BỘ CƠNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ mạng NB-IoT, ứng dụng thiết kế trạm
quan trắc chất lượng khơng khí di động
Mã số đề tài: 20/1.6ĐT02
Chủ nhiệm đề tài: Trần Quý Hữu
Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng nghệ Điên tử

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11, NĂM 2022

i


MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................. ix
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... x
PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG ........................................................................................ xi
Chương 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ............................................................................. 1

I. Tổng quan...................................................................................................................... 1
1. Khái niệm chỉ số chất lượng khơng khí .................................................................... 1
2. Sự cần thiết phải giám sát chất lượng khơng khí ...................................................... 1

2.1. Tình hình thế giới ............................................................................................. 1
2.2. Ở Việt Nam ....................................................................................................... 2
a) Hà Nội .............................................................................................................. 3
a.1. Chất lượng khơng khí qua các năm .......................................................... 6
a.2. Nhận định sơ bộ về nguyên nhân .............................................................. 8
b) Thành phố Hồ Chí Minh ................................................................................. 9
2.3. Khuyến nghị .................................................................................................... 10
3. Giới thiệu tóm tắt đề tài .......................................................................................... 10
4. Tổng quan tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết tiến hành nghiên cứu ................ 11
4.1. Công nghệ Narrow Band NB-IoT................................................................... 11
4.2. Công nghệ NB-IoT của Viettel ....................................................................... 13
4.3. Đặc điểm công nghệ ....................................................................................... 14
a) Hiệu quả năng lượng cao ............................................................................... 14
b) Vùng phủ sóng – Kĩ thuật triển khai ............................................................. 14
c) Kiến trúc mạng .............................................................................................. 15
d) Bảo mật của NB-IoT ..................................................................................... 16
e) Kiến trúc mạng NB-IoT ................................................................................. 16
f) Ưu điểm của công nghệ NB-IoT .................................................................... 17
g) Phân loại ứng dụng NB-IoT .......................................................................... 18
h) So sánh NB-IoT với các công nghệ IoT khác ............................................... 20
i) Tình hình nghiên cứu về giám sát chất lượng khơng khí trên thế giới: ......... 22
ii


j) Tình hình nghiên cứu về giám sát chất lượng khơng khí ở trong nước ......... 22
k) Đánh giá kết quả các cơng trình nghiên cứu đã cơng bố (ưu, khuyết, những
tồn tại…) ............................................................................................................ 24
l) Tính cấp thiết tiến hành nghiên cứu (tính mới, tính khoa học) ...................... 24
5. Cơ chế tiết kiệm năng lượng PSM .......................................................................... 25
5.1. Cơ chế tiết kiệm năng lượng PSM .................................................................. 25

5.2. IEEE 802.11 PSM ........................................................................................... 26
Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 28

I. Phương pháp tính AQI: ............................................................................................... 28
II. Phương pháp tính chỉ số AQI ở Việt Nam: ............................................................... 28
III. Quy trình tính tốn AQI ở Việt Nam: ...................................................................... 28
1. Giải thích từ ngữ ..................................................................................................... 28
2. Đánh giá chỉ số chất lượng khơng khí .................................................................... 29
3. Hướng dẫn tính tốn chỉ số chất lượng khơng khí .................................................. 30
3.1. u cầu đối với việc tính tốn VN_AQI ........................................................ 30
a) Yêu cầu đối với số liệu sử dụng để tính tốn VN_AQI ................................ 30
b) Cách thức sử dụng số liệu để tính tốn VN_AQI.......................................... 30
4. Tính tốn giá trị VN_AQI ....................................................................................... 31
4.1. Tính tốn giá trị AQI giờ (AQIh) .................................................................... 31
a) Tính giá trị Nowcast đối với thơng số PM2.5 và PM10 ................................ 31
b) Tính giá trị AQIh của từng thông số (AQIx).................................................. 32
c) Giá trị AQI giờ tổng hợp ............................................................................... 33
4.2. Tính tốn giá trị AQI ngày (AQId) ................................................................. 33
a) Xác định giá trị trung bình 1 giờ lớn nhất trong ngày, giá trị trung bình 8 giờ
lớn nhất trong ngày và giá trị trung bình 24 giờ ................................................ 34
b) Tính giá trị AQId của từng thông số (AQIx)................................................. 35
c) Giá trị AQI ngày tổng hợp ............................................................................. 36
4.3. Tính tốn mẫu ................................................................................................. 36
a) Tính giá trị Nowcast ...................................................................................... 36
b) Tính giá trị AQI giờ ....................................................................................... 37
iii



c) Tính giá trị AQI ngày .................................................................................... 37
5. Hướng dẫn cơng bố chỉ số chất lượng khơng khí ................................................... 38
Chương 3

PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ................................................... 42

I. Sơ đồ khối của hệ thống .............................................................................................. 42
II. Các thành phần của hệ thống ..................................................................................... 43
1. Các cảm biến ........................................................................................................... 43
1.1. Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ ........................................................................... 43
1.2. Cảm biến CO2 ................................................................................................. 43
1.3. Module cảm biến bụi laser SDS011 (Các cảm biến đo nồng độ bụi mịn PM2.5
và PM10) ................................................................................................................. 44
2. Bộ xử lý trung tâm .................................................................................................. 46
3. Màn hình hiển thị (LCD OLED 12864 1.3 inch) .................................................... 48
4. Module NB-IoT (LTE BG96 Cat M1/NB1/EGPRS Module) ................................ 49
5. Website.................................................................................................................... 50
5.1. Các bước viết web dùng asp.net core MVC, C#..............................................51
5.2. Các bước xây dựng service dùng asp.netcore và TCP để build……………...53
5.3. Các bước xây dựng giao diện web dùng jquery……………………………...54
6. Adapter 12V ............................................................................................................ 55
7. Sơ đồ kết nối ........................................................................................................... 56
Chương 4

