Tài liệu Nghiên cứu xây dựng và thử nghiệm hệ thống trạm khí tượng tự động

BTNMT VKTTVMT BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MÔI TRƯỜNG 23/62 Nguyễn Chí Thanh, Đống Đa, Hà Nội -----------------********-------------------- BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG TRẠM KHÍ TƯỢNG TỰ ĐỘNG Tên Chủ nhiệm Đề tài: TS. Nguyễn Viết Hân 7595 18/01/2010 HÀ NỘI, 12-2009 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MÔI TRƯỜNG PHÒNG NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM CÔNG NGHỆ ĐO ĐẠC 23/62 Nguyễn Chí Thanh, Đống Đa, Hà Nội -----------------********-------------------- BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG TRẠM KHÍ TƯỢNG TỰ ĐỘNG Chỉ số đăng ký: Chỉ số phân loại: Chỉ số lưu trữ: Cộng tác viên chính: KS. Đào Hồng Châu KS. Hoàng Phi Thành KS. Đặng Tùng Mẫn KS. Nguyễn Danh Hiệp KS. Nguyễn Ngọc Quý Phòng NCTN CN Đo đạc - Viện KH KTTV&MT Phòng NCTN CN Đo đạc - Viện KH KTTV&MT Phòng KH&CN Thông tin - Viện KH KTTV&MT Phòng KH&CN Thông tin - Viện KH KTTV&MT TT Mạng lưới KTTV&MT- TT KTTV QG Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2009 Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2009 Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2009 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI ĐƠN VỊ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI Nguyễn Viết Hân Đào Hồng Châu Trần Thục Hà Nội, ngày tháng năm 20 HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên, học hàm, học vị) Hà Nội, ngày tháng năm 20 CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI TL. BỘ TRƯỞNG KT. VỤ TRƯỞNG VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PHÓ VỤ TRƯỞNG TS. Nguyễn Lê Tâm Nguyễn Lê Tâm HÀ NỘI, 12-2009 MỤC LỤC TT Chương 1. 1.1. 1.1.1 1.1.2 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. Chương 2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. Chương 3. 3.1 3.2. 3.3. 3.4. Chương 4. 4.1. 4.2. 4.3. Chương 5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. Nội dung Trang Lời mở đầu …………………………………………………………... 2 4 Tổng quan về các trạm khí tượng tự động và mục tiêu của đề tài Các trạm khí tượng tự động trong nước …..………………….............. 4 Thiết bị có xuất xứ từ nước ngoài ……………………………………. 5 Thiết bị có xuất xứ trong nước ………………………………………. 6 Về các trạm khí tượng tự động ở ngoài nước ………………………… 7 Về công nghệ truyền tin ……………………………………………… 9 Một số nhận xét ……………………………………………………… 10 Cơ sở thực hiện các nhiệm vụ của đề tài …………………………….. 12 Mục tiêu và yêu cầu kết quả của đề tài ……………………………… 13 Lựa chọn công nghệ xây dựng trạm khí tượng tự động ………….. 16 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố gió ………………………………………. 16 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố mưa ……………………………………… 23 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố nhiệt độ và độ ẩm không khí ……………. 24 Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố áp suất khí quyển ……………………….. 26 Lựa chọn công nghệ truyền tin trên mạng điện thoại di động ……… 27 Thiết kế bộ hiển thị Datalogger của trạm khí tượng tự động …… 31 Sơ đồ khối chức năng Datalogger VH-051S …………………………. 31 Lựa chọn hệ vi xử lý …………………………………………………. 33 Nguyên lý hoạt động Datalogger …………………………………….. 36 Tính năng kỹ thuật của Datalogger VH-051S ……………………….. 38 Các chương trình điều khiển hệ thống trạm KTTĐ VH-051S …… 42 Chương trình điều khiển trực tiếp LocVh051s ………………………. 42 Chương trình điều khiển và thu nhận số liệu SysVh051sKv tại Trung 46 tâm Khu vực của hệ thống các trạm KTTĐ VH-051S ……………….. Ý nghĩa thông tin từ trạm VH-051S ………………………………….. 51 53 Kết quả triển khai thực nghiệm hệ thống trạm KTTĐ VH-051S Phương pháp tiến hành thử nghiệm …………………………………. 53 Kết quả kiểm định lần thứ nhất trước khi lắp đặt thử nghiệm ………. 54 Kết quả kiểm định lần thứ hai tại nơi lắp đặt ………………………… 58 Kết quả kiểm định lần thứ ba sau quá trình thử nghiệm ……………... 59 Kết quả hoạt động của hệ thống thử nghiệm …………………………. 61 Kết luận và kiến nghị ……………………………………………….. 66 Tài liệu tham khảo ………………………………………………...... 68 DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 1 Bảng 1.1. Thông số thiết kế của trạm KTTĐ 14 2 Bảng 1.2. Thông số bổ sung của sen-xơ 15 3 Bảng 3.