CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài Khí hậu Việt Nam ngày càng trở nên bất thường, một số vấn đề đang gặp phải đó chính là nhiệt độ tăng đột ngột ở hầu hết các trạm quan trắc, các hiện tượng thời tiết cực i i đoan xuất hiện trên toàn bộ lãnh thổ. Điển hình là miền núi phía Bắc liên tục có nhiều đợt rét đậm và rét hại, miền Trung gặp khô hạn và mưa cực đoan, khu vực phía Nam thì phải đối diện với hạn hán và xâm nhập mặn [1], tần suất bão lớn, gió giật mạnh thường xuyên hơn, gây ra nhiều tổn thất về kinh tế và con người. Sự nóng dần lên của Trái Đất khiến cho số người phải sống với thời tiết khắc nghiệt, ô nhiễm không khí và các dịch bệnh truyền nhiễm càng ngày càng tăng.
Sự thay đổi này i có thể gây ra nhiều bệnh tật bao gồm các bệnh về đường hô hấp, tim mạch, kiệt sức vì i i i i i i nóng, nhiễm trùng ngoài da và các bệnh lý về tâm thần. “Theo Tổ chức Y tế Thế giới i i (WHO), mỗi năm có khoảng 150.000 người chết do các bệnh có liên quan đến biến đổi khí hậu, từ bệnh tim do nhiệt độ tăng quá cao tới các vấn đề hô hấp và tiêu chảy” [2]. Quá trình đối phó với thời tiết cực đoan đang ngày càng phức tạp khi các biểu hiện cực đoan của thời tiết gây ảnh hưởng rất nhiều đến sản xuất, đời sống và hơn hết là sức khỏe con người. Thế nên, việc đưa ra các phương pháp để giám sát thời tiết đã trở nên vô cùng cần thiết.
Hệ thống giám sát thời tiết theo thời gian thực sẽ giúp con người cập nhật thời tiết nhanh chóng, chính xác và đầy đủ tại những địa điểm cụ thể. Nhờ vào việc ứng dụng công nghệ IoT, hệ thống giám sát thời tiết có khả năng thu thập và phân tích i i i i dữ liệu thời tiết một cách năng suất và tiết kiệm hơn, giúp người dân và các tổ chức đưa i i ra quyết định, chủ động sắp xếp hoặc lên kế hoạch cho các hoạt động sản xuất và thực t i i i i hiện các biện pháp bảo vệ sức khỏe, hạn chế sự ảnh hưởng xấu của thời tiết đến mức tối t t. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài được thực hiện với 4 mục tiêu chính như sau: • Thiết kế một hệ thống thu thập được các thông số thời tiết như: nhiệt độ, độ ẩm, chỉ số về tốc tđộ igió, chỉ số hướng giói, lượngi mưa và chỉ số tia UV. • Hệ thống được thiết kế với khả năng gắn kết các cảm biến và truyền thông tin đến giao diện người dùng thông qua nền tảng đám mây.
• Thiết kế một giao diện web và một ứng dụng điện thoại dành cho hệ điều hành Android, cho phép người dùng được tiếpi cận và sử dụng thôngi itin về thời tiết trên cơ sở dữ liệu một cách dễ dàng và nhanh chóng. • Hệ thống được thiết kế để đảm bảo hoạt động liên tục và có khả năng thích nghi với môi trường thời tiết thay đổi, bao gồm cả mưa, gió,. Nhiệm vụ nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm: • Tìm hiểu.về yêut cầu và tiêut chuẩn của hệ thốngi giám. • Triển khai các phương.tích dữ liệu thời tiết.tiết như: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, hướng gió, lượng mưa, chỉ số tia UV.