ĐÁNH GIÁ CÁC KẾT QUẢ ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC ........................................... 57

I. Tiến độ thực hiện: ....................................................................................................... 57
II. Các kết quả đo ........................................................................................................... 57
1. Đo và hiển thị trên phần cứng thiết bị..................................................................... 57
III. So sánh giữa thiết bị đề tài và các sản phẩm đã thương mại trên thị trường............62

Chương 5

KẾT LUẬN ................................................................................................... 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 66
PHỤ LỤC………………………………………………………………………………..68

Main Code cho MCU……………………………………………………………..68

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1. So sánh tốc độ truyền và diện tích phủ sóng giữa các cơng nghệ truyền thơng
khơng dây [2]. ................................................................................................................ 11
Hình 2. Các modem LTE-M/NB-IoT của Bivocom [12]……………………………...17
Hình 3. Sơ đồ kết nối giữa thiết bị đầu cuối sử dụng kết nối NB-IoT…………………18
Hình 4. Các ứng dụng của modem TW810 LTE-M/NB-IoT [12]……………………..19
Hình 5. Bản đồ vùng phủ NB-IoT của Viettel tại Thành phố Hồ Chí Minh [13]. ......... 20
Hình 6. Cơ chế PSM trong một IBSS đặc biệt gồm 3 thiết bị A, B và C [11]……….. 27
Hình 7. Sơ đồ khối của hệ thống. ................................................................................... 42
Hình 8. Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ.............................................................................. 43
Hình 9. Module cảm biến CO2 MH-Z19 NDIR. ............................................................ 43
Hình 10. Module các cảm biến đo nồng độ bụi mịn PM2.5 và PM10. ............................. 44
Hình 11. Bộ xử lý trung tâm sử dụng vi xử lý ARM Cortex M4 32 bits
STM32L476VGT6. ........................................................................................................ 47
Hình 12. Màn hình LCD. ............................................................................................... 48
Hình 13. Module NB-IoT. .............................................................................................. 49
Hình 14. Tạo dự án Web mới bằng Visual Studio 2022………………………………50

Hình 15. Giao diện dự án mẫu mới tạo từ Visual Studio 2022………………………..51
Hình 16. Biên dịch code và giao diện sau khi lập trình các tính năng và giao diện mới51
Hình 17. Tạo mới service từ Visual Studio 2022……………………………………...52
Hình 18. Mở TCP port và nhận dữ liệu bằng code C#...................................................52
Hình 19. Ghi log và dữ liệu nhận được xuống cơ sở dữ liệu bằng code C# và .NET
Core………………………………………………………………………………………53
Hình 20. Thêm các thư viện css và javascript của jquery vào dự án…………………. 53
Hình 21. Một trang giao diện mẫu dùng jquery và bootstrap………………………….54
Hình 22. Chỉnh sửa giao diện của trang web trên mã Razor cshtml…………………...54
v


Hình 23. Web giám sát các thơng số mơi trường………………………………………55
Hình 24. Adapter 12V………………………………………………………………….55
Hình 25. Sơ đồ kết nối mơ hình ................................................................................... 567
Hình 27. Kết quả đo đạt thực tế. .................................................................................. 588
Hình 28. Kết quả đo tại trường Đại học Cơng Nghiệp Tp. HCM……………………...58
Hình 29. Trang hiển thị dữ liệu………………………………………………………...59
Hình 30. Trang hiển thị biểu đồ dữ liệu đo theo thời gian…………………………….,60
Hình 31. Biểu diễn kết quả đo các chỉ số chất lượng khơng khí tại các khu vực khác
nhau………………………………………………………………………………………61

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1. So sánh NB-IoT với các công nghệ IoT khác................................................... 21
Bảng 2. Khoảng giá trị AQI và đánh giá chất lượng khơng khí. ................................... 29
Bảng 3. Các giá trị BPi đối với các thông số.................................................................. 32

Bảng 4. Yêu cầu đối với nội dung thông tin công bố về VN_AQI. ............................... 38
Bảng 5. Các mức VN_AQI tương ứng ảnh hưởng tới sức khỏe. ................................... 40
Bảng 6. Các mức VN_AQI và một số hoạt động khuyến nghị. ..................................... 41
Bảng 7. Sơ đồ và chức năng từng chân của cảm biến độ ẩm và nhiệt độ. ..................... 43
Bảng 8. Thông số kỹ thuật của module cảm biến bụi laser SDS011. ............................ 44
Bảng 9. Khoảng giá trị AQI và đánh giá chất lượng khơng khí……………………….61
Bảng 10. So sánh các đặc tính kỹ thuật giữa thiết bị đề tài và các sản phẩm đã có trên
thị trường............................................................................................................................62
Bảng 11. So sánh các thông số đo nồng độ bụi mịn PM2.5, PM10, giữa thiết bị và máy
đo cầm tay BT-5800D qua 10 lần đo. ............................................................................ 62

