Xây dựng mạng lưới quan trắc bụi Pm,10 tỉnh Vĩnh Phúc

Xây dựng ma ̣ng lưới quan trắ c bu ̣i PM
Vĩnh Phúc

10

tỉnh

Nguyễn Điǹ h Phúc
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa ho ̣c môi trường ; Mã số: 60 85 02
Người hướng dẫn: TS. Vũ Văn Mạnh
Năm bảo vệ: 2012
Abstract: Tổng quan : Hoạt động quan trắc môi trường ; Mạng lưới quan trắc môi
trường; Tổ ng quan về bu ̣i PM 10; Tổ ng quan về điạ bàn nghiên cứu . Tiến hành Xây
dựng mạng lưới quan trắc bụi PM10 tỉnh Vĩnh Phúc . Kết quả nghiên cứu : Thiế t lâ ̣p
mạng lưới quan trắc sơ bộ ; Đánh giá hiê ̣n tra ̣ng ô nhiễm bu ̣i PM 10 trong môi trường
không khí tỉnh Viñ h Phúc ; Xây dựng bản đồ phân bố hàm lươ ̣ng bu ̣i PM 10 trên điạ
bàn tỉnh Vĩnh Phúc
Keywords: Khoa học môi trường; Quan trắc; Vĩnh Phúc; Quan trắc bụi
Content
LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển của kinh tế và quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ trong những năm
qua ở Viê ̣t Nam đã tạo tiền đề thúc đẩ y quá triǹ h chuyển đổi cơ cấ u kinh tế của các khu vực từ
thuần nông sang kinh tế công nghiệp, thương mại - dịch vụ và nông nghiệp. Tuy nhiên , đi
cùng với sự phát triển kinh tế là những áp lực về tình trạng ô nhiễm môi trường gia tăng , diễn
biến phức tạp và là một trong những nguyên nhân dẫn đế n suy giảm chấ t lươ ̣ng cuô ̣c số ng của
cô ̣ng đồ ng trong những năm gầ n đây . Sự suy giảm chấ t lươ ̣ng các thành phầ n môi trường mô ̣t
cách đáng báo động trong đó có chất lượng môi trường không khí cùng với những yếu kém và
hạn chế trong hoạt động quan trắc hiện nay đã đặt ra những yêu cầu ngày càng cao h
ơn đố i
với công tác quan trắ c môi trường . Trước thực tế đó , mô ̣t trong những yêu cầ u quan tro ̣ng

hàng đầu hiện nay là bổ sung và thiết lập lại mạng lưới các điểm quan trắc một cách hợp lý để
đa ̣t đươ ̣c hiê ̣u quả quan trắ c tố i ưu.
Là một tỉnh nằm trên đỉnh của tam giác châu thổ sông Hồng thuộc đồng bằng Bắc Bộ ,
Vĩnh Phúc là mô ̣t trong những điạ phương có tố c đô ̣ phát triể n kinh tế nhanh nhấ t của Viê ̣t
Nam. Từ mô ̣t tỉnh thuầ n nông , Vĩnh Phúc đã c ó những bước tiến thần kỳ vươn lên đứng thứ
nhất miền Bắc , thứ ba cả nước về giá trị sản xuất công nghiệp , phát triển rộng rãi hệ thống các
khu và cu ̣m công nghiê ̣p . Sự thay đổ i nhanh chóng đó đã làm thay đổ i tích cực giá tri ̣kinh tế
của vùng, tuy nhiên nó cũng kéo theo nhiề u hê ̣ lu ̣y về mă ̣t xã hô ̣i và môi trường ; trong đó, có
mô ̣t thực tế quan tro ̣ng và rấ t đáng lưu tâm là sự suy giảm chấ t lươ ̣ng môi trường không khí
đang ở mức báo đô ̣ng.
Theo thố ng kê và khảo sát sơ bộ , môi trường đô thị và khu công nghiê ̣p trong vùng có tốc
độ ô nhiễm ngày một cao , đă ̣c biê ̣t là ô nhiễm bu ̣i . Nguyên nhân là do các khu vực xây dựng
chưa có biện pháp giảm bụi, chưa áp dụng chặt chẽ các quy định trong xây dựng; chất lượng


các phương tiện giao thông kém , chưa có cơ chế kiểm soát dẫn đến gây bụi và tiếng ồn ngày
càng nhiều ; các khu công nghiệp chưa có hệ thống xử lý khí thải , bụi thải triệt để , cơ sở ha ̣
tầ ng yế u kém , số lươ ̣ng các cơ sở sản xuấ t tăng nhanh, việc chấp hành các văn bản pháp quy
về bảo vệ môi trường của các đơn vị sản xuất chưa cao...
Môi trường nông thôn đặc biệt , các làng nghề ngày càng phát triển , gây ô nhiễm ngày
càng rộng cũng như sự gia tăng hàm lươ ̣ng các chấ t ô nhiễm thải vào môi trường không khí .
Mă ̣t khác, mạng lưới các trạm quan trắc hiện nay ở Việt Nam nói chung và Vĩnh Phúc
nói riêng thường chỉ được xây dựng theo kinh nghiệm , tại khu vực dân cư phân bố đông hay
điạ hình ... Vì vậy, mạng lưới phân bố cũ này chưa có tính hê ̣ thố ng và khoa ho ̣c . Viê ̣c quan
trắ c chủ yế u chỉ dừng la ̣i ở viê ̣c đo đa ̣c mô ̣t số thông số khí tươ ̣ng và môi trường
; số lươ ̣ng
trạm quan trắc không đủ khả năng phản ánh hiện trạng ô nhiễm của vùng (đă ̣c biê ̣t là ô nhiễm
bụi). Nói chung, hê ̣ thố ng các tra ̣m quan trắ c môi trường hiê ̣n ta ̣i của vùng vừa thiế u la ̣i phân
bố chưa hơ ̣p lý , chưa đáp ứng đươ ̣c những thay đổ i về yêu cầ u của hoa ̣t đô ̣ng quan trắ c trong
giai đoa ̣n hiên nay.

