ĐẠI HỌC UEH TRƯỜNG KINH DOANH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KINH DOANH, ứng dụng data science vào biến đổi khí hậu
ĐẠI HỌC UEH TRƯỜNG KINH DOANH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KINH DOANH ��✍ TIỂU LUẬN CUỐI KỲ MÔN HỌC: KHOA HỌC DỮ LIỆU Đề Tài: Ứng Dụng Data Science Vào Vấn Đề Biến Đổi Khí Hậu Giảng Viên : TS Nguyễn An Tế Lớp học phần : 22C1INF50905956 – Sáng thứ Khóa/hệ : K47 – Đại học quy Nhóm Sinh Viên: Lâm Minh Đức - 31211024773 Trần Thanh Hải - 31211028264 Vũ Ngọc Hạ - 31211028262 Lê Thị Xuân Hân - 31211024401 Nguyễn Vũ Ngọc Hân - 31211020270 TP Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 11 năm 2022 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn An Tế thầy hướng dẫn chúng em tận tâm suốt trình học Qua giảng thầy giúp chúng em có thêm kiến thức để phục vụ cho trình học chúng em mai sau Bộ môn Khoa học liệu môn học thú vị, vơ bổ ích có tính thực tế cao mơn cung cấp kiến thức hữu ích gắn liền với nhu cầu áp dụng thực tiễn sinh viên Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm đề tài hạn chế kiến thức, tiểu luận chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận nhận xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía Thầy để tiểu luận hồn thiện Kính chúc Thầy sức khỏe, hạnh phúc, thành công đường nghiệp giảng dạy CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DATA SCIENCE 1.1 Khái niệm data science Data science hay gọi khoa học liệu (ở cấp độ bản) định nghĩa sử dụng liệu để có thơng tin chun sâu có giá trị Data Science (ở cấp độ cao hơn) kết hợp phức tạp kỹ lập trình, trực quan hóa liệu, cơng cụ dòng lệnh, sở liệu, thống kê, học máy nhiều để tìm tịi, khai thác, thu thập phân tích liệu để đưa insights thơng tin có giá trị từ số lượng lớn liệu Để hiểu rõ khái niệm data science ta tìm hiểu qua ví dụ sau: Một doanh nghiệp kinh doanh mạng xã hội thu thập thông tin tất viết, hình ảnh, chương trình ưu đãi, đăng, Sau thu thập, họ phân tích đưa nội dung khách hàng thích nhất, đăng hiệu để lên kế hoạch kinh doanh 1.2 Ý nghĩa vai trò data science Một khảo sát vai trò Data Scientist tăng 650% kể từ năm 2012 Khoảng 11,5 triệu việc làm liên quan đến chức danh tạo đến năm 2026 (theo U.S Bureau of Labor Statistics) Các data scientist đóng vai trị nhà tư vấn cho công ty, họ tham gia trực tiếp vào trình định khác tạo chiến lược Nhờ hiểu biết liệu, họ hỗ trợ công ty đưa định kinh doanh thơng minh Điển công ty công nghệ Google, Netflix, Amazon sử dụng data science để phát triển hệ thống đề xuất tích cực cho người dùng Tương tự, cơng ty tài khác sử dụng phương pháp phân tích dự báo để dự đốn giá cổ phiếu Khoa học liệu giúp tạo hệ thống thơng minh đưa định dựa liệu lịch sử Thơng qua đồng hóa với cơng nghệ Thị giác máy tính, Xử lý cơng nghệ tự nhiên, Reinforcement Learning (một lĩnh vực thuộc Machine Learning) Hiện ngành nghề áp dụng data science để xử lí vấn đề đặt thông qua số Và lĩnh vực nghiên cứu biến đổi khí hậu khơng ngoại lệ Biến đổi khí hậu ln vấn đề thách thức lớn người việc áp dụng data science vào vấn đề dự đốn biến đổi khí hậu đem lại hiệu đáng kể, bước tiến nhân loại Data science giúp giải số vấn đề sau: - Tìm dấu hiệu chung để dự báo thiên tai - Thu thập nguồn liệu lớn trái đất để theo dõi vấn đề môi trường điều tra nguyên nhân - Dự báo sức tàn phá thiên tai - Hạn hán, lũ lụt bất thường - Kết nối trạm khí tượng - … CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA DATA SCIENCE VÀO VẤN ĐỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 2.1 Dự báo