Dự án đề tài nghiên cứu cấp Bộ của Giảng viên Khoa Công nghệ thông tin

PHIẾU ĐỀ XUẤT NHIỆM VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

Năm  2018

1. Tên nhiệm vụ khoa học và công nghệ:

          Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lường, giám sát tự động, thời gian thực một số thành phần môi trường trong khai thác khoáng sản. Áp dụng thử nghiệm tại một số khu vực điển hình vùng than Thái Nguyên.

2. Hình thức thực hiện (đề tài, đề án, dự án sản xuất thử nghiệm, nhiệm vụ KH&CN tiềm năng): Đề tài khoa học và công nghệ

3. Mục tiêu của nhiệm vụ:

1- Thiết kế, chế tạo, xây dựng hệ thống từ phần cứng đến phần mềm hệ thống tự động đo lường, giám sát từ xa và thời gian thực một số thông số môi trường khí và nước thải trong các hầm lò và lộ thiên như CO, CO₂, CH₄, bụi lơ lửng tổng, khói, pH, TSS, BOD₅ sử dụng mạng cảm biến không dây.

2- Xây dựng các thuật toán, hệ hỗ trợ ra quyết định giúp cho công tác quản lý nhà nước về lĩnh vực khoáng sản; xây dựng hệ thống cảnh báo tự động qua SMS, email và thiết lập bản đồ trực tuyến lan truyền sử dụng tích hợp các công nghệ kết nối Internet qua 3G, 4G, wifi, Internet of Things (IoT), WebGIS và điện toán đám mây đảm bảo theo các quy chuẩn về chất lượng môi trường trong khai thác mỏ than.

4. Tính cấp thiết và tính mới của nhiệm vụ (về mặt khoa học và về mặt thực tiễn):

       Hoạt động khai thác than tại một số mỏ than trong những năm qua cho thấy một số chỉ tiêu quan trắc như bụi, tiếng ồn, khí độc, hàm lượng Mn, Fe, độ pH nước thải vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,2-5,2 lần.

      Công tác quan trắc môi trường và báo cáo định kỳ thường do các đơn vị xây dựng, báo cáo gửi về Sở Tài nguyên và Môi trường nên chưa theo dõi được thời gian thực, trực tuyến, cảnh báo kịp thời các thông số ngoài quy chuẩn Việt Nam cho phép. Hiện nay các công tác liên quan đến quan trắc môi trường tại các khu vực có hoạt động khai thác khoáng sản, khai thác than được một số đơn vị trong và ngoài Bộ Tài nguyên và Môi trường quan tâm, ứng dụng các công nghệ khác nhau như tư liệu viễn thám, các hệ cơ sở dữ liệu GIS, mô hình hóa môi trường, truyền dẫn qua hệ thống di động, sóng radio, GPRS, thiết kế các hệ thống vi xử lý datalogger,…

      Tuy nhiên, các hệ thống này còn nhiều hạn chế như số đầu đo ít, truyền dẫn thông tin một chiều, kết nối giữa các trạm trong hầm lò với nhau qua đường cáp; tổng hợp, xử lý thông tin và hỗ trợ ra quyết định quản lý rời rạc; mỗi một trạm đều cần kết nối internet và đo được rất ít tham số một thời điểm, việc triển khai, xây dựng một trạm quan trắc không linh hoạt, nếu số lượng trạm tăng lên với mật độ cao giá thành sẽ tăng cao, khó khăn trong di chuyển linh hoạt các trạm, tốn kém thời gian và kinh phí triển khai. Do vậy, việc triển khai nhiều trạm quan trắc tự động trên một vùng diện tích rộng với dữ liệu quan trắc đa dạng, tích hợp xử lý thông tin theo phương pháp trên là không thể thực hiện được.

