Chương 1 GIGI THIEU 1.1 Tính cấp thiết của dé tài 1.11 Giới thiệu đề tài Hiện nay, tình trạng ô nhiễm không khí là một trong những vấn đề rất được quan tâm ở các thành phó, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Nhằm góp phần trực quan hóa sự ô nhiễm không khí và cảnh báo mọi người về tình trạng ô nhiễm hiện tại của thành phó, luận văn đề xuất một hướng giải quyết là xây dựng hệ thông cảm biến quan trắc chất lượng không khí (AQI: Air Quality Index - Chỉ số chất lượng không khí) để theo dõi, giám sát nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí. Hệ thống cảm biến đo đặc các chỉ số cần thiết để có thể đánh giá chất lượng không khí như: PM s, PMo, NO2, CO, SO2, và O3, các chỉ số khí hậu như: nhiệt độ, độ ẩm, tia UV ảnh hưởng trực tiếp đến da, hệ hô hấp của con người, ngoài ra hệ thông bao gồm định vị để xác định được vị trí đo đạc. Hệ thông cảm biến được phát triển trong luận văn gồm có 2 loại: Hệ thống quan trắc di động và hệ thống.
quan trắc trạm, chúng có thể thu thập dữ liệu liên tục thời gian thực, tự động lưu trữ dữ liệu lên điện toán đám mây, từ đó xây dựng bộ cơ sở dữ ô nhiễm môi trường cho các ứng dụng trực quan hóa, các nghiên cứu sâu nhằm cải thiện chất lượng sống của thành phó. Vn dé đặt ra là các thành phố đang bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm không khí và tinh trạng này có thể tiếp tục trong thời gian dài. Rất nhiều nghiên cứu, cũng như giải pháp được nghiên cứu và đề xuất nhằm cải thiện tình hình. Tuy nhiên, một trong các trở ngại chính cho việc nghiên cứu cũng như đánh giá tình trạng ô nhiễm trong thời gian thực là thiếu dữ liệu trực tuyến và cục bộ.2 Lý do chọn dé tài Hiện tại trên thị trường có rất nhiều hệ thống cảm biến AQI, nhưng phần lớn chúng không thu thập được tat cả các loại khí, bụi ảnh hưởng đến chất lượng không khí.
Các hệ thông này hầu hết chi dùng PA;.s để suy ra AQI, giá thành của chúng khá đắt, và khá tốn kém khi nghỉ tới phương án lắp đặt toàn thành phố. Các cảm biến này được đặt cố định. Vì lý do đó, đề tài này sẽ giải quyết các vấn đề trên. Xây dựng một hệ thống cảm biến có thé thu thập được tat cả các khí, bụi ảnh hưởng đến AQI như: PM2.s, PMo, NO, CO, SÓa, va 03, một cách đồng bộ và thời gian thực.
Giá thành thiết bị rẻ, chỉ phí vận hành trên toàn thành phố thấp. Hệ thống cảm biến mới có định vị, vì vậy có thể mang theo người hoặc lắp vào xe để thu thập data cả tuyến đường, cung cấp dữ liệu cho các nghiên cứu sâu trong hệ thông thành phố thông minh.13 Thách thức Một trong các thách thức để giải quyết vấn đề này là: * Thông số của cảm biến không nằm trong ngưỡng nhiệt độ, độ ẩm của môi trường cần đo đạc. Như cảm biến SDS011 - PMz,s ngưỡng độ ẩm tối da hoạt động là 70%, nhưng khi đem thiết bị lên Đà Lạt thì ộ ẩm trung bình tại nơi đây lớn hơn 80% dẫn đến cảm biến cho kết quả không chính xác. Để giải quyết được vấn đề này thì đề tài trải qua nhiều lần thay thế cảm biến, sao cho chúng phù hợp với khí hậu ở Đà Lạt.
