Tại đập thủy điện Zangmu trên sông Yarlung Tsangpo, con sông lớn nhất Tây Tạng, một hệ thống trí tuệ nhân tạo đang được sử dụng để theo dõi cá di chuyển qua tuyến đường dành riêng cho chúng. Công nghệ này có khả năng nhận diện loài, đếm số lượng và phân tích đặc điểm chuyển động của cá với độ chính xác khoảng 95%.
Hệ thống được ví như một dạng “nhận diện khuôn mặt” dành cho cá, cho phép việc giám sát diễn ra liên tục thay vì phụ thuộc vào con người.
AI thay con người “đếm cá” tại đập thủy điện
Zangmu là một công trình thủy điện cao 116 m, công suất 510 MW, được đưa vào vận hành từ năm 2015 trên đoạn giữa của sông Yarlung Tsangpo. Để hạn chế tác động của con đập đối với hệ sinh thái, một tuyến đường dành cho cá, hay còn gọi là fishway/fish ladder, được xây dựng nhằm giúp các loài thủy sinh di chuyển ngược dòng.
Theo Global Times, kể từ khi nhà máy hoạt động, khoảng 570.000 con cá quý hiếm đã đi ngược dòng thông qua tuyến đường này.
Ban đầu, việc theo dõi hoàn toàn dựa vào con người. Nhân viên quan sát từ một phòng giám sát, đếm và xác minh từng con cá đi qua. Tuy nhiên, khi số lượng cá di cư tăng lên, phương pháp thủ công trở nên chậm và khó cung cấp dữ liệu chính xác.
Đây là lúc AI được đưa vào.
Hệ thống nhận dạng cá được đào tạo bằng dữ liệu hình ảnh và video lịch sử, sau đó sử dụng công nghệ sonar kết hợp với công nghệ quang học để nhận diện những cá thể đi qua tuyến đường. Không chỉ đếm số lượng, hệ thống còn phân tích các đặc điểm như tư thế bơi, hình dạng vây và những đặc điểm hình thái khác để xác định loài.
Độ chính xác được công bố vào khoảng 95%.
Điểm đáng chú ý là hệ thống không chỉ trả lời câu hỏi “có bao nhiêu con cá đi qua”, mà còn tạo ra một cơ sở dữ liệu về thời điểm cá di cư, nhiệt độ nước và các đặc điểm liên quan đến hoạt động di chuyển. Những dữ liệu này được chia sẻ với các viện nghiên cứu và các cơ sở thủy điện khác tại Trung Quốc.
Nói cách khác, AI đang biến một công việc vốn phụ thuộc nhiều vào nhân lực thành một hệ thống giám sát tự động có thể hoạt động liên tục 24/7.
“Đường cao tốc” cho cá vượt qua đập
Việc ứng dụng AI tại Zangmu xuất phát từ một vấn đề lớn hơn: các con đập thủy điện có thể làm thay đổi đáng kể hệ sinh thái sông.
Thủy điện mang lại nguồn điện tái tạo ổn định, đồng thời có thể hỗ trợ kiểm soát lũ và bổ sung cho các nguồn năng lượng có tính biến động như điện mặt trời và điện gió. Tuy nhiên, việc xây dựng đập cũng làm thay đổi dòng chảy tự nhiên và có thể cắt đứt tuyến đường di cư của các loài cá giữa khu vực kiếm ăn và nơi sinh sản.
Theo Đại học Stanford, đây là một trong những tác động sinh thái đáng kể của các công trình thủy điện. Khi không thể di chuyển tự do theo dòng sông, khả năng sinh sản và duy trì quần thể của nhiều loài cá có thể bị ảnh hưởng.
Một số loài cá đặc hữu của các hệ thống sông lớn tại Trung Quốc đã chịu tác động nghiêm trọng trong nhiều thập kỷ. Cá tầm Dương Tử và cá mái chèo Trung Quốc từng sinh sống tại lưu vực sông Dương Tử đã được tuyên bố tuyệt chủng. Các nhà khoa học và tổ chức bảo tồn cho rằng đánh bắt quá mức cùng với việc xây dựng hàng loạt công trình thủy điện là những yếu tố góp phần vào sự suy giảm này.
Fishway được phát triển để giảm bớt tác động nói trên.
Thay vì để cá phải vượt qua một bức tường bê tông khổng lồ, tuyến đường này được thiết kế với một loạt bậc thấp hoặc các bể nối tiếp nhau. Dòng nước được giảm tốc, tạo điều kiện để cá từng bước bơi ngược dòng qua công trình.