      Đề tài đề xuất “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lường, giám sát tự động, thời gian thực một số thành phần môi trường trong khai thác khoáng sản. Áp dụng thử nghiệm tại một số khu vực điển hình vùng than Thái Nguyên” sẽ giải quyết tất cả các vấn đề tồn tại của các hệ thống hiện tại; nghiên cứu, thiết kế, làm chủ công nghệ, xây dựng đồng bộ hệ thống đo lường, giám sát, quản lý, cảnh báo từ xa, trực tuyến, không dây, thời gian thực một số thông số môi trường khí và nước trong công tác khai thác than tại các hầm lò và lộ thiên, áp dụng các công nghệ hiện đại nhất gồm IoT, WebGIS, WSN và điện toán đám mây. Hệ thống cho phép tích hợp cơ sở dữ liệu GIS và mô phỏng bản đồ màu, bản đồ lan truyền của bụi, tiếng ồn,…

        Trong những năm vừa qua ở Việt Nam cũng đã bắt đầu nghiên cứu, xây dựng các trạm quan trắc tự động nhưng dùng các công nghệ cũ, kết nối hữu tuyến hoặc vô tuyến qua sóng radio. Nhược điểm của các hệ thống này sẽ được phân tích ở phần tiếp theo. Một số đề tài đã thực hiện như:

- Nghiên cứu phát triển cơ sở hạ tầng thông tin truyền thông phục vụ công tác quản lý khoa học và quản lý lãnh thổ vùng Tây Nguyên, Chương trình KHCN trọng điểm cấp nhà nước “Khoa học và Công nghệ phục vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng Tây Nguyên”, Mã số KHCN-TN3/11-15 (Chương trình Tây Nguyên 3); trong đó xây dựng hệ thống thiết bị thu thập dữ liệu và cảnh báo môi trường từ xa nhưng dùng công nghệ điện tử truyền thống, thiết bị kích thước lớn, không linh hoạt trong triển khai và khi nút mạng quan trắc cần di động, thông số quan trắc tại một điểm rất hạn chế.

- Nghiên cứu công nghệ GSM/GPRS, công nghệ nhúng và ứng dụng để thiết kế chế tạo thiết bị đo lường thu thập số liệu từ xa qua đường GSM/GPRS của Bộ Công thương năm 2011; trong đó truyền dẫn dữ liệu quan trắc qua di động, dùng tin nhắn hoặc GPRS nên dữ liệu truyền đi một thời điểm rất ít, khả năng tích hợp số lượng cảm biến vào một điểm quan trắc hạn chế, phụ thuộc vào sóng di động và dùng công nghệ chế tạo điện tử truyền thống.

- Đề tài Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các module phục vụ đo lường giám sát trong trạm khí tượng tự động, Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học và Tự động hóa năm 2009; hệ thống phức tạp, truyền dữ liệu hữu tuyến qua đường truyền RS485, lưu trữ dữ liệu tại chỗ bằng thẻ nhớ, và truyền thông tin qua đường radio bằng tin nhắn dựa vào mạng di động GSM do vậy có các hạn chế như các trạm di động ở trên. Việc triển khai nhiều trạm, nhiều điểm quan trắc sẽ phức tạp, kinh phí lớn và quản lý dữ liệu không tập trung, không tự động và khó khăn trong tích hợp với dữ liệu không gian GIS, nên khó khăn cho việc giải quyết các bài toán quản lý đặt ra.

- Đề tài Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn phục vụ xây dựng mô hình hệ thống quan trắc khí theo công nghệ Telemonitoring, Tổng cục Môi trường năm 2009; hệ thống truyền dữ liệu từ xa qua dial up, truyền tin nhắn và qua internet. Nhược điểm của hệ thống cũng như các trạm quan trắc tự động ở trên. Đồng thời hệ thống này sẽ phải lưu trữ rất nhiều tệp dữ liệu, gây khó khăn cho công tác sử dụng và quản lý dữ liệu quan trắc, khó thực hiện việc tự động hoàn toàn.

- Đề tài Nghiên cứu xây dựng và thử nghiệm hệ thống trạm khí tượng tự động, Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Môi trường năm 2009, đã xây dựng trạm khí tượng thủy văn tự động nhưng theo công nghệ Datalogger VH051S truyền thống, dùng hệ thống vi xử lý và truyền dữ liệu qua modem GSM.

- Đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ IoT cho giám sát môi trường, Luận văn thạc sĩ tại Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN năm 2016, nhưng đây chỉ mang tính tiếp cận lý thuyết, sơ bộ về công nghệ IoT. Các vấn đề tích hợp tổng thể các công nghệ khác nhau vào một hệ thống hoàn chỉnh gồm WSN, IoT và GIS, GPS phục vụ cho bài toán quan trắc tự động, giám sát, cảnh báo, hỗ trợ ra quyết định, dự báo chưa được đề cập đến.