thiên tai Sau thiên tai (bão, lũ lụt, động đất,…) xảy ra, nhà khoa học thu thập liệu trước xảy thiên tai Sau đó, họ tổng hợp lại lại thành Database lớn khai phá liệu (Datamining), kết tạo Database hồn chỉnh dấu hiệu thiên tai để cảnh báo sớm cho người dân để chuẩn bị cơng tác phịng chống sớm nhằm giảm thiểu tác hại thiên tai: Cảm biến địa chấn: để phát biến động bất thường mặt đất núi lửa, động dất, sóng thần gây dùng đến cảm biến địa chất công cụ để đo lường chuyển động bất thường Cảm biến giúp phát sóng sơ cấp, dấu hiệu trận thiên tai Hình ảnh đồ họa vẽ cách phân tích liệu cung cấp cảm biến hữu ích việc giải tình nguy cấp, có sở xây dựng cảnh báo cho cơng chúng Hình 1: thiết bị cảm biến địa chấn Các cảm biến hàng hải phân tích liệu dùng để phát phân tích dịch chuyển dịng hải lưu, sóng, chất lượng nước,… từ phán đốn ảnh hưởng thảm họa Từ phán đốn này, áp dụng biện pháp phù hợp để giảm bớt thiệt hại thiên tai Hình 2: cảm biến chuyển động DMS - đo chuyển động hàng hải 2.2 Thu thập liệu để theo dõi vấn đề mơi trường, phân tích tìm hiểu ngun nhân Một số công cụ không gian địa lý cung cấp thông tin chi tiết kiểu thời tiết biến đổi, mực nước biển dâng cao gia tăng nguy gây ảnh hưởng tới sức khỏe người Dựa vào hình ảnh hóa thơng tin đây, nhà khoa học người chuyên gia hiểu hình dung phát triển Hệ thống thơng tin địa lý (Geographic Information System - GIS) bao gồm tập hợp cơng cụ dựa máy tính để điều tra, thu thập, phân tích lập đồ liệu khơng gian Trên sở liệu có được, nhà nghiên cứu tạo hồ sơ mô tả tính dễ bị tổn thương khu vực địa lý nhằm phân tích thay đổi khí hậu công nghệ GIS - GIS nghiên cứu biến đổi khí hậu: Những nhà nghiên cứu sử dụng GIS để biết thông tin biến đổi khí hậu theo nhiều cách khác nhau, gồm có: ● Xác định khu vực có nhiệt độ cao bất thường so với mức trung bình nhiệt độ tồn cầu ● Xác định q trình khí tự nhiên có tác động đến nóng lên tồn cầu ● Phát triển mơ hình để chứng minh khí hậu ấm lên gây ảnh hưởng đến sinh thái vùng khác cách cụ thể ● Điều tra, phân tích mối quan hệ biến đổi khí hậu thay đổi độ che phủ đất, chẳng hạn chặt bỏ cối ● Cố gắng hình dung loạt yếu tố có khả tác động đến phát triển ngành công nghiệp, trồng, động vật hoang dã Các chuyên gia GIS với chun mơn, kiến thức đa dạng có kinh nghiệm phương pháp thực hành tốt để triển khai công nghệ tiên tiến cho việc giám sát biến đổi khí hậu, quản lý carbon quản lý thiên tai Cơng nghệ có giá trị đóng vai trò quan trọng việc xác định rủi ro tính dễ bị tổn thương biến đổi khí hậu tương lai, đó, hữu ích cho hoạt động thích hợp với thiết kế thực - Ứng dụng GIS phát biến đổi khí hậu ● Mở rộng rừng ngăn chặn nạn phá rừng phương pháp đơn giản nhanh chóng để giảm lượng CO2 khơng khí xung quanh giảm tượng nóng lên tồn cầu Việc giám sát hàm lượng carbon cần phải sử dụng kỹ thuật GIS Cơng nghệ GIS sử dụng để lập đồ carbon rừng ● Đánh giá lập đồ GIS dựa phần mềm có hiệu quy hoạch địa lý, xác định thay đổi mơi trường tích hợp kế hoạch hành động ● Sử dụng liệu GIS, lập đồ khí hậu ước tính cho thay đổi khí hậu dự đốn tương lai ● Các mơ biến đổi GIS dùng để xác định tác động đến địa điểm cụ thể - Sử dụng GIS để ứng phó với thiên tai biến đổi khí hậu ● Các kỹ thuật RS GIS hỗ trợ việc thu thập phân tích liệu liên quan để thực hành động thích hợp trước xảy biến đổi khí hậu ● Các nhà nghiên cứu cho tượng nóng lên toàn cầu tượng thời tiết khắc nghiệt, xuất thiên tai hạn hán, lũ lụt, sóng nhiệt bão nhiệt đới ● Theo kết nghiên cứu, nhiệt độ toàn cầu tăng cao khiến kiện lan rộng thảm khốc ● Trong thời tiết khắc nghiệt xảy ra, khả trí tuệ khơng gian địa lý hỗ trợ nhân viên cấp cứu nhân viên phục hồi ● Các đồ nguy hiểm thu từ liệu viễn thám hình ảnh vệ tinh giúp quan phủ cập nhật tình khu vực cần quan tâm 2.3 Dự báo, mô trường hợp tác động thiên tai Nhằm giảm thiểu tác hại thiên tai, đặc biệt bão lũ, Trung tâm Dự báo Khí tượng thủy văn Quốc gia áp dụng hệ thống liệu lớn công nghệ AI để dự báo, mô trường hợp tác động dự báo mưa hạn cực ngắn… Ngoài ra, Trung tâm đưa biện pháp nhằm cải thiện khả dự báo mưa, lũ phương pháp tạo lượng mưa tổ hợp (EPP) với lượng mưa dự báo dựa radar sai số không gian EPP tạo mơ Monte Carlo dựa độ xác mơ hình số trị (NWP) khung thời gian trước, sau tích hợp với lượng mưa dự báo từ đa để tạo hỗn hợp dự báo 10 2.4 Theo dõi mức nước dự báo lũ lụt Camera quan sát mực nước giám sát cảnh báo lũ lụt ứng dụng thiết kế để theo dõi mực nước sông, hồ chứa nước, đập thủy lợi,… Xử lý hình ảnh thuật toán tiên tiến, ứng dụng chạy camera AI giám sát lũ lụt cảnh báo sớm thiết bị cảm biến thơng minh khơng cần thêm cảm biến bổ sung nào, đặt bên trường nhìn camera giám sát mực nước cần thiết để truyền liệu hình ảnh video thời gian thực trung tâm giám sát với hệ thống cảnh báo lũ sớm giúp ban quản lý quan quyền cảnh báo sớm cho người dân bảo vệ tài nguyên thiên nhiên tránh thiệt hại nặng lũ 11 2.5 Cảnh báo lũ qt Với gắn kết mơ hình truyền thống công nghệ máy học Machine learning giúp cho hệ thống dự báo lũ lụt đời Đây nghiên cứu nhằm đưa dự báo, cung cấp thơng tin hỗ trợ ứng phó khẩn cấp Theo tổng cục Phòng chống thiên tai, Hà Nội năm 2021: “ Hệ thống VNOFFG sử dụng hỗ trợ cảnh báo sớm lũ quét trước 1, 3, 6, 12 cho tiểu lưu vực nhỏ có diện tích từ 10 đến 30 km2 Cung cấp gián tiếp thông tin cho dự báo viên nhà quản lý nhận định khu vực có khả xảy lũ quét cao thông qua sản phẩm Ngưỡng sinh lũ quét (FFG) Nguy sinh lũ quét (FFT) 12 Kết cảnh báo khả xảy lũ quét thể dạng đồ bảng thống kê cho toàn Việt Nam với mức cảnh báo khác (Thấp, Trung bình Cao).” Nhằm hỗ trợ cho việc di chuyển tới vùng an tồn, hệ thống cung cấp thơng tin lượng mưa, mực nước đồ cảnh báo ngập lụt theo thời gian thực, với đó, hiển thị vị trí điểm tránh lũ Bên cạnh đó, chức gửi tin nhắn email cảnh báo ngập lụt mực nước vượt cấp báo động từ cấp trở lên hệ thống tích hợp 2.6 Giải vấn đề cho lĩnh vực quan trắc dự báo khí tượng thủy văn Bằng việc kết hợp tảng liệu lớn (Big data) ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để giải vấn đề trọng tâm ngành việc dự báo bão, định lượng mưa lớn dự báo nước dâng bão Và nhờ ứng dụng trí tuệ nhân tạo, cơng nghệ số mà tình hình Covid-19 , nhiều cán đài khí tượng thủy văn khơng đến trụ sở quan để làm việc, thực cơng việc từ xa báo cáo kịp thời tình hình thời tiết ảnh hưởng đến sản xuất người dân 2.7 Kết nối, chia sẻ thông tin hệ thống trạm khí tượng Một ví dụ điển hình cho ứng dụng kết việc ứng dụng Big Data AI đến từ Trung Quốc, quốc gia đầu đua phát triển công nghệ thông minh 13 Vào năm 2018, Học viện Khoa học Trung Quốc (Chinese Academy of Science) tạo bước tiến công khám phá ứng dụng khoa học, công nghệ hoạch định sách hết thực SDG13, 14 15 Trung Quốc cách tiến hành dự án CAS Big Earth Data Science Engineering (gọi tắt CASEarth) Trọng dự án CASEerth, nhà khoa học quan sát, thu thập phân tích liệu khoảng thời gian từ 1960 2018 754 trạm quan trắc nằm rải rác khắp lãnh thổ Trung Quốc nhiệt độ cao tần suất nhiệt Nhằm mục đích xác định tần suất tượng nhiệt độ cao bất thường nhằm xác định dự báo tương lai Kết nghiên cứu