Đặt vấn đề Đường bộ là tài sản công quan trọng mang lại lợi ích hữu hình, lâu dài cho xã hội vì chúng là công cụ để kết nối hàng hóa và con người. Trên đường bộ có hai hình thức vận chuyển chính là xe cơ giới và tàu hỏa nhưng xe cơ giới trở nên phổ biến hơn do tính tiện lợi của nó.1: Các phương tiện giao thông vận tải. Vì thế giao thông vận tải có vai trò quan trọng vì nó là cách để kết nối việc sản suất, kinh doanh, trao đổi. Do đó sẽ giúp tăng trưởng kinh tế và phát triển xã hội.
Ngoài ra giao thông vận tải còn đóng góp thuế cho nhà nước và tạo ra nhiều việc làm cho người lao động. Sau hơn 37 năm đất nước mở cửa, hệ thống hạ tầng giao thông đã phát triển vược bậc. Nhiều tuyến đường cao tốc đã được xây dựng và đưa vào khai thác, kết nối các thành phố lớn và vùng kinh tế trọng điểm. Điều này đã giúp cắt giảm thời gian di chuyển giữa các thành phố.
Đất nước ngày nay đã tích lũy đủ tiềm lực để phát triển kinh tế một cách mạnh mẽ. 2 Kinh tế tăng trưởng thì nhu cầu di chuyển càng nhiều, do đó số lượng phương tiện cơ giới lưu thông trên đường cũng nhiều dẫn đến việc hư hỏng mặt đường là điều khó tránh khỏi. Điều kiện đường kém gây ra nhiều vấn đề, bao gồm tạo vấn đề điều hướng đường bộ và gây nguy hiểm cho người giao thông, tăng chi phí sửa chữa xe cộ, và cuối cùng là chi phí sửa chữa đường cao hơn do khi phát hiện trễ thì đường xuống cấp nghiêm trọng không thể phục hồi bề mặt. Do đó ngoài việc phát triển nhanh chóng mạng lưới đường, việc khai thác vận hành và bảo trì để giữ cho hầu hết các tuyến đường luôn trong trạng thái tốt cũng là việc rất cần thiết.
Việc vận hành duy tu bảo dưỡng đường bộ là một thách thức. Cần thiết phải có kế hoạch rõ ràng, phân công nhiệm vụ, và tính toán ngân sách hợp lý để tiết kiệm được chi phí. Tuy nhiên tại Việt Nam hiện nay thì phương pháp nhận biết hư hỏng để bảo trì đường bộ vẫn còn chưa hiệu quả. Việc tiến hành phát hiện hư hỏng mặt đường vẫn còn phải sử dụng nhân công để kiểm tra bằng mắt và chụp ảnh thủ công.
Do đó việc nhận định mức độ hư hỏng mắt đường còn mang yếu tố cảm quan của con người và việc phát hiện hư hỏng khi nó vừa mới xuất hiện tùy thuộc vào tần suất của người đi quan sát. Do đó dẫn tới hai bất cập. Một là có những đoạn đường mới bắt đầu hư nhưng không phát hiện được, tới lúc người đi quan sát phát hiện thì đã hư hỏng nặng hơn. Hai là những tuyến đường đã hư hỏng nặng nhưng chưa tới lượt đi kiểm tra của người quan sát, trong khi những tuyến đường chưa hư hoặc mới hư hỏng nhẹ tới lượt đi kiểm tra của người quan sát thì được sửa trước.
Do đó dẫn đến việc tăng chi phí nhưng không hiệu quả khi duy tu bảo dưỡng các con đường. Do đó để thay đổi các phương pháp kiểm tra thủ công thì việc áp dụng công nghệ để nhận diện tự động hư hỏng mặt đường là cần thiết, dự đoán các vấn đề tiềm ẩn và quyết định thứ tự bảo trì định kỳ là hết sức cần thiết. Quy trình xây dựng – khai thác – bảo trì một tuyến đường 1.2 Lựa chọn đề tài Việt Nam hiện có hơn mười bảy ngàn km đường bộ. Do đó ngân sách hằng năm để duy tu bảo dưỡng là rất lớn.
