Xu Hướng Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Mạng Lưới Kết Nối Vạn Vật (Iot) Trong Quan Trắc Chất Lượng Nước Và Khơng Khí.pdf

1 SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP HCM TRUNG TÂM THÔNG TIN VÀ THỐNG KÊ KH&CN    BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MẠNG LƯỚI KẾT NỐI VẠN VẬT (IOT) TRONG QUAN[.]

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP.HCM TRUNG TÂM THÔNG TIN VÀ THỐNG KÊ KH&CN  BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề: XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MẠNG LƯỚI KẾT NỐI VẠN VẬT (IOT) TRONG QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ Biên soạn: Trung tâm Thông tin Thống kê Khoa học Công nghệ Với cộng tác của:  PGS.TS Hồ Quốc Bằng Viện Môi trường Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh  Th.S Phan Đình Thế Duy Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh TP.Hồ Chí Minh, 05/2018 MỤC LỤC I TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG IOT TRONG QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM Mô hình quan trắc mơi trường Mơ hình mơ lan truyền khí Trực quan hoá liệu đồ 3D II PHÂN TÍCH XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG IOT TRONG QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ 10 Tình hình cơng bố sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí theo thời gian 11 Tình hình cơng bố sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí theo quốc gia 12 Tình hình nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí theo hướng nghiên cứu 13 Các đơn vị dẫn đầu sở hữu sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí sở số liệu sáng chế quốc tế 13 Sáng chế tiêu biểu 14 Kết luận 15 III GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀ MƠ HÌNH ỨNG DỤNG IOT TRONG QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ 15 Thiết bị datalogger phục vụ cho giải pháp ứng dụng IoT quan trắc 15 1.1 Chức 15 1.2 Thông số kỹ thuật 16 1.3 Ứng dụng điều khiển thiết bị 17 Các mô hình đánh giá, kiểm sốt chất lượng khơng khí đánh giá hiệu ứng dụng mơ hình cho nước phát triển 18 2.1 Ơ nhiễm khơng khí xu hướng mô lan truyền 18 2.2 Mơ hình đánh giá chất lượng khơng khí cho tỉnh/thành phố 19 2.2.1Tính mơ hình 19 2.2.2Mơ hình mơ lan truyền nhiễm khơng khí TAPOM 20 2.2.3Mơ hình TAPM - CTM 22 2.3 Mô hình đánh giá chất lượng khơng khí cho sở sản xuất 24 2.4 Nhóm mơ hình kiểm kê khí thải 26 Một số dự án nghiên cứu có áp dụng mơ hình Việt Nam 28 3.1 Mơ hình đánh giá chất lượng khơng khí cho sở sản xuất 29 3.2 Dự án áp dụng TP.Hồ Chí Minh 29 3.3 Dự án áp dụng TP.Cần Thơ 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MẠNG LƯỚI KẾT NỐI VẠN VẬT (IOT) TRONG QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ *********************** I TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG IOT TRONG QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM Ơ nhiễm khơng khí thị ngồi trời ước tính gây 1,3 triệu trường hợp tử vong tồn giới năm Trong trẻ em đặc biệt có nguy bị ảnh hưởng nhiều non trẻ hệ thống hô hấp thể Cũng theo phân tích WHO, có tương quan