BÀI TẬP NHÓM HP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG

BÀI TẬP NHÓM HP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNGBÀI TẬP NHÓM HP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNGBÀI TẬP NHÓM HBÀI TẬP NHÓM HP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNGBÀI TẬP NHÓM HP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNGBÀI TẬP NHÓM HP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNGBÀI TẬP NHÓM HP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNGP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNGBÀI TẬP NHÓM HP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG

BÀI TẬP NHÓM HP PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Cụ thể, hai module AI.01 và AI.02 tương ứng với hai bài toán quản lý TNMT vùng bờ cần nghiên cứu, giải quyết bằng trí tuệ nhân tạo là:

*) Đối với bài toán hỗ trợ quản lý khu bảo tồn sinh thái: Cần nghiên cứu,

xây dựng module ứng dụng AI hỗ trợ đánh giá tác động của các yếu tố tự nhiên đến hệ thực vật tại khu bảo tồn sinh thái, cụ thể là rừng ngập mặn ven biển tại Thái Thụy - Thái Bình

1 Bài toán đối với Khu bảo tồn Thái Thụy

Hiện nay, tại Khu bảo tồn Thái Thụy – Thái Bình có 2.559,2 ha rừng ngập mặn, trong đó, rừng bần chiếm khoảng 80% diện tích toàn khu vực, còn lại là rừng trang, sú, vẹt Hệ thống rừng ngập mặn ven biển huyện Thái Thụy có tác dụng rất lớn trong việc bảo vệ cơ sở hạ tầng ven biển trước thiên tai và biến đổi khí hậu, góp phần bảo vệ các hệ sinh thái, góp phần phát triển bền vững kinh tế biển cho huyện Thái Thụy nói riêng và tỉnh Thái Bình nói chung, do vậy, đề tài chọn đối tượng rừng ngập mặn ven biển của huyện Thái Thụy để làm đối tượng bài toán sinh thái (ảnh dưới)

Hình thái cây bần - một trong những cây phổ biến ở rừng ngập mặn huyện Thái Thụy: là cây thân gỗ, có chiều cao tới 15m hoặc hơn nữa trên 25m

gặp ở khu vực rừng ngập mặn tỉnh Trà Vinh, đường kính có thể tới 60cm Tán lá của cây bần chua thưa và rộng có thể đạt tới đường kính 30m Các nhánh non có hình vuông, cạnh màu đỏ nhạt Lá đơn, mọc đối, phiến lá hình tròn dài, đầu nhọn, thường có mầu đỏ ở cuống lá và gân chính Ra hoa vào tháng 4 và tháng 5, quả chín vào tháng 8 đến tháng 11 Quả Bần chua chín rộ vào cuối tháng 10 đến đầu tháng 11 Quả khi chín nặng 100 150gr, quả tròn có đường kính 3 5cm, cao 1,5 2cm, màu xanh lục, với 6 tai đài xếp phẳng Trong quả chứa nhiều hạt (từ 500 -800hạt /quả) Bộ rễ: Rễ khí sinh hình măng tây, toả tròn, rễ đâm từ đất lên có thể cao tới 70cm, với đường kính rễ sát mặt đất có thể có kích thước đến 2 - 3cm

Sinh thái học

Bần chua sinh trưởng và phát triển tốt trên đất vùng nước cửa sông và do là cây tiên phong cố định các bãi bồi ven sông nên thường được trồng trên các bãi bồi vùng cửa sông từ Quảng Ninh, Thái Bình, đến Kiên Giang Bần chua thích hợp với đất bùn mềm, độ thành thục thấp Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 22oC đến 27oC Lượng mưa hàng năm từ 1.500-3.000mm/năm Độ mặn thích hợp dao động từ 5-20‰ Là cây ngập mặn chịu rét kém, khi nhiệt độ không khí giảm xuống dưới 10oC cây sinh trưởng chậm và bị héo lá, ngọn non và nếu hiện tượng thời tiết lạnh kéo dài như vậy sẽ dẫn tới chết cây

Đối với rừng ngập mặn tại Thái Thụy: Dựa trên các bộ dữ liệu thu thập được

từ vệ tinh, trạm quan trắc đa chỉ tiêu và thiết bị thông minh, các dữ liệu sẽ được phân loại, phân tích, xử lý để phục vụ nghiên cứu xây dựng module AI.01 nhằm hỗ trợ:

 Giám sát sự biến động về diện tích và độ che phủ rừng ngập mặn ven biển để xây dựng kế hoạch trồng mới, chăm sóc, bảo vệ hiệu quả hệ

thống rừng ngập mặn ven biển ứng phó hiệu quả thiên tai, ứng phó với biến đổi khí hậu và nước biển dâng, phát triển bền vững kinh tế biển

 Dự báo, cảnh báo sự tác động của các yếu tố tự nhiên (tài nguyên, môi trường, thời tiết, khí hậu, thủy hải văn) đến sự phát triển của rừng ngập mặn khi các thông số quan trắc về thời tiết, môi trường vượt ngưỡng cho phép

Những yếu tố của bài toán quản lý rừng ngập mặn bao gồm: Sự biến động về diện tích rừng ngập mặn, điều kiện địa hình (độ cao và độ dốc), độ che phủ rừng Các thông số ngưỡng phát triển lý tưởng đối với cây bần chua theo QCVN 10-MT:2015/BTNMT và TCVN 5300:2009 được xác định gồm: nhiệt độ không khí, lượng mưa, độ mặn, độ kiềm, pH, NH3, H2S, nhiệt độ nước biển, As, Cd, Pb, Cu, Zn,… (chi tiết xem trong bảng dưới đây)

* Quy trình quản lý khu bảo tồn sinh thái:

1 Khi xảy ra các hoạt động xâm phạm, các yếu tố tác động tiêu cực đến khu bảo tồn sinh thái thì người phát hiện có trách nhiệm báo cáo với UBND cấp

xã

2 UBND xã ra quyết định xử lý trong phạm vi thẩm quyền hoặc báo cáo với UBND huyện hoặc phòng NN&PTNT huyện qua đường công văn hoặc trình báo trực tiếp

3 UBND huyện hoặc phòng NN&PTNT huyện liên hệ với Ban quản lý khu bảo tồn thiên nhiên trực thuộc Sở NN&PTNT để có biện pháp xử lý

4 Trường hợp vượt quá thẩm quyền của UBND tỉnh thì tỉnh sẽ yêu cầu Sở NN&PTNT tham mưu UBND tỉnh ban hành công văn xin ý kiến Bộ NN&PTNT chỉ đạo giải quyết

Việc tin học hóa ở đây dự kiến nhằm vào quy trình thông báo ô nhiễm khu bảo tồn sinh thái

*) Đối với bài toán hỗ trợ nuôi trồng thủy hải sản: Cần nghiên cứu thuật toán AI

phục vụ xây dựng mô hình thông minh trợ giúp ra quyết định hỗ trợ hoạt động quản lý và nuôi trồng thủy hải sản, thí điểm quản lý nuôi cá giò tại đảo Cát Hải thành phố Hải Phòng và nuôi con hàu tại Vân Đồn – Quảng Ninh

Bài toán nuôi trồng thủy sản tại Vân Đồn - Quảng Ninh

Với bờ biển dài khoảng 250km, diện tích mặt nước hơn 6.000km2 là điều kiện thuận lợi để Quảng Ninh phát triển nuôi trồng thủy sản Theo thống kê của Sở NN&PTNT tỉnh Quảng Ninh, quý I/2020, tổng sản lượng thủy sản trên địa bàn tỉnh đạt trên 31.400 tấn, đạt 23,1% so với kế hoạch, bằng 102,8% so với cùng kỳ năm

2019 Đóng góp lớn cho sự phát triển ngành nuôi trồng thủy sản tỉnh Quảng Ninh

là nghề nuôi Hàu Thái Bình Dương tại Huyện Vân Đồn với diện tích 3.000ha (trên tổng 3.300 ha nuôi trồng thủy sản của huyện), sản lượng mỗi năm gần 20.000 tấn

và đối tượng nuôi này đã giúp hàng ngàn hộ đổi đời vì vùng biển huyện Vân Đồn khá lặng sóng, nhiều ghềnh đá, độ mặn đậm, môi trường sống lý tưởng, đã tạo ra hương vị hàu đặc trưng, có chất lượng tốt và ngon nhất, nhì ở Việt Nam Tuy nhiên, nghề nuôi Hàu tại huyện Vân Đồn đang đối mặt với nhiều khó khăn thách thức do nghề nuôi Hàu mang lại giá trị kinh tế khá cao, không phải cho ăn, không cấn nhiều vốn dẫn đến tình trạng người dân phát triển nuôi trồng ồ ạt, không có định hướng rõ ràng, thiếu quy hoạch, làm dịch bệnh thường xuyên xảy ra trên diện rộng, khiến người nuôi lao đao Mặt khác, ý thức và nhận thức về môi trường của phần lớn người nuôi chưa cao, người dân tự ý xả thải ra môi trường, đe doạ nghiêm trọng đến tính bền vững nghề nuôi Hàu trên địa bàn Huyện Việc sử dụng bài toán