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của bộ hiển thị VH-051S 40 4 Bảng 5.1. Yêu cầu về sai số đối với các thiết bị đo khí tượng 54 5 Bảng 5.2. Sai số tốc độ gió khi sử dụng các sen-xơ Young 05106MA 55 6 Bảng 5.3. Sai số hướng gió khi sử dụng các sen-xơ Young 05106MA 55 7 Bảng 5.4. Sai số yếu tố mưa khi sử dụng các sen-xơ SL3-1 56 8 Bảng 5.5. Sai số yếu tố nhiệt độ khi sử dụng các sen-xơ VH-11TH 56 9 Bảng 5.6. Sai số yếu tố độ ẩm khi sử dụng các sen-xơ VH-11TH 56 10 Bảng 5.7. Sai số yếu tố áp suất khi sử dụng các sen-xơ VH-15B 57 11 Bảng 5.8. Sai số yếu tố đo tại lần kiểm định cấp Nhà nước 58 12 Bảng 5.9. Sai số trung bình các yếu tố khi kiểm định tại chỗ 59 13 Bảng 5.10. Sai số tốc độ gió sau quá trình thực nghiệm 59 14 Bảng 5.11. Sai số hướng gió sau quá trình thực nghiệm 59 15 Bảng 5.12. Sai số yếu tố mưa sau quá trình thực nghiệm 60 16 Bảng 5.13. Sai số yếu tố nhiệt độ sau quá trình thực nghiệm 60 17 Bảng 5.14. Sai số yếu tố độ ẩm sau quá trình thực nghiệm 60 18 Bảng 5.15. Sai số yếu tố khí áp sau quá trình thực nghiệm 60 19 Bảng 5.16. Số liệu tại “Nhật ký hoạt động” trạm Văn Lý 62 20 Bảng 5.17. Số liệu tại “Nhật ký hoạt động” trạm Hà Đông 63 21 Bảng 5.18. Số liệu tại Datalogger trạm Hà Đông ngày 07/11/2009 63 22 Bảng 5.19. Số liệu của trạm Hà Đông ngày 07/11/2009 tại Trung tâm Khu vực 64 23 Bảng 5.20. Số liệu của trạm Hà Đông ngày 07/11/2009 tại Trung tâm Trung ương 64 DANH MỤC CÁC HÌNH TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Tên hình Hình 2.1. Máy gió Vild Hình 2.2. Máy gió EL của Trung Quốc Hình 2.3. Đầu đo gió Young Hình 2.4. Cấu tạo của sen-xơ gió Young 05106MA Hình 2.5. Tín hiệu tốc độ gió 5m/s Hình 2.6. Tín hiệu tốc độ gió 0.3m/s Hình 2.7. Tín hiệu tốc độ gió 0.5m/s Hình 2.8. Sơ đồ khối giao diện Hình 2.4. Thiết bị đo mưa xi phông SJ1 và vũ lượng ký SL1 của Trung Quốc Hình 2.5. Các sen-xơ đo mưa điển hình dùng cho các trạm KTTĐ Hình 2.6. Sen-xơ đo mưa SL3-1 và các thông số kỹ thuật Hình 2.7. Các sen-xơ nhiệt ẩm tiêu biểu Hình 2.8. Sen-xơ nhiệt ẩm VH-11TH và các thông số đặc trưng Hình 2.9. Các sen-xơ khí áp tiêu biểu Hình 2.10. Sen-xơ khí áp VH-15B và các thông số kỹ thuật Hình 2.11. Sơ đồ khối của modem GSM tiêu biểu Hình 2.12. Các modem GSM tiêu biểu Hình 3.1. Sơ đồ khối dạng tổng thể của Datalogger VH-051S Hình 3.2. Sơ đồ khối của Datalogger VH-051S khi dùng modem GSM Hình 3.3. Lưu đồ thuật toán chính của Datalogger Hình 3.4. Bộ hiển thị Datalogger VH-051S Hình 3.5. Bộ hiển thị Datalogger VH-051SA Hình 3.6. Thông tin tại LCD của bộ hiển thị VH-051S Hình 4.1. Giao diện chính của của chương trình điều khiển LocVh051s Hình 4.2. Sơ đồ thuật toán chính của chương trình LocVh051s Hình 4.3. Khung nhập mật khẩu LocVh051s Hình 4.4. Khung nhập thông số LocVh051s Hình 4.5. Khung nhập ngày bắt đầu và số ngày lấy số liệu Hình 4.6. Mô hình tổ chức hệ thống các trạm KTTĐ Hình 4.7. Giao diện chính của của chương trình điều khiển SysVh051s Hình 4.8. Sơ đồ thuật toán chính của chương trình SysVh051s Hình 4.9. Khung nhập mật khẩu SysVh051s Hình 4.10. Khung nhập thông số SysVh051s Hình 4.11. Khung nhập ngày bắt đầu và số ngày lấy số liệu Trang 16 17 17 19 21 21 21 22 23 24 24 25 26 27 27 28 30 31 32 37 38 39 40 43 44 45 45 45 46 47 48 50 50 50 LỜI MỞ ĐẦU Việc đảm bảo số liệu khí tượng thủy văn (KTTV) trong đó có các khâu truyền thông tin, lưu trữ, cung cấp số liệu cho các nhà chuyên môn, đặc biệt khi có thời tiết nguy hiểm, đóng vai trò rất quan trọng trong nghiệp vụ của ngành. Đo đạc các yếu tố KTTV, là mắt xích đầu tiên và được tiến hành theo một quy trình rất chặt chẽ và thống nhất trong toàn ngành. Số liệu quan trắc nghiệp vụ là cơ sở cho công việc dự báo KTTV, là đầu vào của công việc nghiên cứu phục vụ cho nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội nói chung. Cải tiến, nâng cao số lượng và chất lượng thông tin từ quá trình đo đạc là nhu cầu cấp thiết của ngành trong nhiều năm vừa qua. Những năm gần đây cùng với sự biến đổi của khí hậu toàn cầu, diễn biến bất thường của thời tiết và thiên tai nguy hiểm xuất hiện ở nước ta ngày càng dày hơn, khốc liệt hơn và biến động rất phức tạp. Thiên tai nghiêm trọng không theo quy luật xẩy ra ở nhiều vùng khắp cả nước. Các cơn bão và mưa lớn trong những năm qua, đặc biệt trong năm 2009 đã làm thiệt hại nhiều tính mạng và tài sản. Trong bối cảnh đó, nâng cao năng lực cho công việc dự báo, cảnh báo và giám sát thiên tai là nhu cầu quan trọng, là cơ sở đầu tiên cho việc giảm nhẹ thiên tai. Hiện nay nhiều mô hình số trị đã và đang được sử dụng, nhằm nâng cao chất lượng dự báo. Nhưng đầu vào cho các mô hình này là một bộ số liệu khá lớn, trong đó số liệu thời gian thực với kỳ quan trắc dày từ mạng lưới trạm đo đạc đủ lớn đóng vai trò quan trọng. Để đáp ứng được việc này, không có sự lựa chọn nào khác, ngoài việc sử dụng các trạm khí tượng tự động (KTTĐ). Từ hơn 20 năm về trước, các trạm KTTĐ nhập ngoại đã được sử dụng tại nước ta và đến nay nhu cầu sử dụng các trạm này ngày càng lớn. Nhưng việc khai thác và duy trì các trạm nhập ngoại còn tồn tại nhiều bất cập. Do đó, việc chủ động công nghệ xây dựng hệ thống trạm KTTĐ là rất cấp thiết. Thực hiện thành công đề tài này là bước cơ bản để giải quyết các vấn đề trên. Kết quả khả quan của đề tài là khâu đột phá quan trọng, chứng tỏ các chuyên gia trong nước có khả năng làm chủ được nhiều công đoạn công nghệ hiện đại, chủ động đáp nhu cầu phát triển của ngành. Báo cáo tổng kết được trình bày trong 5 chương, với bố cục như sau: Chương 1 là phần tổng quan, phân tích về các trạm KTTĐ trong và ngoài nước, nhằm lựa chọn phương