Viện Công nghệ HaUI xây dựng thành công hệ thống giám sát trực tuyến môi trường nước thải và khí thải
Năm 2018, Bộ Khoa học và Công nghệ đã phê duyệt dự án “Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo, tích hợp hệ thống thu thập dữ liệu và giám sát trong thời gian thực chất lượng nước thải, khí thải ứng dụng cho khu công nghiệp và đô thị”, mã số: DA.CT592-22.2018. Ông Trịnh Trọng Chưởng - Viện Công nghệ HaUI được giao chủ trì, phối hợp cùng các cộng sự của trường Đại học Công nghiệp Hà Nội thực hiện.
Ông Trịnh Trọng Chưởng - Viện Công nghệ HaUI, trường Đại học Công nghiệp HN - Chủ nhiệm dự án
Sự phát triển của các khu công nghiệp tập trung (KCN) đã có đóng góp lớn vào sự phát triển và chuyển dịch cơ cấu nền kinh tế của đất nước. Nhưng sự phát triển đó cũng đã gây tác động nhất định đến môi trường xung quanh, trong đó có môi trường nước và môi trường không khí. Vì vậy trong thời gian qua, đã có rất nhiều các trạm quan trắc trên khắp cả nước đi vào vận hành để giám sát các thông số môi trường.
Tuy nhiên, có một thực trạng là: tất cả các trạm quan trắc ở nước ta (bao gồm cả các hạng mục thu thập dữ liệu, truyền dữ liệu, phần mềm…) hầu hết đều do các hãng công nghệ của nước ngoài cung cấp. Những sản phẩm nhập ngoại có chi phí đầu tư ban đầu, chi phí vận hành - bảo dưỡng khá cao, đồng thời cũng phát sinh các vấn đề về bảo mật dữ liệu do chúng ta không làm chủ được về mặt công nghệ của chúng. Do đó, việc chủ động về mặt công nghệ và thiết kế được một hệ thống tổng thể, bao gồm cả phần thu thập dữ liệu và phần mềm giám sát trực tuyến là một yêu cầu rất cấp thiết trong giai đoạn hiện nay.
Sản phẩm mà Dự án hướng tới là tập trung thiết kế một hệ thống tổng thể, bao gồm: chế tạo bộ thu thập dữ liệu (phần cứng) và xây dựng phần mềm giám sát trực tuyến tất cả các thông số trong trạm quan trắc nước thải/khí thải, nhằm xây dựng một sản phẩm hoàn toàn mang thương hiệu trong nước, đáp ứng đầy đủ các quy định của Nhà nước về giám sát môi trường, đồng thời khắc phục các nhược điểm đã nêu ở trên. Cụ thể:
Về phần cứng: thiết bị sẽ làm nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ đầu ra các cảm biến đặt trong trạm quan trắc môi trường, sau đó được mã hóa (hình 1). Thiết bị này được thiết kế để làm việc hoàn toàn độc lập với hệ thống gốc, nhằm đảm bảo tính trung thực, an toàn cho hệ thống gốc và độ chính xác của dữ liệu thu được. Tốc độ lấy mẫu được cài đặt tùy ý theo yêu cầu của cơ quan quản lý nhà nước.
Hình 1. Sơ đồ tổng quan bộ thu thập dữ liệu
Thiết bị có khả năng nhận tín hiệu điều khiển từ máy lấy mẫu để và lưu mẫu từ xa, truyền dữ liệu tất cả các thông số từ trạm quan trắc về cơ quan quản lý một cách chính xác và an toàn. Dữ liệu thu nhận sẽ được truyền về cơ quan quản lý nhà nước với tần suất tối thiểu 5 phút/lần, có cảnh báo vượt ngưỡng, truy vấn dữ liệu, gửi tin nhắn đến thuê bao di động khi có thông số bất kỳ nào đó bị vượt ngưỡng. Tất cả các dữ liệu đều được hiển thị dưới dạng bảng, file, đồ thị, bản đồ theo thời gian thực và được lưu trữ tại máy tính chủ.