vii


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1. Diễn biến giá trị trung bình 24 giờ thơng số PM2.5 các ngày từ 12-29/9/2019
…………………………………………………………………………………………….4
Biểu đồ 2. Diễn biến chỉ số chất lượng khơng khí (AQI) ngày trong các ngày từ 1229/9/2019………………………………………………………………………………….5
Biểu đồ 3. Diễn biến trung bình của giá trị TB giờ thông số PM2.5 các trạm……………6
Biểu đồ 4. Tỷ lệ các mức AQI giờ tại các trạm các ngày từ 12-29/9/2019……………….6
Biểu đồ 5. Diễn biến nồng độ trung bình năm của PM10 và PM2,5 tại trạm Nguyễn Văn
Cừ - Hà Nội giai đoạn 2010 – 2018……………………………………………………….7
Biểu đồ 6. Diễn biến nồng độ trung bình năm của PM2,5 tại trạm Đại sứ quán Mỹ - Hà
Nội giai đoạn 2016 – 2018………………………………………………………………...8
Biểu đồ 7. Diễn biến nồng độ bụi PM2.5 trung bình tháng các năm từ 2013-2019………8
Biểu đồ 8. Diễn biến lượng mưa trung bình tháng 9 các năm từ 2013-2019……………...9
Biểu đồ 9. Diễn biến giá trị TB 24 giờ thông số PM2.5 các ngày từ 01-23/9/2019……..10

viii



DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Chữ đầy đủ

Ý nghĩa

AQI

Air quality index

CPU

Central Processing Unit

GSM

Global System for Mobile

Chỉ số chất lượng khơng khí
Đơn vị xử lý trung tâm
Hệ thống thơng tin di động toàn cầu

Communications
IoT

Internet of Thing


Internet kết nối vạn vật

MOS

Metal Oxide Semiconductor

NB-IoT

Narrowband Internet of Things

LCD

Liquid Crystal Display

PM

Particulate Matter

LPWAN

Low Power Wide Area Network

Bán dẫn oxit kim loại
Internet vạn vật băng thơng hẹp
Màn hình tinh thể lỏng
Hạt vật chất

ix


Mạng diện rộng công suất thấp


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu trường Đại
học Cơng Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, Khoa Công Nghệ Điện tử, đã tạo điều kiện về
cơ sở vật chất với hệ thống thư viện hiện đại, đa dạng các loại sách, tài liệu thuận lợi cho
việc tìm kiếm, nghiên cứu thông tin.
Xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Công nghệ Điện tử, Thầy chủ nhiệm Bộ môn
Điện tử Viễn thông cùng quý Thầy/Cô trong Bộ môn Điện tử Viễn thông, đã tạo điều kiện
về thời gian, phịng thí nghiệm, chia sẻ những kinh nghiệm hay trong nghiên cứu khoa học,
động viên, hổ trợ em hoàn thành đề tài nghiên cứu này.
Kính chúc q Thầy/Cơ nhiều sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong công việc cũng
như trong cuộc sống. Chúc trường của chúng ta luôn luôn phát triển, đổi mới và hội nhập
cùng thế giới.
Em xin chân thành cảm ơn!

x


PHẦN I. THƠNG TIN CHUNG

I. Thơng tin tổng qt
1.1. Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ mạng NB-IoT, ứng dụng thiết kế trạm quan trắc
chất lượng khơng khí di động
1.2. Mã số:
1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
Họ và tên


Đơn vị cơng tác

Vai trị thực hiện đề tài

Khoa Công Nghệ Điện tử

Chủ nhiệm đề tài

TT
(học hàm, học vị)
1

ThS. Trần Quý Hữu

1.4. Đơn vị chủ trì:
1.5. Thời gian thực hiện:
1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 03 năm 2020 đến tháng 12 năm 2020
1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng 10 năm 2022.
1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 03 năm 2020 đến tháng 10 năm 2022
1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):
(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên
nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)
1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 35 triệu đồng.
II. Kết quả nghiên cứu
A. Đặt vấn đề
Ơ nhiễm khơng khí và những tác động của nó đã ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng
đồng trên tồn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Và đây cũng là mối quan tâm của
con người trên phạm vi toàn cầu. Các nghiên cứu cho thấy rằng các chất gây ơ nhiễm như
khí nitơ đixitide (NO2), sulfurdioxide (SO2), ozone (O3) và bụi (PM) gây ảnh hưởng đến
sức khỏe con người, trong đó có ơ nhiễm bụi với kích thước nhỏ (PM2,5, PM10). Bụi có kích

xi


thước nhỏ (PM2.5, PM10) đã và đang được xem như một chỉ thị của sự ảnh hưởng, tác động
đến số người chết sớm gây ra bởi các bệnh về tim phổi và ung thư phổi. Tiếp xúc với khơng
khí bị ô nhiễm lâu ngày sẽ tăng nguy cơ tử vong và ảnh hưởng đến tim mạch của con người.
Trong thời đại công nghệ phát triển, mức sống con người ngày càng được nâng cao. Các
nhà cao tầng ngày càng mọc lên khắp đơ thị, khói bụi xe cộ, khí thải của các nhà máy cơng
ty xí nghiệp đã ảnh hưởng đến chất lượng môi trường sống và làm việc của người dân trong
khi thơng tin về chất lượng khơng khí ở Việt Nam vẫn còn hạn chế.
Hàng loạt các bệnh truyền nhiễm và khơng truyền nhiễm có liên quan đến phơi nhiễm bụi
chẳng hạn như: Vi-rút cúm A, bệnh cầu trùng phổi, viêm phổi do vi khuẩn và viêm màng
não mơ cầu là một vài ví dụ về các bệnh truyền nhiễm liên quan đến bụi. Trong số các bệnh
không nhiễm trùng, bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính, hen suyễn và bệnh phổi cũng có liên
quan đến tiếp xúc với bụi.
Vậy nên để hạn chế rủi ro ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và nên khơng khí xanh
sạch đẹp thì hệ thống quan trắc chất lượng khơng khí di động ra đời, có thể giúp các nhà
lập chính sách đưa ra những hành động thích hợp và kịp thời để bảo vệ môi trường cũng
như bảo vệ sự sống của con người trên toàn thế giới và nhờ vào các số liệu quan trắc được
con người chúng ta cũng chủ động hạn chế được những tác động của ơ nhiễm bụi mịn trong
khơng khí như có thể lắp đặt hệ thống đặt khơng khí, trồng nhiều cây xanh, hạn chế đến
những khu vực cảnh bảo mức độ ô nhiễm cao.
B. Mục tiêu
a) Mục tiêu tổng quát.
- Nghiên cứu công nghệ mạng NB-IoT.
- Thiết kế và thi công thiết bị quan trắc chất lượng khơng khí hoạt động thơng qua module
NB-IoT, thực hiện linh hoạt cho cả môi trường ngoài trời và trong nhà, các yêu cầu về các
chỉ tiêu đo, phạm vi đo, điều kiện thời tiết, vị trí lắp đặt theo các thơng số kỹ thuật của các
thiết bị được chọn.
b) Mục tiêu cụ thể.

