- Trang Chủ
- Môi trường
- Ứng dụng WebGIS thể hiện thông tin chất lượng môi trường không khí ở thành phố Hồ Chí Minh
Xem mẫu
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
ỨNG DỤNG WEBGIS THỂ HIỆN THÔNG TIN CHẤT LƯỢNG
MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Lê Thiên Bảo1, Vũ Xuân Cƣờng1
1
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. HCM,
236B Lê Văn Sỹ, Phường 1, quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh
Email: ltbao@hcmunre.edu.vn
TÓM TẮT
Ô nhiễm môi trường là vấn đề nóng mà xã hội đang ngày càng quan tâm. Dữ liệu quan trắc
chất lượng môi trường không khí sẽ cung cấp thông tin cho người sử dụng để đưa ra những phân
tích, đánh giá, các biện pháp để bảo vệ và công bố thông tin quan trắc cho cộng đồng. Bài báo giới
thiệu cách vận dụng các phương pháp thể hiện trực quan bản đồ với sự hỗ trợ của phần mềm GIS để
xử lý các số liệu đo quan trắc môi trường tại 9 điểm quan trắc trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh. Kết
quả được thể hiện bằng WebGIS với các giao diện phù hợp để công bố kết quả quan trắc chất lượng
môi trường không khí một cách rõ ràng, tiện lợi.
Từ khóa: WebGIS, bản đồ chuyên đề, trực quan hóa dữ liệu, quan trắc môi trường, chất lượng
môi trường không khí.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, mạng lưới quan trắc và thể hiện các chỉ số quan trắc môi trường không khí, quan
trắc nước mặt đã và đang hoàn thiện theo kế hoạch thực hiện quy hoạch mạng lưới quan trắc Tài
nguyên và Môi trường quốc gia [1]. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, các kết quả quan trắc môi trường
không khí được công bố qua các bảng thông báo điện tử ở các nơi trên địa bàn bằng cách thể hiện
những thông số nào vượt hạn mức cho phép bằng màu đỏ để cảnh báo cho người dân, ngược lại
những thông số sẽ thể hiện màu xanh khi nằm trong mức giới hạn cho phép. Cách làm trên tuy có
vẻ rất rõ ràng, chi tiết nhưng không đem lại hiệu quả truyền thông như mong muốn vì người dùng
khó hình dung khi chưa tận dụng các phương pháp bản đồ chuyên đề để thể hiện trực quan và sinh
động. Hơn nữa, mỗi thông số đều có những ý nghĩa, mức độ nguy hại khác nhau và không phải ai
cũng biết về điều này. Mặt khác, bản chất của dữ liệu quan trắc môi trường là dữ liệu không gian vì
vậy phải gắn với vị trí cụ thể trên bề mặt Trái Đất. Vì thế, chúng ta nên sử dụng bản đồ để thể hiện
vị trí các điểm quan trắc với những phương pháp thể hiện thích hợp để hiển thị kết quả đo. Bản đồ
này có thể công bố qua nhiều kênh, đặc biệt là trong bối cảnh phát triển của Internet thì WebGIS là
một kênh hiệu quả, khả thi vì điểm mạnh của WebGIS là có thể truy cập mọi lúc, mọi nơi các thông
tin GIS mà không cần có phần mềm GIS. Bài báo này sẽ trình bày việc thành lập một WebGIS cơ
bản giúp người sử dụng tương tác với các bản đồ mà không cần có phần mềm GIS chuyên biệt.
Ngoài ra, dữ liệu quan trắc môi trường được trực quan hóa và phân tích để đưa ra các nhận định về
hiệu quả của từng giải pháp.
2. DỮ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP
2.1. Dữ liệu
Bản đồ nền: Shapefile ranh giới quận/huyện ở Thành phố Hồ Chí Minh [2].
