Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự gia tăng nhanh chóng của các hoạt động giao thông vận tải (GTVT) là động lực phát triển kinh tế - xã hội nhưng đồng thời cũng là nguồn phát sinh áp lực môi trường nghiêm trọng. Tại Việt Nam, mạng lưới giao thông đường bộ đạt 219.192 km, đường sắt 3.143 km, đường sông khai thác 17.139 km, cùng hơn 90 cảng biển lớn nhỏ và 52 sân bay. Trong giai đoạn 1997–2002, khối lượng hàng hóa vận chuyển đạt 851 triệu tấn (273 tỷ TKm), khối lượng vận tải hành khách đạt 4,3 tỷ lượt khách (151 tỷ HK), và lượng hàng thông qua cảng biển tăng trưởng bình quân 15%/năm. Tuy nhiên, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng tạo nên tình trạng quá tải hạ tầng; vận tải công cộng bằng xe buýt tại các đô thị lớn chỉ đáp ứng được khoảng 3% đến 6% nhu cầu đi lại, trong khi xe cơ giới hai bánh chiếm tới 94% tổng lượng phương tiện. Tốc độ lưu thông trung bình của ô tô đô thị khoảng 23 km/h và được dự báo giảm xuống còn 13 km/h vào năm 2020. Tình trạng ùn tắc giao thông kéo dài khiến động cơ hoạt động ở chế độ không tải (tốc độ trục khuỷu đạt 800–1200 vòng/phút), làm lãng phí nhiên liệu và phát tán khối lượng lớn khí độc hại ra khu dân cư. Theo đánh giá chuyên môn được tác giả trích dẫn, các hoạt động giao thông chiếm khoảng 70% tổng lượng ô nhiễm tại các khu đô thị lớn.

Trước thực tế đó, đề tài "Phân tích thiết kế hệ thống thông tin quản lý các chỉ số môi trường và cảnh báo ô nhiễm môi trường do hoạt động giao thông vận tải gây ra" được sinh viên Nguyễn Thùy Linh (Lớp CT901, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng) thực hiện vào tháng 7 năm 2009 dưới sự hướng dẫn của TS. Phùng Văn Ổn tại Trung tâm Công nghệ thông tin – Bộ Giao thông vận tải. Đề tài được triển khai nhằm thực hiện các chủ trương và văn bản pháp lý gồm:

  1. Nghị quyết số 41-NQ/TW ngày 15/11/2004 của Bộ Chính trị về bảo vệ môi trường trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
  2. Quyết định số 34/2005/QĐ-TTg ngày 22/05/2005 của Thủ tướng Chính phủ ban hành Chương trình hành động của Chính phủ thực hiện Nghị quyết 41-NQ/TW.
  3. Quyết định số 448/2005/QĐ-BGTVT ngày 22/02/2005 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải ban hành Chương trình hành động của Bộ GTVT nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong hoạt động GTVT.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của khóa luận được phân định thành 5 nhiệm vụ cụ thể:

  1. Khảo sát hiện trạng hoạt động GTVT, các vấn đề ô nhiễm phát sinh (bụi, khí độc, tiếng ồn) và chức năng, nhiệm vụ của Trung tâm Công nghệ thông tin thuộc Bộ GTVT.
  2. Nghiên cứu hệ thống lý thuyết về hệ thống thông tin quản lý, phương pháp tiếp cận định hướng cấu trúc, vòng đời phát triển hệ thống, lý thuyết cơ sở dữ liệu quan hệ, hệ quản trị SQL Server 2000 và ngôn ngữ Visual Basic 6.0.
  3. Phân tích nghiệp vụ hệ thống thông tin quản lý môi trường: lập biểu đồ ngữ cảnh, biểu đồ phân rã chức năng (BFD), mô tả chức năng lá, ma trận thực thể - chức năng và biểu đồ luồng dữ liệu (DFD).
  4. Thiết kế hệ thống: xây dựng mô hình liên kết thực thể (E-R), mô hình quan hệ chuẩn hóa, cơ sở dữ liệu vật lý và thiết kế các giao diện cập nhật, xử lý dữ liệu.
  5. Cài đặt các phân hệ chương trình ứng dụng để quản trị, cập nhật dữ liệu và tra cứu, cảnh báo ô nhiễm.