Trước những yêu cầ u cấ p thiế t đó , chúng tôi đã thực hiện đề tài nghiên cứu : "Xây dựng
mạng lưới quan trắc bụi PM10 tỉnh Vĩnh Phúc".

2


Chƣơng 1 - TỔNG QUAN
1.1. Hoạt động quan trắ c môi trƣờng
1.1.1. Mô ̣t số khái niệm về quan trắc môi trƣờng
1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển quan trắc môi trƣờng
1.1.2.1. Hoạt động quan trắc môi trƣờng trên thế giới
1.1.2.1. Hoạt động quan trắc môi trƣờng ở Viêṭ Nam
1.2. Mạng lƣới quan trắc môi trƣờng
1.2.1. Khái niệm và tầm quan trọng của mạng lƣới quan trắc môi trƣờng
1.2.2. Các nghiên cứu về thiế t lâ ̣p ma ̣ng lƣới quan trắ c môi trƣờng
a) Các nghiên cứu trên thế giới
b) Các nghiên cứu ở Việt Nam
1.2.3. Hiêṇ tra ̣ng mạng lƣới quan trắc môi trƣờng ở Việt Nam
- Mạng lƣới quan trắc môi trƣờng Quốc gia
- Mạng lƣới QTMT ở các Bộ, ngành
1.3. Tổ ng quan về bu ̣i PM10
1.3.1. Đinh
̣ nghiã và đă ̣c trƣng của bu ̣i PM10
a) Đinh
̣ nghiã PM10
b) Đặc trƣng của PM10
1.3.2. Nguồ n gố c của ô nhiễm bu ̣i PM10
1.3.3. Tác hại của ô nhiễm bụi PM10
1.4. Tổ ng quan về điạ bàn nghiên cƣ́u
1.3.1. Vị trí địa lý

1.4.2. Điề u kiêṇ tƣ ̣ nhiên
a) Đặc điểm địa hình - điạ chấ t
- Đi ̣a hình:
- Đi ̣a chấ t
b) Đặc điểm khí hậu - thủy văn
c) Tài nguyên thiên nhiên
1.4.3 Điề u kiêṇ kinh tế - xã hội
a) Dân số và nguồ n nhân lực
b) Kinh tế
c) Y tế , giáo dục
d) Cơ sở ha ̣ tầ ng
e) Công tác vê ̣ sinh môi trường

3


Chƣơng2 - ĐỐI TƢỢNG, MỤC TIÊU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Bụi PM10 trong môi trường không khí tỉnh Viñ h Phúc .
- Phạm vi nghiên cứu : Toàn bộ diện tích tỉnh Vĩnh Phúc
2.2. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu tổ ng quát : thiế t lâ ̣p ma ̣ng lưới các tra ̣m quan trắc bụi PM
Phúc trên cơ sở đánh giá sự biến động theo không gian của số liệu quan trắc .
- Mục tiêu cụ thể:
+ Đánh giá hiê ̣n tra ̣ng ô nhiễm bu ̣i PM 10 tỉnh Vĩnh Phúc .
+ Xây dựng bản đồ hiện trạng bu ̣i PM 10 thổ tỉnh Viñ h Phúc
+ Thiế t lâ ̣p ma ̣ng lưới điể m quan trắ c sơ bộ
+ Tối ưu hóa số lươ ̣ng và vị trí của các điểm quan trắc bụi PM 10.

10

cho tin̉ h Viñ h

2.3. Phƣơng pháp nghiên cƣ́u
2.3.1. Phƣơng pháp thu thâ ̣p, kế thƣ̀a
Thu thập, tổng hợp, phân tích, đánh giá các tài liệu từ các nghiên cứu khác , kế thừa có
chọn lọc những tài liệu này.
2.3.2. Phƣơng pháp điều tra, khảo sát, phân tích
Tiế n hành khảo sát thực điạ , điề u tra chung về hiê ̣n tra ̣ng môi trường không khí, hiê ̣n
trạng ô nhiễm bụi PM10, đo đa ̣c và lấ y kế t quả hàm lươ ̣ng bu ̣i PM 10 trong không khí.
2.3.3. Phƣơng pháp nô ̣i suy
Trong bài toán này , để xác định các điểm xây dựng trạm quan trắc , chúng tôi tiếp cận
bài toán theo phư ơng pháp nô ̣i suy và giải bài toán bằ ng phương pháp tố i ưu bầ y kiế n . Theo
đó, viê ̣c thiế t lâ ̣p ma ̣ng quan trắ c sẽ tiế n hành trên cơ sở viê ̣c lựa chon loại bỏ m điể m quan
trắ c trong ma ̣ng lưới quan trắ c sơ bô ̣ ban đầ u để kết quả nô ̣i suy từ ma ̣ng quan trắ c mới giố ng
với kế t quả nô ̣i suy từ ma ̣ng quan trắ c ban đầ u nhấ t . Các bước tiến hành có thể tóm tắt như
sau:
- Đầu tiên, tiế n hành đo đa ̣c ta ̣i 60 điể m quan trắ c và xây dựng bản đồ ô nhiễm bu ̣i cho
tỉnh Viñ h Phúc trên cơ sở phương pháp nô ̣i suy .
- Sử du ̣ng thuâ ̣t toán tố i ưu bầ y kiế n xác đinh
̣ viê ̣c loa ̣i bỏ m điể m quan trắ c nào sẽ cho
ra sai số nô ̣i suy so với ma ̣ng lưới quan trắ c ban đầ u là thấ p nhấ t .
- Tổ ng hơ ̣p kế t quả những ma ̣ng lưới quan trắ c tố i ưu nhấ t với từng giá tri ̣m cu ̣ thể .
- Lựa cho ̣n ma ̣ng lưới tố i ưu nhấ t về số lươ ̣ng tra ̣m quan trắ c (60-m) cũng như vị trí
đă ̣t 60-m tra ̣m quan trắ c này .
Nội suy Kriging
Kriging là một nhóm các kỹ thuật sử dụng trong địa thống kê để nội suy một giá trị
của trường ngẫu nhiên tại điểm không được đo đạc thực tế từ những điểm được đo đạc gần
đó.
2.3.4. Thiế t lâ ̣p ma ̣ng lƣới quan trắ c trên cơ sở tố i ƣu hóa sai số nô ̣i suy bằ ng

