Đặt vấn đề Chất lượng không khí môi trường nói chung, cũng như trong các toà nhà nói riêng rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người. Các nghiên cứu chỉ ra rằng không khí trong nhà kém chất lượng có ảnh hưởng tới con người thông qua các dẫn chứng sau: - Ô nhiễm không khí trong nhà liên tục là nguy cơ môi trường hàng đầu ảnh hưởng tới sức khoẻ cộng đồng. Khoảng 3,8 triệu người trên thế giới chết hàng năm do ô nhiễm không khí trong nhà. - Vật chất dạng hạt là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh hô hấp bao gồm hen suyễn, viêm đường hô hấp, giảm chức năng phổi và ung thư.
- Không khí chất lượng thấp làm giảm năng suất của con người và khả năng xử lý thông tin của con người đặc biệt là trong môi trường học tập, làm việc cần có sự tập trung cao như trường học. Cục bảo vệ môi sinh Hoa Kỳ EPA ước tính rằng chất lượng không khí trong nhà kém ảnh hưởng đến 33% đến 50% các tòa nhà thương mại ở Mỹ và là nguyên nhân gây ra hơn 10 triệu ngày làm việc bị mất mỗi năm do việc hô hấp kém và làm việc không hiệu quả. Trong một số trường hợp, tác động một môi trường làm việc với chất lượng không khí kém là điểm mấu chốt khiến công việc bị gián đoạn, thời gian bị lãng phí, năng suất giảm.2 Tính cấp thiết của đề tài Ở Việt Nam, hậu quả của ô nhiễm không khí ở một số địa phương lên đời sống của con người rất lớn về mặt sức khỏe và gây thiệt hại lớn về kinh tế của từng dân cư trong vùng bị ô nhiễm. Nhiều thành phố ở Việt Nam từng bước phát triển để trở thành các đô thị thông minh.
Trong các tiêu chí phát triển thành phố xanh và hiện đại, xây dựng một môi trường sống trong lành và an toàn là việc làm rất cần thiết nhằm đảm bảo sức khỏe, nâng cao chất lượng cuộc sống con 12 người. Từ đó, việc đo lường và giám sát môi trường không khí ngày càng trở nên cấp thiết. Thành phố Hồ Chí Minh từng bước triển khai và phát triển để trở thành một thành phố thông minh nơi mà cuộc sống con người cần được nâng tầm và chất lượng ngày càng nâng cao bởi các ứng dụng của điện tử, công nghệ thông tin và tự động hóa. Như vậy, giám sát chất lượng không khí nơi sinh sống, lao động, học tập và môi trường sinh hoạt ở bên ngoài là một việc rất cần thiết nhằm bảo vệ sức khỏe, nâng cao chất lượng cuộc sống và hiệu quả lao động sản xuất của người dân trong thành phố.
Nghiên cứu này áp dụng các thành tựu trong lĩnh vực cảm biến đo lường, hệ thống nhúng và kết nối vạn vật (IoT) để thiết kế một hệ thống đo lường và giám sát chất lượng không khí trong nhà và ngoài trời. Đối tượng nghiên cứu chính trong đề tài này bao gồm: + Tiêu chuẩn chất lượng không khí tại Việt nam + Các cảm biến đo lường được sử dụng để thu thập dữ liệu môi trường + Chuẩn truyền thông LoRa và 802.11 + Vi mạch ứng dụng ESP8266 và Ra-02 + Phương pháp lập trình trên hệ điều hành android Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Nghiên cứu này đề xuất và thực thi một mô hình đo lường và giám sát chất lượng không khí trong nhà và ngoài trời ứng dụng nền tảng kết nối IoT để có thể triển khai trong nhiều môi trường thực tế khác nhau. Phần cứng được đề xuất và thiết kế để dễ dàng kết nối với nhiều loại cảm biến khác nhau cho các yêu cầu về mở rộng các thông số đo lường. Nghiên cứu này có thể được xem như một giải pháp tham khảo và là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo.