thuận tỷ lệ tử vong viêm phổi nhiễm khơng khí phát thải xe giới (khí thải giao thơng) Khí thải giao thơng biết đến nguồn chủ yếu gây ô nhiễm khơng khí thành phố lớn giới thải mơi trường xung quanh lượng đáng kể hạt vật chất PM (viết tắt từ Particulate Matter, hay gọi hạt bụi), chất nhiễm khí hợp chất hữu dễ bay hơi, chủ yếu NOx, CO SOx Các chất nhiễm có tác động không tốt đến sức khỏe người, không khí khí hậu Hình thành từ q trình đốt cháy khơng hồn tồn động cơ, thành phần ô nhiễm bụi PM BTEX (Benzene, Toluene, Ethyl, Xylene) xem chất ô nhiễm phải kiểm soát ngăn chặn tác động xấu chúng đến sức khỏe người theo báo cáo từ Viện Khoa học sức khỏe môi trường Mỹ báo cáo WHO ban hành vào năm 2015 Tại Việt Nam, TP.HCM thành phố lớn mật độ dân số cao Việt Nam (theo thống kê vào năm 2016, dân số Tp HCM xấp xĩ 8.426 triệu dân) Trong thời gian vừa qua, q trình thị hóa Tp HCM diễn nhanh với bùng nổ kinh tế làm gia tăng gánh nặng lên hạ tầng thị có, đặc biệt hệ thống giao thơng cơng cộng Vì vậy, Tp HCM tượng kẹt xe diễn ngày, hàng nhiều địa bàn khác Theo cơng trình nghiên cứu “Hệ thống mơi trường thơng minh – quan trắc phân tích liệu mơi trường khí thải xe” nhóm tác giả Dương Ngọc Hiếu khói xe tác nhân gây nhiễm khơng khí nội ô TP.HCM - cụ thể điểm kẹt xe Tại tỉnh Đồng sông Cửu Long Vĩnh Long, Bến Tre, Trà Vinh, v.v… tượng kẹt xe không thường xuyên xảy ra, nội ô thành phố, dễ dàng quan sát số lượng xe gắn máy ô tô tăng nhanh theo thời gian Do đó, nhiệm vụ quản lý phân tích cách có hiệu quả, xác nhiễm khơng khí cần phải mục tiêu quan trọng Việt Nam nói chung thành phố đơng dân nói riêng Cần lưu ý rằng, việc giám sát đánh giá chất lượng khơng khí quan trọng, việc tìm đâu nguyên nhân gây nhiễm khơng khí vấn đề xem nhẹ Tuy nhiên, cố gắng biện pháp đề để quản lý kiểm soát mức độ nhiễm khơng khí Việt Nam không đạt thành công mong đợi Cụ thể là, theo báo cáo đánh giá hiệu hoạt động môi trường quốc gia năm 2008 Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) Chương trình Mơi trường Liên Hợp Quốc (UNEP) tiến hành, việc thực kế hoạch sách chiến lược liên quan đến chất lượng khơng khí Việt Nam bị xếp hạng thấp có thể, Một lý khơng có biện pháp giám sát thu thập liệu quan trắc môi trường liên tục phủ rộng Nhận định tầm quan trọng kiểm sốt nhiễm mơi trường, vào ngày 02 tháng 12 năm 2003 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt uyết định số 256/2003/ Đ-TTg việc thực Chiến lược Bảo vệ môi trường (BVMT) quốc gia đến năm 2010 định hướng đến năm 2020 Tuy nhiên, từ thực tiễn phát triển đất nước, đối chiếu với mục tiêu Chiến lược BVMT 2010 đề ra, cơng tác BVMT cịn tồn nhiều bất cập, chưa đạt yêu cầu Để định hướng công tác BVMT bối cảnh xu mới, Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 Quyết định số 1216/ Đ-TTg ngày 05 tháng năm 2012 Tại thành phố lớn (ví dụ Tp HCM, Hà Nội), trang bị vài trạm quan trắc khí cố định, di động liên tục, nhiên trạm cung cấp thông tin chi tiết hay thực theo dõi theo thời gian thực chi phí đầu tư cho thiết bị cao Việc thiếu liệu quan trọng gây khó khăn cho việc phân tích liệu nhiễm khơng