Ứng dụng phương pháp tiếp cận mới tạo cơ sở dữ liệu GIS phục vụ cho giám sát bề mặt đường bộ ở Việt Nam

26/04/2022

TN&MTGiám sát bề mặt đường là một khâu quan trọng trong công tác duy tu, bảo dưỡng đường. Việc phát hiện sớm những vết nứt trên đường có thể giúp bảo trì trước khi chi phí trở nên quá cao. Chính quyền địa phương hay các đơn vị thi công cần đưa ra một quy trình giám sát hiệu quả và dễ dàng áp dụng trên toàn mạng lưới đường bộ. Bài báo này đề xuất một phương pháp tiếp cận thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu GIS bao gồm các tấm ảnh được gắn thẻ địa lý để các cơ quan quản lý tự động hóa quá trình ghi nhận và báo cáo lại các sự cố trên mặt đường. Hệ thống này dễ sử dụng, tiết kiệm chi phí, dễ dàng triển khai và có thể được sử dụng hiệu quả thông qua việc thu thập thông tin GPS khi ảnh được chụp, sau đó đính kèm vào bản đồ.

Mở đầu

Tình trạng giao thông đường bộ ở Việt Nam đang ngày càng xuống cấp do nhiều yếu tố trong đó có nguyên nhân từ các loại xe quá tải. Những mặt đường nhựa lồi lõm, kết cấu mặt đường hư hỏng đang trở nên phổ biến và ảnh hưởng đến cuộc sống của người dân. Việt Nam và các nước trên thế giới đang nỗ lực tìm kiếm những giải pháp mới để khắc phục những vết nứt trên bề mặt đường. Gần đây, có nhiều nhà nghiên cứu đã đưa ra những đề xuất để thu thập hiệu quả dữ liệu tình trạng bề mặt đường bộ. Các kỹ thuật thu nhận hình ảnh dễ dàng hơn, hiệu quả và nhận diện vết hư hỏng chính xác hơn. Hình ảnh thu nhận từ các nền tảng khác nhau như hình ảnh từ máy bay không người lái (UAV), từ chiếc điện thoại di động có chức năng chụp hình, đến hình ảnh của vệ tinh đều có thể theo dõi tình trạng bề mặt trên đường bộ. Tuy nhiên, do chi phí và chất lượng độ phân giải hạn chế mà hình ảnh thu được từ vệ tinh không được ưu tiên. Việc phát hiện và xử lý các vết nứt, hư hỏng mặt đường cung cấp một thông tin giá trị cho chính quyền địa phương. Những năm gần đây, một số nghiên cứu đã đưa ra nhiều kỹ thuật kiểm tra, đánh giá mặt đường bộ. Các cách tiếp cận trước đây để thu thập thông tin, dữ liệu về tình trạng mặt đường đều tốn rất nhiều công sức, thời gian và rủi ro cao [2]. Ngược lại, phương pháp thiết lập hệthống cơ sở dữ liệu GIS bằng các tấm ảnh gắn thẻ địa lý rất nhanh chóng, dễ sử dụng và cho hiệu quả về chi phí.

Thu thập dữ liệu

Thông tin về vị trí các điểm hư hỏng trên bề mặt đường được thu thập tại quốc lộ 45 là một tuyến giao thông đường bộ Quốc gia của Việt Nam nối liền hai tỉnh Ninh Bình và Thanh Hóa. Quốc lộ 45 có chiều dài 132 km, điểm đầu là điểm giao cắt với quốc lộ 12B tại phố Rịa (Phú Lộc, xã Nho Quan, Ninh Bình), điểm cuối là điểm giao cắt với đường Hồ Chí Minh tại ngã ba thị trấn Yên Cát (Như Xuân, Như Xuân, Thanh Hóa). Trong phần này, vị trí của 39 địa điểm trên bề mặt đường có dấu hiệu hư hỏng đã được ghi lại bằng smartphone có định vị GPS. Mỗi điểm được gắn nhãn kinh độ, vĩ độ địa lý, độ cao và thời gian chụp.