Về phần mềm: Phần mềm được viết bằng ngôn ngữ lập trình Java kết hợp với hệ quản trị cơ sở dữ liệu mã nguồn mờ MySQL. Đây là ngôn ngữ lập trình mã nguồn mở, có thể chạy trên tất cả các nền tảng phần cứng và các hệ điều hành. Dữ liệu đầu vào của bài toán được lấy trực tiếp từ các cảm biến ở trạm quan trắc đặt tại các khu công nghiệp thông qua bộ thu phát dữ liệu sử dụng công nghệ GSM. Phần mềm cho phép chuyên viên của cơ quan quản lý về môi trường có thể quan sát, lưu trữ dữ liệu tại các trạm quan trắc, xem chỉ số chất lượng không khí (AQI) (hình 2); phần mềm có tính mở để cho phép người quản trị có thể thêm/sửa/xóa các trạm hoặc các tham số quan trắc mới phát sinh một cách dễ dàng.
Hình 2. Giao diện phần mềm và kết quả hiển thị dữ liệu quan trắc dạng bảng số
Các tác nhân trong hệ thống
TT | Tác nhân | Mô tả | Vai trò |
1 | Quản trị hệ thống (Admin) | Là người có quyền cao nhất tác động vào hệ thống. Yêu cầu phải am hiểu nghiệp vụ quản lý và sử dụng thành thạo máy tính | - Quản lý người sử dụng phần mềm - Quản lý các trạm quan trắc - Quản lý các thông số ứng với các trạm quan trắc - Thống kê thời điểm vượt ngưỡng của các tham số quan trắc ứng với mỗi trạm. |
2 | Người sử dụng | Là các người dùng được tạo ra bởi quản trị hệ thống để quan sát, thu thập dữ liệu của các trạm quan trắc | - Xem dữ liệu của các trạm xung quanh thời điểm hiện tại. - Xem dữ liệu của các trạm tại bản đồ. - Truy vấn dữ liệu của các trạm dưới dạng bảng, dạng file và đồ thị. - Điều khiển máy lấy mẫu từ xa. - Xem cảnh báo vượt ngưỡng. - Xem chỉ số chất lượng không khí. |
Ngoài ra, phần mềm còn có các tính năng cơ bản khác như:
- Chống tấn công mạng bằng các phương pháp mã hóa đối xứng và bất đối xứng. Bảo mật bằng cách sử dụng chữ ký điện tử để xác thực thông tin và mã hóa dữ liệu theo thuật toán RSA, xác định vết người truy cập.
- Có cơ cấu bảo vệ mẫu dữ liệu và kết quả đo lường để tránh gian lận.
Sau 2 năm thực hiện, dự án đã chế tạo thành công 20 bộ thu thập dữ liệu quan trắc chất lượng nước thải, khí thải (datalogger) và phần mềm giám sát trực tuyến dữ liệu môi trường (bao gồm cả phần mềm cho cơ quan quản lý và phần mềm áp dụng cho doanh nghiệp). Sản phẩm đã được lắp đặt và vận hành thực tế tại 20 trạm quan trắc đặt tại doanh nghiệp – là các KCN, các nhà máy Xi măng, Công ty nhiệt điện trên địa bàn tỉnh Hải Dương và tỉnh Hà Nam từ năm 2018 đến nay.
Nhận định về ưu điểm của sản phẩm đã thiết kế, ông Trịnh Trọng Chưởng - Chủ nhiệm dự án cho biết: Ngoài việc đáp ứng được tất cả các yêu cầu của thông tư 24/2017/TT-BTNMT ngày 01 tháng 9 năm 2017 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, hệ thống còn nhận biết được các diễn biến bất thường của trạm quan trắc, trong đó phát hiện được cả những lỗi thiết kế của kênh đo lưu lượng hở tại các nhà máy xử lý nước thải.
Ngoài phạm vi quan trắc trong đăng ký của Dự án, sản phẩm còn áp dụng rất hiệu quả cho các đối tượng khác, như: quan trắc nước mặt, nước ngầm, quan trắc khí tượng thủy văn, cảnh báo an toàn trong ngành giao thông vận tải,…. góp phần giảm sự phụ thuộc vào công nghệ của nước ngoài trong lĩnh vực quan trắc môi trường ở Việt Nam.
Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu vẫn sẽ tiếp tục nâng cấp, cập nhật nhằm nâng cao tính năng, hiệu quả và an toàn cho hệ thống, đồng thời tối ưu hóa quy trình sản xuất, thiết kế và chế tạo để giảm giá thành sản phẩm, mở rộng thị trường.