khí theo khơng gian, thời gian đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến nhiễm khơng khí cách xác Rõ ràng, việc xây dựng đồ ô nhiễm phân tích yếu tố tác động địa bàn rộng lớn thách thức lớn Tuy nhiên, tốn nhỏ đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí yếu tố tác động địa bàn nhỏ (như quận/huyện) thành phố có nhiều điểm nóng giao thông quan trọng Tại Việt Nam, theo Quy chuẩn Kỹ thuật chất lượng khơng khí xung quanh (QCVN 05: 2009/BTNMT) Tổng cục Môi trường, Vụ Khoa học Cơng nghệ, Vụ Pháp chế trình duyệt, ban hành vào 07/10/2009, quy định giá trị giới hạn thông qua thông số bản, bao gồm SO2, CO, NOx, O3, Pb hạt bụi lơ lửng có kích thước nhỏ 10µm, thường viết tắt PM10 Trong thông số trên, bụi PM10 CO xem thông số quan trọng để đánh giá chất lượng khơng khí xung quanh thơng số bị tác động yếu yếu tố giao thơng Vì việc xây dựng hệ thống cho phép thu thập liệu quan trắc mơi trường khơng khí, đặc biệt tiêu PM10 CO nhu cầu cấp thiết cho thành phố Việt Nam Sau thu thập liệu đủ nhiều (theo không gian lẫn thời gian), hệ thống phải đưa phân tích để cung cấp giải đáp ảnh hưởng mật độ xe đến mơi trường khơng khí Các giải đáp phải trình bày chi tiết, rõ ràng minh chứng số liệu biểu diễn trực quan đồ 2D, 3D; từ giúp cho nhà phân tích hiểu giải đáp cách dễ dàng tường tận Mơ hình quan trắc mơi trường Mơ hình quan trắc mơi trường truyền thống thường dựa vào trạm quan trắc cố định Các trạm quan trắc xây dựng với nhiều thiết bị phân tích liệu đại, có độ xác cao phải có người điều hành Trạm quan trắc cố định có kích thước lớn (cỡ nhà) tốn chi phí phải có khả giám sát môi trường xung quanh với phạm vi đủ rộng Tuy nhiên, đặc trưng trạm quan trắc cố định kích thước lớn, nặng đặc biệt tốn kém, khiến khơng thể triển khai phạm vi thành phố, nơi mật độ dân cư thường đơng có nhiều vật cản, làm cho việc đo đạc khơng xác khách quan Trạm quan trắc truyền thống thường phải đặt khu vực biệt lập, cách xa khu dân cư Hình sơ đồ trạm quan trắc mơi trường phân bố Hong Kong Hình Vị trí trạm quan trắc cố định Hong Kong Cách tiếp cận cho ứng dụng quan trắc đại đa số dựa tảng Internet of Things (Internet vạn vật) Cụ thể, điểm quan trắc có kích thước nhỏ, điểm quan trắc gắn cảm biến cần thiết cho việc lấy thông tin môi trường sử dụng Một số lượng lớn điểm quan trắc phân bố rộng khắp môi trường cần giám sát, gửi thông tin (bằng giao tiếp không dây) trạm chủ Máy chủ chọn lọc, xử lý liệu từ điểm quan trắc để đưa kết luận chất lượng mơi trường Với mơ hình này, thơng tin mơi trường liên tục cập nhật phút, chí giây Yêu cầu trạm quan trắc cố định truyền thống Thêm nữa, điểm quan trắc thường có kích thước nhỏ có giá thành thấp, nên thuận tiện cho việc mở rộng ứng dụng Người dùng truy xuất thơng tin mơi trường xung quanh cách truy vấn liệu từ điểm cảm biến gần vị trí Chính thế, hệ thống quan trắc mơi trường dựa IoT xem hệ quan trắc môi trường (viết tắt TNGAPMS – The Next Generation Air Pollution Monitoring System) Hình Một ứng dụng giám sát CO2 thành phố Tuy nhiên, mơ hình quan trắc dựa IoT có hạn chế lớn độ bền cảm biến điểm quan trắc Với