Ứng dụng nền tảng IoT trong thu nhận dữ liệu quan trắc ngành tài nguyên và môi trường

Bài viết Ứng dụng nền tảng IoT trong thu nhận dữ liệu quan trắc ngành tài nguyên và môi trường đề xuất mô hình ứng dụng công nghệ IoT trong việc xây dựng hệ thống thu nhận dữ liệu quan trắc đối với ngành tài nguyên và môi trường.

ỨNG DỤNG NỀN TẢNG IOT TRONG THU NHẬN DỮ LIỆU QUAN TRẮC NGÀNH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Nguyễn Huyền Quang, Trần Văn Trung Cục Công nghệ thông tin Dữ liệu tài nguyên môi trường, Bộ Tài nguyên Mơi trường Tóm tắt Thu nhận liệu quan trắc nhiệm vụ quan trọng ngành tài nguyên môi trường Dữ liệu quan trắc tài ngun mơi trường (khí tượng thủy văn, chất lượng khơng khí, nước, ) thu thập, quản lý tập trung, có khả chia sẻ linh hoạt nguồn liệu đầu vào quan trọng giúp tăng cường chức quản lý ngành nói chung lĩnh vực ngành nói riêng Với xu phát triển mạnh mẽ cách mạng công nghiệp 4.0 giới Việt Nam, đặt yêu cầu cấp thiết cho ngành tài nguyên môi trường việc ứng dụng công nghệ tiên tiến, đại cách mạng để đại hóa mạng lưới quan trắc, tập trung hóa việc thu nhận, chia sẻ khai thác liệu quan trắc, qua tăng cường hiệu quản lý tài nguyên môi trường, hỗ trợ nhà quản lý việc lên kế hoạch, định cách xác, kịp thời Mạng lưới quan trắc đại mạng lưới quan trắc ứng dụng công nghệ Internet vạn vật - IoT để thu nhận lượng liệu khổng lồ từ trạm quan trắc cách tự động, theo thời gian thực, cung cấp khả chia sẻ liệu linh hoạt cho ứng dụng khai thác liệu (thống kê, báo cáo, dự báo xu hướng, ) Trong báo này, nhóm tác giả đề xuất mơ hình ứng dụng cơng nghệ IoT việc xây dựng hệ thống thu nhận liệu quan trắc ngành tài ngun mơi trường Từ khóa: IoT; Nền tảng IoT; Quan trắc; Thu nhận liệu quan trắc; Ngành Tài nguyên Môi trường Abstract Application on IoT framework in monitoring data collection in natural resources and environmental sector Collecting monitoring data is one of the important tasks of the natural resources and environment sector Monitoring data on environmental resources (meteorological, hydrometeorological, air quality, water, ) collected, centrally managed, capable of flexibly sharing will be an important input data source to strengthen the management function of the sector in general and sub - sectors in particular The strong development trend of the industrial revolution 4.0 in the world and in Vietnam, poses urgent requirements for the natural resources and environment sector in the application of advanced and modern technologies to be able to modernize the monitoring network, centralize the collection, sharing and exploitation of monitoring data, thereby increasing efficiency in environmental resource management, supporting management in planning, making decisions in an accurate and timely manner A modern monitoring network is a monitoring network that applies internet of things technology - IoT to collect huge amounts of data from monitoring stations automatically and in real time; provides flexible data sharing capabilities for data mining applications (statistics, reports, trend forecasting,…) In this paper, the authors proposes an application model of IoT technology in building a monitoring data acquisition system for the natural resources and environment industry In this paper, the author proposes an application model of IoT technology in building a monitoring