- Thiết kế bộ điều khiển.
xii


- Thu thập dữ liệu từ các cảm biến đo nồng độ: CO2, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, PM 2.5, PM
10; xác định ngưỡng cảnh báo nguy hiểm, thời gian cập nhật dữ liệu, cung cấp thông tin về
cường độ sóng.
- Phần mềm ứng dụng.
- Thiết kế và thi công hộp điều khiển.
- Web server.
C. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu, đọc các tài liệu, bài báo liên quan. Phân tích các nội dung liên quan và khả năng
áp dụng.
- Đọc tài liệu tham khảo, datasheet của các thiết bị. Phác thảo sơ đồ bố trí linh kiện, sử
dụng phần mềm vẻ mạch, công nghệ làm board mạch.
- Xây dựng lưu đồ giải thuật, lập trình trên board điều khiển, nhận tín hiệu từ các cảm biến
và xử lý các tín hiệu nhận được, lập trình giao tiếp truyền dữ liệu lên webserver và nhận
dữ liệu từ web server.
- Khảo sát hiện trường, phác thảo ý tưởng. Thiết kế bản vẽ và thi công hộp điều khiển,
trạm gắn thiết bị đo chất lượng khơng khí.
- Th đường th bao, kiểm tra hiện trạng thiết bị. Kích hoạt hệ thống hoạt động và kiểm
thử.
D. Tổng kết về kết quả nghiên cứu

xiii


Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
I. Tổng quan
1. Khái niệm chỉ số chất lượng khơng khí

Chỉ số chất lượng khơng khí (Air quality index, viết tắt là AQI) là chỉ số được tính tốn từ
các thơng số quan trắc các chất ơ nhiễm trong khơng khí, nhằm cho biết tình trạng chất
lượng khơng khí và mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe con người. AQI tập trung vào các vấn
đề sức khoẻ mà chúng ta có thể gặp phải trong vài giờ hoặc vài ngày sau khi hít phải khí ơ
nhiễm. Thơng thường AQI được tính tốn với các yếu tố: NO2, SO2, O3, CO, PM10,
PM2.5.

2. Sự cần thiết phải giám sát chất lượng khơng khí
2.1. Tình hình thế giới
để xây dựng các chính sách mới cũng như phản ứng nhanh nhạy, hiệu quả với các trường
hợp khẩn cấp liên quan đến khí hậu.
Chính quyền các thành phố ở châu Âu từ lâu đã nhận thức được tầm quan trọng của chất
lượng khơng khí, các mạng lưới giám sát đã được thiết lập để theo dõi một số nguồn gây ô
nhiễm thường xuyên. Thông tin dự báo ngày càng phổ biến để cảnh báo người dân thành
phố về các hiện tượng sắp xảy ra. Ví dụ như: ở Ln-đơn, Anh và mới đây là ở Ri-ga, Látvi-a, các nhà mạng di động đã cung cấp dịch vụ AirText, một ứng dụng trên điện thoại
thông minh để cảnh báo cho người sử dụng khi ơ nhiễm khơng khí chuẩn bị lên đến ngưỡng,
để họ cân nhắc các hoạt động cho phù hợp, như là hạn chế ra đường. Ứng dụng này hoạt
động dựa trên sự kết hợp thông tin quan trắc của Copernicus với thông tin về các nguồn ô
nhiễm tại thành phố đó.
Để tăng cường nâng cao nhận thức và đẩy mạnh phổ biến thông tin, vào tháng 12/2017,
Copernicus phối hợp với trang báo mạng Euronews cho ra đời bản tin 60 giây dự báo chất
lượng khơng khí ở các thành phố lớn của châu Âu. Bản tin được phát 4 lần/ ngày bằng 10
thứ tiếng. Kể từ khi ra đời, bản tin đã có hơn 10 triệu lượt xem.
1


