Phát triển và thử nghiệm công nghệ tự động hóa quan trắc gió
PHÁT TRIỂN VÀ THỬ NGHIỆM CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA
QUAN TRẮC GIÓ
Nguyễn Viết Hân, Nguyễn Văn Hà, Nguyễn Minh Tuấn
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu
Ngày nhận bài: 5/10/2018; ngày chuyển phản biện: 6/10/2018; ngày chấp nhận đăng: 20/11/2018
Tóm tắt: Nhu cầu tự động hóa trong quan trắc khí tượng thủy văn (KTTV) nói chung và quan trắc
gió nói riêng, để phục vụ dự báo, cảnh báo lũ lụt, thiên tai và các hiện tượng thời tiết cực đoan ngày
càng cấp bách trong bối cảnh diễn biến phức tạp của biến đổi khí hậu. Việc đáp ứng số liệu theo thời
gian thực từ các trạm quan trắc gió cho mô hình dự báo là nhu cầu cấp bách hiện nay. Bài báo này
trình bày thực trạng trang thiết bị quan trắc gió hiện nay của ngành KTTV, xây dựng mô hình và thử
nghiệm việc chủ động công nghệ tự động hóa quan trắc gió phục vụ phòng chống thiên tai và phát
triển công tác nghiệp vụ.
Từ khóa: Tự động hóa quan trắc gió, công nghệ đo đạc KTTV, công nghệ truyền ꢀn.
1. Mở đầu
Chiến lược phát triển ngành khí tượng thủy
dữ liệu khí tượng thủy văn đáp ứng các yêu cầu
phục vụ công cộng, phòng tránh thiên tai, bảo
vệ cuộc sống, tài sản cho toàn xã hội; đồng thời,
khuyến khích xã hội hóa, thương mại hóa các
hoạt động khí tượng thủy văn và tăng cường
sử dụng thông ꢀn khí tượng thủy văn trong sản
xuất, kinh doanh, dịch vụ nhằm mang lại hiệu
quả kinh tế - xã hội thiết thực. Với mục ꢀêu tổng
thể: Đến năm 2020, ngành khí tượng thủy văn
Việt Nam đạt trình độ khoa học công nghệ ꢀên
ꢀến của khu vực châu Á, có đủ năng lực điều
tra cơ bản, dự báo khí tượng thủy văn, phục vụ
yêu cầu phòng tránh và giảm nhẹ thiệt hại do
thiên tai, phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm
quốc phòng, an ninh, khai thác, sử dụng hợp lý
tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường trong
thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nước.
Gió là sự chuyển động của không khí trong
khí quyển. Vận tốc gió vốn là đại lượng vector
ba chiều, nhưng trong ngành khí tượng, gió bề
mặt được xem xét như một đại lượng vector
hai chiều, số liệu gió được biểu thị bằng hai chỉ
số hướng và tốc độ. Tốc độ gió là quãng đường
mà các phần tử không khí di chuyển được trong
một đơn vị thời gian và thường được ꢁnh bằng
mét trong một giây (m/s). Hướng gió là hướng
(phương) mà từ đó gió thổi tới, thường được
văn đến năm 2020 được Thủ tướng Chính phủ
phê duyệt tại Quyết định số 929/QĐ-TTg ngày
22/6/2010 với nội dung chủ yếu: (1) Ngành khí
tượng thủy văn có vị trí quan trọng trong sự
nghiệp phát triển kinh tế - xã hội, củng cố quốc
phòng, an ninh, đặc biệt là trong công tác phòng,
tránh và giảm nhẹ thiên tai. Đầu tư cho ngành
khí tượng thủy văn cần đi trước một bước để
cung cấp kịp thời, chính xác thông ꢀn và luận cứ
khoa học về khí tượng thủy văn cho sự phát triển
bền vững của đất nước trong bối cảnh thiên tai
ngày càng khắc nghiệt và gia tăng do biến đổi
khí hậu; (2) Phát triển ngành khí tượng thủy văn
đồng bộ theo hướng hiện đại hóa; lấy việc đầu
tư cho khoa học, công nghệ và đào tạo nguồn
nhân lực làm giải pháp chủ yếu để phát triển
trên cơ sở kế thừa và phát huy tối đa nguồn lực
hiện có; khai thác triệt để thành tựu khoa học,
công nghệ trong nước, đồng thời ứng dụng chọn
lọc những thành tựu khoa học công nghệ ꢀên
ꢀến trên thế giới; (3) Đổi mới phương thức phục
vụ của ngành khí tượng thủy văn theo hướng
Nhà nước chịu trách nhiệm cung cấp thông ꢀn,
Liên hệ tác giả: Nguyễn Viết Hân
Email: hankꢁv@gmail.com
Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
23
Số 8 - Tháng 12/2018
thể hiện qua la bàn 16 hướng hoặc góc phương
vị, ꢁnh bằng độ trong thang từ 0 đến 360 độ.
