- Trang Chủ
- Môi trường
- Ứng dụng GIS xây dựng hệ thống công khai, minh bạch phát thải khí nhà kính từ các hoạt động xử lý chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn thành phố Hà Nội
Xem mẫu
- ỨNG DỤNG GIS XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÔNG KHAI, MINH BẠCH
PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TỪ CÁC HOẠT ĐỘNG XỬ LÝ CHẤT
THẢI RẮN SINH HOẠT TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Nguyễn Thị Lệ Hằng, Nguyễn Xuân Bắc, Lê Anh Cường
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
Tóm tắt
Kết hợp các phương pháp đo đạc, tính toán, kiểm kê phát thải khí nhà kính (KNK) và hệ
thống thông tin địa lý (GIS) là một vấn đề then chốt cho các mục đích quản lý và mô hình hóa môi
trường nói chung và trong lĩnh vực quản lý chất thải nói riêng. Bài báo này kiểm tra sự phát triển
của ứng dụng WebGIS như một phần của hệ thống công khai phát thải KNK trong lĩnh vực quản
lý chất thải và tạo ra các bản đồ và các tệp dữ liệu với lượng khí thải được phân bổ theo vị trí
không gian của các nhà máy xử lý chất thải trên địa bàn thành phố Hà Nội. Nghiên cứu không chỉ
giới hạn trong các bản đồ được tạo ra mà còn trình bày các tính năng và khả năng của một ứng
dụng Web có thể được sử dụng bởi mọi người dùng ngay cả khi không có bất kỳ kiến thức trước
về lĩnh vực GIS. Sự phát triển của ứng dụng dựa trên các công cụ phần mềm mã nguồn mở như
MapServer cho các chức năng GIS, PostgreSQL và PostGIS để quản lý dữ liệu và HTML, PHP và
JavaScript là ngôn ngữ lập trình [5]. Đầu ra của ứng dụng bao gồm bản đồ ở định dạng Raster.
Dữ liệu về nguồn chất thải và khí thải có thể dễ dàng tùy chỉnh để sử dụng ở các khu vực khác
nhau, miễn là có sẵn dữ liệu về không gian và số liệu thống kê, kiểm kê phát thải KNK tại các khu
vực đó.
Từ khóa: Hệ thống thông tin địa lý (WebGIS/GIS); Khí nhà kính (KNK).
Abstract
Application of GIS on building a measurement, reporting and verification system forgreen
house gases emissions from solid waste treatment in Hanoi City
Combining methods of measurement, calculation, inventory of greenhouse gas (GHG)
emissions and geographic information systems (GIS) is a key issue for environmental modeling
and management purposes in general, in the field of waste management in particular. This paper
examines the development of a WebGIS application as part of a measurment, reporting and
verification system for GHG emissions in the waste management sector and create maps and data
files with emissions distributed by their spatial locations in Hanoi city. The study is not limited
to the generated maps but also presents the features and capabilities of a Web application that
can be used by any user even without any prior knowledge of the field. GIS. The development
of the application is based on open source software tools such as MapServer for GIS functions,
PostgreSQL and PostGIS for data management, and HTML, PHP and JavaScript as programming
languages. The output of the application includes the map in raster format. Data on waste sources
and emissions can be easily customized for use in different regions, as long as spatial data and
GHG emissions inventory and statistics are available in those regions.
Keywords: Geographic Information System (WebGIS/GIS); Green House Gas (GHG).