Gắn thẻ địa lý

Dữ liệu thu được là các tấm ảnh chụp trên đó có ghi vĩ độ và kinh độ. Với các thiết bị smartphone hay các máy ảnh kỹ thuật số có định vị GPS đều có thể ghi lại những thông tin, xác định vị trí điểm chụp cần thiết trên các tấm ảnh. Kết quả tọa độ sau đó có thể được thêm vào EXIF là một phần chứa rất nhiều thông tin về các tấm ảnh mà người thu thập thông tin cần chụp. EXIF có khả năng tận dụng cảm biến GPS tích hợp trên camera để ghi lại vị trí mà tấm ảnh đó được chụp, khi chúng ta muốn chia sẻ ảnh thì người xem sẽ biết được thông tin chi tiết của ảnh đó. Những tấm ảnh ghi lại vết rạn nứt của bề mặt đường chụp trước mà không có thông tin địa lý sẽ được xử lý sau đó bằng cách vào hộp thoại chỉnh sửa dữ liệu (Edit Data) trong phần mềm Geosetter kết hợp với dữ liệu GPS. Những tấm ảnh được lưu vào một thư mục và chỉ cần nhấp vào từng thư mục riêng lẻ để gọi dữ liệu. Phần mềm Geosetter là một công cụ miễn phí để chỉnh sửa dữ liệu hình ảnh kỹ thuật số và chú trọng đến dữ liệu về địa lý. EXIF và các dữ liệu về hình ảnh đều có thể được chỉnh sửa trong chính cửa sổ của Geosetter. Việc cung cấp dữ liệu mới hay thay đổi dữ liệu tương ứng có thể được thực hiện trong cửa sổ riêng biệt các tab và lưu lại trong tệp EXIF. Giao diện phần mềm với các vị trí hư hỏng trên bề mặt đường ở quốc lộ 45 được hiển thị trong Hình 1.

Hình 1: Vị trí đường hư hỏng trên bản đồ số
Ứng dụng phương pháp tiếp cận mới tạo cơ sở dữ liệu GIS phục vụ cho giám sát bề mặt đường bộ ở Việt Nam

Giao diện của phần mềm Geosetter thật đơn giản và được chia thành hai nửa. Ở bên trái có trình duyệt tệp và hình ảnh ngăn xem trước. Ở bên phải là bản đồ Google cho phép nhúng các hình ảnh được gắn thẻ địa lý dưới dạng đồ họa trên bản đồ GIS. Chương trình cũng được mở ra với một trang cài đặt mở rộng với 10 tab dành cho định cấu hình, chọn tệp, máy ảnh,... Gắn thẻ địa lý được coi là một công cụ tổ chức cho phép trực quan hóa vị trí chính xác nơi ảnh được chụp trên bản đồ, cho phép tìm kiếm được vị trí ảnh chụp nếu ảnh được chia sẻ trực tuyến. Ngoài ra, có thể theo dõi lộ trình cụ thể, giúp cho chính quyền địa phương có thể đưa ra kế hoạch trong việc xử lý, sửa chữa các điểm hư hỏng mặt đường trong tương lai.

Thiết lập cơ sở dữ liệu cho GIS

Việc phân loại và xác định mức độ nghiệm trọng, lượng biến dạng bề mặt là yếu tố cần thiết để đánh giá tình trạng của mặt đường. Loại, mức độ nghiêm trọng và số lượng hư hỏng bề mặt dọc theo bất kỳ con đường nào đều có thể lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Trong GIS cơ sở dữ liệu được ghi lại thành một hồ sơ gồm cả về số lượng và vị trí của bề mặt đường bị hư hỏng. Khi một con đường được kiểm tra, các kỹ sư và kỹ thuật viên làm việc với chính quyền địa phương sẽ xem xét các cơ sở dữ liệu bằng cách tìm kiếm các tấm ảnh của đường.

Điều đó rất thuận lợi nếu chúng ta tạo hoặc trích xuất nhiều loại thông tin từ đồ họa ảnh được gắn thẻ địa lý bằng cách nhấp vào hình ảnh được chọn. Sau đó, nhân viên kỹ thuật sẽ xác minh hoặc cập nhật mức độ nghiêm trọng của các sự cố hiện có mà chưa được sửa chữa. Ngoài ra, có thể loại bỏ các sự cố trước đó hoặc thêm các sự cố mới. Quy trình này giúp loại bỏ việc đo lặp lại các điểm gặp nạn của cùng một mặt đường ở mỗi lần cập nhật và giảm đáng kể chi phí để kiểm tra lại mạng lưới đường bộ trong những năm tiếp theo. Chìa khóa của quá trình này là khả năng tương quan hình ảnh hư hỏng bề mặt đường với vị trí trên mặt đất được hiển thị trên bản đồ kỹ thuật số. Trong phần thực nghiệm này, sự cố mặt đường được phân thành 3 loại: Thấp, trung bình và cao. Mỗi loại mức độ nghiêm trọng được xác định là: Thấp: Khu vực vết nứt ít, chỉ có một vài vết nứt nối. Các vết nứt nhỏ không được bịt kín; trung bình: Khu vực có các vết nứt nhỏ liên kết với nhau tạo thành mô hình; cao: Khu vực có các vết nứt vừa phải hoặc lớn liên kết với nhau tạo thành mô hình. Các loại sự cố khác nhau đó thể hiện trong Hình 2.

