hình hỏa hoạn và giải pháp khắc phục
Tình hình hỏa hoạn trên thế giới
Hỏa hoạn là một vấn đề nghiêm trọng cần được chú ý và có biện pháp khắc phục, vì khi xảy ra, nó gây thiệt hại lớn về người và tài sản Mặc dù đã có nhiều biện pháp phòng ngừa được đề ra, nhưng hỏa hoạn vẫn là mối lo ngại lớn đối với con người Dưới đây là một số vụ hỏa hoạn lớn trên thế giới, minh chứng cho hậu quả nghiêm trọng nếu không có biện pháp phòng chống và xử lý kịp thời.
* Hỏa hoạn tại nhà thờ Đức Bà Paris(15/4/2019)
Vào chiều 15/4/2019, nhà thờ Đức Bà Paris đã xảy ra một vụ cháy nghiêm trọng, gây ra tổn thất lớn cho di sản văn hóa của Pháp và nhân loại Dù hiện tại ngọn lửa đã được kiểm soát, nhưng di sản quý giá này vẫn để lại nỗi tiếc nuối sâu sắc trong lòng thế giới.
Công trình hàng trăm năm tuổi này đã in đậm trong ký ức mỗi người khi biết đến nền văn hóa Pháp nói riêng và châu Âu nói chung.
Trong lịch sử nhân loại, nhiều vụ cháy lớn cũng đã xảy ra, phá hủy những công trình di sản văn hóa lớn của thế giới.
1Hình 1.1.1 Nhà thờ Đức Bà Paris bốc cháy ngùn ngụt ngày 15/4
* Hỏa hoạn tại Bảo tàng quốc gia Brazil (2018)
Vào ngày 2 tháng 9 năm 2018, một vụ hỏa hoạn nghiêm trọng đã bùng phát tại Bảo tàng Quốc gia Brazil, nằm ở phía Bắc thành phố Rio de Janeiro Đây là một trong những bảo tàng lâu đời nhất và quan trọng nhất của Brazil, chứa đựng nhiều di sản văn hóa và lịch sử quý giá.
Bảo tàng là "viên ngọc quý" của văn hóa Brazil, lưu giữ hơn 20 triệu hiện vật quý giá, bao gồm bộ sưu tập nghệ thuật và đồ tạo tác từ thời Hy Lạp-La Mã và Ai Cập, cùng với hóa thạch người cổ nhất mang tên "Luzia".
Vụ cháy tại Bảo tàng Lịch sử quốc gia Brazil trên được coi là một "thảm kịch trong lĩnh vực văn hóa" của Brazil.
Tuy không có thiệt hại về người, song nhiều tác phẩm nghệ thuật và hiện vật quý giá đã bị hư hại nghiêm trọng.
Nguyên nhân hỏa hoạn tại viện bảo tàng có thể xuất phát từ một quả khinh khí cầu nhỏ đáp xuống mái hoặc do chập mạch điện ở phòng nghe nhìn.
Hình 1.1.2 Hiện trường vụ hỏa hoạn tại Bảo tàng quốc gia Brazil ở Rio de Janeiro ngày 2/9.
* Hỏa hoạn tại Đại Chiêu cổ tự, Tây Tạng (năm 2018)
Vào ngày 17/2/2018, một vụ hỏa hoạn nghiêm trọng đã xảy ra tại Đại Chiêu cổ tự, ngôi chùa cổ của Phật giáo Tây Tạng Ngôi chùa này được UNESCO công nhận là Di sản văn hóa thế giới và có lịch sử hơn 13 thế kỷ.
Ngôi chùa tọa lạc tại trung tâm thành phố cổ Lhasa, danh lam thánh tích Phật giáo nổi tiếng ở Barkhor, Tây Tạng.
Vụ hỏa hoạn xảy ra khi người Tây Tạng khắp khu tự trị đang đón chào năm mới
2018 trong lễ tân niên truyền thống, cùng thời điểm với Tết Nguyên đán của người Trung Quốc.
Hình 1.1.3 Cháy lớn tại ngôi chùa Jokhang ở thành phố cổ Lhasa, Tây Tạng.