1. Đặt vấn đề
Biến đổi khí hậu (BĐKH) đang diễn biến ngày càng phức tạp, khó lường. Nếu không có các
hành động ứng phó kịp thời, biến đổi khí hậu sẽ là một trong những hiểm họa nghiêm trọng nhất
đối với nhân loại. Là một trong những quốc gia dễ bị tổn thương nhất do ảnh hưởng của biến đổi
Giải pháp kết nối và chia sẻ hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ công tác đào tạo, 201
quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường
- khí hậu, Việt Nam đã và đang chủ động phát huy nội lực, kêu gọi hỗ trợ quốc tế để tiến hành các
hoạt động ứng phó với biến đổi khí hậu, xây dựng nền kinh tế cacbon thấp theo hướng tăng trưởng
xanh và bền vững; đồng thời tích cực cùng cộng đồng thế giới phấn đấu thực hiện được mục tiêu
cuối cùng của Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu (UNFCCC) và giữ cho nhiệt
độ trung bình toàn cầu tăng không quá 2 °C vào cuối thế kỷ này.
Qua các nghiên cứu trên thế giới và trong nước, có thể thấy công khai, minh bạch đóng vai
trò là yếu tố then chốt, là sự sống còn trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công tác quản lý chất
thải. Việc công khai, minh bạch các hoạt động giảm nhẹ phát thải KNK trong quản lý chất thải giúp
phòng ngừa và phát hiện các hiện tượng biến đổi khí hậu.
Với vai trò như vậy, vấn đề công khai, minh bạch đã được đề cao trong những năm gần đây,
cụ thể trong các diễn đàn, thỏa thuận của khuôn khổ UNFCCC, trong các định hướng xây dựng
các văn bản quy phạm pháp luật ở các nước. Để đạt được các mục tiêu chung của UNFCCC, triển
khai các điều khoản của thỏa thuận Paris, có nhiều nghiên cứu về công khai và minh bạch đã được
thực hiện trên thế giới, cụ thể là áp dụng các công cụ MRV cho các hoạt động giảm nhẹ và hỗ trợ
giảm nhẹ phát thải khí nhà kính, giúp các thông tin, số liệu đáng tin cậy hơn, hiện thời hơn,... Mặt
khác, các nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng công nghệ sẽ giúp cho việc đánh giá và báo cáo trở nên
dễ dàng và hiệu quả hơn, việc sử dụng phần mềm tiên tiến có thể cải thiện quá trình đánh giá và
báo cáo một cách hiệu quả và thân thiện với người dùng.
Ngày nay, công nghệ thông tin ngày càng phát triển và mạng Internet đã trở nên phổ biến,
cho phép chúng ta khai thác thông tin một cách hiệu quả. Các thông tin không chỉ cung cấp dưới
dạng chữ, hình ảnh, biểu bảng,… mà còn dưới dạng bản đồ trực tuyến nhờ sự hỗ trợ của công nghệ
WebGIS [2]. Hơn nữa, WebGIS còn có tiềm năng lớn trong công việc làm cho thông tin địa lý trở
nên hữu dụng và sẵn sàng tới số lượng lớn người sử dụng trên thế giới. Với việc sử dụng bản đồ
trực tuyến, giải pháp này sẽ giúp khách hàng có thể cập nhật dữ liệu lên bản đồ để phục vụ trong
việc tìm kiếm địa điểm các nhà máy xử lý rác thải, đường đi, các thông tin về lượng rác thải xử lý
tại nhà máy, lương khí thải ra từ các hoạt động xử lý đó,… được ứng dụng trên máy tính và thiết
bị di động.
Hà Nội là trung tâm thủ đô của cả nước nên dân cư tập trung đông đúc tại nơi đây, điều này
đồng nghĩa với lượng rác thải cũng ngày một tăng và lượng khí phát thải vào không khí ngày một
nhiều. Chính vì vậy, nghiên cứu xây dựng hệ thống công khai, minh bạch lượng phát thải khí nhà
kính từ các hoạt động xử lý chất thải trên địa bàn thành phố Hà Nội là cần thiết và cấp bách trong
công tác quản lý chất thải.