Nhu cầu thị trường trong và ngoài nước đối với các sản phẩm đo lường và giám sát chất lượng không khí là rất cao bởi hiện nay với tình trạng ô nhiễm không khí ngày càng tăng cho sự phát triển mạnh của các khu công nghiệp, khí thải từ các phương tiện di chuyển cá nhân sử dụng năng lượng hóa thạch này 13 càng tăng. Các bệnh hô hấp ngày càng có xu hướng tăng và ảnh hưởng rất lớn đến số đông người dân. Việc giám sát chất lượng môi trường không khí nơi ở và môi trường làm việc là điều rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe, chất lượng cuộc sống cũng như hiệu quả lao động sản xuất. Giám sát và hiểu rõ chất lượng không khí không tốt trong một thời gian dài có thể giúp cho chúng ta đưa là các giải phát nhằm giải quyết vấn đề trên nhằm giúp con người có môi trường sinh sống, học tập và làm việc an toàn, đạt hiệu quả cao.
Trong các nhà máy sản xuất thông thường sẽ tạo ra một lượng hạt bụi mịn lớn đi kèm là các khí độc hại có thể sinh ra. Để đám bảo cho người lao động vận hành trong các môi trường nêu trên an toàn trong thời gian dài thì việc giám sát và đưa ra giải pháp nhằm tạo một môi trường lao động an toàn và tốt cho sức khỏe hơn là một điều rất cần thiết. Ở các môi trường làm việc cần sự tập trung cao độ của tư duy như môi trường trường học việc biết và đảm bảo chất lượng môi trường không khí trong học tập và giảng dạy là điều rất cần thiết. Để có thể đưa sản phẩm ra thị trường và sản xuất hàng loạt cần thêm một số giai đoạn nghiên cứu mở rộng để nghiên cứu thị trường, bổ sung thêm tính năng và hoàn thiện các chức năng và yêu cầu khắt khe từ người dùng đối với các sản phẩm thương mại trên thị trường.2 Hiện trạng các công trình nghiên cứu liên quan Nhiều nghiên cứu trên thế giới và cả ở trong nước đã được công bố về tình trạng ô nhiễm không khí và sự ảnh hưởng của chất lượng không khí đến sức khỏe của con người.
Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật đã được giới thiệu khi ứng dụng nền tảng kết nối vạn vật (Internet of Thing – IoT) kết hợp với nhiều loại cảm biến để triển khai các hệ thống giám sát chất lượng môi trường. Trong các nghiên cứu đó có thể kể đến một số nghiên cứu điển hình như : 1. World Health Organization. “Air Pollution”, World Health Organization, 2020.
14 Bài tham luận báo cáo năm 2020 của Tổ Chức Sức Khỏe Thế Giới về tình trạng ô nhiễm không khí. Theo dữ liệu mới của cơ quan y tế Liên Hợp Quốc, mọi ngõ ngách trên thế giới đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm không khí, và vấn đề này càng tồi tệ hơn ở các quốc gia nghèo. Theo bà Maria Neira - Bộ Y tế Công cộng, Môi trường và Các vấn đề xã hội của WHO nói: “Gần như 100% dân số toàn cầu vẫn đang hít thở bầu không khí vượt quá tiêu chuẩn khuyến cáo của WHO. Đây thực sự là một vấn đề lớn về sức khỏe cộng đồng”.
WHO cho biết đã phát hiện hơn 90% dân số toàn cầu bị ảnh hưởng bởi không khí ô nhiễm. Dữ liệu của Liên Hợp Quốc năm 2021 cho thấy việc ngăn chặn sự bùng phát của đại dịch Covid-19 và các hạn chế đi lại đã cải thiện phần nào chất lượng không khí trong một thời gian ngắn. Tuy nhiên, WHO nhấn mạnh rằng ô nhiễm không khí vẫn là một vấn đề nan giải. Báo cáo WHO cung cấp dữ liệu về nồng độ của các hạt vi vật chất nguy hiểm có đường kính từ 2.5-10 micromet (PM10) và các hạt có đường kính nhỏ hơn 2.