số lượng lớn cảm biến phân bố rải rác khắp thành phố, việc thường xuyên phải bảo trì thay cảm biến điều không khả thi tốn chi phí Hạn chế vấn đề lớn áp dụng Việt Nam với thời tiết nóng ẩm mưa nhiều Để khắc phục hạn chế này, hệ thống quan trắc gần cải tiến cách sử dụng kết hợp với hệ thống lấy mẫu Thay cảm biến lắp đặt tương tác trực tiếp với môi trường, cảm biến bảo vệ cẩn thận để đảm bảo độ bền an tồn Khi cần đo đạc thơng tin môi trường, hệ thống lấy mẫu hoạt động trước, rút trích phần mẫu vật đưa vào cho cảm biến Tại đây, cảm biến bắt đầu xử lý lấy liệu Mô hình mơ lan truyền khí Dữ liệu quan trắc nói chung khí thải nói riêng sau thu thập phân tích theo nhiều phương pháp khác Cần lưu ý liệu quan trắc thu thập chủ yếu số vị trí cụ thể – chọn làm đặc trưng vùng khơng gian, liệu quan trắc khơng thể phủ khắp không gian (2 chiều chiều) Hiện nay, hoạt động giao thông vận tải xem nguồn gây ô nhiễm lớn mơi trường khơng khí, đặc biệt khu đô thị khu vực đông dân cư, nơi mà hoạt động giao thơng phát triển mạnh Trong tốn đánh giá phát tán nhiễm khí thải từ phương tiện giao thơng ln quan tâm Đặc trưng nguồn thải giao thông phát thải nhỏ số lượng nguồn phát thải lớn Vì cần thiết phải áp dụng mơ hình phát tán khí để đánh giá nhiễm khí vùng, địa bàn Hiện có nhiều mơ hình phát tán khí áp dụng rộng rãi giới chia thành số nhóm sau: - Nhóm mơ hình CFD (ví dụ Ansys hay OpenFOAM): phù hợp cho việc mơ phát tán nước khí với độ chi tiết cao phạm vi nhỏ (microscale) Mơ hình CFD mô phát tán chất ô nhiễm xả từ vài nguồn thải có tác động gió trung bình, nhiễu xạ, tác động khí hậu (độ ẩm, mưa, nắng, xạ, v.v…) Ngồi ra, áp dụng mơ hình CFD để mơ phát tán khí thành phố, yếu tố che chắn nhà phải cung cấp thật đầy đủ Do mơ hình CFD áp dụng mơ phát tán khí thành phố thường khơng phù hợp thiếu liệu đầu vào (calibration data) đặc biệt, tài ngun tính tốn thường địi hỏi cao, thời gian tính tốn lâu - Mơ hình theo hướng Lagrangian (ví dụ NAME, HYSPLIT, hay FLEXPART): mơ hình thường phù hợp với việc mô phát tán ô nhiễm môi trường xung quanh gần nguồn xả Các mơ hình cho kết q xác tin cậy phù hợp phù hợp với việc đánh giá tác hại ô nhiễm môi trường xung quanh liên quan đến thảm hoạ phun trào núi lửa Eyjafjallajưkull, Iceland vào năm 2010, nhiễm phóng xạ gây thảm hoạ Fukushima, Nhật Bản vào năm 2011, v.v… - Nhóm mơ hình chùm (ví dụ AERMOD hay ADMS): mơ hình thường sử dụng để tính tốn nồng độ nhiễm trung bình dài hạn gây nhiều nguồn thải quan trắc liên tục theo thời gian Mặc dù mô hình khơng đáng tin cậy tình thời tiết địa hình phức tạp, thời gian chạy mơ hình tương đối nhanh Vì mơ hình phù hợp cho việc mơ phân tích nhiễm khơng khí địa bàn rộng, dài hạn điều kiện khí hậu bình thường Trực quan hố liệu đồ 3D Trực quan hóa khoa học (scientific visualization) trực quan hóa thơng tin (information visualization) lĩnh vực đa ngành tập trung phát triển thập kỷ gần Thời gian trước đó, trực quan hóa chủ yếu tập trung vào việc hiển thị công cụ chủ yếu giúp đánh giá kết mô (chẳng hạn trực quan hóa khoa học hay dùng ngành mơ phỏng) Tuy nhiên, với liệu lớn ngày (trong nhiều