Luận văn báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học nghiên cứu và xây dựng mạng đo và truyền số liệu mưa thời gian thực tại lưu vực sông ngàn phố ngàn sâu

Luận văn nghiên cứu xây dựng mạng đo và truyền số liệu mưa thời gian thực tại lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu, ứng dụng công nghệ hiện đại.

• Tác giả: Ks. Đào Hồng Châu
• Trường học: Viện Khí tượng Thủy văn
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu và xây dựng mạng đo, truyền số liệu mưa thời gian thực tại lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan đề tài

Nghiên cứu và xây dựng mạng đo, truyền số liệu mưa thời gian thực tại lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu là một đề tài có tính thực tiễn cao, nhằm giải quyết vấn đề dự báo và cảnh báo lũ, lũ quét tại khu vực này. Đề tài được thực hiện bởi Viện Khí tượng Thủy văn dưới sự chủ trì của KS. Đào Hồng Châu. Mục tiêu chính là xây dựng hệ thống quan trắc và truyền số liệu mưa thời gian thực, phục vụ công tác dự báo lũ và lũ quét, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản.

1.1 Sự cần thiết của đề tài

Lũ và lũ quét là hiện tượng thường xuyên xảy ra tại các lưu vực sông ở Việt Nam, đặc biệt là khu vực miền núi. Việc dự báo và cảnh báo kịp thời là yêu cầu cấp thiết để giảm thiểu thiệt hại. Hệ thống quan trắc mưa thời gian thực sẽ cung cấp dữ liệu chính xác và kịp thời, hỗ trợ công tác dự báo lũ hiệu quả hơn.

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống trong và ngoài nước

Trên thế giới, các hệ thống quan trắc mưa thời gian thực đã được áp dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao. Tại Việt Nam, một số hệ thống tương tự đã được lắp đặt nhưng chưa phát huy hiệu quả do nhiều nguyên nhân như sét, khí hậu khắc nghiệt và bảo trì không đúng cách. Đề tài này hướng đến việc xây dựng hệ thống với công nghệ do Việt Nam làm chủ, giảm chi phí và tăng độ bền.

1.3 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu và chế tạo thiết bị đo mưa tự động, xây dựng hệ thống quan trắc mưa thời gian thực tại lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu, và đánh giá hiệu quả của hệ thống. Đề tài cũng hướng đến nâng cao trình độ tự động hóa cho đội ngũ cán bộ kỹ thuật.

II. Cấu trúc hệ thống và các thành phần của mạng

Hệ thống được thiết kế theo mô hình mạng đo, bao gồm các trạm đo mưa tự động và trung tâm điều khiển. Các trạm đo được kết nối với trung tâm thông qua mạng điện thoại, đảm bảo truyền dữ liệu thời gian thực.

2.1 Cấu trúc hệ thống

Hệ thống bao gồm các trạm đo mưa tự động đa năng, được đặt tại các vị trí khác nhau trong lưu vực. Trung tâm điều khiển được thiết kế theo mô-đun, mỗi mô-đun kết nối với một thuê bao điện thoại để thu thập dữ liệu từ các trạm đo. Phần mềm điều khiển mạng (KTM_NET5) được cài đặt trên máy tính trung tâm để quản lý và xử lý dữ liệu.

2.2 Mô tả kỹ thuật thiết bị đo mưa tự động

Thiết bị đo mưa tự động sử dụng công nghệ Onechip, cho phép xử lý dữ liệu nhanh và linh hoạt. Thiết bị được tích hợp sensor mưa SL-3 với độ nhạy 0.1mm, đo lường và lưu trữ dữ liệu mưa theo chu kỳ 5 phút. Thiết bị cũng có khả năng cảnh báo lũ quét khi lượng mưa vượt ngưỡng an toàn.

