Ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong công tác dự báo khí tượng thủy văn

TMO - Đài Khí tượng thủy văn (KTTV) khu vực Nam Bộ đã chuyển toàn bộ phương pháp dự báo KTTV truyền thống sang công nghệ số, từng bước sử dụng công nghệ dựa trên nền tảng trí tuệ nhân tạo AI… để nâng cao chất lượng dự báo, phục vụ công tác phòng chống thiên tai, cũng như nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội. 

Đài KTTV khu vực Nam Bộ đang quản lý mạng lưới hơn 400 trạm quan trắc KTTV và môi trường, phân bố rộng khắp trên 19 tỉnh, thành phố và ngoài biển; các thiết bị quan trắc cơ bản được chuyển đổi từ thủ công, bán thủ công sang hoàn toàn tự động; số liệu quan trắc được thu thập chính xác, kịp thời phục vụ tốt cho công tác dự báo, cảnh báo phục vụ phòng chống thiên tai, phát triển kinh tế - xã hội cho các địa phương khu vực Nam bộ.

Số liệu quan trắc khí tượng thủy văn có ý nghĩa rất lớn trong công tác dự báo cũng như công tác phòng chống thiên tai và biến đổi khí hậu. Nhằm cung cấp đầy đủ, kịp thời thông tin, dữ liệu khí tượng thủy văn đáp ứng các yêu cầu trong điều hành chính sách, phát triển kinh tế-xã hội, phòng chống thiên tai và ứng phó với biến đổi khí hậu, bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia, ngành khí tượng thủy văn khu vực Nam Bộ đã và đang được đầu tư nâng cấp mạng lưới quan trắc khí tượng tự động, đồng bộ với mục đích chuyển dần từ đo thủ công sang tự động, đan dày các trạm quan trắc ở vùng núi, vùng sâu.

Hiện nay tại Đài KTTV Nam Bộ có 4 dự án trạm đo mưa tự động, dự án VRAIN (82 trạm), dự án Hàn Quốc (49 trạm), dự án World Bank 4 (107 trạm), dự án World Bank 5 (57 trạm). Trước nguồn số liệu lớn và đa dạng từ các trạm tự động, cần phải xây dựng bộ công cụ thu thập, xử lý và chuẩn hóa toàn bộ nguồn số liệu mưa, giúp thực hiện truy xuất dễ dàng, thuận tiện và nhanh chóng.

Giao diện web hiển thị vị trí các trạm đo mưa tự động (295 trạm). 

Sau khi chuẩn bị xong bộ cơ sở dữ liệu Đài KTTV khu vực Nam Bộ sẽ tiến hành xây dựng một website giúp hiển thị, trích xuất và quản trị các sản phẩm mưa thu thập được. Để thuận tiện trong việc phân tích và trích xuất số liệu, website sẽ được xây dựng với các lớp bản đồ: Lớp bản đồ nền chứa thông tin tọa độ và ranh giới các tỉnh, thành phố, quận, huyện, xã…Lớp thông tin vị trí trạm chứa thông tin tên trạm, dự án và lượng mưa quan trắc được. Lớp dữ liệu mưa chứa thông tin lượng mưa tại các trạm, bảng mô tả màu sắc theo lượng mưa ghi nhận được. Hệ thống còn tích hợp các lựa chọn về thời gian để người dùng có thể thực hiện truy vấn dữ liệu một cách thuận tiện, dễ dàng, trực quan. Ngoài ra, người dùng cũng có thể truy vấn dữ liệu theo chuỗi thời gian và trích xuất dữ liệu ra định dạng excel.

Công tác dự báo KTTV của Đài đã liên tục có những bước phát triển vượt bậc trong thời gian qua. Từ chỗ chỉ sử dụng công cụ dự báo chủ yếu bằng phương pháp Synop truyền thống, phương pháp thống kê… đến nay, công nghệ dự báo số đã được triển khai ứng dụng trong nghiệp vụ hàng ngày. Hiện tại, Đài dự báo thời tiết chủ đạo bằng các mô hình WRF độ phân giải ngay lên tới 3km, trên cơ sở tích hợp đồng hóa dữ liệu các trạm khí tượng mặt đất và radar thời tiết.