data acquisition system for the natural resources and environment sector Keywords: IoT; IoT framework; Monitoring; Monitoring data collection; Natural Resources and Environment 266 Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường Đặt vấn đề Xây dựng hệ thống thu nhận, khai thác liệu quan trắc tài nguyên môi trường đại nhu cầu cấp thiết ngành Khi chưa ứng dụng công nghệ Internet vạn vật - IoT, việc thu nhận liệu quan trắc thực chủ yếu thông qua phương pháp thủ công Đối với phương pháp thủ công, đơn vị/lĩnh vực xây dựng trạm quan trắc (chứa cảm biến) để ghi nhận lại số liệu cần quan trắc Việc ghi nhận số liệu từ trạm quan trắc thường thực quan trắc viên hình thức ghi sổ, lưu thành tệp tin, sau định kỳ gửi đơn vị để tổng hợp qua phương pháp lấy mẫu thí nghiệm Số lượng trạm quan trắc có khả tự động gửi số liệu qua đường truyền mạng Bên cạnh đó, đa phần đơn vị chưa xây dựng hệ thống thu nhận liệu quan trắc tự động Phương pháp thu nhận liệu quan trắc thủ công ngày bộc lộ bất cập, hạn chế q trình phát triển, đại hóa ngành Những bất cập khó khăn quản lý tập trung, chia sẻ khai thác liệu quan trắc phục vụ công tác quản lý tài nguyên mơi trường ngành Do vậy, cần thiết có nghiên cứu trạng mạng lưới quan trắc, hệ thống thu nhận quản lý liệu quan trắc, xu ứng dụng cơng nghệ IoT nhằm có đề xuất việc định hướng xây dựng, đại hóa mạng lưới quan trắc, hệ thống thu nhận liệu quan trắc tập trung thống ngành, làm sở nâng cao vai trò, hiệu công tác quản lý, định ngành Đối tượng phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu ứng dụng công nghệ IoT để xây dựng hệ thống thu nhận liệu quan trắc ngành Tài nguyên Môi trường Để đạt mục tiêu cần có nghiên cứu đánh giá về: 1) Hiện trạng thu nhận liệu quan trắc; 2) Kiến trúc IoT xây dựng hệ thống thu nhận liệu quan trắc; 3) Đề xuất giải pháp xây dựng hệ thống thu nhận liệu quan trắc; 4) Kết thử nghiệm xây dựng hệ thống thu nhận liệu quan trắc dựa công nghệ IoT Kết thảo luận 3.1 Tổng quan IoT Năm 2013, tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT - GSI) định nghĩa IoT “hạ tầng sở tồn cầu phục vụ cho xã hội thơng tin, hỗ trợ dịch vụ (điện tốn) chun sâu thơng qua vật thể (cả thực lẫn ảo) kết nối với nhờ vào công nghệ thông tin truyền thơng hữu tích hợp” với mục đích “vật” “một thứ giới thực (vật thực) giới thông tin (vật ảo), mà vật nhận dạng tích hợp vào mạng lưới truyền thơng” Hệ thống IoT cho phép vật cảm nhận điều khiển từ xa thông qua hạ tầng mạng hữu, tạo hội cho giới thực tích hợp trực tiếp vào hệ thống điện toán, hệ hiệu năng, độ tin cậy lợi ích kinh tế tăng cường bên cạnh việc giảm thiểu can dự người Khi IoT gia tố cảm biến cấu chấp hành, công nghệ trở thành dạng thức hệ thống ảo - thực với tính tổng qt cao hơn, bao gồm ln công nghệ điện lưới thông minh, nhà máy điện ảo, nhà thông minh, vận tải thông minh thành phố thông minh Mỗi vật nhận dạng riêng biệt hệ thống điện tốn nhúng có khả phối hợp với hạ tầng Internet hữu Quy mô vật hay đối tượng kết nối phát triển mạnh mẽ Theo dự đốn cơng ty lớn (Cisco, Juniper, Gartner Research, ) lấy trung bình có khoảng 33,4 tỷ vật kết nối vào năm 2020-2021 Đến nay, số thiết bị IoT ước tính đến cuối năm 2021 46 tỉ thiết bị toàn cầu Dự đoán đến năm 2030, số 125 tỉ thiết bị (nguồn https:// techjury.net/blog/how-many-iot-devices-are-there/#gref) Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường 267 - Ứng dụng IoT quan trắc môi trường số quốc gia Ở Tây Ban Nha, thành phố Santander ứng dụng thành phố thông minh tảng IoT, thúc đẩy Liên minh châu Âu (European Union) Bao gồm 15 công ty tổ chức Telefonica, Ericsson, trường đại học viện nghiên cứu Tây Ban Nha, Đức, Anh, Đan Mạch, Hy Lạp, Úc 20.000 thiết bị, cảm biến, camera thiết bị di động cài đặt tồn thành phố thực nhiệm vụ thơng minh hàng ngày tư vấn giao thông, thông tin điều kiện giao thông công cộng, thời gian biểu tuyến đường, thơng tin chất lượng khơng khí, chất lượng nước,… Thành phố Oviedo triển khai dự án quan trắc chất lượng nước chất lượng khơng khí dựa tảng IoT Dự án VisionTech4Life tập trung vào nghiên cứu tác động môi trường cơng trình xây dựng giảm thiểu tác động Dự án cho phép đo lường chất lượng nước, chất lượng khơng khí, cường độ tiếng ồn thơng số khí khác thời gian thực, tồn hệ thống dựa mạng cảm biến không dây Dự án trang bị Waspmote Plug & Sense cảm biến kết hợp với cổng Meshlium với địa IP công cộng Một nút kết nối M2M ba nút khác sử dụng giao thức ZigBee 802.15.4 (nguồn: https://www.datalan sk/en/internet-veci-senzory) Ngoài ra, nghiên cứu ứng dụng tảng IoT Big Data quan trắc môi trường phải kể đến dự án quan trắc khơng khí khu thị Microsoft (Urban Air) Hiện nay, ứng dụng triển khai thành công việc giám sát, cung cấp thông tin thời gian thực hệ thống cho phép dự báo khí tượng chất lượng khơng khí điểm quan trắc thành phố Bắc Kinh, Trung Quốc (http://urbanair.msra.cn/) Tại Hạ Môn, Trung Quốc (Xinglin Bay, Xiamen, China) xây dựng hệ thống quản lý chất lượng nước trực tuyến (OWQMS) dựa tảng IoT với thành phần EIoT (Environmental Internet of Things - IoT môi trường) bao gồm hệ thống phụ quan trắc chất lượng nước trực tuyến, phận xử lý liệu để quản lý sông chảy qua thành phố (https://www.researchgate.net/publication/262851722_ Application_of_Environmental_Internet_of_Things_on_water_quality_management_of_urban_ scenic_river) - Ứng dụng IoT quan trắc Việt Nam Các nhóm nghiên cứu, phát triển sản phẩm ứng dụng công nghệ IoT xuất nhiều Việt Nam không thiếu phần công ty lớn Bkav, VNPT, FPT, DTT, Trong ban ngành có xu hướng tìm hiểu tảng công nghệ Các hãng công nghệ lớn Intel, Microsoft, Dell, có kênh phát triển IoT Việt Nam Điều cho thấy, IoT thực trở thành xu hướng tất yếu việc phát triển cơng nghệ Việt Nam, có nhiều ứng dụng liên quan đến lĩnh vực Tài nguyên Môi trường Năm 2018, VNPT thử nghiệm thành công hệ thống quan trắc môi trường tảng IoT với khởi đầu trạm quan trắc không khí Phú Quốc Ứng dụng tảng cơng nghệ Internet of Things, hệ thống Quan trắc môi trường VNPT Technology hoạt động hiệu việc thu thập thông tin, liệu giám sát mơi trường Từ đó, đưa dự đoán, cảnh báo kịp thời tình trạng nhiễm mơi trường biện pháp ứng phó phù hợp Dưới mơ hình kiến trúc tảng IoT SCP - Smart Connected Platform VNPT: 268 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 1: Nền tảng Smart Connected Platform Năm 2020, CMC lần đầu giới thiệu tảng Kết nối vạn vật - CMC IoT Platform với trọng tâm hướng tới xây dựng thành phố thông minh, tham gia nhiều vào hoạt động cộng đồng, hệ thống giám sát môi trường, cảnh báo chất lượng khơng khí Dưới mơ hình kiến trúc tảng CMC IoT Platform: Hình 2: Nền tảng CMC IoT Platform 3.2 Vài nét trạng hệ thống quan trắc tài nguyên môi trường Trong năm qua, công tác quan trắc môi trường nước ta