Gió là một trong những biểu hiện quan trọng
của hoạt động khí quyển và từ lâu được con
người quan tâm. Máy đo gió Anemometer bắt
nguồn từ ꢀếng Hy Lạp là anemos có nghĩa - gió,
là một thiết bị dùng để đo tốc độ và hướng của
gió, là một trong những thiết bị có thể thấy từ
xa xưa tại các trạm khí tượng.
Tùy theo nguyên lý hoạt động, kết cấu máy
đo gió được chia làm nhiều loại khác nhau:
Máy đo gió theo nguyên lý chong chóng, áp
suất, siêu âm, vô tuyến hay dạng cơ khí thủ
công, dạng cơ điện hay dạng điện tử hoàn
toàn. Các thiết bị đo gió đang đảm nhận hai
chức năng chính là đo đạc điều tra cơ bản
và phục vụ cho nghiệp vụ dự báo thời tiết,
nghiên cứu khoa học. Do tầm quan trọng của
việc giám sát thông tin về gió, nên tại các trạm
khí tượng và một số trạm khác quan trắc gió
là nhiệm vụ bắt buộc.
Hiện nay, mạng lưới quan trắc phục vụ dự
báo trên cả nước có 187 trạm khí tượng bề
mặt, 250 trạm thủy văn, 29 trạm khí tượng
nông nghiệp, 23 trạm khí tượng hải văn, 24
trạm khí tượng cao không, gần 1.300 điểm/
trạm đo mưa,…[1]. Trong số các trang thiết
bị quan trắc trong ngành KTTV, quan trắc thủ
công còn chiếm tỷ trọng khá lớn. Bên cạnh đó,
tại một trạm quan trắc KTTV không phải yếu tố
nào cũng được tự động hóa hoàn toàn từ khâu
quan trắc đến truyền số liệu. Trạm khí tượng tự
động mới chỉ đạt 18,04%, đo mưa tự động đạt
49,27%, khí tượng cao không đạt 66,67%, thủy
văn (đo mực nước) đạt 42,09%, thủy văn (đo
lưu lượng nước) đạt 31,33% trên tổng số các
trạm từng loại [2].
Do mật độ trạm quan trắc còn khá thấp,
nên dù đã có ứng dụng nhiều mô hình hiện đại
trên thế giới, nhưng kết quả dự báo vẫn còn
hạn chế. Việc dự báo các hiện tượng thời ꢀết
cần kết hợp thêm các phương pháp khác để hỗ
trợ như phân ꢁch ảnh vệ ꢀnh, ra đa thời ꢀết,...
Sự thiếu đồng bộ giữa các thiết bị quan trắc
tự động, bán tự động và thủ công cũng ảnh
hưởng tới quá trình truyền số liệu, thu thập số
liệu phục vụ dự báo, cảnh báo. Có thể nói, khả
năng ứng dụng các công nghệ hiện đại trong
quan trắc gió và các yếu tố KTTV khác ở nước
ta còn nhiều bất cập. Cơ sở hạ tầng, trang thiết
bị, con người đều chưa đáp ứng hợp lý trước
những yêu cầu đặt ra về khả năng thu thập,
truyền nhận, lưu trữ và phân ꢁch số liệu.