Việc ứng dụng kỹ thuật mạng cảm biến không dây vào y tế, bảo vệ rừng đã bắt đầu được nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam trong 2-3 năm trở lại đây và cho thấy mang lại kết quả rất khả quan (Dự án DForest Survey tại địa chỉ http://diadu.vn/dforestsurvey/); mạng cảm biến không dây cũng bắt đầu được thực hiện và ứng dụng trong nông nghiệp chính xác, cho phép quản lý tưới tiêu hiệu quả; hệ thống cảm biến không dây ứng dụng cho thực hành, thực nghiệm,  theo đó mạng cảm biến không dây vẫn đang trong quá trình phát triển và hoàn thiện để có thể ứng dụng vào thực tế một cách rộng rãi và hiệu quả, kết quả các tác giả đã giới thiệu về một nền tảng phần cứng mới TUmote (Thainguyen University mote) và công cụ phần mềm TU2C; hệ thống cảnh báo sạt lở đất sử dụng kỹ thuật mạng cảm biến không dây (Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN và Trường Đại học Duy tân).

- Các đề tài liên quan đến việc ứng dụng quan trắc từ xa ứng dụng công nghệ truyền dẫn vô tuyến của Viện Điện tử-Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội như: Đề tài Nghiên cứu mô hình mạng cảm biến không dây giám sát môi trường nước phục vụ phát triển nuôi tôm chân trắng tại Quang Ninh; Nghiên cứu và phát triển hệ thống giám sát từ xa các nguồn phóng xạ theo thời gian thực; Hệ thống giám sát mức nước sông tự động và cảnh báo mức nước sông tự động ở những địa điểm xung yếu trong hệ thống đề điều của thành phố Hà Nội . Các nội dung đề tài chủ yếu triển khai cho các nút mạng cảm biến khoảng cách ngắn, truyền dẫn qua công nghệ radio, 2G, GPRS hoặc 3G. Hệ thống chỉ có khả năng hiển thị thông tin trên website, không chiết xuất và hỗ trợ ra quyết định tự động phục vụ cho công tác quản lý nhà nước. Mặc dù có thể hiển thị vị trí trực tuyến nhưng hoàn toàn qua bản đồ Google Maps, chưa tích hợp công nghệ IoT, WebGIS và hệ thống khung dữ liệu tài nguyên môi trường chuẩn quốc gia theo quy định.

          Về hệ thống quan trắc tự động hiện tại sử dụng GSM, GPRS ở Việt Nam: hệ thống này mỗi trạm quan trắc muốn gửi thông tin về trung tâm cần có modem GSM để truyền dữ liệu qua mạng di động. Tại trung tâm sẽ thu thập các dữ liệu từ nhiều nguồn cảm biến khác nhau gửi về. Do vậy, kinh phí đầu tư xây dựng để triển khai hệ thống nếu cần nhiều điểm đo, giám sát thường đắt tiền và việc thu thập, xử lý dữ liệu tại trung tâm phức tạp, không linh hoạt. Bên cạnh đó, tốc độ truyền qua mạng di động dùng SMS và 3G hạn chế nên tại một vị trí khó có thể truyền nhiều dữ liệu cảm biến đồng thời.

Trong những năm qua việc truyền dẫn tín hiệu quan trắc về trung tâm đã được thực hiện qua mạng di động hoặc qua mạng Internet nhưng việc truyền dẫn trên còn nhiều hạn chế như việc truyền dẫn còn theo một chiềutừ trạm quan trắc về trung tâm qua Internet, không linh hoạt, thụ động, có giá thành cao và triển khai, xây dựng một trạm quan trắc rất mất thời gian. Đặc biệt là vấn đề về vị trí xây dựng, lắp đặt và bảo vệ các trạm quan trắc rất phức tạp. Đồng thời, cơ chế điều khiển từ trung tâm đến các nút mạng cảm biến chưa thực hiện được.Do vậy, việc triển khai nhiều trạm quan trắc tự động trên một vùng diện tích rộng với dữ liệu quan trắc đa dạng, tích hợp xử lý thông tin theo phương pháp trên là không thể thực hiện được trong thực tế vì giá thành xây dựng và duy trì hoạt động đắt, phức tạp.