266
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
Số liệu quan trắc khu vực Thành phố Hồ Chí Minh được cung cấp bởi Sở Tài nguyên & Môi
trường TP. HCM: là kết quả quan trắc tại 9 trạm quan trắc vào tháng 1 năm 2005 với các thông số
chất lượng môi trường không khí: CO, SO2, NO2, PM2.5,…
2.2. Phƣơng pháp
2.2.1. Đối với dữ liệu quan trắc môi trường
Phần tính toán chỉ số từ dữ liệu thô
Các thông số quan trắc thô sẽ được sắp xếp lại theo từng trạm quan trắc và được tính toán theo
“Sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng không khí” [3] và “ Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia về
chất lượng không khí xung quanh” [4] do Tổng cục Môi trường ban hành.
Các số liệu quan trắc đã tính sẽ được lưu thành bảng. Trong đó, nội dung bảng sẽ thể hiện:
ngày, giờ, tên trạm, tọa độ trạm quan trắc, thông số quan trắc thô, AQI theo giờ của từng thông số,
AQI theo giờ tại các trạm quan trắc.
Phần thể hiện trực quan
Dữ liệu quan trắc môi trường là dữ liệu không gian nên cần phải thể hiện trên bản đồ với các
phương pháp thể hiện trực quan khác nhau - Trực quan hóa dữ liệu [5]. Có nhiều phương pháp thể
hiện nội dung bản đồ, khác nhau tùy theo đặc điểm của đối tượng (điểm, đường, vùng) và giá trị
thông tin (định lượng hay định tính, liên tục hay rời rạc,…).
- Đối với dữ liệu quan trắc môi trường (định lượng) được thu thập tại từng trạm quan trắc (định
vị theo điểm) ta có thể sử ký hiệu theo điểm và biểu đồ định vị, cụ thể là:
+ Ký hiệu điểm dùng thể hiện chỉ số AQI với màu thay đổi theo giá trị đúng với quy định đã
ban hành.
+ Biểu đồ định vị để thể hiện các thông số cụ thể. Các biểu đồ có thể dùng là biểu đồ tròn, biểu
đồ cột, đồ thị, radar. Việc lựa chọn hình thức biểu diễn cần phải được cân nhắc cho từng trường
hợp. Cụ thể, trong bài báo sẽ sử dụng biểu đồ cột để thể hiện các thông số quan trắc.
- Để thể hiện chất lượng môi trường (giá trị định lượng) trên địa bàn nghiên cứu (phân bố theo
vùng), ta có thể sử dụng các phương pháp đẳng trị, phân vùng, đồ giải,… Trong phạm vi nghiên
cứu, với số lượng trạm quan trắc ít nên sẽ sử dụng phương pháp phân vùng với giá trị AQI tổng hợp
theo giờ.
- Các dữ liệu được đưa vào và thực hiện trực quan hóa bằng phần mềm GIS, cụ thể sẽ sử dụng
ArcGIS.
2.2.2. Đối với xây dựng trang WebGIS
Đưa shapefile lên bằng phần mềm ArcGIS Server và sử dụng phần mềm Microsoft Visual
Studio cùng với ngôn ngữ lập trình HTML, CSS để hoàn chỉnh giao diện trang Web. Cụ thể bao
gồm các bước:
- Tạo Services để đưa sang ArcGIS Server (Hình 1).
- Đưa bản đồ sang ArcGIS Server.
- Khởi tạo trang WebGIS
Bước 1: ArcGIS Server Manager =>Log In => Home => Create A Web Application. Chọn dữ
liệu bản đồ lấy từ ArcGIS Server đã tạo trước đó bằng Add Layer.
Bước 2: Cài đặt các công cụ biểu tượng cơ bản cần có của WebGIS. Trong đó, có thể bỏ các
chức năng không cần thiết bằng việc tích vào các tính năng có sẵn.
267
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
Hình 1. Màn hình tạo Services để đưa sang Arcgis Server.
Bước 3: Chọn Next để hoàn tất sau khi đã hiệu chỉnh những điều cần thiết. Tại đây, có thể
quay lại các bước trên để hiệu chỉnh nếu cảm thấy bước nào chưa ưng ý. Nếu không còn chỉnh sửa,
nhấp chọn Finish để hoàn tất tạo WebGIS. Xuất hiện cửa sổ cho biết đường dẫn để mở WebGIS vừa
tạo và nhấp chọn đường dẫn để thu được kết quả như Hình 2:
Hình 2. Màn hình WebGIS khi hoàn thành.