Hình 2: Các ví dụ khác nhau về sự cố bề mặt đường
Ứng dụng phương pháp tiếp cận mới tạo cơ sở dữ liệu GIS phục vụ cho giám sát bề mặt đường bộ ở Việt Nam

Việc gắn thẻ địa lý vào tấm ảnh, tiết lộ vị trí sự cố của bề mặt đường làm tăng chất lượng cho bản đồ GIS. Ngoài ra, đó cũng là những gì kỹ sư và kỹ thuật viên tìm kiếm để ước tính và đưa ra các biện pháp sửa chữa mặt đường. Cơ sở dữ liệu GIS phong phú có khả năng kích thích sự hợp tác giữa các tổ chức và tương lai sẽ dẫn đến việc cung cấp cơ sở thông tin tốt hơn cho việc quản lý và quyết định chiến lược trong kinh doanh. Để tránh trùng lặp dữ liệu và loại bỏ các dữ liệu dư thừa không cần thiết là một trong những mục tiêu quan trọng của sáng kiến điều phối dữ liệu. Dữ liệu trong công việc này được chia sẻ qua Google Drive, người dùng có thể lưu trữ được 5 GB dung lượng miễn phí trên đám mây. Sau khi nội dung được chọn để chia sẻ với người khác chúng ta có thể thêm và trả lời, nhận xét bất kỳ điều gì (hình ảnh, bản đồ, tài liệu,…) và nhận được thông báo khi ai đó nhận xét hoặc thay đổi nội dung được chia sẻ. Ngoài ra, dữ liệu được lưu trữ khá an toàn, dễ tìm và có thể truy cập mọi lúc mọi nơi.

Kết luận

Một phương pháp thực hiện nhanh chóng và hiệu quả về chi phí đã được đề xuất trong bài báo này để thiết lập cơ sở dữ liệu GIS phục vụ cho mục đích giám sát bề mặt đường ở Việt Nam. Công việc này có thể được thực hiện bởi một người, tìm các điểm hư hỏng trên mặt đường, chụp ảnh, đo tọa độ, gắn thẻ địa lý và thiết lập cơ sở dữ liệu cho 39 điểm được xác định chưa đầy 1 ngày làm việc và không được dự báo trước vị trí các điểm gặp nạn. Nhiều điểm hơn nữa có thể được thiết lập trong cơ sở dữ liệu với điều kiện chính quyền địa phương đã biết hoặc báo cáo trước các điểm gặp nạn trên đường. Trong công việc này, cần hai thiết bị được sử dụng tại hiện trường là máy ảnh và GPS. Hầu hết các điện thoại thông minh đều được tích hợp máy thu và máy ảnh GPS, có thể được sử dụng tự động gắn thẻ địa lý hoặc cần một ứng dụng thích hợp để gắn thẻ địa lý nếu không tự động. Các máy thu GPS rất chính xác nhưng vẫn còn một số hạn chế. Trong môi trường đô thị, có thể làm giảm độ chính xác, ảnh hưởng đến kết cấu hình học vệ tinh đối với các máy thu hoạt động trong các khu vực đô thị đông đúc. Ngược lại khi dùng điện thoại thông minh giảm chi phí đào tạo cần thiết xử lý dữ liệu ngoài thực địa để sử dụng trong phần mềm GIS chuyên nghiệp đắt tiền. Hơn nữa, công việc thu thập dữ liệu bằng smartphone cũng nhanh chóng, chất lượng ảnh tương đối tốt, chỉ cần có kết nối internet. Trong tương lai tại một vị trí mặt đường có thể gắn nhiều bức ảnh ở các góc chụp khác nhau điều đó giúp kỹ sư phân loại và thiết lập điều phối vị trí trên mặt đất để phân tích thêm và định lượng sự cố, khắc phục hư hỏng bề mặt đường.

Summary

Application in Road Survey on GNSS-CORS Technique in Viet Nam

Le Thi Ha

Campus in Ho Chi Minh City, University of Transport and Communications

Abstract:

Survey is one of the most important jobs in the road construction. Nowadays, to replace the traditional measurement technology in map measurement, GPS technology has become an indispensable part, widely applied in surveying. However, this technology currently has to build base stations while accuracy depends on the distance between the Rover stations and the base station. So CORS technology was born. This paper describes the components and principles of the CORS system and analyzes the application of CORS in road surveys in Viet Nam.