phƣơng pháp tố i ƣu bầ y kiế n
Trong nghiên cứu này , viê ̣c ước lươ ̣ng nồ ng đô ̣ ta ̣i mô ̣t điể m bấ t kì đươ ̣c xác đinh
̣ bằ ng
phương pháp nô ̣i suy Kriging

4


Với mu ̣c đích làm giảm số lươ ̣ng điể m quan trắ c mà sai số dữ liê ̣u đo đa ̣c so với ma ̣ng
lưới quan trắ c ban đầ u là nhỏ nhấ t nghiên cứu này đã tiế p câ ̣n trực tiế p vào nguyên nhân làm
xuấ t hiê ̣n sai số khi giảm số lươ ̣ng các điể m quan trắ c : chính là việc nội suy số liệu vùng
nghiên cứu dựa trên mô ̣t số lươ ̣ng nhỏ hơn các điể m quan trắ c so với 60 điể m ban đầ u
Khi loa ̣i bỏ mô ̣t điể m quan trắ c sơ bô ̣ i bấ t kì trong ma ̣ng lưới quan trắ c ban đầ u , số
liê ̣u tại điểm i sẽ được nội suy từ các điểm khác trong mạng lưới quan trắc mới . Và quá trình
này sẽ làm xuất hiện sai số khi so sánh kết quả nội suy tại điểm i (trong ma ̣ng lưới quan trắ c
mới) với kế t quả quan trắ c ta ̣i điể m i trong ma ̣ng lưới ban đầ u . Mức chênh lê ̣ch đươ ̣c tiń h theo
công thức:
d=
Trong đó:
 d là chênh lệch giữa nồng độ quan trắc trực tiếp với nồng độ nội suy từ các điểm khác ;



là nồng độ tại điểm i đươ ̣c nô ̣i suy từ các điể m còn la ̣i ;
là nồng độ quan trắc được tại điểm i trong ma ̣ng lưới ban đầ u .

Tuy nhiên , nế u chỉ sử du ̣ng công thức này sẽ không thể đánh giá đươ ̣c mức đô ̣ biế n
thiên của dữ liê ̣u ở những điể m có nồ ng đô ̣ k hác nhau. Chẳ ng ha ̣n , sự thay đổ i 0.05mg/m3 ở
điể m có nồ ng đô ̣ 0,1mg/m3 sẽ có ý nghĩa hơn rất nhiều so với điểm có nồng độ 1mg/m3 . Từ
đó, đề tài đã tính sai số nội suy tại từng điểm bằng cách sử dụng công thức :

ηi =
Trong đó, ηi là sai số dữ liê ̣u khi loa ̣i bỏ mô ̣t điể m quan trắ c sơ bô ̣ i bấ t kỳ - hay cũng
có thể gọi là sai số nội suy tương đối.
Nế u sai số nô ̣i suy ηi càng lớn thì có nghĩa là không thể nội suy nồng độ tại điểm i từ
các điểm xung quanh ; ngươ ̣c la ̣i, nế u sai số nô ̣i suy ηi càng nhỏ thì chứng tỏ nồng độ tại điểm
i có thể nội suy từ các điểm xung quanh và đây là một tro ng những điể m bi ̣loa ̣i bỏ tiề m năng
Khi tiế n hành loa ̣i bỏ m điể m quan trắ c sơ bô ̣ , sự mấ t mát thông tin (hay sai lê ̣ch so
với kế t quả ban đầ u ) có thể được định lượng dựa trên sai số nội suy trung bình (AIE - average
interpolation error)
AIE =


Trong đó:
AIE là sai số dữ liê ̣u của toàn bô ̣ khu vực nghiên cứu khi nô ̣i suy nồ ng đô ̣ ta ̣i

60-m

điể m dựa trên giá tri ̣quan trắ c ta ̣i các điể m còn la ̣i so với dữ liê ̣u quan trắ c ta ̣i toàn bô ̣
60 điể m.



là nồng độ tại điểm i được nội suy từ các điểm còn lại .
là nồng độ quan trắc được tại điểm i.

Mục tiêu tổng thể của quá trình xây dựng mạng lưới các điểm quan trắc tối ưu là giảm
sự mấ t mát dữ liê ̣u hay giảm tố i đa sai số dữ liê ̣u khi chỉ quan trắ c ta ̣i mô ̣t số điể m nhấ t đinh
̣
so với dữ liê ̣u ta ̣i 60 điể m ban đầ u . Vì thế, vị trí các điểm quan trắc bị loại bỏ được xác định
tại giá trị AIE nhỏ nhất tức min AIE.

