Ứng dụng AI để nâng cao độ chính xác trong công tác dự báo

Chuyển đổi số đang là nhu cầu tất yếu của tất cả các quốc gia trên thế giới, tất cả các lĩnh vực trong đời sống của con người trong đó có lĩnh vực khí tượng thủy văn (KTTV). Còn ở nước ta, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Kế hoạch thực hiện Quyết định của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Đề án “Hiện đại hóa ngành KTTV đến năm 2025 và thời kỳ 2026 - 2030”. Kế hoạch đề ra 5 nhiệm vụ cụ thể: Cơ chế chính sách, tổ chức bộ máy, phát triển nguồn nhân lực; công nghệ thông tin và chuyển đổi số khí tượng thủy văn; mạng lưới trạm quan trắc khí tượng thủy văn; dự báo, cảnh báo khí tượng thủy văn; ứng dụng khoa học công nghệ, hợp tác quốc tế.

Thế giới: AI đang dần thể hiện sức mạnh vượt trội so với các công nghệ dự báo truyền thống

Trong những năm qua, Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) đã cùng với các quốc gia thành viên nỗ lực ứng dụng các công nghệ số, các công nghệ tiên tiến để cải thiện năng lực quan trắc thông qua các chương trình và hệ thống quan trắc như: Hệ thống quan trắc khí hậu toàn cầu (GCOS), Hệ thống quan trắc khí quyển toàn cầu (GAW), Hệ thống quan trắc tích hợp WMO (WIGOS),… hay cải thiện các hệ thống truyền tin như hệ thống thông tin WMO (WIS) nhằm tăng hiệu quả và tốc độ truyền, chia sẻ các dữ liệu KTTV với mật độ và khối lượng dữ liệu ngày một lớn trong hệ thống các thành viên của WMO. Các nỗ lực này đang đóng góp không nhỏ trong việc tạo ra các lớp dữ liệu lớn, đa chiều, đa thông tin phục vụ tạo ra các sản phẩm dự báo có chất lượng cao hơn, đa dạng hơn.

Trong khi đó, để nâng cao chất lượng dự báo, cảnh báo KTTV, nhiều nước trên thế giới đã chuyển sang hướng sang tiếp cận liên ngành, trong đó ưu tiên ứng dụng những thành tựu đột phá trong công nghệ thông tin nói chung và trong lĩnh vực dữ liệu lớn, AI nói riêng. Với khả năng tập hợp thông tin tổng hợp đa dạng và kịp thời cho dự báo viên thông qua việc bổ sung các công cụ trong nghiệp vụ với tính chất trực quan, kịp thời dựa trên nền tảng dữ liệu lớn và hệ thống AI, các hệ thống này ngoài việc cho phép truy cập đa dạng các nguồn dữ liệu, còn cho phép đưa ra thông tin kịp thời cho các dự báo viên về những nguy cơ, hệ quả khác nhau trong công tác dự báo, cảnh báo KTTV, giảm thiểu việc bỏ sót quá trình giám sát dự báo; có thể kể đến như: Chương trình Phát triển của Liên Hợp Quốc (UNDP) đã tạo ra một hệ thống cảnh báo sớm đa nguy cơ (MHEWS), áp dụng Big data, công nghệ Học máy ML và AI dựa trên dữ liệu do các nước cung cấp để hỗ trợ Georgia dự báo chính xác và cảnh báo sớm cho người dân, giúp giảm 30% thiệt hại nhân sự và tài chính. Tại Mỹ, Tập đoàn công nghệ đa quốc gia IBM đã phát triển Big Data, xử lý Dữ liệu có cấu trúc và phi cấu trúc, được xử lý bởi Operations Risk Insight (ORI), một nền tảng Big data áp dụng AI và ML để trực quan hóa và hỗ trợ quá trình ra quyết định, đưa ra tới 26 triệu dự báo hàng ngày.

