Một hệ thống nhận diện cá ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) đang được Trung Quốc sử dụng để theo dõi 24/7 các loài cá di chuyển qua đường dẫn cá tại một đập thủy điện trên sông Yarlung Tsangpo, con sông lớn nhất Tây Tạng.
Trước đây, việc giám sát tuyến đường di cư này phụ thuộc vào nhân công đứng quan sát và đếm thủ công. Tuy nhiên, theo Global Times, hệ thống “nhận diện khuôn mặt cá” dựa trên AI hiện đã có thể tự động nhận dạng các loài đặc hữu của Khu tự trị Tây Tạng, đồng thời ghi nhận số lượng cá đi qua.
Nhà máy thủy điện Zangmu cao 116 m bắt đầu vận hành từ năm 2015 trên đoạn trung lưu sông Yarlung Tsangpo. Kể từ đó, đường dẫn cá – còn gọi là thang cá – đã hỗ trợ khoảng 570.000 con cá quý hiếm bơi ngược dòng.
“Các kết quả giám sát cho thấy quần thể cá ở khu vực trung lưu sông Yarlung Tsangpo vẫn rất ổn định và không suy giảm do việc xây dựng nhà máy thủy điện”, Yang Xiaocheng, giám đốc phụ trách an toàn và bảo vệ môi trường tại đập, nói với Global Times.
Theo ông, hệ sinh thái thủy sinh cùng quần thể động thực vật tại toàn bộ khu vực hẻm núi trung lưu của sông Yarlung Tsangpo thậm chí đã có những thay đổi tích cực.
Bài toán khó của đập thủy điện
Thủy điện mang lại nhiều lợi ích như kiểm soát lũ và cung cấp nguồn năng lượng tái tạo ổn định, giúp bù đắp tính gián đoạn của điện mặt trời và điện gió.
Nhưng việc xây dựng đập cũng tạo ra những tác động đáng kể đối với môi trường nước khi làm thay đổi dòng chảy tự nhiên.
Theo Đại học Stanford, các đập thủy điện có thể chặn đường di cư tự nhiên của cá giữa khu vực kiếm ăn và sinh sản. Khi không thể tiếp cận các khu vực này, khả năng sinh sản và duy trì quần thể của nhiều loài có thể bị ảnh hưởng.
Trong những năm gần đây, cá mái chèo Trung Quốc và cá tầm Dương Tử – hai loài từng sinh sống trên sông Dương Tử – lần lượt được tuyên bố tuyệt chủng. Các nhà bảo tồn và khoa học cho rằng đánh bắt quá mức cùng việc xây dựng hàng loạt công trình thủy điện, trong đó có đập Tam Hiệp, là những yếu tố góp phần vào sự suy giảm của chúng.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng phát triển những giải pháp nhằm giảm tác động của đập đối với sinh vật thủy sinh.
Một trong số đó là xây dựng các đường dẫn cá nhân tạo, cho phép cá vượt qua những công trình vốn cắt ngang đường di cư tự nhiên của chúng.
Theo Bộ Năng lượng Mỹ, các công trình này thường gồm một chuỗi bậc thấp hoặc các hồ nhỏ nối tiếp nhau. Chúng làm giảm tốc độ dòng nước, giúp cá từng bước di chuyển qua khu vực đập thay vì phải đối đầu trực tiếp với dòng chảy mạnh.
Đường dẫn cá đặc biệt cho loài cá Tây Tạng
Nhà máy thủy điện Zangmu là công trình dài khoảng 400 m với công suất 510 MW.
Để thiết kế đường dẫn cá, các thành viên trong nhóm phát triển dự án đã tới Canada và Mỹ để nghiên cứu những công trình tương tự.
Zhang Lianming, kỹ sư thiết kế tại nhà máy, cho biết đường dẫn cá Zangmu được xây dựng với độ dốc thoải nhằm phù hợp với các loài cá nước lạnh bản địa, vốn có khả năng bơi yếu hơn nhiều loài ở Bắc Mỹ.
Công trình cũng được thiết kế để duy trì tốc độ dòng chảy ở mức phù hợp, tạo điều kiện và kích thích cá bơi ngược dòng.
Hiện có 7 loài cá đặc hữu của con sông di chuyển qua đường dẫn tại nhà máy thủy điện. Trong số này có những loài được bảo vệ như Glyptosternon maculatum, một loài cá da trơn sinh sống ở độ cao lớn.
Theo Zhang, khi hoàn thành, đường dẫn cá Zangmu từng là công trình lớn nhất và nằm ở độ cao lớn nhất thuộc loại này tại Trung Quốc. Nó cũng cho thấy các đường dẫn cá có thể được xây dựng tại những con đập cao hơn 40 m.
