Trong những năm gần đây, ô nhiễm không khí trở thành một trong những thách thức môi trường trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, đặc biệt ở các đô thị lớn. Việc thiếu các hệ thống dự báo đáng tin cậy, phù hợp với điều kiện trong nước, khiến công tác quản lý và cảnh báo cho người dân gặp nhiều khó khăn. Xuất phát từ thực tiễn đó, nhóm nghiên cứu Địa không gian thông minh (GEOI) của Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội (VNU – UET) do PGS.TS Nguyễn Thị Nhật Thanh phụ trách, đã phát triển HanoiAir – mô hình dự báo chất lượng không khí ứng dụng trí tuệ nhân tạo đầu tiên tại Việt Nam.

Cung cấp thông tin dự báo, bảo vệ sức khỏe cộng đồng bằng dữ liệu số

Hiện nay, Việt Nam có 80 – 100 trạm quan trắc chất lượng không khí, trong đó riêng tại Hà Nội, mật độ trạm vẫn còn thưa so với quy mô dân số và diện tích đô thị. Điều này khiến nhiều khu vực vẫn thiếu dữ liệu quan trắc, tạo nên “khoảng trống dữ liệu” – yếu tố khiến việc cảnh báo và dự báo chất lượng không khí trở nên khó khăn.

Trước thực trạng đó, nhóm GEOI đã phát triển HanoiAir, hệ thống có khả năng dự báo chỉ số bụi mịn PM_2.5 trong 7 ngày tiếp theo, trên lưới 1km cho Hà Nội và một số tỉnh thành lân cận, bao gồm cả những khu vực không có trạm quan trắc. PGS.TS Nguyễn Thị Nhật Thanh (Khoa Công nghệ thông tin) chia sẻ: “Chúng tôi muốn tạo ra một công cụ thông minh, dễ tiếp cận, có thể cung cấp dữ liệu dự báo chính xác, kịp thời cho người dân và hỗ trợ cơ quan quản lý đưa ra quyết định phù hợp nhằm giảm thiểu tác động ô nhiễm không khí”.

PGS.TS Nguyễn Thị Nhật Thanh hướng dẫn nhóm sinh viên phát triển HanoiAir – mô hình dự báo chất lượng không khí ứng dụng trí tuệ nhân tạo đầu tiên tại Việt Nam

Từ tháng 7/2024, hệ thống đã được thử nghiệm chạy nghiệp vụ tại Sở Nông nghiệp và Môi trường Hà Nội, cập nhật kết quả dự báo hàng ngày. Kết quả bước đầu cho thấy độ chính xác cao, đặc biệt trong các giai đoạn ô nhiễm nghiêm trọng kéo dài, đồng thời nhận được phản hồi tích cực từ các chuyên gia và nhà quản lý.

Với HanoiAir, người dân có thể theo dõi chất lượng không khí theo thời gian thực trên thiết bị di động thông qua giao diện web tại địa chỉ geoi.com.vn/hanoiair. Giao diện này không chỉ cung cấp bản đồ chất lượng không khí (AQI) trực quan, mà còn hiển thị dự báo theo ngày, tuần và xu hướng biến động AQI/PM2.5, xếp hạng các quận/huyện theo AQI, giúp người dùng dễ dàng chủ động bảo vệ sức khỏe, đặc biệt trong các thời điểm ô nhiễm gia tăng. Ứng dụng trên web dành riêng cho nhà quản lý, chuyên gia cũng được xây dựng với các tính năng nâng cao như hiển thị dự báo chi tiết tại một vị trí cụ thể (~1×1 km), cho quận/huyện, hiển thị các bản đồ dự báo theo dòng thời gian, phân tích dữ liệu theo đơn vị hành chính, quản lý người dùng.  

Đối với cơ quan quản lý, HanoiAir là công cụ hỗ trợ hoạch định chính sách quan trọng. Hệ thống cung cấp bộ dữ liệu bản đồ chất lượng không khí với độ phân giải 1km, được tính toán bằng thuật toán AI trên dữ liệu đa nguồn: trạm quan trắc, dữ liệu khí tượng, dữ liệu phát thải, sử dụng đất và địa hình. Nhờ đó, các nhà quản lý có thể theo dõi, phân tích và đánh giá mức độ ô nhiễm theo khu vực, theo mùa, từ đó hoạch định biện pháp kiểm soát phát thải và quy hoạch đô thị bền vững hơn. “Trước đây, người dân thường chỉ biết chất lượng không khí khi ô nhiễm đã xảy ra. Với HanoiAir, chúng tôi hướng đến dự báo sớm, giúp cộng đồng chuẩn bị và thích ứng tốt hơn”, PGS.TS Nguyễn Thị Nhật Thanh nhấn mạnh.