án tốt nhất để thực hiện các nhiệm vụ của đề tài; 2 Chương 2 trình bày về cở sở khách quan cho việc lựa chọn công nghệ các bộ phận quan trọng của trạm KTTĐ; Chương 3 trình bày thuật toán và kỹ thuật thiết kế bộ hiển thị - điều khiển số liệu Datalogger, phần quan trọng của đề tài; Chương 4 thể hiện các chương trình, thuật toán điều khiển hệ thống các trạm khí tượng tự động; Chương 5 là phần tổng kết, đánh giá quá trình thực nghiệm. Báo cáo tổng kết đề tài là kết quả quá trình nghiên cứu thực nghiệm trong nhiều năm, nhằm xây dựng thành công hệ thống trạm KTTĐ trên cơ sở công nghệ tiên tiến và tin cậy mà các chuyên gia của Việt Nam chủ công nghệ, với giá thành và chi phí hợp lý. Kết quả của đề tài là cơ sở quan trọng cho việc tự động hóa đo đạc và truyền số liệu các yếu tố khí tượng thủy văn. Nhân đây, những người thực hiện đề tài xin trân trọng biết ơn sự quan tâm và giúp đỡ của lãnh đạo Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, của Trung tâm Mạng lưới KTTV&MT, của Đài KTTV Khu vực Đồng bằng Bắc Bộ, Trạm khí tượng nông nghiệp Hà Đông, Trạm khí tượng nông nghiệp Ba Vì, Trạm khí tượng Văn Lý, trong quá trình triển khai các nhiệm vụ của đề tài. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC TRẠM KHÍ TƯỢNG TỰ ĐỘNG VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Việc đo đạc các yếu tố KTTV, như: gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí, mực nước ... để đảm bảo cung cấp số liệu điều tra cơ bản, đóng vai trò rất quan trọng trong nghiệp vụ quan trắc của ngành KTTV và được tiến hành tại hầu hết các trạm KTTV theo một quy phạm chặt chẽ và thống nhất. Các số liệu này là cơ sở quan trọng đối với công tác dự báo KTTV, nghiên cứu khoa học, quy hoạch và nhu cầu sử dụng các số liệu KTTV ngày càng cao cả về chất lượng và số lượng. Nhưng hiện nay, công việc điều tra cơ bản chủ yếu vẫn dựa trên các thiết bị đo đạc thủ công, do đó việc cung cấp số liệu số hóa cho các mô hình dự báo còn gặp nhiều khó khăn. Để khắc phục các nhược điểm trên, các thiết bị đo đạc tự động, đặc biệt là các trạm khí tượng tự động đã và đang được sử dụng rộng rãi ở nước ta và nhiều nước khác. Các thiết bị đo các yếu tố KTTV của ngành rất đa dạng về chủng loại, tính năng và xuất xứ. Về khả năng tự động hóa có thể phân làm 03 nhóm như sau: Thiết bị đo thủ công truyền thống: có khá nhiều chủng loại, như máy gió Vild, máy đo gió cầm tay, các loại nhiệt kế, áp kế thủy ngân, các thiết bị đo mưa xi phông, thùng đo mưa, các nhiệt, ẩm, vũ lượng ký,... Việc tự động hóa trên cơ sở các thiết bị này rất khó khăn và có rất ít hy vọng đạt được hiệu quả mong muốn. Thiết bị đo cơ điện tử: Máy gió EL, Tavid, Deolia-91, Wind Tracker Young, Vũ lượng ký SL1, Áp kế số PA-11, PTB220B. Việc sử dụng các thiết bị này cho mục đích tự động hóa tuy có khó khăn, nhưng hoàn toàn có thể. Trạm khí tượng tự động: được sự quan tâm của Nhà nước, các thiết bị dạng này đã được sử dụng thử nghiệm từ thập niên 90 của thế kỷ trước, đến nay số lượng được sử dụng trong ngành đã tăng lên đáng kể và dự kiến loại thiết bị này sẽ được tăng cường trang bị thêm đến hàng trăm với nhiều chủng loại. Theo quy ước, trạm KTTĐ là thiết bị khí tượng được tự động hóa cho mục tiêu đo đạc từ hai yếu tố khí tượng trở lên. Vì vậy, trong phần này đề tài chỉ tập trung tổng quan, phân tích về các thiết bị có liên quan đến trạm KTTĐ trong và ngoài nước. 1.1. Các trạm khí tượng tự động trong nước Nhờ các ưu thế của mình so với các thiết bị đo đạc thủ công truyền thống, các thiết bị đo tự động nói chung và trạm KTTĐ nói riêng đã được sử dụng tại 4 nước ta từ vài chục năm về trước, hầu hết là thiết bị có xuất xứ ngoại nhập. Các thiết bị này đã thể hiện được sự tiện lợi và hiệu quả của mình. 1.1.1. Thiết bị có xuất xứ từ nước ngoài Số lượng các trạm KTTĐ phục vụ công việc chuyên môn của ngành KTTV đã được tăng lên nhanh chóng theo thời gian. Có thể liệt kê một số trạm tiêu biểu như sau: - Các trạm do Viện KH KTTV&MT quản lý, gồm 7 trạm: 02 Trạm khí tượng nông nghiệp nhiều yếu tố đo Vaisala MILOS 500 – Phần Lan đặt tại Hoài Đức, Trà Nóc trong năm 1992, 02 Trạm khí tượng tự động của MetOne lắp đặt tại Thác Bà và Hòa Bình và 01 Trạm tháp 5 tầng gió nhiệt ẩm Milos 500 tại Láng, 01 Trạm Aanderaa 2700 dùng cho việc khảo sát, 01 trạm Monitror Úc dùng cho đo đạc khảo sát khí tượng nông nghiệp; - Dự án ODA gồm 11 trạm khí tượng tự động, lắp đặt tại Phủ Liễn, Hòn Dấu, Cô Tô, Bạch Long Vỹ, Hải Dương, Hà Giang, Phú Hộ, Thanh Hóa, Vinh, Kỳ Anh, Phú Quý. Trong đó, 09 trạm do hãng Degreane - Pháp cung cấp, 01 trạm Handar - Hoa Kỳ, 01 trạm Vaisala Milos 500 đo các yếu tố: gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí; - Hệ thống 09 trạm tự động quan trắc môi trường không khí Kimoto - Nhật Bản rất hiện đại, đo các yếu tố khí tượng và nhiều thông số về chất lượng không khí, lắp đặt tại Láng, Phủ Liễn, Cúc Phương, Đà Nẵng, Nhà Bè, Plây Cu, Cần Thơ, Vinh, Sơn