Nhưng thiết kế công trình mới chỉ giải quyết một nửa bài toán. Các nhà quản lý còn phải biết chính xác có bao nhiêu con cá đang sử dụng đường dẫn, chúng thuộc loài nào và hoạt động di cư diễn ra ra sao.
Đó là lúc AI bắt đầu phát huy vai trò.
Từ đếm cá thủ công đến “nhận diện khuôn mặt”
Trong giai đoạn đầu, nhà máy sử dụng phương pháp giám sát thủ công. Nhân viên đứng tại cửa sổ của phòng quan sát để theo dõi, đếm và xác minh từng con cá đi qua.
Phương pháp này nhanh chóng bộc lộ hạn chế khi số lượng cá di cư tăng lên. Việc quan sát bằng mắt thường vừa tốn nhân lực vừa chậm, trong khi số liệu thu được khó đạt độ chính xác cao.
Thay vào đó, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một hệ thống nhận diện cá dựa trên AI, được huấn luyện bằng các đoạn video lịch sử về những loài cá từng xuất hiện tại khu vực.
Hệ thống sử dụng kết hợp công nghệ sonar và hình ảnh quang học để nhận dạng loài, đếm số lượng cá đi qua và phân tích nhiều đặc điểm như tư thế bơi hay hình dạng vây.
Theo Global Times, độ chính xác của hệ thống đạt khoảng 95%.
Không chỉ đơn thuần “đếm cá”, hệ thống còn thu thập dữ liệu về thời điểm cá di cư và nhiệt độ nước. Những thông tin này giúp các nhà nghiên cứu đánh giá hiệu quả của đường dẫn cá và được chia sẻ với các viện nghiên cứu cũng như những cơ sở thủy điện khác tại Trung Quốc.
Cách tiếp cận này biến đường dẫn cá thành một dạng “trạm quan trắc sinh thái” liên tục, thay vì chỉ là một công trình vật lý giúp cá vượt đập.
Công nghệ nhận diện sinh vật dưới nước bằng AI và cảm biến cũng đang được nghiên cứu tại nhiều quốc gia khác. Theo ấn phẩm ngành đánh bắt National Fisherman, Trung tâm Khoa học Thủy sản Alaska của Mỹ sử dụng kết hợp drone, AI và camera stereo 3D để theo dõi những loài như cá minh thái Alaska.
Tại Canada, công ty công nghệ thủy sinh Innovasea cũng hợp tác với Nova Scotia Power để phát triển hệ thống phát hiện, phân loại và đếm cá đi qua các đập thủy điện ở tỉnh Nova Scotia.
Gần 2 triệu con cá được thả trở lại tự nhiên
Bên cạnh việc hỗ trợ cá vượt đập, nhà máy Zangmu còn triển khai chương trình nhân giống và thả cá trở lại tự nhiên.
Theo Global Times, kể từ khi cơ sở bắt đầu hoạt động, chương trình này đã đưa gần 2 triệu con cá trở lại môi trường tự nhiên, nhằm góp phần duy trì sự ổn định của các quần thể cá quý hiếm trên sông Yarlung Tsangpo.
Những chương trình như vậy ngày càng trở nên quan trọng khi các dự án thủy điện quy mô lớn tiếp tục được triển khai trên con sông.
Trung Quốc hiện đang xây dựng một siêu đập công suất 60 GW ở hạ lưu sông Yarlung Tsangpo, thuộc huyện Mê Đốc, gần khu vực biên giới tranh chấp với Ấn Độ.
Khi hoàn thành, dự án dự kiến có công suất lớn gấp khoảng 3 lần đập Tam Hiệp, hiện là cơ sở thủy điện lớn nhất thế giới.
Quy mô của dự án khiến những tranh luận về tác động môi trường trở nên gay gắt hơn. Không chỉ hệ sinh thái tại khu vực xây dựng có thể chịu ảnh hưởng, dòng sông còn chảy xuống Ấn Độ – nơi được gọi là Brahmaputra – trước khi tiếp tục tới Bangladesh.
Điều đó đồng nghĩa bài toán bảo tồn sinh thái trên Yarlung Tsangpo không chỉ là vấn đề của riêng Trung Quốc.
Đường dẫn cá tại Zangmu cho thấy công nghệ có thể giúp con người quan sát tốt hơn những thay đổi đang diễn ra trong hệ sinh thái. Nhưng khi quy mô của các công trình thủy điện ngày càng lớn, AI có thể giúp phát hiện và theo dõi tác động của chúng chính xác hơn – chứ không thể tự mình loại bỏ những thay đổi mà một con đập khổng lồ tạo ra đối với dòng sông.
Theo Global Times, SCMP
