Tên luận án:
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT SỬ DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO VÀ DỮ LIỆU ĐỊA KHÔNG GIAN HỖ TRỢ CÔNG TÁC VẬN HÀNH GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ KHU VỰC MIỀN NÚI PHÍA BẮC VIỆT NAM
Ngành:
KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung giải quyết vấn đề trượt lở đất ngày càng phức tạp tại các tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống giao thông đường bộ. Nhận thấy nhu cầu cấp thiết về mô hình cảnh báo sớm nguy cơ trượt lở đất hiệu quả và chính xác, đề tài khai thác sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ địa không gian và trí tuệ nhân tạo (AI) để xây dựng các mô hình có độ chính xác cao, khả năng học hỏi và cập nhật theo thời gian, mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc.
Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển mô hình nguy cơ trượt lở đất độ chính xác cao dựa trên việc khai thác triệt để dữ liệu địa không gian và các thuật toán AI. Mô hình này nhằm hỗ trợ công tác vận hành giao thông đường bộ tại khu vực miền núi phía Bắc Việt Nam, với thực nghiệm cụ thể tại huyện Văn Yên, tỉnh Yên Bái, tập trung vào các tuyến đường bộ trọng điểm.
Nội dung nghiên cứu bao gồm: tổng quan về mô hình nguy cơ trượt lở đất, dữ liệu địa không gian và thuật toán AI; đề xuất quy trình kiểm kê trượt lở đất phù hợp sử dụng ảnh viễn thám đa thời gian và phân tích địa mạo để thành lập bản đồ kiểm kê hằng năm (2018-2022); đánh giá khả năng ứng dụng của ảnh Sentinel-2 và Sentinel-1 cùng các mô hình học máy kết hợp (rừng ngẫu nhiên, tăng cường độ dốc cực đại) để cải thiện độ chính xác bản đồ lớp phủ và xây dựng mô hình nguy cơ trượt lở đất; xây dựng bộ dữ liệu GIS phục vụ nghiên cứu; và nghiên cứu khả năng của mô hình lai MLP-GB trong việc xây dựng mô hình nguy cơ trượt lở đất.
Điểm mới của luận án là việc khai thác triệt để dữ liệu địa không gian và tính ưu việt của thuật toán học máy kết hợp nhằm tăng cường tính đầy đủ, chính xác của dữ liệu đầu vào và mô hình nguy cơ trượt lở đất gắn với đường bộ. Đồng thời, luận án xác định sự phù hợp về không gian - thời gian của dữ liệu kiểm kê trượt lở đất và hiệu quả của thuật toán lai MLP-GB.
Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng việc kết hợp giải đoán ảnh viễn thám đa thời gian với phân tích địa mạo là phương pháp hiệu quả để kiểm kê trượt lở đất, cung cấp dữ liệu đầy đủ và tin cậy. Việc tích hợp ảnh Sentinel-1 và Sentinel-2 đa thời gian cùng thuật toán học máy kết hợp XGBoost cho phép phân loại lớp phủ đạt độ chính xác cao (OA = 96.60%, Kappa = 0.959). Đặc biệt, mô hình nguy cơ trượt lở đất tích hợp dữ liệu theo năm cho thấy độ chính xác vượt trội (OA = 86.47%, AUC = 92.89%) so với dữ liệu dài hạn. Thuật toán lai MLP-GB đã thể hiện hiệu suất vượt trội và ổn định, đặc biệt khi sử dụng dữ liệu kiểm kê toàn huyện theo năm, nâng cao khả năng tổng quát hóa và độ tin cậy của mô hình.
Mục lục chi tiết:
-
MỞ ĐẦU
- 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
- 2. Mục tiêu nghiên cứu.
- 3. Nội dung nghiên cứu
- 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- 5. Phương pháp nghiên cứu
- 6. Những luận điểm bảo vệ
- 7. Những điểm mới của luận án
- 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- 9. Cấu trúc luận án
-
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
- 1.1. Trượt lở đất và những ảnh hưởng đến vận hành giao thông đường bộ
- 1.1.1. Khái niệm và phân loại trượt lở đất
- 1.1.2. Đường bộ và công tác vận hành giao thông đường bộ
- 1.1.3. Tình hình trượt lở đất và những ảnh hưởng đến vận hành giao thông đường bộ
- 1.2. Tổng quan về mô hình nguy cơ trượt lở đất trong công tác vận hành giao thông đường bộ
- 1.2.1. Trên thế giới
- 1.2.2. Tại Việt Nam
- 1.3. Dữ liệu địa không gian và trí tuệ nhân tạo
- 1.3.1. Dữ liệu địa không gian.
