Dự án KHKT của học sinh Trường THPT Hoa Lư A đoạt giải Ba quốc gia

Đây là Dự án của nhóm tác giả Đinh Thị Kim Ngân, lớp 12A6 và Vũ Việt Quang, lớp 11A2, Trường THPT Hoa Lư A.

Cùng đam mê nghiên cứu KHKT và được học trong ngôi trường THPT Hoa Lư A có phong trào nghiên cứu KHKT phát triển mạnh, với 8 năm liên tiếp có sản phẩm dự thi KHKT cấp quốc gia và có 6 năm đoạt giải quốc gia, em Đinh Thị Kim Ngân và Vũ Việt Quang có chung ý tưởng về việc tìm các giải pháp kỹ thuật môi trường, phục vụ cuộc sống. Nhóm tác giả đã hợp tác thực hiện dự án “Hệ thống đa năng cảnh báo mức độ ngập nước và cường độ tia UV trong đô thị ứng dụng công nghệ IoT”.

Em Đinh Thị Kim Ngân cho biết: Hiện nay, tình trạng ngập nước gây ra nhiều vấn đề về môi trường và xã hội như tắc đường, tai nạn giao thông, ô nhiễm môi trường. Bên cạnh đó, bức xạ mặt trời (hay còn gọi là tia UV) cũng là vấn đề người dân quan tâm. Nhiều người cứ ra ngoài trời là bôi kem chống nắng, không biết khi nào tia UV có lợi, có hại cho da và sức khoẻ.

Qua tìm hiểu chúng em thấy rằng chưa có hệ thống thông tin nào cảnh báo một cách rõ ràng về mức độ ngập nước và cường độ tia UV theo thời gian thực. Và chỉ khi gặp sự cố ở những nơi ngập nước, các cơ quan chức năng, chính quyền địa phương mới đặt biển cấm chung chung “đường ngập”, không biết ngập sâu hay nông, phương tiện nào đi qua được.

Từ thực trạng trên, chúng em xác định vấn đề nghiên cứu là: Phát triển hệ thống IoT (IoT là Mạng lưới vạn vật kết nối internet) tích hợp đo đồng thời chính xác mức ngập nước và cường độ tia UV tại các điểm cụ thể; ứng dụng di động cung cấp thông tin theo thời gian thực; tích hợp tính năng cho phép người dùng chia sẻ thông tin cảnh báo giúp người dân chủ động trong việc di chuyển và bảo vệ sức khỏe.

Hệ thống cảnh báo gồm 4 khối: Khối cảm biến, thu được tín hiệu về mức độ nước dâng và mức độ tia UV (đặt tại nơi xảy ra sự cố). Khối điều khiển và đưa dữ liệu lên một cơ sở dữ liệu; các thông số về mức nước ngập, cường độ tia UV lên cơ sở dữ liệu đồng thời đưa ra tín hiệu để phát cảnh báo ngay tại nơi xảy ra sự cố. Khối cảnh báo gần, hiển thị thông tin cảnh báo về ngập nước ngay tại chỗ xảy ra sự cố. Khối cảnh báo xa, thu thập thông tin từ khối 2 sau đó thông qua một ứng dụng trên máy tính hoặc di động để cảnh báo tới người dân ở những khu vực lân cận hoặc sắp di chuyển đến gần nơi xảy ra sự cố.

Thiết bị đo ngập nước có thể tính toán ra độ sâu nước ngập theo công thức được lập trình. Thiết bị đo cường độ tia UV cảnh báo được hiển thị trên màn hình điện thoại, hiển thị các mức UV từ mức 1 đến mức 11 (đây là điểm mới và khác biệt hệ thống của nhóm tác giả đo được các chỉ số tia UV theo thời gian thực và phân loại được các mức UV nguy hiểm để cảnh báo đến cho người dân).