2. Khảo sát đặc ꢀnh của các bộ cảm biến gió
Hiện nay trên mạng lưới KTTV nước ta,
việc quan trắc yếu tố gió hầu như dựa trên các
thiết bị nhập ngoại. Về ꢁnh năng kỹ thuật có
thể phân nhóm như sau: Máy đo gió thủ công
Vild, máy gió cơ điện EL (Trung Quốc), máy đo
gió Young (Hoa Kỳ), một số ít các thiết bị của
hãng Diola (Pháp), NovaLynx, NRG System,… và
khá nhiều trạm khí tượng tự động có đo yếu tố
gió của dự án ODA Italia. Về số lượng, máy gió
thủ công dạng cơ khí Vild, máy gió cơ điện EL
đang được dùng nhiều nhất, sau đó là máy đo
gió Young (Hình 1),... Còn các trạm khí tượng
tự động trong ngành KTTV có đo yếu tố gió
do nhiều hãng sản xuất với nhiều thế hệ, ꢁnh
năng, chức năng và công nghệ khác nhau.
Hình 1. Máy đo gió Vild, EL và Young
Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
Số 8 - Tháng 12/2018
24
Máy gió Vild hoạt động ổn định, nhưng sai số
khá cao và không đo được gió lớn, trên 40m/s.
Ngoài ra, do việc quan trắc hoàn toàn thủ công
nên rất khó khăn cho quan trắc viên, đặc biệt khi
cần thêm chu kỳ đo hay trong lúc thời ꢀết xấu.
Bên cạnh đó, việc tự động hóa dựa trên thiết
bị này hầu như không thể thực hiện được. Tại
các nước phát triển, thiết bị dạng này không còn
được sử dụng.
Máy gió cơ điện EL, đã được sử dụng khá lâu
trong ngành KTTV nước ta, có nhiều ưu điểm
như: Độ ổn định khá cao, dễ dàng khắc phục khi
có sự cố, giá thành hợp lý,... Bên cạnh đó loại máy
này còn có một số nhược điểm: Dải đo còn chưa
rộng, chỉ đo được gió dưới 40m/s, do thông số
đầu đo quyết định, việc quan trắc thủ công khó
có thể đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành,
chưa được số hóa,... Việc tự động hóa thiết bị
đo gió EL có thể thực hiện được bằng công nghệ
hiện nay của nước ta, qua đó khắc phục được
nhược điểm chưa số hóa của thiết bị này.
Sau nhiều năm sử dụng tại Việt Nam, theo
đánh giá của nhiều chuyên gia trong và ngoài
nước, thiết bị đo gió Young do Hoa Kỳ sản xuất
có đầu đo với độ chính xác cao, sai số với tốc
độ gió ±0,3m/s, với hướng gió ±3deg, dải đo
rất rộng, từ 0-100m/s, kết cấu cơ khí bền vững,
trọng lượng nhỏ (1kg), giá thành hợp lý và chịu
được thời ꢀết khắc nghiệt của nước ta. Đặc biệt
bộ cảm biến gió Young 05106MA được hãng
thiết kế riêng cho môi trường biển và cho các
vùng khí hậu khắc nghiệt nhất, rất phù hợp với
khí hậu Việt Nam.
KTTV của nước ta cần phải tăng lên rất nhiều,
hàng chục, thậm chí hàng trăm lần so với hiện
nay. Nhưng sau nhiều năm sử dụng, thực tế
cho thấy, về cơ bản các trạm tự động nhập
ngoại đã và đang thể hiện tốt ưu thế và phát
huy vai trò tích cực trong nghiệp vụ chuyên
môn của ngành. Bên cạnh đó vẫn còn các tồn
tại khó khắc phục: Với sản phẩm nhập ngoại
công nghệ cao, nhập khẩu từ nhiều hãng sản
xuất, có nhiều mức công nghệ, mà các cán
bộ của ta chưa có điều kiện làm chủ, nên khi
có sự cố, việc khôi phục sẽ khó khăn, chi phí
nhiều và sẽ làm gián đoạn khá dài việc quan
trắc; chúng ta sẽ gặp rất nhiều khó khăn khi
cần nâng cấp các sản phẩm nhập ngoại, như:
Tăng thêm các yếu tố đo, mở rộng cấu hình,
tăng cường khả năng truyền số liệu; giá thành
thiết bị còn khá cao.