          Ngoài ra, các ứng dụng trong nước còn hạn chế về số điểm đo, số lượng thông số môi trường có thể đo ít, giá thành đầu tư lớn, dịch vụ hạn chế, khó tích hợp, chia sẻ dữ liệu, công nghệ phụ thuộc nên khó chủ động, chưa tích hợp với công nghệ GIS điểu khiển và giám sát mạng qua mạng Internet, đa số sử dụng tin nhắn SMS qua mạng di động có độ tin cậy thấp, dung lượng nhỏ và phụ thuộc vào trạng thái mạng (nghẽn), không an toàn bảo mật, phải có sóng mạng di động.

Lấy ví dụ các trạm quan trắc trong lĩnh vực khí tượng thủy văn hiện tại, như các trạm đo mưa, đo khí tượng không tập trung và nguồn kinh phí hạn chế nên còn khó khăn trong công tác thu thập, xử lý và lưu trữ số liệu về cả không gian và thời gian để kịp thời cung cấp số liệu cho công tác cảnh báo, dự báo. Gần đây được biết Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia đã bắt đầu hợp tác với Tập đoàn Viễn thông quân đội Viettel cùng đầu tư, tổ chức và duy trì dự án “Tăng cường mật độ điểm khí tượng, đo mưa tự động phục vụ dự báo thời tiết và đảm bảo an toàn hồ chứa nước”.

Đặc điểm của mạng quan trắc này là dựa vào các trạm BTS (Base Transceiver Station - Trạm thu phát sóng di động, được dùng trong các mạng viễn thông di động) hiện có, nên truyền dẫn qua mạng di động. Bên cạnh đó, các trạm có thể sẽ đảm bảo được thông tin thông suốt (phục vụ truyền dẫn số liệu quan trắc, quản lý, ...) với hệ thống GPRS, cáp quang… đặc biệt với các khu vực miền núi, khu vực biên giới, các vùng ven biển, đảo, quần đảo cách xa đất liền. Việc hợp tác xây dựng dự án 5.000 điểm đo khí tượng và đo mưa sẽ mang lại hiệu quả rất lớn kể cả phương diện chuyên môn nghiệp vụ khí tượng thủy văn, hiệu quả kinh tế cao và khẳng định chủ quyền biển đảo của Việt Nam trên các quần đảo.

Tuy nhiên, các trạm quan trắc này không thể phủ hết các điểm quan trắc, đặc biệt là đối với các bài toán thực tiễn cần nhiều điểm đo, quan trắc nhiều thông số một thời điểm thì việc dựa vào các trạm quan trắc BTS không giải quyết được. Lấy ví dụ khi cần đo ô nhiễm nước thải ra từ một nhà máy, có thể phải đo đến 33 thông số, chỉ tiêu cần kiểm soát. Đối với công nghệ và hệ thống đo quan trắc hiện tại cần xây dựng nhiều trạm quan trắc rời rạc, truyền dữ liệu đến các trạm di động hoặc truyền qua sóng radio để về trung tâm. Đối với hệ thống quan trắc dùng mạng cảm biến không dây có thể tích hợp đo trên 1 nút nhiều thông số, tất cả các nút đều truyền về một nút gateway quản lý, trong đó nút gateway này kết nối với mạng di động, truyền dẫn qua internet nên có thể giải quyết triệt để hạn chế trên của mạng quan trắc truyền thống. Bên cạnh đó, song song với việc triển khai hệ thống quan trắc tự động dùng BTS của Viettel, mạng quan trắc dựa vào mạng cảm biến không dây có thể tích hợp dễ dàng với các hệ thống quan trắc hiện có và giúp cho việc bao phủ mạng lưới quan trắc càng hiệu quả.

Do vậy, việc triển khai nhiều trạm quan trắc tự động kết nối không dây đồng bộ, làm chủ công nghệ phần cứng và phần mềm, xây dựng một hệ thống cơ sở dữ liệu giám sát liên tục sẽ không xử lý được với hệ thống trên. Bên cạnh đó nếu triển khai trên một vùng diện tích rộng với dữ liệu quan trắc đa dạng, tích hợp xử lý thông tin theo phương pháp trên là không thể thực hiện được trong thực tế vì giá thành xây dựng và duy trì hoạt động đắt, phức tạp.

