Bài viết Ứng dụng GIS xây dựng website chất lượng không khí khu vực Hà Nội nghiên cứu này sử dụng hệ thống mã nguồn và server của ESRI để xử lý dữ liệu quan trắc không khí từ sensor và đưa lên website thử nghiệm, đồng thời thành lập bản đồ ô nhiễm không khí của Hà Nội từ những dữ liệu này.
Trang 1ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG WEBSITE CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ KHU VỰC HÀ NỘI
Nguyễn Mạnh Cường, Bùi Thị Kiên Trinh
Trường Đại học Thuỷ lợi, email: hades2305.1996@gmail.com
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Ô nhiễm không khí ở nước ta hiện nay
đang là một vấn đề nghiêm trọng đối với môi
trường đô thị, nông nghiệp, công nghiệp, và
các làng nghề [1, 2] Để đánh giá chất lượng
không khí, kiểm soát các nguồn ô nhiễm
chính cũng như xây dựng c ác kịch bản giảm
thiểu ô nhiễm cần số liệu quan trắc thực tế
Hà Nội bị ô nhiễm không khí trầm trọng
nhưng mạng lưới quan trắc lại rất thưa, hiện
chỉ có trên 10 trạm so với 70 trạm theo thiết
kế [3] Trong số này có 4 trạm được lắp đặt
cảm biến (sensor) của Nordic Technology
House Co.Ltd Thái Lan và bàn giao cho
công ty ESRI Việt Nam không kèm theo
phần mềm xử lý số liệu Do vậy, nghiên cứu
này sử dụng hệ thống mã nguồn và server của
ESRI để xử lý dữ liệu quan trắc không khí từ
sensor và đưa lên website thử nghiệm, đồng
thời thành lập bản đồ ô nhiễm không khí c ủa
Hà Nội từ những dữ liệu này
2 MÃ NGUỒN HỆ THỐNG
Các mã nguồn phục vụ thành lập hệ thống:
- ArcGIS Server là nền tảng xây dựng hệ
thống thông tin địa lý (GIS) quy mô lớn,
trong đó các ứng dụng GIS được quản lý tập
trung, tích hợp nhiều chức năng GIS mạnh và
được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn c ông
nghiệp ArcGIS Server quản lý các nguồn dữ
liệu địa lý;
- ArcGIS GeoEvent Server là phần mở
rộng của ArcGIS Server cho phép nhập, phân
tích thời gian thực trên dữ liệu trực tuyến;
- API ArcGIS for JavaScript là công cụ
thiết lập Web GIS;
- WebSocket là công nghệ hỗ trợ giao tiếp
hai chiều giữa client và server bằng cách sử
dụng một TCP socket để tạo một kết nối hiệu
quả và ít tốn kém
Bảng 1 Chức năng của hệ thống
Yêu cầu chức năng
Tìm kiếm
1.1 Cho phép người dùng tìm kiếm vị trí theo tên 1.2 Cho phép người dùng tìm kiếm vị trí theo tọa độ
Hiển thị
2.1 Cho phép người dùng xem thông tin các chỉ
số không khí thông qua biểu đồ 2.2 Cho phép người dùng xem thông tin các chỉ
số không khí theo khu vực người dùng chọn 2.3 Cho phép người dùng xem thông tin trên ứng dụng Android
Định vị
3.1 Cung cấp chức năng xác định vị trí hiện tại của người dùng trên Website
Cảnh báo
4.1
Cảnh báo người dùng khi người dùng ở khu vực có chỉ số AQI cao thông qua thiết bị di động (Android)
4.2
Gửi cảnh báo cho người dùng khi người dùng truy cập website tại khu vực các chỉ
số AQI cao
Yêu cầu phi chức năng
Hoạt động
1.1 Sử dụng Stream Service để lấy dữ liệu 1.2 Chạy trên mọi trình duyệt
1.3 Refresh lại trang khi xảy ra lỗi
Hiệu suất
2.1 Tốc độ load của website và ứng dụng sẽ được tối ưu hóa và luôn được theo dõi
Bảo mật
3.1 Thông tin vị trí người dùng được bảo mật
Trang 23 XÂY DỰNG HỆ THỐNG
3.1 Chuẩn bị dữ liệu từ sensor
File dữ liệu thu được từ các sensor quan
trắc không khí có khuôn dạng *.csv được
truyền trực tiếp tới Server của ESRI
3.2 Xây dựng Stream Service
- Bước 1: Tạo service trên ArcGIS Server
và kết nối với ArcGIS GeoEvent để tạo tác
vụ xử lý kết quả thời gian thực;