III. Mạng đo và truyền số liệu mưa thời gian thực tại lưu vực Ngàn Phố Ngàn Sâu

Hệ thống được lắp đặt và vận hành thử nghiệm tại lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu, nơi có địa hình dốc và lượng mưa lớn, thường xuyên xảy ra lũ quét.

3.1 Khảo sát thực địa và lắp đặt thiết bị

Quá trình khảo sát thực địa được thực hiện để xác định vị trí lắp đặt các trạm đo mưa. Thiết bị được lắp đặt tại các điểm có nguy cơ lũ quét cao, đảm bảo thu thập dữ liệu chính xác và kịp thời.

3.2 Số liệu quan trắc mưa

Dữ liệu mưa được thu thập và truyền về trung tâm điều khiển thông qua mạng điện thoại. Kết quả cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, cung cấp dữ liệu thời gian thực phục vụ công tác dự báo lũ và lũ quét.

IV. Kết luận và kiến nghị

Đề tài đã thành công trong việc nghiên cứu và xây dựng hệ thống quan trắc mưa thời gian thực tại lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu. Hệ thống có khả năng ứng dụng rộng rãi tại các lưu vực sông khác, góp phần giảm thiểu thiệt hại do lũ và lũ quét.

4.1 Kết luận

Hệ thống quan trắc mưa thời gian thực đã chứng minh tính hiệu quả trong việc cung cấp dữ liệu chính xác và kịp thời, hỗ trợ công tác dự báo lũ và lũ quét. Công nghệ do Việt Nam làm chủ giúp giảm chi phí và tăng độ bền của hệ thống.

4.2 Kiến nghị

Cần nhân rộng mô hình này tại các lưu vực sông khác có nguy cơ lũ quét cao. Đồng thời, cần tăng cường công tác bảo trì và nâng cao trình độ kỹ thuật cho đội ngũ vận hành hệ thống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé tµi nguyªn vµ m«i tr−êng ViÖn khÝ t−îng thuû v¨n ----[\---- B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc Tªn ®Ò tµi: Nghiªn cøu vµ x©y dùng m¹ng ®o vµ truyÒn sè liÖu m−a thêi gian thùc t¹i l−u vùc s«ng ngµn phè –ngµn s©u Chñ nhiÖm ®Ò tµi: Ks. ®µo hång ch©u 6492 27/8/2007 Hµ néi –2006 B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc Tªn ®Ò tµi: Nghiªn cøu vµ x©y dùng m¹ng ®o vµ truyÒn sè liÖu m−a thêi gian thùc t¹i l−u vùc s«ng ngµn phè – ngµn s©u ChØ sè ph©n lo¹i: ChØ sè ®¨ng ký: ChØ sè l−u tr÷: Chñ nhiÖm ®Ò tµi : ks. §µo hång ch©u Céng t¸c viªn chÝnh: TS. NguyÔn ViÕt H©n, KS.

Hoµng Phi Thµnh KS. §Æng Tïng MÉn Ngµy th¸ng n¨m 200 Ngµy th¸ng n¨m 200 Chñ nhiÖm ®Ò tµi Thñ tr−ëng c¬ quan chñ tr× Ngµy th¸ng n¨m 200 Ngµy th¸ng n¨m 200 Chñ tÞch Héi ®ång ®¸nh gi¸ chÝnh thøc Thñ tr−ëng c¬ quan chñ qu¶n Hµ néi - 2006 môc lôc Môc Néi dung Trang Lêi nãi ®Çu…………………………………………………. 1 Ch−¬ng 1 Tæng quan ®Ò tµi 1.1 Sù cÇn thiÕt cña ®Ò tµi……………………………………… 2 1.2 T×nh h×nh nghiªn cøu ¸p dông hÖ thèng trong vµ ngoµi n−íc 3 1.3 Môc tiªu cña ®Ò tµi………………………………………… 4 1.5 C¸c s¶n phÈm dù kiÕn cña ®Ò tµi…………………………. 5 Ch−¬ng 2 CÊu tróc m¹ng vµ c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng 2.1 CÊu tróc hÖ thèng………………………………………….2 Tr¹m ®o m−a tù ®éng ®a n¨ng…………………………….1 M« t¶ c«ng nghÖ chÕ t¹o thiÕt bÞ………………………….2 TÝnh n¨ng kü thuËt cña thiÕt bÞ…………………………….3 Trung t©m qu¶n lý m¹ng ®o……………………………….1 CÊu tróc tr¹m trung t©m…………………………………… 17 2.2 M« t¶ kü thuËt thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn trung t©m……………….4 PhÇn mÒm ®iÒu khiÓn m¹ng (KTM_NET5)……………….2 Tham sè lµm viÖc cña m¹ng……………………………….3 Qu¶n lý danh s¸ch tr¹m ®o………………………………….