5


Chƣơng 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CƢ́U
3.1. Thiế t lâ ̣p ma ̣ng lƣới quan trắ c sơ bô ̣
Mạng lưới quan trắc bụi sơ bộ được thiết lập với
60 điể m quan trắ c ; các điểm này
phân bố đồ ng đề u trên toàn bô ̣ diê ̣n tić h tin̉ h Viñ h Phúc (hình 4):

Hình 4: sơ đồ vi ̣ trí các điểm quan trắ c bụi PM10 trong đề tài
3.2. Đánh giá hiêṇ tra ̣ng ô nhiễm bu ̣i PM10 trong môi trƣờng không khí tỉnh Vinh
̃ Phúc
3.2.1. Xây dƣṇ g biể u đồ về mƣ́c đô ̣ tâ ̣p trung của hàm lƣơ ̣ng bu ̣i PM10 tại các
điể m quan trắ c.
Sau khi tổ ng hơ ̣p số liê ̣u , đề tài đã xây dựng biểu đồ phân bố nồng độ bụi PM 10 tại các
điể m quan trắ c cũng như đố i chiế u kế t quả quan trắ c với
quy chuẩ n chấ t lươ ̣ng môi trường
không khí hiê ṇ hành:

6


Hình 5: biểu đồ phân bố nồ ng độ bụi PM10 (mg/m3) tại các điểm quan trắc sơ bộ
3.2.2. Nhâ ̣n xét mƣ́c đô ̣ ô nhiễm bu ̣i PM10 nói chung và tại từng điểm khảo sát
(so sánh theo QCVN).
Nhìn chung , so với quy chuẩ n Viê ̣t Nam 05:2009/BTNMT thì ở đa số các điể m quan
trắ c, nồ ng đô ̣ bu ̣i PM 10 đều chưa vượt quá mức cho phép . Chỉ riêng tại 6 điể m có nồ ng đô ̣ bu ̣i
vươ ̣t quá mức cho phép là điể m K 4 (Đại học sư phạm Hà Nội 2, Phường Xuân Hòa , Phúc
Yên), điể m K 32 (Xóm Đồi, xã Hoàng Lâu , huyê ̣n Tam Dương ), điể m K 33 (Thôn Giềng , xã

Đạo Tú, huyê ̣n Tam Dương ), điể m K 35 (Thôn Cầu Tre, Hồ Sơn, Tam Đảo), điể m K40 (thôn
Phù Viễn, xã Đồng Tĩnh, huyện Tam Dương), và điểm K 45 (thôn Sau Ga , xã Tử Du , huyê ̣n
Lập Thạch).
Đáng chú ý nhấ t vẫn là 2 điể m quan trắ c ở Xóm Đồi , xã Hoàng Lâu , huyê ̣n Tam
Dương và ởThôn Giềng , xã Đạo Tú, huyê ̣n Tam Dương đã ghi nhâ ̣n đươ ̣c giá tri ̣nồ ng đô ̣ bu ̣i
lầ n lươ ̣t là 0,33mg/m3 và 0,27mg/m3 , cao hơn tiêu chuẩ n cho phép xấ p xỉ 2 lầ n .

7


3.3. Xây dƣṇ g bản đồ phân bố hàm lƣơ ̣ng bu ̣i PM10 trên điạ bàn tỉnh Vinh
̃ Phúc.

Hình 6: bản đồ phân bố nồng độ bụi PM10 trên điạ bàn tỉnh Vin
̃ h Phúc
Qua bảng liê ̣t kê kế t quả quan trắ c ta ̣i các điể m , biể u đồ phân bố hàm lươ ̣ng bu ̣i PM 10
tại các điểm quan trắc cũng như bản đồ phân bố
nồ ng đô ̣ bu ̣i PM 10 trên toàn lañ h thổ tỉnh
Vĩnh Phúc , có thể thấy môi trường không khí tỉnh Vĩnh Ph
úc đang bị ảnh hưởng bởi bụi
PM10. Mă ̣c dù nhiǹ chung nồ ng đô ̣ vẫn chưa vươ ̣t qua giới ha ̣n của quy chuẩ n hiê ̣n hành , tuy
nhiên, với hàm lươ ̣ng bu ̣i như các kế t quả trên cũng có thể gây ra những tác đô ̣ng không tố t
đến sức khỏe con người.
3.4. Xây dƣ ̣ng thuâ ̣t toán giải quyế t vấ n đề thiế t lâ ̣p ma ̣ng lƣới các điể m quan trắ c dƣ̣a
trên phƣơng pháp tố i ƣu bầ y kiế n
Những con kiế n đi qua mô ̣t loa ̣t các điể m đa ̣i diê ̣n cho các điể m quan trắ c
. Khi tới
điể m i bấ t kì (i=1,2..12) trong ma ̣ng lưới các điể m quan trắ c , mô ̣t con kiế n có thể có 2 sự lựa
chọn bất kỳ đối với điểm quan trắc j tiếp theo - hoă ̣c là loa ̣i bỏ không đi qua điể m (j=0) hoă ̣c
là đi tới điểm j (j=1). Trong nghiên cứu này , lựa cho ̣n của các cá thể kiế n đươ ̣c đinh

̣ hướng
bằ ng mâ ̣t đô ̣ pheromone và hành vi bầ y đàn - những thứ đươ ̣c điề u chin̉ h bằ ng sai số nô ̣i suy
tương đố i ηi tại mỗi điểm và sai số nô ̣i suy trung bình AIE của mạng lưới giám sát .
Mục tiêu: loại bỏ m điểm thuộc tập hợp 60 điể m ban đầ u sao cho AIE thấ p nhấ t . Quy
trình lựa chọn các điểm quan trắc bị loại bỏ có thể tóm tắt như sau :
1) Xác định điểm khởi đầu của kiến: điể m khởi đầ u của kiế n là mô ̣t điể m làm tổ giả đinh
̣
ở một vị trí bất kì.