* Cháy khu chợ 600 năm tuổi ở thành phố cổ Aleppo, Syria (năm 2020)
Vào tháng 9 năm 2020, xung đột giữa lực lượng quân đội chính phủ Syria và phe đối lập đã diễn ra quyết liệt, dẫn đến việc nhiều di sản văn hóa quý giá của Syria bị tàn phá nghiêm trọng.
Trong số đó, khu chợ Al-Madina Souk, tọa lạc tại thành phố cổ Aleppo, đã bị thiêu rụi.
Al-Madina Souk được xây dựng từ thế kỷ 14, được UNESCO công nhận là Di sản thế giới từ năm 1986.
Hình 1.1.4 Khu chợ Al-Madina Souk tại thành phố cổ Aleppo.
* Hỏa hoạn tại Nhà hát La Fenice, Italy (năm 1996)
Nhà hát La Fenice ở Venice, Italy, đã bị thiêu rụi trong một vụ hỏa hoạn Khai trương vào năm 1972, La Fenice nổi tiếng với âm thanh hoàn hảo và được xem là một trong những nhà hát thính phòng lớn nhất thế giới.
Sau 8 năm kể từ sau vụ cháy trên, nhà hát La Fenice đã mở cửa trở lại vào năm 2004.
Hình 1.1.5 Bên trong Nhà hát La Fenice, Italy.
* Hỏa hoạn tại Lâu đài Windsor, Anh (năm 1992)
Ngày 20/11/1992, một vụ hỏa hoạn lớn xảy ra tại Lâu đài Windsor, phía Tây London, Anh, phá hủy một phần phía Đông Bắc của tòa lâu đài.
Lâu đài Windsor, lớn nhất thế giới và có bề dày lịch sử lâu đời ở Anh, chiếm diện tích gần 45.000m2 Nằm ở vị trí tuyệt đẹp, nơi giao nhau của sông Thames và sông Kennet, lâu đài này cách thủ đô London chỉ 33km về phía Tây.
Lâu đài là một trong 3 nơi ở chính của Hoàng gia Anh (hai nơi kia là Cung điện Buckingham, London và Holyrood, Edinburgh).
Lâu đài Windsor không chỉ nổi bật với quy mô bề thế mà còn được xem là một di sản nghệ thuật vô giá của nhân loại Sau 5 năm tu sửa, lâu đài đã chính thức mở cửa trở lại cho công chúng vào năm 1997.
* Cháy Thư viện quốc gia Bosnia (năm 1992)
Ngày 25 và 26/8/1992, Thư viện quốc gia Bosnia, một biểu tượng của thành phố Sarajevo, Bosnia, đã bị đổ sập và đốt cháy trong cuộc pháo kích của người Serb của Bosnia vào năm 1992.
Vụ đụng độ dẫn đến hỏa hoạn trên đã khiến gần 2 triệu cuốn sách cùng nhiều bản viết tay quý hiếm đã bị phá hủy.
Hình 1.1.6 Hỏa hoạn tại lâu đài Windsor, phía Tây London, Anh ngày
Nơi đây trước kia là Hội trường thành phố Sarajevo (vào năm 1896), sau đó được chuyển đổi thành Thư viện quốc gia Bosnia (vào năm 1949).
Năm 2014, Thư viện quốc gia Bosnia đã tái mở cửa sau 22 năm bị hủy hoại, trở thành nơi lưu giữ những kỷ vật quý giá về giai đoạn khủng hoảng của người dân Sarajevo.
Hình 1.1.7 Thư viện quốc gia Bosnia
Từ tháng 1 đến tháng 8 năm 2019, Brazil ghi nhận ít nhất 74.155 vụ cháy rừng, đánh dấu số vụ cháy cao nhất kể từ khi bắt đầu thu thập dữ liệu vào năm 2013 Thông tin này được công bố bởi Cơ quan Vũ trụ Brazil (INPE), cơ quan sử dụng vệ tinh để theo dõi tình hình cháy rừng.
Hình 1.1.8 Cháy rừng Amazon ( ảnh 1)
Hơn 60 phần trăm của Amazon được nằm trong biên giới của Brasil, và hơn một nửa các vụ cháy rừng xảy ra trong rừng nhiệt đới Amazon, khu rừng nhiệt đới lớn nhất thế giới được coi là "quan trọng để chống lại ấm lên toàn cầu.