Cụ thể, PM2.5 bao gồm các chất độc như sunfat và cacbon đen - đây là những chất gây nguy cơ lớn nhất cho sức khỏe, vì chúng có thể xâm nhập sâu vào phổi hoặc hệ tim mạch. Lần đầu tiên, báo cáo cũng cung cấp các phép đo trên mặt đất về nồng độ trung bình hàng năm của Nitơ Điôxít (NO2) - một chất gây ô nhiễm đô thị phổ biến, có liên quan đến các bệnh hô hấp, đặc biệt là bệnh hen suyễn. Báo cáo chỉ ra rằng, các vấn đề liên quan đến ô nhiễm dạng vi hạt tồi tệ hơn nhiều ở các nước nghèo, hầu hết hiện nay các thành phố đều đối mặt với thực trạng NO2 cao. Trong khi chỉ số PM2.5 và PM10 của 17% các thành phố ở các quốc gia thu nhập cao đã giảm xuống dưới mức khuyến nghị của WHO, thì chưa đến 1% các thành phố ở các quốc gia thu nhập thấp và trung bình tuân thủ ngưỡng khuyến nghị của WHO.int/vietnam/vi/health-topics/air-pollution Một báo cáo của tổ chức WHO về tình hình ô nhiễm không khí ở nước ta.
Ô nhiễm không khí đe dọa sức khỏe của người dân ở khắp mọi nơi trên thế 15 giới. Ước tính mới đây năm 2018 cho thấy rằng 9/10 người dân phải hít thở không khí chứa hàm lượng các chất gây ô nhiễm cao. Ô nhiễm không khí cả ở bên ngoài và trong nhà gây ra khoảng 7 triệu ca tử vong hàng năm trên toàn cầu; chỉ tính riêng khu vực Tây Thái Bình Dương, khoảng 2,2 triệu người tử vong mỗi năm. Ở Việt Nam, khoảng 60.000 người chết mỗi năm có liên quan đến ô nhiễm không khí.
Hà Trọng Quỳnh, “Lượng giá thiệt hại sức khỏe cộng đồng do ô nhiễm không khí tại phường Tân Long, thành phố Thái Nguyên,” Tạp chí Khoa Học & Công Nghệ, 164(04), 2017, 207 – 213 Nghiên cứu này đã thống kê hậu quả và tính toán sự ảnh hưởng của ô nhiễm không khí tại một địa phương trong nước lên đời sống của các dân cư sinh sống. Các kết quả được công bố trong báo cáo cho thấy thiệt hại rất lớn về sức khỏe và về đời sống, kinh tế của từng dân cư trong vùng bị ô nhiễm không khí. Ngoài ra, nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật đã được giới thiệu khi ứng dụng nền tảng kết nối vạn vật (Internet of Thing – IoT) kết hợp với nhiều loại cảm biến để triển khai các hệ thống giám sát chất lượng môi trường. Trong các nghiên cứu đó có thể kể đến một số nghiên cứu điển hình như : 4.
Sherin Abraham, Xinrong Li on A Cost-Effective Wireless Sensor Network System for Indoor Air Quality Monitoring Applications, 2014. Nghiên cứu trình bày một giải pháp thực thi hệ thống giám sát chất lượng không khí ở môi trường trong nhà với giá thành rẻ sử dụng nền tảng phần cứng Arduino và giao diện truyền thông Xbee. Hệ thống có khả năng nhận diện sự rò rỉ của khí gas. Kumar, Prashant; Martani, Claudio; Morawska, Lidia; Norford, Leslie; Choudhary, Ruchi; Bell, Margaret; Leach, Matt “Indoor air quality and energy management through real-time sensing in commercial buildings”, Elsevier Science, iss.