Tổ

8


Hình 7. Sơ đồ đường đi của kiế n
2. Ở điểm i hiê ̣n ta ̣i , mô ̣t con kiế n sẽ quyế t đinh
̣ điể m j tiế p theo mà nó đi qua trong
tổ ng số L điể m chưa đi qua . Sai số nô ̣i suy ta ̣i mỗi điể m đươ ̣c tính toán cho mỗi điể m j:
ηj =
Trong đó ,
là nồng độ tại điểm i được nội suy từ các điểm còn lại . là nồng độ
quan trắ c đươ c̣ ta ̣i điể m i . Mô ̣t giá tri ̣ ηj thấ p chứng tỏ rằ ng sai số nô ̣i suy ta ̣i điể m j là thấp và
có nghĩa là nồng độ tại điểm j có thể được nội suy từ các điểm xung quanh và đây là điểm
quan trắ c tiề m năng.
Với các điể m quan trắ c j nằ m ở biên của ma ̣ng lưới , cầ n so sánh giá tri ̣sai số nô ̣i suy
tại điểm đó với một giá trị T edge cho trước. Điề u này hỗ trơ ̣ cho viê ̣c ha ̣n chế sự phân bố điạ
phương trong kế t quả vi ̣trí phân bố các tra ̣m quan trắ c . Cụ thể , nế u điể m quan trắ c j nằ m ở
biên của ma ̣ng lưới và có giá tri ̣ ηj ≥ Tedge thì kiế n sẽ không tiń h toán có đi qua nó hay không
(nghĩa là trạm này sẽ được giữ lại cho ma ̣ng lưới mới ). Nế u ηj < Tedge thì kiến sẽ tiếp tục tính
toán khả năng đi qua điểm này ở các bước tiếp theo .

Nế u điể m quan trắ c j không nằ m ở biên của ma ̣ng lưới quan trắ c sơ bô ̣ thì dù ηj có lớn
hơn Tedge đi chăng nữa thì kiế n vẫn tính toán xác suấ t đi qua nó.
Điể m đươ ̣c cho ̣n tiế p theo j là điểm được chọn ngẫu nhiên dựa trên sai số ở trên ηj và
mâ ̣t đô ̣ pheromone do ̣c theo đường đi từ i -> j (τij). Xác suất mà điểm j đươ ̣c cho ̣n cho mô ̣t
con kiế n đang ở điể m i đươ ̣c tiń h theo công thức:

Trong đó α và β là các thông số điề u chin̉ h mố i tương quan giữa pheromone và sai số
nô ̣i suy ηij; l là một điểm thuộc L (tâ ̣p hơ ̣p các điể m mà kiế n chưa đi qua
); τij = mật độ
pheromone đối với phân đoa ̣n ij; τil = mật độ pheromone đối với phân đoa ̣n il.
Quy triǹ h này đươ ̣c tiế n hành đế n khi kiế n đi qua hế t số lươ ̣ng L điể m .
3. Nế u AIE nhỏ hơn tham số T cho trước thì pheromone sẽ đươ ̣c câ ̣p nhâ ̣p cho lầ n đi
này của kiến . Để câ ̣p nhâ ̣p pheromone cho mô ̣t lầ n đi thỏa mañ điề u kiê ̣n của kiế n , mật độ
pheromone sẽ được cập nhập dựa vào việc tính toán trên từng phân đoạn của lần đi này . Mỗi
phân đoa ̣n đường đi τij của kiến được cập nhập lặp lại theo quy tắc :

Trong đó, ρ = tố c đô ̣ bay hơi của pheromone ; τij (t) = mật độ pheromone đối với phân
đoa ̣n ij hiện tại; và Δτij = Q/AIE, trong đó Q là một tham số (Q = 100). Nếu sự mấ t mát dữ
liệu tổng AIE thấ p thì mật độ pheromone trên đoa ̣n τij của kiến sẽ cao, dẫn đế n khả năng thu
hút nhiều những con kiến đi theo con đường này hơn . e là hê ̣ số pheromones ưu thế , là số
lươ ̣ng những con kiế n ưu thế trong mô ̣t lầ n lă ̣p (e=5)
4. Thực hiê ̣n quy triǹ h trên trong mô ̣t quá triǹ h liên tu ̣c , với thời gian , số lươ ̣ng kiế n và
số vòng lă ̣p của kiế n xác đinh
̣ . Sau đó lựa cho ̣n tuyế n đường tố i ưu nhấ t mà kiế n đã ta ̣o ra
trong hành trình của mình , xác định các điểm nằm trên tuyến đường đó ; và sau đó lựa cho ̣n
các điể m đó để loa ̣i bỏ khỏi ma ̣ng lưới quan trắ c . Sơ đồ tóm tắ t toàn bô ̣ thuâ ̣t toán có thể đươ ̣c
trình bày trong hình
7:

9

Bắt đầu

N

n tiế
p theo
Lựa chọKiế
n trạ
m ngẫ
u nhiên
Trạm tiếp theo
Trạm có nằm ở vị
tríYbiên?
N η < Tedge ?
Y

N

Xử lý bởi kiến
Trạm đươ ̣c giữ lại

Tất cả các trạm đã đươ ̣c đến thă m?
N
Tínnh AIE
toán và
tổn
g lượng
Tính toá

= (T/AIE)2
pheromone trên các tuyến

Xem xét AIE có lớn hơ n T
 ≥ 1

Tìm tuyến có lượng
pheromone cao nhất
Kết thúc chương trình

 <1

Hình 8. Tóm tắt sơ đồ thuật toán
Các thông số được sử dụng
Cậptrong
nhậpnghiên
thông cứu
tin pheromone
này được trình bày ở bảng sau :
Bảng 9. các thông số sử dụng trong quá trình tính toán
Thông số
Giá trị
Bán kính nội
10.000(m)
Tấtsuy
cả kiến đã đ i xong?
Tedge
0,1
Giá trị pheromone ban đầu
0,1