Đối tượng nghiên cứu là quy trình thu thập, lưu trữ, xử lý số liệu quan trắc môi trường không khí và cơ chế đối soát ngưỡng tiêu chuẩn để đưa ra cảnh báo ô nhiễm phát sinh do giao thông. Phạm vi nghiên cứu về không gian tập trung vào số liệu thực tế tại các tuyến đường, nút giao thông và trạm đo tại Hà Nội, Hải Phòng, gắn liền với chức năng quản lý công nghệ thông tin tại Bộ GTVT. Phạm vi thời gian sử dụng các chuỗi số liệu quan trắc hiện trạng từ năm 1997 đến năm 2007 (số liệu chất lượng không khí Hải Phòng năm 2003, 2007; tỷ lệ bụi vượt chuẩn từ 2002 đến 2006).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận thiết lập nền tảng lý luận dựa trên các khái niệm về hệ thống thông tin quản lý (Management Information System - MIS) và phương pháp luận thiết kế hệ thống theo hướng cấu trúc (Structured Approach). Đây là phương pháp tiếp cận từ trên xuống (top-down), làm mịn dần từ mức trừu tượng tổng quát đến các mô-đun chức năng mức thấp nhất (mô-đun lá) nhằm giảm độ phức tạp, chuẩn mực hóa kiến trúc và nâng cao khả năng bảo trì.

Vòng đời phát triển hệ thống thông tin (SDLC) được nghiên cứu trải qua 5 giai đoạn:

  • Khởi tạo và lập kế hoạch dự án: Đánh giá tính khả thi trên 4 phương diện: kỹ thuật, kinh tế, thời gian, pháp lý và hoạt động.
  • Phân tích hệ thống: Xác định yêu cầu người dùng, mô hình hóa quan niệm dữ liệu và xử lý.
  • Thiết kế hệ thống: Chia thành thiết kế logic (mô hình quan niệm nghiệp vụ) và thiết kế vật lý (lựa chọn ngôn ngữ lập trình, hệ quản trị cơ sở dữ liệu, tổ chức tệp tin).
  • Triển khai hệ thống: Lập trình mã nguồn, kiểm thử, lắp đặt thiết bị, cài đặt chương trình và chuyển đổi dữ liệu.
  • Vận hành và bảo trì: Bao gồm bảo trì sửa lỗi, bảo trì thích nghi, bảo trì hoàn thiện và bảo trì phòng ngừa.

Về mô hình hóa dữ liệu, tác giả vận dụng lý thuyết mô hình thực thể liên kết E-R (Entity-Relationship Model), các khái niệm kiểu thực thể, thuộc tính (tên gọi, định danh/khóa, mô tả, đa trị) và lực lượng liên kết. Lý thuyết cơ sở dữ liệu quan hệ được tiếp cận từ nền tảng của E. Codd (IBM, 1970) kết hợp với các nguyên tắc chuẩn hóa dữ liệu:

  • Quy tắc 1: Tính không trùng lặp của trường dữ liệu.
  • Quy tắc 2: Ràng buộc khóa chính nhằm định danh duy nhất bản ghi.
  • Quy tắc 3: Sự phụ thuộc hàm chức năng vào khóa.
  • Quy tắc 4: Tính độc lập của các trường dữ liệu.
  • Các dạng chuẩn áp dụng: Dạng chuẩn 1 (1NF - loại bỏ thuộc tính đa trị, quan hệ lặp), Dạng chuẩn 2 (2NF - thuộc tính không khóa phụ thuộc đầy đủ vào khóa chính), Dạng chuẩn 3 (3NF - không có phụ thuộc bắc cầu vào khóa chính).

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm việc thu thập, phân tích và thống kê số liệu thứ cấp về phát thải giao thông; phương pháp mô hình hóa chức năng nghiệp vụ thông qua ký pháp Gane và Sarson (1979) trong biểu đồ luồng dữ liệu (Data Flow Diagram - DFD); phương pháp lập ma trận thực thể dữ liệu - chức năng (sử dụng các thao tác R - Read, U - Update, C - Create). Nguồn dữ liệu sử dụng trong văn bản gồm các báo cáo thống kê ngành giao thông, các tiêu chuẩn môi trường Việt Nam (TCVN 5937-2005) và số liệu quan trắc nồng độ bụi lơ lửng, khí thải thực tế do các trạm quan trắc ghi nhận tại Hà Nội và Hải Phòng.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo kiến trúc ứng dụng cơ sở dữ liệu hai tầng (Client/Server) với các công nghệ và giải pháp kỹ thuật sau:

  • Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: Microsoft SQL Server 2000, sử dụng các thành phần bảng (Tables), sơ đồ quan hệ (Database Diagrams), chỉ mục (Indexes), khung nhìn (Views) và thủ tục lưu trữ (Stored Procedures).
  • Ngôn ngữ và môi trường lập trình: Microsoft Visual Basic 6.0 trên nền tảng 32-bit.
  • Giao thức kết nối dữ liệu: ADO (ActiveX Data Objects) kết hợp với trình cung cấp OLEDB và trình quản trị kết nối dữ liệu mở ODBC (Open Database Connectivity) để ứng dụng client gửi truy vấn và thao tác trên đối tượng Recordset.
  • Thành phần hiển thị giao diện: Các điều khiển nội tại và điều khiển dữ liệu liên kết như DataGrid, DataList, DataCombo để xem, thêm mới và hiệu chỉnh dữ liệu trực tiếp.

Mô hình dữ liệu quan hệ của hệ thống gồm 4 bảng dữ liệu chính đã được chuẩn hóa:

Tên bảng Tên trường Kiểu dữ liệu Ràng buộc Giải thích chức năng
LOẠI PHƯƠNG TIỆN Mã loại PT Char Khóa chính Mã phân loại phương tiện
Mã khu vực Char Khóa ngoại Mã khu vực phương tiện hoạt động
Tên loại PT Nvarchar Tên gọi phương tiện giao thông
KHU VỰC Mã khu vực Char Khóa chính Mã định danh khu vực quan trắc
Tên khu vực Nvarchar Tên địa điểm, khu vực quan trắc
Mô tả / Số phiếu Char / Nvarchar Thông tin mô tả bổ sung
PHIẾU SL QUAN TRẮC MT Số phiếu Char Khóa chính Số hiệu phiếu số liệu quan trắc
T/g quan trắc Datetime Thời điểm thực hiện đo đạc
SO2 Float Nồng độ khí SO2 đo được
NO2 Float Nồng độ khí NO2 đo được
CO Float Nồng độ khí CO đo được
TSP Float Nồng độ bụi lơ lửng tổng số
Mã khu vực Char Khóa ngoại Khu vực lấy mẫu quan trắc
Mã tiêu chuẩn Char Khóa ngoại Tiêu chuẩn dùng để so sánh
Trạng thái Char Kết luận ô nhiễm hoặc không
BẢNG TIÊU CHUẨN MT CHO PHÉP Mã tiêu chuẩn Char Khóa chính Mã định danh bộ tiêu chuẩn môi trường
SO2 Float Giới hạn nồng độ SO2 tối đa cho phép
NO2 Float Giới hạn nồng độ NO2 tối đa cho phép
CO Float Giới hạn nồng độ CO tối đa cho phép
TSP Float Giới hạn nồng độ TSP tối đa cho phép

Mối quan hệ giữa các thực thể trong hệ thống:

  • Quan hệ nhiều - nhiều ($n-n$) giữa LOẠI PHƯƠNG TIỆN và KHU VỰC (một loại phương tiện có thể tham gia tại nhiều khu vực và một khu vực có nhiều loại phương tiện hoạt động).
  • Quan hệ một - nhiều ($1-n$) giữa KHU VỰC và PHIẾU SL QUAN TRẮC MT (một khu vực có nhiều lần đo ứng với nhiều phiếu quan trắc, mỗi phiếu chỉ thuộc về một khu vực).
  • Quan hệ một - nhiều ($1-n$) giữa BẢNG TIÊU CHUẨN MT CHO PHÉP và PHIẾU SL QUAN TRẮC MT (một bảng tiêu chuẩn được dùng để đối soát cho nhiều phiếu quan trắc, mỗi phiếu liên kết với một bảng tiêu chuẩn duy nhất).

Quy trình xử lý dữ liệu và kiến trúc luồng dữ liệu (DFD):

  • Tác nhân ngoài: "Cơ quan quản lý về môi trường" (gửi yêu cầu cập nhật, tra cứu, báo cáo, cảnh báo; nhận kết quả xử lý) và "Đơn vị quan trắc môi trường" (tiếp nhận yêu cầu quan trắc; gửi kết quả số liệu quan trắc vào hệ thống).
  • 5 kho dữ liệu lưu trữ: D1 - Danh mục các khu vực, D2 - Danh mục các loại phương tiện, D3 - Phiếu số liệu quan trắc môi trường, D4 - Bảng tiêu chuẩn môi trường cho phép, D5 - Báo cáo.
  • 4 tiến trình xử lý mức 0:
    • 1.0 Cập nhật thông tin: Tiếp nhận số liệu đo đạc và cập nhật vào các kho dữ liệu D1, D2, D3, D4.
    • 2.0 Tra cứu thông tin: Đọc dữ liệu từ D1, D2, D3 để giải đáp yêu cầu về khu vực, chỉ số môi trường, phương tiện.
    • 3.0 Thống kê, báo cáo: Trích xuất dữ liệu từ D1, D2, D3 để tạo lập kho dữ liệu báo cáo D5 và kết xuất cho nhà quản lý.
    • 4.0 Cảnh báo ô nhiễm: Đọc dữ liệu từ D1, D3, so sánh tự động nồng độ đo đạc với ngưỡng cho phép để phát hiện và kết xuất danh sách các khu vực mới phát sinh ô nhiễm.

Thiết kế giao diện được xây dựng dạng biểu mẫu nhập liệu và xử lý trực quan gồm: Giao diện Cập nhật loại phương tiện, Giao diện Cập nhật khu vực, Giao diện Cập nhật phiếu số liệu quan trắc môi trường, Giao diện Cập nhật bảng tiêu chuẩn môi trường cho phép. Các màn hình đều tích hợp cụm phím chức năng chuẩn: Thêm, Sửa, Xóa, Lưu, Không lưu, Thoát và các nút điều hướng bản ghi (<<, <, >, >>).

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Khảo sát hiện trạng

Chương I trình bày số liệu tổng quan về hạ tầng, năng lực vận tải và hiện trạng ô nhiễm môi trường phát sinh từ GTVT tại Việt Nam. Về ô nhiễm bụi, tác giả trích dẫn số liệu quan trắc bụi lơ lửng tổng số (TSP) trung bình 1 giờ vượt tiêu chuẩn TCVN 5937-2005 tại các đô thị lớn giai đoạn 2002–2006.

Thành phố Vị trí quan trắc Tỷ lệ vượt chuẩn 2002 (%) Tỷ lệ vượt chuẩn 2003 (%) Tỷ lệ vượt chuẩn 2004 (%) Tỷ lệ vượt chuẩn 2005 (%) Tỷ lệ vượt chuẩn 2006 (%)
Hải Phòng Cạnh KCN Quán Toan - - 67 100 67
Cạnh nhà máy xi măng cũ 100 100 - - -
Đường Nguyễn Văn Linh - - 100 100 100
Đường Ngô Bỉnh Khiêm 100 100 - - -
Khu dân cư phường Vạn Mỹ 0 33 0 0 33
Cạnh khách sạn Ngôi Sao 17 50 83 50 0
Hà Nội KCN Thượng Đình 33 33 50 50 33
KCN Mai Động 67 50 67 50 83
Khu dân cư Lý Quốc Sư 83 83 67 50 40
Khu dân cư Nam Thành Công 50 50 100 33 0
Ngã tư Kim Liên – Giải Phóng 100 83 100 100 100
Trung bình 67 60 77 57 51

Về phát thải động cơ, văn bản công bố bảng so sánh mức độ phát sinh 10 chất độc hại điển hình giữa hai loại nhiên liệu xăng và diesel:

STT Chất thải độc hại Động cơ chạy xăng (g/kg nhiên liệu) Động cơ chạy diesel (g/kg nhiên liệu)
1 Carbon monoxide (CO) 20,8100 1,1460
2 Carbon dioxide (CO2) 172,8300 175,6400
3 Hydrocacbon (CmHn) 29,1000 5,7400
4 Sulfur oxides (SOx) 2,3250 3,8000
5 Nitrogen oxides (NOx) 19,7875 24,5810
6 Axit hữu cơ (R–COOH) 1,4320 1,3270
7 Aldehyde (R–CHO) 1,1250 0,9440
8 Muội than (C) 1,2500 6,2500
9 Chì (Pb) 0,6250 0,0000
10 Bụi hạt 3,9020 117,0600

Đối với chất lượng không khí tại các khu đô thị Hải Phòng, số liệu đo đạc năm 2003 và 2007 cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm biến động qua từng khu vực:

Khu vực quan trắc SO2 2003 (mg/m3) NO2 2003 (mg/m3) CO 2003 (mg/m3) TSP 2003 (mg/m3) SO2 2007 (mg/m3) NO2 2007 (mg/m3) CO 2007 (mg/m3) TSP 2007 (mg/m3)
Cống Cái Tắt 0,03 0,04 2,4 0,18 0,05 0,05 2,3 0,15
Sở Dầu 0,02 0,04 3,0 0,34 0,03 0,04 1,8 0,08
Sở KH&CN Hải Phòng 0,04 0,05 3,4 0,17 0,04 0,04 2,4 0,12
ĐH Hàng Hải Việt Nam 0,06 0,05 3,6 0,23 0,04 0,07 3,3 0,14
Trường cấp I Đông Hải 0,03 0,05 1,2 0,09 0,12 0,07 3,3 0,18
Trường cấp II Quán Toan 0,05 0,05 2,5 0,23 0,15 0,11 1,5 0,24
Viện Nghiên cứu Hải sản 0,01 0,04 3,3 0,19 0,04 0,03 2,9 0,18

Về tiếng ồn, văn bản đưa ra các mức ồn đo được từ phương tiện: xe nhỏ 77 dB, xe khách nhỏ 79 dB, xe khách vừa 84 dB, xe thể thao 91 dB, xe máy 2 xilanh động cơ 4 thì 94 dB, tiếng còi tàu 75–105 dB, xe quân sự 90–120 dB và máy bay 120–135 dB.

Phần giới thiệu cơ sở thực tập xác định vị trí, 19 nhiệm vụ quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Trung tâm Công nghệ thông tin – Bộ GTVT (ITC) gồm Ban Giám đốc và 4 phòng nghiệp vụ: Phòng Cơ sở dữ liệu và Phát triển phần mềm, Phòng Kỹ thuật và quản trị mạng, Phòng Thông tin và Website, Phòng Hành chính - tổng hợp. Nhiệm vụ xây dựng phần mềm được định vị là sự cụ thể hóa các quyết định hành động bảo vệ môi trường của Chính phủ và Bộ GTVT.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày các kiến thức chuyên ngành về công nghệ thông tin phục vụ phân tích thiết kế:

  • Hệ thống thông tin: Khái niệm hệ thống, hệ thống thông tin, hệ thống thông tin quản lý; vai trò của hệ thống thông tin đối với việc tinh gọn lao động và ra quyết định; phân tích luồng thông tin vào (thông tin gốc, thông tin tra cứu, thông tin luân chuyển) và thông tin ra.
  • Phương pháp tiếp cận cấu trúc: Nguyên tắc mô-đun hóa, phương pháp làm mịn dần từ trên xuống (top-down), tiêu chuẩn đánh giá hệ thống thành công (chi phí hợp lý, độ tin cậy, tính mềm dẻo).
  • Cơ sở dữ liệu và chuẩn hóa: Mô hình E-R, phân loại thuộc tính, mối quan hệ thực thể; lý thuyết mô hình quan hệ; quy tắc chuyển đổi và các mức chuẩn hóa 1NF, 2NF, 3NF.
  • Hệ quản trị CSDL SQL Server 2000: Vai trò lưu trữ, tối ưu hóa dữ liệu lớn (Tera-byte), cơ chế bảo mật, từ điển dữ liệu, các ấn bản (Standard, Professional, Developer, MSDE) và các đối tượng (Table, Indexes, Views, Stored Procedures).
  • Ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0: Cấu trúc ứng dụng nền 32-bit; biến toàn cục, biến cục bộ, biến tĩnh (Static); các kiểu dữ liệu chuẩn (String, Integer, Long, Single, Double, Currency, Date, Byte, Boolean, Variant); cấu trúc lệnh điều khiển (If...Then, Select Case, vòng lặp Do While, For...Next); các nhóm hàm chuỗi, toán học, ngày giờ; phương thức, sự kiện; kỹ thuật truy cập dữ liệu ADO qua OLEDB, cấu trúc lệnh mở kết nối Cn.Open và các điều khiển hiển thị dữ liệu (DataGrid, DataList, DataCombo).

Chương III: Phân tích hệ thống

Chương III tiến hành phân tích chi tiết quy trình nghiệp vụ:

  • Mô tả tổng thể hoạt động: Tiếp nhận dữ liệu quan trắc từ các đơn vị đo đạc, cập nhật danh mục và thông số môi trường, đối chiếu tiêu chuẩn, tiếp nhận yêu cầu tra cứu và kết xuất báo cáo định kỳ/đột xuất, xử lý nghiệp vụ cảnh báo.
  • Bảng phân tích xác định chức năng, tác nhân (Cơ quan quản lý về môi trường, Đơn vị quan trắc môi trường) và các hồ sơ dữ liệu (Báo cáo, Phiếu số liệu quan trắc, Danh mục khu vực, Danh mục phương tiện, Bảng tiêu chuẩn môi trường).
  • Biểu đồ ngữ cảnh: Tiến trình trung tâm 0 - Hệ thống quản lý các chỉ số môi trường và cảnh báo ô nhiễm môi trường do hoạt động giao thông vận tải gây ra kết nối với hai tác nhân môi trường qua các luồng thông tin yêu cầu và kết quả.
  • Biểu đồ phân rã chức năng (BFD): Hệ thống được phân cấp thành 4 nhóm chức năng chính và 12 chức năng lá:
    • 1. Cập nhật thông tin: 1.1 Cập nhật danh mục khu vực; 1.2 Cập nhật danh mục loại phương tiện; 1.3 Cập nhật phiếu số liệu quan trắc môi trường; 1.4 Cập nhật bảng tiêu chuẩn môi trường cho phép.
    • 2. Tra cứu thông tin: 2.1 Tra cứu về khu vực ô nhiễm; 2.2 Tra cứu về mức độ ô nhiễm theo chỉ số môi trường tại khu vực; 2.3 Tra cứu về phương tiện giao thông chính tham gia tại khu vực.
    • 3. Thống kê, báo cáo: 3.1 Tổng hợp thông tin quan trắc của các khu vực theo tháng/năm; 3.2 Thống kê số liệu quan trắc của các khu vực bị ô nhiễm; 3.3 Thống kê các khu vực bị ô nhiễm; 3.4 Thống kê các phương tiện giao thông chính tham gia tại khu vực ô nhiễm.
    • 4. Cảnh báo ô nhiễm: 4.1 Cảnh báo các khu vực mới bị ô nhiễm.
  • Ma trận thực thể dữ liệu - chức năng:
Các chức năng nghiệp vụ D1. Danh mục các khu vực D2. Danh mục các loại PT D3. Phiếu SL quan trắc MT D4. Bảng tiêu chuẩn MT cho phép D5. Báo cáo
1. Cập nhật thông tin U U U U
2. Tra cứu thông tin R R R
3. Cảnh báo ô nhiễm R R

(Trong đó: U = Update/Cập nhật; R = Read/Đọc).

  • Biểu đồ luồng dữ liệu (DFD): Trình bày biểu đồ luồng dữ liệu mức 0 bao quát toàn hệ thống và 4 biểu đồ mức 1 chi tiết hóa cho từng tiến trình 1.0 (Cập nhật thông tin), 2.0 (Tra cứu thông tin), 3.0 (Thống kê, báo cáo) và 4.0 (Cảnh báo ô nhiễm) liên kết với 5 kho dữ liệu theo ký pháp Gane và Sarson.

Chương IV: Thiết kế hệ thống

Chương IV chuyển hóa toàn bộ kết quả phân tích sang thiết kế kỹ thuật:

  • Thiết kế cơ sở dữ liệu: Xây dựng mô hình E-R hoàn chỉnh với các thực thể LOẠI PHƯƠNG TIỆN, KHU VỰC, PHIẾU SỐ LIỆU QUAN TRẮC VỀ MT, BẢNG TIÊU CHUẨN MT CHO PHÉP kèm theo các liên kết Tham gia GT ($n-n$), Có ($1-n$) và So sánh ($1-n$).
  • Chuyển đổi sang mô hình quan hệ: Chuẩn hóa thành 4 bảng dữ liệu, gán khóa chính định danh (#Mã loại PT, #Mã khu vực, #Số phiếu, #Mã tiêu chuẩn) và các khóa ngoại tương ứng.
  • Thiết kế cơ sở dữ liệu vật lý: Xác định kiểu dữ liệu trường (Char, Nvarchar, Datetime, Float), ràng buộc toàn vẹn và ý nghĩa nghiệp vụ của từng trường trong hệ quản trị CSDL.
  • Thiết kế giao diện: Lập bố cục các màn hình nhập liệu và xử lý thông tin cho 4 bảng danh mục và phiếu đo đạc, đảm bảo tính trực quan và khả năng điều hướng dữ liệu.