Hình 1.1.9 Cháy rừng Amazon ( ảnh 2)
Hiện nay, rừng nhiệt đới ở bốn bang Amazon của Brazil, bao gồm Amazonas, Rondônia, Mato Grosso và Pará, đang phải đối mặt với tình trạng cháy rừng nghiêm trọng, với ít nhất 39.194 vụ cháy được ghi nhận tại bang Amazonas, nơi có "vùng mưa nhiệt đới lớn nhất thế giới" Vào ngày 11 tháng 8, Brazil đã tuyên bố tình trạng khẩn cấp, tuy nhiên, Thủ tướng Jair Bolsonaro đã từ chối sự hỗ trợ từ các quốc gia như G7 và các nước châu Âu, điều này đã làm trầm trọng thêm tình hình Hậu quả là khu vực rừng Amazon đang bị ảnh hưởng nặng nề, dẫn đến biến đổi khí hậu và mất đi 20% lượng oxy mà rừng Amazon cung cấp cho khí quyển, gây ảnh hưởng lâu dài đến trái đất.
Hình 1.1.10 Cháy rừng Amazon (ảnh 3)
Bảng 1.1.1 Bảng thống kê các vụ cháy/năm trên thế giới 3 năm gần đây nhất
Thời gian Số vụ cháy Thiệt hại Nguyên nhân
2020 875.489 vụ Thiệt hại lên tới gần 500 tỷ đôla
Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên
2019 723.621 vụ Thiệt hại lên tới gần 521 tỷ đôla
Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên
2018 712.862 vụ Thiệt hại lên tới gần 497 tỷ đôla
Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên
Tình hình hỏa hoạn ở Việt Nam
* Vụ cháy trung tâm thương mại quốc tế ICT tại thành phố Hồ Chí Minh năm 2002
Vào chiều 29/10/2019, một vụ hỏa hoạn nghiêm trọng xảy ra do thợ hàn trong quá trình hàn bulong định vị trên trần đã để vảy xỉ nhiệt độ lên tới 1.700 độ C rơi vào xốp cách âm, chất liệu có khả năng bắt cháy từ 300 độ C Ngọn lửa nhanh chóng lan rộng và trở nên lớn, nhưng thợ hàn không thể kiểm soát tình hình, thay vào đó đã đóng cửa phòng xảy ra cháy và để cho đám cháy tiếp tục phát triển.
Vụ hỏa hoạn nghiêm trọng đã cướp đi sinh mạng của 60 người và làm 70 người khác bị thương, với tổng thiệt hại tài sản lên đến hơn 32 tỷ đồng Trong số các đơn vị bị thiệt hại, ITC đã mua bảo hiểm của Bảo Minh trị giá 12 tỷ đồng và đã nhận tạm ứng đền bù 5 tỷ đồng, trong khi Công ty bảo hiểm quốc tế Mỹ AIA cũng đã mua bảo hiểm 7,2 tỷ đồng và đã nhận đủ số tiền bồi thường.
So với các vụ cháy thường xảy ra vào mùa khô ở khu ổ chuột và khu dân cư nghèo, vụ hoả hoạn trong cao ốc này là trường hợp hiếm gặp nhưng có khả năng tái diễn trong tương lai Điều này đặc biệt quan trọng khi số lượng cao ốc tại Thành phố Hồ Chí Minh ngày càng gia tăng.
Hình 1.2.11 trung tâm thương mại quốc tế ICT
* Cháy kho hàng Hoa Việt trên phố Ngụy Như Kon Tum – Hà Nội năm 2019
Khoảng 10 kho hàng đã bị cháy, chủ yếu là các kho chứa dược phẩm của các công ty liên doanh như Eloge France - Việt Nam, dược phẩm Đông Á, và Công ty dược Vĩnh Phúc Ngoài ra, còn có các kho hàng chứa đồ điện và đồ gỗ của một số công ty khác.
