Ứng dụng tin học trong công tác quản lý và khai thác
số liệu quan trắc môi trường

Bùi Tá Long, Lê Thị Quỳnh Hà, Lưu Minh Tùng
Viện Cơ học Ứng dụng
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
1. Mở đầu
Tin học môi trường (tiếng Anh là Environmental Informatics) là một lĩnh vực khoa
học liên ngày mới xuất hiện vài năm trở lại đây. Theo định nghĩa của trường Đại học tổng hợp
California tại Berkeley (Mỹ), Tin học môi trường được định nghĩa như là một lĩnh vực mang
tính cấp thiết liên quan tới những vấn đề phát triển các tiêu chuẩn và phương thức cả về khía
cạnh công nghệ lẫn h
ọc thuật, để chia sẻ và tích hợp các dữ liệu và thông tin môi trường. Một
trong những tạp chí chuyên ngành về Tin học môi trường trên thế giới là Tạp chí Journal of
Environmental Informaitsc đã đưa ra quan điểm sau đây về mục tiêu ban đầu, mục đích và nội
dung của ngành khoa học mới này như sau:“ Tạp chí Tin học môi trường là nơi công bố
những nghiên cứu đa ngành liên quan tới những nghiên cứu mới về các ngành khoa học và
công nghệ thông tin cho công tác quả
n lí môi trường. Tạp chí hỗ trợ thúc đẩy và nâng cao sự
tích hợp thông tin và phân tích hệ thống nhằm trợ giúp cho các giải pháp quản lí có cơ sở
khoa học và hiệu quả về mặt kinh tế”. Tạp chí phục vụ cho các nhà nghiên cứu, giáo dục và
những người ứng dụng, cho tất cả những ai quan tâm tới khía cạnh lí luận và ứng dụng của
khoa học thông tin môi trường không giới hạn với những phạm vi của chuyên ngành nào.

Định nghĩa của khoa địa lí thuộc trường đại học tổng hợp Lancaster University của
Anh về môn học Tin học môi trường như sau: “ Nói chung tin học môi trường có thể được
định nghĩa là “khoa học và nghệ thuật biến các dữ liệu môi trường thành thông tin và có thể
hiểu được”. Một đề tài nghiên cứu khoa học của Trường này đã đưa ra định nghĩa có tính cấu
trúc hơn về môn Tin học môi trường nh
ư sau:”Tin học môi trường nghiên cứu và phát triển
hệ thống hướng vào các ngành khoa học môi trường liên quan tới việc tạo ra, thu thập, lưu

nghiên cứu cơ bản cũng như ứng dụng hiện nay và sau này. Tuy nhiên các kết quả này vẫn
chưa được tin học hóa ở mức cần thiết thuận tiện cho nhiều người sử dụng. Cách quản lý như
vậy có nhiều hạn chế như: tài liệu, bản đồ trên giấy khó bảo quản, cập nhật; việc tìm kiếm
thông tin trong núi dữ li
ệu trên giấy gặp nhiều khó khăn, mất rất nhiều thời gian. Thêm vào đó
việc quản lý dữ liệu thiếu đồng bộ khó có thể làm cơ sở cho việc qui hoạch và theo dõi biến
động về môi trường. Để nâng cao năng lực quản lý nhằm theo kịp với những thách thức mới
đã và đang đặt ra, các cấp chính quyền có chức năng quản lý môi trường trong cả nước rất cần
các công cụ
quản lý môi trường mới. Trong bài báo này, chúng tôi muốn chia sẻ một số kinh
nghiệm của mình về ứng dụng Tin học môi trường trong công tác quản lý và khai thác số liệu
quan trắc hỗ trợ cho công tác thông qua các quyết định quản lý cho cấp đơn vị hành chính là
tỉnh hoặc các thành phố lớn.
2. Giải pháp INSEM xây dựng phần mềm hỗ quản lí và
khai thác dữ liệu quan trắc môi trưởng
2.1.
Tính phức tạp các dữ liệu môi trường
Các dữ liệu môi trường rất lớn về mặt khối lượng và có bản chất rất khác nhau. Ví dụ thông
tin liên quan tới một nguồn thải là ống khói gồm:
-
Vị trí địa lí, chủ nhân của ống khói, địa chỉ,…
-
Mô tả vật lí của ống khói như chiều cao, đường kính, thời gian xây dựng,
-
Các phân tích liên quan tới các chất độc hại mà nguồn thải này thải ra (trong thiết kế
kỹ thuật hay do lấy mẫu, đo đạc ….)
-
Thông tin về tiêu chuẩn của Việt Nam cho phép về chất lượng không khí
-
Ý kiến của các chuyên gia môi trường về nguồn thải

