KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Ứng dụng AI/IoT trong quản lý môi trường tại Vườn Quốc gia Tràm Chim

Vườn Quốc Gia Tràm Chim nằm trong vùng Đồng Tháp Mười thuộc tỉnh Đồng Tháp (Việt Nam), là một trong những tàn dư cuối cùng của hệ sinh thái đất ngập nước đang trong nguy cơ bị đe dọa. Tràm Chim mang giá trị du lịch và đa dạng sinh học đáng kể, là nơi cung cấp môi trường sống cho hơn 230 loài chim và 130 loài cá, trong đó đặc trưng có loài sếu đầu đỏ quý hiếm được xếp vào danh sách có nguy cơ tuyệt chủng trong Sách đỏ của IUCN. Tràm Chim được công nhận là khu Ramsar có tầm quan trọng quốc tế theo Công ước Ramsar. Tuy nhiên, công tác quản lý và nghiên cứu môi trường hiện nay tại Tràm Chim đang bị cản trở bởi các dữ liệu khảo sát không toàn vẹn và thường xuyên, nguyên nhân vì không có điều kiện tiếp cận các địa điểm xa xôi hay bị lũ lụt thường xuyên. Giải pháp này quy tụ các chuyên gia hàng đầu về Trí tuệ nhân tạo (AI, Học Máy(ML), Internet vạn vật (IoT), Công nghệ Môi trường và Bảo tồn đa dạng sinh học nhằm chuyển đổi công tác quản lý môi trường của Vườn Quốc Gia.

Giải pháp của chúng tôi sẽ tận dụng nhiều loại thiết bị IoT (ví dụ thuyền không người lái, camera và cảm biến đo độ đục, mực nước, nhiệt độ, CO2, độ ẩm) để có thể khảo sát liên tục thường xuyên trên khu vực rộng lớn ở Tràm Chim. Các công nghệ AI/ML sẽ được tận dụng để xử lý, phân tích và phân loại lượng lớn dữ liệu thành các chỉ số cung cấp thông tin chi tiết theo thời gian thực về sức khỏe hệ sinh thái của Vườn (động vật, thực vật và nước). Kết quả mong đợi của dự án là một giao diện điều khiển kỹ thuật số được hỗ trợ bởi AI có thể dễ dàng truy cập cho các bên liên quan khác nhau của Vườn (như kiểm lâm, cán bộ quản lý và nhà nghiên cứu) thông qua nhiều thiết bị tính toán khác nhau (như máy tính cá nhân, điện thoại di động, máy tính bảng) nhằm hỗ trợ việc quản lý và ra quyết định phù hợp với mực nước, sự phát triển của cỏ dại và động vật hoang dã. Giao diện điều khiển kỹ thuật số cũng sẽ cung cấp một minh chứng rõ ràng về cách các biện pháp can thiệp quản lý tác động ra sao đến các chỉ số quan trọng trong sức khỏe hệ sinh thái của Vườn.

Chúng tôi xây dựng một giải pháp đầu cuối tận dụng công nghệ Trí tuệ nhân tạo (AI) để chuyển đổi công tác quản lý môi trường của Vườn Quốc Gia Tràm Chim. Kiến trúc các cấp của hệ thống được thể hiện như bên dưới:

Các khối chính của hệ thống chúng tôi xây dựng như sau:

  • IoT data collection: Khối này bao gồm các thiết bị IoT (như drone, camera, máy ảnh và cảm biến nước) sẽ thu thập dữ liệu (ví dụ: hình ảnh động vật, thực vật, mực nước, độ đục, nhiệt độ, CO2 và các thông số khác) trong tất cả các khu vực thuộc hệ sinh thái Tràm Chim. Dữ liệu sẽ được thu thập liên tục, lưu trữ trên đám mây và được xử lý theo thời gian thực để cung cấp thông tin cập nhật về tình trạng hệ sinh thái của Vườn.

  • AI/ML data processing and classification: Khối này bao gồm một loạt các thuật toán và mô hình xử lý hình ảnh và AI/Học Máy, tự động xử lý và phân tích dữ liệu để tạo ra nhiều thông tin chi tiết khác nhau, như đếm số động vật và loài, phân loại thực vật và xác định chúng ở các trạng thái khác nhau, đồng thời xác định mực nước ở các khu vực khác nhau của Vườn.