* Tìm kiếm và duy trì đội ngũ thu thập dữ liệu hàng ngày cho hệ thống quan trắc di động. * Thiết kế cách quản lý và điều khiển thiết bị trạm từ xa như khởi động lại, cài đặt thời gian gửi tín hiệu (30 giây/data, hoặc 5 phút/data,. * Lựa chọn nguồn cung cấp phù hợp cho hệ thống di động va trạm. Hệ thống di động dùng PIN dự phòng để dé dàng mang theo người, hệ thống tram dùng tim PIN năng lượng mặt trời.
Việc này sẽ ảnh hưởng đến phần cứng của 2 hệ thống. * Chọn lựa và tích hợp cảm biến thích hợp để có thể có một hộp thiết bị di động gọn nhẹ, và hộp thiết bị trạm thì có thể để ngoài trời. + Kiến thức về linh kiện điện tử còn hạn chế. 10 + Tổ chức code cho tất cả cảm biến chạy tuần tự, không xung đột dữ liệu cùng thời điểm.2 Mục tiêu nghiên cứu 1⁄2.1 Mục tiêu chung Xây dựng hệ thống cảm biến quan trắc có thể thu thập tắt cả các loại thông số ảnh hưởng đến chất lượng không khí (AQD) trong thời gian thực và tự động lưu trữ dữ liệu về điện toán đám mây, đồng thời trên thẻ nhớ của thiết bị, thời gian đáp ứng có thể tùy chỉnh từ người dùng.
Hệ thống cảm biến di động thiết kế nhỏ gọn dùng PIN dự phòng và sóng WIFI để truyền nhận dữ liệu. Hệ thống cảm biến trạm thiết kế chồng được nước mua, dùng PIN năng lượng mặt trời, truyền nhận dữ liệu bằng sóng 4G. Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu ô nhiễm môi trường nhằm bổ sung cho sự thiếu dữ liệu và ứng dụng liên quan từ các hệ thống di động và nguồn dữ liệu mở chất lượng cao cho nghiên cứu sâu, làm giàu dữ liệu.2 Mục tiêu cụ thể s Nghiên cứu và tích hợp được nhiều cảm biến AQI chất lượng chạy thời gian thực trên cùng một hệ thống. Xác định được thời gian - địa điểm thu thập dữ liệu.
Chọn vi điều khiển phù hợp cho hệ thống để có đủ chân (Analog/Digital) kết nồi với tắt cả cảm biến. Xây dựng và phát triển thiết bị đo chất lượng không khí có độ chính xác cao so với thiết bị của NICT. * Chon vi điều khiển kết nối mạng để truyền nhận dữ liệu cho hệ thống, lưu trữ hệ thong lên điện toán đám mây và thẻ nhớ của hệ thống. Thiết kế đường truyền internet về server liên tục, không gián đoạn.
* Thiết kế nguồn điện cung cấp phù hợp cho hệ thống cảm biến di động và trạm. Vỏ, hộp của hệ thống được thiết kế chắc chắn, gọn, nhẹ, thoáng khí và chống nước. + Bộ cơ sở dữ liệu thống nhất thời gian - địa điểm cụ thé, dé dàng truy xuất, lưu trữ. Chất lượng dữ liệu đáng tin cậy.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Do hạn chế về thời gian và nguồn lực dé tài chỉ thực hiện trong giới han sau: in + Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phần cứng quan trắc đo chất lượng không khí và dữ liệu thu thập được ở 2 thành phố lớn là Hồ Chính Minh và Da Lạt từ năm 2020 - 2022. + Pham vi nghiên cứu: Thành phố Hồ Chí Minh và Thành phó Đà Lạt. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học + Ý nghĩa thực tiễn: Với mục tiêu thiết kế, chế tạo một hệ thống đo đạc ô nhiễm không. khí, đề tài đã xây dựng một giải pháp thiết kế, chế tạo các hệ thống quan trắc chất lượng không khí có kích thước nhỏ, gọn với giá thành hợp lý.
