Luận án Mô hình tự động đánh giá và hỗ trợ cảnh báo tác động của tải trọng ngoài đến sạt lở bờ sông ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

Tên luận án:

MÔ HÌNH TỰ ĐỘNG ĐÁNH GIÁ VÀ HỖ TRỢ CẢNH BÁO TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG NGOÀI ĐẾN SẠT LỞ BỜ SÔNG Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Ngành:

Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu và phát triển mô hình tự động đánh giá, hỗ trợ cảnh báo sạt lở bờ sông tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), khu vực có nền địa chất yếu và dễ tổn thương. Hiện tượng sạt lở diễn ra nghiêm trọng, gây thiệt hại lớn về môi trường, kinh tế và tài sản. Trong bối cảnh còn thiếu nghiên cứu chuyên sâu về áp lực ngang của đất dưới tác động của tải trọng, đề tài này nhằm mục tiêu xây dựng một hệ thống giám sát và cảnh báo sớm hiệu quả.

Mục tiêu tổng quát của nghiên cứu là thiết kế, chế tạo hệ thống quan trắc tự động dựa trên công nghệ IoT để giám sát sự dịch chuyển của khối đất ven bờ sông dưới tác động của tải trọng ngoài. Đồng thời, luận án phát triển mô hình dự đoán nguy cơ sạt lở dựa trên dữ liệu thu thập được để phục vụ cảnh báo sớm. Các mục tiêu cụ thể bao gồm: làm rõ cơ chế sạt lở, triển khai mô hình tự động hóa IoT thu thập dữ liệu thời gian thực về áp lực ngang và dịch chuyển đất, và đề xuất mô hình mạng nơ-ron LSTM để dự đoán nguy cơ sạt lở.

Nội dung nghiên cứu bao gồm tổng quan các cơ chế sạt lở, mô hình quan trắc hiện có, xây dựng mô hình khảo sát mối quan hệ giữa tải trọng ngoài với ứng suất ngang và cắt trong đất ven bờ, xác định ngưỡng cảnh báo phá hoại. Hệ thống đo đạc dựa trên công nghệ IoT được thiết kế và hiệu chuẩn cảm biến áp lực đất (EPC) trong phòng thí nghiệm cũng như thực địa. Mô hình học máy LSTM được ứng dụng để dự báo sạt lở, huấn luyện bằng dữ liệu thực tế từ hệ thống cảm biến, mang lại độ chính xác cao và là một đóng góp tiên tiến trong lĩnh vực địa kỹ thuật. Luận án cũng xác định hệ số ngưỡng cảnh báo dựa trên ứng suất và biến dạng đất từ kết quả thực nghiệm và mô hình hóa. Các ngưỡng cảnh báo sạt lở (an toàn, cảnh báo cấp 1, cấp 2, sạt lở) được đề xuất dựa trên tỷ lệ tải trọng và sự biến động của ứng suất.

Ý nghĩa khoa học của luận án là làm sáng tỏ mối tương quan giữa tải trọng và sự phân bố ứng suất trong nền đất yếu ĐBSCL, phát triển cơ sở lý thuyết và thực nghiệm cho thiết kế hệ thống quan trắc và dự báo sạt lở. Về ý nghĩa thực tiễn, hệ thống giám sát và học máy này cung cấp công cụ hỗ trợ quản lý hiệu quả, góp phần cải thiện chiến lược phòng chống thiên tai và quy hoạch đô thị bền vững, đồng thời mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong quản lý môi trường và cơ sở hạ tầng.

Mục lục chi tiết:

• CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
  • 1.1 Lý do chọn đề tài
  • 1.2 Đối tượng nghiên cứu
  • 1.3 Mục tiêu nghiên cứu
    • 1.3.1 Mục tiêu tổng quát
    • 1.3.2 Mục tiêu cụ thể
  • 1.4 Nội dung nghiên cứu
  • 1.5 Những đóng góp mới của luận án
  • 1.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
    • 1.6.1 Ý nghĩa khoa học
    • 1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn
• CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
  • 2.1 Phương pháp thu thập dữ liệu địa chất
  • 2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn trong mô hình số
  • 2.3 Hệ thống quan trắc và hiệu chuẩn cảm biến EPC
    • 2.3.1 Thiết kế hệ thống giám sát dựa trên IoT
    • 2.3.2 Cọc cảm biến (nút cảm biến)
    • 2.3.3 Xử lý nhiễu
    • 2.3.4 Sơ đồ khối và sơ đồ thuật toán điều khiển của bộ cảm biến
    • 2.3.5 Sơ đồ khối của bộ điều khiển trung tâm
    • 2.3.6 Máy chủ đám mây (Cloud server)
  • 2.4 Hiệu chuẩn EPC (EPC)
    • 2.4.1 Hiệu chuẩn trong môi trường nước
    • 2.4.2 Hiệu chuẩn trong môi trường cát mịn bão hòa nước
    • 2.4.3 Hiệu chuẩn EPC trong môi trường đất sét bằng thiết bị cỡ lớn
  • 2.5 Đo đạc thực địa
    • 2.5.1 Thiết kế mô hình thí nghiệm (mô hình vật lý)
    • 2.5.2 Đo đạc thực nghiệm
  • 2.6 Mô hình học máy – Bộ nhớ ngắn dài hạn (LSTM)
• CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THẢO LUẬN
  • 3.1 Kết quả mô phỏng mô hình sạt lở bờ sông
    • 3.1.1 Kết quả mô hình mô phỏng để xác định sức chịu tải cực hạn (Qult) và khảo sát hệ số an toàn của đất ven bờ dưới tác động của tải ngoài
    • 3.1.2 Kết quả nghiên cứu mối quan hệ của tải trọng ngoài với ứng suất ngang và ứng suất cắt trong đất ven bờ. Xác định ngưỡng cảnh báo.
    • 3.1.3 Phân tích, tính toán xác định ngưỡng cảnh báo dựa trên kết quả khảo sát mô hình PTHH.
  • 3.2 Kết quả thiết kế mạch đọc cảm biến và vi mạch điều khiển
  • 3.3 Kết quả hiệu chuẩn EPC trong phòng thí nghiệm
    • 3.3.1 Hiệu chuẩn trong môi trường chất lỏng
    • 3.3.2 Hiệu chuẩn trong môi trường cát
    • 3.3.3 Kết quả hiệu chuẩn EPC trong thiết bị hiệu chuẩn cỡ lớn
  • 3.4 Kết quả đo đạc thực địa và mô hình dự đoán
    • 3.4.1 Kết quả đo đạc thực địa
    • 3.4.2 Đánh giá mô hình đo đạc
    • 3.4.3 Mô hình dự đoán
    • 3.4.4 Ngưỡng cảnh báo thực nghiệm
• CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
  • 4.1 Kết luận
  • 4.2 Đề xuất và Kiến nghị