Ứng dụng GIS xây dựng hệ thống công khai, minh bạch phát thải khí nhà kính từ các hoạt động xử lý chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn thành phố Hà Nội

Bài viết Ứng dụng GIS xây dựng hệ thống công khai, minh bạch phát thải khí nhà kính từ các hoạt động xử lý chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn thành phố Hà Nội kiểm tra sự phát triển của ứng dụng WebGIS như một phần của hệ thống công khai phát thải KNK trong lĩnh vực quản lý chất thải và tạo ra các bản đồ và các tệp dữ liệu với lượng khí thải được phân bổ theo vị trí không gian của các nhà máy xử lý chất thải trên địa bàn thành phố Hà Nội.

ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÔNG KHAI, MINH BẠCH PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ CÁC HOẠT ĐỘNG XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN SINH HOẠT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI Nguyễn Thị Lệ Hằng, Nguyễn Xuân Bắc, Lê Anh Cường Trường Đại học Tài nguyên Mơi trường Hà Nội Tóm tắt Kết hợp phương pháp đo đạc, tính tốn, kiểm kê phát thải khí nhà kính (KNK) hệ thống thơng tin địa lý (GIS) vấn đề then chốt cho mục đích quản lý mơ hình hóa mơi trường nói chung lĩnh vực quản lý chất thải nói riêng Bài báo kiểm tra phát triển ứng dụng WebGIS phần hệ thống công khai phát thải KNK lĩnh vực quản lý chất thải tạo đồ tệp liệu với lượng khí thải phân bổ theo vị trí khơng gian nhà máy xử lý chất thải địa bàn thành phố Hà Nội Nghiên cứu không giới hạn đồ tạo mà cịn trình bày tính khả ứng dụng Web sử dụng người dùng kiến ​​thức trước lĩnh vực GIS Sự phát triển ứng dụng dựa công cụ phần mềm mã nguồn mở MapServer cho chức GIS, PostgreSQL PostGIS để quản lý liệu HTML, PHP JavaScript ngôn ngữ lập trình [5] Đầu ứng dụng bao gồm đồ định dạng Raster Dữ liệu nguồn chất thải khí thải dễ dàng tùy chỉnh để sử dụng khu vực khác nhau, miễn có sẵn liệu khơng gian số liệu thống kê, kiểm kê phát thải KNK khu vực Từ khóa: Hệ thống thơng tin địa lý (WebGIS/GIS); Khí nhà kính (KNK) Abstract Application of GIS on building a measurement, reporting and verification system forgreen house gases emissions from solid waste treatment in Hanoi City Combining methods of measurement, calculation, inventory of greenhouse gas (GHG) emissions and geographic information systems (GIS) is a key issue for environmental modeling and management purposes in general, in the field of waste management in particular This paper examines the development of a WebGIS application as part of a measurment, reporting and verification system for GHG emissions in the waste management sector and create maps and data files with emissions distributed by their spatial locations in Hanoi city The study is not limited to the generated maps but also presents the features and capabilities of a Web application that can be used by any user even without any prior knowledge of the field GIS The development of the application is based on open source software tools such as MapServer for GIS functions, PostgreSQL and PostGIS for data management, and HTML, PHP and JavaScript as programming languages The output of the application includes the map in raster format Data on waste sources and emissions can be easily customized for use in different regions, as long as spatial data and GHG emissions inventory and statistics are available in those regions Keywords: Geographic Information System (WebGIS/GIS); Green House Gas (GHG) Đặt vấn đề Biến đổi khí hậu (BĐKH) diễn biến ngày phức tạp, khó lường Nếu khơng có hành động ứng phó kịp thời, biến