  • Digital AI-powered dashboard: Khối này có thể dễ dàng được tiếp cận đối với các bên liên quan khác nhau của Vườn (như kiểm lâm, cán bộ quản lý và nhà nghiên cứu) thông qua các thiết bị máy tính thông thường (như máy tính cá nhân, điện thoại di động hoặc máy tính bảng) để hỗ trợ việc ra quyết định. Giao diện điều khiển kỹ thuật số cũng sẽ cung cấp một minh chứng rõ ràng về cách các biện pháp can thiệp quản lý tác động ra sao đến các chỉ số quan trọng về sức khỏe hệ sinh thái của Vườn. Ngoài ra, giao diện điều khiển sẽ có thể phát thông báo cảnh báo cho người dùng/quản trị viên trong các trường hợp nguy hiểm như hỏa hoạn, mực nước thấp hoặc độ mặn cao.

Sản phẩm này đại diện cho một sự chuyển đổi kỹ thuật số lớn trong việc quản lý các hệ sinh thái đất ngập nước phức tạp. Hệ thống này sẽ là hệ thống đầu tiên của loại hình quản lý môi trường ở Việt Nam. Cụ thể, nó giải quyết những điều sau:

  • Thúc đẩy siêu kết nối thông qua phát triển cơ sở hạ tầng IoT, bao gồm drone, cảm biến, giao diện điều khiển kỹ thuật số và lưu trữ đám mây. Cấu trúc này được hỗ trợ bởi AI và Học Máy, phân tích Dữ liệu lớn được thu thập bởi các thiết bị IoT. Cơ sở hạ tầng này là sáng tạo và không tồn tại ở Tràm Chim hay bất kỳ Vườn Quốc Gia nào khác ở Việt Nam.

  • Tăng cường cơ hội “chia sẻ” thông qua việc cung cấp công khai khung hệ thống và dữ liệu môi trường thu thập được từ hệ thống cho quốc gia và cộng đồng quốc tế để nghiên cứu và phát triển bền vững, đưa đến những tác động toàn cầu.

  • Xây dựng các mô hình kinh doanh mới, hiệu quả hơn cho quản lý môi trường của Vườn Quốc Gia Tràm Chim và cảnh quan đất ngập nước thông qua các phương pháp tiếp cận ra quyết định dựa trên dữ liệu.

  • Nâng cao năng suất và hiệu quả bằng cách giảm chi phí lao động của việc thu thập, xử lý và phân loại dữ liệu theo cách thủ công để theo dõi sức khỏe hệ sinh thái của Vườn. Những phần công việc này hiện đã được tự động hóa bằng cách sử dụng các công nghệ AI đáng tin cậy.

  • Thúc đẩy sự phát triển bền vững, toàn diện hơn của Vườn Quốc Gia Tràm Chim và hệ sinh thái đất ngập nước, do đó nâng cao sức khỏe của động vật và người dân trong khu vực địa phương.

Hiện tại, dự án được triển khai dưới sự hợp tác giữa trường Đại học Bách khoa – ĐHQG-HCM, Vườn Quốc gia Tràm Chim và trường Đại học Wollongong, Úc. Sản phẩm đang được triển khai và vận hành trực tiếp tại Vườn Quốc gia Tràm Chim. Toàn bộ quy trình vận hành của sản phẩm đã được chuyển giao cho Vườn Quốc gia Tràm Chim để vận hành và quản lý Vườn. Công nghệ xây dựng các trạm quan trắc IoTs và các trạm AI camera do trường Đại học Bách khoa làm chủ và sản sàng chuyển giao cho các đối tác, địa phương có quan tâm và nhân rộng mô hình. Công nghệ nhận dạng chim, cảnh báo cháy dựa trên học máy do trường Đại học Wollongong phát triển cũng đã được chuyển giao hoàn toàn cho nhóm nghiên cứu của trường Đại học Bách khoa và sẵn sàng chuyển giao cho các địa phương, các Vườn Quốc gia khác có quan tâm.

Hình ảnh của sản phẩm tiêu biểu

Nhóm thực hiện dự án báo cáo sản phẩm cho Phó Thủ tướng Vũ Đức Đam, Bộ trưởng Bộ KH&CN Huỳnh Thành Đạt và Đại sứ Austrilia tại Việt Nam
Trạm camera AI nhận dạng và kiểm đếm chim tại Vườn Quốc gia Tràm Chim
Lắp đặt trạm quan trắc chất lượng không khí tại Vườn Quốc Gia Tràm Chim
Chim được nhận dạng tự động bởi hệ thống Camera AI

Liên hệ nhóm tác giả, tác giả

PGS.TS. Phạm Quốc Cường

Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM, 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, TP.HCM

Email: cuongpham@hcmut.edu.vn

Điện thoại: 0983846252

Hội nghị thường niên 2022

Scroll to Top