Thiết bị cảnh báo gần sử dụng bảng LED đặt tại tuyến đường xảy ra ngập nước, được lắp đặt tại hai đầu đoạn đường bị ngập: Khi nước ngập đến 30-45cm, bảng sẽ hiển thị cảnh báo "Đường ngập - Xe máy, xe con STOP"; khi mực nước vượt 45cm, hệ thống sẽ cảnh báo “Đường ngập - STOP”, giúp người dân kịp thời lựa chọn lộ trình giao thông phù hợp (đây cũng là một điểm sáng tạo của dự án).

Đặc biệt, ứng dụng cảnh báo trên điện thoại di động  bằng app giọng nói hoặc cho phép tương tác 2 chiều qua app có thể gửi thông tin hay hình ảnh thực tế, giúp người dùng nhận cảnh báo từ xa về tình trạng ngập nước và mức độ tia UV.

Tính mới, tính sáng tạo của dự án là: Hệ thống đo mực nước sử dụng cảm biến áp suất khí. Cung cấp thông tin theo thời gian thực có cảnh báo gần và cảnh báo xa. App có tính năng cho phép người dùng có thể gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu. Thiết bị lắp đặt đơn giản, giá thành thấp (xấp xỉ 5 triệu đồng/thiết bị).

Để triển khai thực hiện dự án, nhóm tác giả đã đưa vào lập trình để hệ thống hoạt động trên phần mềm, đưa vào thực tế thử nghiệm và điều chỉnh những hạn chế để giảm tối đa sai số trong cảnh báo. Dự án được thực hiện trong 5 tháng năm 2024.

Em Vũ Việt Quang chia sẻ: Mặc dù hệ thống có những ưu điểm như trên, nhưng vẫn có một số hạn chế cần khắc phục và hướng phát triển trong tương lai, như:  Nghiên cứu thiết kế và chế tạo vỏ bọc bảo vệ để đảm bảo cho thiết bị hoạt động ổn định, lâu bền trong môi trường hơi nước, ngập úng kéo dài và điều kiện thời tiết khắc nghiệt (nắng gắt, mưa axit, nhiệt độ cực đoan). Tích hợp đa thông số thông qua việc mở rộng mạng lưới cảm biến đo lường song song các chỉ số môi trường quan trọng (chất lượng không khí, nồng độ CO₂, nhiệt độ đô thị, bụi mịn) kết hợp với mô hình AI để dự báo ngập lụt, tạo hệ sinh thái cảnh báo thông minh cung cấp dữ liệu đa chiều cho cả người dân và chính quyền để ra quyết định kịp thời.

Dự án của nhóm tác giả được Ban Tổ chức cuộc thi đánh giá cao, đoạt giải Ba tại cuộc thi KHKT cấp quốc gia, năm học 2024-2025. Thầy giáo Nguyễn Mạnh Tú, giáo viên môn Vật lý, Trường THPT Hoa Lư A-giáo viên hướng dẫn thực hiện dự án cho biết: Sau khi nhận được sự phân công của Ban giám hiệu Trường THPT Hoa Lư A về phát triển ý tưởng của nhóm tác giả Đinh Thị Kim Ngân và Vũ Việt Quang, tôi đã cùng với các em lên kế hoạch và các phần việc để cùng thực hiện; khai thác những điểm mạnh của học sinh để hoàn thành dự án.

Trong quá trình thực hiện dự án có rất nhiều khó khăn liên quan đến cảm biến mà các em sử dụng đo đạc mức ngập nước của sản phẩm; do đó, học sinh nghiên cứu rất nhiều tài liệu trong nước và nước ngoài. Bên cạnh đó, phần lập trình cảnh báo cho người dân cảnh báo qua điện thoại là nội dung khó bởi việc viết chương trình cài đặt trên app đòi hỏi cảnh báo liên quan đến khoảng cách, tọa độ là rất khó.

Với vai trò giáo viên hướng dẫn dự án và đã có kinh nghiệm nhiều năm, tôi đã đồng hành cùng các em triển khai mô hình cảm biến để hiệu quả, đo đạc, cảnh báo chính xác nhất. Dự án của nhóm tác giả mang tính thực tiễn và ứng dụng cao.