đổi khí hậu hiểm họa nghiêm trọng nhân loại Là quốc gia dễ bị tổn thương ảnh hưởng biến đổi Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài ngun mơi trường 201 khí hậu, Việt Nam chủ động phát huy nội lực, kêu gọi hỗ trợ quốc tế để tiến hành hoạt động ứng phó với biến đổi khí hậu, xây dựng kinh tế cacbon thấp theo hướng tăng trưởng xanh bền vững; đồng thời tích cực cộng đồng giới phấn đấu thực mục tiêu cuối Công ước khung Liên hợp quốc biến đổi khí hậu (UNFCCC) giữ cho nhiệt độ trung bình tồn cầu tăng khơng q °C vào cuối kỷ Qua nghiên cứu giới nước, thấy cơng khai, minh bạch đóng vai trị yếu tố then chốt, sống nhiều lĩnh vực, đặc biệt công tác quản lý chất thải Việc công khai, minh bạch hoạt động giảm nhẹ phát thải KNK quản lý chất thải giúp phòng ngừa phát hiện tượng biến đổi khí hậu Với vai trị vậy, vấn đề cơng khai, minh bạch đề cao năm gần đây, cụ thể diễn đàn, thỏa thuận khuôn khổ UNFCCC, định hướng xây dựng văn quy phạm pháp luật nước Để đạt mục tiêu chung UNFCCC, triển khai điều khoản thỏa thuận Paris, có nhiều nghiên cứu công khai minh bạch thực giới, cụ thể áp dụng công cụ MRV cho hoạt động giảm nhẹ hỗ trợ giảm nhẹ phát thải khí nhà kính, giúp thơng tin, số liệu đáng tin cậy hơn, thời hơn, Mặt khác, nghiên cứu công nghệ giúp cho việc đánh giá báo cáo trở nên dễ dàng hiệu hơn, việc sử dụng phần mềm tiên tiến cải thiện trình đánh giá báo cáo cách hiệu thân thiện với người dùng Ngày nay, công nghệ thông tin ngày phát triển mạng Internet trở nên phổ biến, cho phép khai thác thông tin cách hiệu Các thông tin khơng cung cấp dạng chữ, hình ảnh, biểu bảng,… mà dạng đồ trực tuyến nhờ hỗ trợ công nghệ WebGIS [2] Hơn nữa, WebGIS cịn có tiềm lớn cơng việc làm cho thông tin địa lý trở nên hữu dụng sẵn sàng tới số lượng lớn người sử dụng giới Với việc sử dụng đồ trực tuyến, giải pháp giúp khách hàng cập nhật liệu lên đồ để phục vụ việc tìm kiếm địa điểm nhà máy xử lý rác thải, đường đi, thông tin lượng rác thải xử lý nhà máy, lương khí thải từ hoạt động xử lý đó,… ứng dụng máy tính thiết bị di động Hà Nội trung tâm thủ đô nước nên dân cư tập trung đông đúc nơi đây, điều đồng nghĩa với lượng rác thải ngày tăng lượng khí phát thải vào khơng khí ngày nhiều Chính vậy, nghiên cứu xây dựng hệ thống cơng khai, minh bạch lượng phát thải khí nhà kính từ hoạt động xử lý chất thải địa bàn thành phố Hà Nội cần thiết cấp bách công tác quản lý chất thải Thiết kế hệ thống Việc thiết kế hệ thống công khai, minh bạch phát thải khí nhà kính từ hoạt động xử lý chất thải thực ngôn ngữ UML (Unified Modeling Language - Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất) Đây ngơn ngữ mơ hình gồm ký hiệu đồ họa mà phương pháp hướng đối tượng sử dụng để thiết kế hệ thống thơng tin cách nhanh chóng Cách xây dựng mơ hình UML phù hợp để mô tả hệ thống thông tin cấu trúc hoạt động Cách tiếp cận theo mô hình UML giúp ích nhiều cho người thiết kế thực hệ thống thông tin người sử dụng nó; tạo nên nhìn bao qt đầy đủ hệ thống thơng tin dự định xây dựng Cách nhìn bao quát giúp nắm bắt trọn vẹn yêu cầu người dùng [1] Các mơ hình hướng đối tượng lập sở cho việc ứng dụng chương trình tự động sinh mã ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng [8] 202 Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường Để thiết kế hệ thống thông tin QHSDĐ, nghiên cứu sử dụng loại sơ đồ sơ đồ ca sử dụng, sơ đồ hoạt động sơ đồ lớp - Sơ đồ ca sử dụng (Use Case Diagram): Mục đích việc sử dụng sơ đồ ca sử dụng giúp người phát triển hệ thống hình dung yêu cầu chức hệ thống, bao gồm mối