quan tâm, trọng thực phát triển mạnh mẽ cấp Trung ương địa phương, hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý bảo vệ môi trường Đối với mạng lưới quan trắc môi trường Quốc gia, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 90/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch mạng lưới quan Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường 269 trắc tài nguyên môi trường Quốc gia giai đoạn 2016 - 2025, tầm nhìn 2030 Ở nhiều địa phương, Ủy ban nhân dân cấp tỉnh phê duyệt Quy hoạch mạng lưới quan trắc địa bàn đầu tư tăng cường lực cho Trung tâm Quan trắc môi trường Tuy nhiên, hạn chế nguồn lực tài chính, hệ thống quan trắc môi trường cấp quốc gia địa phương chưa đầu tư đầy đủ, đồng bộ, đại hóa để kịp thời theo dõi, giám sát liên tục trạng diễn biến chất lượng môi trường, điểm quan trắc, thông số tần suất quan trắc định kỳ chưa thực đầy đủ theo quy hoạch phê duyệt Bên cạnh đó, theo thống kê chưa đầy đủ đến nước có khoảng gần 30 tỉnh thành đầu tư xây dựng vận hành trạm quan trắc môi trường tự động, với khoảng 70 trạm quan trắc khơng khí xung quanh khoảng 90 trạm quan trắc môi trường nước Tuy nhiên, so với mạng lưới quan trắc nước giới yêu cầu công tác bảo vệ môi trường nước ta tình hình mới, hệ thống quan trắc mơi trường nước ta cịn hạn chế số lượng điểm, tần suất, thông số cơng nghệ quan trắc nhìn chung chưa đáp ứng nhu cầu liệu phục vụ công tác công bố thông tin, dự báo, cảnh báo ô nhiễm mơi trường Nhìn chung, mạng lưới quan trắc tài ngun môi trường tồn số vấn đề cộm sau: - Về trạm quan trắc + Số lượng, quy mô mật độ trạm/điểm quan trắc môi trường tự động, liên tục định kỳ cịn thưa phân bố khơng đồng đều; thành phần môi trường, thông số tần suất quan trắc chưa phản ánh đầy đủ, kịp thời tranh trạng diễn biến chất lượng môi trường + Các trạm quan trắc hầu hết thủ công bán tự động Số lượng trạm quan trắc tự động cịn hạn chế Việc ứng dụng cơng nghệ quan trắc đại, tự động (đối với nước khơng khí) triển khai thời gian qua cịn chậm so với phát triển cơng nghệ giới - Về truyền nhận liệu quan trắc: chưa có quy định tiêu chuẩn truyền nhận liệu quan trắc (đặc biệt tiêu chuẩn truyền nhận sử dụng giao thức chuyên dụng cho liệu IoT, tiêu chuẩn cho truyền liệu hình ảnh) Dẫn đến thiếu đồng bộ, khơng tương thích trình truyền nhận trạm quan trắc cần đại hóa đầu tư - Về quản lý liệu quan trắc + Việc truyền nhận liệu từ trạm quan trắc tự động liên tục địa phương Bộ Tài nguyên Môi trường cịn gặp nhiều khó khăn sở hạ tầng chưa đáp ứng, hướng dẫn kỹ thuật chưa đầy đủ thông suốt + Dữ liệu quan trắc chưa thu nhận quản lý tập trung gây khó khăn việc chia sẻ khai thác liệu để phục vụ cho công tác cảnh báo, báo cáo thống kê hỗ trợ cho nhà quản lý hoạch định định Với trạng mạng lưới quan trắc thiếu đồng chưa đại hóa, cần phải có nghiên cứu đề xuất nhằm ứng dụng công nghệ IoT để đại hóa mạng lưới quan trắc, thu nhận quản lý tập trung liệu quan trắc, khai thác, chia sẻ liệu quan trắc phục vụ công tác quản lý, giám sát định 3.3 Kiến trúc IoT xây dựng hệ thống thu nhận liệu quan trắc Dưới mơ hình tham khảo kiến trúc tổng quan tảng IoT 270 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: Kiến trúc tổng quan tảng Internet vạn vật - IoT đó: + Cổng đám mây - Cloud Gateway: Đóng vai trò trung tâm đám mây để cung cấp kết nối an toàn, khả đo lường từ xa, thu thập kiện quản lý thiết bị (bao gồm huy điều khiển) Có nhiều giải pháp cổng đám mây, nên xem xét, lựa chọn để đảm bảo tiêu chí: kết nối an tồn, đo lường từ xa, thu thập kiện, tương tác chiều + Xử lý luồng - Stream Processing: Xử lý lượng lớn ghi liệu áp dụng quy tắc luồng Nên lựa chọn giải pháp xử lý luồng dựa mức độ phức tạp yêu cầu xử lý để đạt hiệu xử lý nhanh, đảm bảo hiệu tồn hệ thống + Tích hợp quy trình - Business Integration: Tạo điều kiện thực hành động dựa hiểu biết thu được, dựa liệu thu nhận từ thiết bị trình xử lý luồng Quy trình tích hợp bao gồm hoạt động sau: - Lưu trữ tin nhắn thông tin; - Cảnh báo: gửi Email, SMS, ; - Tích hợp với CRM + Lưu trữ: Có thể chia thành lưu trữ ấm (dữ liệu bắt buộc phải có sẵn để báo cáo trực quan hóa từ thiết bị) lưu trữ lạnh (dữ liệu lưu trữ lâu dài sử dụng để xử lý hàng loạt, tốn phân tích, mơ hình, ) Giao diện người dùng cho ứng dụng IoT phân phối loạt loại thiết bị, ứng dụng gốc trình duyệt Nhu cầu hệ thống IoT cho giao diện báo cáo đa dạng Nên xem xét ứng dụng BI, TSI, ứng dụng giao diện có khả tùy chỉnh cao, đảm bảo khả tùy chỉnh theo yêu cầu + Thiết bị biên IoT: Đóng vai trị việc quản lý truy cập vào luồng thông tin Bên cạnh đó, chúng hỗ trợ việc triển khai thiết bị, lọc liệu, tổng hợp, làm đệm cho liệu, dịch giao thức, xử lý, quy tắc kiện, Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường 271 + Chuyển đổi liệu liên quan đến thao tác tổng hợp luồng từ xa trước sau dịch vụ cổng đám mây nhận Thao tác bao gồm chuyển đổi giao thức (ví dụ: Chuyển đổi liệu truyền phát nhị phân sang JSON), kết hợp liệu điểm + Hệ thống học máy cho phép hệ thống học hỏi từ liệu kinh nghiệm, sau đề xuất thực hành động mà không cần lập trình rõ ràng Các tình dự đốn bảo trì kích hoạt thơng qua học máy + Hệ thống quản lý người dùng cho phép đặc tả khả khác cho người dùng nhóm thực hành động thiết bị (ví dụ: Lệnh kiểm sốt nâng cấp chương trình sở cho thiết bị) khả cho người dùng ứng dụng Quản lý người dùng đóng vai trò việc bảo mật ứng dụng IoT + Bảo mật khía cạnh quan trọng hệ thống Bảo vệ giải pháp IoT yêu cầu đảm bảo an toàn cho thiết bị, kết nối thiết bị, thiết bị biên đám mây, truy cập an toàn vào giải pháp phụ trợ bảo vệ liệu an toàn đám mây trình xử lý lưu trữ (mã hóa) Xem xét giải pháp cung cấp dịch vụ quản lý an toàn giao tiếp hai chiều đáng tin cậy an toàn thiết bị IoT dịch vụ khác Học máy Phân tích luồng thơng qua sử dụng thông tin xác thực truy cập bảo mật thiết bị điều khiển Đối với công nghệ lưu trữ, cần hỗ trợ khả mã hóa liệu ấm lạnh Để quản lý người dùng, chẳng hạn xác thực người dùng, ủy quyền giao diện, quản lý báo cáo, quản lý người dùng có quyền truy cập kiểm tra hoạt động ứng dụng xem xét giải pháp Active Directory Ghi nhật ký giám sát cho ứng dụng IoT yếu tố định, giúp đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru, phát kịp thời xử lý cố Có thể xem xét giải pháp thu thập phân tích log tập trung, giải pháp giám sát mạng hỗ trợ giám sát thiết bị, máy chủ, dịch vụ theo giao thức TCP, UDP, ICMP, SNMP, hỗ trợ agent, hỗ trợ nhận diện giao thức Đối với công việc trên, giải pháp thương mại mã mở có khả đáp ứng tốt + Tính sẵn sàng cao khắc phục thảm họa (HA/DR) tập trung vào việc đảm bảo hệ thống IoT khả dụng, xảy vấn đề thảm họa Công nghệ sử dụng hệ thống IoT cần hỗ trợ chuyển đổi dự phòng liên vùng khác Đối với ứng dụng IoT, điều dẫn đến việc yêu cầu lưu