Cảnh báo nguy cơ sinh thái Vườn quốc gia Tràm chim bằng công nghệ AI/IoT

Hơn 7.000 ha với hệ sinh thái đa dạng, Vườn quốc gia Tràm Chim (huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp) - một trong 8 khu Ramsar của Việt Nam, đang đối mặt với các vấn đề bảo tồn và quản lý sinh thái nghiêm trọng. Do đó, nhóm nghiên cứu của Trường ĐH Bách Khoa ĐHQG-HCM và Đại học Wollongong (Úc) đã hợp tác thực hiện dự án “Quản lý môi trường hệ sinh thái với công nghệ AI/IoT” như một giải pháp phục vụ hoạt động quản lý môi trường của Vườn Quốc gia Tràm Chim.

Để hiểu rõ hơn về quá trình thực hiện dự án cộng đồng này, Website ĐHQG-HCM đã có cuộc trao đổi với PGS.TS Phạm Quốc Cường -  Giảng viên khoa Khoa học và Kỹ thuật Máy tính, đồng chủ nhiệm dự án trên.

Xây dựng trạm quan trắc tự động

* Thưa PGS.TS Phạm Quốc Cường, ý tưởng thực hiện dự án đến từ đâu?

- Vườn quốc gia (VQG) Tràm Chim là một khu Ramsar của thế giới. Nơi đây là chốn về của loài chim đặc hữu sếu đầu đỏ cùng nhiều loài chim khác. Đặc tính của chúng là di cư và chỉ trở về VQG vào mùa sinh sản. Tuy vậy, trong những năm gần đây, chim chóc lại không trở về VQG nữa. Sau khi nghiên cứu, các chuyên gia nhận ra nguyên nhân là do các đầm lầy ô nhiễm, cá, tôm chết nhiều gây ra việc không đủ thức ăn cho chim.

Để khắc phục tình trạng này, từ khoảng năm 2011, VQG đã đặt nhiều trạm quan trắc tự động nhằm thu thập thông tin về điều kiện sống của sinh vật để xử lý kịp thời. Tuy vậy, chỉ sau khoảng ba năm, những trạm quan trắc đó đã bị hư hỏng. Từ đó, những nhân viên trong VQG tiến hành việc đo chất lượng môi trường sống của sinh vật thủ công định kì. Việc đo thủ công trong một không gian rộng như VQG đã gây ra nhiều khó khăn.

Chính vì vậy, VQG Tràm Chim đã liên hệ Trường ĐH Bách Khoa ĐHQG-HCM - vốn là đơn vị hợp tác toàn diện của UBND tỉnh Đồng Tháp - để tìm kiếm sự giúp đỡ. Dưới sự chỉ đạo và ủng hộ từ Ban giám hiệu nhà trường, đoàn nghiên cứu thực địa của Trường ĐH Bách Khoa ĐHQG-HCM đã làm việc với lãnh đạo VQG Tràm Chim để tìm hiểu, khảo sát nhu cầu hiện có. Dựa vào đó, chúng tôi đã lên ý tưởng về việc xây dựng một hệ thống quan trắc và hỗ trợ quản lý môi trường.

* Được biết đây là dự án hợp tác nghiên cứu với một trường đại học của Úc. Sự hợp tác này đã diễn ra như thế nào, thưa ông?

- Dự án này được phối hợp thực hiện giữa Trường ĐH Bách Khoa ĐHQG-HCM và Trường ĐH Wollongong, Úc cùng sự hỗ trợ từ VQG Tràm Chim, UBND tỉnh Đồng Tháp và tập đoàn Microsoft.

Trong quá trình thực hiện dự án, khó khăn lớn nhất mà chúng tôi gặp phải là tình hình dịch bệnh khiến việc đi lại khó khăn, chúng tôi chưa thể trở lại VQG để khảo sát thực địa. Dịch bệnh còn gây khó khăn trong việc mua sắm các trang thiết bị để xây dựng các trạm quan trắc, đặc biệt là các cảm biến đo đạc các chỉ số môi trường. Tuy nhiên, chúng tôi tin rằng các khó khăn này sẽ sớm được khắc phục nhờ công tác chống dịch hiệu quả của Chính phủ và UBND các tỉnh, thành phố.

* Thưa ông, công nghệ AI/IoT đã được ứng dụng trong hệ thống quan trắc và hỗ trợ quản lý môi trường của dự án này như thế nào?

- Chúng tôi sử dụng các trạm quan trắc dữ liệu môi trường tự thiết kế để đo đạc các tham số như: mực nước, oxy hòa tan, độ đục của nước, nhiệt độ, độ ẩm môi trường. Cấu tạo của một trạm quan trắc bao gồm: pin mặt trời, camera, hệ thống cảm biến đo đạc các chỉ số và bộ xử lý trung tâm điều khiến cảm biến. Việc quan trắc các tham số này giúp các nhà quản lý ngay lập tức nắm bắt được các chỉ số quan trọng để phát triển hệ sinh thái VQG Tràm Chim.

Chúng tôi đã sử dụng các camera AI để tự động chụp ảnh tại vị trí cố định trong VQG. Từ đó, áp dụng công nghệ nhận dạng ảnh để phân tích, phân loại và đánh giá các quần thể thực vật và động vật, đặc biệt là các loài chim quý.

