Thiết bị quan trắc bụi di động

Kết quả cho thấy, mức độ ô nhiễm bụi quan trắc trong khung giờ cao điểm có giá trị lớn hơn khung giờ không cao điểm. Các khu vực có nồng độ bụi cao thường tập trung tại các tuyến đường g[r]

Thiết kế tích hợp thiết bị quan trắc bụi di đông nhằm xây dựng đồ ô nhiễm bụi cho một số tuyến giao thông Hà Nội

Tóm tắt

Bài báo trình bày kết nghiên cứu thiết kế, lắp ráp tích hợp thiết bị quan trắc bụi di động kết hợp quan trắc số yếu tố khí tượng định vị GPS lập trình Thiết bị quan trắc di động liên tục theo thời gian không gian thực, tự động ghi số liệu sau bước thời gian giây Thiết bị áp dụng quan trắc bụi khung khác số tuyến giao thơng TP Hà Nội vào mùa khác Số liệu quan trắc dùng để xây dựng đồ ô nhiễm bụi cho số tuyến phố TP.Hà Nội Phân tích kết quan trắc cho thấy có khác rõ rệt nồng độ bụi quan trắc cao điểm không cao điểm, tuyến đường khác Các tuyến đường Nguyễn Văn Cừ, Nguyễn Văn Linh, đường vành đai 3, đường lên cầu Thanh Trì có nồng độ bụi tổng (TSP) cao từ 1,5 - 2,5 lần so với giá trị cho phép QCVN 05:2013/BTNMT (trung bình 1h) Nồng độ bụi quan trắc số tuyến đường thuộc quận trung tâm Ba Đình, Hồn Kiếm, Đống Đa thấp so với tuyến đường vành đai trục giao thơng Kết luận nghiên cứu thiết bị quan trắc bụi di động kết hợp quan trắc số yếu tố khí tượng định vị GPS lập trình được thiết kế thử nghiệm thành công Bản đồ ô nhiễm bụi cho số tuyến phố TP.Hà Nội, xây dựng dựa kết quan trắc

Từ khóa: Thiết bị quan trắc bụi di động, bụi tổng; đồ ô nhiễm bụi, TP Hà Nội Mở đầu

Hiện nay, để quan trắc môi trường người ta thường sử dụng cảm biến môi trường gắn cố định trạm quan trắc đặt vị trí địa lý khác để giám sát thu thập thông số chất lượng môi trường Tại thành phố lớn, với gia tăng mạnh mẽ trình thị hóa, nhiễm khơng khí ngày trở nên trầm trọng Việc quan trắc chất lượng không khí, đặc biệt nồng độ bụi khơng khí, yêu cầu cần thiết nhằm nâng cao hiệu giám sát chất lượng khơng khí Thiết bị quan trắc bụi di động giúp giám sát ô nhiễm bụi theo thời gian không gian thực đô thị lớn Mục tiêu ghiên cứu thiết kế, lắp ráp tích hợp thiết bị quan trắc bụi, số yếu tố khí tượng khác nhỏ gọn, đa chức thông minh

Thiết bị thiết kế, lắp ráp quan trắc di động thông số bụi, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất định vị GPS [1, 2, 3] Số liệu quan trắc từ thiết bị nhằm phục vụ xây dựng đồ trạng nồng độ bụi TSP tuyến phố TP Hà Nội

Phương pháp

2.1 Thiết kế lắp ráp thiết bị quan trắc bụi di động

Hình Sơ đồ nguyên lý tổng thể thiết bị đo bụi di động

(1) Cảm biến bụi

Hình Thiết bị quan trắc bụi HD-1100

(2) Bộ vi xử lý trung tâm

Hình Bộ vi xử lý Arduino Mega 2560

(3) Màn hình hiển thị

Hình Màn hình LCD Nextion NX4832K035

(4) Thiết bị lưu trữ

Hình Thẻ nhớ SD sơ đồ kết nối với vi xử lý Arduino Mega 2560

(5) Định vị GPS

Hình Định vị GPS L70-R sơ đồ kết nối

(6) Cảm biết áp suất

Hình Bộ cảm biến áp suất BMP085 sơ đồ kết nối với vi xử lý Arduino Mega 2560

(7) Cảm biến nhiệt độ độ ẩm

Hình Bộ cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT21/AM2301 sơ đồ kết nối với vi xử lý Arduino Mega 2560