trữ dịch vụ trùng lặp chép liệu ứng dụng khu vực (site, location) tùy thuộc vào thời gian ngừng hoạt động liệu chấp nhận 3.5 Đề xuất giải pháp xây dựng hệ thống thu nhận liệu quan trắc Kiến trúc tổng quan nền tảng IoT sử dụng để tham khảo làm tham chiếu cho việc lựa chọn, đề xuất giải pháp xây dựng hệ thống thu nhận liệu quan trắc tài nguyên Môi trường Hệ thống thu nhận liệu quan trắc cần đảm bảo thành phần thu nhận, lưu trữ, trình diễn, chia sẻ liệu quan trắc tới hệ thống khai thác liệu khác Hệ thống thu nhận liệu quan trắc chia làm thành phần: - Phần mềm thu nhận liệu quan trắc - PM-TN: Phần mềm thu nhận, lưu trữ liệu quan trắc dạng timeseries, tích hợp khả tương tác ngược, khả tạo rule xử lý liệu quan trắc Phần mềm thu nhận phát triển phần mềm mã mở Thingsboard Nền tảng mở ngày hỗ trợ thu nhận liệu hàng triệu cảm biến (thông số thu nhận công bố 1.8 triệu message/ phút), hỗ trợ mô hình triển khai microservices - dễ dàng mở rộng theo chiều ngang, hỗ trợ triển khai tổ chức đám mây - Phần mềm khai thác liệu quan trắc - PM-KT: Cung cấp tính truy vấn, trình bày liệu quan trắc; Quản lý điểm quan trắc, thông số quan trắc; Tạo dịch vụ chia sẻ liệu quan 272 Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường trắc; Quản lý, phân quyền người dùng, Phần mềm phát triển tảng NET Core, Angular, React Trên thực tế, xây dựng nhiều phần mềm khai thác để đáp ứng nhu cầu khai thác liệu quan trắc khác lĩnh vực, đơn vị TRUNG TÂM DỮ LIỆU PHẦN MỀM THU NHẬN GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU MQTT/HTTP/CoAP THIẾT BỊ Modbus THIẾT BỊ GATEWAY OPC-UA THIẾT BỊ QUEUE SQL CORE HTTP MQTT MQTT QUEUE CoAP Giao thức khác QUEUE THIẾT BỊ NoSQL RULE MQTT / HTTP API THIẾT BỊ/HỆ THỐNG KHÁC API / HTTP / FTP GATEWAY REST API / WEB SOCKET PHẦN MỀM KHAI THÁC Học máy/ Trí tuệ nhân tạo Trình diễn, Báo cáo Quy trình, nghiệp vụ Datawarehouse Hình 4: Mơ hình hệ thống thu nhận liệu quan trắc đó: - Thiết bị + Thiết bị đo trực tiếp truyền số liệu hệ thống thu nhận liệu quan trắc Truyền số liệu thực qua giao thức MQTT HTTP qua API hệ thống quan trắc, giao thức FTP + Hoặc thiết bị đo truyền số liệu tới thiết bị IoT hub, sau thiết bị IoT hub truyền số liệu theo giao thức IoT tới hệ thống thu nhận liệu quan trắc + Hoặc hệ thống quan trắc kết nối đến thiết bị đo qua API thiết bị đo để lấy liệu - PM - TN: Là phần mềm thu nhận, lưu trữ liệu quan trắc thực chức nêu phần Bao gồm thành phần: + Thu nhận, lưu trữ liệu từ thiết bị: Thông qua giao thức IoT phổ biến MQTT, CoAP, HTTP + Quy tắc xử lý: Xử lý theo thời gian thực liệu quan trắc thu nhận Việc xử lý bao gồm không hạn chế hành động như: Chuẩn hóa liệu, kiểm tra liệu, chuyển liệu đến dịch vụ lưu trữ nội đám mây, Thành phần quy tắc xử lý bao gồm quy tắc định nghĩa sẵn quy tắc người quản trị định nghĩa điều chỉnh dựa quy tắc sẵn có + Chia sẻ liệu quan trắc: Cung cấp API cho ứng dụng khai thác - PM - KT: Kết nối để sử dụng liệu PM - TN thông qua API cung cấp phần mềm thu nhận Thực chức trình diễn liệu (biểu đồ, đồ, thống kê trạng thái), cảnh báom, phân quyền người sử dụng, chia sẻ liệu quan trắc dạng dịch vụ, báo cáo thống kê, Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường 273 3.6 Kết thử nghiệm xây dựng hệ thống thu nhận liệu quan trắc dựa công nghệ IoT a) Mơ hình triển khai thử nghiệm CẢM BIẾN TTDL TRỤ SỞ BỘ CẢM BIẾN CẢM BIẾN INTERNET Máy chủ Máy chủ CẢM