Chương V: Cài đặt chương trình

Chương V thể hiện kết quả cài đặt và đóng gói ứng dụng:

  • Xây dựng giao diện chính của hệ thống với hệ thống menu điều khiển.
  • Cài đặt phân hệ Quản trị hệ thống nhằm quản lý người dùng và an toàn dữ liệu.
  • Cài đặt phân hệ Cập nhật dữ liệu cho phép người dùng thao tác trực tiếp trên các bảng danh mục và phiếu đo môi trường.
  • Cài đặt phân hệ Tra cứu thông tin hỗ trợ cơ quan quản lý lọc và trích xuất số liệu quan trắc, trạng thái ô nhiễm và danh mục phương tiện tại các khu vực theo yêu cầu.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đạt được các kết quả kỹ thuật và quản lý cụ thể:

  • Hoàn thành đầy đủ hồ sơ phân tích thiết kế cho hệ thống thông tin quản lý môi trường ngành GTVT bằng phương pháp cấu trúc, bao gồm mô hình phân rã 12 chức năng lá, ma trận thực thể - chức năng và hệ thống biểu đồ DFD mức 0 và mức 1 theo chuẩn Gane và Sarson.
  • Xây dựng thành công cơ sở dữ liệu quan hệ đạt chuẩn 3NF trên hệ quản trị Microsoft SQL Server 2000, kiểm soát 4 nhóm thông số môi trường không khí cốt lõi: $SO_2$, $NO_2$, $CO$ và bụi lơ lửng tổng số ($TSP$).
  • Thiết lập cơ chế tự động hóa quy trình nghiệp vụ: thay thế việc ghi chép phiếu quan trắc thủ công bằng giao diện nhập liệu trực quan trên Visual Basic 6.0; tự động đối chiếu các chỉ số đo đạc với bảng tiêu chuẩn cho phép để phân loại trạng thái môi trường và kích hoạt cảnh báo khu vực ô nhiễm mới.
  • Đóng góp vào việc cụ thể hóa chương trình hành động bảo vệ môi trường của Bộ Giao thông vận tải (theo Quyết định số 448/2005/QĐ-BGTVT và Quyết định số 34/2005/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ), cung cấp tài liệu kỹ thuật nền tảng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường tập trung tại Trung tâm Công nghệ thông tin – Bộ GTVT.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Khóa luận chỉ tập trung vào việc quản lý các chỉ số môi trường không khí và bụi do giao thông đường bộ đô thị gây ra; chưa tích hợp quản lý các chỉ số ô nhiễm nguồn nước, đất, độ rung hoặc tiếng ồn phát sinh từ các phương thức vận tải khác (đường sắt, cảng biển, hàng không) dù phần khảo sát có đề cập. Về mặt công nghệ, hệ thống được thiết kế dưới dạng ứng dụng desktop (Visual Basic 6.0 kết nối Client/Server qua ODBC/ADO), chưa được triển khai trên nền tảng mạng diện rộng (Web-based).
  • Hướng mở: Nâng cấp hệ thống lên nền tảng ứng dụng Web để hỗ trợ truyền nhận dữ liệu trực tuyến từ các trạm quan trắc tự động; tích hợp thêm các phân hệ quản lý ô nhiễm tiếng ồn, chất thải từ đường thủy và đường hàng hải; mở rộng các thuật toán phân tích xu hướng môi trường đa biến theo chuỗi thời gian.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo phù hợp cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Hệ thống thông tin quản lý, Công nghệ thông tin và Kỹ thuật phần mềm: Tham khảo phương pháp luận phân tích thiết kế hệ thống theo hướng cấu trúc truyền thống (cách thức lập biểu đồ ngữ cảnh, BFD, ma trận CRUD, DFD mức 0 và mức 1 theo chuẩn Gane - Sarson).
  • Người nghiên cứu về cơ sở dữ liệu quan hệ: Cung cấp bài mẫu về chuẩn hóa dữ liệu từ mô hình E-R sang lược đồ quan hệ 3NF và thiết kế cơ sở dữ liệu vật lý trên SQL Server 2000.
  • Sinh viên và cán bộ ngành Kỹ thuật môi trường, Quản lý giao thông: Khai thác chuỗi số liệu thực tế về phát thải của động cơ xăng/diesel và các bảng số liệu quan trắc nồng độ $SO_2$, $NO_2$, $CO$, $TSP$ tại Hà Nội và Hải Phòng giai đoạn 2002–2007.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận căn cứ vào những văn bản chỉ đạo và cơ sở pháp lý nào để đề xuất xây dựng hệ thống?
Hệ thống được xây dựng nhằm triển khai trực tiếp ba văn bản pháp lý: Nghị quyết số 41-NQ/TW ngày 15/11/2004 của Bộ Chính trị về bảo vệ môi trường thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa; Quyết định số 34/2005/QĐ-TTg ngày 22/05/2005 của Thủ tướng Chính phủ ban hành Chương trình hành động của Chính phủ; và Quyết định số 448/2005/QĐ-BGTVT ngày 22/02/2005 của Bộ trưởng Bộ GTVT ban hành Chương trình hành động của ngành nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