Người đứng đầu Cơ quan giám sát khí quyển Copernicus nhấn mạnh rằng mọi người đều
quen thuộc với dự báo thời tiết, nhưng dự báo chất lượng khơng khí thì khác, bởi “bạn
khơng thể làm gì để thay đổi thời tiết, nhưng bạn có thể hành động để cải thiện chất lượng
khơng khí. Bạn có thể lựa chọn giữa sử dụng phương tiện giao thông công cộng để giảm

số lượng ô tô riêng chạy trên đường; các cơ quan chức năng có thể đặt ra qui định giảm các
nguồn phát thải nhất định vào những ngày nhất định để hạn chế mức độ nghiêm trọng trong
một giai đoạn cụ thể.”
Ô nhiễm khơng khí là vấn đề nghiêm trọng ở châu Âu và đang được khuyến khích giám
sát và cải thiện tình hình. Ở Bỉ, Viện nghiên cứu cơng nghệ Flemish đã phát triển mơ hình
chất lượng khơng khí để trợ giúp các nhà qui hoạch đơ thị; Lithuania đang hồn thiện công
cụ dự báo cải tiến để điều tra các triệu chứng dị ứng; ở Đức, Heich Consult (đơn vị hướng
dẫn và hỗ trợ sử dụng các nguồn tài trợ của châu Âu) sử dụng dữ liệu của Copernicus để
phát triển một ứng dụng thơng báo chất lượng khơng khí ở các thành phố. Trong vài tháng
tới chương trình DiscovAir của Hi Lạp sẽ cung cấp thông tin tổng hợp về thời tiết, tia cực
tím, phấn hoa và các chỉ số chất lượng khơng khí khác để khách du lịch có thể tổ chức các
hoạt động của mình cho phù hợp.
Mặc dù đã có những bước tiến đầy hứa hẹn như vậy, chúng ta vẫn còn nhiều việc khác phải
làm. Kết hợp từng hành động riêng lẻ ở mỗi vùng, mỗi quốc gia với nhau và với dữ liệu
toàn cầu sẽ mang lại những giải pháp hữu hiệu hơn. Trao quyền cho các nhà lập chính sách
và cơng cụ cho tồn dân sẽ đảm bảo chúng ta có thể hành động hiệu quả trong việc nâng
cao chất lượng khơng khí cho tương lai.

2.2. Ở Việt Nam
Trong tháng 9/2019, vấn đề chất lượng khơng khí tại các đơ thị lớn như Tp. Hà Nội và Tp.
Hồ Chí Minh đang nhận được sự quan tâm của cộng đồng.
Liên tục trong nhiều ngày, có những thời điểm chỉ số chất lượng khơng khí AQI của Hà
Nội ở mức kém, ở Tp. Hồ Chí Minh cũng xuất hiện hiện tượng sương mù quang hoá gây
cản trở tầm nhìn. Việc gia tăng mức độ ơ nhiễm và hiện tượng sương mù quang hoá đã gây
2


những ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ cộng đồng. Đây là hiện tượng thường gặp trong
thời gian này do đây là giai đoạn giao mùa, chất lượng khơng khí chịu tác động rất nhiều
của các yếu tố thời tiết kết hợp với các nguồn ơ nhiễm vốn có.

Theo báo cáo chất lượng khơng khí tồn cầu của IQAir năm 2022, nồng độ bụi mịn PM2.5
trung bình tại Việt Nam trong năm 2021 là 24,7 μg/m3, có xu hướng giảm so với năm 2020
và 2019. Xét trong khu vực Đông Nam Á, Việt Nam đứng thứ 5 trên 9 quốc gia; xét trên
tồn thế giới thì Việt Nam xếp thứ 36/117 quốc gia có nồng độ PM2.5 cao nhất.1

a) Hà Nội
Chất lượng khơng khí trong thời gian từ ngày 12/9 đến ngày 30/9/2019.
Tại Hà Nội, trong thời gian từ ngày 12/9 đến ngày 29/9, chất lượng khơng khí (AQI) tại
Hà Nội liên tục có những ngày nồng độ bụi PM2.5 vượt ngưỡng cho phép của QCVN
05:2013/BTNMT. Tuy nhiên, các thông số khác (NO2, O3, CO, SO2) vẫn nằm trong giới
hạn cho phép.
Theo số liệu từ 13 trạm quan trắc tự động, liên tục trên địa bàn thành phố (01 trạm của
Tổng cục Môi trường (556 Nguyễn Văn Cừ), 10 trạm của TP. Hà Nội, 01 trạm của Đại sứ
quán Pháp (57 Trần Hưng Đạo) và 01 trạm của Đại sứ quán Mỹ (19-21 Hai Bà Trưng)) đo
được trong khoảng thời gian từ ngày 12/9 đến 29/9, nồng độ bụi PM2.5 có xu hướng gia
tăng trong thời gian từ ngày 12-17/9, sau đó giảm từ ngày 18-22/9 và tăng cao trở lại, duy
trì liên tiếp trong các ngày từ 23-29/9. Trong các ngày từ 15-17/9 và 23-29/9 có đến trên
75% giá trị PM2.5 trung bình 24 giờ của các trạm vượt tiêu chuẩn quy định tại QCVN
05:2013/BTNMT. Đặc biệt trong các ngày từ 25 đến 29/9, toàn bộ các trạm đều có giá trị
PM2.5 trung bình 24 giờ vượt tiêu chuẩn quy định tại QCVN 05:2013/BTNMT (Biểu đồ
1).

Báo cáo của Trung tâm Sống và Học tập vì Mơi trường và Cộng đồng (Live & Learn) và Cơ quan Phát triển Quốc
tế Hoa Kỳ (USAID) nghiên cứu về cải thiện chất lượng khơng khí tại Việt Nam.
1

3


Biểu đồ 1. Diễn biến giá trị trung bình 24 giờ thơng số PM2.5 các ngày từ 12-29/9/2019

[11].
Kết quả tính tốn chỉ số chất lượng khơng khí (Real-time Air Quality Index (AQI)) tại các
trạm trong các ngày từ 12-29/9 cho thấy, chỉ có 5/18 ngày có AQI ở mức trung bình (ngày
12, 18, 19, 21 và 22/9), các ngày cịn lại chỉ số AQI luôn ở mức kém (AQI>100). AQI có
xu hướng gia tăng và duy trì ở mức cao trong các ngày từ 23-29/9, nhiều trạm AQI ngày đã
tăng cao gần tới mức xấu, đặc biệt trong ngày 29/9 còn ghi nhận giá trị AQI ngày của trạm
Đại sứ quán Mỹ đã vượt mức xấu (AQI>200) (Biểu đồ 2).

