Ứng dụng công nghệ GIS xây dựng hệ thống thông tin quản lý thu gom rác thải sinh hoạt tại Hải Phòng

Thành phố Hải Phòng trong những năm qua đã có những thay đổi vượt bậc về hệ thống cơ sở hạ tầng. Các khu đô thị lớn hình thành, các khu công nghiệp mở rộng nằm bao quanh thành phố đã thu hút lượng lớn lao động trong và ngoài thành phố đến làm việc sinh sống. Điều này cũng đồng nghĩa với việc gia tăng tương đối lớn về rác thải sinh hoạt (bao gồm cả khối lượng và chủng loại).

Đặt vấn đề

Hiện nay chất thải rắn sinh hoạt trên địa bàn thành phố phát sinh khoảng 1.700 tấn/ngày, trong đó tại khu vực đô thị khoảng 900 tấn/ngày, khu vực nông thôn khoảng 800 tấn/ngày. Dự báo đến năm 2025, lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh khoảng 2.300 tấn/ngày; đến năm 2030, lượng chất thải này tăng lên khoảng 3.600 tấn/ngày [1]. Áp lực quản lý đối với các đơn vị, tổ chức thu gom rác thải sinh hoạt trên địa bàn thành phố là rất lớn.

Hiện nay, lực lượng thu gom rác thải sinh hoạt trên địa bàn thành phố gồm các công ty thuộc Sở TN&MT Hải Phòng, công ty tư nhân, tổ lấy rác dân lập, chủ yếu phụ trách thu gom rác tại hộ gia đình, nguồn thải nhỏ lẻ trong các ngõ, xóm tại các phường, xã. Điều này dẫn tới việc thiếu thống nhất trong quản lý hoạt động thu gom, vận chuyển, xử lý rác thải sinh hoạt. Các đơn vị tư nhân chủ yếu quản lý hoạt động thu gom theo cách truyền thống còn nhiều hạn chế. Theo cách này, hoạt động của công ty chủ yếu quản lý trên giấy tờ, sổ sách, lưu trữ các file rời rạc trên máy tính [2, 3]. Hình thức triển khai như vậy rất dễ mất mát hoặc sai lệch dữ liệu, việc quản lý và thu tiền rác tốn nhiều nhân sự, tính minh bạch chưa cao. Các dữ liệu đó theo thời gian rất dễ bị mất, các dữ liệu trên giấy tờ sẽ không thể khôi phục lại. Bên cạnh đó, việc lập các báo cáo thống kê của các đơn vị mất rất nhiều thời gian, và có thể dễ gây nhầm lẫn số liệu. Xây dựng hệ thống thông tin quản lý hoạt động cho các công ty, đơn vị thu gom rác thải đang là giải pháp cần thiết và phù hợp với xu thế chuyển đổi số của thành phố.

Việc chuyển đổi số trong lĩnh vực quản lý thu gom rác thải sinh hoạt (chất thải rắn sinh hoạt) vẫn còn là vấn đề khá mới ở Việt Nam. Chính vì vậy, việc áp dụng hệ thống tin địa lý vào quản lý thu gom rác thải sinh hoạt trên địa bàn TP. Hải Phòng là giải pháp chuyển đổi số hiệu quả để nâng cao hoạt động quản lý, về lâu dài, phần mềm sẽ đồng bộ dữ liệu với các phần mềm khác của thành phố và được sử dụng cho việc quy hoạch về quản lý đô thị, đô thị thông minh. Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Systems – GIS, hay được gọi là công nghệ GIS) là hệ thống được xây dựng trên nền tảng công nghệ máy tính và công nghệ bản đồ [4, 5].