(8) IC thời gian

Hình Bộ đếm thời gian DS1307 sơ đồ kết nối với vi xử lý Arduino Mega 2560

(9) Kết nghiên cứu lắp ráp

Hình 10 Thiết bị sau kết nối

(10) Hiệu chuẩn thiết bị

Để đảm bảo độ xác số liệu quan trắc, thiết bị đo bụi di động nhóm nghiên cứu thực thiết kế lắp ráp Viện Đo lường Việt Nam (số hiệu đăng ký DK 05) hiệu chuẩn cấp tem hiệu chuẩn

2.2 Quan trắc bụi di động

Phạm vi quan trắc: Các tuyến phố giao thông thuộc quận nội thành TP Hà Nội. Thời gian quan trắc: Nhóm thực tiến hành quan trắc bụi di động lần vào mùa khách Mùa đông năm 2016 (trong khoảng thời gian từ ngày 26/12/2016 đến ngày 9/1/2017), mùa xuân năm 2017 (trong khoảng thời gian từ ngày 25/3/2017 đến ngày 29/4/2017) và, mùa hè năm 2017 (trong khoảng thời gian từ ngày 16/6/2017 đến ngày 28/6/2017) với khung thời gian ngày cao điểm không cao điểm, cao điểm từ - sáng từ 17 - 20 chiều, khung cịn lại xem khơng cao điểm

Hình 12 Cấu trúc liệu ghi từ thiết bị quan trắc bụi di động

2.3 Xây dựng đồ ô nhiễm bụi

Phần mềm ArcGIS cho máy tính để bàn (với phiên ArcGIS 10) dùng để xay dựng đồ ô nhiễm bụi cho tuyến phó quan trắc

Kết thảo luận

Bản đồ ô nhiễm bụi xây dựng từ kết quan trắc đợt khảo sát vào mùa đông, mùa xuân mùa hè với trường hợp đồ theo khung cao điểm, đồ theo khung không cao điểm đồ tổng hợp khung

a Bản đồ ô nhiễm bụi theo số liệu quan trắc lần (mùa đông)

Dựa kết thể đồ, thấy khu vực đường Nguyễn Văn Cừ, Nguyễn Văn Linh, đường Vành Đai 3, đường lên cầu Thanh Trì có nồng độ bụi tổng (TSP) cao (màu đỏ màu da cam), nồng độ khoảng từ 0,45 - 0,75 mg/m3, cao 1,5 - 2,5 lần

so với giá trị cho phép QCVN 05:2013/BTNMT (trung bình 1h) Trong đó, tuyến phố thuộc Quận Ba Đình, Hồn Kiếm Đống Đa có nồng độ thấp (các tuyến thể màu xanh) Trên tuyến phố nội thường có mật độ giao thông lớn tuyến gần đường vành đai, nhiên, kết quan trắc bụi di động tuyến gần đường vành đai có nồng độ bụi lớn

Các tuyến đường gần khu có hoạt động xây dựng khu chung cư, cầu vượt, trung tâm thương mại, đường sắt đô thị… Nguyễn Văn Cừ, Hồ Tùng Mậu, đường lên cầu Thanh Trì thường quan trắc nồng độ bụi lớn, giá trị quan trắc số thời điểm lớn 0,5 mg/m3, số khu vực nút giao thông cao tốc Pháp Vân - Cầu Giẽ nút giao thông

Nguyễn văn Cừ - Quốc lộ quan trắc giá trị nồng độ bụi lớn 0,7 mg/m3 Các khu vực

Hình 14 Nồng độ bụi TSP khung cao điểm (trái) khung không cao điểm (phải) tuyến giao thông đợt khảo sát lần 1