Lưu trữ trung gian của các đối tượng vào vùng đệm tạm (clipboard)
-
Khả năng so sánh các đối tượng và copy một phần dữ liệu vào các đối tượng khác.
Từ đó phần mềm quản lí và khai thác số liệu quan trắc cần phải đảm đảm bảo sự truy
cập đồ họa trực tiếp trên bản đồ.
2.3. Sơ đồ cấu trúc của INSEM
Công trình của Cowan D.D và các cộng sự /xem D.D. Cowan, C.I. Mayfield, Ralf
Denzer/ cho rằng “Quản lí dữ liệu môi trường và các hệ thống thông tin môi trường phải san
bằng các hố ngăn cách về không gian và thời gian trong dữ liệu, thông tin và tri thức. Các cấu
thành từ mô hình hóa, tính toán thống kê, CSDL khoa học, hiển thị, thống kê môi trường (bao
gồm các đánh giá rủi ro), đánh giá không xác định, quản lí và tích hợp các hệ không thuần
nhât và kế thừa và tri thức sẽ góp phần cho việc hiểu biết tốt hơ
n những vấn đề của môi
trường “. Điều này khẳng định vai trò quan trọng của các phương pháp tính toán trong các Hệ
thống thông tin môi trường. Chính vì vậy để có thể xây dựng được phần mềm quản lí và khai
thác số liệu quan trắc môi trường cần thiết phải ứng dụng các phương pháp toán học tính toán,
toán thống kê.
Dựa trên cơ sở nghiên cức thực trạng của công tác quản lý môi trường hiện nay tại mộ
t
số tỉnh thành trong cả nước cũng như trên cơ sở nghiên cứu các công trình nghiên cứu triển
khai tại một số nước phát triển, trong công trình /Bùi Tá Long và các CTV, 2004/ đề xuất một
cách tiếp cận nhằm xây dựng một phần mềm hỗ trợ giám sát chất lượng môi trường. Sơ đồ
cấu trúc của phần mềm trợ giúp giám sát môi trường (INformation system for Supporting
Environmental Monitoring – viết tắt là INSEM) được trình bày trên hình 1.
Hệ thông tin địa lý (GIS) đóng vai trò nền tích hợp cho INSEM. GIS t
ổ chức dữ liệu
không gian sao cho INSEM có thể hiển thị bản đồ, bảng hay đồ thị theo yêu cầu của người sử
dụng. Các chức năng truyền thống của GIS (như phóng to, thu nhỏ, trượt bản đồ) cung cấp
công cụ cho việc phân tích các lớp thông tin môi trường và hiển thị các mối quan hệ như sự
phụ thuộc giữa tải lượng ô nhiễm do ống khói thải ra với mức độ ô nhiễm tại nợi tiếp nhận.