La; - Hệ thống 07 trạm MeteorBurst - Hoa Kỳ tăng cường cho nghiệp vụ dự báo, bao gồm: Trung tâm tại Chí Linh và 7 trạm được lắp đặt tại Bạch Long Vĩ, Móng Cái, Cửa Ông, Hòn Dấu,Văn Lý, Tĩnh Gia, Hòn Ngư, đo các yếu tố gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí. Hệ thống này sử dụng thu phát vô tuyến theo chuẩn Meteor bằng Modem chuyên dùng; - Hai dự án lớn đã và đang triển khai trong các năm 2008-2010 *Dự án ODA của Italy “Tăng cường hệ thống dự báo cảnh báo lũ lụt ở Việt Nam - Giai đoạn 1”, đầu tư hệ thống các thiết bị đồng bộ cho các tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừ thiên Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, bao gồm: 16 trạm KTTĐ đo các yếu tố gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí; 43 trạm thủy văn quan trắc mực nước và mưa; 15 trạm đo mưa; *Dự án tài trợ của ngân hàng thế giới WB “Tăng cường năng lực cảnh báo giám sát lũ lụt đồng bằng sông Cửu Long”, gồm: 12 trạm KTTĐ đo 8 yếu tố, 89 trạm thủy văn đo mực nước và đo mưa; 5 *Các trung tâm thu số liệu tại Khu vực và Trung ương của hai dự án này có phương thức truyền nhận số liệu hiện đại, kết hợp các dạng truyền Radio UHF, GSM và vệ tinh; - Dự kiến, trong thời gian sắp tới “Tăng cường hệ thống dự báo cảnh báo lũ lụt ở Việt Nam - Giai đoạn 2”, đầu tư hệ thống các thiết bị đồng bộ cho các tỉnh Bắc Trung Bộ, bao gồm: 40 trạm KTTĐ đo các yếu tố gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí; 53 trạm thủy văn quan trắc mực nước và mưa; 152 trạm đo mưa; - Ngoài ra trong ngành đã được trang bị khá nhiều thiết bị đo gió tự động Young và các thiết bị tự động đo các yếu tố đơn lẻ khác; - Khá nhiều trạm KT tự động của Hoa Kỳ, Na Uy, Phần Lan, Itatly, Đài Loan,…được sử dụng cho nhiều lĩnh vực khác, ngoài ngành KTTV, như: hàng không, phòng chống cháy rừng, khai thác mỏ. Trong thời gian tới, thực hiện các dự án tăng cường trang thiết bị cho ngành KTTV, dự kiến: số trạm tự động quan trắc môi trường không khí Kimoto - Nhật Bản sẽ lên tới 22 trạm, số trạm đo gió Young sẽ lên tới hàng trăm, ngoài ra dự kiến 17 trạm hải văn ven biển rất hiện đại của Hoa Kỳ, nhiều thiết bị tự động mới cho Tàu nghiên cứu Biển. 1.1.2. Thiết bị có xuất xứ trong nước Đối với các thiết bị đo đạc chuyên ngành KTTV, việc đầu tư nghiên cứu sản xuất các thiết bị tự động trong nước còn hạn chế, chưa đạt được những kết quả khả quan. Từ năm 1993, Trung tâm Khoa học Tự nhiên đã nghiên cứu lắp ráp thử nghiệm trạm KT tự động ở mức đơn giản, đo các yếu tố cơ bản: mưa, gió, nhiệt độ và áp suất khí quyển. Do sử dụng các sen-xơ có độ chính xác chưa cao và công nghệ còn hạn chế, nên các tham số đo đạc của thiết bị không ổn định và có độ chính xác chưa đạt như mong muốn. Trạm đã đo thử nghiệm tại Phú Thụy, huyện Gia Lâm, nhưng không cho kết quả khả quan và việc hoàn thiện cũng không được tiếp tục. Từ những năm 2000, Viện Điện tử – Trung tâm Khoa học Kỹ thuật Quân sự cũng đã thiết kế và xây dựng trạm đo đạc yếu tố gió phục vụ binh chủng Pháo binh và Hải quân. Độ chính xác của trạm chưa cao, chỉ đáp ứng được yêu cầu của họ và việc hoàn thiện thiết bị cũng không tiếp tục. Trong năm 2006, Công ty Hải Dương có giới thiệu thiết bị báo động mưa lớn tại chỗ bằng âm thanh, không hiển thị số liệu, nhưng hiện nay còn đang hoàn thiện, thử nghiệm độ chính xác và tính ổn định. Năm 2007, Công ty Vật tư KTTV 6 Hymetco đã đưa ra thị trường Máy đo nhiệt đất hiện số MLS-02 dùng đo nhiệt độ mặt đất và các độ sâu, nhằm thay thế cho việc quan trắc thủ công bằng các nhiệt kế thủy ngân truyền thống. Trong các năm 2006 - 2009, Viện KH KTTV&MT đã thực hiện thành công nhiều đề tài và các công trình nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến tự động hóa đo đạc, đáng chú ý nhất là các công trình sau: - Hệ thống đo mưa gồm 07 trạm của đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu xây dựng hệ thống đo và truyền số liệu đo mưa thời gian thực tại lưu vực Ngàn Phố – Ngàn Sâu” thử nghiệm thành công và chuyển giao cho Đài Khu vực Bắc Trung Bộ quản lý sử dụng; - Hệ thống đo mưa và cảnh báo mưa lớn VH-022R, lắp đặt 02 trạm tại tỉnh Yên Bái, sau đó theo yêu cầu của các cơ sở đã triển khai lắp đặt thêm 12 trạm tại Lào Cai, Hà Tĩnh, Kon Tum, Ninh Thuận, Bình Thuận, Tp. Hồ Chí Minh; - Hệ thống đo gió và đo mưa đã triển khai tại tỉnh Quảng Ninh, gồm 03 trạm đo gió VH-026W và 15 trạm đo mưa VH-022R. - Các hệ thống trạm VH-xxx của Viện có khả năng cung cấp nhanh số liệu thời gian thực qua mạng điện thoại di động với số lượng trạm trong hệ thống có thể đạt tới hàng vài trăm và đồng thời có thể kiểm soát các trạm qua điện thoại di động cầm tay. Ngoài ra một số cơ sở Khoa học Công nghệ, như: ĐH Bách Khoa Hà Nội, ĐH KH Tự nhiên, Viện KHCN Việt Nam,… đã đầu tư cho việc nghiên cứu chế tạo, thử nghiệm các thiết bị đo tự động các yếu tố đơn lẻ: nhiệt độ đất, mực nước. Tuy đã có một số thành công ban đầu, nhưng do nhiều nguyên nhân, việc hoàn thiện để thiết bị có thể sử dụng ổn định trên mạng lưới KTTV đã không được tiếp tục. Thực tế đến nay hầu như các thiết bị trên đều đã không còn được sử dụng trên mạng lưới của ngành. 