268
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
- Hoàn chỉnh giao diện Web (Hình 3).
Hình 3. Màn hình thay đổi tên nhãn công cụ.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả tính và thể hiện trực quan dữ liệu quan trắc
Các kết quả quan trắc chất lượng môi trường không khí là nguồn dữ liệu có giá trị, cung cấp
thông tin về môi trường cho người sử dụng. Nguồn dữ liệu này sẽ càng có giá trị hơn nếu được khai
thác một cách hiệu quả nhờ sự hỗ trợ phần mềm GIS vì nó giúp cho người sử dụng có cái nhìn trực
quan hơn, toàn diện hơn và cho thấy được sư phân bố không gian của hiện tượng (cụ thể là biểu đồ
cột thể hiện nồng độ đo được với ngưỡng để nhận biết mức độ ô nhiễm và bản đồ phân vùng chất
lượng môi trường không khí theo giờ hoặc ngày để nhận biết được khu vực ô nhiễm cao hay thấp).
3.1.1. Thể hiện chỉ số chất lượng môi trường không khí tổng hợp tại TP. HCM
Hình 4. Kết quả phân loại tình trạng chất lượng môi trường không khí theo quy định.
269
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
Kết quả AQI tổng hợp được phân thành 5 nhóm và thể hiện bằng phương pháp ký hiệu theo
điểm với màu của từng nhóm theo bảng so sánh chất lượng môi trường không khí - Phương pháp
tính AQI do Tổng cục Môi trường ban hành (Hình 4). Ta có thể nhận định được mức độ ô nhiễm
nói chung tại các trạm quan trắc (3/9 trạm có giá trị AQI tốt, 5/9 trạm có trị AQI trung bình, 1/9
trạm có giá trị AQI kém) nhưng không xác định được loại chất gây ô nhiễm tại các trạm quan trắc
(do chỉ thể hiện số liệu tổng hợp).
3.1.2. Thể hiện kết quả đo chi tiết của từng thông số
Kết quả đo chi tiết của các thông số được thể hiện bằng biểu đồ cột vì mỗi chất được xem có
tính nguy hại khác nhau như 0.5mg CO được xem không ô nhiễm nhưng 0.5 mg NOX/m3 đã bị ô
nhiễm (theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất lượng không khí xung quanh do Tổng cục Môi
trường ban hành). Khi thể hiện kết quả đo chi tiết của các thông số quan trắc không nên sử dụng
biểu đồ tròn vì dễ gây nhầm lẫn mặc dù có cùng đơn vị đo nhưng mức độ nguy hại của từng chất rất
khác nhau. Lấy ví dụ, độ lớn của A (1400 µg CO/m3, 200 µg SO2/m3, 100 µg NOX/m3) và B (1000
µg CO/m3, 400 µg SO2/m3, 300 µg NOX/m3) là bằng nhau nhưng mức độ nguy hại của B cao hơn A
(do SO2, NOX vượt ngưỡng cho phép theo quy định của Tổng cục Môi trường). Ngoài ra, có thể sử
dụng đồ thị Radar (Hình 5) để thể hiện trực quan về kết quả quan trắc vì không những cho biết kết
quả đo chi tiết của từng thông số mà còn giúp người dùng nhìn thấy mức độ ô nhiễm sẽ tập trung
vào những thông số quan trắc khi so với chuẩn.
Hình 5. Đồ thị Radar thể hiện kết quả đo SO2, PM10, NOX, O3, CO so với chuẩn tại trạm đo Quận 2.
Hình 6. Thể hiện kết quả đo chi tiết với số liệu quan trắc thô bằng đồ thị Radar.
270
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
Tuy nhiên, việc xây dựng đồ thị Radar chưa được tự động hóa hoàn toàn. Do đó, để thuận tiện
trong nghiên cứu, bài báo sẽ thể hiện kết quả đo chi tiết bằng biểu đồ cột.
- Thể hiện kết quả đo chi tiết với số liệu quan trắc thô (Hình 7).
Hình 7. Thể hiện kết quả đo chi tiết với số liệu quan trắc thô.
Khi thể hiện dữ liệu thô người dùng xác định được thông số nào cao hay thấp nhưng không
biết được nồng độ của từng thông số có ảnh hưởng như thế nào và mức độ có nguy hiểm không.