2.1. Khảo sát ꢀn hiệu ra của tốc độ gió
Các bộ cảm biến đo tốc độ gió chủ yếu theo
nguyên lý cơ điện, khi có áp lực không khí lên
cánh gió của cảm biến, gây ra chuyển động quay
của trục có gắn nam châm, tạo ra xung điện.
Thực hiện khảo sát ꢁn hiệu đặc thù của cảm biến
đo tốc độ gió nguyên lý cơ điện, mà đại diện là
Young 05106MA. Tín hiệu tốc độ gió, theo tài
liệu của hãng Young, có giá trị điện áp và tần số
thay đổi phụ thuộc vào vận tốc gió. Biên độ ꢁn
hiệu trong khoảng từ 0-12,5v tương ứng với vận
tốc 0-100m/s. Với biên độ lớn và thay đổi trong
một khoảng rộng, do vậy, việc số hóa sẽ gặp khá
nhiều khó khăn. Trong khi đó, giá trị tần số (chu
kỳ ꢁn hiệu, thể hiện trên trục hoành) hầu như
không biến đổi ứng với tốc độ cụ thể. Vì vậy để
thuận lợi hơn cho quá trình xử lý số hóa, dự kiến
sẽ sử dụng đặc ꢁnh tần số biến thiên theo tốc
độ gió.
Như vậy, để có thể đáp ứng nhu cầu phát
triển kinh tế - xã hội và đảm bảo không quá
tụt hậu so với các nước phát triển, trong thời
gian tới dự kiến số trạm đo tự động các yếu tố
Hình 2. Tín hiệu tốc độ gió khi mô phỏng tại: 0,3m/s, 0,5m/s và 5m/s
Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
25
Số 8 - Tháng 12/2018
Quá trình khảo sát được ꢀến hành với tốc độ
gió mô phỏng thay đổi liên tục trong khoảng từ
0,1m/s đến 75m/s, phân ꢁch kết quả khảo sát đi
tới một số nhận xét cơ bản như sau:
Với tốc độ gió lớn hơn 1m/s (từ 1-75m/s)
biên độ xung biến thiên và không ổn định, trong
khi đó tần số của ꢁn hiệu khá ổn định khi tốc
độ gió không thay đổi. Nhận định trên đây hoàn
toàn phù hợp với khuyến cáo của nhà sản xuất.
Và đây là cơ sở để xác định thông số cần thiết sẽ
sử dụng trong quá trình số hóa tốc độ gió.
Với tốc độ gió nhỏ hơn 1m/s, biên độ ꢁn hiệu
và tần số cũng không được ổn định và đặc thù
này là một khó khăn cần phải giải quyết. Việc
khảo sát với vận tốc gió trong khoảng 0,1-1,0m/s
với bước thay đổi 0,1m/s, được ꢀến hành một
cách cẩn trọng nhằm có phương án kỹ thuật khắc
phục ꢁnh không ổn định của tần số xung điện.
Như vậy, sau khi khảo sát ꢁn hiệu tốc độ gió
nếu thiết kế thêm bộ ghép nối hợp lý, sử dụng
đặc ꢁnh tần số gần như tỷ lệ thuận với tốc độ
gió, chúng ta có thể xác định được tốc độ gió.
Việc đo được tốc độ gió nhỏ hơn 1m/s và đo
được tốc độ gió lớn từ 60 đến 100m/s, với sai
số khá nhỏ ±0,3m/s là bước cải thiện quan trọng
cho nhu cầu cung cấp số liệu gió, đặc biệt cho
vùng biển của nước ta.
2.2. Khảo sát ꢀn hiệu ra của hướng gió
Hầu hết cảm biến hướng gió thường ở dạng
mã hóa nhị phân 8, 16 bits (mã Gray) hoặc dạng
số chỉ thị 16 hướng, ví dụ như bộ cảm biến
EL. Với bộ cảm biến gió Young 05106MA, việc
xác định hướng gió nhờ biến trở dạng vòng vô
hướng có giá trị 10 kilo-ôm được đặt trong thiết
bị. Việc xác định hướng gió thực chất là xác định
giá trị của biến trở này.