1.2. Về các trạm khí tượng tự động ở ngoài nước Tại các nước có nền khoa học và kinh tế phát triển, các thiết bị đo đạc tự động đã được sử dụng từ rất sớm. Theo tác giả M. S. Sternzat [12], các thiết bị tự động đo gió, nhiệt độ, độ ẩm đã được sử dụng tại Liên Xô từ thập niên 30 của thế kỷ trước [13, 14]. Hiện nay, ngành KTTV của các nước phát triển được trang bị một số lượng khá lớn thiết bị quan trắc tự động và thiết bị truyền số liệu với công nghệ hiện đại. Mạng lưới quan trắc của các nước này được tự động hoá ở mức độ cao, số liệu đo đạc thời gian thực được đảm bảo kịp thời cho nhu cầu của người 7 sử dụng. Mạng lưới quan trắc tự động đã đóng góp quyết định để nâng cao chất lượng công tác dự báo KTTV nói chung và dự báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm nói riêng, đặc biệt là công tác cảnh báo bão, lũ lụt, lũ quét. Trên thế giới, các thiết bị đo đạc tự động cho ngành KTTV nói chung hay trạm KTTĐ nói riêng có rất nhiều chủng loại về tính năng sử dụng, cấp độ công nghệ và do nhiều cơ sở cung cấp [10, 11]. Có thể liệt kê một số hãng chính như Vaisala - Phần Lan; Otto- Đức; Kipp&Zonen - Hà lan; Aanderaa - Na Uy; Diolia, Degreane - Pháp; Cae - Ý; Auria, Monitor - Úc; Handar, MetOne, NovaLynx, Cambell, Young - Mỹ; Kimoto- Nhật Bản; Tuỳ theo đặc điểm địa lý và mức độ phát triển của từng vùng nơi đặt thiết bị đo, số liệu thời gian thực được cung cấp cho người sử dụng thông qua mạng hữu tuyến như đường điện thoại, mạng LAN, WAN; mạng vô tuyến như Radio Modem, GSM Modem, máy thu phát vệ tinh; mạng kết hợp giữa hai dạng trên. Tại Hồng Kông, vùng lãnh thổ có diện tích tương tự một thành phố nhỏ ven biển nước ta, hiện có mạng lưới các trạm KTTĐ gồm khoảng hơn 30 trạm đo. Số liệu KT từ các trạm đo đạc ở các điểm khác nhau của lãnh thổ được cập nhật liên tục qua mạng về máy chủ của Trung tâm dự báo, sau đo các số liệu này được chia sẽ cho các nhà chuyên môn để phục vụ cho việc dự báo KTTV và cảnh báo thời tiết nguy hiểm. Trong những năm gần đây các cơ sở sản xuất thiết bị KTTV của Trung Quốc đã đưa ra rất nhiều thiết bị tự động cho các yếu tố đơn lẻ và kể cả các trạm KTTĐ nhiều yếu tố. Những năm trước đây họ thường sử dụng các sen-xơ nhập ngoại, nhưng thời gian gần đây Trung Quốc đã sản xuất được rất nhiều loại senxơ và chủ động cung cấp các trạm KTTĐ cho Cục KTTV của mình. Rất nhiều cơ sở đảm nhận các sản phẩm khác nhau, đáng quan tâm hơn cả là Huatron Sounding, Weitianxin Electronic, Shanghai Meteorological Instrument Factory với các thiết bị SL1, SL3-1, EL, EC21, trạm KTTĐ CAWS600B, CAWS600R, CAWS800R. Tại Nhật Bản, Pháp, Đức và nhiều nước phát triển khác hệ thống quan trắc tự động được bố trí rộng khắp lãnh thổ với số lượng khá lớn, thông qua mạng kết hợp giữa vô tuyến và hữu tuyến để bảo đảm việc cung cấp số liệu cho việc dự báo KTTV và cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm. Theo tài liệu của hãng CAE, ngành KTTV của Italy, mà diện tích đất liền và biển tương tự nước ta, có hơn 3500 trạm đo đạc tự động với khoảng 16000 cảm biến, 220 trung tâm điều khiển và thu nhận số liệu. Như vậy để có thể đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội và đảm bảo 8 không quá tụt hậu so với các nước phát triển, trong thời gian tới số trạm khí tượng tự động của ta phải tăng lên tới hàng chục, thậm chí hàng trăm lần so với hiện nay. 1.3. Về công nghệ truyền tin Hiện tại, phần lớn các thiết bị đo đạc tự động trong ngành KTTV đều do nước ngoài sản xuất, chủ yếu làm nhiệm vụ quan trắc và lưu trữ số liệu tại chỗ, nếu không được nâng cấp thì chưa có khả năng để đảm bảo cung cấp tự động số liệu thời gian thực. Các thiết bị, công nghệ và giải pháp truyền tin giữa các Đài KTTV khu vực và Trung ương, bao gồm mạng LAN, WAN, Internet, mạng thông tin dự báo, đã đảm bảo được nhu cầu của ngành, nhưng trong tương lai gần cần tăng cường công nghệ để có thể đáp ứng một lượng thông tin khá lớn phục vụ các mô hình số trị. Việc đảm bảo truyền tin giữa các trạm KTTĐ về Đài KTTV khu vực hoặc Trung ương còn gặp nhiều khó khăn. Có thể nhận thấy hai nguyên nhân cơ bản, một là thiết bị đo đạc tại các trạm từ các vùng sâu xa còn chưa được tự động hóa, hai là công nghệ truyền tin chưa có khả năng đáp ứng và cung cấp số liệu từ xa. Mặc dù một số trạm khí tượng tự động với công nghệ hiện đại đã được trang bị, nhưng công nghệ truyền tin chưa được đầu tư hợp lý và đồng bộ. Công nghệ sử dụng các modem hữu tuyến như Dial-Up, Adsl,.. cho việc truyền số liệu từ các trạm đo còn khá nhiều bất cập, như: chất lượng tín hiệu đường truyền khó ổn định, khả năng đáp ứng thông suốt trong các điều kiện thời tiết còn hạn chế, chi phí duy trì thông tin cũng khá cao, rất khó khăn khi triển khai