Mô tả bài toán và đề xuất giải pháp

Mô tả bài toán

Quy trình quản lý hoạt động của các đơn vị, công ty làm dịch vụ thu gom cần phải được số hóa, lưu trữ dữ liệu trên máy tính. Vị trí các điểm thu gom, tập kết, thùng rác công cộng, xử lý rác thải, chôn lấp phải được bố trí hợp lý để không ảnh hưởng đến môi trường sống của người dân. Các vị trí đó cần được quy hoạch một cách tổng thể trên phạm vi toàn bộ địa bản của thành phố. Các đơn vị quản lý không bố trí các điểm tập kết, các xe thu gom, vận chuyển tại các địa điểm dễ gây ùn tắc hoặc các giờ cao điểm tránh ảnh hưởng đến người dân đi lại xung quanh khu vực đó.

Mỗi công ty, đơn vị, tổ chức làm dịch vụ thu gom rác cần có một lực lượng nhân sự để hoạt động trên địa bàn được phụ trách. Việc quản lý lịch làm việc của nhân viên, tần suất thu gom, các xe thu gom, các phương tiện chuyên chở và khối lượng rác thải sinh hoạt ở từng điểm tập kết được cập nhật dữ liệu hàng ngày. Khối lượng từng loại rác thải chuyển đi xử lý, tái chế hoặc chôn lấp được quản lý, theo dõi thường xuyên và lập báo cáo tổng hợp một cách chính xác, nhanh chóng.

Việc quản lý số lượng hộ dân, chủ nguồn thải ở các ngõ, xóm, tổ dân phố để thực hiện thu phí và phân loại rác tại nguồn là rất phức tạp. Giá dịch vụ, vận chuyển, xử lý thu gom rác tại các địa bàn trên TP. Hải Phòng sẽ khác nhau theo từng loại như: Hộ dân không sản xuất kinh doanh (hộ dân gia đình sống trong ngõ, mặt đường, trong khu tập thể; cá nhân, phòng trọ) hoặc hộ sản xuất kinh doanh nhỏ (ăn uống, vật liệu xây dựng, tạp hóa) hoặc các đơn vị sản xuất kinh doanh lớn (nhà máy, xí nghiệp, trường học,…). Thành phố đã ban hành quyết định về giá dịch vụ thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt tại khu vực đô thị trên địa bàn thành phố, danh mục loại khách hàng và mức thu phí được trình bày cụ thể trong quyết định [6].

Như vậy, bài toán đặt ra là xây dựng được cơ sở dữ liệu để số hóa quy trình hoạt động của các đơn vị, công ty và thể hiện trực quan các vị trí điểm thu gom, tập kết, chôn lấp trên bản đồ số hóa.

Đề xuất giải pháp

Dữ liệu về hộ dân, chủ nguồn thải là rất lớn, việc xây dựng hệ thống thông tin là bước chuyển đổi số rất quan trọng để tin học hóa hoạt động quản lý và số liệu dân cư theo từng địa chỉ của các ngõ, xóm ở các phường, xã trên địa bàn thành phố. Xây dựng hệ thống thông tin ứng dụng công nghệ GIS là giải pháp hiệu quả cho bài toán đã trình bày ở trên. Hệ thống được xây dựng giúp các đơn vị quản lý nhân sự, thông tin về các xe thu gom, các phương tiện vận chuyển, các điểm xử lý và chôn lấp rác sinh hoạt. Trên bản đồ số hóa, vị trí các điểm thu gom và tập kết rác được thể hiện trực quan giúp các nhà quản lý theo dõi thuận tiện việc phân bố mật độ các điểm.

Thực tế cho thấy, thường xuyên có các điểm tập kết, thu gom rác mới được tạo ra hoặc được điều chuyển để tránh ô nhiễm môi trường sống, việc này sẽ được cập nhật một cách dễ dàng, nhanh chóng trên bản đồ số hóa. Hệ thống thông tin giúp sắp xếp lại công việc thu gom của các xóm, tổ dân phố dựa vào khối lượng rác thu gom và số nhân viên hiện có. Trên bản đồ, các tuyến đường ở khu vực đông dân, khu vui chơi, khu công viên sẽ phân bố số các thùng rác công cộng với khoảng cách hợp lý. Các thùng rác công cộng thường xuyên được đặt mới hoặc được di chuyển sẽ được cập nhật kịp thời trên bản đồ. Ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng hệ thống thông tin quản lý là giải pháp tổng thể cho phép cập nhật, xử lý dữ liệu, lập báo cáo nhanh, chính xác và quy hoạch được hoạt động thu gom rác thải sinh hoạt trên toàn địa bản của thành phố.