Trong những năm gần đây, các hệ thống AI phát triển trong lĩnh vực dự báo thời tiết, thiên tai ngày càng được các tập đoàn lớn phát triển mạnh mẽ với sức mạnh và độ chính xác vượt trội so với các sản phẩm dự báo truyền thống như: Mô hình AI Grapcast do Google phát triển có độ chính xác và nhanh hơn nhiều lần so với mô hình dự báo có độ phân giải cao HRES của Trung tâm Dự báo thời tiết hạn vừa Châu Âu, hay công  cụ AI Pangu Weather do Tập đoàn Huawei phát triển có thể tạo ra dự báo thời tiết toàn cầu trong vòng vài giây, bao gồm tất cả các yếu tố như địa hình, độ ẩm, tốc độ gió, nhiệt độ và áp suất mực nước biển.

Chuyển đổi số, cùng các các công cụ chuyển đổi số như AI đang dần thể hiện sức mạnh vượt trội so với các công nghệ dự báo truyền thống, góp phần tạo ra những bản tin thời tiết, thiên tai có độ chính xác cao hơn, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu, hỗ trợ hiệu quả công tác giảm nhẹ rủi ro thiên tai, phát triển kinh tế - xã hội bền vững của toàn cầu.

Việt Nam: Phát triển rất nhiều các mô hình số, số trị hiện đại cho cả khí tượng thủy văn và hải văn

Ứng dụng KHCN không chỉ ở ngành KTTV mà ở tất cả các lĩnh vực đều là giải pháp then chốt để phát triển kinh tế - xã hội theo hướng bền vững, điều này cho thấy rằng thành tựu ứng dụng KHCN trong các mặt khác nhau của đời sống, của các lĩnh vực khác nhau trong đó có lĩnh vực KTTV. Đây cũng là một giải pháp then chốt để phát triển ngành trong chiến lược phát triển ngành KTTV cũng như Chỉ thị số 10 -CT/TW của Ban Bí thư về tăng cường sự lãnh đạo của Đảng đối với công tác KTTV đáp ứng yêu cầu xây dựng và bảo vệ Tổ quốc. Trong những năm qua, nước ta đã ứng dụng rất rộng rãi các thành tựu của thế giới, của Việt Nam trong lĩnh vực KHCN để tăng cường cho ngành KTTV các mảng khác nhau như quan trắc, dự báo, truyền tin.

Nước ta đã đưa ứng dụng công nghệ 4.0 IoT để truyền tin tự động

Đối với hệ thống quan trắc đó là tăng cường hệ thống hiện đại hóa các trạm đo ở khắp mọi miền đất nước theo hướng tự động hóa, hiện đại hóa, đồng thời hệ thống các trạm ra - đa thời tiết hiện đại và các thông tin vệ tinh ở các nguồn khác nhau giúp chúng ta có thông tin nhanh, chính xác, đầy đủ, kịp thời đối với các hiện tượng thiên tai đang xảy ra, do đó giúp cho chúng ta cảnh báo sớm được các ảnh hưởng thiên tai xảy ra nhanh và có phạm vi hẹp, quy mô của mỗi quốc gia và khu vực.

Đồng thời, trong thời gian gần đây nước ta đã phát triển rất nhiều các mô hình số, số trị hiện đại cho cả KTTV và hải văn. Điều này giúp cho chúng ta có được thông tin dự báo, cảnh báo dài hạn hơn, chi tiết hơn và đặc biệt là trực quan hơn, tin cậy hơn cho các hiện tượng KTTV nguy hiểm. Các thông tin KTTV sẽ được truyền tải trên nền tảng công nghệ số, nền tảng số hiện đại, do đó tính trực quan, tính chi tiết và tính phổ quát cho mọi đối tượng được rộng rãi hơn, truyền tải thông tin đến mọi người, mọi đối tượng nhanh chóng, tin cậy, giúp chúng ta có hành động sớm để ứng phó với thiên tai đã và đang xảy ra.