c
bề mặt, điểm quan trắc chất lượng không khí, điểm quan trắc chất lượng nước ngầm, điểm lấy
mẫu nước thải, các nguồn thải điểm như ống khói, cống xả), ANGICAP – phần mềm quản lý
các nguồn thải điểm và tính toán phát tán ô nhiễm không khí theo mô hình Berliand /Phạm
Ngọc Đăng, 1997; Trần Ngọc Chấn, 2000/, ANGIWASP – phần mềm quản lý các cống thải
xuố
ng sông và tính toán phát tán ô nhiễm trong môi trường nước theo mô hình Paal /Lê Thị
Quỳnh Hà và CTV, 2000/. Giao diện của INSEMAG được thể hiện trên hình 2. Sơ đồ cấu
trúc của INSEMAG được thể hiện trên hình 3. Hình 2. Giao diện chính của INSEMAG /Bùi Tá Long và CTV, 2002/
Qua việc tìm hiểu thực trạng công tác quản lý số liệu quan trắc môi trường tại một số tỉnh cho
thấy: hiện nay việc quản lý các dữ liệu quan trắc tại nhiều tỉnh thành còn chưa được chú ý
đúng mức thể hiện ở những bất cập sau đây:
-
các phần mềm hiện dùng để lưu trữ các dữ liệu quan trắc như Excel ; MS Access ;
chưa gắn với dữ liệu không gian;
- một số phần mềm GIS như MapInfo lại dư thừa cho mục tiêu quản lí các số liệu quan
trắc và chưa tận dụng thế mạnh của các hệ quản trị dữ liệu không phải là dữ liệu không
gian;
Tóm lại chúng ta có một sự thống nhất về một công nghệ quản lý một cách tổng hợp
và thống nhất các số liệu quan trắc môi trường. Hình 3. Các mô đun chính trong INSEMAG/Bùi Tá Long và CTV, 2002/
Phần mềm INSEMAG là một giải pháp giải quyết một phần những khiếm khuyết
được nêu ra ở trên. Mô đun ANGIMOD được tích hợp vào INSEMAG để trợ giúp quản lý
các dữ liệu quan trắc về tình trạng môi trường nước, không khí của tỉnh An giang. Các chức
năng chính của ANGIMOD được thể hiện trên hình 4. Các chức năng được xây dựng trong

-
cung cấp công cụ trong việc phân tích, đánh giá ảnh hưởng các nguồn điểm theo các hoạt
cảnh khác nhau.
•
•

Hình 4. Các chức năng chính trong ANGIMOD /Bùi Tá Long và CTV, 2002/
•
Qua nghiên cứu tài liệu cũng như đi khảo sát thực tế cho thấy: hiện nay quá trình công nghiệp
hóa, hiện đại hóa tại An Giang đang diễn ra với tốc độ nhanh chóng. Mặc dù có nhiều cố gắng
của các cấp chính quyền, nhưng thực tế cho thấy tình trạng ô nhiễm môi trường không khí
không những không giảm đi mà đang có xu hướng tăng lên. Một trong những nguyên nhân
của hiện trạ
ng trên theo ý kiến các tác giả bài báo này là sự thiếu vắng những biện pháp mang
tính cưỡng chế đối với những cá nhân, tổ chức gây ô nhiễm môi trường. Chúng tôi cho rằng
để làm tốt công việc này cần thiết phải xây dựng những công cụ đánh giá mức độ ô nhiễm và
đi kèm là những thiệt hại kinh tế được quy ra tài sản. Trong đề tài này, ANGICAP là một
trong số phương pháp tiếp cận của chúng tôi nhằm giải quyết những vấn
đề được nêu ra ở
trên. So với các sản phẩm trước đây /xem Bùi Tá Long và CTV, 1998 – 1999/, ANGICAP có
một số chức năng sau đây :
- Người sử dụng được cung cấp chức năng tự tạo cho mình một kịch bản tính toán : người
dùng có thể chọn dữ liệu khí tượng từ CSDL hay tự tạo mới một CSDL khác. Người sử dụng
được phép đưa vào một kịch bản những nguồn thải mà anh ta mong muốn;
-
Chức năng báo lỗi của ANGICAP được thiết kế và viết đảm bảo cho người sử dụng tránh
được những lỗi khó phát hiện : ví dụ nếu vì lý do nào đó mà người sử dụng quên nhập số liệu
liên quan tới ống khói thì phần mềm sẽ tự đồng đưa ra lời nhắc nhở ;
-
Chức năng vẽ đường đồng mức được tự động hóa hơn. Với việc đưa ra các ngưỡng max,