ở các vùng sâu, vùng xa,… Được sự quan tâm của Nhà nước, ngành KTTV đã đưa vào sử dụng một số mạng quan trắc nhập ngoại và có khả năng truyền số liệu thời gian thực, phục vụ cho việc cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm, như dự án tăng cường nghiệp vụ dự báo cho vùng Bắc Bộ; cảnh báo lũ quét vùng Tây Bắc; cảnh báo lũ cho lưu vực các sông Hương, Trà Khúc, sông Vệ; giám sát lũ lụt đồng bằng sông Cửu Long;… Trong năm 2007, Viện KH KTTV&MT đã hoàn hành Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu và xây dựng mạng đo và truyền số liệu mưa thời gian thực tại lưu vực sông Ngàn Phố - Ngàn Sâu” do KS. Đào Hồng Châu làm chủ nhiệm. Cho đến thời điểm hiện nay, hệ thống này đã được lắp đặt thử nghiệm tại lưu vực trên và việc đo - truyền số liệu mưa thời gian thực qua mạng điện thoại hữu tuyến đã cho kết quả khả quan. Mặc dù vậy, do đặc thù kỹ thuật của mạng hữu tuyến còn 9 phụ thuộc nhiều tới chất lượng tín hiệu đường truyền, nên khả năng đáp ứng thông suốt số liệu trong mọi điều kiện thời tiết vẫn còn hạn chế và đồng thời chi phí duy trì thông tin còn khá cao. Trong mấy năm gần đây, ở nước ta mạng điện thoại di động GSM đã phát triển mạnh mẽ, phủ sóng rộng khắp và chi phí sử dụng đã giảm đi đáng kể. Các dịch vụ gia tăng của mạng này đã và đang được mở rộng, đặc biệt là dịch vụ kết nối Internet, truyền data và tin nhắn. Các trò chơi giải trí có thưởng qua mạng di động đã khá phổ biến. Đặc biệt Công ty Lạc Việt đã đưa ra thương phẩm “Giải pháp thông tin cho trường học” nhằm cung cấp thông tin của học sinh cho phụ huynh qua tin nhắn SMS. Có thể nói, giải pháp đảm bảo số liệu thời gian thực qua mạng di động GSM kết hợp với các dạng truyền khác sẽ có ưu thế nổi trội trong thời gian tới. Trong năm 2007, Viện KH KTTV&MT đã hoàn hành Đề tài cấp cơ sở “Nghiên cứu giải pháp truyền số liệu quan trắc KTTV thời gian thực qua mạng điện thoại di động”. Kết quả của đề tài này đã được trực tiếp ứng dụng thực nghiệm cho hệ thống các thiết bị đo mưa VH-022R, đo gió VH-026W và cho kết quả rất khả quan. Theo định hướng chiến lược của ngành, cần thiết phải “Nâng dần mức độ tự động hoá các trạm khí tượng, tiến tới tự động hoá toàn hệ thống phát báo phòng tránh lụt bão và dự báo KTTV”, nhằm giảm chi phí, chủ động công nghệ và đảm bảo kỹ thuật lâu dài, rất cần thiết tiến hành nghiên cứu giải pháp tự động hoá công nghệ tuyền tin trên cơ sở hạ tầng kỹ thuật hiện có của mạng lưới KTTV. Hiện nay, ở nước ta mạng điện thoại di động đã phát triển mạnh mẽ, phủ sóng rộng khắp và chi phí sử dụng đã giảm đi đáng kể. Tính ổn định trong các điều kiện thời tiết, chi phí duy trì liên lạc hợp lý, thuận lợi trong quá trình lắp đặt ở vùng sâu vùng xa,.. của mạng này là ưu việt tuyệt đối và rõ rệt nhất cho việc lựa chọn phương án truyền tin từ các trạm đo. 1.4. Một số nhận xét Như vậy, nhờ các tính năng ưu việt của mình, các trạm khí tượng tự động ngày càng được sử dụng nhiều trong ngành KTTV và các ngành khác. Nhưng sau nhiều năm sử dụng, theo đánh giá của các chuyên gia, 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. Thực tiễn sau nhiều năm khai thác và sử dụng các thiết bị nhập ngoại, chúng tôi có một số nhận xét sau: 1.4.1. Về thiết bị nhập ngoại Như phần tổng quan ở trên, hiện nay trên mạng lưới KTTV nước ta, nhiều 10 trạm khí tượng tự động nhập ngoại đã đưa vào sử dụng để quan trắc số liệu, phục vụ công tác dự báo và nghiên cứu khoa học. Các trạm KTTĐ nhập ngoại sử dụng trong ngành KTTV chiếm ưu thế tuyệt đối, với đặc thù cơ bản là có tính năng hiện đại, đa dạng về chủng loại, xuất xứ từ nhiều nước, lại do nhiều hãng sản xuất với nhiều thế hệ, tính năng, chức năng và công nghệ khác nhau. Ưu điểm chính của các thiết bị nhập ngoại là tính năng hiện đại, đa dạng về chủng loại và đồng bộ trong cụm thiết bị cụ thể. Các tồn tại của các thiết bị ngoại nhập - Nhiều thiết bị nhập ngoại chưa phù hợp với các điều kiện thời tiết và hạ tầng của nước ta. Việc khai thác các thiết bị hiện đại nhập ngoại tại nước ta chưa đạt được hiệu quả mong muốn, thậm chí một số trạm đã ngừng hoạt động sau thời gian ngắn. Theo khảo sát của chúng tôi và nhận xét của nhiều nhà chuyên môn, nguyên nhân chính các hỏng hóc là điều kiện đặc thù của khí hậu nhiệt đới, cũng như các đảm bảo hạ tầng kỹ thuật khác mà các nhà cung cấp chưa tính đến khi khai thác thiết bị tại một địa điểm cụ thể của Việt Nam; - Chưa chuyển giao đầy đủ công nghệ khai thác và duy trì hoạt động của các thiết bị cho các chuyên gia trong nước. Các cán bộ của ta chưa có điều kiện làm chủ công nghệ, nên khi có sự cố, việc khôi phục sẽ khó khăn, chi phí lớn và sẽ làm gián đoạn khá dài việc quan trắc số liệu; - Khó có khả năng làm chủ công nghệ nhằm duy trì sự hoạt động của hệ thống các sản phẩm nhập ngoại công nghệ cao, xuất xứ từ nhiều hãng sản xuất, với nhiều mức công nghệ, trong khi các cán bộ của ta còn ít về số lượng và hạn chế về trình độ; - Rất khó khăn cho việc bằng nội lực hiện đại hóa hệ thống từ 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 so với điều kiện kinh tế của nước ta. Kinh nghiệm các nước phát triển cho thấy, để chủ động duy trì hệ thống thiết bị quan trắc KTTV tự động, rất cần thiết sử dụng sản phẩm trong nước, đặc biệt các sản phẩm có vị trí quan trọng trong hệ thống, như: Datalogger, công nghệ truyền tin, sen-xơ. 1.4.1. Về thiết bị có xuất xứ trong nước Qua phần tổng quan trên, có thể nhận thấy môt thực tế là thiết bị đo đạc tự động cho ngành KTTV có nguồn gốc trong nước còn ít về chủng loại, yếu về tính năng, khó có thể đáp ứng nhu cầu tự động hóa của ngành. 