lĩnh vực) trực quan cịn giao nhiệm vụ lớn hơn, giúp khám phá liệu, khái niệm, quan hệ trình bên liệu Và xu đó, nhiều nhà khoa học đề xuất tách hai nhánh nêu để phân biệt việc trực quan nhóm mơ hình liệu: liên tục (trực quan hóa khoa học) rời rạc (trực quan hóa thơng tin) Trực quan hố liệu đồ 2D, 3D vấn đề khó thú vị thu hút nhiều nhà khoa học tham gia nghiên cứu Một nghiên cứu đáng ý xây dựng nguyên mẫu cho hệ thống trực quan hóa giao thơng Trong cơng trình này, nhóm tác giả kết hợp mơ hình nghiên cứu cũ 3-D đưa vào dịng liệu giao thơng thời gian thực Tuy nhiên, có đại lượng dịng giao thơng tốc độ khối lượng di chuyển cung cấp điều hạn chế nhiều việc trực quan hóa Hơn nữa, tác giả trình bày hoạt hình (computer animation) lại phương tiện dựa đại lượng khơng có thật phương tiện vị trí thật chúng Ngoài ra, nguyên mẫu chưa hướng đến việc phân tích trực quan mà đạt mức độ hoạt hình hóa sử dụng đồ hoạ máy tính Các cơng cụ trực quan cổ điển (plan, profile, cross-section) trở nên hiệu việc phân tích trực quan để làm rõ mối quan hệ đối tượng di chuyển, đại lượng mơ tả dịng giao thơng Nói cách khác, phương thức cơng cụ trực quan cổ điển khó giúp ích cho nhà quy hoạch Tại Việt Nam, nói nghiên cứu nước trực quan hóa liệu đồ 2D, 3D tương đối phổ biến Tuy nhiên, nghiên cứu chủ yếu sử dụng công cụ có sẵn để trực quan hóa đại lượng lĩnh vực quản lý cụ thể đó, mà chưa đào sâu vào nghiên cứu cách trực quan hợp lý sáng tạo để phục vụ việc phân tích (điều thách thức lớn cho nhà khoa học máy tính) Tìm kiếm thư viện cơng trình nghiên cứu, Internet nhận thấy đa số nghiên cứu GIS chủ yếu tập trung vào lĩnh vực sau: - Trực quan hóa hỗ trợ quản lý: lĩnh vực đầu tư nghiên cứu mạnh Việt Nam Tuy nhiên, trực quan hóa dịng liệu giao thơng chưa đề cập đến Một lý thiếu liệu nhiều lý chủ quan khách quan: đầu tư chưa đủ thiếu tập trung, công nghệ thu thập chưa sẵn sàng (các cơng nghệ đo dịng giao thông cũ không phù hợp Việt Nam, phương thức thu thập giao thông camera, GPS - Global Positioning System, v.v… chưa đáp ứng độ tin cậy) Một lý khác nhóm nghiên cứu GIS khơng mạnh lý thuyết dịng lưu thông (traffic theory) Điều hạn chế nhiều khả đề xuất phương pháp trực quan phù hợp với dịng giao thơng hỗn hợp đặc thù Việt Nam (và số nước khác có dịng giao thơng tương tự) Do có q nhiều nghiên cứu hướng nên thuyết minh không rõ nghiên cứu phần tham khảo - Trực quan hóa hỗ trợ mơ đồ: có nhiều tốn mơ tượng tự nhiên đồ lan truyền ô nhiễm, ngập lụt, biến đổi khí hậu, dự báo thời tiết, v.v…Tuy nhiên, đề cập phần đa số nghiên cứu Việt Nam nhóm sử dụng cơng cụ trực quan khoa học, xoay quanh việc sử dụng hiển thị đồ 3-D dùng màu để mã hóa đại lượng vật lý Hình ví dụ việc trực quan hóa nhiễm khơng khí địa bàn mỏ đá huyện Tân Uyên, Bình Dương nhóm PGS TS Bùi Tá Long thực vào năm 2012 Hình Ảnh trích từ đề tài nghiên cứu PGS TS Bùi Tá Long mô nhiễm khơng khí mỏ đá huyện Tân Un, tỉnh Bình Dương - Trực quan hố liệu dịng giao thơng: năm 2015, PGS TS Trần Văn Hồi áp dụng phương pháp trực qua hoá đồ 3D để trực quan hố kết tìm đường mật độ giao thông địa bàn Tp HCM Hình Kết