quan hệ “các vai - actors” (người hay chủ thể tương tác với hệ thống) với trình (processes) cần thiết, mối quan hệ ca sử dụng khác [7] Một ca sử dụng minh họa đơn vị chức hệ thống cung cấp Để cho thấy ca sử dụng sơ đồ ca sử dụng, người ta vẽ hình ellipse sơ đồ đặt tên cho hình Để vẽ vai (actor - tương đương với loại người sử dụng hệ thống), người ta vẽ người dính vào bên trái hay bên phải sơ đồ sử dụng đường đơn giản để mô tả mối quan hệ vai ca sử dụng - Sơ đồ hoạt động (Activity Diagram): Hiển thị luồng kiểm soát theo thủ tục hai hay nhiều đối tượng lớp xử lý hoạt động [7] Sơ đồ hoạt động có dạng giống sơ đồ quy trình (Flow Chart) hay sử dụng phân tích thiết kế có cấu trúc Nó bước thực hiện, hành động, nút định điều kiện rẽ nhánh để điều khiển luồng thực hệ thống Sơ đồ hành động mô tả hành động kết hành động hệ thống - Sơ đồ lớp (Class Diagram): Là sơ đồ đưa hình ảnh quan hệ cấu trúc ứng xử chức lớp (class) Một lớp trừu tượng nhấn mạnh đến đặc tính chung, bỏ qua đặc tính riêng biệt Một đối tượng thể lớp Trong sơ đồ lớp, lớp trình bày hình chữ nhật hiển thị: tên, phương thức (operations) thuộc tính (attributes) Tên lớp bắt buộc, cịn phương thức thuộc tính thể không Sơ đồ lớp thường dùng để thiết kế sở liệu cho hệ thống thông tin Lựa chọn hệ thống Một hệ thống WebGIS thường có kiến trúc khách - chủ tầng (3-tier client/server architecture) [6]: Hình 1: Kiến trúc chung hệ thống WebGIS [6] - Tầng liệu (data) tiếp nhận, lưu trữ phân phối liệu; - Tầng phân tích (logic) xử lý liệu; Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường 203 - Tầng hiển thị (presentation) hiển thị liệu Để triển khai hệ thống thông tin công khai, minh bạch phát thải KNK tảng cơng nghệ WebGIS cần có hợp phần sau: - Hệ quản trị sở liệu để quản lý liệu không gian liệu thuộc tính; - Máy chủ đồ để sinh hình ảnh đồ từ liệu cung cấp hệ quản trị sở liệu hỗ trợ truy vấn không gian; - Máy chủ Internet để xử lý yêu cầu người sử dụng tạo trang Web để đáp ứng yêu cầu này; - Trình duyệt Web để hiển thị liệu cung cấp giao diện sử dụng máy tính người sử dụng Sau phân tích tính phù hợp hợp phần cần thiết để xây dựng WebGIS hiệu chất lượng, kinh tế, thời gian,… nghiên cứu lựa chọn giải pháp phần mềm mã nguồn mở sau: - Hệ quản trị sở liệu thuộc tính - Postgre SQL: hệ quản trị có độ tin cậy cao, chạy nhiều hệ điều hành khác Window, Linux, Unix, MacOSX,… Khả mở rộng hàm, kiểu liệu, toán tử, người sử dụng tự định nghĩa hàm, kiểu liệu, kiểu toán tử, - Hệ quản trị CSDL không gian - PostGIS: Cài đặt chạy ứng dụng mở rộng PostgreSQL - Tuân thủ theo chuẩn OGC (Open Geospatial Consortium) - Hỗ trợ số lượng lớn hệ tham chiếu khơng gian, có hệ EPSG - Máy chủ đồ - Map Server: Là phần mềm máy chủ đồ mã nguồn mở phổ biến nay; Tích hợp nhiều cơng nghệ đại, tiên tiến [4] Tương thích với giao tiếp CGI (Common Gateway Interface) phổ biến trước hệ thống Web Các đồ thiết lập cách khai báo thông số file đặc biệt gọi Mapfile - Máy chủ Internet - Apache: Hỗ trợ ngơn ngữ lập trình Web PHP, đối thủ cạnh tranh trực tiếp Microsoft Internet Information Service (IIS) - Trình duyệt Web: Có thể sử dụng trình duyệt Web bất kỳ, chạy hệ thống, từ máy bàn tới thiết bị di động Thử nghiệm hệ thống 4.1 Thiết lập nội dung đồ Dữ liệu thu thập chuẩn hóa chuyển đổi liệu [3, 4] vào CSDL PostgreSQL/ PostGIS đặt tham số kết nối hiển thị Mapfile Sau thiết lập CSDL, công việc thiết kế nội dung cho đồ MapServer thông qua cài đặt thông tin cần thiết cho Mapfile 204 Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài ngun mơi trường Hình 3: Cơ sở liệu hệ thống công khai, minh bạch phát thải KNK quản lý chất thải rắn thành phố Hà Nội Hình 4: Khai báo lớp liệu “Khu xử lý chất thải rắn” địa bàn thành phố Hà Nội 4.2 Thử nghiệm Sau kết nối máy chủ thực thủ tục đăng nhập, người sử dụng thực công việc sau: - Xem lớp đồ đồ chuyên đề (các khu xử lý chất thải rắn); - Điều khiển chế độ hiển thị (phóng to, thu nhỏ, di chuyển hình,…); - Tìm kiếm đối tượng theo thơng tin thuộc tính (xem thơng tin lượng chất thải, khối lượng KNK thải trình xử lý chất thải nhà máy xử lý chất thải) - Các thơng tin tìm kiếm xuất kết 03 định dạng: *.xls; *.csv, *.pdf; - In ấn lưu thông tin đồ Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường 205 Hình 5: Hệ thống cơng khai phát thải KNK quản lý chất thải rắn thành phố Hà Nội Hình 6: Truy vấn thơng tin thuộc tính Khu xử lý chất thải rắn Nam Sơn thành phố Hà Nội Hình 7: Kết tìm kiếm in 03 định dạng *.xls, *csv, *.pdf 206 Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường Kết luận Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mã nguồn mở xây dựng hệ thống công khai phát thải KNK lĩnh vực quản lý chất thải rắn thành phố Hà Nội với chức thông thường như: tìm kiếm thơng tin thuộc tính, thay đổi chế độ hiển thị, xuất kết tìm kiếm 03 định dạng,…Về bản, với chức trên, giúp minh bạch thông tin chất thải nhà máy xử lý chất thải địa bàn thành phố Hà Nội lượng KNK sản sinh trình xử lý nhà máy cập nhật công bố Tuy nhiên, số liệu thu thập lượng chất thải rắn nhà máy cịn thiếu nên thơng tin cơng bố bị hạn chế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Quốc Bình (2013) Nghiên cứu ứng dụng GIS cơng tác quy hoạch sử dụng đất cấp huyện xã Đề tài nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN [2] Nguyễn Sỹ Thọ (2013) Thiết kế hệ thống WebGIS quản lý thông tin quy hoạch sử dụng đất (lấy ví dụ huyện Đơng Anh, thành phố Hà Nội) Luận văn Thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN [3] Bộ Tài nguyên Môi trường (2015, 2016, 2017) Báo cáo trạng môi trường quốc gia, chất thải rắn [4] Hợp tác xã Thành Công (2015) Báo cáo tổng hợp khối lượng chất thải rắn từ năm 2010-2015 [5] Dimitrios Gkatzoflias, Giorgos Mellios, Zissis Samaras (2013) Development of a web GIS application for emissions inventory spatial allocation based on open source software tools Computers & Geosciences 52:21-33 DOI:10.1016/j.cageo.2012.10.011 [6] Shashi Shekar, Hui Xiong (Eds.) (2008) Encyclopedia of GIS Springer [7] Bell D (2003) UML basics: An introduction to the Unified Modeling Language IBM Corporation [8] http://www.ibm.com/developerworks/rational/library/769.html?S_TACT=105AGY75 [9] Wikipedia Ngôn ngữ mô hình hóa thống http://vi.wikipedia.org/wiki/ Ngơn_ngữ_mơ_hình_hóa_ thống_nhất [10] Wikipedia Multitier architecture https://en.wikipedia.org/wiki/Multitier_architecture Chấp nhận đăng: 10/12/2021; Người phản biện: TS Nguyễn Thị Linh Giang Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường 207 ... rác thải ngày tăng lượng khí phát thải vào khơng khí ngày nhiều Chính vậy, nghiên cứu xây dựng hệ thống công khai, minh bạch lượng phát thải khí nhà kính từ hoạt động xử lý chất thải địa bàn thành. .. địa bàn thành phố Hà Nội cần thiết cấp bách công tác quản lý chất thải Thiết kế hệ thống Việc thiết kế hệ thống cơng khai, minh bạch phát thải khí nhà kính từ hoạt động xử lý chất thải thực ngôn... trên, giúp minh bạch thông tin chất thải nhà máy xử lý chất thải địa bàn thành phố Hà Nội lượng KNK sản sinh trình xử lý nhà máy cập nhật công bố Tuy nhiên, số liệu thu thập lượng chất thải rắn