Phân biệt quan trắc thủ công và tự động

Vì vậy, dữ liệu thủ công giống các “ảnh chụp” tại từng thời điểm quan trắc, trong khi hệ thống tự động tạo thành chuỗi dữ liệu theo thời gian. Khác biệt này quyết định khả năng phát hiện biến động, cách kiểm soát chất lượng dữ liệu, yêu cầu nhân lực và phương thức vận hành.

Khác biệt cốt lõi giữa quan trắc thủ công và tự động

Hai phương pháp không đơn giản là một bên dùng con người còn một bên dùng máy. Điểm khác biệt thực chất nằm ở chu trình đo và tạo dữ liệu.

Do đó, “thủ công” không đồng nghĩa với đo hoàn toàn bằng tay. Một chương trình quan trắc định kỳ vẫn có thể sử dụng thiết bị hiện đại tại hiện trường và trong phòng thí nghiệm. Tương tự, “tự động” cũng không có nghĩa hệ thống hoạt động mà không cần con người.

Tần suất đo làm thay đổi khả năng nhìn thấy diễn biến môi trường

Quan trắc thủ công thực hiện theo những thời điểm đã được thiết kế trước. Nếu lấy mẫu vào 8 giờ sáng, kết quả phản ánh điều kiện của môi trường hoặc mẫu tại thời điểm đó và trong phạm vi đại diện của phương pháp lấy mẫu. Những biến động xảy ra giữa hai đợt quan trắc có thể không được ghi nhận.

Quan trắc tự động giải quyết khoảng trống thời gian này bằng cách đo liên tục. Khi nồng độ chất ô nhiễm, pH, lưu lượng hoặc một thông số khác thay đổi nhanh, chuỗi dữ liệu có thể thể hiện thời điểm bắt đầu, mức biến động và quá trình trở lại trạng thái bình thường. Đây là lợi thế quan trọng khi mục tiêu là theo dõi diễn biến hoặc cảnh báo bất thường.

Tuy nhiên, dữ liệu dày hơn không mặc nhiên đồng nghĩa với kết quả đáng tin cậy hơn. Nếu đầu đo bị bám bẩn, trôi tín hiệu, hết hóa chất hoặc chưa được hiệu chuẩn phù hợp, hệ thống có thể liên tục tạo ra dữ liệu sai. Vì vậy, lợi thế về tần suất chỉ có ý nghĩa khi đi cùng kiểm soát chất lượng.

Dữ liệu thủ công và tự động được hình thành theo hai quy trình khác nhau

Với quan trắc thủ công, một kết quả thường đi qua chuỗi công việc gồm xác định vị trí, lấy mẫu hoặc đo hiện trường, bảo quản mẫu khi cần, vận chuyển, phân tích và kiểm soát chất lượng. Đối với những thông số phải phân tích trong phòng thí nghiệm, chất lượng kết quả phụ thuộc cả tính đại diện của mẫu lẫn điều kiện bảo quản, thời gian xử lý và phương pháp phân tích.

Quan trắc tự động chuyển phần lớn quá trình đo sang thiết bị đặt tại điểm quan trắc. Giá trị đo được thu nhận điện tử, lưu cùng thời gian và trạng thái thiết bị rồi có thể truyền tới hệ thống quản lý dữ liệu. Thông tư 10/2021/TT-BTNMT yêu cầu hệ thống nhận, truyền và quản lý dữ liệu tại các trạm tự động phải lưu liên tục tối thiểu 60 ngày dữ liệu gần nhất, trong đó có kết quả đo, đơn vị, thời gian và trạng thái thiết bị.

Sự khác biệt này tạo ra hai loại hồ sơ dữ liệu. Quan trắc thủ công thuận lợi cho việc gắn từng kết quả với mẫu vật cụ thể và quy trình phân tích tương ứng. Quan trắc tự động lại có ưu thế khi cần xem xu hướng, thời điểm xuất hiện bất thường và diễn biến của thông số theo thời gian.

Vận hành tự động vẫn cần hiệu chuẩn, bảo trì và kiểm tra đối chứng

Một hiểu nhầm phổ biến là lắp hệ thống tự động xong thì gần như không cần nhân sự quan trắc. Trên thực tế, thiết bị tự động thay thế thao tác đo lặp lại chứ không loại bỏ hoạt động chuyên môn.

Hệ thống phải được theo dõi trạng thái, vệ sinh đầu đo, bổ sung hóa chất hoặc vật tư khi cần, kiểm định, hiệu chuẩn, xử lý cảnh báo và kiểm tra dữ liệu bất thường. Theo yêu cầu kỹ thuật của Thông tư 10/2021/TT-BTNMT, đối với nhóm thiết bị thuộc phạm vi quy định, thiết bị trừ thiết bị đo nhiệt độ phải được kiểm tra bằng chất chuẩn theo khuyến cáo của nhà sản xuất nhưng tối thiểu 1 tháng/lần; khi sai lệch giữa giá trị thiết bị và giá trị chất chuẩn từ 10% trở lên, phải thực hiện kiểm định, hiệu chuẩn lại theo quy định.

