02/01/2018
Theo định nghĩa của các nhà nghiên cứu trên thế giới, mạng vạn vật kết nối (IoT) là một khái niệm về thế giới thông minh, gồm các đối tượng vật lý (các thiết bị) được kết nối qua Internet và cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng. IoT đang dần thay đổi cuộc sống của con người thông qua việc cung cấp một môi trường giao tiếp thuận tiện và hiệu quả. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm nhiều lĩnh vực như chăm sóc sức khỏe; tự động hóa công nghiệp; nhà thông minh; lưới điện thông minh; thành phố thông minh; quan trắc và giám sát môi trường… Hiện nay, với hệ thống IoT, chúng ta có thể triển khai xây dựng được hệ thống quan trắc phát thải (nước thải/khí thải) đầu ra của nhà máy tại các khu công nghiệp trên phạm vi rộng.
Thiết bị quan trắc môi trường
Trên thế giới, xu hướng sử dụng các thiết bị đo trực tiếp đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong lĩnh vực quan trắc môi trường. Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng này. Trong 10 năm qua, các thiết bị đo trực tiếp ngày càng phổ biến trong quan trắc và giám sát môi trường, với công nghệ đa dạng, hiện đại như: Thiết bị đo khí (Teledyne, Interscan, Horiba, Kimoto, E-instrument, Quintox, Graywolf…); thiết bị đo nước thải (Hach, WTW, Go, Thesys, Global Water…). Các thiết bị này cho phép lưu trữ trực tiếp vào thẻ nhớ gắn trên thiết bị, thẻ nhớ ngoài (USB), hoặc truyền dữ liệu về lưu trữ tại máy tính (thông qua cab nối), hay truyền về trung tâm tích hợp dữ liệu thông qua sim điện thoại, mạng không dây… Bên cạnh đó, tùy vào mức độ hiện đại, các thiết bị cho phép lập trình và tính toán nhanh một số kết quả theo yêu cầu của người dùng.
Quan trắc, giám sát tự động liên tục sẽ đảm bảo cung cấp bộ dữ liệu quan trắc và truyền dữ liệu theo thời gian thực về trung tâm tích hợp dữ liệu với khoảng cách không giới hạn; kết nối, xử lý đồng thời nhiều bộ dữ liệu; chia sẻ cho nhiều đối tượng người dùng; phục vụ cho việc đưa ra các quyết định, chính sách, dự báo kịp thời, chính xác. Đặc biệt, các công nghệ quan trắc đều được phát triển theo hướng đảm bảo tính chính xác, cung cấp số liệu theo không gian và thời gian, thực hiện kết nối dữ liệu qua công nghệ truyền, nhận dữ liệu từ các thiết bị đo trực tiếp. Trong bối cảnh công tác BVMT ngày càng được quan tâm thì việc ứng dụng các công nghệ hiện đại cũng cần được đầu tư cả về số lượng lẫn chiều sâu.
Mạng vạn vật kết nối
Trong quan trắc môi trường, các thiết bị kết nối mạng thường liên kết theo giao thức máy móc - máy móc (M2M). Các hệ thống quan trắc tự động đa phần có trang bị cảm biến nhằm đo đạc và thông báo một số thông số môi trường. Tuy nhiên, những cảm biến này thường chỉ cung cấp thông tin trực tiếp cho PLC (thiết bị điều khiển lập trình), hoặc bộ điều khiển nội bộ, do vậy, chúng hoạt động riêng lẻ và không kết nối trong hệ thống điều phối chung của doanh nghiệp (DN). M2M nếu được sử dụng trong những hệ thống này cũng thường liên quan tới hạ tầng kết nối riêng của hệ thống.
 |
| Mô hình triển khai hệ thống quan trắc phát thải tự động, liên tục |
Không như giao thức M2M hiện tại, IoT sẽ cung cấp giao tiếp dữ liệu ở mức hệ thống thông qua Ethernet (một công nghệ mạng cục bộ - LAN) và các chuẩn của nó, kiến trúc mạng mở thay cho mạng đóng trong các giao thức M2M. Một điểm khác nữa giữa M2M và IoT liên quan tới khả năng mở rộng. Các hệ thống M2M truyền thống có phần cứng đóng với kiến trúc độc quyền. Khi hệ thống Ethernet của IoT được triển khai, thiết bị mới sẽ dễ dàng được tích hợp và dữ liệu có thể được truyền, lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu lớn, hoặc đám mây. Việc sử dụng các giao thức chuẩn hóa ở cả cấp độ máy móc và DN cũng cho phép truy cập từ xa dễ dàng hơn từ nhiều loại thiết bị như điện thoại thông minh và máy tính bảng.
Theo một cách tiếp cận khác, IoT truyền tải, trao đổi thông tin dữ liệu, nhằm thực hiện một mục tiêu cụ thể, mà không cần đến sự tương tác giữa con người với con người, hay giữa con người với thiết bị và máy móc. IoT gồm 3 loại hình kết nối: máy móc - máy móc (M2M), con người - máy móc (P2M) và con người - con người (P2P). Trong đó, kết nối M2M đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của IoT. Các thiết bị, máy móc trong IoT sẽ “phản ứng” dựa vào các sự kiện diễn ra trong lúc chúng hoạt động theo thời gian thực. Giải pháp IoT cho phép thực hiện việc đo lường, thu thập và truyền nhận dữ liệu từ hệ thống các cảm biến/đầu đo về trung tâm tích hợp dữ liệu để phân tích, xử lý trên nền điện toán đám mây. Các ứng dụng IoT được phát triển trên nền điện toán đám mây cho phép phân tích xử lý và chuyển đổi khối lượng dữ liệu lớn từ vô số các cảm biến đo lường. Công nghệ điện toán đám mây cho phép các ứng dụng hoạt động bất kỳ lúc nào và bất kỳ nơi đâu.