tìm đường có góc nhìn ngang thể hiển thời gian di chuyển II PHÂN TÍCH XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG IOT TRONG QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ Theo tài liệu “Phát triển ứng dụng mạng vạn vật kết nối vào hệ thống quan trắc môi trường” tác giả Lê Hoàng Anh Dương Hoàng Nam, quan trắc mơi trường nói chung, thiết bị kết nối mạng thường liên kết theo giao thức máy móc - máy móc (M2M) Các hệ thống quan trắc tự động đa phần có trang bị cảm biến nhằm đo đạc thông báo số thông số môi trường Tuy nhiên, cảm biến thường cung cấp thông tin trực tiếp cho PLC (thiết bị điều khiển lập trình), điều khiển nội bộ, vậy, chúng hoạt động riêng lẻ không kết nối hệ thống điều phối chung doanh nghiệp (DN) M2M sử dụng hệ thống thường liên quan tới hạ tầng kết nối riêng hệ thống Không giao thức M2M tại, IoT cung cấp giao tiếp liệu 10 mức hệ thống thông qua Ethernet (một công nghệ mạng cục - LAN) chuẩn nó, kiến trúc mạng mở thay cho mạng đóng giao thức M2M Hình Mơ hình triển khai hệ thống quan trắc phát thải tự động, liên tục Nguồn: Phát triển ứng dụng mạng vạn vật kết nối vào hệ thống quan trắc mơi trường, Lê Hồng Anh Dương Hồng Nam, Tạp chí Mơi trường, 2017, số 12, 3tr Và theo tác giả này, IoT gồm loại hình kết nối: máy móc - máy móc (M2M), người - máy móc (P2M) người - người (P2P) Trong đó, kết nối M2M đóng vai trò quan trọng hoạt động IoT Các thiết bị, máy móc IoT “phản ứng” dựa vào kiện diễn lúc chúng hoạt động theo thời gian thực Giải pháp IoT cho phép thực việc đo lường, thu thập truyền nhận liệu từ hệ thống cảm biến/đầu đo trung tâm tích hợp liệu để phân tích, xử lý điện toán đám mây Các ứng dụng IoT phát triển điện toán đám mây cho phép phân tích xử lý chuyển đổi khối lượng liệu lớn từ vô số cảm biến đo lường Tình hình cơng bố sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí theo thời gian Biểu đồ Tình hình cơng bố sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí theo thời gian 11 Tính đến tháng 12/2017, có 2650 sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí công bố 31 quốc gia tổ chức đăng ký sáng chế WO EP Sáng chế công bố vào tháng 4/1992 Hoa Kỳ nhóm tác giả Hall Nancy L Hattey David L, đề cập đến hệ thống quan trắc khơng khí có sử dụng vơ tuyến Đặc biệt, khoảng 10 năm trở lại (2007 – 2017), số lượng sáng chế tăng mạnh qua năm, năm 2013 2015 số lượng sáng chế công bố giảm so với năm trước không đáng kể Số lượng sáng chế công bố tăng mạnh năm gần cho thấy, nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí quan tâm giới Tình hình công bố sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí theo quốc gia Biểu đồ Tình hình cơng bố sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí theo quốc gia Trong 31 quốc gia kể trên, Trung Quốc, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc Canada quốc gia dẫn đầu số lượng sáng chế công bố Trong đó, Trung Quốc có số lượng sáng chế công bố cao với 883 sáng chế, cho thấy vấn đề quan tâm quốc gia 12 Tình hình nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí theo hướng nghiên cứu Biểu đồ Tình hình nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí theo hướng nghiên cứu Theo bảng phân loại sáng chế quốc tế (IPC), nay, nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí tập trung vào hướng chính, là: “mạng truyền dẫn”, “kỹ thuật truyền liệu số”, “hệ thống điều khiển, giám sát” “hệ thống truyền dẫn giá trị đo lường” Trong đó, mạng truyền dẫn có tỷ lệ sáng chế công bố cao nhất, chứng tỏ hướng nghiên cứu ứng dụng nhà sáng chế quan tâm Các đơn vị dẫn đầu sở hữu sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí sở số liệu sáng chế quốc tế Biểu đồ Các đơn vị dẫn đầu sở hữu sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí 13 Các đơn vị dẫn đầu sở hữu sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí có tên tuổi lớn ualcomm, Google, Boeing, Motorola, SamSung,… Trong đó, Qualcomm InC – doanh nghiệp chuyên bán dẫn toàn cầu Mỹ chuyên thiết kế tiếp thị sản phẩm dịch vụ viễn thông không dây sở hữu nhiều sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí Sáng chế tiêu biểu Internet of things-based air monitoring system (Hệ thống quan trắc khơng khí dựa mạng lưới kết nối vạn vật) Tác giả: Jiang S; Xu Y; Yin J Số công bố: CN102141802A Thời điểm công bố: 8/2011 Quốc gia cấp bằng: Trung Quốc Đơn vị sở hữu: Wuxi Dongrui Power Technology Co Ltd Sáng chế đề cập đến hệ thống bao gồm máy thổi khí, máy nén khí, lọc, tháp sàng lọc phân tử ống xả Một cảm biến gửi tín hiệu đến điều khiển trung tâm thông qua mô-đun tần số vô tuyến ZigBee, cho phép điều khiển trung ương điều khiển hệ thống Các tháp sàng phân tử nối thông qua van cân áp suất Toxicity monitoring system using IoT technique in water system (Hệ thống giám sát độc tính sử dụng cơng nghệ IoT hệ thống nước) Tác giả: Cheolmin Y; Dae H J; Eunhyoung L; Hyun S H; Ju I K; Kangyong R; Se M O Số công bố: KR1767532B1 Thời điểm công bố: 8/2017 Quốc gia cấp bằng: Hàn Quốc Đơn vị sở hữu: M Cubic Co Ltd; Nineco Inc Sáng chế đề cập đến hệ thống có máy đo độc tính đặt điểm đo Thông qua Internet, liệu độc tính nước truyền phận trung tâm để phân tích xử lý Internet of things based ambient air quality monitoring system for smart cities (Hệ thống giám sát chất lượng khơng khí dựa mạng lưới kết nối vạn vật cho thành phố thông minh) 14 Tác giả: Das A; Dehury N; Priyadarshini A; Sahoo A; Sahoo N; Samantaray A K Số công bố: IN201631028557A Thời điểm công bố: 9/2016 Quốc gia cấp bằng: Ấn Độ Đơn vị sở hữu: Phoenix Robotix PVT Ltd Sáng chế đề cập đến hệ thống gồm thiết bị giám sát đặt nhiều địa điểm thành phố để thu thập liệu chất khí gây nhiễm Dữ liệu sau thu thập đưa máy chủ để xử lý phân tích Dữ liệu phân tích dùng để dự đốn, hiển thị khu vực nhiễm khơng khí tồn thành phố Hệ thống sử dụng Web ứng dụng di động với giao diện thân thiện dễ sử dụng để công bố thông tin chất lượng khơng khí thành phố Kết luận - Tính đến tháng 12/2017, có 2650 sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí cơng bố 31 quốc gia tổ chức WO EP Số lượng sáng chế tăng mạnh năm gần chứng tỏ vấn đề quan tâm giới - Trung Quốc, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc Canada quốc