Đây là các thiết bị giao tiếp không dây tầm xa nên khoảng cách giữa mỗi thiết bị có thể lên đến 10km. Để được lắp đặt trong VQG, các thiết bị này phải thỏa mãn các yếu tố: không phá cảnh sắc thiên nhiên, không làm phiền các loài sinh vật, nằm đầu hoặc cuối nguồn nước.

Cảnh báo nguy cơ gây cháy, kiểm đếm số lượng chim

* Kết quả của việc quan trắc sinh thái này có ý nghĩa như thế nào đối với Vườn quốc gia Tràm Chim, thưa ông?

- Tùy từng nhóm sinh vật chúng tôi sẽ có những phân tích và đánh giá dựa trên bộ tiêu chí khác nhau. Đối với chim, mục tiêu chủ yếu là nhận dạng và kiểm đếm số lượng. Cụ thể, với sếu đầu đỏ, hệ thống sẽ nhận dạng được nó khi loài chim này di cư về lại khu vực Tràm Chim cũng như có thể đếm được số lượng hiện hữu ở mỗi mùa di cư. Còn thảm thực vật, chúng tôi sẽ phân tích ảnh để đưa ra mức độ nguy cơ gây cháy (một trong những vấn đề rất được quan tâm ở Tràm Chim). Về nguồn nước, chúng tôi sẽ đánh giá các thông số liên quan mực nước, độ đục của nước... dựa vào những ảnh chụp mặt nước.

Các tiêu chí cụ thể sẽ cần phải được phân tích rất cẩn thận thông qua việc khảo sát chi tiết vị trí lắp đặt thiết bị và điều kiện môi trường tại đó. Để đưa ra được các tiêu chí này, dự án cần ý kiến của chuyên gia trong các lĩnh vực liên quan. Đó cũng là lý do tại sao dự án có sự kết hợp của nhiều nhà khoa học ở các lĩnh vực từ khoa học máy tính đến khoa học môi trường và cả chuyên gia về động vật, bảo tồn thiên nhiên.

* Dự án sẽ được triển khai tại VQG Tràm Chim như thế nào, thưa ông?

- Dự án đã chính thức nhận được nguồn tài trợ vào cuối tháng 9 vừa qua và theo dự tính, chúng tôi bắt đầu khởi động trong tháng 10. Tuy nhiên vì ảnh hưởng của dịch COVID-19, chúng tôi sẽ triển khai dự án ngay khi dịch bệnh tại TP.HCM và tỉnh Đồng Tháp đã kiểm soát tốt.

Hiện tại, theo kế hoạch và thoả thuận với Chính phủ Úc, dự án sẽ kéo dài trong một năm. Trong thời gian tới, chúng tôi sẽ làm việc với các bên liên quan tại Đồng Tháp để triển khai khảo sát thực địa, xây dựng thiết bị quan trắc và lắp đặt thiết bị. Giai đoạn sau của dự án là phát triển một bảng điều khiển tự động phân tích, đánh giá dữ liệu thu được cũng như cung cấp thông tin cho các nhà quản lý, nhà khoa học và người sử dụng. Cụ thể, chúng tôi sẽ triển khai khoảng 40 thiết bị quan trắc và 20 camera AI để quản lý các khu vực trọng điểm của VQG Tràm Chim.

* Những điểm khác biệt của dự án này so với các dự án quản lý môi trường sinh thái khác là gì, thưa ông?

- AUS4Innovation là một chương trình do Chính phủ Úc phối hợp Bộ Khoa học - Công nghệ Việt Nam triển khai từ năm 2018. Chương trình này được tổ chức nhằm tìm kiếm các dự án khả thi có đóng góp cho sự phát triển khoa học - công nghệ tại Việt Nam. Trong khuôn khổ chương trình này với chủ đề “Tăng cường chuyển đổi số”, dự án này chắc chắn là mới và khác biệt so với các dự án quản lý sinh thái trước đây.

Thứ nhất, chúng tôi kết hợp hai trong số những công nghệ tiên tiến trong kỷ nguyên 4.0 và chuyển đổi số là IoT và AI để thực hiện việc quản lý sinh thái. Các thông tin về động thực vật và nguồn nước sẽ được giám sát, thu thập một cách hoàn toàn tự động.

Thứ hai, kết quả thu thập được sẽ được AI phân tích một cách tự động để có được những báo cáo kịp thời nhằm giúp người quản lý nhanh chóng đưa ra những giải pháp. Xa hơn nữa, khi dữ liệu đã đủ nhiều và thời gian vận hành đủ dài, AI có thể đưa ra những cảnh báo sớm về những nguy cơ gặp phải của hệ sinh thái được giảm sát bởi hệ thống. Đồng thời, toàn bộ dữ liệu thu thập, báo cáo và cảnh báo đều đã được số hóa ngay từ bước đầu tiên.

Cuối cùng, dự án phải xanh và ít tác động đến môi trường. Trong dự án này chúng tôi sử dụng hoàn toàn nguồn năng lượng mặt trời, kết nối không dây tầm xa và giảm thiểu sự có mặt của con người tại những khu vực giám sát, từ đó, sẽ có ít tác động đến sinh cảnh nhất.

PHƯƠNG ANH - THU THẢO