Xây dựng hệ thống thống tin địa lý quản lý hoạt động thu gom rác thải sinh hoạt trên địa bản TP. Hải Phòng

Thành phần đầu tiên của hệ thống cần triển khai chính là cơ sở dữ liệu về hoạt động thu gom rác thải trên địa bản Thành phố. Cơ sở dữ liệu này thể hiện đầy đủ thông tin về các nghiệp vụ, bao gồm: quản lý nhân viên thu gom, quản lý khách hàng (các hộ dân), quản lý việc xử lý, chôn lấp rác thải theo thời gian và vị trí không gian. Nguồn dữ liệu này là thành phần quan trọng nhất của hệ thống để xây dựng phần mềm, triển khai chuyển đổi số, cho phép đưa ra các dữ liệu về các hoạt động thu gom rác, đặc biệt trong việc ra quyết định, lập các báo cáo thống kê một cách nhanh chóng, chính xác.

Cơ sở dữ liệu của hệ thống thống tin địa lý quản lý hoạt động thu gom rác thải sinh hoạt trên địa bản thành phố Hải Phòng được thể hiện như Hình 1. Các bảng dữ liệu giúp cập nhật thông tin về đơn vị phụ trách thu gom, nhân viên thu gom, lịch làm việc của nhân viên, các thông tin về phương tiện bao gồm: bảng dữ liệu DON_VI (dữ liệu về đơn vị phụ trách thu gom); bảng NHAN_VIEN (dữ liệu về nhân viên thu gom); bảng LỊCH_LAM_VIEC (dữ liệu về các kế hoạch làm việc của nhân viên); bảng TO_THU_GOM (dữ liệu về các tổ thu gom rác được đơn vị lập ra); bảng XE_THU_GOM_RAC (dữ liệu về các xe thu gom được nhân viên sử dụng đi chở rác tại từng hộ gia đình); bảng PHUONGTIENVANCHUYEN (dữ liệu về các xe vận chuyển rác của đơn vị). Để quản lý thông tin khách hàng, thu phí dịch vụ cho từng hộ gia đình, đối tượng nguồn thải, các bảng dữ liệu được sử dụng bao gồm: Bảng DANH_MUC_KHACH (dữ liệu về loại khách hàng có thể là hộ dân, công ty, nhà hàng, trường học,…); bảng KHACH_HANG (dữ liệu vể hộ dân, chủ nguồn thải ở các ngõ, xóm, tổ dân phố).

Các đơn vị thu gom rác tổ chức hoạt động đến từng ngõ xóm, nhà dân; nhân viên sẽ vận chuyển rác đến các điểm tập kết, sau đó đơn vị bố trí xe vận chuyển rác đến các điểm đem xử lý tiếp theo. Dữ liệu về khối lượng rác tại các điểm tập kết, các điểm xử lý và các điểm chôn lấp được cập nhật thường xuyên theo các kế hoạch của đơn vị. Bảng dữ liệu DIEM_THU_GOM thể hiện vị trí các điểm thu gom rác ở các ngõ, xóm; bảng DIEM_TAP_KET thể hiện vị trí của các điểm tập kết, khối lượng rác tổng hợp từ các điểm thu gom chuyển về.