Tài liệu tham khảo

1. M. Mustaffar, et al., “Automated Pavement Imaging Program (APIP) For Pavement Cracks Classification And Quantification: A Photogrammetric Approach,” International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, vol. 37, pp. 367-372, 2008;

2. C. Zhang and A. Elaksher, “An Unmanned Aerial Vehicle-Based Imaging System for 3D Measurement of Unpaved Road Surface Distresses,” Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, vol. 27, pp. 118-129, 2012.

LÊ THỊ HÀ

Phân hiệu tại TP. Hồ Chí Minh, Trường Đại học Giao thông vận tải

Tin tức

Triển khai các nhiệm vụ trọng tâm trong nghiên cứu chính sách ngành TN&MT

Thủ tướng: '5 quyết tâm', '5 bảo đảm' để thúc đẩy giải ngân, sử dụng hiệu quả nhất nguồn vốn gần 670 nghìn tỷ đồng

Rà soát, hoàn thiện dự thảo nghị định về kinh doanh bất động sản; xây dựng lại chung cư

Xây dựng thị trường điện cạnh tranh hoàn chỉnh, mở không gian mới cho năng lượng tái tạo

Tài nguyên

Đánh giá tiềm năng cát, cuội, sỏi lòng sông vùng Đồng bằng sông Cửu Long

Giải quyết khiếu nại, tố cáo theo Luật Đất đai năm 2024

Cống ngăn mặn lớn nhất Bắc miền trung sắp đưa vào vận hành

Tránh thất thu từ khoáng sản phát sinh

Môi trường

Ninh Thuận chủ động ngăn chặn tình trạng đào gốc cây bằng lăng rừng

Xây dựng mô hình chuyển đổi xanh, sử dụng đất bền vững tại các khu vực trồng hoa

Rùa biển quay lại xã đảo Cù Lao Xanh đẻ trứng sau nhiều năm vắng bóng

Ứng phó với áp thấp nhiệt đới và mưa lớn

Video

Diễn đàn môi trường lần thứ III - Năm 2024

Chuyển đổi xanh - động lực tăng trưởng mới để phát triển kinh tế

Xử lý chất thải rắn sinh hoạt: Thực trạng và giải pháp

Tạp chí Tài nguyên và Môi trường 20 năm xây dựng và phát triển

Khoa học

Kiểm kê nguồn thải phục vụ xây dựng kế hoạch quản lý chất lượng môi trường không khí tỉnh Trà Vinh

Việt Nam công bố trên 19.000 bài báo quốc tế/năm nhưng chỉ có 2 tạp chí Scopus

Điều chỉnh công nghệ khai thác cát sông tại Sóc Trăng

Khảo sát ảnh hưởng của xâm nhập mặn đến một số tính chất đất, nước trên sông rạch và ương vườn tại huyện Gò Công Tây, tỉnh Tiền Giang

Chính sách

Luật Đất đai quy định về cưỡng chế thực hiện quyết định thu hồi đất như thế nào?

Bình Dương: Sẽ xử phạt việc khai thác sử dụng thông tin KTTV không đúng quy định

Luật Đất đai quy định về trình tự, thủ tục bồi thường, hỗ trợ, tái định cư, thu hồi đất vì mục đích quốc phòng, an ninh; phát triển kinh tế - xã hội vì lợi ích quốc gia, công cộng như thế nào?

Tín dụng cấp nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn: Mức cho vay tối đa 25 triệu đồng

Phát triển

Hội thảo: “An ninh - an toàn thực phẩm hướng đến du lịch xanh bền vững, chuyển hướng từ nhận thức đến hành động”

“Future Blue Innovation 2024” - Hành trình Xanh phụ thuộc vào thế hệ trẻ

Trường Đại học TN&MT TP. Hồ Chí Minh: Đa dạng ngành nghề để đào tạo những công dân tương lai có trách nhiệm với môi trường

Ninh Bình: Đến năm 2030 chấm dứt sử dụng hóa chất độc hại trong nuôi trồng thủy sản

Diễn đàn

Hòa Bình: Ban hành quyết định chuyển mục đích sử dụng 32,2 ha nằm tại xã Nhuận Trạch

"Rộng cửa" cho tín dụng xanh

Chủ tịch UBND tỉnh Thanh Hoá yêu cầu các địa phương chủ động ứng phó với áp thấp nhiệt đới và mưa lớn

Phát triển chuỗi cung ứng xanh: Cần điểm tựa chính sách