Trạm phao quan trắc Khí tượng, Hải văn và các chỉ tiêu chất lượng nước

– Phao biển là loại chuyên dụng, độ bền cao (đến 20 năm), đáp ứng các tiêu chuẩn của các tổ chức môi trường biển và hàng hải quốc tế uy tín. Phao tích hợp các trang thiết bị tự cung cấp nguồn điện hoạt động, thiết bị xử lý – phân tích, thiết bị truyền thông tin thời gian thực, thiết bị báo hiệu hàng hải, thiết bị thông báo tình trạng – vị trí phao, và các sensors hiện đại đo đạc các thông số khí tượng biển, hải văn và các chỉ tiêu chất lượng môi trường nước biển,… Phương án thiết kế kỹ thuật, thi công neo giằng phao được đề xuất tùy thuộc vào độ sâu, đặc điểm cụ thể của điểm quan trắc giám sát giúp phao chống chịu gió bão > cấp 12.

• Nguyên tắc hoạt động:

– Các số liệu khí tượng biển, hải văn và các chỉ tiêu chất lượng môi trường nước được tự động truyền về trung tâm quản lý và phân phối số liệu thông qua đường truyền GSM/GPS (Global System for Mobile communication) hoặc đường truyền vệ tinh. Số liệu được quan lý, lưu trữ bảo mật trên máy chủ của các Bộ ngành và Địa phương, hiển thị thống kê và thời gian thực thông qua phần mềm chuyên dụng Aanderaa GeoView. Các đơn vị chức năng, đã được cấp quyền truy cập, sẽ truy cập số liệu một cách dễ dàng thông qua mạng internet.

Tình trạng – vị trí của Phao biển được theo dõi giám sát liên tục thông qua định vị toàn cầu, giúp ngăn chặn giảm thiểu các rủ ro do phá hoại, lấy cắp.

Với quan điểm đề xuất đầu tư lồng ghép tối đa giữa các lĩnh vực nhằm làm tăng hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của hoạt động quan trắc, giám sát môi trường tài nguyên. Bên cạnh đó, phao biển  là một hệ thống mở, các thông số quan trắc được lựa chọn thay đổi tùy theo yêu cầu cụ thể của từng địa phương, từng điểm quan trắc, việc nâng cấp mở rộng với các thông số quan trắc khác được thực hiện dễ dàng. Cụ thể, các thông số quan trắc bao gồm:

+ Đo đạc các thông số khí tượng bao gồm: gió (tốc độ gió, hướng gió), nhiệt độ không khí, độ ẩm, áp suất khí quyển, bức xạ mặt trời.

+ Quan trắc các thông số hải văn: dòng chảy (profile dòng chảy theo các tầng sâu), sóng (chiều cao của sóng, chu kỳ của sóng và hướng sóng);

+ Quan trắc, giám sát liên tục các chỉ tiêu chất lượng môi trường nước, bao gồm: nhiệt độ, độ dẫn (EC), độ mặn, độ đục, oxi hòa tan (DO), tổng lượng tảo và tảo lam (cholorphyll & blue green alage), fDOM/ CDOM (Chất hữu cơ hòa tan phát huỳnh quang, thông số tỷ lệ với tổng chất hữu cơ hòa tan (TOC), quan trắc thông số này giúp giám sát liên tục việc xả thải nước ô nhiễm (nếu có) ra sông/biển), tổng chất rắn hoà tan (TDS)

• Cấu hình hệ thống:

– Thân phao: được đúc xoay tròn tạo nên thân liền mặt không có mối hàn, chất liệu bằng polyethylene kháng tia UV (UV-stabilised polyethylene) dày 9.5 mm. Cấu trúc khung bên trong và mắt neo được chế tạo bằng thép không gỉ đặc chủng cho môi trường biển tạo nên một hệ thống thiết bị chống sốc, chống bào mòn, chịu được va đập mạnh và điều kiện khắc nghiệt của môi trường nước biển.