11 Nhằm cải thiện tình hình trên cần có một các tiếp cận mới của các nhà quản lý, các nhà khoa học công nghệ và rất cần thiết có sự đầu tư thích đáng từ phía Nhà nước. Thực tiễn cho chúng ta thấy, để có thể đáp ứng nhu cầu tự động hóa cho việc quan trắc KTTV cần phải giải quyết hai vấn đề lớn: xây dựng hệ thống đồng bộ các trạm quan trắc tự động và hạ tầng kỹ thuật thông tin hiện đại nhằm đảm bảo việc điều khiển và truyền số liệu. 1.5. Cơ sở thực hiện các nhiệm vụ của đề tài Trong những năm gần đây cùng với sự biến đổi của khí hậu toàn cầu, diễn biến không thuận lợi của thời tiết và các hiện tượng thiên tai nguy hiểm ở nước ta ngày càng xẩy ra dày hơn, khốc liệt hơn và biến động rất phức tap. Thiên tai nghiêm trọng với các biểu hiện bất thường xẩy ra ở nhiều vùng khắp cả nước. Các cơn bão mạnh với diễn biến bất thường ngày càng xuất hiện nhiều hơn, gây thiệt hại vô cùng lớn. Các cơn bão và mưa lớn xẩy ra trong năm 2009 làm thiệt hại nhiều tính mạng và tài sản. Với mạng lưới đo khả mỏng, gồm 174 trạm khí tượng, 29 trạm khí tượng nông nghiệp, 232 trạm thủy văn và 393 điểm đo mưa nhân dân, ngành KTTV khó có thể đáp ứng nhu cầu phát tiển kinh tế xã hội của đất nước. Trước thực trạng trên, được sự quan tâm của Nhà nước thể hiện qua các quyết định và chỉ thị nhằm tăng cường năng lực cho ngành KTTV, như: - Quyết định số 16/2007/QĐ-TTg, ngày 29 tháng 01 năm 2007 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt “Quy hoạch tổng thể mạng lưới quan trắc môi trường Quốc gia đến năm 2020”, về việc hiện đại hóa và tăng thêm các điểm quan trắc, cụ thể đến năm 2020 sẽ có hơn 1000 điểm đo mưa, 231 trạm khí tượng bề mặt, 79 trạm khí tượng nông nghiệp với công nghệ hiện đại và quy mô tự động hóa tới 70%; - Ý kiến của Phó Thủ tướng Hoàng Trung Hải tại Thông báo số 19/TB-VPCP ngày 02 tháng 10 năm 2007, chỉ đạo ngành KTTV cần đi trước về nguồn nhân lực, khoa học, công nghệ để ngang tầm các nước trong khu vực và tiếp cận chuẩn quốc tế; Đảng và Nhà nước đã thông qua các chỉ thị luôn khuyến khích phát triển công nghệ cao trong nước, phát huy nội lực và chủ động công nghệ cao lâu dài. Trong những năm qua, được sự quan tâm của các cấp lãnh đạo, các cán bộ của Viện KH KTTV&MT đã từng bước nắm vững công nghệ đo đạc và truyền số liệu KTTV, đã hoàn thành tốt các đề tài: tự động hóa đo gió, đo mưa; tự động hóa đo gió và mưa; xây dựng hệ thống đo mưa thời gian thực; truyền số liệu KTTV qua mạng điện thoại di động, đó là các tiền đề và cơ sở quan trọng để hoàn thành 12 các nhiệm vụ của đề tài này; Hiện nay, việc đáp ứng số liệu quan trắc các yếu tố KTTV thời gian thực cho nghiệp vụ dự báo KTTV cũng như nghiên cứu khoa học, đặc biệt cho dự báo cảnh báo các hiện tượng thời tiết nguy hiểm, như bão lụt, tố lốc, lũ quét, lũ ống,... là vấn đề cấp bách. Theo định hướng chiến lược của ngành đến 2020, cần thiết phải “Nâng dần mức độ tự động hoá các trạm khí tượng, tiến tới tự động hoá toàn hệ thống phát báo phòng tránh lụt bão và dự báo KTTV”, nhằm giảm chi phí, chủ động công nghệ và đảm bảo kỹ thuật lâu dài thì việc “Nghiên cứu xây dựng và thử nghiệm hệ thống trạm khí tượng tự động” là cần thiết và hoàn toàn khả thi trong điều kiện khoa học công nghệ hiện nay của nước ta. 1.6. Mục tiêu và yêu cầu kết quả của đề tài 1.6.1. Mục tiêu Đề tài này nhằm 03 mục tiêu chính sau: - Nghiên cứu chế tạo 04 trạm, trong đó: 03 trạm lắp đặt thử nghiệm và 01 trạm dự phòng, đạt tiêu chuẩn ngành, đo các yếu tố khí tượng cơ bản: gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, điểm sương và áp suất không khí; - Nghiên cứu xây dựng và thử nghiệm hệ thống trạm khí tượng tự động, bước đầu gồm 03 trạm và 02 trung tâm điều khiển - thu nhận số liệu; - Nâng cao năng lực trên cơ sở đảm bảo kỹ thuật cho hệ thống hoạt động liên tục và lâu dài với chi phí thấp. Làm chủ công nghệ và khoa học tiên tiến, tạo cơ sở tự động hóa các yếu tố KTTV khác, tiến tới thực hiện thành công chiến lược tự động hóa của ngành. 