Ứng dụng máy bay không người lái giám sát chất lượng mặt đường bộ
Ứng dụng máy bay không người lái (UAV) trong giám sát chất lượng mặt đường bộ, thí điểm tại một số đoạn trên quốc lộ 6 thuộc tỉnh Hòa Bình là đề tài nghiên cứu của tác giả Hà Thị Hằng, Trường đại học xây dựng.
Giám sát chất lượng mặt đường bộ để phát hiện sớm những hư hỏng (vết nứt, sụt, lún...) trên mặt đường bộ trải nhựa, hoặc không trải nhựa để có các giải pháp khắc phục, sửa chữa kịp thời nhằm đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông, khôi phục khả năng khai thác, kéo dài tuổi thọ của con đường cũng như giảm bớt chi phí sửa chữa trước khi các hư hỏng này trở nên nghiêm trọng. Nó còn giúp giảm thiểu đáng kể chi phí sửa chữa khi những hư hỏng này trở nên nghiêm trọng, mà theo báo cáo của các cơ quan chức năng, đây là công việc chiếm chi phí lớn nhất với khoảng 70% chi phí bảo trì hằng năm vào hệ thống quốc lộ.
Trên thế giới, việc ứng dụng máy bay không người lái (UAV) trong lĩnh vực giao thông đường bộ chủ yếu được thực hiện trong những năm gần đây. Để phục vụ cho mục đích quản lí tuyến đường, chỉ cần hai giờ đồng hồ để khảo sát tuyến đường, một hệ thống bản đồ đường bộ thời gian thực cùng với kích thước hình học của các tuyến đường sẽ được xây dựng từ các hình ảnh chụp được từ UAV.
Để phục vụ cho mục đích quản lý, giám sát chất lượng mặt đường, có nghiên cứu đề xuất thay thế phương pháp khảo sát truyền thống hiện nay bằng phương pháp chụp cận cảnh những lỗ hổng trên mặt đường nhựa được thực hiện trực tiếp từ các máy ảnh kỹ thuật số thông thường với ưu điểm là trực quan và nhanh chóng hơn. Tuy nhiên, phương pháp chụp cận cảnh này tương đối giống với công nghệ truyền thống, đó là vẫn đòi hỏi các nhà quản lý phải khảo sát trực tiếp ngoài hiện trường, có thể bị gián đoạn bởi thời tiết, mật độ các phương tiện tham gia giao thông, và cũng không tiết kiệm được nhiều thời gian hơn so với phương pháp khảo sát truyền thống, tọa độ lý trình của các tấm ảnh vẫn phải ghi nhận thủ công, chỉ khác là các sản phẩm đánh giá chất lượng mặt đường bộ được lưu giữ trực quan hơn.
Trong khi đó, các hình ảnh ghi nhận từ UAV cho phép quan sát các vết lún mặt đường trên cả một tuyến đường, thời gian bay khảo sát vô cùng nhanh chóng, tọa độ lý trình được ghi nhận trên mỗi tấm ảnh.
Tuy nhiên, trong nghiên cứu này thì đối tượng đánh giá chủ yếu là đường nông thôn - nơi các con đường đất, chưa được thảm nhựa - dễ bị trồi, lún bởi các vệt bánh xe có tải trọng lớn, dễ bị tồn đọng những vũng nước sau mỗi trận mưa…
Ở Việt Nam, thiết bị UAV trong những năm gần đây đã không còn xa lạ, tuy nhiên, các nghiên cứu ở nước ta chủ yếu tập trung vào các ứng dụng của UAV trong khảo sát địa hình mặt đất phục vụ thiết kế các công trình giao thông, đặc biệt là mở các tuyến đường mới, còn việc ứng dụng thiết bị UAV trong giám sát chất lượng mặt đường bộ là một vấn đề khá mới, hầu như chưa được quan tâm tới.
Trong khi đó, theo các văn bản pháp quy, công tác thu thập thông tin, kiểm tra chất lượng mặt đường bộ phải được thực hiện tất cả các ngày trong năm theo phương pháp truyền thống, đó là sử dụng giấy, bút, sổ, bảng, phấn kết hợp sử dụng máy ảnh kĩ thuật số… để lưu giữ trong sổ nhật ký. Công nghệ truyền thống này vừa mất nhiều thời gian vừa có thể bị gián đoạn bởi điều kiện thời tiết, mật độ các phương tiện lưu thông..., ảnh hưởng trực tiếp tới thông tin kiểm tra chất lượng mặt đường bộ.