• Đánh giá tính.được từ hệ thống.của nhiệm vụ nghiên cứu này là thi công được một hệ thống giám sát thời tiết đáng tin cậy, cung cấp dữ liệu thời tiết chính.vụ cho việc chăm sóc sức khỏe người dùng hằng ngày, giúp người dùng đưa ra các kế hoạch học.tập, làm việc.vệ sức khỏe mỗi khi phải ra ngoài cũng như ngay tại ngôi nhà của mình. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối.các thiết bị cảm biến, hệ thống mạng, các nền tảng lưu.phần mềm liên.tải dữ liệu thời tiết. Nghiên cứu này còn tìm.về giải pháp IoT trong việc kết nối các thiết bị cảm biến thành một hệ thống giám sát thời tiết, đồng thời đưa ra các phương pháp.liệu thời tiết thông. Đối tượng nghiên cứu cũng bao.định và dữ liệu của.thống phần cứng.
Phạm vi nghiên cứu của hệ thống giám sát thời.gồm: • Nghiên cứu các.thập dữ liệu thời tiết với độ chính xác.kiện khác nhau. • Nghiên cứu về mạng Wifi để.bị với cơ sở dữ liệu và truyền tải dữ liệu thời tiết đến giao.dữ liệu thường dùng trong lĩnh vực IoT để. • Nghiên cứu và thiết kế giao diện.truy cập và sử dụng các thông tin thời tiết được thu thập từ hệ. Phương pháp nghiên cứu Để.cứu về các lý thuyết và nguyên lý hoạt động của các cảm biến tốc độ gió, hướng gió, lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm và tia UV; cơ sở dữ liệu thời gian thực Firebase và nền tảng trực quan hóa dữ liệu ThingSpeak; giao thức truyền tải dữ liệu HTTP và phương.diện người.
Phân tích các thành phần cần có trong một hệ thống giám sát thời tiết dựa trên nền tảng IoT. Bước tiếp theo là thiết kế chi tiết hệ thống bằng cách thiết lập các khối chức năng và lên ý. Sau cùng là kiểm thử tình trạng hoạt.thống và đánh.kết quả thực tế mà hệ thống thu thập được. Tình hình nghiên cứu Sau đây là một số công trình nghiên cứu, các bài báo khoa.của trạm đo thời tiết trên toàn thế.
Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Trong bài viết của [3], nhóm tác giả đã thiết kế mạng lưới giám sát các.số khí tượng liên.đến lốc xoáy ở Barranquilla - Colombia và khu vực đô thị xung quanh. Để đo được mưa, hướng và tốc độ gió, nhóm tác giả sử dụng trạm thời tiết WS-3000 (một thiết bị tích hợp máy đo gió, cánh gió và máy đo mưa) kết hợp công nghệ truyền thông Zigbee. Mạng lưới này thu thập các thông số về khí tượng địa phương trước khi tạo ra cơn lốc xoáy, nhằm đưa ra cảnh báo có thể bị ảnh hưởng bởi hiện tượng này cho người dân trong tương lai. Sau khi phát triển cách thức này, nhóm tác giả đã có được một bản đồ cùng với các.xoáy với tần suất lớn nhất (một điểm trên mỗi ranh giới).
Hệ thống của họ được.như một tài liệu tham khảo để thiết lập các nút cảm biến theo từng vị trí địa lý, giúp con người chủ động triển khai và thiết kế nguyên mẫu của hệ thống giám sát các điều kiện khí tượng địa phương. Bên cạnh đó, trong bài viết [4], nhóm tác giả xây dựng hệ thống lưới cảm biến thông minh tăng cường kỹ thuật tưới tiêu ở Jordan. Hệ thống của nhóm tác giả ứng.biến không dây WSN (Wireless Sensor Network) và trạm thời tiết WS-3000 kết hợp với cảm biến độ ẩm đất Watermark 200SS để quan sát các biến đổi không gian về độ ẩm của đất cũng như phát hiện sự có mặt của lượng mưa theo thời gian. Cơ sở thử nghiệm lưới điện thông minh được thiết lập ở Jordan, theo dõi độ ẩm của bề mặt đất và sự hiện diện của lượng mưa.
