết định thống kê trong mô phỏng quá trình dự báo KTTV bằng công nghệ AI;
Nghiên cứu ứng dụng công cụ Cray PE DL Plugin trong bài toán học sâu (DL) để mở rộng quy mô học DL tới một số lượng lớn các node trong hệ thống, qua đó giảm đáng kể thời gian học cho mạng nơ ron và tăng tính hiệu quả của DL khi đưa vào ứng dụng thực tế trong các mô hình AI dự báo KTTV. Nhất là trong giai đoạn hiện nay khi yêu cầu về các thông tin dự báo, cảnh báo KTTV thời gian thực, thời gian cực ngắn trong khoảng 30 phút - 1h.
Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu đã xây dựng và triển khai các hệ thống AI hỗ trợ dự báo các hiện tượng KTTV nguy hiểm gồm: Hệ thống AI để hỗ trợ dự báo bão, mưa lớn diện rộng và không khí lạnh khu vực Bắc Bộ; Hệ thống AI để hỗ trợ dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng; Hệ thống AI để hỗ trợ dự báo nước biển dâng do bão khu vực ven biển Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ; Hệ thống framework tích hợp các module AI dự báo KTTV.
Thành công của đề tài nghiên cứu có vai trò quan trọng góp phần nâng cao năng lực dự báo, cảnh báo thời tiết nguy hiểm như bão, mưa lớn diện rộng, không khí lạnh, lũ, nước biển dâng do bão, góp phần đáp ứng được yêu cầu của Luật Phòng, Chống thiên tai và Luật KTTV. Các sản phẩm của đề tài sẽ được chuyển giao cho các đơn vị sử dụng thông qua hình thức tập huấn cho các cán bộ ở Trung tâm Dự báo KTTV quốc gia và các Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ, Đông bắc, Đồng bằng Bắc bộ, Trung tâm Thông tin và Dữ liệu KTTV.
Trí tuệ nhân tạo là một lĩnh vực công nghệ nền tảng của Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, góp phần quan trọng tạo bước phát triển đột phá về năng lực sản xuất, nâng cao năng lực cạnh tranh quốc gia, thúc đẩy phát triển kinh tế tăng trưởng bền vững. Đẩy mạnh nghiên cứu, phát triển và ứng dụng trí tuệ nhân tạo, đưa trí tuệ nhân tạo trở thành lĩnh vực công nghệ quan trọng của Việt Nam trong cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư để đạt mục tiêu đến năm 2030, Việt Nam trở thành trung tâm đổi mới sáng tạo, phát triển các giải pháp và ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong khu vực ASEAN và trên thế giới. |
Tố Uyên