Thiệt hại do vụ cháy nói trên gây ra là rất lớn, có thể lên tới hàng trăm tỉ đồng
Hình 1.2.12 kho hàng Hoa Việt trên phố Ngụy Như Kon Tum – Hà Nội
* Cháy rừng cùng lúc 4 nơi ở Thừa Thiên Huế 2019
Ngày 28/6/2019, tại tỉnh Thừa Thiên Huế đã cùng lúc xảy ra 4 điểm cháy rừng trên diện rộng.
20 hộ dân sống ven đồi tại phường Hương Hồ, thị xã Hương Trà gần đó đã được di dời khẩn cấp.
Trong những năm gần đây, Việt Nam đã chứng kiến nhiều vụ cháy rừng điển hình Theo số liệu từ Tổng cục Lâm nghiệp, tính đến ngày 30/11/2020, cả nước ghi nhận 179 vụ cháy rừng, gây thiệt hại lên đến 645 ha rừng.
Hình 1.2.13 Cháy rừng ở Thừa Thiên Huế
Bảng 1.2.2 Bảng thống kê các vụ cháy/năm ở nước ta 3 năm gần đây nhất
Thời gian Số vụ cháy Thiệt hại Nguyên nhân
2020 5.354 vụ Thiệt hại vật chất lên tới 600 tỷ đồng chết 89 người, bị thương 184 người.
Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên
Chết 105 người ,bị thương 326 người
Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên
Chết 98 người ,bị thương 254 người
Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên
Giải pháp phòng chống hỏa hoạn
Để tạo ra một môi trường an toàn, không cháy và khó cháy, cần thay thế các khâu sản xuất, kinh doanh, môi trường, thiết bị và vật liệu dễ cháy hoặc có nguy cơ cháy bằng những lựa chọn không cháy hoặc khó cháy.
- Ngăn chặn triệt tiêu nguồn nhiệt gây cháy, quản lý chặt chẽ nguồn lửa, nguồn nhiệt sử dụng trong sản xuất hoạt động kinh doanh, trong sinh hoạt.
- Cách ly chất cháy với nguồn lửa, nguồn nhiệt với máy móc htiết bị với các khâu hoạt động sản xuất có khả năng sinh nhiệt, gây cháy.
- Hạn chế diện tích sản xuất, diện tích bảo quản chất cháy với máy móc thiết bị tới mức cần thiết.
- Ngăn chặn đường phát triển của lửa như xây tường ngăn cháy, cửa ngăn cháy đê bao vành đai trống, lắp đặt thiết bị chống cháy lan.
- Lắp đặt hệ thống báo cháy và chữ cháy tự động, bán tự động.
Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong cảnh báo cháy
1.4.1 Mạng cảm biến không dây
Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là tập hợp các thiết bị cảm biến kết nối qua các liên kết không dây, cho phép thu thập dữ liệu phân tán quy mô lớn trong mọi điều kiện và khu vực địa lý Chúng có thể kết nối trực tiếp với nút quản lý hoặc thông qua điểm thu phát (Sink) và mạng công cộng như Internet Các nút cảm biến này được sử dụng cho nhiều mục đích như giám sát an ninh, kiểm tra môi trường, tạo không gian sống thông minh, và ứng dụng trong nông nghiệp và y tế Lợi thế lớn nhất của mạng cảm biến không dây là khả năng triển khai trong các địa hình khó khăn, nơi không thể sử dụng mạng có dây Các thiết bị cảm biến nhỏ gọn và hiệu suất cao giúp chúng hoạt động hiệu quả trong môi trường dày đặc Hiện nay, mạng cảm biến không dây được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu vi sinh vật biển, giám sát ô nhiễm, kiểm tra hệ sinh thái, và trong các lĩnh vực công nghiệp, quân sự, an ninh quốc phòng cũng như trong đời sống hàng ngày.
Mạng cảm biến không dây bao gồm nhiều nút được triển khai dày đặc gần đối tượng cần thu thập dữ liệu, cho phép vị trí cảm biến được xác định ngẫu nhiên trong các khu vực khó tiếp cận hoặc nguy hiểm Đặc điểm nổi bật của mạng này là khả năng tự tổ chức và hợp tác giữa các cảm biến Việc triển khai số lượng lớn cảm biến gần nhau giúp tối ưu hóa truyền thông đa liên kết, giảm thiểu công suất tiêu thụ và nâng cao hiệu quả truyền tín hiệu so với truyền thông đơn liên kết và khoảng cách xa.