Mục tiêu dài hạn của nhóm tác giả là theo dõi độ ẩm của đất thường xuyên để thực hiện các kỹ thuật tưới tiêu, cũng như triển khai WSN để phát hiện khi nào và ở đâu trời mưa để được.soát tưới tiêu cần thiết. Dữ liệu thời từ hệ thống sẽ được sử.nguyên thủy lợi trên khắp Jordan bằng cách cung.dẫn cải tiến cho.lý mô hình thủy lợi Jordan. 4 Trên thế giới, các nước ngày.nghệ mới nhất trong việc giám sát thời tiết như việc sử dụng máy bay không người lái để.số thời tiết và ứng.khoa học và kỹ sư cũng đang nghiên.nghệ mới như Blockchain và Internet of Things (IoT),.của hệ thống này. Việc nghiênicứu và phát.sát thời tiết hiện nay là.người, cũng như hỗ trợ cho nhiều lĩnh vực khác.
Đa số các công trình nghiên cứu khoa học trên đã được kiểm duyệt và đăng tải công khai, hoàn toàn bổ ích cho việc tham khảo và phát triển đề tài đang thực hiện. Tình hình nghiên cứu ở trong nước Trong bài viết.của [5], nhóm tác giả cho biết rằng, Việt Nam đã phải chịu nhiều ảnh hưởng nặng nề nhất do biến đổi khí hậu, cụ thể là rét đậm rét hạn kéo dài ở miền Bắc, hạn hán kéo dài và bão lũ liên tiếp ở miền Trung và ngập lụt, nhiễm mặn do triều cường ở miền Nam,…Chính vì thế mà nhóm tác giả đã thiết kế một “Hệ đo giám sát thông số môi trường di động thời gian thực thông qua Web Server” để có các giải pháp hạn chế tác động xấu của môi trường đối với sức khỏe và đời sống con người. Ngoài sử dụng trạm đo thời tiết WS-3000, nhóm tác giả còn sử dụng thêm hai cảm biến đo bụi PM2.5 và cảm biến nồng độ khí CO (hai thông số phản ánh chất lượng không khí). Các giá trị của cảm biến sẽ được hiển thị trên web server và cập nhật liên tục sau mỗi khoảng thời gian hai phút và toàn bộ hệ thống được cung cấp năng lượng từ pin lithium.
Thiết bị này tương đối nhỏ gọn nên có thể trang bị trên các phương tiện quan trắc di động, có thể ứng dụng ở các thành phố lớn một cách hiệu quả nhất, góp phần mang lại nhiều lợi ích cho cộng đồng [5]. Trong bài viết số [6], nhóm tác giả đã trình bày các dẫn chứng về sự tàn phá của thiên.là hiện tượng sạt.đất không chỉ. Nhóm tác giả đã nghiên. Nguyên nhân chính của 5 sạt lở đất là do lượng mưa lớn kéo dài.
Nhóm tác giả đã đo đạc để xác định ngưỡng cường độ mưa dẫn đến sạt lở đất và sử dụng trạm thời tiết WS-3000 để thực hiện thử nghiệm. Hệ thống sử dụng bộ vi xử lý Atmega328 để. nhận biết và xử lý dữ liệu từ thiết bị WS-3000 sau đó hiển thị lên giao diện website và ứng dụng điện thoại di động. Trong trường hợp đưa ra cảnh báo, tin nhắn SMS sẽ được tự động gửi thông qua modem GSM/GPRS SIM900 đến người liên hệ phản hồi để hành động kịp thời.
Hệ thống giám sát thời tiết ở Việt Nam đang được phát triển và cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy từ dữ liệu đo được. Bộ Khoa học và Công nghệ đã thành lập Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương để quản lý, cập nhật và cung cấp thông tin về thời tiết đến người dân. Ngoài ra, Việt Nam cũng đã phát triển các hệ thống giám sát thời tiết chuyên dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, hàng hải, hàng không, giao thông vận tải,… 1. Bố cục đề tài Chương 1: Tổng quan đề tài: Giới thiệu lý do chọn đề tài và mục tiêu hướng đến.
Cập nhật tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước cũng như phương pháp nghiên cứu cho đề tài.