Lắp Đặt Hệ Thống Tự Động Giám Sát Nước Ngầm – Khí Tượng Thủy Văn Tại Hà Nội: Công Nghệ NB-IoT Tối Ưu Chi Phí
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và tốc độ đô thị hóa nhanh chóng tại Hà Nội, việc giám sát tài nguyên nước dưới đất và các yếu tố khí tượng thủy văn trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Vừa qua, chúng tôi đã triển khai thành công hệ thống giám sát tự động cho một cụm công trình quan trắc tại Hà Nội với tiêu chí: Công nghệ hiện đại – Dữ liệu chính xác – Chi phí triển khai cực thấp.
1. Tổng Quan Về Hệ Thống Quan Trắc
Hệ thống được thiết kế để giám sát liên tục 24/7, gửi dữ liệu về trung tâm điều hành mà không cần sự can thiệp của con người. Điểm đặc biệt của dự án là sự kết hợp giữa phần cứng giá rẻ nhưng bền bỉ và phần mềm mã nguồn mở mạnh mẽ.
Các chỉ tiêu giám sát bao gồm:
- Mực nước ngầm: Sử dụng cảm biến áp suất thả chìm (Submersible Level Sensor) độ chính xác cao.
- Lượng mưa: Cảm biến đo lưu lượng mưa tự động (Rain Gauge).
- Khí tượng: Cụm cảm biến tích hợp đo Nhiệt độ, Độ ẩm và Áp suất không khí.
2. Công Nghệ Truyền Thông: Đột Phá Với NB-IoT
Thay vì sử dụng 3G/4G truyền thống tốn kém năng lượng và chi phí duy trì, chúng tôi áp dụng công nghệ NB-IoT (Narrowband IoT) cho bộ Datalogger.
- Ưu điểm: NB-IoT có khả năng xuyên thấu tốt (phù hợp cho các giếng quan trắc có nắp đậy hoặc nằm sâu dưới đất), tiêu thụ năng lượng cực thấp và chi phí gói cước viễn thông rẻ hơn rất nhiều so với SIM thông thường.
3. Phần Mềm Giám Sát: Sức Mạnh Của Open Source
Để giải quyết bài toán “Chi phí triển khai rất rẻ” mà vẫn đảm bảo tính chuyên nghiệp, hệ thống Server được xây dựng dựa trên bộ ba công nghệ mã nguồn mở hàng đầu hiện nay:
- Node-RED: Đóng vai trò là bộ xử lý trung tâm, thu thập dữ liệu từ Datalogger NB-IoT, xử lý logic và cảnh báo sự cố.
- InfluxDB: Cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian (Time-series Database) được tối ưu hóa để lưu trữ hàng triệu bản ghi dữ liệu môi trường với tốc độ truy xuất cực nhanh.
- Grafana: Công cụ trực quan hóa dữ liệu số 1 thế giới hiện nay. Giúp vẽ biểu đồ mực nước, biểu đồ lượng mưa và các dashboard theo dõi thời gian thực cực kỳ đẹp mắt và chuyên nghiệp.
4. Tại Sao Giải Pháp Này Lại Tối Ưu Chi Phí?
Nhiều đơn vị ngần ngại lắp đặt hệ thống quan trắc tự động vì lo ngại chi phí phần mềm bản quyền và thiết bị đắt đỏ. Giải pháp của chúng tôi giải quyết triệt để vấn đề này:
- Không phí bản quyền phần mềm: Việc sử dụng InfluxDB, Node-RED và Grafana giúp tiết kiệm hàng ngàn USD tiền bản quyền phần mềm giám sát (SCADA) truyền thống.
- Phần cứng tối ưu: Datalogger NB-IoT có thiết kế đơn giản, bo mạch nhỏ gọn, giảm chi phí sản xuất và lắp đặt.
- Vận hành tự động: Giảm thiểu chi phí nhân sự đi đo đạc thủ công hàng ngày.
5. Hình Ảnh Thi Công Thực Tế Tại Hà Nội
Hình 1: Lắp đặt thiết bị
Hình 2: Kiểm tra mức nước ngầm
Hình 3: Toàn cảnh hoàn thiện công trình lắp đặt thiết bị giám sát tự động
Hình 4: Giám sát dữ liệu trên hệ thống