Nước ta đã đưa ứng dụng công nghệ 4.0 IoT để truyền tin tự động,…Điều này đã giúp ngành KTTV thông tin nhanh và kịp thời về các hiện tượng thiên tai đang xảy ra và vừa xảy ra các mọi miền của đất nước. Đối với loại hình mô hình dự báo, KTTV đã cập nhật và sử dụng các mô hình, phương án, công nghệ dự báo hiện đại gần như bậc nhất trên thế giới hiện nay, trong cả 3 lĩnh vực khí tượng, thủy văn và hải văn.

Các mô hình số trị dự báo chi tiết đến 1-3km phủ khắp đất nước, hạn dự báo từ 5-10 ngày cho ngành KTTV thông tin rất chi tiết về nhiệt độ, lượng mưa, hiện tượng thiên tai khác nhau để có thể có những bản tin phù hợp, dài hạn, chi tiết và tin cậy.

Đối với hải văn và thủy văn, đó là các mô hình thủy lực đã được cải tiến, nghiên cứu, ứng dụng phù hợp với các lưu vực sông, biển của Việt Nam để nước ta có được những thông tin ngoài thông tin như mực nước, lưu lượng và cả dòng chảy, biển, sóng biển để phục vụ cho công tác dự báo, cảnh báo với các loại thiên tai rất nguy hiểm này trên biển và trên các hệ thống sông của nước ta.

Đồng thời, ngành KTTV chúng ta cũng đã sử dụng rất nhiều các phương tiện tính toán, các phương tiện cơ sở dữ liệu gần tựa như big data để chúng ta có thể có rất nhiều thông tin khác nhau giúp cho các dự báo viên có lượng thông tin đầy đủ, phân tích cho quá trình phân tích để đưa ra các bản tin dự báo phù hợp. Các thông tin này được truyền tải bằng các phương tiện truyền thông trên nền tảng số hiện đại, phổ cập đến tất cả người dân và đối tượng sử dụng khác nhau.

Ghi nhận tại Ninh Bình và Vĩnh Long

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang diễn ra nhanh chóng, phức tạp, các hiện tượng thời tiết, thủy văn, hải văn cực đoan có xu hướng gia tăng về cường độ và tần suất thì công tác dự báo cần được nhận diện từ sớm, từ xa, nhanh chóng, chính xác. Các địa phương trong cả nước đều xác định: Ứng dụng mạnh mẽ công nghệ thông tin, thực hiện chuyển đổi số đang là giải pháp cho ngành KTTV.

Tại Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh Ninh Bình, để theo dõi, cập nhật các yếu tố thời tiết, bên cạnh những thao tác trực, ghi chép thủ công từ những thiết bị đo truyền thống đã trang bị thêm thiết bị tự động, đo các yếu tố như nhiệt độ không khí, độ ẩm, hướng và tốc độ gió, khí áp,… Với thiết bị này, dữ liệu được cập nhật chính xác theo thời gian thực.

Đài KTTV tỉnh Ninh Bình đã trang bị thêm thiết bị tự động, đo các yếu tố như nhiệt độ không khí, độ ẩm, hướng và tốc độ gió, khí áp...

Theo Quan trắc viên Đinh Thị Mận, làm tự động rất thuận tiện, thu số liệu 10 phút 1 lần, truyền trực tiếp về máy tính của Trạm, của Đài và của Ngành. Kỹ thuật viên không phải đi quan trắc, không phải tính toán số liệu để thảo mã điện. Ở trong Ngành rất thuận lợi vì vào máy tính, và phần mềm, cần số liệu là ra hết.

Được biết, trước đây, để có được dữ liệu, phác thảo nên mô hình thời tiết, các dự báo viên phải gọi điện, thu thập thông tin ở từng Trạm KTTV trong tỉnh, các địa phương lân cận và Tổng cục Thủy văn. Tuy nhiên, hiện nay, nhờ dữ liệu được kết nối, chia sẻ trên hệ thống dùng chung nên rất chủ động khai thác dữ liệu. Đặc biệt, các thông số được cập nhật, lưu trữ, sắp xếp khoa học đã tạo nên một báo cáo chi tiết theo từng khoảng thời gian mà dự báo viên cần. Dựa vào kết quả này, kết hợp với dữ liệu quan sát thông qua ảnh mây vệ tinh và mô hình trên thế giới cùng kinh nghiệm của mình, các dự báo viên sẽ đưa ra được bản tin dự báo thời tiết nhanh, chính xác nhất.