Hê ̣ số α
0,5
Hê ̣ số β
-1
Thông số kiế n ưu thế
5
Tố c đô ̣ bay hơi pheromone
0,5
Tổ ng lươ ̣ng pheromone
500
3.5. Kế t quả xác đinh
̣ ma ̣ng lƣới quan trắ c tố i ƣu nhấ t
Sau khi lâ ̣p trình và cha ̣y kế t quả bằ ng phầ n mề m C++, tác giả thu được 57 các kết quả,
với số lươ ̣ng các tra ̣m quan trắ c bi ̣loa ̣i bỏ biế n đổ i từ
57 - 3. Ngoài ra, với mỗi số lươ ̣ng m
trạm bị loại bỏ , chương trình cũng tính ra kế t quả sai số nô ̣i suy trung bình AIE . Đây là cơ s ở
quan tro ̣ng để lựa cho ̣n số lươ ̣ng tra ̣m quan trắ c sẽ bi ̣loa ̣i bỏ khỏi ma ̣ng lưới quan trắ c sơ bô ̣ .
Sau khi xem xét các kế t quả thu đươ ̣c ở trên , kế t hơ ̣p với viê ̣c phân tích mố i quan hê ̣
giữa số lươ ̣ng điể m quan trắ c và sai số nô ̣i suy, nghiên cứu đã chỉ ra sự tương quan biế n thiên
giữa hai tiêu chí này . Cụ thể, khi càng giảm số lươ ̣ng điể m quan trắ c thì mức sai số nô ̣i suy
càng tăng, và mức độ tăng được xác định bằng những giá trị cụ thể .

10


Hình 9. Biểu đồ thể hiê ̣n mố i quan hê ̣ giữa sai số nội suy trung bình AIE với số lượng các
điểm quan trắ c bi ̣ loa ̣i bỏ
Qua các kế t quả tiń h toán cũng như biể u đồ trên có thể thấ y , nhìn chung , càng giảm
nhiề u tra ̣m quan trắ c thì mức độ sai số càng cao . Tuy nhiên, qua đồ thi ̣trên cũng có thể thấ y ,
sai số nô ̣i suy trung bình đươ ̣c chia ra làm các khoảng khá rõ với các khoảng biế n đổ i từ 1-11,

12-28, 29-44 và 45-57. Sai số nô ̣i suy không có sự biế n đ ổi lớn trong các khoảng này . Đặc
biê ̣t, với viê ̣c loa ̣i bỏ 44 trạm quan trắc , giá trị sai số nội suy trung bình còn thấp hơn so với
viê ̣c loa ̣i bỏ 43,42…hay 32 trạm quan trắc. Cuố i cùng, sau khi xem xét các khả năng , xem xét
mức sai số có thể chấ p nhâ ̣n cũng như mức đô ̣ đầ u tư xây dựng tra ̣ m quan trắ c trên thực tế ,
nghiên cứu đã xác đinh
̣ xây dựng 16 trạm quan trắc (tương ứng với viê ̣c loa ̣i bỏ 44 trạm quan
trắ c), vị trí các trạm bi ̣loa ̣i bỏ đươ ̣c thể hiê ̣n ở bảng 10.

Hình 10: Sơ đồ biểu diễn kế t quả đường đi tố i ưu của đàn kiế n với chỉ số AIE thấ p nhấ t
Kế t quả cho thấ y ma ̣ng lưới 16 điể m có sai số nô ̣i suy trung bình nhỏ nhấ t bao gồ m :
K1, K4, K21, K9, K17, K10, K25, K60, K38, K32, K36, K24, K16, K14, K46 và K54. Vị trí
các trạm quan trắc trong mạng lưới mới được thể hiện trong hình 11.

11


Hình 11: Sơ đồ ma ̣ng lưới phân bố 16 điểm quan trắ c tố i ưu nhấ t trong mạng lưới quan
trắ c mới
Qua kế t quả sơ đồ phân bố 16 điể m quan trắ c mới có thể thấ y , 16 điể m quan trắ c mới
đươ ̣c phân bố khá đề u trên điạ bàn tin̉ h Viñ h Phúc . Mạng lưới các điểm phân bố mới cũng
cho thấ y tiề m năng quan trắ c hiê ̣u quả đố i với các vùng bi ̣ô nh iễm nă ̣ng , các vùng có sự biến
đô ̣ng nồ ng đô ̣ bu ̣i PM10 trong không khí ở mức cao.
3.6. So sánh kế t quả nô ̣i suy của ma ̣ng lƣới mới với ma ̣ng lƣới quan trắ c sơ bô ̣

Mạng lưới 60 điểm quan trắc
sơ bộ

Mạng lưới 16 điểm quan trắc
mới

Hình 12: so sánh kế t quả nội suy từ mạng lưới 60 điểm quan trắ c sơ bộ ban đầ u với mạng
lưới quan trắ c tố i ưu mới
Từ viê ̣c so sánh kế t quả hai bản đồ nô ̣i suy , mô ̣t đươ ̣c nô ̣i suy từ số liê ̣u quan trắ c của
60 trạm quan trắc sơ bộ và một được nội suy từ bản đồ 16 điể m quan trắ c mới có thể thấ y :

12


- Có sự khác biệt nhất định trong kết quả nội suy từ hai mạng lưới này . Thực tế cho
thấ y, mô ̣t số vùng bi ̣ô nhiễm đã bi ̣dich
̣ chuyể n vi ̣trí trên bản đồ . Tuy nhiên , mức đô ̣ dich
̣
chuyể n là không lớn , và sai lệch biến thiên nồng độ giữa hai điểm trên bản đồ vẫn ở mức thấp .
- Với kế t quả 16 điể m quan trắ c mới , sai số nô ̣i suy trung biǹ h AIE đa ̣t giá tri ̣ 0,989.
Đây là giá tri ̣chấ p nhâ ̣n đươ ̣c và phù hơ ̣p nhấ t với viê ̣c giảm đươ ̣c mô ̣t lươ ̣ng lớn số lươ ̣ng
điể m quan trắ c (giảm 44 điể m ).
Để đánh giá đô ̣ chính xác của ma ̣ng lưới quan trắ c 16 điể m mới so với ma ̣ng lưới 60
điể m ban đ ầu, đề tài đã đánh giá trên cơ sở tiń h toán mức đô ̣ % sai số trung bình của số liê ̣u
tại tấ t cả 60 điể m. Kế t quả là , với ma ̣ng lưới quan trắ c mới, % sai số trung bình so với ma ̣ng
lưới 60 điể m quan trắ c ban đầ u là 13,77%. Mức chênh lệch 13,77% là hoàn toàn có thể chấp
nhâ ̣n đươ ̣c khi mà số lươ ̣ng các tra ̣m quan trắ c bi ̣giảm đi gầ n
4 lầ n (từ 60 điể m xuố ng 16
điể m .

