III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
4. Cơ sở khoa học công nghệ về thu thập, quản lý, chia sẻ và khai thác thông tin dữ liệu
4.1 Khả năng ứng dụng của công nghệ IoT
4.1.2 Khả năng ứng dụng IoT vào lĩnh vực Môi trường
Lĩnh vực mơi trường là lĩnh vực mà trong đó phải quản lý rất nhiều dữ liệu lớn, phức tạp và đặc biệt quan trọng của ngành tài nguyên môi trường như: dữ liệu quan trắc môi trường, dữ liệu về đánh giá tác động môi trường, dữ liệu về chất thải, nguồn thải... Để có thể thu thập, quản lý, phân tích và chia sẻ thơng tin dữ liệu này là cả một vấn đề lớn được đặt ra. Chỉ tính riêng việc thu thập dữ liệu về quan trắc mơi trường thì hiện nay cả nước đã xây dựng và vận hành mạng lưới gần 700 trạm và 2.000 điểm quan trắc tài nguyên và môi trường; xây dựng được đội ngũ trên 3.000 quan trắc viên chuyên nghiệp, … Tuy nhiên, do được xây dựng trên nền tảng là mạng lưới riêng rẽ, được hình thành từ nhiều thời kỳ khác nhau, một số đối tượng quan trắc chưa được đưa vào quy hoạch; thiếu tầm nhìn, dự báo về sự phát triển đơ thị, dẫn đến bị động trong q trình đơ thị hóa nhanh; số lượng trạm đo cịn thưa và chưa hợp lý; chưa có cơ chế trao đổi số liệu, thơng tin điều tra cơ bản; nhiều cơng trình quan trắc xuống cấp, cơng nghệ lạc hậu. Theo quyết định 90/QĐ-TTg ngày 12/1/2016 về việc Quy hoạch mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia giai đoạn 2016 – 2020, tầm nhìn đến năm 2030 của thủ tướng chính phủ thì dự kiến đến năm 2030 số lượng trạm quan trắc, điểm quan trắc, cơng trình quan trắc từng loại như sau: 88 trạm quan trắc môi trường nước sông hồ, 17 trạm quan trắc môi trường nước biển, 163 điểm đo mặn; quan trắc nước mặt là 56 trạm, 113 trạm lồng ghép, tài nguyên và môi trường nước dưới đất 71 trạm, 778 điểm, và 1557 cơng trình quan trắc.
Với hiện trạng dữ liệu như trình bày bên trên và tại các chuyên đề trước thì việc lựa chọn và áp dụng một giải pháp cơng nghệ có khả năng tích hợp, xử lý tập trung, chia sẻ dữ liệu và phân tích hỗ trợ các nhà quản lý ra quyết định một cách chính xác và kịp thời
là hết sức quan trọng. Để giải quyết được những vấn đề đó việc nghiên cứu ứng dụng IoT là cần thiết. Một hệ thống IoT sẽ đáp ứng nhu cầu thu thập, quản lý, phân tích và chia sẻ thơng tin điều tra cơ bản, tài nguyên nước, tài nguyên đất, biển, hải đảo, khí tượng thủy văn, bảo vệ mơi trường; phục vụ dự báo, cảnh báo, phòng, tránh, giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai và ơ nhiễm mơi trường.
