Việc ứng dụng IoT để giám sát, cảnh báo mức độ ô nhiễm không khí trong đô thị là một giải pháp để giải quyết vấn đề này. Trong bài viết này sẽ tập trung mô tả giải pháp ứng dụng IoT trong việc giám sát, cảnh báo mức độ ô nhiễm không khí trong đô thị.
Theo định nghĩa của ITU-T “ Internet of things (IoT): A global infrastructure for the information society, enabling advanced services by interconnecting (physical and virtual) things based on existing and evolving interoperable information and communication technologies” Có thể dịch thành IoT là cơ sở hạ tầng toàn cầu cho xã hội thông tin, cho phép các cải thiện dịch vụ bằng cách kết nối (các thực thể vật lý và thực thể ảo) dựa trên các công nghệ thông tin và truyền thông tương thích hiện có và phát triển. Chính vì vậy mà khả năng thu thập dữ liệu của IoT rất là vượt trội so với các công nghệ truyền thống. Bên cạnh đó, IoT có thể tích hợp những công nghệ hiện đại khác để mang lại những khả năng ứng dụng mà chúng ta chưa thì hình dung được hết.
Khi khối trung tâm xử lý của IoT được tích hợp công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ đem lại khả năng dự báo, cảnh báo gần như là theo thời gian thực hay khi ta tích hợp Bigdata với IoT sẽ mang lại khả năng phân tích xử lý dữ liệu chiếm tỷ lệ cao nhất, thống kê, lưu trữ dữ liệu rất tuyệt vời đây là hướng nghiên cứu rất được các nhà sáng chế quan tâm. Ứng dụng IoT mang lại những lợi ích thiết thực không chỉ cho người dân, doanh nghiệp, mà còn là các cơ quan quản lý như phân tích dữ liệu lớn trong các ứng dụng IoT như là số liệu thống kê để tham khảo phân tích các dự báo, hành vi người dùng và phương pháp xử lý dữ liệu nâng cao (bao gồm AI).
Đối với người dân:
Ứng dụng IoT trong việc giám sát, cảnh báo mức độ ô nhiễm không khí sẽ giúp cho người dân sẽ nắm được thông tin về tình trạng môi trường không khí trong khu vực sinh sống và làm việc một cách nhanh chóng và chính xác nhất từ đó giúp họ đưa ra những quyết định phù hợp. Bên cạnh đó, khi các chỉ số môi trường không khí vượt ngưỡng cho phép, gây hại cho sức khỏe con người thì hệ thống IoT sẽ ngay lập tức phân tích xử lý và đưa ra các cảnh báo để người dân kịp thời ứng phó.
Đối với doanh nghiệp:
Hệ thống ứng dụng IoT trong việc giám sát, cảnh báo mức độ ô nhiễm không khí giúp cho các doanh nghiệp sẽ nắm bắt được về tình trạng môi trường không khí theo thời gian gần thực trong khu vực hoạt động một cách nhanh nhất, đồng thời đưa ra cho họ những cảnh bảo, dự báo về môi trường trong thời gian tới từ đó giúp họ đưa ra những quyết định phù hợp mang lại hiệu quả cao trong sản xuất và điều hành. Nếu chính quyền địa phương cung cấp dữ liệu về môi trường thu thập được cho các doanh nghiệp, thì họ có thể sử dụng dữ liệu đó để tạo ra các dịch vụ đem lại những giá trị cao hơn và bền vững.
Đối với Chính quyền địa phương:
Ứng dụng IoT trong việc giám sát, cảnh báo mức độ ô nhiễm không khí, ô nhiễm nước, chất thải v.v.. sẽ giúp Chính quyền địa phương có cái nhìn bao quát về môi trường đô thị và để đưa ra chính sách phát triển đô thị trong đó có vấn đề xã hội và môi trường, từ đó họ sẽ theo dõi các khu vực có sự thay đổi đột ngột từ đó tiến hành các hình thức kiểm tra hoặc giám sát chặt chẽ các khu vực liên tục có dấu hiệu ô nhiễm không khí thông qua các hệ thống thân thiện với môi trường thông qua quản lý nguồn tác nhân gây ô nhiễm môi trường. Bên cạnh đó dịch vụ còn cung cấp các cảnh báo theo thời gian gần thực giúp cho họ sẽ có thể ứng phó một cách nhanh nhất và đưa ra các quyết định nhanh và phù hợp nhất. Trong viễn cảnh không xa, với các dữ liệu thu thập được cơ quan chính quyền hoàn toàn có thể thu phí sử dụng từ những dịch vụ liên quan đến dữ liệu đó, chính quyền có thể cung cấp miễn phí cho các doanh nghiệp công nghệ thông tin tạo thành cơ sở dữ liệu mở cho phép các doanh nghiệp triển khai các dịch vụ liên quan đến dữ liệu đó. Điều này góp phần tạo lên một hệ sinh thái ứng dụng IoT đa dạng và phong phú, đáp ứng nhu cầu của người dân.