gia dẫn đầu công bố sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí - Nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí có hướng nghiên cứu chính, là: “mạng truyền dẫn”, “kỹ thuật truyền liệu số”, “hệ thống điều khiển, giám sát” “hệ thống truyền dẫn giá trị đo lường” Trong đó, “mạng truyền dẫn” chiếm tỷ lệ sáng chế công bố cao nhà sáng chế quan tâm Tải FULL (35 trang): https://bit.ly/35YTW6z Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net III GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀ MƠ HÌNH ỨNG DỤNG IOT TRONG QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ Thiết bị datalogger phục vụ cho giải pháp ứng dụng IoT quan trắc 1.1 Chức - Cho phép người dùng sử dụng bàn phím để cấu hình IP, domain nhận liệu - Gửi liệu Server thông qua kênh truyền GSM, Ethernet theo tiêu chuẩn thông tư 24/2017/TT-BTNMT Bộ Tài Nguyên Môi Trường - Cho phép cấu hình gửi liệu nơi khác nhau, thuận tiện cho việc truyền liệu Sở TNMT, trạm, Server cơng ty 15 Hình Các chức datalogger EMS SYSTEM Hình Thiết bị datablogger 1.2 Thông số kỹ thuật - Power 7.5-60V - tín hiệu Input 12-24V Tải FULL (35 trang): https://bit.ly/35YTW6z Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net - tín hiệu Output Relay - cổng ADC 4-20mA, phù hợp với sensor thông dụng pH, nhiệt độ, độ mặn, COD, SS, gas, khói, bụi - cổng giao tiếp RS232, để giao tiếp với thiết bị khác - cổng giao tiếp RS485, kết nối thiết bị máy tính trạm - Có GSM, Ethernet để truyền liệu server - 16 phím nhấn cài đặt nhập liệu số chữ bàn phím điện thoại 16 - Hiển thị LCD 20x4 - Nạp chương trình thơng qua cổng COM - Lưu trữ liệu thông qua Flash với tần suất lần / phút Lưu 65 ngày 1.3 Ứng dụng điều khiển thiết bị * Truyền nhận lưu trữ liệu: - Giám sát tiêu quan trắc online theo thời gian thực - Thống kê số liệu theo thời gian: Phút, giờ, ngày, tháng, khoảng thời gian thiết lập - Có khả lưu trữ liệu thời gian dài, tự động lưu, backup liệu dự phòng cố xảy - Chiết xuất liệu theo format quy định truyền liệu báo cáo Bộ Tài nguyên Môi trường * Xử lý đánh giá liệu: - Thống kê giá trị vượt ngưỡng khoảng thời gian ấn định - Thống kê tiêu theo khoảng giá trị - Vẽ đồ thị tiêu quan trắc - Hiển thị vị trí trạm quan trắc, thông số quan trắc theo thời gian thực đồ Google Online - Tích hợp điều khiển thiết bị lấy mẫu tự động, lấy mẫu tự động vượt ngưỡng - Tự động gửi tin nhắn, email cảnh báo vượt ngưỡng, liệu - Có khả nhận biết liệu bất thường đưa cảnh báo 17 7175434 ... hình nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng khí theo hướng nghiên cứu 13 Các đơn vị dẫn đầu sở hữu sáng chế nghiên cứu ứng dụng IoT quan trắc chất lượng nước khơng. .. VẠN VẬT (IOT) TRONG QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ *********************** I TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG IOT TRONG QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT... HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG IOT TRONG QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ Theo tài liệu “Phát triển ứng dụng mạng vạn vật kết nối vào hệ thống quan trắc mơi