HanoiAir – Ứng dụng trên di động dành cho người dân 

HanoiAir – Ứng dụng trên web dành cho nhà quản lý và chuyên gia

Mô hình AI thuần Việt: Nhanh, chính xác, tiết kiệm

So với các mô hình dự báo truyền thống, HanoiAir cho thấy tốc độ xử lý nhanh, chi phí thấp nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cao. Kết quả đánh giá cho thấy hệ số tương quan giữa PM2.5 dự báo từ mô hình và số liệu thực tế đạt từ 0,79 – 0,83 và độ chính xác tính trên AQI đạt 75%. Kết quả này tương đương hoặc thậm chí cao hơn một số mô hình dự báo tiên tiến thế giới tại Mỹ, Hồng Kông, Trung Quốc. Điều này có nghĩa là HanoiAir có thể đoán được khá chính xác sự thay đổi của ô nhiễm không khí, đưa ra cảnh báo kịp thời cho người dân. Đặc biệt, chi phí thiết lập và vận hành cực kỳ thấp, ước tính chưa tới 100 đồng/người/năm, trong khi lợi ích đem lại là khả năng dự báo và bảo vệ sức khỏe cộng đồng quy mô toàn quốc.

Theo kết quả dự báo từ HanoiAir, Hà Nội và các tỉnh lân cận sắp có đợt ô nhiễm không khí đầu tiên trong mùa thu năm nay, kéo dài từ ngày 26-29/10 (Chủ Nhật – Thứ Tư). Tại Hà Nội, trong giai đoạn này, chất lượng không khí ở mức Kém, ngày 28/9 có chất lượng không khí kém nhất với AQI ngày tới 113. Khuyến cáo: Nhóm người nhạy cảm có thể chịu ảnh hưởng sức khỏe, số đông không có nguy cơ bị tác động. Thời gian dự báo: 8.00 ngày 23/10/2025

Trên thế giới, việc dự đoán chất lượng không khí trong vài ngày tới thường sử dụng một trong ba phương pháp chính: mô hình số trị, hoặc mô hình thống kê/mô hình học máy. Tuy nhiên, các mô hình số trị có hạn chế như cần siêu máy tính, thời gian xử lý dài, cấu hình và vận hành phức tạp,… Mô hình thống kê thì hạn chế khi xử lý các chuỗi dữ liệu không đầy đủ hoặc dữ liệu ngoại lai, phức tạp… Dựa trên nền tảng hơn 15 năm nghiên cứu ô nhiễm không khí trong nước, nhóm nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Thị Nhật Thanh đang phát triển một dạng mô hình học máy tiên tiến trên dữ liệu đa nguồn tại Việt Nam từ các tổ chức, đơn vị trong nước và quốc tế, đặc biệt là sử dụng thông tin từ trạm đo tiêu chuẩn tại Việt Nam để huấn luyện hệ thống phục vụ chính người Việt. Nhờ vậy, kết quả dự báo phù hợp hơn với đặc thù khí hậu, địa hình và mức phát thải của Việt Nam, mang lại tính ứng dụng cao trong thực tiễn.

Sự hỗ trợ từ Trường ĐH Công nghệ và ĐHQGHN, đặc biệt về hạ tầng tính toán, cơ sở dữ liệu và mạng lưới hợp tác là yếu tố quan trọng giúp dự án phát triển nhanh, ổn định và bền vững. Vì vậy, HanoiAir không chỉ là một sản phẩm công nghệ mang dấu ấn Việt, mà còn là minh chứng sinh động cho năng lực làm chủ AI của Việt Nam, khẳng định vai trò tiên phong của Trường ĐH Công nghệ trong việc giải quyết các bài toán thực tiễn quốc gia bằng tri thức và nội lực Việt.

PGS.TS Nguyễn Thị Nhật Thanh (đứng thứ ba, bên trái ảnh) cùng các thành viên trong nhóm nghiên cứu Địa không gian thông minh

Bên cạnh HanoiAir, nhóm nghiên cứu GEOI cũng đang thử nghiệm hệ thống dự báo chất lượng không khí cho toàn bộ các tỉnh thành tại Việt Nam tại địa chỉ: https://popgis.vnu.edu.vn/home/vietnam  

Tương lai phát triển dự báo chi tiết theo giờ và nâng cao chất lượng dự báo

Với nền tảng dữ liệu tích lũy từ năm 2012 đến nay, nhóm nghiên cứu tiếp tục cải tiến thuật toán nhằm nâng cao chất lượng dự báo và mở rộng phạm vi ứng dụng cho hệ thống. Trong giai đoạn tới, HanoiAir sẽ được phát triển từ dự báo theo ngày sang theo giờ, giúp người dân và cơ quan chức năng nắm bắt chi tiết hơn diễn biến ô nhiễm không khí.

PGS.TS Nguyễn Thị Nhật Thanh chia sẻ: “Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục cải tiến thuật toán để nâng cao độ chính xác và mở rộng mô hình dự báo theo giờ cho Hà Nội và toàn quốc. Chúng tôi mong muốn các cơ quan quản lý có cơ chế sử dụng, đặt hàng để mô hình được áp dụng rộng rãi, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và hỗ trợ hoạch định chính sách môi trường hiệu quả hơn”.

Với HanoiAir, lần đầu tiên Việt Nam sở hữu hệ thống dự báo chất lượng không khí ứng dụng AI do chính các nhà khoa học trong nước phát triển, mang lại giải pháp bền vững, tiết kiệm và phù hợp với điều kiện thực tế. Đây không chỉ là thành tựu khoa học của Trường ĐH Công nghệ, mà còn là bước tiến quan trọng trong hành trình chuyển đổi số và phát triển bền vững vì môi trường và sức khỏe con người.

(UET – News)