Hạ tầng kỹ thuật truyền dẫn giữa các thiết bị trong IoT có thể sử dụng mọi công nghệ kết nối hiện nay, cụ thể là phương thức truyền dữ liệu tầm ngắn như công nghệ không dây (RFID, NFC, Wi-Fi, Bluetooth, XBee, Zigbee, Z-Wave, M-Bus); mạng truyền dẫn cố định (Ethernet, HomePlug, HomePNA, HomeGrid, LonWorks). Đối với khả năng truyền dữ liệu tầm xa, hoặc diện rộng thì có mạng di động sử dụng các công nghê vệ tinh và GSM, GPRS, 3G/4G, LTE, hay WiMAX. Hiện nay, cũng đang nổi lên một số công nghệ không dây dành riêng cho kết nối M2M như SIGFOX-ultra-narrowband và NeulNET-TV white-space.
Ứng dụng IoT trong phát triển hệ thống quan trắc phát thải tự động, liên tục ở Việt Nam
Cũng như trên thế giới, tại Việt Nam, IoT đang trở thành trào lưu công nghệ và khởi nghiệp tại Việt Nam. IoT là một xu hướng tất yếu khi các công nghệ (điện toán đám mây, mạng, phần cứng…) đã phát triển và có khả năng hội tụ ở một hệ thống phân tán rộng khắp. Hiện nay, các giải pháp, dự án liên quan tới IoT ở Việt Nam có thể chia thành: Các giải pháp cho nông nghiệp, giao thông thông minh, đô thị thông minh, nhà ở thông minh và giám sát biến đổi khí hậu.
Trong lĩnh vực môi trường, đặc biệt đối với quan trắc, giám sát môi trường, triển vọng ứng dụng IoT rất lớn, bởi lẽ một trong những phương pháp giám sát môi trường là dựa vào các cảm biến và chính sách, quyết định trên cơ sở phân tích lượng dữ liệu đồ sộ từ hoạt động này. Tuy nhiên, việc quan trắc môi trường nói chung và quan trắc, giám sát phát thải nói riêng vẫn chưa bắt kịp xu thế công nghệ 4.0 với nền tảng là giải pháp IoT. Mặc dù đã có những hành lang pháp lý, việc theo dõi, kiểm soát hoạt động phát thải của các DN vẫn còn bị động. Nguyên nhân là do các thiết bị quan trắc phát thải của DN mới chỉ được lắp đặt theo yêu cầu của pháp luật, chưa có những giải pháp kết nối các thiết bị này để có thể khai thác tối đa và hiệu quả những kết quả giám sát, phục vụ yêu cầu của cơ quan quản lý nhà nước, DN và cộng đồng xã hội.
Theo quy định pháp luật, các đối tượng phải lắp đặt hệ thống quan trắc nước thải/khí thải tự động, liên tục ở Việt Nam có số lượng lớn. Các kết quả từ những hệ thống quan trắc này là dữ liệu lớn, cần có các giải pháp công nghệ phù hợp để có thể quản lý, xử lý và khai thác hiệu quả những dữ liệu đó. Ứng dụng giải pháp IoT trong xây dựng hệ thống quan trắc phát thải tự động, liên tục có thể triển khai ở cấp tỉnh và mở rộng ở cấp quốc gia. Trong đó, các trạm quan trắc nước thải/khí thải tự động được bố trí ở khu vực/vị trí xả nước thải/khí thải của nhà máy, để đo lường các thông số quan trọng trong khí thải/nước thải đầu ra. Mỗi trạm quan trắc gồm các thiết bị/phần mềm cơ bản: Đo lường các thông số khí thải (bụi, các khí thải, hơi axít....), hoặc nước thải (pH, COD, TSS…); Lấy và bảo quản mẫu phát thải; Ghi hình giám sát hoạt động trạm quan trắc; Cung cấp điện cho trạm hoạt động khi có sự cố mất điện, thời gian duy trì cho trạm hoạt động tối thiểu là 3 ngày; Lưu giữ, xử lý, truyền nhận dữ liệu.
Hiện nay, với nền tảng công nghệ IoT, việc triển khai một hệ thống quan trắc phát thải của nhà máy/khu công nghiệp thông minh là xu thế tất yếu trong quá trình phát triển và hội nhập của Việt Nam. Đây cũng chính là quá trình vận động để biến các dữ liệu môi trường thành thông tin, biến thông tin thành tri thức và biến tri thức thành hành động, thúc đẩy quá trình chuyển động số cho hoạt động quan trắc môi trường tại Việt Nam. Điều này không chỉ góp phần phát triển bền vững các cơ sở sản xuất, mà còn đảm bảo môi trường luôn trong lành, là cơ sở để phát triển nền kinh tế xanh, bền vững
Lê Hoàng Anh, Dương Thành Nam
Trung tâm Quan trắc Môi trường, Tổng cục Môi trường
Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường số 12/2017