để giám sát sự biến động về diện tích cũng như dự báo được chất lượng môi trường nước sẽ giúp các nhà quản lý xác định được diện tích hàng năm để xây dựng quy hoạch vùng nuôi thích hợp, giúp người dân nắm bắt kịp thời các thông tin cảnh báo

ô nhiễm môi trường để có hướng xử lý kịp thời, giảm thiểu thiệt hại

* Điều kiện thích hợp để hàu Thái Bình Dương phát triển

Hàu Thái Bình Dương cũng là loài phân bố vùng triều thấp có thể sống đến

độ sâu 40m, sống bám trên bề mặt đá, rễ cây hay vỏ nhuyễn thể khác

Độ mặn thích hợp là 20 – 25‰,

Hàu Thái Bình Dương thích hợp ở nhiệt độ 20 – 28ºC

pH môi trường thích hợp: 7,5 – 8

Khu vực nuôi ít sóng, gió, lưu thông nước

Tránh xa các khu vực cửa sông đổ ra biển, các khu vực xả thải chất thải công nghiệp và chất thải sinh hoạt

Bảng ngưỡng cho phép đối với Hàu tại Vân Đồn.

TT Thông số Đơn vị Giá trị cho phép Chuẩn so sánh

quá 0,5

Đặc tính sinh học Hàu

17 Pb mg/l 0.05 nt

Dữ liệu về nhiệt độ, lượng mưa, mực nước, diễn biến chất lượng môi trường nước được đặt tại Trạm quan trắc tự động tại Cảng Vân Đồn (Tần suất 24 lần/ngày), dữ liệu quan trắc; Dữ liệu quan trắc mực nước biển ven bờ theo Quyết định số 5354/QĐ-UBND ngày 23/12/2019 về phê duyệt mạng lưới quan trắc tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2020-2025 trong đó quan trắc Môi trường nước biển ven bờ:

99 vị trí quan trắc định kỳ quan trắc tự động các thông số Nhiệt độ, pH, DO, Độ muối, Độ trong, Độ đục, TSS, Amoni (NH4+ tính theo N), Phosphat (PO43-), Florua (F-) Xyanua (CN-), As (Asen), Cadimi (Cd), Chì (Pb), Crom VI (Cr6+), Tổng Crom, Đồng (Cu), Kẽm (Zn), Mangan (Mn), Sắt (Fe), Thủy ngân (Hg), Tổng phenol, Tổng dầu mỡ khoáng, Coliform

Bài toán nuôi trồng thủy sản huyện Cát Hải (Hải Phòng)

Huyện Cát Hải có diện tích nuôi trồng thủy sản khoảng 1.750ha, đối tượng nuôi tôm sú, ngao, Tu hài, hàu, cua giống, cá lồng bè (cá giò, song, vược) mang lại giá trị kinh tế rất lớn Trong đó phần lớn diện tích để nuôi các loại

cá lồng bè (với gần 500 lồng, bè, mật độ lồng bè khá dày) để nuôi các loại cá

có giá trị kinh tế cao như cá song, cá vược, cá giò, cá Mú Tại Khu vực Cát Hải thì số lượng lồng bè nuôi Cá Giò chiếm khoảng 50% tổng số lượng lồng

bè trong khu vực vì Cá Giò là loại cá có hiệu quả kinh tế cao do lớn rất nhanh và thịt rất ngon nên có giá trị kinh tế rất cao trên thị trường nhưng cũng là loài cá rất khó tính, nhạy cảm với điều kiện môi trường nuôi do vậy bài toán AI đối với việc nuôi trồng thủy sản sẽ áp dụng đối huyện Cát Hải là chọn đối tượng là Cá Giò (tên khoa học: Rachycentron canadum) (xem ảnh dưới)

