Ứng dụng webgis thể hiện thông tin chất lượng môi trường không khí ở thành phố hồ chí minh

The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018

ỨNG DỤNG WEBGIS THỂ HIỆN THƠNG TIN CHẤT LƯỢNG
MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Lê Thiên Bảo1, Vũ Xuân Cƣờng1
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. HCM,
236B Lê Văn Sỹ, Phường 1, quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh
1

Email:
TĨM TẮT
Ơ nhiễm mơi trường là vấn đề nóng mà xã hội đang ngày càng quan tâm. Dữ liệu quan trắc
chất lượng mơi trường khơng 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
mơi trường khơng khí một cách rõ ràng, tiện lợi.
Từ khóa: WebGIS, bản đồ chuyên đề, trực quan hóa dữ liệu, quan trắc mơi trường, chất lượng
mơi trường khơng khí.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, mạng lưới quan trắc và thể hiện các chỉ số quan trắc mơi trường khơng 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 mơi trường
khơng khí được cơng 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 khơng đem lại hiệu quả truyền thơng 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 thơng 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 khơng 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 khơng 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 khơng cần có phần mềm GIS chun biệt.
Ngồi ra, dữ liệu quan trắc mơi 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 thơng số
chất lượng mơi trường khơng khí: CO, SO2, NO2, PM2.5,…
2.2. Phƣơng pháp
2.2.1. Đối với dữ liệu quan trắc môi trường
 Phần tính tốn chỉ số từ dữ liệu thơ
Các thông số quan trắc thô sẽ được sắp xếp lại theo từng trạm quan trắc và được tính tốn theo
“Sổ tay hướng dẫn tính tốn chỉ số chất lượng khơng khí” [3] và “ Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia về
chất lượng khơng khí xung quanh” [4] do Tổng cục Mơi 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
thơng 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 thơng 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 ngơn 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 khơng 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 khơng cịn chỉnh sửa,
nhấp chọn Finish để hồn 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 hồn thành.

268


Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
- Hồn chỉnh giao diện Web (Hình 3).

Hình 3. Màn hình thay đổi tên nhãn cơng 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 mơi trường khơng 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, tồn 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 khơng 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 mơi trường khơng khí tổng hợp tại TP. HCM

Hình 4. Kết quả phân loại tình trạng chất lượng mơi trường khơng 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 mơi trường khơng khí - Phương pháp
tính AQI do Tổng cục Mơi trường ban hành (Hình 4). Ta có thể nhận định được mức độ ơ 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 khơng khí xung quanh do Tổng cục Mơi
trường ban hành). Khi thể hiện kết quả đo chi tiết của các thông số quan trắc không nên sử dụng
biểu đồ trịn 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 Mơi trường). Ngồi ra, có thể sử
dụng đồ thị Radar (Hình 5) để thể hiện trực quan về kết quả quan trắc vì khơng những cho biết kết
quả đo chi tiết của từng thông số mà cịn giúp người dùng nhìn thấy mức độ ơ 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 hồn tồn. 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 khơng.
Những thơng số này sẽ khiến người dùng khó hình dung nếu khơng 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 thơng 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 khơng và nếu vượt qua thì vượt qua nhiều hay ít.
3.1.3. Phân vùng chất lượng mơi trường khơng khí
Thể hiện chất lượng mơi trường khơng khí theo giá trị AQI tổng hợp theo giờ (Hình 9) với
thang màu do Tổng cục mơi trường quy định:
271


The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018

Hình 9. Kết quả phân vùng chất lượng mơi trường khơng khí theo thang màu quy định.
Chất lượng khơng 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 khơng khí theo vùng là rất cần
thiết để phản ánh tình trạng ơ nhiễm mơi trường trên diện rộng (vì bản chất khơng khí phân bố theo
vùng). Nội suy để phân vùng chất lượng mơi trường khơng khí chưa đạt độ chính xác và mức độ tin
cậy cao vì mật độ các trạm cịn 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 qt 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 mơi trường khơng 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 khơng khí tổng hợp.
272