Những thông số này sẽ khiến người dùng khó hình dung nếu không có nhiều kiến thức về các chất
gây ô nhiễm.
- Thể hiện kết quả đo chi tiết với số liệu quan trắc thô so với chuẩn (Hình 8).
Hình 8. Kết quả thể hiện các thông số quan trắc với chuẩn.
Khi thể hiện dữ liệu thô cùng với giá trị chuẩn, người sử dụng có thể dễ dàng so sánh giá trị độ
lớn các thông số có vượt qua tiêu chuẩn cho phép không và nếu vượt qua thì vượt qua nhiều hay ít.
3.1.3. Phân vùng chất lượng môi trường không khí
Thể hiện chất lượng môi trường không khí theo giá trị AQI tổng hợp theo giờ (Hình 9) với
thang màu do Tổng cục môi trường quy định:
271
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
Hình 9. Kết quả phân vùng chất lượng môi trường không khí theo thang màu quy định.
Chất lượng không khí theo vùng có thể có được khi ta thực hiện nội suy từ giá trị AQI tổng
hợp theo giờ của các trạm quan trắc. Thể hiện phân vùng chất lượng không khí theo vùng là rất cần
thiết để phản ánh tình trạng ô nhiễm môi trường trên diện rộng (vì bản chất không khí phân bố theo
vùng). Nội suy để phân vùng chất lượng môi trường không khí chưa đạt độ chính xác và mức độ tin
cậy cao vì mật độ các trạm còn thưa thớt. Vì vậy, để kết quả phân vùng chất lượng đạt hiệu quả cao
cần phải kết hợp với nhiều lĩnh vực nghiên cứu như viễn thám vì ưu điểm của viễn thám trong giám
sát có tính bao quát rộng lớn sẽ giải quyết khó khăn khi số lượng các trạm quan trắc ít và làm giảm
kinh phí lắp đặt các trạm quan trắc.
3.2. Giao diện và chức năng của trang Web
3.2.1. Giao diện trang Web
- Giao diện hiển thị chỉ số chất lượng môi trường không khí tổng hợp AQI theo giờ của các
trạm quan trắc có màu sắc chia theo quy định của TCMT ban hành (Hình 10).
Hình 10. Giao diện hiển thị chỉ số chất lượng môi trường không khí tổng hợp.
272
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
- Giao diện hiển thị phân vùng chất lượng môi trường không khí tổng hợp AQI theo giờ từ các
trạm quan trắc có màu sắc chia theo quy định của TCMT ban hành (Hình 11).
Hình 11. Giao diện hiển thị phân vùng chất lượng môi trường không khí.
- Giao diện hiển thị các thông số quan trắc môi trường không khí theo chuẩn (Hình 12).
Hình 12. Giao diện hiển thị các thông số quan trắc môi trường không khí theo chuẩn.
273
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
3.2.2. Chức năng các công cụ
- Công cụ truy vấn AQI - Ngày: lựa chọn tên các trạm quan trắc được thiết lập sẵn (Hình 13).
Hình 13. Giao diện công cụ truy vấn AQI - Ngày.
- Công cụ truy vấn AQI - Giờ: nhập tên trạm quan trắc mà người dùng mong muốn (Hình 14).
Hình 14. Giao diện công cụ truy vấn AQI - Giờ.
274
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
- Công cụ xem thông tin Map Identify (Hình 15).
Hình 15. Giao diện công cụ xem thông tin Map Identify.