2.3. Yêu cầu kỹ thuật cho khối giao diện
Kết quả phân ꢁch tại các phần khảo sát trên
cho thấy, khối giao diện có vai trò rất quan trọng
trong việc bảo vệ, đảm bảo độ chính xác, mở
rộng giới hạn đo.
Hình 3. Sơ đồ khối giao diện đo yếu tố gió
Hoạt động của khối giao diện như sau: Tín
hiệu gió được đưa vào khối bảo vệ, sau khi được
đảm bảo ở mức an toàn, cấp sang cho khối lọc
nhiễu và khuếch đại, ꢁn hiệu sau khi đã “làm
sạch” chuyển tới bộ phận tách xung, qua phần
ổn định và cấp sang bộ phận đếm - xử lý. Khối
bảo vệ ꢁn hiệu được thiết kế nhằm đảm bảo an
toàn cho thiết bị, bao gồm chống sét lan truyền,
chống nhiễu sơ cấp, cắt xung điện áp cao hơn 5v
khi tốc độ quá lớn. Nhờ khối này, các bộ phận
sau sẽ hoạt động với ꢁn hiệu đầu vào có đặc ꢁnh
ổn định hơn.
Khối lọc nhiễu và khuếch đại đảm bảo sự ổn
định mức ꢁn hiệu cho đầu vào khối sau, nếu ꢁn
hiệu yếu sẽ được lọc nhiễu và khuếch đại. Tín
hiệu tại đầu ra của khối này có dạng hình sin
đồng đều có chu kỳ tỷ lệ nghịch với tốc độ gió.
Khối tách xung đảm bảo đầu ra của ꢁn hiệu luôn
ở dạng chuẩn, xung vuông với biên độ 5v, chu kỳ
(tần số) xung phụ thuộc vào tốc độ gió, sẵn sàng
cung cấp cho bộ vi xử lý.
3. Mô hình chủ động công nghệ cho quan trắc
gió
Xây dựng Bộ hiển thị, xử lý và lưu trữ số liệu
(Datalogger) đảm bảo chức năng nhận thông
ꢀn từ cảm biến gió, xử lý, ꢁnh toán và hiển thị,
lưu trữ các dạng số liệu cần thiết. Ngoài ra,
Datalogger còn phải đảm bảo khả năng giao ꢀếp
với máy ꢁnh cá nhân, đồng thời sẵn sàng đáp ứng
từ xa số liệu cho trung tâm và các nhà chuyên môn
thông qua các loại modem, internet,…
Công việc thử nghiệm, hiệu chỉnh các trạm
đo, quan trắc gió dự kiến được triển khai trong
khoảng 18 tháng tại các trạm khí tượng có các
điều kiện hạ tầng, địa lý, ꢀểu khí hậu khác nhau.
Việc lựa chọn vị trí lắp đặt thử nghiệm trạm đo
Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
Số 8 - Tháng 12/2018
26
theo nguyên lý cụ thể có ꢁnh đến ꢁnh năng của
đầu đo phù hợp. Thời gian thử nghiệm dự kiến
cần thiết phải đủ dài để có thể hiệu chỉnh, thử
nghiệm, chỉnh lý nhằm hoàn thiện ꢁnh năng hệ
thống thiết bị trong môi trường của các mùa
khác nhau.
sản xuất để xuất khẩu được sản phẩm mang
thương hiệu Việt Nam.
Việc tự động giám sát từ xa quan trắc gió sử
dụng công nghệ không dây là một bước ꢀến về
mặt công nghệ trong nước. Sử dụng công nghệ
không dây trong hệ thống này sẽ làm giảm đáng
kể các ảnh hưởng của thời ꢀết cũng như điều
kiện ngoại cảnh (sét, đứt dây cáp,…). Ngoài ra,
việc hiển thị thông ꢀn tại trạm sẽ giảm bớt khó
khăn cho các quan trắc viên khi làm nhiệm vụ
trong thời ꢀết nguy hiểm. Hệ thống này được
điều khiển, giám sát bằng máy ꢁnh trung tâm,
trong khi đó thiết bị di động cầm tay cũng có thể
làm được điều này.