13


KẾT LUẬN
(1) Chấ t lươ ̣ng môi trường không khí tin̉ h Viñ h Phúc : qua viê ̣c phân tí ch các bảng
bảng liệt kê kết quả quan trắc tại các điểm , biể u đồ phân bố hàm lươ ̣ng bu ̣i PM 10 tại các điểm

quan trắ c cũng như bản đồ phân bố nồ ng đô ̣ bu ̣i PM 10 trên toàn lañ h thổ tin̉ h Viñ h Phúc , có
thể thấ y môi trường không khí tỉnh Vĩnh Phúc đang bị ảnh hưởng bởi bụi PM 10. Mă ̣c dù nhìn
chung nồ ng đô ̣ vẫn chưa vươ ̣t qua giới ha ̣n của quy chuẩ n hiê ̣n hành
, tuy nhiên , với hàm
lươ ̣ng bu ̣i như các kế t quả trên cũng có thể gây ra những tác đô ̣ng không t ốt đến sức khỏe con
người.
(2) Sự thay đổ i số lươ ̣ng tra ̣m quan trắ c làm thay đổ i giá tri ̣của sai số nô ̣i suy AIE , từ
đó cho thấ y mức đô ̣ thay đổ i kế t quả nô ̣i suy cũng như mức đô ̣ biể u thi ̣sai lê ̣ch của kế t quả đo
từ m tra ̣m quan trắ c so với kế t quả đo từ 60 trạm quan trắc sơ bộ . Khi số lươ ̣ng các tra ̣m quan
trắ c bi ̣loa ̣i bỏ càng lớn thì sai số nô ̣i suy trung bình càng tăng , làm giảm khả năng xác định
hiê ̣n tra ̣ng môi trường của bản đồ nô ̣i suy .
(3) Số lươ ̣ng tra ̣m quan trắ c đươ ̣c đề tài khuyế n nghị thiết lập là 16 trạm, bao gồ m các
điể m có ký hiê ̣u : K1, K4, K21, K9, K17, K10, K25, K60, K38, K32, K36, K24, K16, K14,
K46 và K54. 16 điể m quan trắ c mới đươ ̣c phân bố khá đề u trên điạ bàn tỉnh Viñ h Phúc . Điề u
này đã cho thấy việc giải bài toán đã đạt được một trong những mục tiêu quan trọng : tránh để
bài toán rơi vào trường hợp kết quả cực tiểu địa phương . Mạng lưới các điểm phân bố mới
cũng cho thấ y tiề m năng quan trắ c hiê ̣u quả đố i với các vùng bi ̣ô nhiễm nă ̣ng , các vùng có sự
biế n đô ̣ng nồ ng đô ̣ bu ̣i PM 10 trong không khí ở mức cao.
(4) Với kế t quả 16 điể m quan trắ c mới , sai số nô ̣i suy trung bình AIE đa ̣t giá tri ̣ 0,989.
Đây là giá tri ̣chấ p nhâ ̣n đươ ̣c và phù hơ ̣p nhấ t với viê ̣c giảm đươ ̣c mô ̣t lươ ̣ng lớn số lươ ̣ng
điể m quan trắ c (giảm 44 điể m ). Ngoài ra, giá trị % sai số trung bình của số liê ̣u trong ma ̣ng
lưới 16 điể m mới này với ma ̣ng lưới 60 điể m đầ y đủ ban đầ u khá thấ p (13,77%).
(5) Kế t quả phân tích nô ̣i suy từ hai ma ̣ng lưới dựa trên kế t quả quan trắ c năm
2011
cho thấ y, ít có sự thay đổi trong việc so sánh biến thiên hàm lượng bụi từ hai mạng lưới nà y.
Điề u đó có nghiã là ma ̣ng lưới quan trắ c môi trường mới sẽ có khả năng phản ánh chính xác
hiê ̣n tra ̣ng môi trường gầ n với mức phản ánh của ma ̣ng lưới quan trắ c sơ bô ̣ . Tức là , ít có sự
thay đổ i trong viê ̣c đánh giá mức đô ̣ ô nhiễm bu ̣i dựa trên hai ma ̣ng lưới trên .
KHUYẾN NGHI ̣
- Số liê ̣u đánh giá chấ t lươ ̣ng môi trường không khí tin̉ h Viñ h Phúc cũng như số liê ̣u

quan trắ c dùng làm tài liê ̣u xây dựng ma ̣ng lưới quan trắ c cầ n thu thâ ̣p nhiề u hơn nữ a, tăng số
lầ n thu thâ ̣p cũng như khoảng thời gian thu thâ ̣p để có thể nâng cao tiń h đa ̣i diê ̣n của số liê ̣u
quan trắ c.
- Để có đươ ̣c những đánh giá chi tiế t hơn về hiê ̣u quả của viê ̣c giải bài toán bằ ng
phương pháp tố i ưu bầ y kiế n , cầ n thiế t phải có sự so sánh giữa viê ̣c giải bài toán theo phương
pháp này với các phương pháp , giải thuật khác. Mô ̣t số giải thuâ ̣t đã đươ ̣c các tác giả lựa cho ̣n
dùng làm căn cứ so sánh là thuật toán tham lam và t huâ ̣t toán phân cu ̣m.
- Tích hợp phương pháp tối ưu sai số nội suy trong nghiên cứu này với những phương
pháp giải bài toán tối ưu khác để có thể tạo ra một phương pháp thiết lập mạng lưới điểm
quan trắ c mới mà không nhấ t t hiế t phải trùng vi ̣trí với ma ̣ng lưới quan trắ c sơ bô ̣ . Vì rất có
thể , những điể m nằ m ngoài ma ̣ng lưới quan trắ c sơ bô ̣ có thể đa ̣i diê ̣n tố t hơn cho khu vực
xung quanh.
- Mă ̣c dù mỗi phương pháp thiế t lâ ̣p ma ̣ng lưới quan trắ c
có những các tiếp cận và
phương pháp nghiên cứu khác nhau , tuy nhiên , với những kế t quả mà nghiên cứu này đã đưa
ra, có thể sử dụng ngay công thức tính phần trăm sai số nội suy trung bình
(∆) để bổ sung
hoă ̣c đánh giá hiê ̣u quả thiết lập mạng lưới quan trắc của các phương pháp thiết lập khác .