Giao diện trang WebGIS thể hiện thông tin chất lượng môi trường không khí ở TP. HCM giúp
cho người sử dụng dễ dàng và thuận lợi trong việc tìm kiếm, truy vấn thông tin quan trắc môi trường
không khí như: kết quả khi truy vấn thông tin quan trắc sẽ được thể hiện ở mục Results và có thể xóa
đi nếu người sử dụng không cần sử dụng nữa; các lớp bản đồ được quản lý tập trung tại Map Contents
nên người dùng sẽ dễ dàng sử dụng chỉ bằng một cái nhấp chuột sẽ xem được các biểu đồ thông số
quan trắc môi trường không khí so với chuẩn hay chỉ số chất lượng môi trường không khí tổng hợp
AQI theo giờ của các trạm quan trắc hoặc bản đồ phân vùng chất lượng môi trường không khí Thành
phố Hồ Chí Minh theo ngày, giờ mong muốn. Vì có “thang chỉ số mức an toàn của không khí” hỗ trợ
giúp người sử dụng dễ dàng nhận biết chất lượng môi trường không khí theo ngưỡng mà Tổng cục
Môi trường quy định. Hơn nữa, phần mềm ArcGIS Server cung cấp rất nhiều chức năng mạnh, hỗ trợ
các lập trình viên không phải mất nhiều thời gian nghiên cứu, xây dựng lại các chức năng chính của
GIS. Với trang WebGIS, người sử dụng có thể mở xem, tương tác và khai thác thông tin bản đồ ở mọi
nơi (khi có thể truy cập Internet) mà không cần phải có phần mềm GIS.
4. KẾT LUẬN
Dữ liệu quan trắc môi trường không khí ngày càng được mọi người quan tâm và chú trọng đến.
Chính vì vậy, việc thu thập, xử lý, thể hiện và công bố dữ liệu quan trắc môi trường không khí là
vấn đề cần đặt ra tại Thành phố Hồ Chí Minh. Dữ liệu quan trắc là những dữ liệu thô, do đó cần
phải xử lý dữ liệu thành thông tin có ích và có ý nghĩa cho người dùng sử dụng một cách hiệu quả
nhất. Bài báo đã đưa ra một gợi ý về cách xử lý và thể hiện trực quan dữ liệu quan trắc đồng thời
cũng đưa ra giải pháp tạo lập WebGIS bằng phần mềm ArcGIS Server để các thông tin này được
truyền đạt hiệu quả và hợp lý. Ngoài ra, để đạt hiệu quả như mong muốn thì việc thu thập, xử lý dữ
liệu cần đạt được trong thời gian ngắn và thể hiện chúng tại máy chủ để hiển thị thông tin ngay thời
điểm thực (Realtime Data).
275
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Quyết định số 90/QĐ-TT ngày 12 tháng 1 năm 2016 về việc phê duyệt Quy hoạch mạng lưới
quan trắc tài nguyên môi trường quốc gia giai đoạn 2016-2025, tầm nhìn đến năm 2030.
2. Dữ liệu nền, truy cập 12/2017 tại: www.diva-gis.org.
3. Tổng cục Môi trường - Sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng không khí, ban hành kèm
quyết định số 878/QĐ-TCMT, 2011.
4. Tổng cục Môi trường - Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh
QCVN 05:2013/BTNMT, ban hành theo thông tư số 32/2013/TT-BTNMT ngày 25/10/2013.
5. Vũ Xuân Cường, Lê Minh Vĩnh - Trực quan hóa dữ liệu quan trắc môi trường, Tạp chí Khoa học
trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh. Tập 14, số 6 (2017), Khoa học Tự nhiên và
Công nghệ, năm 2017, trang 120-130.
APPLYING A WEBGIS TO VISUALIZE AIR QUALITY IN HO CHI MINH CITY
Le Thien Bao1, Vu Xuan Cuong1
1
University of Natural Resources and Environment Ho Chi Minh City,
236B Le Van Sy, Ward 1, Tan Binh district, Ho Chi Minh City
Email: ltbao@hcmunre.edu.vn
ABSTRACT
Environmental pollution is an issue that is increasingly drawing attention because of its
damages in terms of human properties as well as their mental and physical health. Therefore, air
quality monitoring data should be published to the public so that users can make analyses,
evaluation, and give solutions for air protection to local community. Based on indicators for air
quality assessment (AQI) and parameters collected from 9 air monitoring stations in the HCM City,
the paper calculated the AQI indexes and visualize them on map using ArcGIS 10.2. Finally, a
WebGIS was created by combining ArcGIS Server and Microsoft Visual Studio, creating the
standard interfaces to visually publish the monitoring results via thematic maps.
Keywords: WecGIS, thematic maps, data visualization, air quality monitoring, air quality index.
276
nguon tai.lieu . vn