2. Thiết kế hệ thống
Việc thiết kế hệ thống công khai, minh bạch phát thải khí nhà kính từ các hoạt động xử lý
chất thải được thực hiện bằng ngôn ngữ UML (Unified Modeling Language - Ngôn ngữ mô hình
hóa thống nhất). Đây là một ngôn ngữ mô hình gồm các ký hiệu đồ họa mà các phương pháp
hướng đối tượng sử dụng để thiết kế các hệ thống thông tin một cách nhanh chóng. Cách xây dựng
các mô hình trong UML rất phù hợp để mô tả các hệ thống thông tin cả về cấu trúc cũng như hoạt
động. Cách tiếp cận theo mô hình của UML giúp ích rất nhiều cho những người thiết kế và thực
hiện hệ thống thông tin cũng như những người sử dụng nó; tạo nên một cái nhìn bao quát và đầy
đủ về hệ thống thông tin dự định xây dựng. Cách nhìn bao quát này giúp nắm bắt trọn vẹn các yêu
cầu của người dùng [1]. Các mô hình hướng đối tượng được lập cũng là cơ sở cho việc ứng dụng
các chương trình tự động sinh mã trong các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng [8].
202 Giải pháp kết nối và chia sẻ hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ công tác đào tạo,
quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường
- Để thiết kế hệ thống thông tin QHSDĐ, nghiên cứu đã sử dụng 3 loại sơ đồ là sơ đồ ca sử
dụng, sơ đồ hoạt động và sơ đồ lớp.
- Sơ đồ ca sử dụng (Use Case Diagram): Mục đích chính của việc sử dụng sơ đồ ca sử dụng
là giúp người phát triển hệ thống hình dung ra các yêu cầu chức năng của một hệ thống, bao gồm
mối quan hệ của “các vai - actors” (người hay chủ thể sẽ tương tác với hệ thống) với các quá trình
(processes) cần thiết, cũng như các mối quan hệ giữa các ca sử dụng khác nhau [7]. Một ca sử
dụng minh họa một đơn vị chức năng được hệ thống cung cấp. Để cho thấy ca sử dụng trên một
sơ đồ ca sử dụng, người ta vẽ hình ellipse ở giữa sơ đồ và đặt tên cho nó ở giữa hình. Để vẽ một
vai (actor - tương đương với một loại người sử dụng hệ thống), người ta vẽ một người dính vào
bên trái hay bên phải sơ đồ rồi sử dụng các đường đơn giản để mô tả các mối quan hệ giữa vai và
các ca sử dụng.
- Sơ đồ hoạt động (Activity Diagram): Hiển thị luồng kiểm soát theo thủ tục giữa hai hay
nhiều đối tượng lớp khi xử lý một hoạt động [7]. Sơ đồ hoạt động có dạng giống như sơ đồ quy
trình (Flow Chart) hay sử dụng trong phân tích thiết kế có cấu trúc. Nó chỉ ra các bước thực hiện,
các hành động, các nút quyết định và điều kiện rẽ nhánh để điều khiển luồng thực hiện của hệ
thống. Sơ đồ hành động mô tả các hành động và các kết quả của những hành động đó trong một
hệ thống.
- Sơ đồ lớp (Class Diagram): Là sơ đồ đưa ra những hình ảnh về quan hệ cấu trúc và những ứng
xử về chức năng của các lớp (class). Một lớp là một sự trừu tượng trong đó nó nhấn mạnh đến đặc
tính chung, bỏ qua những đặc tính riêng biệt. Một đối tượng là một thể hiện của một lớp. Trong sơ đồ
lớp, một lớp được trình bày bởi hình chữ nhật hiển thị: tên, các phương thức (operations) và thuộc tính
(attributes) của nó. Tên của lớp là bắt buộc, còn phương thức và thuộc tính có thể được thể hiện hoặc
không. Sơ đồ lớp thường được dùng để thiết kế cơ sở dữ liệu cho các hệ thống thông tin.