Đối với nuôi cá giò tại đảo Cát Hải thành phố Hải Phòng: Dựa trên các bộ

dữ liệu thu thập được từ vệ tinh, trạm quan trắc và thiết bị thông minh, các

dữ liệu sẽ được phân loại, phân tích, xử lý để phục vụ nghiên cứu xây dựng module AI.02 nhằm hỗ trợ:

 Dự báo, cảnh báo sự tác động của các yếu tố về thời tiết, khí hậu, diễn biến môi trường vùng nuôi cá giò nhằm hạn chế dịch bệnh tại các lồng bè khi các thông số về chất lượng môi trường vượt ngưỡng phát triển cho phép

 Giúp các nhà quản lý điều chỉnh số lượng các lồng bè vùng nuôi, có phương thức điều chỉnh lịch thời vụ nuôi, đưa ra cảnh báo cho người dân

và doanh nghiệp về các ảnh hưởng của thời tiết, khí hậu, môi trường, các loại nấm, vi khuẩn, dịch bệnh có thể phát sinh trong quá trình nuôi để có các giải pháp ứng phó kịp thời

 Giúp cho người dân lựa chọn thời điểm thả giống, tuân thủ các khuyến cáo của các nhà quản lý về mật độ lồng nuôi theo quy hoạch, có những biện pháp di chuyển lồng bè kịp thời nhằm giảm thiểu thiệt hại do ảnh hưởng của các nhân tố bất lợi do các hiện tượng thời tiết bất lợi (bão, áp thấp nhiệt đới, nắng nóng kéo dài…vv) và ô nhiễm môi trường gây ra Phần mềm AI sẽ giám sát sự biến động các yếu tố môi trường như biên độ triều, điều kiện địa hình, bão, áp thấp nhiệt đới, biến động về diện tích, mật

độ lồng bè Các thông số môi trường với ngưỡng lý tưởng đối với sự phát triển của con cá giò theo QCVN 10-MT:2015/BTNMT được xác định gồm:

độ mặn, pH, nhiệt độ nước biển, ôxy hòa tan (DO), tổng chất rắn lơ lửng (TSS),…

* Quy trình quản lý hoạt động nuôi trồng thủy sản:

1 Khi phát hiện ra dịch bệnh hoặc hành vi xả thải gây ô nhiễm môi trường thì người phát hiện sẽ trực tiếp báo cáo Chủ tịch UBND xã hoặc cán bộ lâm sinh thủy sản để xem xét giải quyết

2 Nếu vượt quá thẩm quyền của xã thì xã sẽ làm văn bản báo cáo UBND huyện hoặc phòng NN&PTNT huyện xem xét, xử lý

3 Nếu vượt quá thẩm quyền xử lý của UBND hoặc phòng NN&PTNT huyện thì huyện sẽ làm văn bản báo cáo Sở NN&PTNT Sở NN&PTNT sẽ giao cho Chi cục thủy sản xuống kiểm tra, hướng dẫn kỹ thuật xử lý

4 Nếu Chi cục thủy sản hoặc Sở NN&PTNT không xử lý được thì sẽ báo cáo UBND tỉnh qua đường công văn để tỉnh thành lập đoàn khảo sát, xử lý

5 Nếu vượt quá thẩm quyền của UBND tỉnh thì tỉnh sẽ gửi văn bản báo cáo

Bộ NN&PTNT xử lý

Việc tin học hóa ở đây dự kiến nhằm vào quy trinh thông báo ô nhiễm khu nuôi trồng thủy hải sản

* Nhu cầu của nhà quản lý

- Có số liệu thống kê về diện tích, sản lượng hàng năm để đánh giá hiệu quả kinh tế, xây dựng quy hoạch vùng nuôi và xây dựng kế hoạch quản lý

- Kịp thời phát hiện các trường hợp nuôi ngoài quy hoạch để có chế tài xử lý

- Giám sát được chất lượng nước vùng nuôi thường xuyên để kịp thời đưa ra cảnh báo môi trường đối với các địa phương và người dân nhằm giảm thiểu rủi ro khi các thông số môi trường vượt ngưỡng trong bảng dưới đây

- Nắm bắt kịp thời thông tin về các điều kiện thời tiết bất thường (bão, áp thấp nhiệt đới, mưa lớn) để kịp thời ra các quyết định giúp người dân giảm thiểu thiệt hại