25 Ch−¬ng 3 M¹ng ®o vµ truyÒn sè liÖu m−a thêi gian thùc l¾p ®Æt t¹i l−u vùc Ngµn Phè – Ngµn S©u .1 Kh¶o s¸t thùc ®Þa, l¾p ®Æt thiÕt bÞ vµ vËn hµnh m¹ng……… 29 3.2 Sè liÖu quan tr¾c m−a cña m¹ng ®o ®−îc l¾p ®Æt…………. 31 Ch−¬ng 4 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ cña ®Ò tµi. Tµi liÖu tham kh¶o…………………………………………. 36 Danh môc c¸c phô lôc…………………………………….

37 lêi nãi ®Çu N»m trong vïng khÝ hËu nhiÖt ®íi giã mïa, hµng n¨m lò vµ lò quÐt g©y ra nh÷ng thiÖt h¹i nÆng nÒ vÒ vËt chÊt vµ con ng−êi ®èi víi chóng ta. Víi ®Þa h×nh hÑp vµ ®é dèc lín, lò ë c¸c l−u vùc s«ng n−íc ta th−êng cã diÔn biÕn rÊt nhanh v× vËy viÖc dù b¸o vµ c¶nh b¸o lò, lò quÐt kÞp thêi ®Ó thùc hiÖn nh÷ng biÖn ph¸p phßng tr¸nh sÏ lµm gi¶m ®¸ng kÓ thiÖt h¹i do chóng g©y ra. HiÖn nay trªn thÕ giíi, c¸c hÖ thèng quan tr¾c vµ truyÒn sè liÖu m−a thêi gian thùc phôc vô cho dù b¸o vµ c¶nh b¸o lò ®−îc sö dông réng r·i vµ rÊt hiÖu qu¶. T¹i c¸c n−íc cã nÒn kinh tÕ ph¸t triÓn, c¸c khu vùc cã nguy c¬ lò vµ lò quÐt ®Òu ®−îc ®−a vµo sö dông hÖ thèng nµy.

ë n−íc ta, t¹i mét vµi l−u vùc s«ng ®· l¾p ®Æt nh÷ng hÖ thèng t−¬ng tù, tuy nhiªn do c¸c nguyªn nh©n kh¸c nhau chóng kh«ng ph¸t huy ®−îc hiÖu qu¶, thËm chÝ cã hÖ thèng l¾p ®Æt xong kh«ng thÓ vËn hµnh ®−îc.Víi môc tiªu x©y dùng mét hÖ thèng quan tr¾c vµ truyÒn sè liÖu m−a thêi gian thùc phôc vô cho c«ng t¸c dù b¸o vµ c¶nh b¸o lò vµ lò quÐt, Bé Tµi Nguyªn M«i Tr−êng ®· giao cho ViÖn KTTV chñ tr× thùc hiÖn ®Ò tµi ” Nghiªn cøu vµ x©y dùng m¹ng ®o vµ truyÒn sè liÖu ®o m−a thêi gian thùc cho l−u vùc Ngµn Phè – Ngµn S©u”. §©y lµ ®Ò tµi cã tÝnh thùc tiÔn cao, nÕu thµnh c«ng sÏ cho phÐp nh©n réng trªn quy m« lín c¸c hÖ thèng t−¬ng tù trªn c¬ së c«ng nghÖ do chóng ta hoµn toµn lµm chñ vµ gi¸ thµnh h¹ h¬n rÊt nhiÒu so víi c¸c hÖ thèng cïng lo¹i do n−íc ngoµi s¶n xuÊt. Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn, nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi ®· nhËn ®−îc sù quan t©m vµ mäi ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho viÖc thùc hiÖn ®Ò tµi cña l·nh ®¹o viÖn KTTV vµ sù gióp ®ì to lín cña l·nh ®¹o cïng tËp thÓ c¸n bé cña ®µi KTTV B¾c Trung Bé vµ Trung T©m dù b¸o KTTV Hµ TÜnh. Thay mÆt nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi xin ®−îc bµy tá sù c¶m ¬n v× nh÷ng gióp ®ì quý b¸u trªn.