3. Lựa chọn hệ thống
Một hệ thống WebGIS thường có kiến trúc khách - chủ 3 tầng (3-tier client/server architecture) [6]:
Hình 1: Kiến trúc chung của một hệ thống WebGIS [6]
- Tầng dữ liệu (data) tiếp nhận, lưu trữ và phân phối dữ liệu;
- Tầng phân tích (logic) xử lý dữ liệu;
Giải pháp kết nối và chia sẻ hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ công tác đào tạo, 203
quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường
- - Tầng hiển thị (presentation) hiển thị dữ liệu.
Để triển khai một hệ thống thông tin công khai, minh bạch phát thải KNK trên nền tảng công
nghệ WebGIS cần có những hợp phần sau:
- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu để quản lý các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính;
- Máy chủ bản đồ để sinh ra các hình ảnh bản đồ từ dữ liệu cung cấp bởi hệ quản trị cơ sở dữ
liệu và hỗ trợ các truy vấn không gian;
- Máy chủ Internet để xử lý các yêu cầu của người sử dụng và tạo ra các trang Web để đáp
ứng các yêu cầu này;
- Trình duyệt Web để hiển thị dữ liệu và cung cấp giao diện sử dụng ở máy tính của người
sử dụng.
Sau khi phân tích tính phù hợp của các hợp phần cần thiết để có thể xây dựng được WebGIS
hiệu quả về chất lượng, kinh tế, thời gian,… nghiên cứu đã lựa chọn các giải pháp phần mềm mã
nguồn mở như sau:
- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu thuộc tính - Postgre SQL: là hệ quản trị có độ tin cậy cao, có thể
chạy được trên rất nhiều hệ điều hành khác nhau như Window, Linux, Unix, MacOSX,… Khả
năng mở rộng hàm, kiểu dữ liệu, toán tử,... người sử dụng có thể tự định nghĩa hàm, kiểu dữ liệu,
kiểu toán tử,...
- Hệ quản trị CSDL không gian - PostGIS: Cài đặt và chạy như một ứng dụng mở rộng của
PostgreSQL.
- Tuân thủ theo các chuẩn của OGC (Open Geospatial Consortium).
- Hỗ trợ một số lượng lớn các hệ tham chiếu không gian, trong đó có các hệ EPSG.
- Máy chủ bản đồ - Map Server: Là phần mềm máy chủ bản đồ mã nguồn mở phổ biến nhất
hiện nay; Tích hợp khá nhiều các công nghệ hiện đại, tiên tiến [4]. Tương thích với giao tiếp CGI
(Common Gateway Interface) rất phổ biến trước đây trong các hệ thống Web. Các bản đồ được
thiết lập bằng cách khai báo các thông số trong một file đặc biệt gọi là Mapfile.
- Máy chủ Internet - Apache: Hỗ trợ ngôn ngữ lập trình Web PHP, là đối thủ cạnh tranh trực
tiếp của Microsoft Internet Information Service (IIS).
- Trình duyệt Web: Có thể sử dụng một trình duyệt Web bất kỳ, chạy trên mọi hệ thống, từ
máy bàn tới các thiết bị di động.
4. Thử nghiệm hệ thống
4.1. Thiết lập nội dung bản đồ
Dữ liệu thu thập được chuẩn hóa và chuyển đổi dữ liệu [3, 4] vào CSDL PostgreSQL/
PostGIS rồi đặt các tham số kết nối và hiển thị trong Mapfile. Sau khi thiết lập CSDL, công việc
tiếp theo là thiết kế nội dung cho bản đồ MapServer thông qua cài đặt các thông tin cần thiết cho
Mapfile.
204 Giải pháp kết nối và chia sẻ hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ công tác đào tạo,
quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường
- Hình 3: Cơ sở dữ liệu trong hệ thống công khai, minh bạch phát thải KNK trong quản lý chất
thải rắn tại thành phố Hà Nội
Hình 4: Khai báo lớp dữ liệu “Khu xử lý chất thải rắn” trên địa bàn thành phố Hà Nội
4.2. Thử nghiệm
Sau khi kết nối máy chủ và thực hiện các thủ tục đăng nhập, người sử dụng có thể thực hiện
các công việc sau:
- Xem các lớp bản đồ nền và bản đồ chuyên đề (các khu xử lý chất thải rắn);
- Điều khiển chế độ hiển thị (phóng to, thu nhỏ, di chuyển màn hình,…);
- Tìm kiếm đối tượng theo thông tin thuộc tính (xem thông tin về lượng chất thải, khối lượng
KNK thải ra trong quá trình xử lý chất thải tại mỗi nhà máy xử lý chất thải).