Đơn vị thu gom rác sẽ chịu trách nhiệm phân loại rác để có thể đem đi tái chế, xử lý hoặc đem chôn lấp. Dữ liệu về các kế hoạch xử lý, chôn lấp được cập nhật thường xuyên theo thời gian để theo dõi được tình hình xử lý rác thải trên địa bàn thành phố. Bảng dữ liệu DIEM_XU_LY_RAC thể hiện vị trí địa lý của các điểm thực hiện xử lý rác (rác sau khi được phân loại có thể sử dụng các phương pháp đốt); bảng KE_HOẠCH_XU_LY lưu trữ dữ liệu về khối lượng và thời gian rác thải đem xử lý theo các kế hoạch cụ thể của đơn vị; bảng DIEM_CHON_LAP thể hiện dữ liệu về vị trí địa lý của các điểm chôn lấp rác và bảng KE_HOẠCH_CHON_LAP lưu trữ dữ liệu về các kế hoạch chôn lấp rác thải theo từng thời gian cụ thể.

Giải pháp xây dựng phần mềm hệ thống được triển khai trên bộ Visual Studio và hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL. Bản đồ số hóa của hệ thống được xây dựng trên công cụ ArcGIS, ArcGIS Destop. Xây dựng cơ sở dữ liệu không gian cho hệ thống trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL, trong đó sử dụng Postgis là phần mở rộng của PostgreSQL dùng để quản lý dữ liệu không gian. Postgis hỗ trợ các phép truy vấn và phân tích không gian hoàn toàn bằng dòng lệnh SQL.

Giao diện sử dụng của hệ thống được thể hiện trong Hình 2. Phần mềm được xây dựng cho phép hiển thị trên bản đồ số hóa các điểm thu gom, điểm tập kết, điểm xử lý, điểm chôn lấp và vị trí các thùng rác công cộng được phân bố trực quan, dễ dàng theo dõi, chỉnh sửa theo không gian và thời gian. Khối lượng về lượng rác thải được tập kết, được xử lý và chôn lấp trên toàn địa bản của thành phố được thống kê nhanh chóng và chính xác. Ứng dụng cho phép các đơn vị quản lý thu phí dịch vụ đến từng hộ dân được rõ ràng, minh bạch. Toàn bộ dữ liệu dân cư của từng ngõ, xóm theo từng phường, xã của các quận, huyện được lưu trữ trong hệ thống thông tin.

Kết luận

Bài báo nghiên cứu, ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng hệ thống thông tin quản lý hoạt động thu gom rác sinh hoạt trên địa bàn thành phố Hải Phòng. Trên cơ sở dữ liệu được thu thập từ hệ thống, các nhà quản lý theo dõi thường xuyên về khối lượng rác theo từng loại, để từ đó có kế hoạch giảm thiểu rác thải đem xử lý, chôn lấp, tăng lượng rác thải tài chế, khối lượng rác thải hữu cơ sẽ tận dụng làm phân bón trồng cây. Hệ thống thông tin được xây dựng là tiền đề để triển khai kế hoạch phân loại rác thải tại nguồn, tính chi phí thu gom theo khối lượng thải của từng hộ gia đình, chủ nguồn thải từ đó giảm áp lực cho các đơn vị thu gom và giảm chi phí xây dựng hạ tầng của thành phố.

TS. TRẦN THỊ HƯƠNG
Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

Tài liệu tham khảo

1. Thực trạng quản lý chất thải rắn trên địa bàn TP. Hải Phòng, https://tapchimoitruong.vn;

2. Kế hoạch chuyển đổi số TP. Hải Phòng 2024, https://haiphong.gov.vn/;

3. Đề án tổng thể thu gom, vận chuyển và xử lý chất thải rắn trên địa bàn TP. Hải Phòng, http://dbndhaiphong.gov.vn;

4. Giáo trình Hệ thống thông tin địa lý. Lê Thị Giang, NXB Học viện nông nghiệp 2021;

5. Giáo trình Lập trình ứng dụng WebGIS. TS. Lê Hoàng Sơn, NXB Giáo Dục Việt Nam;

[6]. Quy định thu gom chất thải rắn sinh hoạt tại TP. Hải Phòng, https://haiphong.gov.vn.