Biểu đồ 2. Diễn biến chỉ số chất lượng khơng khí (AQI) ngày trong các ngày từ 1229/9/2019 [11].
4


Các khoảng thời gian ghi nhận giá trị PM2.5 tăng và duy trì ở mức cao thường là đêm và
sáng sớm (Biểu đồ 3), AQI giờ những khoảng thời gian này cũng ở mức kém (AQI>100),
thậm chí có những giờ lên đến mức xấu (AQI>200). Đặc biệt, trong sáng ngày liên tiếp các
ngày từ 25-30/9 ghi nhận một số trạm AQI giờ đã vượt ngưỡng 200, ở mức xấu. Tuy nhiên,
AQI giờ ở mức xấy chỉ có tại 1 số vị trí và có tính thời điểm. Đó là các trạm Hồn
Kiếm, Thành Cơng, Phạm Văn Đồng, Hàng Đậu, Minh Khai, Sứ quán Mỹ và 556 Nguyễn
Văn Cừ, tập trung vào khung giờ 0h-6h. Trong đó, từ 27-30/9 là những ngày có nhiều trạm
và nhiều giờ AQI ở mức xấu nhất trong 2 tuần từ 12-30/9 (Biểu đồ 4).

Biểu đồ 3. Diễn biến trung bình của giá trị TB giờ thông số PM2.5 các trạm [11].

Biểu đồ 4. Tỷ lệ các mức AQI giờ tại các trạm các ngày từ 12-29/9/2019 [11].
5


1

Hà Nội là thành phố đứng thứ 6 trong xếp hạng các tỉnh, thành phố có nồng độ bụi PM2.5


cao nhất, mặc dù ô nhiễm bụi PM2.5 năm 2020 và năm 2021 giảm 16% so với năm 2019.
Nồng độ bụi PM2.5 trung bình năm 2019 tại các quận/huyện từ 28,15 - 39,4 μg/m3; gây ra
2.855 ca tử vong sớm, đóng góp 12% số ca tử vong sớm ở nhóm người trên 25 tuổi. Nếu
nồng độ bụi PM2,5 trên địa bàn Hà Nội được kiểm soát, kỳ vọng sống của người dân Hà
Nội có thể tăng lên từ 2,2 tới 3,8 năm.

a.1. Chất lượng khơng khí qua các năm
Qua theo dõi diễn biến từ năm 2010 đến nay cho thấy, nồng độ bụi PM10 và PM2.5 có xu
hướng giảm (Biểu đồ 5). Đối chiếu với kết quả quan trắc từ trạm của Đại sứ quán Mỹ trong
giai đoạn từ 2016 - 2018 cũng cho thấy xu hướng tương ứng đối với nồng độ PM2.5 (Biểu
đồ 6).

Biểu đồ 5. Diễn biến nồng độ trung bình năm của PM10 và PM2,5 tại trạm Nguyễn Văn
Cừ - Hà Nội giai đoạn 2010 – 2018 [11].

6


Biểu đồ 6. Diễn biến nồng độ trung bình năm của PM2,5 tại trạm Đại sứ quán Mỹ - Hà
Nội giai đoạn 2016 – 2018 [11].
So sánh nồng độ bụi PM2.5 trong các tháng qua các năm từ 2013 – 2019 cho thấy, nồng
độ bụi PM2.5 trong các tháng năm 2019 có xu hướng giảm qua các năm. Riêng tháng 9,
nồng độ bụi tăng mạnh so với các tháng trước đó và so với cùng kỳ các năm từ 2015-2018
(Biểu đồ 7).

Biểu đồ 7. Diễn biến nồng độ bụi PM2.5 trung bình tháng các năm từ 2013-2019 [11].
7



a.2. Nhận định sơ bộ về nguyên nhân
Xu hướng biến động của PM10 và PM2.5 tại các thành phố phía Bắc Việt Nam, trong đó
có Hà Nội phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết khí hậu. Nhận định sơ bộ nguyên
nhân PM2.5 tăng cao do đây là thời điểm giao mùa, thời tiết thay đổi, khơng khí trở nên
khô hơn, cùng với hiện tượng nghịch nhiệt làm gia tăng nồng độ các chất ơ nhiễm trong
khơng khí. Đặc biệt vào thời gian sáng sớm, là khoảng thời gian gió lặng nên khả năng
phát tán các chất ơ nhiễm thấp. Khi có ánh sáng mặt trời đốt nóng lớp khơng khí gần mặt
đất, khơng cịn hiện tượng nghịch nhiệt, bụi PM2.5 được phát tán, chất lượng khơng khí
được cải thiện hơn. Bên cạnh đó, những ngày này, hoạt động đốt rơm rạ trong mùa thu
hoạch ở khu vực ngoại thành cũng góp phần làm gia tăng nồng độ bụi PM2.5 trong khơng
khí.
Theo dõi về lượng mưa trong tháng 9 các năm từ 2013-2019 cho thấy, năm 2019 có lượng
mưa thấp nhất, liên tiếp trong nhiều ngày (từ 21-30/9), toàn bộ khu vực Hà Nội khơng có
mưa. Đây cũng có thể là một trong những nguyên nhân dẫn đến tình trạng nồng độ bụi
trong khơng khí của Hà Nội cao đột biến trong thời gian này (Biểu đồ 8).