Giải pháp của đề tài này có thể được sử dụng phát triển mạng lưới các hệ thống quan trắc chất lượng không khí cho thành phố, khu vực trên nền tảng IOT cải thiện tình trạng thiếu hụt dữ liệu cho nghiên cứu và đánh giá chất lượng không khí ở nước ta hiện nay. + Ý nghĩa khoa học: Đề tài đã nghiên cứu và vận hành thành công hệ thống cảm biến và mô hình thu thập dữ liệu theo SEPHLA II cung cấp dữ liệu cho nhiều bài báo. nghiên cứu khoa học về AQI (i.5 Cơ sở lý thuyết và các nghiên cứu liên quan 1.1 Cơ sở lý thuyết Thành phố Hồ Chí Minh đang bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm không khí và tình trạng này có thể tiếp tục trong thời gian dài. Rất nhiều nghiên cứu, cũng như giải pháp được nghiên cứu và đề xuất nhằm cải thiện tình hình.
Tuy nhiên, một trong các trở ngại chính cho việc nghiên cứu cũng như đánh giá tình trạng ô nhiễm trong thời gian thực là thiếu dữ liệu trực tuyến và cục bộ. Về ô nhiễm không khí, chỉ số ô nhiễm không khí AQI là một đơn vị đo phổ biến trên thế giới. AQI thường được tính trên các thông số như: PM: .s, PMio, NO2, CO, SÓa, va 03. Mức độ AQI level được chia thành nhiều cấp từ an toàn đến cực kỳ nguy hiểm cho con người.
Tuy nhiên mức AQI này được điều chỉnh cho từng quốc gia tùy theo tiêu chuẩn đánh giá không khí của quốc gia đó. Thông thường, các yếu tố này được đo từ các trạm chuyên dụng, đa ở hữu bởi nhà nước. Tuy nhiên, không phải quốc gia nào, và thành phố nào cũng có thể có một hệ thống trạm quan trắc có thể cho biết AQI cho từng khu vực nhỏ. Do vay, các nghiên cứu sâu về dự đoán ô nhiễm không khí — sức khỏe người dân gặp khó khăn khi thiếu dữ liệu.
Đề tài ặt mục tiêu tạo được một hệ thống trạm quan trắc đi động và trạm bao phủ thành phố, và cung cấp dữ liệu cho các nghiên cứu sâu trong hệ thống thành phố thông minh, nhằm cải thiện chất lượng sống của thành phó.2 Các nghiên cứu liên quan Mặc dù ô nhiễm không khí là một yêu cầu mới nổi, nhưng chưa có nhiều nỗ lực để thu thập ô nhiễm không khí với mức độ hạt nhỏ hơn và mật độ cao. Các nhà nghiên cứu rất khó tiếp cận nguồn dữ liệu ô nhiễm không khí tốt, ngoại trừ một số trang web va ứng dung công cộng nhằm phục vụ công dân bình thường như AirVisual [23], EnviSoft [24], IQAir [25], AQIcn [26], va Breezometer 27]. để kể tên một số. Thật không may, không phải tất cả đều miễn phí và các nhà nghiên cứu phải trả rất nhiều tiền để có bộ dữ liệu cần thiết cho nghiên cứu của họ.
Bên cạnh đó, các nguồn dữ liệu này không cung cấp độ chỉ tiết nhỏ hơn và mật độ cao. Hầu hết các nguồn được dé cập chỉ cung cấp một giá trị cho toàn bộ thành phố bat kể quy mô của nó. Một lựa chọn khác cho các nhà nghiên cứu là tìm kiếm các bộ dữ liệu do các quốc gia khác tạo ra. Thật không may, các bộ dữ liệu này chủ yếu đến từ các nguồn khí tượng hoặc vệ tinh có thể không phản ánh chính xác tình hình mặt dat [28], [29].
13 Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2. Hiện trạng và cơ sở nghiên cứu Ô nhiễm không khí đã và đang là mối quan tâm ngày càng tăng ở Việt Nam trong vài năm gần đây.