Tại Zangmu, thiết kế này được điều chỉnh theo đặc điểm của các loài cá bản địa. Nhóm kỹ sư từng tới Canada và Mỹ để nghiên cứu các dự án tương tự trước khi thiết kế tuyến đường cho cá tại Tây Tạng.
Huyện Medog, nằm ở hạ lưu sông Yarlung Tsangpo, sở hữu cảnh quan thiên nhiên tuyệt đẹp nhờ vào vị trí địa lý đặc biệt của mình. Ảnh: Tân Hoa Xã.
Do các loài cá nước lạnh tại khu vực này có khả năng bơi yếu hơn nhiều loài ở Bắc Mỹ, fishway được thiết kế với độ dốc tương đối thoải và tốc độ dòng chảy được tính toán để vừa đủ tạo động lực cho cá bơi ngược dòng.
Có 7 loài cá đặc hữu của sông Yarlung Tsangpo được ghi nhận đi qua tuyến đường này, trong đó có Glyptosternon maculatum, một loài cá da trơn sinh sống ở vùng cao và thuộc diện được bảo vệ.
Khi hoàn thành, đây từng là fishway lớn nhất và ở độ cao lớn nhất tại Trung Quốc, đồng thời cho thấy các công trình dạng này có thể được xây dựng tại những con đập cao hơn 40 m.
Không chỉ Trung Quốc dùng AI để “nhìn” cá
Công nghệ nhận dạng cá bằng AI không phải là ý tưởng chỉ xuất hiện tại Trung Quốc.
Tại Mỹ, các công nghệ gồm drone, AI và camera 3D cũng đang được sử dụng để giám sát các loài thủy sản. Trung tâm Khoa học Nghề cá Alaska sử dụng các công nghệ này để theo dõi những loài như cá minh thái Alaska.
Tại Canada, công ty công nghệ thủy sinh Innovasea đã hợp tác với Nova Scotia Power phát triển hệ thống có khả năng phát hiện, phân loại và đếm cá di chuyển qua các đập thủy điện tại tỉnh Nova Scotia.
Điểm chung của những hệ thống này là đưa công nghệ hình ảnh, cảm biến và AI vào một bài toán vốn trước đây phụ thuộc nhiều vào nhân lực: biết có bao nhiêu cá, đó là loài gì, chúng di chuyển vào thời điểm nào và liệu một công trình có đang cản trở quá trình di cư của chúng hay không.
Với những hệ sinh thái có hàng chục hoặc hàng trăm nghìn cá thể di chuyển, khả năng tự động hóa việc thu thập dữ liệu có thể giúp các nhà nghiên cứu có được bức tranh đầy đủ hơn về sức khỏe của quần thể.
Tại Zangmu, dữ liệu từ hệ thống AI cũng được sử dụng để đánh giá hiệu quả của fishway và theo dõi những thay đổi của hệ sinh thái dưới tác động của công trình thủy điện.
Bên cạnh giám sát, nhà máy còn triển khai chương trình nhân giống và thả cá trở lại tự nhiên. Theo Global Times, kể từ khi nhà máy đi vào hoạt động, chương trình này đã đưa gần 2 triệu con cá trở lại môi trường tự nhiên.
Đại diện Zangmu cho biết kết quả theo dõi cho thấy quần thể cá ở đoạn giữa sông Yarlung Tsangpo hiện tương đối ổn định và không giảm do việc xây dựng nhà máy thủy điện. Phía Trung Quốc cũng cho rằng hệ sinh thái thủy sinh và đời sống động thực vật tại khu vực hẻm núi giữa dòng sông đã có những thay đổi tích cực.
Dù vậy, câu chuyện tại Zangmu cũng cho thấy một hướng tiếp cận mới đối với bài toán cân bằng giữa phát triển năng lượng và bảo tồn sinh thái: thay vì chỉ xây dựng công trình rồi quan sát tác động, các nhà vận hành có thể liên tục thu thập dữ liệu về những sinh vật bị ảnh hưởng để điều chỉnh cách vận hành và các biện pháp bảo tồn.
Đáng chú ý, Trung Quốc hiện tiếp tục phát triển các dự án thủy điện quy mô rất lớn trên sông Yarlung Tsangpo. Một công trình công suất tới 60 GW đang được xây dựng ở hạ lưu con sông này.
Trong bối cảnh quy mô thủy điện ngày càng lớn, những công nghệ như AI nhận dạng cá vì thế có thể trở thành một phần quan trọng trong hệ thống giám sát môi trường, giúp con người “nhìn thấy” những thay đổi của hệ sinh thái mà việc quan sát thủ công khó có thể theo dõi đầy đủ.