Biểu đồ 8. Diễn biến lượng mưa trung bình tháng 9 các năm từ 2013-2019 [11].
8


b) Thành phố Hồ Chí Minh
Tại Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 cũng là thời điểm giao mùa (cuối mùa mưa, đầu mùa khô),
điều kiện thời tiết bất lợi cùng với hiện tượng nghịch nhiệt làm giảm khả năng hòa trộn và
phát tán các chất ơ nhiễm trong khơng khí, cũng như làm xuất hiện tượng sương mù quang
hóa. Chất lượng khơng khí cũng có những diễn biến theo chiều hướng xấu. Theo báo cáo
của Sở TN&MT Tp. Hồ Chí Minh, hiện tượng sương mù quang hóa xảy ra trên địa bàn
thành phố mang tính chu kỳ vào khoảng 6 – 7 ngày trong khoảng tháng 9, tháng 10 hàng
năm. Năm nay, hiện tượng này đã xảy ra trong thời gian từ ngày 18-22/9. Tổng hợp kết
quả quan trắc của Sở TN&MT Tp. HCM và trạm quan trắc tự động của Lãnh sự quán Mỹ
tại Tp. Hồ Chí Minh cho thấy, từ ngày 01-23/9 có sự gia tăng mạnh mẽ nồng độ bụi

PM2.5 trong khơng khí, tuy nhiên nồng độ bụi PM2.5 phần lớn vẫn nằm trong giới hạn cho
phép của QCVN 05:2013/BTNMT (Biểu đồ 9).

Biểu đồ 9. Diễn biến giá trị TB 24 giờ thông số PM2.5 các ngày từ 01-23/9/2019 [11].
* Ghi chú: Số liệu thông số PM2.5 của Sở TN&MT Tp. HCM được tính tốn trung bình từ
kết quả của 7 điểm đo trong thành phố.
Tại TP. HCM, nồng độ bụi PM2.5 đứng thứ 11 trong xếp hạng toàn quốc, thấp hơn giới
hạn cho phép của chuẩn quốc gia, và năm 2020 -2021 đã giảm 13% so với năm 2019.
9


1

Cụ thể, nồng độ bụi PM2.5 trung bình năm 2017 là 23 μg/m3, cao hơn 2,3 lần so với mức

khuyến cáo của WHO và gây ra khoảng 1.136 ca tử vong.

2.3. Khuyến nghị
Trong khoảng thời gian này và những ngày tiếp theo, với đặc điểm thời tiết giao mùa, ban
ngày nắng khá mạnh, hanh khô, ban đêm nhiệt độ không khí mặt đất khá thấp, hiện tượng
nghịch nhiệt vẫn có thể tiếp diễn, nồng độ bụi PM2.5 có thể vẫn tiếp tục duy trì ở mức cao
tại một số thời điểm trong ngày, đặc biệt là vào buổi đêm và sáng sớm. Do đó, người dân
và đặc biệt là trẻ em, người lớn tuổi, phụ nữ mang thai, người mắc các bệnh hơ hấp nên
hạn chế ra bên ngồi, tham gia giao thơng và các hoạt động ngồi trời, nếu có nhu cầu ra
ngồi cần trang bị khẩu trang, đeo kính che mắt.

3. Giới thiệu tóm tắt đề tài
NB-IoT là một công nghệ mạng mới đang được triển khai ở Việt Nam và 22 quốc gia khác
trên thế giới, và tình hình ơ nhiễm khơng khí xảy ra hầu hết ở các thành phố lớn. Vì vậy,
chúng tơi tiến hành, nghiên cứu công nghệ mạng NB-IoT, ứng dụng thiết kế trạm quan trắc

chất lượng khơng khí di động; để thực hiện đề tài này chúng tôi nghiên cứu về giao thức
truyền dẫn của công nghệ mạng NB-IoT, lựa chọn các cảm biến, vi xử lý, lập trình chuẩn
hóa thu thập dữ liệu từ các cảm biến, qua module NB-IoT với sim 4G của Viettel, lập trình
ứng dụng wed để cập nhật dữ liệu quan trắc chất lượng khơng khí.
Trạm quan trắc cung cấp các thông số của môi trường nhằm giúp cho người dân có ý thức
hơn về trách nhiệm của bản thân đối với sức khỏe của mình, với mơi trường xung quanh
và có những hành động cụ thể (đeo khẩu trang chống bụi hạn chế đi xe cá nhân, đi xe buýt,
hạn chế đốt rơm rạ, trồng cây xanh…), giúp các nhà quản lý có những cơ sở để đưa ra các
cảnh báo, quyết sách nhằm cải thiện môi trường theo hướng tốt hơn.
Hệ thống quan trắc chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ NB-IoT đầu tiên ở Việt Nam
dùng mạng viễn thông của Viettel luôn cung cấp cập nhật các thơng tin về chất lượng khơng
khí. Hơn nữa, trạm quan trắc cịn có tùy chọn chuyển từ NB-IoT sang GPRS (đối với những
khu vực mà NB-IoT chưa được phủ sóng).
10