* Nhu cầu của người dân

Nằm bắt kịp thời các thông tin dự báo, cảnh báo và các khuyến cáo, mệnh lệnh của nhà quản lý để kịp thời xử lý nhằm giảm thiểu thiệt hại khi xảy ra sự cố

về thiên tai và môi trường

* Thông tin đầu vào bài toán

Dữ liệu đầu vào của bài toán AI bao gồm: dữ liệu về không gian, dữ liệu về TNMT, dữ liệu về thời tiết, khí hậu, thủy hải văn, các văn bản pháp lý liên quan, các quy trình quản lý

Các dữ liệu này bao gồm dữ liệu lịch sử và dữ liệu thu thập tại hiện trường

- Dữ liệu bản đồ nền, bản đồ địa hình khu vực nuôi trồng thủy sản;

- Dữ liệu ảnh viễn thám, ảnh chụp từ các thiết bị thông minh;

- Số liệu từ trạm quan trắc tự động của Đề tài để giám sát chất lượng môi trường nước biển tần suất 24 lần/ngày Tùy thời điểm yêu cầu để đặt trạm quan trắc

tự động

- Dữ liệu về thời tiết, khí hậu, thủy hải văn: sức gió, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, mực nước, áp suất không khí

- Các văn bản pháp lý liên quan

- Các quy trình quản lý

3.5 Kết quả bài toán

Kết quả đầu ra của bài toán AI xây dựng mô hình thông minh trợ giúp ra quyết định hỗ trợ hoạt động quản lý và nuôi trồng thủy hải sản bao gồm các chức năng chính:

- Tính toán, kiểm kê diện tích, sản lượng nuôi Hàu hàng năm huyện Vân Đồn phục vụ công tác quản lý và quy hoạch vùng nuôi hợp lý

- Tự động cảnh báo cho nhà quản lý, người dân và doanh nghiệp khi các thông số môi trường vượt ngưỡng để ứng phó kịp thời, giảm thiểu thiệt hại

- Tự động thông báo cho nhà quản lý, người dân và doanh nghiệp khi có sự thay đổi về số lượng cơ sở nuôi, số lượng lồng bè, diện tích canh tác và vị trí canh tác

- Khuyến nghị người dân lựa thời điểm phù hợp để nuôi trồng, và các biện pháp phòng tránh rủi ro

Hình 15 Mô hình AI cho 2 bài toán nuôi trồng thủy sản và bảo tồn hệ sinh thái

Mô hình AI cho bài toán 1 & 2 trong hệ thống thông tin quản lý tài nguyên

hệ sinh thái sẽ trợ giúp dự báo, cảnh báo cho khu bảo tồn hệ sinh thái và nuôi trồng thủy sản Cách tiếp cận công nghệ trong mô hình AI sử dụng rule-based và luật mờ theo đặc thù mô tả dữ liệu Ngoài ra, các bộ dữ liệu không có cấu trúc bao gồm không gian, thời gian có thể sử dụng phương pháp học máy Với môi trường hệ sinh thái và nuôi trồng thủy sản, công tác quản lý, tổ chức và ứng dụng công nghệ

sẽ phù hợp, khi có hệ thống vận hành trong môi trường biến động của hệ sinh thái, tạo ra các kết quả ứng dụng thực tiễn cho hệ thống quản lý tài nguyên hệ sinh thái liên các vùng miền

 Mô hình đề xuất phù hợp với bộ dữ liệu nhỏ

Hình 16 Mô hình AI cho bộ dữ liệu nhỏ

Mô hình kiến trúc đề xuất xây dựng trên nền Web có sự tham gia nhà quản

lý, người dân, cán bộ kỹ thuật tham gia vận hành hệ thống Các chuyên gia cập nhật các thông tin tri thức, lưu trữ trong cơ sở tri thức Mô hình cảnh báo- dự báo

Tiếp cận: Rule-based và Fuzzy rules cho cảnh báo/dự báo; với bộ dữ liệu không gian và không có cấu trúc; ngoài ra tiếp cận học máy đối với dữ liệu lớn.

Dự báo- cảnh báo

Dự báo- cảnh báo

AI.2 AI.1

Công nghệ

Technology

Tổ chức

Orgnization

Bảo tồn hệ sinh thái Nuôi trồng thủy sản

Môi trường hệ sinh

thái Quản lý

Management

Hệ thống thông tin quản lý tài nguyên hệ sinh thái