giúp nhà nghiên cứu mang lại hiểu biết tốt tần suất xuất sóng nhiệt, nhiệt độ cao bất thường kết luận tượng cực đoan thời tiết xảy thường xuyên kể từ sau năm 2000 ( chu kỳ nhiệt độ bị rút ngắn từ 10 20 năm rút lại năm) khu vực phía bắc xảy thường nghiêm trọng ⇒ Công nghệ Big data mang lại khác biệt việc phân tích lưu trữ liệu nhằm chia sẻ thông tin hệ thống trạm khí tượng thời gian thực 14 2.8 Tìm hiểu xu hướng tác động khí hậu từ hành vi người Một thách thức việc giải biến đổi khí hậu tìm hiểu xu hướng tác động khí hậu từ hành vi người AI bước vào để giúp nhà khoa học xây dựng hệ thống mạnh mẽ có ý thức học hỏi từ điều kiện môi trường giúp người tìm cách đáp ứng mục tiêu định Sử dụng công nghệ AI này, nhà nghiên cứu dự đốn tốt môi trường phản ứng với biến số nồng độ carbon khơng khí, lần lượt, để biết biện pháp cần thực để bảo vệ quần thể người dễ bị tổn thương 2.9 Giảm khí thải đường thủy AI tính tốn tuyến đường giúp tàu bè tiêu thụ nhiên liệu hơn, từ đó, giúp làm giảm khí thải từ phương tiện 2.10 Dự đoán ảnh hưởng thiên tai đến ngành khác Dữ liệu lớn (big data) cung cấp liệu thông tin cụ thể mối liên hệ ngành với nhau, chẳng hạn thảm họa ảnh hưởng đến lĩnh vực khác cách gián tiếp hay trực tiếp Trên sở đó, phủ đưa cân nhắc can thiệp kịp thời để giảm tác động thiên tai CHƯƠNG 3: THẢO LUẬN Biến đổi khí hậu vấn đề toàn cầu thách thức tất quốc gia Và nhà khoa học phải đối diện với áp lực việc dự báo trước biến đổi khí hậu để thơng tin cho người kịp thời dự đoán trước thay đổi bất thường môi trường để kịp thời ứng phó Ngày nay, việc áp dụng khoa học liệu góp phần giải kịp thời vấn đề biến đổi khí hậu Từ vấn đề việc đo lượng mưa, dự báo lũ lụt, hạn hán trước người ta áp dụng cách thức thủ cơng thời gian, cơng sức bị sai lệch đơi chút, người áp dụng công nghệ cao, data science vào nên việc đo lường dự báo trở nên nhanh chóng xác Hay việc lưu trữ 15 lượng lớn liệu trái đất áp dụng data science vào làm cho công tác quản lý trở nên hiệu quả, thông minh hết Và khơng thể khơng kể qua việc sử dụng trí tuệ nhân tạo việc nghiên cứu phản ứng thể người phản ứng với môi trường đó, trước phải có người trực tiếp thử nghiệm có AI giúp cho việc theo dõi thích nghi hiệu tránh rủi ro sức khỏe người trực tiếp thử nghiệm mơi trường Đặc biệt việc kết nối thông tin hệ thống trạm khí tượng quốc gia với nhau, trước muốn trao đổi thơng tin quốc gia gặp nhiều khó khăn việc kết nối đường truyền sau áp dụng data science việc trao đổi trạm khí tượng quốc gia trở nên dễ dàng, nhanh chóng xác Thời đại ngày có nhiều ứng dụng, phần mềm dự báo biến đổi khí hậu xây dựng sở data science áp dụng vào đời sống CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Có thể nói việc áp dụng data science vào sống nói chung biến đổi khí hậu nói riêng vô cần thiết Nhờ ứng dụng mà việc dự báo biến đổi khí hậu trở nên dễ dàng phủ kịp thời thông báo với dân thiên tai để tránh hậu đáng tiếc xảy THE END 16 ... hướng dẫn chúng em tận tâm suốt trình học Qua giảng thầy giúp chúng em có thêm kiến thức để phục vụ cho trình học chúng em mai sau Bộ môn Khoa học liệu môn học thú vị, vô bổ ích có tính thực tế... science hay gọi khoa học liệu (ở cấp độ bản) định nghĩa sử dụng liệu để có thơng tin chuyên sâu có giá trị Data Science (ở cấp độ cao hơn) kết hợp phức tạp kỹ lập trình, trực quan hóa liệu, cơng cụ... phát triển công nghệ thông minh 13 Vào năm 2018, Học viện Khoa học Trung Quốc (Chinese Academy of Science) tạo bước tiến công khám phá ứng dụng khoa học, cơng nghệ hoạch định sách hết thực SDG13,