Quan trắc đối chứng còn được sử dụng để so sánh kết quả của hệ thống tự động với phương pháp quan trắc định kỳ. Quy định kỹ thuật đối với một số hệ thống yêu cầu kiểm soát chất lượng độc lập định kỳ và sử dụng các mẫu đối chứng để đánh giá độ chính xác tương đối.

Như vậy, tự động hóa chuyển trọng tâm công việc từ “đến hiện trường để tạo từng kết quả đo” sang “duy trì một hệ thống đo liên tục và bảo đảm dữ liệu do hệ thống tạo ra vẫn hợp lệ”.

Quan trắc tự động không phải lúc nào cũng thay thế được quan trắc thủ công

Ưu thế lớn nhất của quan trắc tự động là mật độ dữ liệu theo thời gian. Nhưng phương pháp này bị giới hạn bởi những thông số mà thiết bị có khả năng đo ổn định, các yêu cầu về hạ tầng và điều kiện vận hành.

Quan trắc thủ công có thể lấy mẫu để phân tích bằng nhiều kỹ thuật chuyên sâu trong phòng thí nghiệm. Điều này đặc biệt hữu ích khi cần xác định những chất không phù hợp với đầu đo trực tuyến, cần độ chọn lọc cao hoặc phải áp dụng phương pháp phân tích tham chiếu.

Ngược lại, nếu chỉ quan trắc định kỳ, một đợt lấy mẫu có thể cho kết quả rất chính xác nhưng vẫn không cho biết điều gì đã xảy ra giữa hai lần lấy mẫu. Một sự cố phát thải ngắn diễn ra ngoài thời điểm quan trắc có thể không xuất hiện trong bộ dữ liệu định kỳ.

Bởi vậy, độ chính xác của một phép đo và khả năng đại diện cho diễn biến theo thời gian là hai vấn đề khác nhau. Quan trắc thủ công có thể mạnh về phân tích mẫu và phạm vi thông số; quan trắc tự động mạnh về tính liên tục và khả năng theo dõi biến động.

Chi phí và nhân lực được phân bổ khác nhau giữa hai phương pháp

Quan trắc thủ công thường phát sinh chi phí theo từng đợt: nhân sự lấy mẫu, di chuyển, dụng cụ, bảo quản, vận chuyển và phân tích. Khi tăng số lần quan trắc, nhiều khoản chi phí này cũng tăng theo.

Hệ thống tự động có cấu trúc chi phí khác. Cơ sở phải đầu tư thiết bị đo, bộ thu nhận dữ liệu, đường truyền, hạ tầng lắp đặt và các thành phần phụ trợ; sau đó tiếp tục duy trì hiệu chuẩn, bảo trì, vật tư tiêu hao và xử lý sự cố. Các yêu cầu kỹ thuật về data logger, truyền dữ liệu và quản lý trạng thái thiết bị cho thấy đây là một hệ thống công nghệ cần được vận hành thường xuyên chứ không phải một thiết bị đo đơn lẻ.

Về nhân lực, thủ công cần nhiều thao tác trực tiếp ở từng kỳ quan trắc. Tự động giảm công việc đo lặp lại nhưng tăng nhu cầu về năng lực vận hành thiết bị, kiểm soát dữ liệu và xử lý lỗi. Vì thế, tự động hóa chủ yếu thay đổi loại công việc con người phải thực hiện, thay vì loại bỏ hoàn toàn nhân lực.

Nên dùng quan trắc thủ công, tự động hay kết hợp cả hai?

Lựa chọn phụ thuộc vào loại thông tin cần thu được.

Quan trắc thủ công phù hợp khi cần lấy mẫu để phân tích chuyên sâu, số lần đo theo kế hoạch đã đủ đáp ứng mục tiêu hoặc thông số chưa thích hợp để theo dõi trực tuyến. Quan trắc tự động phù hợp hơn khi cần biết thông số thay đổi như thế nào theo thời gian, phát hiện bất thường nhanh hoặc duy trì chuỗi dữ liệu liên tục.

Trong nhiều trường hợp, hai phương pháp bổ sung cho nhau. Hệ thống tự động cung cấp diễn biến liên tục, còn quan trắc định kỳ có thể tạo dữ liệu đối chứng và thực hiện các phép phân tích mà hệ thống trực tuyến không đảm nhiệm. Chính Thông tư 10/2021 cũng đề cập việc đối chứng thiết bị tự động với kết quả quan trắc định kỳ trong hoạt động kiểm soát chất lượng.

Vì vậy, khác biệt quan trọng nhất giữa quan trắc thủ công và tự động không nằm ở việc “con người hay máy móc tốt hơn”. Quan trắc thủ công tạo dữ liệu tại những thời điểm xác định và có lợi thế trong lấy mẫu, phân tích chuyên sâu; quan trắc tự động tạo chuỗi dữ liệu liên tục để theo dõi biến động nhưng đòi hỏi hạ tầng, hiệu chuẩn và kiểm soát chất lượng thường xuyên. Khi cần vừa hiểu diễn biến theo thời gian vừa kiểm chứng chất lượng phép đo hoặc mở rộng phạm vi thông số, kết hợp hai phương pháp thường tạo ra bức tranh môi trường đầy đủ hơn.