          Ngoài ra, các ứng dụng trong nước còn hạn chế về số điểm đo, số lượng thông số môi trường có thể đo ít, giá thành đầu tư lớn, dịch vụ hạn chế, khó tích hợp, chia sẻ dữ liệu, công nghệ phụ thuộc nên khó chủ động, chưa tích hợp với công nghệ GIS điểu khiển và giám sát mạng qua mạng Internet, đa số sử dụng tin nhắn SMS qua mạng di động có độ tin cậy thấp, dung lượng nhỏ và phụ thuộc vào trạng thái mạng (nghẽn), không an toàn bảo mật, phải có sóng mạng di động.

Theo Quy hoạch mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia giai đoạn 2016 - 2025, tầm nhìn đến năm 2030 vừa được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, thì việc quy hoạch nhằm xây dựng hệ thống quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia hợp lý, thống nhất, đồng bộ, hiện đại, đạt trình độ hàng đầu khu vực Đông Nam Á và trình độ tiên tiến của khu vực Châu Á; đáp ứng nhu cầu thông tin điều tra cơ bản phục vụ quản lý nhà nước về tài nguyên nước, tài nguyên đất, biển và hải đảo, khí tượng thuỷ văn, bảo vệ môi trường và yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội; phục vụ dự báo, cảnh báo, phòng tránh, giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai và ô nhiễm môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu. Quy hoạch mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia giai đoạn 2016 - 2025, tầm nhìn đến năm 2030 được giới hạn trong khuôn khổ mạng lưới quan trắc hoạt động tương đối ổn định, lâu dài và có thể kết hợp được giữa các lĩnh vực khí tượng thuỷ văn, tài nguyên nước, môi trường, biển và hải đảo, viễn thám, mạng lưới trạm định vị toàn cầu bằng vệ tinh và quan trắc địa động lực. Các trạm quan trắc mang tính đặc thù như quan trắc tài nguyên đất, quan trắc trượt lở đất, đá sẽ được bổ sung theo từng đề án riêng.

          Mặc dù đã có một số nước trên thế giới triển khai mạng cảm biến không dây ứng dụng cho giám sát, quan trắc môi trường nước, không khí,… nhưng các hệ thống này không phải là hệ thống mở và là bí mật về công nghệ [1-12]. Hơn nữa, hệ thống mạng cảm biến giám sát môi trường ở các nước này không thể áp dụng ngay vào Việt Nam vì mạng cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm địa hình, tính chất cụ thể của từng vùng, từng địa phương. Lấy ví dụ việc thiết kế cho mạng cảm biến giám sát chất lượng nước, khí thải ở các nhà máy khác với các sông, hồ. Việc lắp đặt các nút cảm biến tại vị trí nào, với mật độ bao nhiêu là khác nhau với từng yêu cầu bài toán và từng địa hình cụ thể.

           Khác với các thế hệ mạng truyền dẫn truyền thống, mạng cảm biến không dây được đặc trưng bởi mỗi nút mạng (sensor node) có khả năng xử lý thông tin linh hoạt, các nút mạng cũng như sự phức tạp của topo mạng. Đồng thời có thể giải quyết được vấn đề của các mạng đo lường từ xa hiện tại là đo được nhiều thông số môi trường tại một thời điểm, giúp cho giám sát gần như hầu hết tất cả các thông số môi trường cần giám sát, quản lý. Mạng cảm biến không dây hiện nay nếu được tích hợp với công nghệ IoTs, Web GIS khi ứng trong tài nguyên môi trường sẽ có thể giải quyết được bài toán đặt ra của thực tiễn, cho phép theo dõi, chiết xuất, hiển thị thông tin về môi trường mọi lúc, mọi nơi, các nút mạng có thể di chuyển rất linh hoạt.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Shu-Chiung Hu, You-Chiun Wang, Chiuan-Yu Huang, and Yu-Chee Tseng, Measuring Air Quality in City Areas by Vehicular Wireless Sensor Networks, Journal of Systems and Software, vol.84, no.11, pp. 2005-2012, November 2011.