Chñ nhiÖm ®Ò tµi 1 ch−¬ng 1 tæng quan ®Ò tµi 1. Sù cÇn thiÕt cña ®Ò tµi Hµng n¨m c¸c lo¹i h×nh thiªn tai nh−: b·o, lò, ®éng ®Êt, lë ®Êt… g©y ra nh÷ng tæn thÊt nÆng nÒ vÒ ng−êi vµ cña c¶i vËt chÊt cña nhiÒu quèc gia. Trong c¸c lo¹i h×nh thiªn tai nªu trªn, lò, lôt th−êng cã tÇn suÊt lÆp l¹i cao nhÊt vµ g©y tæn thÊt nÆng nÒ vÒ ng−êi vµ tµi s¶n. Lò, lôt vµ lò quÐt ë c¸c n−íc cã khÝ hËu giã mïa vµ xo¸y thuËn nhiÖt ®íi ë Ch©u ¸ ngµy cµng diÔn biÕn phøc t¹p, nhiÒu trung t©m d©n c−, kinh tÕ bÞ ®e däa ngµy mét nguy cÊp h¬n.

Nh÷ng thay ®æi chñ yÕu trong viÖc sö dông nguån n−íc vµ nguån ®Êt ®· t¸c ®éng râ rÖt ®Õn m«i tr−êng, tr−íc hÕt lµ tíi chÕ ®é thñy v¨n ë c¸c l−u vùc s«ng, xu h−íng nµy lµm gia t¨ng ph¸t sinh lò vµ lò quÐt. ë ViÖt Nam cø vµo mïa m−a, lò, lôt vµ lò quÐt lµ hiÖn t−îng khÝ t−îng thñy v¨n th−êng xÈy ra vµ g©y thiÖt h¹i rÊt lín vÒ ng−êi vµ tµi s¶n. T¹i c¸c l−u v−c s«ng suèi miÒn nói trªn toµn l·nh thæ tõ B¾c Bé, Trung Bé vµ T©y Nguyªn ®Òu cã nguy c¬ x¶y ra lò quÐt khi cã m−a lín hoÆc m−a cùc lín. Tuy nhiªn c«ng t¸c dù b¸o vµ c¶nh b¸o lò, lò quÐt ch−a thu ®−îc nh÷ng kÕt qu¶ cÇn thiÕt v× c«ng t¸c nµy ®ßi hái ph¶i cã nh÷ng hÖ thèng quan tr¾c vµ c¶nh b¸o ë nh÷ng l−u vùc cã nguy c¬ cao.