1.6.2. Các yêu cầu kết quả của đề tài là - Bốn trạm khí tượng tự động đạt tiêu chuẩn ngành, trong số đó 03 trạm được lắp đặt thử nghiệm tại vườn quan trắc và 01 trạm dự phòng. Các trạm này có chức năng đo đạc, lưu trữ số liệu tại chỗ và sẵn sàng cung cấp số liệu thời gian thực các yếu tố khí tượng cơ bản: gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, điểm sương, áp suất không khí và có khả năng đo các yếu tố khác. Với mỗi trạm, bộ xử lý hiển thị số liệu Datalogger, công nghệ truyền tin, các đầu đo yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, điểm sương và áp suất không khí do các chuyên gia của Viện KH KTTV&MT chủ động công nghệ, chỉ riêng 02 đầu đo sen-xơ gió và mưa còn phải nhập ngoại nguyên bộ. Mỗi trạm thực nghiệm có máy tính dùng để xử lý, in ấn số liệu. Trạm dự phòng chỉ bao gồm 01 Datalogger và 01 bộ các sen-xơ; 13 - Hai trung tâm điều hành hoạt động hiệu quả và tin cậy, được lắp đặt tại Viện KH KTTV&MT và Trung tâm KTTV Quốc gia, mỗi nơi gồm có: Máy tính PC nguyên bộ, bộ Modem GSM chuyên dụng và phần mềm của Việt Nam để điều khiển hệ thống, thu nhận số liệu từ các trạm tự động; - Yêu cầu khoa học - kỹ thuật: Hệ thống thiết bị được xây dựng trên công nghệ tiên tiến nhờ áp dụng kỹ thuật vi xử lý thế hệ mới, sử dụng các linh kiện điện tử có độ tin cậy cao và công nghệ truyền tin hiện đại GSM dựa trên hạ tầng của mạng điện thoại di động, nhằm đảm bảo cho hệ thống có thể: vận hành ổn định và đồng bộ; cung cấp số liệu nhanh, đầy đủ và tin cậy; hoạt động liên tục và lâu dài trong các vùng khí hậu của Việt Nam. *Các thông số cơ bản dự kiến, đã được phê duyệt, cho trạm khí tượng tự động VH-051S thể hiện tại bảng 1.1. Bảng 1.1. Thông số thiết kế của trạm KTTĐ Yếu tố Độ phân giải Tốc độ gió 0.1m/s 0.5-60m/s (gió giật 100m/s) ±(0.5+5%V) (có thể đạt ±0.3m/s) Young 05106MA Hướng gió 1độ 0-360độ ±3độ Young 05106MA Lượng mưa 0.1mm không hạn chế ±0.4mm, LM<10mm ±4% khi LM>10mm SL3-1 Nhiệt độ không khí 0.1oC -10oC – 80oC ±0.3oC (có thể đạt ±0.2oC) VH-11TH Độ ẩm không khí 1% 0-100% ±3% (có thể đạt ±2%) VH-11TH Điểm sương 0.1oC -40oC – 60oC ±0.4oC VH-11TH Áp suất không khí 0.1hPa 600-1100 hPa ±0.4 hPa (có thể đạt ±0.3 hPa) VH-15B Dải đo Sai số cho phép Sen-xơ *Môi trường không khí làm việc của trạm: ƒ Nhiệt độ: -20oC – 70oC; ƒ Độ ẩm: 0 – 100%. *Các thông số sen-xơ Ngoài các thông số chính thể hiện trên bảng 1.1., các sen-xơ có thêm các thông số kỹ thuật tại bảng 1.2.: 14 Bảng 1.2. Thông số bổ sung của sen-xơ Tên đầu đo Tín hiệu ra Thời gian đo Nguồn nuôi Kết cấu, cấu tạo Trọng lượng - Young 05106MA Xung analog 2 giây +5V SL3-1 VH-11TH VH-15B Xung số 2 giây +5V Số data 30 giây +5V Số data 30 giây +(7 – 35)V Nhựa composit Inốc Nhựa composit Nhựa composit 1kg 3kg 0.3kg 0.7kg *Thông số dự kiến của Datalogger VH-051S: Hiển thị nhiều số liệu của các yếu tố trên màn hình tinh thể lỏng khá lớn gồm 4 dòng x 40 ký tự; Có bộ nhớ 3200 Obs quan trắc, tương đương 130 ngày với Obs 1 giờ; Datalogger có khả năng mở rộng thêm tới 30 đầu đo số khác, không kể đến các sen-xơ trong dự kiến: Young 05106MA, SL3-1, VH-11TH, VH-15B; Thời gian ghi-đọc số liệu nhỏ hơn 1/10 giây; Sử dụng các nguồn điện: AC220V, DC12V, Pin mặt trời; Có thể cung cấp số liệu qua: Modem GSM, Modem vô tuyến, Modem DialUp, Modem vệ tinh; Kết cấu vững chắc theo khối chức năng mô-đun để dễ dàng thay thế, bảo trì; Có thể lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời. 15 CHƯƠNG II LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG TRẠM KHÍ TƯỢNG TỰ ĐỘNG Các yếu tố đo phục vụ cho công tác của ngành KTTV bao gồm nhiều loại, như: gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí, nhiệt độ mặt đất và nhiệt độ đất đo các mực sâu, bức xạ mặt trời, giờ nắng, độ bốc hơi nước, mực nước,.. Trong chương này trình bày về việc lựa chọn các thành phần chính để xây dựng trạm KTTĐ, gồm: các sen-xơ đo các yếu tố cơ bản gió, mưa, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí, đảm bảo đầy đủ các thông số như trình bày ở cuối chương 1, và bộ phận chính cho thiết kế phần điều khiển truyền thông tin. 2.1. Lựa chọn sen-xơ đo yếu tố gió Cho đến nay trên mạng lưới KTTV nước ta, việc quan trắc yếu tố gió hầu như dựa trên các thiết bị nhập ngoại. Về tính 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 một số trạm khí tượng tự động có đo yếu tố gió. Hiện nay, về số lượng máy gió thủ công dạng cơ khí Vild, hình 2.1, máy gió cơ điện EL - Trung Quốc, hình 2.2 [1, 2], đang được dùng nhiều nhất, sau đó là máy đo gió Young - Hoa Kỳ, hình 2.3, và một số máy gió khác như: Tavid - Pháp, NovaLynx - Hoa Kỳ,.. Các trạm khí tượng tự động trong ngành KTTV có đo yếu tố gió do nhiều hãng sản xuất với nhiều thế hệ, tính năng, chức năng và công nghệ khác nhau. Máy gió Vild hoạt động ổn định, nhưng sai số khá cao và không đo được gió lớn, trên 40m/s. Ngoài Hình 2.1. Máy gió Vild 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 tiết 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 của Trung Quốc đã được sử dụng khá lâu trong ngành KTTV nước ta, có nhiều ưu điểm: 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 chính là: dải đo còn chưa rộng (chỉ đo được gió dưới 40m/s, thông số này do đặc 16