2. Young Jin Jung, Yang Koo Lee, Dong Gyu Lee et al. , Design of Sensor Data Processing Steps in an Air Pollution Monitoring System, Sensors, vol.11, pp.11235-11250, 2011.

3. Sonal. A. Mishra, Dhanashree S. Tijare, and G. M. Asutkar, Design of Energy Aware Air Pollution Monitoring System Using WSN,International Journal of Advances in Engineering & Technology, May 2011.

4. Tajne K.M, Rathore S.S, Asutkar G.M, Monitoring of Air Pollution using Wireless Sensors – A case study of monitoring air pollution in Nagpur city, International Journal ò Environmental Sciences, Vol.2, No.2, 2011.

5. Kavi K. Khedo, Rajiv Perseedoss and Avinash Mungur, A wireless Sensor Network Air Pollution Monitoring Systems, International Journal of Wireless and Mobile Networks, Vol.2, No.2, May 2010.

6. Nithya Ramanathan, Laura Balzano, Deborah Estrin et al., Designing Wireless Sensor Networks as a Shared Resource for Sustainable Development, Information and Communication Technologies and Development, 2006.

7. Abdulrahman Alkandari, Meshal alnasheet, Yousef Alabduljader et al., Wireless Sensor Network (WSN) for Water Monitoring System: Case Study of Kuwait Beaches, International Journal of Digital Information and Wireless Communications (IJDIWC) Vol.1, No.4, pp. 709-717, 2011.

8. Peng Jiang, Hongbo Xia, Zhiye He and Zheming Wang, Design of a Water Environment Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks, Sensors vol.9, pp.6411-6434, 2009.

9. Marco Zennaro, Athanasios Floros, Gokhan Dogan et al., On the design of a Water Quality Wireless Sensor Network (WQWSN): an Application to Water Quality Monitoring in Malawi,  International Conference on Parallel Processing Workshops (ICPPW '09),Vienna 2009.

10. Zulhani Rasin, Mohd Rizal Abdullah, Water Quality Monitoring System Using Zigbee Based Wireless Sensor Network, International Journal of Engineering & Technology, Vol.9, No. 10, 2011.

11. J. Valverde, V. Rosello, G. Mujica, J. Portilla,A. Uriarte, and T. Riesgo, Wireless Sensor Network for Environmental Monitoring:Application in a Coffee Factory, Hindawi Publishing Corporation, International Journal of Distributed Sensor Networks, Volume 2012, Article ID 638067,18 pages.

12. Peter Corke at. al., Environmental Wireless Sensor Networks, Proceedings of the IEEE| Vol. 98, No. 11, November 2010.

13. Neitsch SL, Arnold JG, Kiniry JR, Srinivasan R, Williams JR. 2005. Soil and Water Assessment Tool, Theoretical Documentation: Version 2005 . USDA Agricultural Research Service and Texas A&M Blackland Research Center: Temple.

14. Nash, J. E. and J. V. Sutcliffe. 1970. River flow forecasting through conceptual models. Part I - A discussion of principles. J. Hydrology 10 (3), 282-290.

15. Krause, P., D. P. Boyle, and F. Base.2005. Comparision of different efficiency criteria for hydrological model assessment, p. 89-97. Adv. Geosci.

5. Các nội dung chính:

Đề tài nghiên cứu, thiết kế xây dựng thử nghiệm hệ thống hoàn chỉnh thu thập, đo lường từ xa, trực tuyến, thời gian thực thông số môi trường khí và nước thải trong các hầm lò và lộ thiên gồm CO, CO₂, SO₂, CH₄, H₂S, bụi lơ lửng tổng, khói, pH, TSS, BOD₅ sử dụng công nghệ mạng cảm biến không dây. Để đạt được mục tiêu của đề tài, các nội dung nghiên cứu chính cần triển khai gồm:

- Nghiên cứu về hệ thống đo lường tự động, bán tự động hiện tại tại các hầm lò, lộ thiên.

- Thiết kế chuẩn riêng truyền dẫn dữ liệu từ các node mạng cảm biến về trung tâm điều hành, giám sát qua mạng không dây nhằm bảo đảm an ninh, an toàn dữ liệu.

          - Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lường liên tục từ xa một số khí khai thác than, hầm lò, lộ thiên.

          - Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lường liên tục từ xa một số tham số nước thải từ khai thác than, hầm lò.

          - Nghiên cứu tích hợp các cảm biến khí nhà kính, thiết bị định vị GPS vào nút cảm biến không dây.

          - Nghiên cứu xây dựng thuật toán, hệ cơ sở dữ liệu quan trắc môi trường trong khai thác than, hầm lò ứng dụng để xây dựng hệ hỗ trợ ra quyết định, cảnh báo.

          - Nghiên cứu về tích hợp thông tin cảm biến trực tuyến trên bản đồ, kết hợp với công nghệ Web GIS.

          - Xây dựng bản đồ lan truyền bụi trực tuyến, thời gian thực.

          - Nghiên cứu mô hình áp dụng thử nghiệm hệ thống tại hầm lò, mỏ than tại Thái Nguyên và giải pháp mở rộng cho giám sát mỏ than trên một địa bàn rộng, gồm nhiều thông số quan trắc, thời gian thực.

6. Kết quả dự kiến:

1. Sản phẩm hệ thống phần cứng, phần mềm:Hệ thống phần cứng, các nút mạng đo lường các một số thông số khí và nước tại khu khai thác khoáng sản; hệ thống phần mềm thu nhận, xử lý, hỗ trợ ra quyết định, cảnh báo về môi trường khai thác khoáng sản. Thử nghiệm hệ thống mạng hoàn chỉnh tại một số khu vực khai thác than Thái Nguyên.

2. Sản phẩm dạng ấn phẩm khoa học: 02 bài báo khoa học ở tạp chí quốc tế.

3. Sản phẩm đào tạo: Đào tạo 03 luận văn tốt nghiệp đại học, 01 thạc sĩ

4. Các báo cáo tổng kết, báo cáo tóm tắt đề tài:Báo cáo chuyên đề, báo cáo tổng kết đề tài đảm bảo chất lượng, đáp ứng yêu cầu theo quy định.

5. Các sản phẩm khác: Sổ tay hướng dẫn thiết kế, cài đặt, thiết lập, vận hành hệ thống. Quy trình chuẩn thiết kế mạng cảm biến gồm xây dựng phần cứng, phần mềm, hệ thống lắp đặt node mạng,…ứng dụng trong quan trắc môi trường khai thác than.

7. Khả năng và địa chỉ ứng dụng:

          - Trung tâm Quan trắc môi trường, Tổng cục Môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường

          - Tổng Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam

          - Cục Công nghệ Thông tin, Bộ Tài nguyên và Môi trường

          - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

8. Dự kiến hiệu quả mang lại:

      Với khả năng và địa chỉ áp dụng như trên kết quả nghiên cứu của đề tài này có thể trở thành một công cụ hữu hiệu giúp các nhà quản lý có thể quản lý, giám sát thời gian thực, trực tuyến, giúp tổng hợp, phân tích, đưa ra dự báo về chất lượng môi trường khí, nước trong lĩnh vực khoáng sản, khai thác than, hầm lò.

      Bên cạnh đó đề tài thực hiện nghiên cứu các vấn đề liên ngành, ứng dụng công nghệ thông tin trong các lĩnh vực quản lý tài nguyên môi trường, nâng cao năng lực nghiên cứu, triển khai thực tiễn, chuyển giao công nghệ của các cán bộ, nhà khoa học, sinh viên, học viên khi tham gia đề tài.

9. Dự kiến thời gian thực hiện (thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc):

                             24 tháng (từ năm 01/2018-12/2019)

10. Đơn vị phối hợp thực hiện:

          - Cục Công nghệ Thông tin, Bộ Tài nguyên và Môi trường

          - Trung tâm Quan trắc Môi trường, Tổng Cục Môi trường

          - Tổng Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam

          - Đại học Quốc gia Hà Nội

11. Thông tin khác (áp dụng đối với dự án SXTN hoặc dự án KHCN):

12. Kinh phí (dự kiến): 2,8 tỷ

Cá nhân đề xuất

ThS. Nguyễn Văn Hách