Hình 1.4.14.1 Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không dây
Các nút cảm biến được triển khai trong một trường cảm biến (sensor field) Mỗi nút cảm biến được phát triển trong mạng có khả năng thu thập thông số liệu, định tuyến số liệu về bộ thu nhân (Sink) để chuyển tới người dùng (User ) và định tuyến các bản tin mạng theo yêu cầu từ nút Sink đến các nút cảm biến Số liệu được định tuyến về phía bộ thu nhân theo cấu trúc liên kết không có cản trở, tức là không có các trạm thu phát gốc hay các trung tâm điều khiển gây cản trở Bộ thu nhân có thể liên lạc trực tiếp với trạm điều hành (Task Manager Node) của người dùng hoặc gián tiếp thông qua Internet hay vệ tinh.
Nút cảm biến bao gồm các thành phần chính như bộ cảm biến, bộ xử lý và bộ truyền thông không dây Tùy theo ứng dụng cụ thể, nút cảm biến có thể tích hợp nhiều thành phần khác nhau để thu thập thông tin vị trí, bổ sung năng lượng và thiết bị di động Các thành phần trong nút cảm biến được thể hiện rõ ràng, với bộ cảm biến gồm hai đơn vị chính: cảm biến (Sensor) và bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự/số (ADC) Tín hiệu từ cảm biến được thu nhận và chuyển đổi sang tín hiệu số bởi bộ chuyển đổi ADC, sau đó được xử lý bởi bộ xử lý, kết hợp với một bộ nhớ nhỏ để phân tích thông tin và quản lý các thủ tục công tác với các nút khác Bộ truyền thông đảm bảo thông tin giữa nút cảm biến và mạng không dây, có thể hoạt động qua tín hiệu radio, hồng ngoại hoặc tín hiệu quang Một thành phần quan trọng trong nút cảm biến là bộ nguồn, có thể là pin hoặc ắc quy, cung cấp năng lượng cho nút cảm biến mà không cần kết nối trực tiếp, giúp duy trì hoạt động của thiết bị trong các tình huống khẩn cấp Bộ nguồn có thể được hỗ trợ bởi các thiết bị sinh điện, như các tấm pin mặt trời nhỏ.
Hệ thống cảm biến trong mạng cảm biến vô tuyến cần phải có sự nhận biết chính xác về vị trí của các nút cảm biến Do đó, các nút cảm biến phải được trang bị hệ thống thông tin để xác định vị trí Các thiết bị di động cũng cần thiết kế để hỗ trợ các nút cảm biến, nhằm đảm bảo rằng các nhiệm vụ được phân công một cách hiệu quả.
Hình 1.4.1.2 Các thành phần của nút cảm biến
1.4.2 Mạng cảm biến không dây trong cảnh báo cháy
Công nghệ cảm biến không dây chưa được phổ biến rộng rãi tại Việt Nam do các yếu tố kỹ thuật, kinh tế và nhu cầu sử dụng Tuy nhiên, với những ưu điểm và lợi ích vượt trội, công nghệ này hứa hẹn sẽ được lắp đặt và sử dụng phổ biến trong tương lai gần.
Hệ thống cảnh báo có dây dễ bị ảnh hưởng khi xảy ra sự cố về đường truyền hoặc hỏng hóc ở bất kỳ bộ phận nào, dẫn đến tác động toàn diện đến toàn bộ hệ thống Việc thay thế và sửa chữa các bộ phận của hệ thống này cũng phức tạp, có thể gây rắc rối cho hệ thống chung và gặp phải vấn đề nhiễu tín hiệu do cấu trúc phức tạp.
Hệ thống cảnh báo cháy không dây hoạt động ổn định nhờ vào sự liên kết chặt chẽ giữa các nút và bộ phận Khi một bộ phận gặp sự cố, việc khắc phục và xử lý có thể thực hiện độc lập, không ảnh hưởng đến toàn bộ mạng Điều này cũng giúp cho việc thay thế và sửa chữa trở nên dễ dàng hơn.