Dữ liệu nhận được sau khi tiến hành bay chụp ảnh bằng thiết bị UAV gồm có: các tấm ảnh số, tọa độ của các điểm tâm chụp cũng như tọa độ các điểm khống chế sẽ được đưa vào phần mềm Pix4D Mapper để tiến hành công tác xử lí số liệu nội nghiệp. Sản phẩm của quá trình này, bao gồm: tập hợp điểm đám mây, có định dạng *.las; mô hình số độ cao (DEM); mô hình số bề mặt (DSM) và ảnh trực giao (Hình 3a, 3b, 3c, 3d).
Tuyến Quốc lộ 6 được xếp loại là đường cấp III miền núi và được trải nhựa từ đầu đến cuối tuyến. Do thời gian thi công đã lâu, địa hình chia cắt phức tạp, mật độ các phương tiện có tải trọng lớn tham gia lưu thông trên đường tương đối lớn. Khảo sát trực tiếp tại thực địa nhận thấy, các hư hỏng có kích thước mặt bằng khá lớn và độ sâu trung bình 5 cm, do đó, ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mặt đường bộ tại đây.
Ở Việt Nam, các yêu cầu kỹ thuật nhằm đảm bảo chất lượng mặt đường tuyến quốc lộ được quy định rất rõ, như: các vết nứt dọc, nứt ngang có độ rộng không vượt quá 5mm; các vệt lún lõm, vệt lún bánh xe không được vượt quá 50 mm; các vùng sình lún không được quá 0,5% diện tích mặt đường... Yêu cầu về thời gian khắc phục những hư hại này dao động từ 5 đến 14 ngày tùy thuộc theo mùa. Hầu hết các yêu cầu kỹ thuật này quan tâm chủ yếu đến bề rộng của các hư hỏng trên mặt đường bộ, trong khi đó, chất lượng hình ảnh từ UAV có thể đáp ứng tốt được các yêu cầu này.
Qua quá trình thực nghiệm bằng UAV, phân tích kết quả nhận được cho thấy, độ phân giải không gian của ảnh số chụp được từ UAV, ở độ cao bay chụp 30 m thì độ phân giải không gian đạt được 1,35 cm nên trên ảnh trực giao hoàn toàn có thể quan sát những hư hỏng rất nhỏ (vết sụt, lỗ hổng...) trên mặt đường tuyến Quốc lộ 6; ngoài ra, chiều dài, chiều rộng và độ sâu của những hư hỏng này được xác định dễ dàng trên mô hình số bề mặt và mô hình số độ cao.
So sánh các giá trị này với kết quả đo trực tiếp tại mặt đường, nhận thấy rằng, kích thước các hư hỏng này có độ sai lệch về mặt phẳng dao động từ 1,4 cm – 3,0 cm và độ sai lệch về độ sâu dao động từ 2,0cm – 3,5cm.
Nhóm nghiên cứu cho rằng, những hư hỏng trên mặt đường trải nhựa luôn tiềm tàng, ẩn họa tai nạn giao thông, đe dọa trực tiếp đến các phương tiện và tính mạng người tham gia giao thông. Do vậy, công tác kiểm tra, giám sát chất lượng mặt đường bộ nhằm phát hiện sớm các hư hỏng hoặc các dấu hiệu nguy hiểm để có giải pháp khắc phục, sửa chữa không chỉ khôi phục khả năng khai thác cũng như kéo dài tuổi thọ của đường mà còn giúp giảm thiểu chi phí sửa chữa khi những hư hỏng này trở nên nghiêm trọng.
Dữ liệu hình ảnh từ UAV cho độ phân giải không gian cao, thời gian bay chụp ngắn, phạm vi khảo sát rộng, chủ động về thời gian. Kết quả của nghiên cứu này khẳng định thiết bị UAV có khả năng ứng dụng hiệu quả trong giám sát chất lượng mặt đường bộ nhằm phát hiện kịp thời những hư hỏng cũng như những dấu hiệu nguy hiểm trên mặt đường bộ trải nhựa.
Anh Thư - Khoa học phổ thông