Việc chủ động công nghệ trong nước sẽ khắc
phục được các hạn chế của sản phẩm nhập
ngoại đã nêu ở trên, ngoài ra có nhiều lợi thế
trong quá trình khai thác các trang thiết bị: Các
cán bộ tại trạm được chỉ dẫn để trực ꢀếp điều
khiển, sử dụng thiết bị, thuận lợi hơn cho công
việc quan trắc nghiệp vụ; phù hợp hơn với các
điều kiện hạ tầng và địa lý các trạm nước ta; khi
triển khai giá thành thiết bị dự kiến thấp hơn so
với thiết bị nhập ngoại cùng ꢁnh năng (ước ꢁnh
chỉ khoảng 70-80% so với nhập ngoại); chủ động
công nghệ ꢁch hợp thêm các yếu tố đo, công
nghệ truyền ꢀn, cảnh báo; chủ động và giảm
được khá nhiều chi phí trong quá trình duy trì
các trang thiết bị, dự kiến chỉ còn 40-50% chi phí
duy trì của sản phẩm nhập ngoại. Khi chủ động
công nghệ trong nước chúng ta có thể tổ chức
3.1. Chủ động công nghệ phần cứng
Do đặc thù chuyên ngành KTTV, các thiết bị
đo đạc thường gọn nhẹ, ꢀêu thụ ít năng lượng,
hoạt động tại các vùng khí hậu khắc nghiệt, nên
việc thiết kế Datalogger dựa trên các linh kiện
đơn giản - dân dụng hầu như không thể. Để đáp
ứng được ꢁnh năng trên Datalogger cần phải
dựa trên bộ vi xử lý khá mạnh. Các khối chức
năng chủ yếu được thể hiện tại Hình 4.
Hình 4. Sơ đồ khối Datalogger gió
Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
27
Số 8 - Tháng 12/2018
Tín hiệu gió của sensor gió sau khi xử lý tại
khối giao diện, được đưa vào hệ vi xử lý công
năng cao, tại đây ꢁn hiệu được số hóa và sẽ hiển
thị trên màn ꢀnh thể lỏng 80 ký tự (4x20), đồng
thời khi tới chu kỳ số liệu sẽ được lưu trữ tại bộ
nhớ chống mất điện EEPROM. Đồng hồ thời gian
Real Time Clock (RTC) đảm bảo việc đồng bộ cho
mọi hoạt động của Datalogger theo giờ chuẩn và
khi thiết bị không hoạt động, đồng hồ dùng pin
riêng để đảm bảo cấp thời gian đúng khi thiết bị
hoạt động trở lại. Giao ꢀếp theo chuẩn RS232C
với máy ꢁnh cá nhân dùng cho việc cài đặt thông
số cho thiết bị, đồng thời dùng để thu nhận dữ
liệu (có khi của hàng trăm ngày) từ thiết bị. Cổng
ra Modem dùng để giao ꢀếp và cung cấp số liệu
với trung tâm từ xa. Nguồn nuôi Datalogger có
thể được sử dụng điện lưới, pin mặt trời, acquy
12V. Bình thường nguồn điện lưới hoặc pin mặt
trời sẽ nạp đầy acquy và khi cả hai nguồn này
bị mất, thiết bị vẫn hoạt động nhiều ngày nhờ
năng lượng dự trữ từ acquy.