14


References
Tiế ng Viê ̣t
[1] Bô ̣ KHCN &MT (1999), Quy hoạch mạng lưới các trạm quan trắ c và phân tích môi
trường Quố c gia, Hà Nội.
[2] Bô ̣ Tài nguyên và Môi trường (2009), QCVN 05:2009 Quy chuẩn ki ̃ thuật quố c gia về chấ t
lượng không khí xung quanh, Hà Nội
[3] Đặng Kim Chi (2005), Hóa học môi trường, NXB khoa ho ̣c kỹ thuâ ̣t.
[4] Cục Môi trường (2001), Tổ ng kế t hoạt động các Trạm thuộc mạng lưới Quan trắ c và Phân

tích Môi trường Quố c gia, Hà Nội
[5] Cục thống kê tỉnh Vĩnh Phúc (2010), Niên giám thố ng kê tỉnh Viñ h Phúc 2010, Vĩnh Phúc.
[6] Cổ ng thông tin Doanh nghiê ̣p và Đầ u tư tỉnh Viñ h Phúc , tổ ng quan tình hình phát triể n
kinh tế -xã hội tỉnh Vĩnh Phúc sau 15 năm tái lập (từ năm 1997-2011). Truy câ ̣p lầ n
cuố i: 10/12/2012
[7]
Cổ ng thông tin điê ̣n tử Tổ ng cu ̣c môi trường
.
Internet:
/>%C6%B0%E1%BB%9Dngl%C3%A0g%C3%AC.aspx. Truy câ ̣p lầ n cuố i: 10/12/2012
[8] Cổ ng thông tin điê ̣n tử tỉnh Viñ h Phúc , Internet: truy câ ̣p lầ n
cuố i: 10/12/2012.
[9] Huỳnh Thu Hòa, Ô nhiễm không khí.
[10] Nguyễn Hồ ng Khánh (1996), Nghiên cứu thiế t lập hê ̣ thố ng monitoring môi trường
không khí Hà Nội trên cơ sở hiê ̣n trạng và dự báo môi trường tới năm
2010, luâ ̣n án
Phó Tiến sỹ, trường Đa ̣i ho ̣c xây dựng Hà Nô ̣i.
[11] Luâ ̣t bảo vê ̣ môi trường, 2005
[12] Vũ Văn Mạnh , Nguyễn T hị Hồng Hạnh (2007), Sử dụng phương pháp tố i ưu đề u trong
đánh giá chấ t lượng môi trường không khí của tỉnh Hải Dương , tạp chí Khí tượng thủy
văn, 560, tr 39-48.
[13] Đinh Xuân Thắ ng (2003), Ô nhiễm không khí, NXB đa ̣i ho ̣c quố c gia TP Hồ Chí Minh .
[14] Hoàng Dương Tùng (2011), Thực trạng hê ̣ thố ng QTMT ở Viê ̣t Nam - Đi ̣nh hướng thời
gian tới, cổ ng thông tin điê ̣n tử tić h hơ ̣p Tổ ng cu ̣c Môi trường.
[15] UBND tin̉ h Kon Tum (2002), Báo cáo nghiên cứu xác định mạng lưới điểm quan trắc và
phân tích môi trường tỉnh Kon Tum, Kon Tum.
[16] Ủy ban nhân dân tỉnh Vĩnh Phúc (2011), dự thảo quy hoạch tổ ng thể phát triể n kinh tế xã hội đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030, Vĩnh Phúc.
Tiế ng Anh
[17] Abdullah Mofarrah, Tahir Husain (2010), "A holistic approach for optimal design of air
quality monitoring network expansion in an urban area", Atmospheric Environment, 44,

pp. 432-440.
[18] Antonio Lozano, Jose Usero, Eva Vanderlinden, Juan Raez Juan Contreras, Benito
Navarrete & Hicham El Bakouri, "optimization of the design of air quality monitoring
networks and its application to NO2 and O3 in Seville, Spain".
/>[19] Paul D. Sampson, Peter Guttorp & David M.Holland (2001), "Air Quality Monitoring
Network Design Using Pareto Optimality Methods for Multiple Objective Criteria" EPA
Spatial Data Analysis Technical Exchange Workshop, USA.
[20] Saisana M., Sarigiannis D., Chaloulakou A., Spyrellis N. (2001), "Air quality monitoring
design: optimization of PM2,5 network using satellite observation", Proceedings of 17th
Conference on Environgmental Science and Technology, Syros, Greece.
[21] Sóren Lophaven (2004) Design and analysis of environmental monitoring programs,
Technical University of Denmark.

15


[22] Vu Van Manh, Bui Phuong Thuy (2009), "Using geostatistics and clustering to design
and optimize the environmental monitoring network for Hai Duong province, Viet
Nam", Environmental Informatics and Industrial Envỉonmental Protection: Concepts,
Methods and Tools, Enviroinfo Conference, Berlin.
[23] Yuanhai Li, Amy B. Chan Hilton (2006), Optimal groundwater monitoring design using
an ant colony optimization paradigm.

16