Việc tiết kiệm được tối đa ngân sách này là mong muốn tác giả thực hiện trong nghiên cứu này. Ouma và Hahn [1] và Gavil´ an, Balcones, Marcos, Llorca, Sotelo, Parra, Ocana, Aliseda, Yarza và Amírola [2] đã chỉ ra rằng việc bảo trì đường bộ được thực hiện kịp thời và đúng cách có thể cắt giảm 20% chi phí hoặcthấp hơn chi phí bảo trì được thực hiện sau khi xuống cấp nghiêm trọng. Điều này giúp cho cho các cơ quan quản lý tiết kiệm lớn chi phí. Việc xây dựng là điều kiện cần, trongkhi duy tu bảo trì mới điều kiện đủ, đối với bất kỳ một tuyến đường nào, để mang lại sự an toàn khi tham gia giao thông.
Duy trì đường tối ưu điều kiện là sự khó khăn với các cơ quan quản lý do số lượng km đường bộ lớn. Để đảm bảo an toàn cho mỗi chuyến xe khi di chuyển trên đường, công tác tuần tra, quản lý và bảo trì rất quan trọng. Đặt biệt, bất kì một vết nứt hay hư hỏng mặt đường đều có thể gây các nguy cơ nguy hiểm cho người tham gia giao thông. Koch, Jog và Brilakis [3] và Radopoulou và Brilakis [4] lưu ý rằng phương pháp này rất kém hiệu quả do các quy trình tốn nhiều thời gian để tiến hành đo lường, ghi lại thông tin, xử lý dữ liệu và yêu cầu nguồn lao động cao cần thiết để thực hiện kiểm tra hiện trường theo cách thủ công.
Hơn nữa, cách tiếp cận này dễ bị ảnh hưởng bởi tính chủ quan, thiên vị của các kỹ thuật viên khi làm việc. Do đó, các kỹ thuật phát hiện hư hỏng đường bộ tự động đã được các cơ quan quản lý chú ý tới. Việc 4 phát hiện mục tiêu các hư hỏng trên các tuyến đường một cách tự động là rất quan trọng để quản lý giao thông thông minh và giám sát an toàn. Hiện nay công nghệ thông tin phát triển rất nhanh và đóng góp to lớn.
Các đề tài ứng dụng công nghệ thông tin. Tiềm năng của công nghệ thông tin là lớn nhưng việc ứng dụng trong quản lý bảo trì đường bộ còn khá ít. Trong đó các ứng dụng để nhận hiệnđối tượng nhanh đã và đang đóng góp khá nhiều cho xã hội. Việc có một phần mềm pháthiện nhanh chóng hư hỏng mặt đường sẽ giúp cho các nhà quản lý sửa chữa kịp thời quađó tiết kiệm được chi phí.
Dữ liệu camera hành trình chưa phát huy hết những vai trò và tiền năng khai thác mà nó đang có. Dữ liệu của camera hành trình hiện nay nhằm mục đích an ninh và để cung cấp cho công an khi có tai nạn xảy ra. Tuy nhiện việc tận dụng đươc dữ liệu từ camera hành trình giúp cung cấp các hình ảnh để máy học cũng như nhận diện được các đối tượng mà ta mong muốn. Hiện nay có rất nhiều mô hình có thể giúp phát hiện hư hỏng nhưng chưa được lập trình để ứng dụng vào cuộc sống.
