Ứng dụng AI giảm thiểu ô nhiễm không khí đô thị

Trên thế giới, ô nhiễm không khí đô thị đang tác động tới cuộc sống của hàng tỷ người. Các vấn đề như bụi mịn PM2.5 và nitrogen dioxide (NO2) là những tác nhân gây ra hơn 8 triệu ca tử vong sớm mỗi năm và khiến nền kinh tế toàn cầu thiệt hại 8 nghìn tỷ USD/năm.

Trên hành trình giảm thiểu ô nhiễm không khí đô thị hiện nay, Trí tuệ nhân tạo (AI) đang được coi là một “đồng minh” mới đầy tiềm năng của nhân loại. 

AI mang đến một bộ công cụ hoàn toàn mới để giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí. Trong đó, AI hỗ trợ quá trình phân tích tập dữ liệu khổng lồ, phát hiện các mô hình ẩn, dự báo các điều kiện trong tương lai và tối ưu hóa cách vận hành của các thành phố… 

Đo lường thông minh, thành phố thông minh

Công nghệ học máy (machine learning), một phần ứng dụng của AI, hiện đang được sử dụng trong giám sát chất lượng không khí. Công nghệ này đang giúp các nhà nghiên cứu dự đoán tốt hơn nồng độ ô nhiễm không khí tại các thành phố, đồng thời loại trừ các yếu tố gây nhiễu như thời tiết.

Khả năng dự báo này giúp con người hiểu hơn về hiệu quả của các chính sách nhằm giải quyết ô nhiễm không khí. 

Gần đây, các phương pháp học máy đã được sử dụng để cải thiện chất lượng dữ liệu từ cảm biến đo không khí và xác định các nguồn ô nhiễm phức tạp, bằng cách phân tích các tập dữ liệu tích hợp: nồng độ ô nhiễm, điều kiện thời tiết, lưu lượng giao thông, hoạt động công nghiệp,…

Thông qua kết hợp với cảm biến, ảnh vệ tinh và cả dữ liệu từ cộng đồng, AI có thể tạo ra bản đồ ô nhiễm có độ phân giải cao, gần như theo thời gian thực, hỗ trợ theo dõi mức độ tiếp xúc và đưa ra các hành động y tế công cộng.

Hiện nay, hệ thống DyNA do Trường Imperial College London phát triển, kết hợp mô hình vật lý và kỹ thuật AI. DyNA sử dụng mạng nơ-ron hồi tiếp (Recurrent Neural Network) để xử lý dữ liệu chuỗi thời gian và dự báo các sự kiện ô nhiễm.

Khi kết hợp với các kỹ thuật đồng hóa dữ liệu, DyNA có thể sử dụng các quan sát thực tế để tăng độ chính xác và tốc độ của dự báo chất lượng không khí. API Chất lượng Không khí của Google cũng là một ví dụ điển hình khi tích hợp nhiều nguồn đầu vào để ước tính nồng độ chất ô nhiễm trên toàn cầu.

Hỗ trợ việc ra quyết định

Hệ thống thông minh hỗ trợ đưa ra quyết định thông minh, không chỉ cho chính quyền thành phố mà cả người dân.

Trong đó, ứng dụng AirTrack do Air Aware Labs phát triển đã giúp vận động viên và người đi làm thay đổi lộ trình dựa trên dữ liệu tiếp xúc thực tế. AirTrack kết hợp dữ liệu GPS, AI, mô hình ô nhiễm không khí và hành vi người dùng để cung cấp thông tin cá nhân hóa, giúp người dùng đưa ra lựa chọn thông minh hơn.

Theo thời gian, ứng dụng AI sẽ dẫn dắt cả hệ thống đô thị – giao thông, năng lượng, sử dụng đất – tiến tới một trạng thái cân bằng thông minh và sạch hơn. Điều này bao gồm thu phí giao thông linh hoạt, phương tiện di chuyển theo yêu cầu, và xe tự hành chạy điện phù hợp với mục tiêu cải thiện chất lượng không khí.