BIẾN CẢM BIẾN Hình 5: Mơ hình triển khai thử nghiệm hệ thống thu nhận liệu quan trắc đó: - Máy chủ 01: Cài đặt microservice PM-TN Các phần mềm cài đặt bao gồm: + Docker, Docker Compose; + Kafka image; + Thingsboard image; + PostgreSQL image; - Máy chủ 02: Cài đặt microservice PM-KT Các phần mềm cài đặt bao gồm: + Docker, Docker Compose; + ASP.NET Core image; + Identity image; + Nginx image; + API gateway image; + PostgreSQL image b) Dữ liệu thử nghiệm Nguồn liệu thử nghiệm sau: - Nguồn - Dữ liệu từ trạm quan trắc quản lý Trung tâm Quy hoạch Điều tra tài nguyên nước + Số lượng trạm: 03 + Hình thức thu nhận: chủ động (hệ thống thu nhận khởi tạo kết nối đến nguồn liệu thông qua HTTP API) + Các thông số quan trắc: Mực nước, nhiệt độ nước, thơng số hóa học (“na”, “k”, “ca2”, “mg2”, “fe3”, “fe2”, “al3”, “mn”, “nh4”, “cl”, “so4”, “hco3”, “co3”, “no2”, “hardness_ general”, “no3”, “po4”, “hardness_temporal”, “hardness_permanent”, “ph”, “eh”, “co2_free”, “co2_depend”, “co2_infiltrate”, “sio2”, “color”, “tds105”, “smell”, “tatse”, “water_temperature”, “cu”, “be”, “cd”, “pb”, “zn”, “as_”, “cr”, “se”, “hg”, “ni”, “i”, “cn”, “f”, “phenol”, “ddt”, “dde”, “lindan”, “bod”, “cod”, “v_do”, “nam”, “lienhe”, “ecoli”, “coliform”, “alpha”, “beta”) 274 Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường - Nguồn - Dữ liệu từ trạm quan trắc chất lượng khơng khí PAMAIR + Số lượng trạm: 04 + Hình thức thu nhận: chủ động (hệ thống thu nhận khởi tạo kết nối đến nguồn liệu thông qua HTTP API) + Các thông số quan trắc: nhiệt độ, độ ẩm, PM25, AQI - Nguồn - Trạm quan trắc nước thử nghiệm (nhóm thực tích hợp: cảm biến, gateway) + Số lượng trạm: 01 + Hình thức thu nhận: bị động (trạm quan trắc truyền số liệu quan trắc hệ thống thu nhận) + Các thông số quan trắc: nhiệt độ, PH - Nguồn - Trạm quan trắc giả lập + Số lượng trạm: 10 + Hình thức thu nhận: bị động (trạm quan trắc giả lập truyền số liệu quan trắc hệ thống thu nhận) + Các thông số quan trắc: PH, mực nước, nồng độ Oxy, nồng độ Asen, tốc độ dòng chảy, NO2, nhiệt độ STT 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 Bảng Danh sách trạm quan trắc Mô tả Nguồn liệu Dữ liệu từ Trung tâm Quy - Hình thức thu nhận: Bị động hoạch Điều tra Tài nguyên - Số lượng trạm quan trắc thu nhận: 03 trạm nước Quốc gia - Loại trạm: Thủ công - Quan trắc: Nước đất Trạm Q017050 - Địa chỉ: Xã Tân Phú, huyện Châu Thành A, tỉnh Hậu Giang - Tọa độ: 579364.04, 1097799.9 - Loại trạm: Bán tự động, - Quan trắc: Nước đất Trạm Q027030 - Địa chỉ: Thị trấn Vĩnh Hưng, huyện Vĩnh Hưng, tỉnh Long An - Tọa độ: 585616, 1204224 - Loại trạm: Tự động - Quan trắc: Nước đất Trạm Q027030 - Địa chỉ: Xã Kiên Bình, huyện Kiên Lương, tỉnh Kiên Giang - Tọa độ: 466886.85, 1137063.86 Dữ liệu từ PAMAIR – đơn vị - Hình thức thu nhận: bị động cung cấp giải pháp quan trắc - Số lượng trạm quan trắc thu nhận: 04 trạm chất lượng khơng khí - Loại trạm: Tự động Trạm FDS Tôn Thất - Quan trắc: Chất lượng khơng khí Thuyết - Địa chỉ: FDS Tơn Thất Thuyết, quận Cầu Giấy, Hà Nội - Tọa độ: 21.026053, 105.785088 - Loại trạm: Tự động Trạm Trần Hưng Đạo, Hà - Quan trắc: Chất lượng khơng khí Giang - Địa chỉ: Trần Hưng Đạo, Hà Giang - Tọa độ: 104.980346, 22.828934 Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường 275 2.3 2.4 3.1 - Loại trạm: Tự động - Quan trắc: Chất lượng khơng khí Trạm Trường Mầm non - Địa chỉ: Trường Mầm non Tuổi Thần Tiên, Lai Châu Tuổi Thần Tiên, Lai Châu - Tọa độ: 103.4755419,22.3836786 - Thơng số quan trắc khơng khí: - Loại trạm: Tự động Trường THCS Lê Quý Đôn, - Quan trắc: Chất lượng khơng khí Quận 3, Thành phố Hồ Chí - Địa chỉ: Trường THCS Lê Quý Đơn, Quận 3, Thành phố Hồ Chí Minh Minh - Tọa độ: 10.779501, 106.69352 - Thông số quan trắc không khí: Trạm quan trắc nước thử - Hình thức thu nhận: Chủ động nghiệm (nhóm thực tích - Số lượng trạm quan trắc thu nhận: 01 hợp: Cảm biến, gateway) Trạm quan trắc di động - Loại trạm: Tự động - Địa chỉ: Thiết bị di động Thiết bị quan trắc giả lập - Hình thức thu nhận: Chủ động - Số lượng trạm quan trắc thu nhận: 10 c) Một số hình ảnh triển khai thử nghiệm hệ thống thu nhận liệu quan trắc - Phần mềm thu nhận liệu quan trắc + Dữ liệu quan trắc thu nhận lưu trữ tập trung phần mềm thu nhận (dữ liệu lưu trữ vào sở liệu Cassandra) Hình 6: Thu nhận liệu (khơng khí) Hình 7: Thu nhận liệu (nước) 276 Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường - Phần mềm khai thác liệu quan trắc + Trình bày liệu quan trắc trạm theo thời gian thực, hiển thị đồ; Hình 8: Trình bày liệu quan trắc (khơng khí) + Thống kê thơng số quan trắc theo biểu đồ, tích hợp với ngưỡng cảnh báo theo màu sắc giá trị Hình 9: Thống kê, cảnh báo dựa liệu thu nhận (khơng khí) + Trình bày liệu quan trắc theo dạng bảng, hỗ trợ trích xuất liệu sang định dạng json Hình 10: Trích xuất liệu quan trắc (khơng khí) Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường 277 Kết luận Như vậy, việc xây dựng hệ thống thu nhận liệu quan trắc ứng dụng công nghệ tảng Internet vạn vật IoT xu tất yếu q trình hồn thiện đại hóa mạng lưới quan trắc tài nguyên mơi trường, đồng thời, góp phần vào việc thống quy định tiêu chuẩn truyền nhận liệu quan trắc ngành tổ chức, doanh nghiệp có liên quan Hệ thống thu nhận liệu quan trắc ứng dụng công nghệ IoT giúp tập trung hóa việc thu nhận, quản lý chia sẻ liệu quan trắc, qua tăng cường cơng tác quản lý, giám sát, dự báo, định cấp quản lý Dữ liệu quan trắc chia sẻ tới cộng đồng (người dân, người làm công tác nghiên cứu, ) để thúc đẩy liệu mở ứng dụng khai thác liệu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Huyền Quang (2017) Nghiên cứu, ứng dụng thử nghiệm tảng internet vạn vật (IoT Internet of Things) quan trắc tài nguyên nước Đề tài cấp Bộ TN&MT [2] Perry Lea (2018) The Internet of Things for architects ISBN 978-1-78847-059-9 Packt Publishing Ltd [3] Wiley (2019) Internet of Things: Architecture, Protocols and Standards Wiley [4] Thingsboard.io [5] Www.docker.com Chấp nhận đăng: 10/12/2021; Người phản biện: TS Lê Phú Hưng 278 Giải pháp kết nối chia sẻ hệ thống sở liệu phục vụ công tác đào tạo, quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường ... thống thu nhận liệu quan trắc tài nguyên Môi trường Hệ thống thu nhận liệu quan trắc cần đảm bảo thành phần thu nhận, lưu trữ, trình diễn, chia sẻ liệu quan trắc tới hệ thống khai thác liệu khác... nhận liệu quan trắc + Dữ liệu quan trắc thu nhận lưu trữ tập trung phần mềm thu nhận (dữ liệu lưu trữ vào sở liệu Cassandra) Hình 6: Thu nhận liệu (khơng khí) Hình 7: Thu nhận liệu (nước) 276... nhiều ứng dụng liên quan đến lĩnh vực Tài nguyên Môi trường Năm 2018, VNPT thử nghiệm thành công hệ thống quan trắc môi trường tảng IoT với khởi đầu trạm quan trắc khơng khí Phú Quốc Ứng dụng tảng