Ví dụ ứng dụng IoT trong lĩnh vực môi trường: Hệ thống quan trắc tự động các thơng số nước thải/khí thải nhà máy khu công nghiệp
Ngày nay thơng số về nước thải/khí thải từ các nhà máy ở các khu cơng nghiệp tại các tỉnh thành địa phương chưa được cập nhật liên tục về các cơ quan quản lý ở cấp tỉnh cũng như cấp trung ương. Điều này khiến công tác giám sát, thanh tra, kiểm tra và theo dõi sát sao việc đạt chuẩn nước thải/khí thải đầu ra tại các nhà máy khu cơng nghiệp thực sự khó khăn. Thường thì cơ quan ban ngành cũng chỉ thực hiện kiểm tra, thanh tra có định kì theo tháng/q/năm các hoạt động nước thải/khí thải tại các nhà máy hoặc khi có khiếu kiện vi phạm môi trường của người dân. Đa phần các cơ quan quản lý cũng chỉ biết “tin” vào doanh nghiệp dựa vào các báo cáo về hệ thống xử lý nước thải/khí thải nhà máy đã đạt chuẩn và nhà máy thì “báo cáo là” ln thực hiện xả thải theo đúng quy trình quy định, nước thải/khí thải đầu ra ln đạt chuẩn Việt Nam. Tuy nhiên không phải tất cả các nhà máy đều tuân thủ đúng quy trình xử lý nước thải/khí thải và cũng khơng ai dám chắc rằng hệ thống xử lý nước thải/khí thải hoạt động liên tục nhiều tháng năm mà khơng có những lỗi/sự cố xẩy ra, như trường hợp Formosa là một minh chứng hiện thực đau xót cho việc vi phạm nghiệm trọng mơi trường biển nước ta.
Và để khắc phục tình trạng “bị động, xem báo cáo một chiều” về nước thải/khí thải đầu ra từ các nhà máy ở các khu công nghiệp gửi đến cơ quan chức năng, giảm việc đi thanh tra giám sát hiện trường xử lý khí thải/nước thải nhà máy, mà vẫn có được bộ dữ liệu thơng số đúng đắn, khách quan về tình trạng khí thải/nước thải đầu ra của nhà máy, một giải pháp đề xuất trong bài báo này là xây dựng hệ thống quan trắc tự động các thơng số mơi trường khí thải/nước thải nhà máy khu cơng nghiệp ở cấp tỉnh, có thể mở rộng ở cấp quốc gia. Hệ thống này được xây dựng dựa trên việc ứng dụng các công nghệ hiện đại nhất hiện nay: hệ thống mạng kết nối vạn vật – IoT, công nghệ ảo hóa và điện tốn đám mây.
Hệ thống này bao gồm:
- Các trạm quan trắc thơng số nước thải/khí thải tự động;
- Hạ tầng kỹ thuật thiết bị truyền dẫn dữ liệu thông số đo lường;
- Trung tâm lưu trữ, phân tích xử lý dữ liệu lớn bigdata dựa trên Hadoop. - Trung tâm giám sát các thông số môi trường nhà máy khu công nghiệp.
Các trạm quan trắc thông số nước thải/khí thải tự động được bố trí ở khu vực đầu ra của nước thải/khí thải của nhà máy, có nhiệm vụ đo lường các thơng số quan trọng của khí thải/nước thải đầu ra của nhà máy, đồng thời hiển thị tại trạm và truyền số liệu gốc về trung tâm lưu trữ, phân tích xử lý dữ liệu lớn bigdata. Mỗi trạm quan trắc các thơng số mơi trường khí thải/nước thải bao gồm các thiết bị/phần mền sau:
+ Thiết bị điện năng lượng mặt trời dự phòng, để cung cấp điện cho trạm hoạt động khi có sự cố mất điện, thời gian duy trì cho trạm hoạt động tối thiểu 03 ngày.
+ Thiết bị truyền/nhận dữ liệu sử dụng công nghệ GSM/GPRS/3G/4G.
+ Thiết bị đo lường các thơng số khí thải, gồm độ bụi, độ ồn, nồng độ axit + Thiết bị đo lường các thông số nước thải, gồm pH, COD, BOD5, TSS,
+ Thiết bị lấy và bảo quản mẫu đo nước thải/khí thải trong điều kiện ổn định. + Thiết bị ghi hình và camera giám sát hoạt động trạm quan trắc.
+ Phần mềm tập hợp số liệu gốc.
+ Phần mềm xử lý số liệu và hiển thị tại trạm.
+ Phần mềm truyền/nhận số liệu gốc về trung tâm lưu trữ. + Phần mềm cài đặt/ứng dụng chuyên dụng khác.