Từ tháng 3/2023, Đài KTTV khu vực Nam Bộ chuyển giao, ứng dụng công nghệ dự báo ngập cho TP. Thủ Đức (TP.HCM). Đây là kết quả của công trình “Nghiên cứu, xây dựng và triển khai thử nghiệm hệ thống cảnh báo sớm ngập lụt đô thị dựa trên nền tảng trí tuệ nhân tạo tại TP.HCM” do Đài thực hiện. Theo đó, hệ thống cảnh báo sớm ngập lụt trên địa bàn TP.HCM trên cơ sở ứng dụng công nghệ thông tin trên nền tảng GIS (hệ thống thông tin địa lý) và ứng dụng nền tảng trí tuệ nhân tạo (AI) nhằm đảm bảo công tác dự báo, cảnh báo ngập lụt kịp thời, chính xác, theo hướng dự báo ngắn để chủ động phòng tránh, ứng phó với ngập lụt.

Kết quả dự báo, cảnh báo sẽ được chia sẻ thông tin trên kho dữ liệu dùng chung của TP.HCM, cho phép chính quyền và người dân truy cập một cách thuận lợi thông tin cảnh báo ngập theo thời gian thực.  đây là hệ thống hoàn toàn tự động, khép kín từ khâu dự báo mưa từ hình ảnh radar, đến dự báo mực nước tự động và dự báo ngập lụt bằng công nghệ AI. Sau đó, truyền tải thông tin kết quả dự báo đến cơ quan nhà nước qua WebGIS và người dân qua App trên thiết bị điện thoại thông minh.  từ tháng 6 đến nay, Đài triển khai dự báo thử nghiệm trên địa bàn TP. Thủ Đức.

Thông tin dự báo được tự động cập nhật liên tục trên trang WebGIS và kết nối với Cổng thông tin điện tử và ứng dụng trực tuyến “TP. Thủ Đức”. Các cơ quan quản lý, doanh nghiệp, người dân có thể truy cập web để nắm được số liệu dự báo mưa, ngập. Đặc biệt, người dân khi tải App “Thời tiết Sài Gòn” sẽ được nhận tin nhắn về các thông tin cảnh báo ngập trước thời gian có thể, sớm nhất là 15 phút.

Theo đánh giá, hệ thống  phần mềm dự báo ngập lụt sớm cho TP. Thủ Đức tuy mới được thử nghiệm nhưng đã thực sự phát huy hiệu quả, đem lại nhiều tiện ích cho cơ quan quản lý và người dân. Theo đó, UBND các phường, Phòng Quản lý Đô thị của TP. Thủ Đức có thể truy cập web để theo dõi, cập nhật các thông tin dự báo về mưa lớn trong thời gian cụ thể để đưa ra những khuyến nghị, cảnh báo cho các hoạt động kinh tế - xã hội. Còn người dân khi tải App sẽ nhận được các thông báo cảnh báo về các điểm có thể xảy ra ngập lụt.

Đài KTTV khu vực Nam Bộ ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI), giúp nâng cao năng lực dự báo, cảnh báo, phục vụ hiệu quả công tác phòng chống thiên tai trên địa bàn. 

Những năm qua, Đài KTTV khu vực Nam Bộ đã thực hiện nghiên cứu và ứng dụng một số giải pháp công nghệ mới, công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI), giúp nâng cao hiệu suất làm việc, năng lực dự báo, cảnh báo, phục vụ hiệu quả công tác phòng chống thiên tai trên địa bàn các tỉnh Nam Bộ như: Công cụ tự động thu thập-phân tích dữ liệu ảnh mây vệ tinh Himawari và radar thời tiết Nhà Bè, hệ thống đồng hóa dữ liệu quan trắc cho mô hình dự báo thời tiết độ phân giải cao WRF, công cụ phân tích và số hóa bản đồ phân tích thời tiết...

Bộ công cụ thu thập và số hóa dữ liệu quan trắc cũng như các ứng dụng công nghệ AI trong quan trắc và dự báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm diễn ra trong thời gian ngắn như mưa lớn, ngập lụt đô thị, có vai trò rất quan trọng trong hoạt động nghiệp vụ, hỗ trợ chính quyền và phục vụ nhân dân.

Thanh Tùng