Từ việc xử lý hình ảnh đơn thuần như Deformable Part-based Model (DPM), Histogram of Oriented Gradients (HOG) đến sử dụng các mạng neural tính chập như: You look only one (YOLO), Single shot multibox detector (SSD), RetinaNet, RCNN, SPPNet, Fast RCNN, Pyramid Networks. Trong các mô hình trên thì YOLOv5 có thể được sử dụng vì tốc độ nhận diện và hiệu quả. Cộng đồng sử dụng YOLO rất nhiều, thêm vào đó nhà phát triển nhiệt tình hỗ trợ trên toàn thế giới. Vì vậy nếu gặp các vấn đề thì có thể nhận hỗ trợ nhanh chóng từ cộng đồng hoặc nhà phát triển.Nghiên cứu này hướng tới việc sử dụng thuật tioán YOLOv5 để xây dựng mô hình “Nhận diện tự động các hư hỏng mặt đường thông qua hình ảnh từ các camera hành trình được gắn trên các phương tiện giao thông để quản lý cơ sở hạ tầng giao thông ”.
Nghiên cứu sẽ đóng góp cho các nhà quản lý một phương thức đáng xem xét để nhanh chóng phát hiện hư hỏng mặt đường, giảm thiểu tối đa chi 5 phí vận hành, duy tu bảo dưỡng.3 – Đặt vấn đề nghiên cứu nhận diện tự động hư hỏng mặt đường 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu là có thể tạo ra một công cụ nhận diện tự động hư hỏng nhanh chóng. Một hư hỏng nhỏ trên đường nếu không được phát hiện sớm thì khi bảo trì có thể tăng chi phí do hư hỏng đã lan rộng chưa kể vấn đề an toàn của phương tiện giao thông. Kể từ năm 2006, sự trỗi dậy của Deap Learning đã cho phép công nghệ Camera thông minh phát triển các tính năng nhận diện đối tượng đạt đến độ chính xác và thông minh cao. Phát hiện các hư hỏng mặt đường bằng cách giám sát các video có thể cải thiện hiệu quả trong việc vận hành và bảo trì các tuyến đường bộ.
Nghiên cứu này hướng đến việc sử dụng mô hình YOLOv5 để nhận diện tự động các hư hỏng mặt đường thông qua hình ảnh trên các camera hành trình gắn lên các phương tiện giao thông. Hiện tại mô hình YOLOv5 có thể nhận diện với tốc độ suy luận cao, đặc biệt là các các đối tượng nhỏ và ở xa. Vì vậy, cộng đồng sử dụng YOLO rất nhiều nên việc hỗ trợ từ các người dùng cũng hiệu quả hôn. Đây cũng chính là mô hình mà nghiên cứu này hướng đến để tận dụng và phát huy sự hiệu quả của YOLOv5 để tiết kiệm chi phí duy tu bảo dưỡng hạ tầng giao thông đường bộ.
6 Mục tiêu của nghiên cứu này là xây dựng ứng dụng mô hình YOLOv5 để nhận diện hư hỏng trên mặt đường ở thời gian thực qua camera hành trình của các phương tiện tham gia giao thông. Với việc phát hiện kịp thời các hư hỏng thì việc bảo trì đườngbộ sẽ đơn giản hơn qua đó giảm tối đa được chi phí phát sinh.4 Đóng góp học thuật. Việc sáng tạo phần mềm sẽ góp thêm một phương thức nghiên cứu mới khi quản lý xây dựng. Sau khi thực hiện thành công và đem vào ứng dụng thực tế thì nghiên cứu sẽ đóng góp học thuật: - Sáng tạo và áp dụng công nghệ vào quản lý hạ tầng giao thông để tiết kiệm chi phí; - Phát triển được phần mềm tin học ứng dụng trong quản lý cở sở hạ tầng giao thông; - Tạo cơ sở để phát triển mô hình YOLOv5 trong quản lý cơ sở hạ tầng; - Ứng dụng công nghệ 4.0 để xây dựng nên ứng dụng nhận biết hư hỏng mặt đường qua camera qua đó giúp giảm chi phí trong quản lý cơ sở hạ tầng; - Phát huy ứng dụng công nghệ thông tin, công nghệ viễn thông để quản lý công việc của nhiều lĩnh vực trong cuộc sống.5 Đóng góp thực tiễn.
Khi vận hành các tuyến đường thì các cơ quan quản lý tốn khá nhiều chi phí do phương pháp quản lý còn thủ công, thô sơ.