Mét trong nh÷ng c¬ së quan träng trong viÖc dù b¸o, c¶nh b¸o lò vµ lò quÐt trªn quy m« réng lµ viÖc sö dông hÖ thèng radar thêi tiÕt, hÖ thèng nµy cã −u thÕ trong viÖc cung cÊp dù b¸o ®Þnh l−îng m−a trong c¸c khu vùc ®Þa h×nh kh¸c nhau, tuy nhiªn trong ®iÒu kiÖn hiÖn nay viÖc ®−a vµo hÖ thèng radar phôc vô cho c«ng t¸c dù b¸o lò, lò quÐt ch−a hiÖu qu¶. C¸c hÖ thèng ®o m−a thêi gian thùc lµ nh÷ng c«ng cô phôc vô cho viÖc dù b¸o vµ c¶nh b¸o lò, lò quÐt ®ang ®−îc ¸p dông réng r·i ë nhiÒu n−íc mµ trong ®iÒu kiÖn kinh tÕ vµ x· héi cña n−íc ta hiÖn nay viÖc ®−a vµo sö dông nh÷ng hÖ thèng t−¬ng tù lµ gi¶i ph¸p kinh tÕ vµ hiÖu qu¶ nhÊt. 2 Theo thèng kª trong c¸c tµi liÖu chuyªn ngµnh KTTV, t¹i c¸c l−u vùc s«ng suèi n−íc ta, lò vµ lò quÐt th−êng xÈy ra rÊt nhanh vµ c−êng ®é m¹nh do l−u vùc nhá vµ ®Þa h×nh cã ®é dèc lín nªn søc tµn ph¸ cña nã rÊt lín nh− c¸c trËn lò n¨m 1989 vµ 2002 trªn l−u vùc s«ng Ngµn Phè, viÖc dù b¸o vµ c¶nh b¸o kÞp thêi sÏ gi¶m thiÓu ®−îc thiÖt h¹i ®Õn møc thÊp nhÊt. V× vËy viÖc ®−a vµo ¸p dông t¹i c¸c l−u vùc s«ng, suèi c¸c hÖ thèng quan tr¾c thêi gian thùc phôc vô dù b¸o vµ c¶nh b¸o lò, lò quÐt lµ mét ®ßi hái cÊp b¸ch.

Trong khu«n khæ ®Ò tµi nµy, chóng t«i mong muèn x©y dùng hÖ thèng quan tr¾c vµ truyÒn sè liÖu ®o m−a thêi gian thùc t¹i l−u vùc s«ng Ngµn Phè – Ngµn S©u, sè liÖu quan tr¾c qua ®−êng ®−êng ®iÖn tho¹i cè ®Þnh ®−îc truyÒn vÒ trung t©m dù b¸o KTTV tØnh phôc vô cho c«ng t¸c dù b¸o. ViÖc lùa chän l−u vùc Ngµn Phè – Ngµn S©u cho phÐp chóng ta thö nghiÖm hÖ thèng trong c¸c ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt nhÊt vÒ m−a, lò do ®Þa h×nh cã ®é dèc lín, l−îng m−a trung b×nh hµng n¨m cao, th−êng xÈy ra m−a to vµ diÔn biÕn lò th−êng xÈy ra rÊt nhanh. §©y lµ mét ®Þa chØ rÊt cÇn ®−a vµo ¸p dông hÖ thèng cung cÊp sè liÖu quan tr¾c thêi gian thùc phôc vô dù b¸o lò vµ lò quÐt, vµ l−u vùc còng kh«ng lín phï hîp víi quy m« ®Æt ra cho ®Ò tµi. T×nh h×nh nghiªn cøu vµ ¸p dông hÖ thèng trong vµ ngoµi n−íc HiÖn nay ë nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi c¸c hÖ thèng quan tr¾c thêi gian thùc ®−îc sö dông rÊt réng r·i, chóng ®−îc khai th¸c rÊt hiÖu qu¶ phôc vô cho c«ng t¸c dù b¸o thiªn tai.