Qua việc tổng hợp và nghiên cứu một số các dự án, có thể thấy rằng hiện nay việc ứng dụng IoT trong việc giám sát, cảnh báo mức độ ô nhiễm không khí trong đô thị thường cố định vị trí các cảm biến, thiết bị. Tuy nhiên cũng có một số thành phố sử dụng các cảm biến liên tục thay đổi vị trí và các module định vị GPS để giám sát chất lượng không khí của đô thị.
Dự án EkoBus: ứng dụng IoT để đo thông số môi trường trong thành phố trên những chiếc xe bus
Trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển về việc áp dụng các công nghệ IoT, AI vào triển khai giám sát giao thông công cộng là hết sức quan trọng và cần thiết. Dự án EkoBus đã được phát triển cùng với Ericsson , được triển khai tại các thành phố Belgrade và Pancevo, sử dụng phương tiện giao thông công cộng để giám sát một tập hợp các thông số môi trường trên một khu vực rộng lớn cũng như cung cấp thông tin bổ sung cho người dùng cuối như vị trí của xe buýt và thời gian đến dự kiến đến bến xe buýt.
Hình 1: Bản đồ Serbia
Dự án này được Liên minh châu Âu tài trợ thông qua chương trình Future Internet Research and Experimentation (FIRE). Dự án dự tính triển khai 20.000 cảm biến tại 2 thành phố Belgrade và Pancevo (Serbia). Về giải pháp thực hiện, dự án tập trung vào việc thu thập dữ liệu về 6 thông số: Nhiệt độ; Độ ẩm; Nồng độ Carbon monoxide (CO); Nồng độ Carbon Dioxide (CO2); Nồng độ Nitrogen Dioxide (NO2) và Định vị GPS.
Các cảm biến khí, GPRS và thiết bị GPS đã được đặt bên trong một chiếc hộp trên xe buýt. Như vậy, việc thu thập thông tin gắn liền với việc đọc liên tục các tham số này được thực hiện bất cứ khi nào xe đang di chuyển và theo cách này, dữ liệu được thu thập từ nhiều vị trí khác nhau. Với sự trợ giúp của truyền dữ liệu GPRS, tất cả các dữ liệu đọc được các cảm biến đều được gửi đến máy chủ nơi được xử lý và lưu trữ. Dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị GPS là các dữ liệu được đọc tại một vị trí nhất định và vị trí hiện tại của xe, tốc độ chuyển động của nó.
Hình 2: Mô hình giải pháp thực hiện
Các node cảm biến (bao gồm một tập hợp các cảm biến và các thiết bị GPS, …) thực hiện các phép đo và định kỳ gửi kết quả đến ứng dụng máy chủ để phân tích thêm và lưu trữ cơ sở dữ liệu. Ứng dụng trên trình duyệt web và Android thu thập thông tin từ các node và thực hiện trực quan hóa của chúng (vị trí của các phương tiện và các phép đo chất lượng không khí). Module GPS cung cấp thông tin về thời gian đến của xe buýt tiếp theo đến một trạm xe buýt nhất định thông qua tin nhắn SMS hoặc USSD và để nhận được thông tin đó thông qua tin nhắn SMS. Các bộ cảm biến được sử dụng nguồn điện từ xe bus. Phân tích, lưu trữ dữ liệu được sử dụng để tính toán lưu lượng truy cập và đưa ra các dự đoán khác nhau. Dữ liệu tĩnh: định vị vị trí và tên của các trạm xe bus, lịch trình xe buýt, IMEI của mô-đun GPRS được gắn trên xe buýt, thời gian trung bình mà xe buýt dừng tại trạm cụ thể, thời gian trung bình của xe buýt di chuyển giữa hai trạm liên tiếp; Dữ liệu động: tính toán thời gian trung bình của xe buýt đi lại giữa hai trạm liên tiếp cho các thời điểm khác nhau của ngày và tuần. Các node này được cấp điện bằng nguồn điện bên ngoài được kết nối với pin của xe buýt.