Cũng theo thông tin từ Đài Khí tượng thủy văn tỉnh Ninh Bình, ứng dụng công nghệ vào dự báo thì dự báo viên có thể nắm bắt được xu thế thời tiết và phân tích xu thế thời tiết đến 15 ngày, sự thay đổi thời tiết trong khoảng 3 ngày cũng có thể phát hiện được để đưa ra các cảnh báo nhanh chóng, chính xác.

Hiện nay, với các hiện tượng thời tiết thủy văn bình thường, Đài KTTV Ninh Bình sẽ phát đi các bản tin dự báo thường ngày trên đất liền và trên biển. Khi có dấu hiệu hình thái thời tiết nguy hiểm như bão, áp thấp nhiệt đới, nắng nóng, không khí lạnh, giông sét, lũ, lũ quét, sạt lở đất,… đơn vị sẽ đưa ra các bản tin dự báo, cảnh báo chi tiết với những tần suất khác nhau.

Bà Bùi Bích Thủy, Giám đốc Đài KTTV tỉnh Ninh Bình cho biết: “Trong thời kỳ tiếp theo của chuyển đổi số, ngành chúng tôi cũng đặt mục tiêu phát triển hiện đại hóa ngành. Ngoài nỗ lực của bản thân, chúng tôi rất cần sự hỗ trợ của các cấp, các ngành về công nghệ thông tin, trang thiết bị máy móc và đào tạo nguồn nhân lực”.

Biến đổi khí hậu, thiên tai đang diễn ra bất thường, khắc nghiệt, do vậy việc cảnh báo sớm, từ xa để đưa ra những nhận định, truyền tin chính xác đến cộng đồng là điều hết sức quan trọng, cấp thiết. Để đáp ứng tốt yêu cầu thực tiễn đặt ra, việc hiện đại hóa công nghệ quan trắc, kỹ năng xử lý số liệu, truyền tin, dự báo là nhiệm vụ hàng đầu của ngành khí tượng hiện nay. Chuyển đổi số được kỳ vọng sẽ giải quyết tốt vấn đề dự báo nhanh, chính xác về những hình thái thời tiết, biến đổi khí hậu để phòng chống thiên tai phục vụ phát triển kinh tế - xã hội.

Tại tỉnh Vĩnh Long, cùng với ngành KTTV trong nước, Đài KTTV tỉnh Vĩnh Long đã từng bước ứng dụng các công nghệ cao và chuyển đổi số trong hoạt động quan trắc, thu thập, lưu trữ thông tin, dữ liệu và dự báo, cảnh báo KTTV, từ đó, công tác dự báo, cảnh báo của ngành KTTV đã có những chuyển biến rõ rệt cả về lượng và chất.

Các dự báo viên Đài KTTV Vĩnh Long trong buổi tập huấn cập nhật kiến thức về công tác dự báo hạn mặn. Ảnh TTXVN

“Hiện nay, nhờ dữ liệu được kết nối, chia sẻ trên hệ thống dùng chung nên rất chủ động khai thác dữ liệu. Đặc biệt, các thông số được cập nhật, lưu trữ, sắp xếp khoa học đã tạo nên hệ thống dữ liệu chi tiết theo từng khoảng thời gian mà dự báo viên cần. Dựa vào kết quả này, kết hợp với dữ liệu quan sát thông qua ảnh mây vệ tinh và mô hình dự báo số của châu Âu, Mỹ, Nhật cùng kinh nghiệm của mình, các dự báo viên sẽ đưa ra được bản tin dự báo, cảnh báo thời tiết nhanh chóng, kịp thời, chính xác nhất”- Dự báo viên Trần Quốc Vỹ thông tin!.