Trong mạng lưới quan trắc gió của nước ta
hiện nay, phần lớn các trang thiết bị đều được
nhập ngoại và đang thể hiện tốt các ưu thế, phát
huy vai trò ꢁch cực trong nghiệp vụ chuyên môn
của ngành. Tuy nhiên, bên cạnh các vai trò ꢁch
cực, các trang thiết bị này còn một số tồn tại khó
khắc phục: (1) Với sản phẩm nhập ngoại công
nghệ cao, nhập khẩu từ nhiều hãng sản xuất,
có nhiều mức công nghệ, mà các cán bộ của
ta chưa có điều kiện làm chủ, nên khi có sự cố,
việc khôi phục sẽ khó khăn, chi phí lớn và sẽ làm
gián đoạn khá dài việc quan trắc; (2) Đối với khả
năng hiện đại hóa các sản phẩm nhập ngoại như
tăng thêm các yếu tố đo, mở rộng cấu hình, tăng
cường khả năng truyền số liệu,… chúng ta sẽ gặp
rất nhiều khó khăn khi chưa nắm bắt được công
nghệ; (3) Giá thành thiết bị còn khá cao.
liệu qua RF, Wifi, SMS, GSM, 2G, 3G, 4G,… tùy
thuộc vào điều kiện thực tế của điểm quan trắc.
3.2. Chủ động công nghệ phần mềm
Các phần mềm thu nhận, lưu trữ và phân ꢁch
số liệu gió ở nước ta ngày càng phát triển. Do
chủ động trong nước, giao diện phần mềm được
thiết kế khá thân thiện và dễ dàng sử dụng. Các
ꢁnh năng hiển thị, chiết xuất số liệu cũng được
thiết kế trực quan phù hợp với người sử dụng
và quản lý. Các số liệu được chiết xuất theo mẫu
bảng biểu quy định của ngành. Tại Hình 5 là giao
diện của chương trình thử nghiệm thu nhận số
liệu đo gió, đo mực nước tại trung tâm điều hành
do các cán bộ nghiên cứu của Viện Khoa học Khí
tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu thiết kế:
Các ꢁnh năng hiển thị, chiết xuất số liệu của
chương trình được tạo nên dựa trên ý kiến góp
ý của các chuyên gia đầu ngành trong việc thu
thập số liệu KTTV. Qua đó góp phần cải thiện
đáng kể việc quản lý, chiết xuất hệ thống số liệu
khá lớn, tạo cơ sở xây dựng công cụ phân ꢁch và
hỗ trợ phòng chống thiên tai và phát triển kinh
tế xã hội. Việc ứng dụng các công nghệ phần
mềm trong việc thu nhận, hiện thị và chiết xuất
số liệu gió và yếu tố KTTV khác, là thế mạnh của
các chuyên gia trong nước.
3.3. Chủ động các thiết bị thu nhận và truyền
ꢁn
Để có thể làm chủ một hệ thống truyền nhận
số liệu quan trắc KTTV hoàn chỉnh, cần hiểu rõ
sơ đồ khối chức năng hoạt động toàn hệ thống.
Sơ đồ khối hoạt động của hệ thống truyền ꢀn
không dây điển hình phục vụ quá trình truyền
ꢀn thường được sử dụng trong ngành KTTV,
có kết hợp các dạng không dây cự ly dài và cự
ly ngắn: Các thiết bị được triển khai tại các địa
điểm khác nhau và kết nối với nhau bằng công
nghệ vô tuyến và Mobile. Thiết bị đo - sensor tại
điểm quan trắc, truyền ꢁn hiệu tới Datalogger I,
ở đây giá trị quan trắc được hiển thị và lưu trữ,
đồng thời truyền số liệu đo được qua ꢁn hiệu
Radio RF tới Datalogger II đặt trong nhà trạm.
Tại đây, Datalogger II sẽ thu nhận, hiển thị và lưu
trữ giá trị quan trắc, đồng thời truyền ꢀn qua
mạng điện thoại di động GSM/2G/3G/,... Wifi,
hoặc Internet về trung tâm điều khiển thông qua
Modem GSM/2G/3G, Wifi,... Công nghệ truyền
Hiện nay, ở nước ta đã xuất hiện khá nhiều
các sản phẩm trang thiết bị ꢁch hợp với các đầu
đo của nước ngoài với ꢁnh năng tương đối ổn
định, phù hợp với điều kiện của nước ta. Các
sản phẩm do các chuyên gia của Việt Nam ꢁch
hợp, nên chủ động công nghệ, việc sửa chữa,
bảo dưỡng trang thiết bị cũng trở nên dễ dàng
và thuận lợi hơn. Ngoài việc chế tạo ra các
Datalogger thu nhận dữ liệu, các nhà nghiên
cứu đã đưa ra các phương án truyền nhận dữ
Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
Số 8 - Tháng 12/2018
28
Hình 5. Giao diện của chương trình tại trung tâm điều hành
dữ liệu vô tuyến ngày càng phát triển, việc kết nối
qua trung tâm điều hành, qua mạng, hay điện
thoại cầm tay. Số liệu gió chuyên ngành KTTV
(tức thì, trung bình 2 phút, trung bình 10 phút,
gió giật, cự trị,...) được số hóa chi ꢀết, hỗ trợ
hiệu quả cho việc lưu trữ, nghiên cứu và công
tác điều tra cơ bản.