* Lợi ích của việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời cho hệ thông cảnh báo cháy không dây:
- Trong các vụ cháy, việc duy trì nguồn điện cho mạng có dây là vô cùng khó khăn
- Trường hợp nếu nguồn cấp tổng bị hoản hoạn làm hỏng thì hệ thống sẽ bị ảnh hưởng
Phương pháp sử dụng năng lượng mặt trời để duy trì nguồn điện cho hệ thống mang lại sự ổn định cho các nút trong mạng Nếu một nút bị hỏa hoạn phá hủy, các nút khác và quá trình truyền dữ liệu vẫn được đảm bảo Nguồn điện được tích trữ và nạp vào pin, giúp hệ thống không bị mất điện khi cần thiết Một lợi ích lớn của việc sử dụng năng lượng mặt trời là tiết kiệm chi phí đáng kể so với việc cung cấp điện trực tiếp.
Như vậy việc lắp đặt một hệ thống phát hiện cảnh báo cháy kịp thời là vô cùng quan trọng
Hiện nay, nhiều hệ thống cảnh báo cháy đã được lắp đặt nhưng vẫn chưa đạt độ chính xác cao và kịp thời Để giải quyết vấn đề này và giảm thiểu hậu quả từ hỏa hoạn, nhóm chúng tôi đã phát triển Hệ thống mạng cảm biến cảnh báo cháy sử dụng năng lượng mặt trời, với thiết kế nút cảm biến không dây tích hợp công nghệ năng lượng mặt trời.
2.1 Phân tích chức năng của nút Để xây dựng một mạng cảm biến, trước hết phải xây dựng các nút cấu thành mạng – Nút cảm biến Các nút này phải thoả mãn một số nhu cầu nhất định, tuỳ theo ứng dụng, chúng phải có: kích thước nhỏ, giá thành rẻ, hoạt động hiệu quả về năng lượng, có các thiết bị cảm biến chính xác có thể cảm nhận, thu thập các thông số của môi trường, có khả năng tính toán, mã hoá và khả năng truyền thông thu phát sóng để giao tiếp với các nút lân cận Mỗi nút cảm biến được cấu thành bởi 4 thành phần cơ bản: bộ cảm nhận (a sensing unit), bộ xử lý (a processing unit), bộ nguồn (a power unit), bộ truyền thông (a transreceiver unit)
Trong mạng cảm biến không dây chống cháy rừng, mỗi nút bao gồm 4 bộ cơ bản và một bộ cảnh báo, tạo thành cấu trúc hoàn chỉnh cho việc phát hiện và cảnh báo sớm về nguy cơ cháy.
Hình 2.1.15 sơ đồ khối của một nút cảm biến
Trong mạng cảm biến chống cháy rừng, mỗi nút thành viên cần trang bị bộ cảm biến có khả năng đo lường các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và chỉ số hồng ngoại Để thực hiện điều này, bộ cảm biến sẽ sử dụng hai loại cảm biến chính: cảm biến DHT22 và cảm biến phát hiện lửa (flame sensor).
+ Cảm biến DHT22 sẽ thực hiện chức năng đọc nhiệt độ và độ ẩm môi trường sau đó đưa về bộ xử lý bằng phương thức giao tiếp 1 dây.
+ Cản biến phát hiện lửa sẽ đọc chỉ số hồng ngoại của môi trường sau đó xuất ra tín hiệu dạng digital hoặc analog tuỳ theo người sử dụng.
Bộ xử lý Arduino Nano đọc giá trị từ cảm biến phát hiện lửa hồng ngoại và cảm biến DHT22, sau đó kiểm tra và đóng gói dữ liệu Cuối cùng, nó gửi thông tin này lên nút trạm cơ sở để giám sát hiệu quả.
Mạng cảm biến chống cháy rừng không dây sử dụng modul sóng RF24L01 để truyền thông giữa các nút thành viên Modul RF24L01 giao tiếp với bộ xử lý trung tâm Arduino Nano, giúp truyền dữ liệu từ cảm biến đến nút chủ trong mạng.