Được biết, trước đây phải mất từ 30 phút để cập nhật thông tin số liệu cho 1 bản tin dự báo hàng ngày thì hiện nay chỉ trong 5-7 phút, vừa nhanh vừa chính xác, không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn ít tốn nhân lực.

Ghi nhận về những đột phá trong công tác chuyển đổi số của ngành KTTV nước ta, ông Trương Hoàng Giang- Giám đốc Đài KTTV tỉnh Vĩnh Long cho biết, CĐS trong ngành KTTV đã đánh dấu bước phát triển, tiến bộ mới. Theo đó, đã có sự chuyển biến rõ rệt trong hoạt động quan trắc, thu thập, lưu trữ thông tin, dữ liệu và dự báo, cảnh báo KTTV. Hiện Vĩnh Long có gần 20 trạm đo mưa, 2 trạm đo mực nước và 1 trạm đo khí tượng. Nếu như trước đây chỉ dự báo thời tiết được 5- 7 ngày tiếp theo, thì hiện nay có thể dự báo 1 tháng tới.

“Trước đây, giai đoạn từ năm 2010 trở về trước, hầu hết việc quan trắc các yếu tố KTTV đều hiện bằng thủ công, như quan trắc mực nước phải có 3 nhân viên thay phiên lấy thông tin, đọc thông số thủ công dẫn đến không chính xác không cao, không có tính liên tục, số liệu gửi đến các cơ quan qua đường bưu điện, không kịp thời cập nhật số liệu thì nay nhờ áp dụng công nghệ, chuyển đổi số, hầu hết số liệu qua trắc đã được tự động hóa, có thể truy cập dữ liệu trong thời gian thực”- ông Trương Hoàng Giang thông tin thêm!

Qua đó, đã mang lại những hiệu quả trong công tác quan trắc, truyền tin và phục vụ hiệu quả dự báo, cảnh báo KTTV cả về lượng và chất cũng như đa dạng hóa hình thức thông tin hướng đến từng đối tượng sử dụng, giúp thông tin nhanh chóng, kịp thời, chính xác hơn” - ông Giang cho biết thêm.

Thời gian qua, Đài KTTV Vĩnh Long đã 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. Theo đó trung bình, mỗi năm, Đài KTTV cung cấp trên 150 bản tin mưa dông, 30 bản tin hạn mặn, trên 30 bản tin ngập lụt, 30 bản tin nắng nóng. Theo đó, chất lượng dự báo các bản tin đạt từ 75- 90%. Những năm gần đây, do ảnh hưởng của El Nino, khiến thời tiết nắng nóng kéo dài, Đài đưa ra cảnh báo thường xuyên, đến nay đã có 25 bản tin dự báo nắng nóng.

Được biết, thời gian tới, để nâng cao chất lượng, hiệu quả công tác KTTV, Đài KTTV Ninh Bình và Đài KTTV Vĩnh Long sẽ tiếp tục nâng cao năng lực, chất lượng dự báo, cảnh báo KTTV, giám sát biến đổi khí hậu; đẩy mạnh ứng dụng chuyển đổi số, ứng dụng KH&CN tiên tiến; hoàn thiện phương pháp, quy trình dự báo, cảnh báo thiên tai, biến đổi khí hậu, bảo đảm cung cấp đầy đủ, kịp thời thông tin, dữ liệu KTTV, đặc biệt là thông tin, dữ liệu về nguy cơ xảy ra các hiện tượng KTTV nguy hiểm, bất thường có thể ảnh hưởng hoặc gây thiệt hại về người, tài sản với độ tin cậy, chính xác cao. Đồng thời, nâng cao nhận thức, trách nhiệm của dự báo viên để thông tin kịp thời, chính xác. Đặc biệt, chú trọng công tác đào tạo, bồi dưỡng nâng cao năng lực, trình độ của đội ngũ cán bộ, công chức, viên chức, người lao động làm công tác KTTV, bảo đảm chuyên nghiệp, đáp ứng tốt yêu cầu nhiệm vụ.

Bảo Trâm