AI cũng có thể mô hình hóa cách các tòa nhà ảnh hưởng đến luồng không khí, khí thải và chuyển động của người đi bộ – giúp tránh tạo ra các điểm nóng ô nhiễm và ưu tiên sức khỏe trong thiết kế, từ bản vẽ đầu tiên cho tới khi hoàn thành. Đây là sự chuyển dịch từ quy hoạch “phản ứng” sang “chủ động” – hướng đến thành phố lành mạnh ngay từ trong bản thiết kế.

Công bằng, đạo đức và phù hợp với địa phương

Tiềm năng của AI là rất lớn, nhưng nếu triển khai thiếu trách nhiệm, nó cũng tiềm ẩn rủi ro lớn. Ô nhiễm không khí ảnh hưởng nặng nề nhất đến nhóm nghèo nhất, và AI có thể làm trầm trọng thêm bất bình đẳng. Ví dụ, do thiếu cơ sở hạ tầng, API của Google không có dữ liệu cho nhiều thành phố châu Phi.

Để AI thực sự là lực lượng vì lợi ích chung, chính quyền cần đảm bảo 3 tiêu chí:

Đầu tiên, tính bao trùm. Trong đó, mọi người dân đều có thể tiếp cận lợi ích, không chỉ những ai sở hữu smartphone hoặc thiết bị đeo;

Thứ hai là tính công bằng. Hệ thống phải được thiết kế để không chuyển ô nhiễm sang các cộng đồng vốn đã chịu gánh nặng môi trường.

Cuối cùng, tính minh bạch và đạo đức. Niềm tin cộng đồng đòi hỏi quản trị rõ ràng, quyền truy cập mở và sự tham gia thực chất của người dân.

Theo Weforum, AI không nên là thứ được “áp đặt lên con người”, mà phải là công cụ được xây dựng “cùng với con người”. Điều đó đồng nghĩa với việc mở quyền truy cập dữ liệu, khuyến khích phát triển mã nguồn mở và đưa tiếng nói địa phương vào quá trình thiết kế và triển khai công cụ.

Đồng thời, AI phải là công cụ then chốt nếu chúng ta muốn đạt mục tiêu toàn cầu – như mục tiêu của WHO là giảm tác động sức khỏe từ ô nhiễm không khí 50% vào năm 2040, được công bố tại Hội nghị Toàn cầu về Ô nhiễm Không khí và Sức khỏe.

Hướng tới đô thị bền vững dựa trên AI

AI mang lại sức mạnh chuyển hóa trong nỗ lực giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí đô thị. Công cụ này giúp nâng cao năng lực đo lường, dự báo, tối ưu hóa và hành động, qua đó hỗ trợ xây dựng thành phố thông minh hơn, sạch hơn, công bằng hơn và đáng sống hơn.

Những bước tiến này có thể bổ trợ cho các sáng kiến như Liên minh Vì Không khí Sạch của Diễn đàn Kinh tế Thế giới và cam kết của C40 về lợi ích kép giữa chất lượng không khí và hành động vì khí hậu.

Tuy nhiên, để biến tiềm năng đó thành hiện thực, con người không thể chỉ dựa vào thuật toán. Chúng ta cần sự phối hợp có chủ đích giữa chính phủ, nhà nghiên cứu, các công ty khởi nghiệp, nhà hoạch định đô thị và tất cả những ai đang hít thở mỗi ngày.

Vì vậy, các nhà từ thiện, tổ chức đa phương và khu vực tư nhân cần hợp tác để thu hẹp khoảng cách dữ liệu ở các khu vực chưa được đại diện. Bởi lẽ, quyền được hít thở không khí sạch không nên phụ thuộc vào mã bưu điện hay quy mô GDP.

Không khí không nên là mối nguy hại đối với cong người. Ứng dụng AI một cách công bằng sẽ là kim chỉ nam, hỗ trợ quá trình xây dựng những thành phố thông minh – nơi không khí sạch lưu thông tự do như dòng dữ liệu đang vận hành chúng.