- Các thông tin tìm kiếm có thể xuất kết quả dưới 03 định dạng: *.xls; *.csv, *.pdf;
- In ấn và lưu thông tin trên bản đồ.
Giải pháp kết nối và chia sẻ hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ công tác đào tạo, 205
quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường
- Hình 5: Hệ thống công khai phát thải KNK trong quản lý chất thải rắn tại thành phố Hà Nội
Hình 6: Truy vấn thông tin thuộc tính của Khu xử lý chất thải rắn Nam Sơn
tại thành phố Hà Nội
Hình 7: Kết quả tìm kiếm có thể in ra ở 03 định dạng *.xls, *csv, *.pdf
206 Giải pháp kết nối và chia sẻ hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ công tác đào tạo,
quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường
- 5. Kết luận
Nghiên cứu đã ứng dụng các phần mềm mã nguồn mở xây dựng được hệ thống công khai
phát thải KNK trong lĩnh vực quản lý chất thải rắn tại thành phố Hà Nội với các chức năng thông
thường như: tìm kiếm thông tin thuộc tính, thay đổi chế độ hiển thị, xuất kết quả tìm kiếm dưới 03
định dạng,…Về cơ bản, với các chức năng như trên, đã giúp minh bạch được các thông tin về chất
thải tại các nhà máy xử lý chất thải trên địa bàn thành phố Hà Nội và lượng KNK sản sinh trong
quá trình xử lý của nhà máy cũng được cập nhật và công bố. Tuy nhiên, các số liệu thu thập được
về lượng chất thải rắn tại các nhà máy còn thiếu nên thông tin công bố còn bị hạn chế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Trần Quốc Bình (2013). Nghiên cứu ứng dụng GIS trong công tác quy hoạch sử dụng đất cấp huyện và
xã. Đề tài nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.
[2]. Nguyễn Sỹ Thọ (2013). Thiết kế hệ thống WebGIS quản lý thông tin quy hoạch sử dụng đất (lấy ví dụ
tại huyện Đông Anh, thành phố Hà Nội). Luận văn Thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
ĐHQGHN.
[3]. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2015, 2016, 2017). Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia, chất thải
rắn.
[4]. Hợp tác xã Thành Công (2015). Báo cáo tổng hợp khối lượng chất thải rắn từ năm 2010-2015.
[5]. Dimitrios Gkatzoflias, Giorgos Mellios, Zissis Samaras (2013). Development of a web GIS
application for emissions inventory spatial allocation based on open source software tools. Computers &
Geosciences 52:21-33. DOI:10.1016/j.cageo.2012.10.011.
[6]. Shashi Shekar, Hui Xiong (Eds.) (2008). Encyclopedia of GIS. Springer.
[7]. Bell D (2003). UML basics: An introduction to the Unified Modeling Language. IBM Corporation.
[8]. http://www.ibm.com/developerworks/rational/library/769.html?S_TACT=105AGY75
[9]. Wikipedia. Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất. http://vi.wikipedia.org/wiki/ Ngôn_ngữ_mô_hình_hóa_
thống_nhất
[10]. Wikipedia. Multitier architecture. https://en.wikipedia.org/wiki/Multitier_architecture.
Chấp nhận đăng: 10/12/2021; Người phản biện: TS. Nguyễn Thị Linh Giang.
Giải pháp kết nối và chia sẻ hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ công tác đào tạo, 207
quản lý lĩnh vực tài nguyên môi trường
nguon tai.lieu . vn