Kỹ thuật tiến hành lắp đặt trạm phao

Tính ổn định cao của phao trong điều kiện sóng, gió lớn đạt được bằng bộ dằn trọng tâm bên trong phần đáy phao. Bộ dằn này được chế tạo bằng cách đổ vào phao một lượng bê tông cốt thép có tính toán, sau đó, toàn bộ phao được lấp đầy bởi các hạt polystyrene, rồi được bịt kín, ủ trong lò hơi để các hạt polystyrene giãn nở đến khích thước cực đại và chảy ra. Quá trình này tạo ra một khối rắn polystyrene lấp đầy toàn bộ khoảng trống trong phao, ngăn không cho nước xâm nhập ngay cả trong trường hợp phao bị thủng do va chạm mạnh với tàu thuyền. Phao có sức nổi 636 kg và độ bền (life expectancy) dự kiến đến 20 năm.

– Nguồn điện: hệ thống được cấu hình nguồn lưu điện 12V hoặc 24V, cấp nguồn bằng các module pin mặt trời, công suất điện tối đa đạt 70 Wp. Tất cả các thiết bị điện – điện tử, kết nối – xử lý tín hiệu đo được thiết kế đặt bên trong phẩn phía trên của phao, trong các hộp bảo vệ chống thấm nước

Sơ đồ kết nối tổng thể điện và tín hiệu hệ thống

– Giao thức kết nối các sensor:

Tín hiệu đo đạc từ tất cả các sensor được lưu trữ, xử lý và truyền đi thông qua bộ thu thập số liệu thông minh (SmartGuard data logger). Bộ thu thập số liệu thông minh có khả năng kết nối trên 40 sensor đo với các chuẩn tín hiệu đầu ra khác nhau, bao gồm: 20 sensor chuẩn tín hiệu AiCaP; 10 chuẩn sensor chuẩn tín hiệu SR10/VR22; 6 sensor chuẩn tín hiệu analog; 5 sensor chuẩn tín hiệu nối tiếp; 4 sensor chuẩn tín hiệu kỹ thuật số

Sơ đồ khả năng kết nối, lưu trữ, xử lý và truyền số liệu từ các sensor đo của Phao biển

+ Chức năng điều khiển cấp nguồn cho từng sensor.

+ Giao tiếp kết nối: USB, Ethernet và nối tiếp.

+ Bộ nhớ nội có dung lượng lưu trữ lớn: 2 GB.

+ Các tùy chọn phương thức truyền số liệu: Ethernet, vô tuyến (UHF và VHF), GPRS, vệ tinh.

– Phần mềm hiển thị, phân tích số liệu khí tượng biển, hải văn và các chỉ tiêu chất lượng môi trường nước (VnEmisoft):

Phần mềm hiển thị, phân tích số liệu khí tượng biển, hải văn và các chỉ tiêu chất lượng môi trường nước là một cấu thành quan trọng trong toàn bộ giải pháp kỹ thuật truyền số liệu online thời gian thực của trạm phao biển. Phẩn mềm thu nhận và quản lý số liệu hoạt động trên cơ sở dữ liệu MicroSoft SQL Database chạy trên một Windows Server (máy chủ) đặt tại trạm. Toàn bộ số liệu từ phao biển được truyền về, lưu trữ tại máy chủ, đồng thời  cho phép hiển thị, tải về máy khách (được cấp quyền) đặt tại bất cứ nơi đâu có kết nối internet hoặc GPRS (mạng di động). Máy khách có thể là máy vi tính, ipad, điện thoại thông minh,… có cài đặt phần mềm VnEmisoft.

Các chức năng cơ bản của phần mềm:

1. Dạng Web-based cho phép truy cập và hiển thị dữ liệu thời gian thực bằng một trình duyệt web;
2. Dữ liệu được tự động cập nhật liên tục;
3. Sử dụng ngôn ngữ cấu trúc HTML5/JavaScript cho phép hiển thị số liệu dưới dạng: các đồ thị thống kê dạng đường (line), cột (bar), biểu đồ chỉ phương hướng, bảng số liệu,…;
4. Hiển thị đồ thị, biểu đồ số liệu cả thời gian thực và lịch sử (quá trình);
5. Chức năng cho phép hiệu chỉnh thước thời gian, tập trung nghiên cứu soát xét một tập dữ liệu con bất kỳ;
6. Chức năng phân tích thống kê số liệu như: giá trị trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất, tổng cộng, độ lệch chuẩn,…;
7. Khả năng hiển thị số liệu của nhiều trạm phao cùng một lúc;
8. Chức năng quản lý truy cập, bảo vệ số liệu bằng mật mã (password).