2. Các chỉ số môi trường cụ thể nào được hệ thống đưa vào quản lý và đối soát tiêu chuẩn?
Hệ thống quản lý 4 chỉ số môi trường không khí chính gồm: nồng độ khí Sulfur dioxide ($SO_2$), nồng độ khí Nitrogen dioxide ($NO_2$), nồng độ khí Carbon monoxide ($CO$) và nồng độ bụi lơ lửng tổng số ($TSP$), được lưu trữ dưới dạng số thực (Float) trong phiếu quan trắc và so sánh với bảng tiêu chuẩn cho phép (như TCVN 5937-2005).

3. Số liệu khảo sát trong văn bản cho thấy sự khác nhau thế nào về phát thải chất độc giữa nhiên liệu xăng và diesel?
Theo bảng số liệu trong văn bản, động cơ chạy xăng phát thải lượng Carbon monoxide ($CO$) cao gấp hơn 18 lần động cơ diesel (20,81 g/kg so với 1,146 g/kg), lượng Hydrocacbon ($C_mH_n$) cao gấp hơn 5 lần (29,1 g/kg so với 5,74 g/kg) và có phát thải chì ($Pb$ đạt 0,625 g/kg). Ngược lại, động cơ diesel phát thải lượng bụi cao gấp 30 lần động cơ xăng (117,06 g/kg so với 3,902 g/kg), muội than ($C$) cao gấp 5 lần (6,25 g/kg so với 1,25 g/kg) và lượng $NO_x$ cao hơn (24,581 g/kg so với 19,7875 g/kg).

4. Cơ sở dữ liệu của phần mềm gồm những bảng nào và mối quan hệ giữa chúng ra sao?
Cơ sở dữ liệu vật lý gồm 4 bảng: LOẠI PHƯƠNG TIỆN, KHU VỰC, PHIẾU SL QUAN TRẮC MT và BẢNG TIÊU CHUẨN MT CHO PHÉP. Quan hệ giữa các bảng được xác lập qua các khóa ngoại: Bảng KHU VỰC liên kết một - nhiều với bảng PHIẾU SL QUAN TRẮC MT qua trường Mã khu vực; Bảng BẢNG TIÊU CHUẨN MT CHO PHÉP liên kết một - nhiều với bảng PHIẾU SL QUAN TRẮC MT qua trường Mã tiêu chuẩn; Bảng LOẠI PHƯƠNG TIỆN liên kết với bảng KHU VỰC thông qua khóa ngoại Mã khu vực.

5. Cơ chế cảnh báo ô nhiễm của hệ thống hoạt động như thế nào?
Tại tiến trình cảnh báo ô nhiễm (tiến trình 4.0 và 4.1), hệ thống truy xuất dữ liệu đo đạc mới từ kho phiếu số liệu quan trắc (D3) và đối chiếu với bảng giới hạn nồng độ cho phép (D4). Khi các chỉ số $SO_2$, $NO_2$, $CO$ hoặc $TSP$ vượt ngưỡng tiêu chuẩn, hệ thống tự động cập nhật trường Trạng thái thành ô nhiễm, kết xuất danh sách các khu vực mới phát sinh ô nhiễm và gửi thông báo cho Cơ quan quản lý về môi trường.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thùy Linh đã nghiên cứu và hoàn thành việc phân tích, thiết kế hệ thống thông tin quản lý các chỉ số môi trường và cảnh báo ô nhiễm môi trường do hoạt động giao thông vận tải gây ra, đáp ứng yêu cầu nghiệp vụ thực tế tại Trung tâm Công nghệ thông tin – Bộ Giao thông vận tải. Nghiên cứu đã vận dụng phương pháp tiếp cận hướng cấu trúc để xây dựng quy trình phân tích logic chặt chẽ, từ biểu đồ luồng dữ liệu đến thiết kế cơ sở dữ liệu quan hệ chuẩn hóa trên Microsoft SQL Server 2000 và giao diện xử lý trên Visual Basic 6.0. Công trình cung cấp giải pháp tin học hóa thiết thực, phục vụ công tác theo dõi hiện trạng phát thải và hỗ trợ các nhà quản lý giao thông đưa ra các quyết định kiểm soát ô nhiễm kịp thời.