- Bước 2: Tính chỉ số chất lượng không khí
AQI (Air Quality Index) từ dữ liệu thời gian
thực lấy từ sensor Quy chuẩn QCVN
05:2009/BTNMT được sử dụng làm căn cứ để
tính toán AQI của chất i tại trạm j theo ngày:
24 h
24 h i
i
C
S
trong đó Ci24h là nồng độ trung bình của chất
i; S24 hi là tiêu chuẩn môi trường cho phép của
chất i
Sau khi tính được giá trị AQI theo ngày
của tất c ả các chất gây ô nhiễm trong không
khí, giá trị AQI lớn nhất của các chất này
được lấy làm giá AQI theo ngày của trạm
quan trắc đó dựa vào công thức:
x
Các mức AQI do Tổng cục Môi trường
quy định như sau [2]:
Bảng 2 Các mức AQI
AQI Chất lượng
không khí
Ảnh hưởng
51 - 100 Trung bình
Nhóm nhạy cảm, đôi khi nên giới hạn thời gian
ở bên ngoài
Vàng
Nhóm nhạy cảm nên hạn chế thời gian ở ngoài
Da cam
201 - 300 Xấu
Nhóm nhạy cảm tránh ra ngoài
Những người khác nên hạn chế thời gian ở ngoài
Đỏ
Trên 300 Nguy hại M ọi người
nên ở trong nhà Nâu
Hình 1 Quy trình xây dựng Stream Service
3.3 Xây dựng giao diện chương trình Giao diện website dự kiến có các chức năng khai thác hệ thống c ảnh báo chất lượng không khí được xây dựng dựa trên các biểu
đồ tuần tự sau đây:
Hình 2 Biểu đồ tuần tự hiển thị
Hình 3 Biểu đồ tuần tự tìm kiếm
Hình 4 Biểu đồ tuần tự định vị
Hình 5 Biểu đồ tuần tự cảnh báo
Hình 6 Biểu đồ tuần tự chọn khu vực có sẵn
Trang 3Quá trình xử lý dữ liệu trên website sử
dụng công nghệ WebSocket trong HTML5
để giao tiếp với Server, đồng thời kết hợp
thêm ArcGIS API for JavaScript để trình bày
dữ liệu trên website
4 KẾT QUẢ
Hoàn thành việc thiết kế và xây dựng dữ
liệu chỉ số chất lượng không khí AQI từ
Sensor
Hoàn thành việc kết nối Server với
Website qua giao thức WebSocket
Xây dựng và thử nghiệm thành công
Website đo chất lượng không khí khu vực Hà
Nội với các chức năng hiển thị chỉ số AQI,
tìm kiếm địa điểm trên Map, xác định vị trí
người dùng
Hình 7 Giao diện website
Sử dụng số liệu quan trắc được cung cấp
trên website thử nghiệm đã xây dựng để thành
lập bản đồ ô nhiễm không khí khu vực Hà Nội
bằng phần mềm ArcGIS, kết quả thu được:
Hình 8 Bản đồ ô nhiễm không k hí Hà Nội
ngày 14/8/2018
5 KẾT LUẬN Việc xây dựng và thử nghiệm thành công website giúp người dùng có thể dễ dàng và kịp thời tiếp cận với số liệu quan trắc cũng như thông tin về chất lượng không khí được thu nhận và tính toán từ c ác sensor Điều này chứng minh tính đúng đắn và thiết thực của nghiên cứu
Bản đồ ô nhiễm không khí được thành lập
từ dữ liệu cung cấp trên website thử nghiệm cho thấy khả năng sử dụng nguồn dữ liệu này trong các lĩnh vực giám sát, quản lý, dự báo ô nhiễm môi trường và nhiều mục đích khác Kết quả nghiên cứu cũng mở ra khả năng
tự động thành lập bản đồ ô nhiễm không khí
và cung cấp trực tiếp trên website, hỗ trợ phân tích và lập các kịch bản giảm thiểu cho nhà quản lý
6 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Xuân Cơ (2002) - Đánh giá tác động môi trường
[2] Bộ Quy chuẩn và Tiêu chuẩn Việt Nam (QCVN/TCVN) về khí thải và tiếng ồn [3] http://quantracmoitruong.gov.vn [4] Th.S Hoàng Anh Đức - Bài giảng môn Phát triển ứng dụng Web
[5] Th.S Hoàng Anh Đức - Thiết kế Website [6] Tutorial - Introduction to GeoEvent Server [7] Developing Web Apps with ArcGIS API for JavaScript
[8] http://vtv.vn [9] https://www.rfa.org/viettnamese/
[10] https://vov.vn [11] https://community.esri.com [12] https://enterprise.arcgis.com [13] https://viblo.asia
[14] https://developers.arcgis.com/javascript/3/