không dây làm thuận lợi hơn cho việc triển khai
thực tế, dễ kiểm soát thiết bị, tránh được hiện
tượng đứt cáp thông ꢀn khi phải thi công tại các
khu vực không thuận lợi [3, 4].
4. Kết luận
Nhờ chủ động công nghệ, quá trình bảo
dưỡng hệ thống được thực hiện nhanh chóng,
giảm tối đa các chi phí trong quá trình vận hành,
bao gồm cả phần cứng và phần mềm. Ngoài ra,
việc chủ động công nghệ sẽ là cơ sở thuận lợi khi
có nhu cầu nâng cấp và mở rộng hệ thống.
Sau thời gian dài thử nghiệm thành công và
chuyển giao cho nhiều tỉnh ứng dụng, hệ thống
đo gió theo mô hình này đã hỗ trợ đắc lực cho
công tác phòng chống thiên tai. Khi hệ thống
hoạt động, mọi diễn biến bất thường của yếu tố
gió sẽ được cảnh báo cho người quản lý thông
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Kiên Dũng (2015), Đề tài: Nghiên cứu xây dựng giải pháp quản lý các trạm khí tượng thủy
văn và hải văn tự động, Bộ Tài nguyên và Môi trường.
2. Dương Văn Khánh (2018), Đề tài: Nghiên cứu, xây dựng giải pháp tự động hóa quản lý hoạt động
nghiệp vụ trạm khí tượng thủy văn và truyền ꢀn theo thời gian thực từ các trạm thủy văn truyền
thống, Bộ Tài nguyên và Môi trường.
3. Trần Thị Hương Trà (2011), Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa trong mạng di
động GSM, Trường Đại học Công nghệ.
4. Nguyễn Hồng Sơn (2012), Kỹ thuật truyền số liệu, NXB Lao động - Xã hội.
Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
29
Số 8 - Tháng 12/2018
DEVELOPMENT AND EXPERIMENT OF THE WIND
AUTOMATIC MEASURING SYSTEM
Nguyen Viet Han, Nguyen Van Ha, Nguyen Minh Tuan
Viet Nam Insꢀtute of Meteorology, Hydrology and Climate change
Received: 5/10/2018; Accepted: 20/11/2018
Abstract: The needs for hydrometeorological monitoring automaꢀon in general and wind
monitoring in parꢀcular for forecasꢀng floods and warning natural disastersand other hazardous weather
phenomena are geꢂng more and more urgent in the rapidly changed context of climate change. Meeꢀng the
demand of the real ꢀme data of wind observaꢀon staꢀon provided to the forecast model is an urgent task.
This arꢀcle aims to present the current situaꢀon of wind monitoring devices/appliances/equipment used in
hydrometeological services. It also offers acꢀve modeling, and piloꢀng an wind monitoring automaꢀon
technology for natural disaster prevenꢀon.
Keywords: Automaꢀon wind monitoring, hydrometeorological technology observaꢀon, informaꢀon
technology.
Tạp chí khoa học biến đổi khí hậu
Số 8 - Tháng 12/2018
30
8 trang
09/01/2024
87900
Free
Bạn đang xem tài liệu "Phát triển và thử nghiệm công nghệ tự động hóa quan trắc gió", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- phat_trien_va_thu_nghiem_cong_nghe_tu_dong_hoa_quan_trac_gio.pdf