nằm rải rác trong những tài liệu khác nhau. Xuất hiện sự
cần thiết phải xây dựng một công cụ
tin học quản lý tổng hợp các số liệu quí giá này. Bên cạnh đó cũng giống như nhiều địa
phương trong cả nước, tại Huế các số liệu thu thập được tuy đã có nhưng hiện tại vẫn được
quản lý riêng rẽ chưa thành hệ thống, đặc biệt là chưa gắn với các vị trí địa lý. Cách quản lý
như v
ậy gây nhiều khó khăn cho việc tìm kiếm, trao đổi thông tin cũng như đưa ra một bức
tranh tổng hợp trên cơ sở tích hợp nhiều loại số liệu.
Xuất phát từ thực trạng trên, trong thời gian qua nhóm các tác giả đã phối hợp với
Trung tâm tài nguyên môi trường và công nghệ sinh học, Đại học Huế thực hiện đề tài xây
dựng phần mềm ENVIMSH quản lí số liệu môi trường liên quan tới chất lượ
ng nước sông
Hương /Bùi Tá Long và các tác giả, 2004/. Mục tiêu của đề tài là :
-
Tin học hóa quá trình nhập, xuất dữ liệu môi trường liên quan tới chất lượng nước
mặt sông Hương - hỗ trợ cho công tác giám sát môi trường tại các Sở ban ngành chức
năng của Thừa Thiên Huế.
-
Ứng dụng công nghệ CSDL, Web và GIS xây dựng phần mềm ENVIMSH phiên bản
1.0 quản lý tổng hợp và thống nhất số liệu quan trắc chất lượng nước sông Hương
trong phạm vi giới hạn của đề tài. ENVIMSH 1.0 gồm nhiều mô đun khác nhau như
mô đun nhập số liệu, khai thác số liệu, làm báo cáo thống kê, tìm kiếm, tích hợp một
số văn bản liên quan tới công tác quản lý môi trường nước sông Hương.
-
Bước đầu thử nghiệm một số mô hình toán đã được các tác giả khác nghiên cứu để
tính toán mô phỏng chất lượng nước sông Hương chịu sự ảnh hưởng của các cống thải
trong phạm vi giới hạn từ đoạn sông đầu đường Lê Lợi đến Cồn Hến.

Hình 6. Giao diện của ENVIMSH cho phép quản lí các cống xả nước thải xuống sông Hương
/Hồ Thị Ngọc Hiếu,2004/

tác nước ngoài đến tìm hiểu cơ hội đầu tư kinh doanh ngày càng nhiều, hoạt động đầu tư vào
các khu công nghiệp sôi động hơn. Tổng thu ngân sách trên địa bàn đạt 3.587,61 tỷ đồng, đạt
111,3% dự toán thu và tổng chi ngân sách
đạt 2.833,9 tỷ đồng đạt 123,4% dự toán chi. Tổng
vốn đầu tư phát triển xã hội trên địa bàn thành phố thực hiện đạt 3.610 tỷ đồng.
Tuy nhiên, đứng trước những thành tựu rõ rệt về phát triển kinh tế – xã hội như vậy
cũng phải nhận thức được rằng sự phồn vinh của một đô thị loại 1 như Đà Nẵng không chỉ
được xác định bởi t
ốc độ phát triển kinh tế – xã hội mà còn phải được xác định bởi chất lượng
môi trường sống của thiên nhiên và con người. Bảo vệ môi trường (BVMT) là một bộ phận
không thể tách rời chiến lược phát triển của một thành phố loại 1 như Đà nẵng. Chính vì vậy
công tác quản lý môi trường các khu công nghiệp tại thành phố Đà Nẵng trong giai đoạn hiện
nay cần được quan tâm đặc biệt và để
giải quyết tốt bài toán này cần thiết phải nghiên cứu
ứng dụng công nghệ thông tin nói chung và ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) nói
riêng. Trong thời gian qua đã có những nghiên cứu độc lập về một số khu công nghiệp trong
phạm vi Tp. Đà nẵng. Tuy nhiên vấn đề nghiên cứu tích hợp giữa các loại số liệu về chất
lượng môi trường không khí cũng như nghiên cứu về mô hình phát tán ô nhiễm không khí phù
hợp với đi
ều kiện khí tượng của thành phố Đà Nẵng vẫn còn là vấn đề bỏ ngỏ. Vì vậy cần
thiết phải có những nghiên cứu hệ thống mô hình phát tán ô nhiễm không khí cho thành phố
Đà Nẵng.