CÊu h×nh hÖ thèng, ph−¬ng thøc truyÒn sè liÖu ®−îc quyÕt ®Þnh dùa trªn c¸c ®Æc thï vÒ khÝ hËu, ®Þa h×nh, c¬ së h¹ tÇng cña n¬i l¾p ®Æt hÖ thèng. HiÖn nay trªn thÞ tr−êng c¸c hÖ thèng quan tr¾c thêi gian thùc do n−íc ngoµi s¶n xuÊt rÊt ®a d¹ng víi cÊu h×nh kh¸c nhau ®¸p øng ®Çy ®ñ c¸c ®ßi hái cña ng−êi sö dông, tuy nhiªn gi¸ c¶ cña chóng còng rÊt cao ch−a kÓ ®Õn nh÷ng yÕu tè kh«ng thuËn lîi trong qu¸ tr×nh b¶o hµnh kü thuËt vµ duy tr× chóng. HiÖn nay, trªn m¹ng l−íi cña ngµnh KTTV cña n−íc ta, hÇu nh− c¶ c¸c thiÕt bÞ quan tr¾c tù ®éng ®Òu do n−íc ngoµi s¶n xuÊt, mét sè hÖ thèng quan 3 tr¾c thêi gian thùc phôc vô c«ng t¸c dù b¸o vµ c¶nh b¸o lò vµ lò quÐt ®Òu do n−íc ngoµi s¶n xuÊt víi c«ng nghÖ còng nh− cÊu h×nh kh¸c nhau. Cho ®Õn nay hÇu nh− tÊt c¶ c¸c hÖ thèng ®· kh«ng cßn ho¹t ®éng.

Võa qua, chóng t«i ®· tiÕn hµnh ®ît kh¶o s¸t t×nh tr¹ng kü thuËt vµ nguyªn nh©n g©y háng c¸c thiÕt bÞ ®o ®¹c tù ®éng trªn m¹ng l−íi vµ ®· cã nh÷ng kÕt luËn sau: - SÐt lµ nguyªn nh©n chñ yÕu g©y háng thiÕt bÞ. - khÝ hËu nhiÖt ®íi kh¾c nghiÖt, nhiÖt ®é vµ ®é Èm qu¸ cao lµ t¸c nh©n xÊu ®èi víi thiÕt bÞ. - L−íi ®iÖn kh«ng æn ®Þnh còng lµ nguyªn nh©n g©y tæn h¹i tíi thiÕt bÞ. - C«ng t¸c b¶o d−ìng kü thuËt kh«ng ®−îc tiÕn hµnh theo quy ®Þnh, viÖc söa ch÷a háng hãc kh«ng kÞp thêi lµm háng hãc nhá trë nªn trÇm träng h¬n do thiÕt bÞ ph¶i ®Ó trong c¸c ®iÒu kiÖn m«i tr−êng kh¾c nghiÖt, c¸c lo¹i c«n trïng vµo lµm tæ g©y chËp, ch¸y thiÕt bÞ.

Nh÷ng kÕt luËn trªn rÊt h÷u Ých ®èi víi ®éi ngò kü thuËt trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o vµ b¶o tr× c¸c thiÕt bÞ ®o tù ®éng. Trong nh÷ng n¨m võa qua, nhiÒu c¬ së nghiªn cøu khoa häc vµ c«ng nghÖ cña n−íc ta ®· cã nh÷ng kÕt qu¶ ban ®Çu trong viÖc chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ ®o ®¹c tù ®éng, tuy nhiªn vÉn ch−a cã thiÐt bÞ nµo ®−îc cho phÐp l−u hµnh réng r·i trªn m¹ng l−íi. ViÖn KTTV lµ mét ®¬n vÞ tiªn phong trong lÜnh vùc nµy vµ b−íc ®Çu ®· cã nh÷ng thµnh c«ng trong viÖc tù ®éng ho¸ c¸c thiÕt bÞ quan tr¾c ®¬n lÎ trªn c¬ së sö dông c¸c ®Çu ®o cña n−íc ngoµi s¶n xuÊt.