Khám phá Trái đất qua AlphaEarth: AI tạo bản đồ chính xác hiếm có

Sự ra đời của AlphaEarth Foundations

Hằng ngày, các vệ tinh không ngừng gửi về những hình ảnh cùng số liệu vô cùng phong phú, cho phép các nhà nghiên cứu theo dõi mọi diễn biến trên hành tinh gần như theo thời gian thực. Tuy nhiên, sự đa dạng, phức tạp và tốc độ cập nhật nhanh của các dữ liệu này đã đặt ra thách thức lớn trong việc liên kết, khai thác tối ưu mọi nguồn thông tin đang bị rời rạc.

Chính vì vậy, AlphaEarth Foundations, mô hình trí tuệ nhân tạo mới, được giới thiệu như một vệ tinh ảo thông minh, có khả năng đồng bộ hóa lượng dữ liệu quan sát khổng lồ về đất liền và vùng ven biển Trái đất thành một dạng biểu diễn số hóa trực quan, gọi là “embedding”, giúp máy tính xử lý hiệu quả hơn. Công nghệ này cung cấp cho các chuyên gia cái nhìn sâu rộng, liền mạch về sự biến đổi của hành tinh, từ đó hỗ trợ ra quyết định tốt hơn trong các vấn đề quan trọng như quản lý lương thực, bảo vệ rừng, phát triển đô thị hay quản lý tài nguyên nước.

Để mở rộng khả năng ứng dụng, nhóm phát triển đã công bố bộ dữ liệu Satellite Embedding là nơi tập hợp các mô hình embedding theo từng năm trên nền tảng Google Earth Engine. Trong năm qua, bộ dữ liệu này được kiểm nghiệm cùng với hơn 50 đối tác toàn cầu trong nhiều ứng dụng thực tiễn.

AlphaEarth Foundations hoạt động như thế nào?

AlphaEarth Foundations cung cấp một góc nhìn mới mạnh mẽ để hiểu hành tinh của chúng ta bằng cách giải quyết hai thách thức chính, đó là sự quá tải dữ liệu và thông tin không nhất quán. Đầu tiên, trí tuệ nhân tạo này kết hợp khối lượng thông tin từ hàng chục nguồn công khai khác nhau, như: ảnh vệ tinh quang học, radar, lập bản đồ laser 3D, mô phỏng khí hậu… Sau đó, nó sẽ kết hợp tất cả thông tin này lại với nhau để phân tích đất liền và vùng nước ven biển trên thế giới thành các ô vuông sắc nét, kích thước 10 x 10m, cho phép theo dõi những thay đổi theo thời gian với độ chính xác đáng kinh ngạc.

Thứ hai, AlphaEarth giúp dữ liệu này trở nên thiết thực khi sử dụng. Điểm cải tiến quan trọng của hệ thống là khả năng tạo ra một bản tóm tắt cực kỳ gọn nhẹ cho mỗi ô vuông. Những bản tóm tắt này chiếm ít không gian lưu trữ hơn 16 lần so với các bản tóm tắt được tạo ra bởi các hệ thống AI khác đã được thử nghiệm và giúp giảm đáng kể chi phí phân tích ở quy mô hành tinh.

Đột phá này mở ra khả năng mới cho các nhà khoa học, cho phép họ làm những việc trước đây không thể thực hiện được: tạo ra bản đồ chi tiết và đồng nhất về hành tinh của chúng ta theo nhu cầu. Cho dù họ đang giám sát sức khỏe cây trồng, điều tra tình trạng phá rừng hay quan sát các công trình xây dựng mới, họ không còn bị giới hạn bởi việc chỉ dựa vào một vệ tinh duy nhất bay qua. Thay vào đó, họ có trong tay một nền tảng dữ liệu địa không gian hoàn toàn mới.

Để đảm bảo AlphaEarth Foundations đã sẵn sàng cho việc sử dụng thực tế, các nhà khoa học đã kiểm tra hiệu suất của nó một cách nghiêm ngặt. Khi so sánh với cả các phương pháp truyền thống và các hệ thống lập bản đồ AI khác, AlphaEarth Foundations luôn là hệ thống có độ chính xác cao nhất. Hệ thống này vượt trội trong nhiều nhiệm vụ khác nhau trong các khoảng thời gian khác nhau, bao gồm cả xác định mục đích sử dụng đất và ước tính các đặc tính bề mặt. Điều quan trọng là nó đã đạt được điều này trong các tình huống dữ liệu nhãn khan hiếm. Trung bình, AlphaEarth Foundations có tỷ lệ lỗi thấp hơn 24% so với các mô hình đã thử nghiệm, chứng minh hiệu quả vượt trội của nó.

Tạo bản đồ tùy chỉnh với bộ dữ liệu Satellite Embedding

Được phát triển dựa trên nền tảng AlphaEarth Foundations, bộ dữ liệu Satellite Embedding trên Google Earth Engine là một trong những bộ dữ liệu lớn nhất hiện nay, với hơn 1,4 nghìn tỉ điểm embedding mỗi năm. Bộ sưu tập embedding theo năm này đã và đang được nhiều tổ chức trên toàn thế giới sử dụng, gồm Tổ chức Lương thực và nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), Harvard Forest, Nhóm quan sát Trái đất (Group on Earth Observations), MapBiomas, Đại học Bang Oregon, Nhóm tin học không gian (Spatial Informatics Group), Đại học Stanford, nhằm tạo ra những bản đồ tùy chỉnh mạnh mẽ mang lại các phát hiện thực tiễn quan trọng.

Ví dụ, Global Ecosystems Atlas - một sáng kiến hướng đến xây dựng nguồn dữ liệu đầu tiên để lập bản đồ và giám sát hệ sinh thái toàn cầu - đang sử dụng bộ dữ liệu này để giúp các quốc gia phân loại các hệ sinh thái chưa từng được lập bản đồ, như các vùng bụi rậm ven biển và sa mạc siêu khô hạn. Nguồn tài nguyên độc đáo này sẽ đóng vai trò then chốt trong việc giúp các quốc gia ưu tiên bảo tồn, tối ưu hóa phục hồi môi trường và chống lại sự mất mát đa dạng sinh học.

Tại Brazil, MapBiomas đang thử nghiệm bộ dữ liệu này để hiểu sâu hơn về biến động nông nghiệp và môi trường trên khắp cả nước. Dạng bản đồ này giúp định hướng các chiến lược bảo tồn và phát triển bền vững trong những hệ sinh thái trọng điểm như rừng nhiệt đới Amazon.

Như Tasso Azevedo, người sáng lập MapBiomas, chia sẻ: “Bộ dữ liệu Satellite Embedding có thể thay đổi cách thức làm việc của nhóm chúng tôi; giờ đây chúng tôi có thêm nhiều lựa chọn để tạo ra các bản đồ chính xác, chi tiết và nhanh hơn - điều mà trước đây chưa từng khả thi”.

AlphaEarth Foundations được coi là một trong những bước tiến quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về trạng thái và sự vận động của hành tinh đang thay đổi. Hiện tại, AlphaEarth Foundations được sử dụng để tạo ra các bản nhúng hằng năm, dự kiến sẽ càng trở nên hữu ích hơn khi kết hợp với các mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) có khả năng lý luận tổng quát như Gemini. Các nhà phát triển tiếp tục khám phá những cách ứng dụng hiệu quả nhất khả năng xử lý dữ liệu theo thời gian của mô hình này, trong khuôn khổ dự án Google Earth AI - một bộ sưu tập các mô hình và tập dữ liệu địa không gian, nhằm hỗ trợ giải quyết những thách thức cấp bách nhất của hành tinh.