Lợi ích mang lại Dự án mang lại
Đối với người dân
Khi người dân sử dụng dịch vụ, họ có thể biết được các thông tin về môi trường nhờ các ứng dụng trên thiết bị di động hoặc trên các cổng thông tin điện tử hiển thị theo thời gian thực. Không chỉ có vậy dịch vụ còn đưa ra cho họ những cảnh báo, dự báo chính xác và nhanh, nhờ đó họ có đủ thời gian để đưa ra các quyết định ứng phó phù hợp. Ví dụ như từ những dữ liệu đo đạc được dịch vụ đưa ra cảnh báo cho người dân về việc mức độ ô nhiễm không khí đã vượt ngưỡng cho phép tại khu vực nào đó từ đó người dân có thể chọn cung đường di chuyển phù hợp. Thêm vào đó nhờ có các thiết bị định vị GPS được gắn trên xe, dịch vụ còn cung cấp thông tin cho người dân về có các thông tin về xe bus, giúp giảm thời gian chờ xe bus, tiết kiệm chi phí và thời gian đi lại.
Đối với các doanh nghiệp
Đối với các doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực du lịch hay nông nghiệp, khi sử dụng dịch vụ giúp họ lắm bắt được các thông số môi trường một cách nhanh chóng và chính xác, làm cơ sở để đưa ra các quyết định phù hợp và nhanh nhất. Thêm vào đó dịch vụ cung cấp cho họ nhưng cảnh báo sớm giúp cho họ có thể chuẩn bị tốt hơn. Ví dụ như các công ty về du lịch có thể sử dụng các thông tin về mức độ ô nhiễm để lựa chọn khu vực tổ chức tham quan cho du khách. Bên cạnh đó các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực vận tải hành khách công cộng bằng xe bus thì có thể giám sát các xe bus của mình, cả về ví trí, tốc độ… qua đó thuận tiện cho việc quản lý. Các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực nông nghiệp thì sớm có thông tin để điều chỉnh quá trình canh tác sao cho phù hợp.
Đối với chính quyền địa phương
Khi sử dụng dịch vụ chính quyền địa phương có thể có cái nhìn bao quát về chất lượng không khí của địa phương. Từ những dữ liệu thu thập được chính quyền địa phương có thể xây dựng lên bản đồ phân bổ chất lượng môi trường không khí theo thời gian thực. Họ có thể theo dõi các khu vực liên tục có hiện tượng ô nhiễm không khí một cách bất thường, hoặc các khu vực thường xuyên xảy ra hiện tượng chất lượng không khí không đảm bảo, thực hiện các chức năng quản lý nhà nước về môi trường hoặc xử lý các vi phạm. Thêm vào đó chính quyền địa phương cũng có thể giám sát chặt chẽ các phương tiện vận tải hành khách công cộng như là xe bus, dựa trên các dữ liệu về môi trường không khí trên từng khu vực họ có thể thay đổi lộ trình xe bus.
Kết luận
Quá trình đô thị hóa đã khiến cho chất lượng không khí chúng ta hít thở suy giảm đáng kể chủ yếu là do các hoạt động của con người. Để giải quyết vấn đề này, các thành phố đã nỗ lực rất nhiều cải thiện chất lượng không khí bằng cách kiểm soát việc xả thải vào khí quyển, cải thiện chất lượng nhiên liệu và bằng cách tích hợp các yêu cầu bảo vệ môi trường vào các ngành vận tải và năng lượng. Trong bài viết đã giới thiệu về Hệ thống EkoBus sử dụng phương tiện giao thông công cộng để giám sát một tập hợp các thông số môi trường trên một khu vực rộng lớn cũng như cung cấp thông tin bổ sung cho người dùng cuối như vị trí của xe buýt và thời gian dự kiến đến bến xe buýt. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và truyền thông và cùng với tác động của cuộc cách mạng 4.0 đến các ngành, lĩnh vực, cách thức quản lý môi trường cũng đang có sự chuyển đổi. Các dự án ứng dụng công nghệ IoT hay mạng cảm biến không dây đã làm thay đổi hoàn toàn phương thức giám sát, quản lý và bảo vệ môi trường.
Nguyễn Văn Phong
Tài liệu tham khảo:
- Smart City project in Serbia for environmental monitoring by Public Transportation: http://www.libelium.com/smart_city_environmental_parameters_public_transportation_waspmote/
- http://www.smartsantander.eu/
- IOT Based Environment Monitoring using Wireless Sensor Network của Ganesh
- Environmental Monitoring as an IoT Application in Building Smart Campus of Universitas Udayana của Nyoman Putra Sastra, Dewa Made Wiharta Electrical Engineering Department Universitas Udayana
- A SMART ENVIRONMENTAL MONITORING SYSTEM USING INTERNET OF THINGS của Dr. A. Sumithra, J.Jane Ida, K. Karthika, Dr. S. Gavaskar.
- Hà Nội có 91% số ngày ô nhiễm không khí vượt tiêu chuẩn của WHO
https://vov.vn/tin-24h/ha-noi-co-91-so-ngay-o-nhiem-khong-khi-vuot-tieu-chuan-cua-who-762402.vov