- 1.3.2. Trí tuệ nhân tạo
- 1.3.3. Vai trò của dữ liệu địa không gian và trí tuệ nhân tạo trong mô hình nguy cơ trượt lở đất
- 1.4. Tiểu kết chương 1
-
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT PHỤC VỤ CÔNG TÁC VẬN HÀNH GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ
- 2.1. Cơ sở khoa học của mô hình nguy cơ trượt lở đất phục vụ công tác vận hành giao thông đường bộ
- 2.1.1. Mô hình nguy cơ trượt lở đất và những đặc điểm gắn với giao thông đường bộ
- 2.1.2. Thành phần của mô hình nguy cơ trượt lở đất
- 2.1.3. Cơ sở khoa học lựa chọn dữ liệu cho mô hình và đánh giá dữ liệu đầu vào
- 2.2. Phương pháp luận nghiên cứu
- 2.2.1. Phương pháp tiếp cận nghiên cứu mô hình nguy cơ trượt lở đất gắn với giao thông đường bộ
- 2.2.2. Thiết kế quy trình nghiên cứu
- 2.3. Phương pháp xử lý dữ liệu và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ nghiên cứu
- 2.3.1. Kiểm kê trượt lở đất từ ảnh viễn thám đa thời gian và giải đoán địa mạo
- 2.3.2. Xử lý ảnh viễn thám đa nguồn và thuật toán học máy kết hợp trong phân loại lớp phủ mặt đất
- 2.3.3. Kỹ thuật đánh giá dữ liệu đầu vào
- 2.4. Ứng dụng thuật toán và đánh giá hiệu suất mô hình
- 2.4.1. Cơ sở lựa chọn thuật toán
- 2.4.2. Thiết lập và huấn luyện mô hình
- 2.4.3. Phương pháp đánh giá và lựa chọn thuật toán tối ưu cho mô hình
- 2.6. Tiểu kết chương 2
-
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGUY CƠ TRƯỢT LỞ ĐẤT PHỤC VỤ CÔNG TÁC VẬN HÀNH GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ HUYỆN VĂN YÊN, TỈNH YÊN BÁI
- 3.1. Giới thiệu khu vực nghiên cứu và thực nghiệm
- 3.1.1. Khu vực nghiên cứu
- 3.1.2. Lựa chọn khu vực thực nghiệm
- 3.2. Dữ liệu sử dụng
- 3.2.1. Dữ liệu phục vụ kiểm kê trượt lở đất
- 3.2.2. Dữ liệu phục vụ xây dựng các yếu tố điều kiện trượt lở đất
- 3.3. Kết quả kiểm kê trượt lở đất và đánh giá
- 3.3.1. Kết quả kiểm kê trượt lở đất theo phương pháp đa thời gian kết hợp địa mạo
- 3.3.2. So sánh với dữ liệu kiểm kê lịch sử
- 3.4. Thuật toán học máy kết hợp trong xây dựng bản đồ lớp phủ từ ảnh viễn thám quang học và radar đa thời gian
- 3.5. Kết quả xây dựng các lớp dữ liệu yếu tố ảnh hưởng và lựa chọn yếu tố đầu vào cho mô hình
- 3.5.1. Kết quả xây dựng các lớp yếu tố ảnh hưởng
- 3.5.2. Kết quả đánh giá đa cộng tuyến và kiểm chứng dữ liệu đầu vào mô hình
- 3.6. Hiệu quả sử dụng dữ liệu địa không gian đa thời gian trong mô hình nguy cơ trượt lở đất phục vụ công tác vận hành giao thông đường bộ
- 3.7. Thuật toán lai MLP-GB cho mô hình nguy cơ trượt lở đất phục vụ công tác vận hành giao thông đường bộ
- 3.7.1. So sánh thuật toán với các bộ dữ liệu theo không gian-thời gian
- 3.7.2. Xác định dữ liệu huấn luyện phù hợp cho mô hình nguy cơ trượt lở đất gắn với đường bộ
- 3.8. Xây dựng bản đồ nguy cơ trượt lở đất phục vụ công tác vận hành giao thông đường bộ
- 3.9. Tiểu kết chương 3
-
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