Hạ tầng kỹ thuật thiết bị truyền dẫn dữ liệu thông số đo lường nước thải/khí thải có nhiệm vụ thiết lập đường truyền băng thông rộng cáp quang hoặc đường truyền di động phục vụ việc truyền nhận/trao đổi dữ liệu từ các cảm biến đến trung tâm lưu trữ dữ liệu và từ trung tâm này phân tán dữ liệu cho các ứng dụng người dùng: Trung tâm giám sát thông số môi trường nhà máy khu công nghiệp; Các ứng dụng tự động gửi SMS/Email đến người dùng; Các ứng dụng trên thiết bị di động mọi lúc mọi nơi khi thiết bị di động có kết nối internet. Hạ tầng kỹ thuật đề xuất sử dụng là mạng cáp quang tại trung tâm lưu trữ dữ liệu và trung tâm giám sát, kết hợp với mạng LAN, cịn với khoảng cách truyền dẫn xa thì sử dụng mạng di động GSM/GPRS/3G/4G - truyền số liệu từ các trạm quan trắc đến trung tâm dữ liệu lớn bigdata.
Trung tâm lưu trữ, phân tích xử lý dữ liệu lớn bigdata được thiết kế dựa trên kiến trúc Hadoop, cho phép lưu trữ, xử lý phân tích khối lượng dữ liệu cực lớn với kiểu dữ liệu đa dạng, mà hiệu quả xử lý rất cao. Trung tâm lưu trữ dữ liệu quan trắc này xây dựng dựa trên cơng nghệ ảo hóa và điện tốn đám mây nên cho phép thu thập dữ liệu đo/quan sát từ một số lượng rất lớn các trạm quan trắc nhà máy. Dựa trên một số lượng xác định các máy chủ vật lí, nhờ cơng nghệ ảo hóa và điện tốn đám mây, sẽ tạo ra một số lượng lớn các máy chủ ảo, từ đó cho phép lưu trữ phân tán dữ liệu đo lường các thông số mơi trường nhà máy với khối lượng cực kì lớn, an tồn, tin cậy và có hiệu quả xử lý rất cao.
Trung tâm giám sát môi trường nhà máy khu công nghiệp là nơi theo dõi và cập nhật liên tục theo thời gian thực các thơng số nước thải/khí thải đầu ra của các nhà máy tại các khu công nghiệp được lắp đặt trạm quan trắc tự động. Số liệu đo này được cập nhật liên tục, được hiển thị theo thời gian thực trên giao diện giám sát trên máy tính, giúp nhà quản lý thuận tiện trong việc giám sát chất lượng nước thải/khí thải đầu ra của bất kì nhà máy nào, đồng thời đưa ra các cảnh bảo phù hợp cho nhà quản lý/chủ nhà máy tùy theo mức chất lượng nước thải/khí thải đầu ra của nhà máy. Ngồi trung tâm giám sát các thông số môi trường nhà máy khu công nghiệp được triển khai xây dựng cụ thể để cung cấp về tình trạng mơi trường tại bất kỳ một nhà máy nào đó, thì dựa vào trung tâm dữ liệu đám mây, người dùng có thể nhận được các thông tin cảnh báo về mức độ ô nhiễm môi trường từ bất kỳ nhà máy nào đó qua email/sms, hoặc có thể truy cập xem chi tiết các thơng tin về môi trường của bất kỳ nhà máy nào từ xa trên thiết bị di động có kết nối mạng khi được cấp phép quyền truy nhập.
Công nghệ IoT hứa hẹn tạo ra những ứng dụng đầy tiềm năng, có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, mà đối với các cơng nghệ khác cịn nhiều hạn chế. Tuy nhiên để xây dựng triển khai hệ thống IoT đáp ứng được yêu cầu của từng lĩnh vực thì cần phải có sự lựa chọn nền tảng công nghệ IoT phù hợp.
Đối với lĩnh vực Mơi trường thì việc ứng dụng IoT nhằm đáp ứng được nhu cầu thu thập, quản lý, phân tích và chia sẻ một khối lượng dữ liệu lớn, phức tạp là hết sức cần thiết. Hệ thống IoT sẽ giúp giảm công sức con người, dữ liệu được thu thập, phân tích, chia sẻ một cách nhanh nhất.