Kết cho thấy, mức độ ô nhiễm bụi quan trắc khung cao điểm có giá trị lớn khung không cao điểm Trong khung cao điểm, giá trị nồng độ bụi quan trắc chủ yếu khoảng 0,25 - 0,5mg/m3, đó, vào khơng cao điểm, giá trị nồng độ

bụi quan trắc khoảng 0,15 - 0,4mg/m3, nhiều vị trí vượt khoảng 1,5 lần QCVN

05:2013/BTNMT (trung bình 1h) Các khu vực có nồng độ bụi cao thường tập trung tuyến đường gần khu vực có hoạt động xây dựng khu vực có lượng bụi đường lớn Qua kết quan trắc nhận thấy nhiễm bụi chủ yếu từ bụi từ đường bụi từ hoạt động xây dựng xung quanh tuyến đường

Hình 15 Nồng độ bụi TSP tuyến giao thông đợt khảo sát lần 2

Dựa đồ phân bố nồng độ bụi TSP vào mùa xuân, tuyến đường Hồ Tùng Mậu, Lê Văn Lương kéo dài thường quan trắc nồng độ bụi cao, giá trị quan trắc số thời điểm lớn 0,5mg/m3 Các khu vực nội đô thường quan trắc nồng độ bụi có giá trị

bé 0,35 mg/m3 Mức độ ô nhiễm bụi hai khung chênh lệch đáng

Hình 16 Nồng độ bụi TSP khung cao điểm (trái) không cao điểm (phải) các tuyến giao thông đợt khảo sát lần 2

c Bản đồ ô nhiễm bụi khảo sát lần (mùa hè)

Dựa đồ phân bố nồng độ bụi TSP vào mùa hè, tuyến đường vành đai (đường 70), Hồ Tùng Mậu quan trắc nồng độ bụi lớn, giá trị quan trắc số thời điểm lớn 0,4 - 0,6 mg/m3, nhiều vị trí nhiều vị trí vượt khoảng 1,5 - lần QCVN

05:2013/BTNMT (trung bình 1h) Các khu vực nội thường quan trắc nồng độ bụi có giá trị bé 0,3 mg/m3 Có thể nhận thấy nồng độ bụi quan trắc tuyến giao thông vào mùa

Hình 17 Nồng độ bụi TSP tuyến giao thông đợt khảo sát lần 3

Với số liệu đợt (mùa hè), nhóm nghiên cứu thực xây dựng đồ cho khung cao điểm không cao điểm

Kết quan trắc vào cao điểm điểm khơng cao điểm thể hình 18 Kết cho thấy, mức độ ô nhiễm bụi khung cao điểm lớn khung không cao điểm, nồng độ bụi lớn khoảng từ 0,1 - 0,2 mg/m3 Các khu vực có nồng độ bụi cao

Hình 18 Nồng độ bụi TSP khung cao điểm (trái) khung không cao điểm (phải) trên tuyến giao thông đợt khảo sát lần 3

Kết luận

Nghiên cứu thiết kế tích hợp thành cơng thiết bị quan trắc bụi di động quan trắc thơng số nồng độ bụi khơng khí thơng số mơi trường có liên quan nhiệt độ, độ ẩm, tọa độ (vị trí) thời gian quan trắc Thiết bị thiết kế nhỏ gọn, chạy pin có tích hợp nhớ để lưu liệu đo đạc truyền trung tâm liệu Ngoài ra, thiết bị cịn tích hợp hình LCD hiển thị thông số đo

Thiết bị ứng dụng quan trắc bụi di động số tuyến phố TP Hà Nội Quá trình quan trắc cho thấy thiết bị hoạt động ổn định với độ xác cao

Số liệu quan trắc dùng để xây dựng đồ ô nhiễm bụi theo mùa; theo cao điểm không cao điểm tuyến giao thơng TP Hà Nội

quan trắc có giá trị thấp Nguyên nhân cho khu vực đường vành đai, xa trung tâm tập trung nhiều cơng trình xây dựng phát thải lượng bụi lớn khu vực xunh quanh Bên cạnh đó, lượng bụi lên từ mặt đường phương tiện lưu thông khu vực góp phần nhiễm bụi tuyến giao thông

Qua đợt khảo sát thiết bị quan trắc bụi di động, giá trị nồng độ quan trắc vào thời điểm mùa xuân, mùa hè có giá trị thấp vào thời điểm mùa đơng Ngun nhân độ ẩm khơng khí vào mùa đông thấp làm tăng mức độ phát tán bụi tuyến đường