4. Tổng quan tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết tiến hành nghiên cứu
4.1. Công nghệ Narrow Band NB-IoT
- Narrow Band Internet of Things (NB-IoT) là một tiêu chuẩn công nghệ di động không
dây mới, hiện đang phát triển nhanh chóng, linh hoạt và có thể hoạt động ở băng tần 2G,
3G lẫn 4G, loại bỏ sự cần thiết của cổng kết nối ➔ giúp tiết kiệm chi phí về lâu dài, được
giới thiệu trong Release 13 nhằm đáp ứng các yêu cầu LPWA của IoT. Narrow Band IoT
(NB-IoT) được phân loại là cơng nghệ 5G, tiêu chuẩn hóa bởi 3GPP vào năm 2016. Nó
nhanh chóng gây được tiếng vang là công nghệ LPWAN hàng đầu cung cấp cho một loạt
các thiết bị IoT mới, bao gồm bãi đậu xe thơng minh, các tiện ích, thiết bị đeo và giải pháp
cơng nghiệp.
- Ngồi ra, NB-IoT tập trung đặc biệt vào phạm vi phủ sóng trong nhà, chi phí thấp, tuổi
thọ pin dài và mật độ kết nối cao. NB-IoT sử dụng một tập hợp con của tiêu chuẩn LTE,
nhưng giới hạn băng thông ở một băng tần hẹp duy nhất là 200kHz. Nó sử dụng điều chế
OFDM cho truyền thông đường xuống (downlink) và SC-FDMA cho truyền thông đường

lên (uplink). Các ứng dụng IoT yêu cầu giao tiếp thường xun hơn sẽ được NB-IoT phục
vụ tốt hơn, khơng có giới hạn về chu kỳ nhiệm vụ hoạt động trên phổ được cấp phép.
- Hiện nay, internet vạn vật băng hẹp NB-IOT là một trong những công nghệ diện rộng
công suất thấp LPWA hứa hẹn nhất và hấp dẫn cả nghiên cứu và cơng nghiệp. Cơng nghệ
này có tiềm năng rất lớn bởi vì nó thỏa u cầu truyền thơng kiểu máy MTC trong kỷ
nguyên internet vạn vật. MTC được chia thành ba loại 1) MTC khoảng cách ngắn (dưới
10m), 2) MTC khoảng cách trung bình (từ 10 m đến 100m) và 3) MTC khoảng cách dài
(lớn hơn 100 m) như trình bày trong hình 1 [2].

Hình 1. So sánh tốc độ truyền và diện tích phủ sóng giữa các công nghệ truyền thông
không dây [2].
11


MTC khoảng cách ngắn đã được nghiên cứu rộng rãi và nhiều công nghệ như RFID,
Bluethooth và UWB đã được đề xuất cho các tốc độ truyền khác nhau. Một số cơng nghệ
cho MTC khoảng cách trung bình như WiFi và ZigBee. Các mạng di động được áp dụng
rộng rãi có thể là giải pháp tốt đối với MTC tốc độ dữ liệu cao khoảng cách dài. Tuy nhiên,
MTC tốc độ thấp khoảng cách dài là một lĩnh vực mới đang được nghiên cứu. Loại MTC
này có thể ứng dụng trong các kịch bản như đo, giám sát, bãi đậu xe thông minh, nông
nghiệp thông minh. Công nghệ diện rộng công suất thấp là một phương pháp hiệu quả cho
các ứng dụng MTC tốc độ thấp khoảng cách dài.
Công nghệ LPWA được thiết kế để có khoảng cách truyền hơn 3 km trong môi trường đô
thị phức tạp và 15 km trong vùng mở với khả năng xuyên thấu mạnh [3]. Các cơng nghệ
LPWA có cơng suất tiêu thụ thấp sao cho pin bình thường có thể hoạt động trong nhiều
năm thậm chí hơn 10 năm. Hơn nữa, LPWA hỗ trợ truyền dữ liệu băng hẹp với chi phí
truyền thơng thấp. LPWA có thể hoặc sử dụng phổ khơng giấy phép (ví dụ Lora và SigFox)
hoặc các tài ngun có giấy phép di động 2/3/4G (ví dụ EC-GSM, MTC nâng cao LTE và
IoT băng hẹp NB-IoT). Giữa các công nghệ LPWA, NB-IoT được nhận dạng như một
trong những công nghệ LPWA hứa hẹn [4], [5], [6]. NB-IoT được đề xuất bởi tổ chức

chuẩn dự án đối tác thế hệ thứ ba (3GPP). Công nghệ NB-IoT bắt nguồn từ ứng dụng NB
M2M SI do Huawei đề xuất năm 2014 và được đóng băng ở phiên bản 13 của đặc tả
3GPP năm 2016.
NB-IoT là một công nghệ truy xuất vô tuyến 3GPP mới. Nó được thiết kế để đạt hiệu
suất cực tốt với các công nghệ LTE và GSM kế thừa. NB-IoT yêu cầu băng thông hệ thống
tối thiểu 180 kHz cho cả truyền thơng đường lên và đường xuống. NB-IoT có thể được
triển khai dưới ba chế độ hoạt động a) độc lập, b) băng bảo vệ c) trong băng. Cơ chế truyền
đường xuống dựa vào đa truy cập phân chia tần số trực giao OFDMA với khoảng cách
sóng mang con là 15 kHz cho ba chế độ hoạt động này [7]. Tín hiệu và kênh truyền vật lý
NB-IoT là ghép kênh miền thời gian. Thông thường, NB-IoT hỗ trợ truyền đường lên với
tốc độ dữ liệu 160-200 kHz và truyền đường xuống với tốc độ dữ liệu 160-250 kHz. NBIoT có thể bao phủ vùng đơ thị với khoảng cách 1-8 km và vùng ngoại ô với khoảng cách
12