Đứng trước thực tế trên, nhóm tác giả đã phối hợp với một số cơ quan chức năng của
Sở Tài nguyên và Môi trường Đà Nẵng xây dựng phần mềm ENVIMDN phiên bản 1.0 trợ
giúp công tác qu
ản lý môi trường không khí cho khu công nghiệp Hoà Khánh tại thành phố
Đà Nẵng, kết hợp GIS, cơ sở dữ liệu và mô hình toán. Mục tiêu của đề tài này là:
-
Bước đầu xây dựng một số cơ sở dữ liệu môi trường liên quan tới chất lượng môi trường

Hình 9. Tính toán ô nhiễm không khí cho khu công nghiệp Hòa Khánh trong trường hợp lặng
gió /Trịnh Thị Thanh Duyên, 2004/

Hình 10. Tính toán ô nhiễm không khí cho khu công nghiệp Hòa Khánh trong có gió /Trịnh
Thị Thanh Duyên, 2004/
4. Kết luận và cám ơn
Trong bài báo này trình bày một số kết quả của nhóm tác giả và các học trò của mình
liên quan tới xây dựng công cụ quản lý và khai thác dữ liệu quan trắc môi trường dựa trên cơ
sở ứng dụng công nghệ thông tin. Các tác giả đưa ra cấu trúc phần mềm trợ giúp quản lý và
khai thác dữ liệu quan trắc môi trường, cũng như trình bày một số sản phẩm dưới dạng phần
mềm tin học được đóng gói như INSEMAG, ENVIMSH, ENVIMDN ứng d
ụng cho một số
tỉnh thành trong nước. Với việc ứng dụng công nghệ GIS, Web các phần mềm giúp cho
người sử dụng thuận tiện khi làm việc với các đối tượng môi trường. Bên cạnh chức năng
quản lí, khai thác dữ liệu môi trường, các phần mềm này đều được tích hợp mô hình toán mô
phỏng sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường nước và không khí giúp cho người sử
dụng tính toán theo các kịch bản khác nhau và trợ giúp cho công tác dự báo, qui ho
ạch môi
trường. Các công cụ được xây dựng trong các phần mềm này cho phép so sánh, đánh giá diễn
biến môi trường. Việc đánh giá này sẽ giúp cho các nhà quản lý kiểm soát tốt hơn những địa
điểm, vị trí tiềm ẩn gây ô nhiễm môi trường. Nhóm tác giả mong nhận được ý kiến đóng góp
của các chuyên gia, các nhà quản lý nhằm không ngừng hoàn thiện sản phẩm của mình, phục
vụ tốt công tác bảo vệ môi trường trong giai đoạn hiệ
n nay của đất nước.
Để hoàn thành công trình này các tác giả nhận được nhiều sự hỗ trợ từ học trò của
mình là CN. Hồ Thị Ngọc Hiếu và CN. Trịnh Thị Thanh Duyên đã tham gia rất tích cực phần
xử lí số liệu và cũng như từ Trung tâm tài nguyên môi trường và Công nghệ sinh học, Đại học
Huế, Trung tâm bảo vệ môi trường Đà Nẵng, Sở Khoa học và Công nghệ An Giang, Sở Tài
nguyên và Môi trường An Giang.
5. Tài liệu tham khảo

371 trang.
Trần Ngọc Chấn, 2000. Ô nhiễm môi trường không khí và xử lý khí thải. Tập 1, Nhà
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 214 trang.
Trịnh Thị Thanh Duyên, 2004. Ứng dụng tin học và mô hình cho công tác giám sát môi
trường không khí cho khu công nghiệp Hòa Khánh, Đà nẵng. Khoá luận tốt nghiệp cử nhân
khoa học, Đại học khoa học Huế
, 5/2004.