LUẬN văn THẠC sĩ ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN tạo và CÔNG NGHỆ xử lý ẢNH để KHẢO sát mật độ xây DỰNG tại THÀNH PHỐ TAM kỳ, TỈNH QUẢNG NAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NGUYỄN NGỌC HOÀNG VIỆT ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ KHẢO SÁT MẬT ĐỘ XÂY DỰNG TẠI THÀNH PHỐ TAM KỲ, TỈNH QUẢNG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Đà Nẵng, Năm 2020 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Hoàng Nhật Đức, thầy đã hướng dẫn, chỉ dạy tận tình để em hoàn thành luận văn này Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo khoa Sau đại học Trường Đại học Duy Tân đã truyền thụ.

NGUYỄN NGỌC HOÀNG VIỆT

ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO VÀ CÔNG NGHỆ

XỬ LÝ ẢNH ĐỂ KHẢO SÁT MẬT ĐỘ XÂY DỰNG TẠI THÀNH PHỐ TAM KỲ, TỈNH QUẢNG NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Đà Nẵng, Năm 2020

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Hoàng Nhật Đức, thầy đã hướng dẫn, chỉ dạy tận tình để em hoàn thành luận văn này Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo khoa Sau đại học - Trường Đại học Duy Tân đã truyền thụ kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập vừa qua

Tôi cũng xin cảm ơn cơ quan, bạn bè đồng nghiệp, gia đình và những người thân đã cùng chia sẻ, giúp đỡ, động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và cuốn luận văn này.

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của TS Hoàng Nhật Đức Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình.

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Bố cục của luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 CÔNG TÁC QUẢN LÝ ĐÔ THỊ HIỆN NAY 4

1.2 MẬT ĐỘ XÂY DỰNG 7

1.2.1 Cách tính mật độ xây dựng hiện nay 8

1.2.2 Các quy định về mật độ xây dựng 9

1.2.3 Các quy định về mật độ áp dụng riêng với nhà phố 13

CHƯƠNG 2 MẠNG NƠ RON THẦN KINH NHÂN TẠO VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH 19

2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG NƠ RON THẦN KINH NHÂN TẠO 19

2.1.1 Mạng nơron nhân tạo là gì? 19

2.1.2 Lịch sử phát triển mạng nơron 19

2.1.3 So sánh mạng nơron với máy tính truyền thống 21

2.1.4 Nơron sinh học và nơron nhân tạo 22

2.2 HUẤN LUYỆN VÀ XÂY DỰNG MẠNG NƠRON 30

2.2.1 Các phương pháp học 30

2.2.4 Các vấn đề trong xây dựng mạng MLP 34

2.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH 40

2.3.1 Cân bằng Histogram và Chỉ số bình thường thực vật kỹ thuật số (NDVI) 40

2.3.2 Đo lường thống kê của các dải hình ảnh 41

2.3.3 Đường viền nhị phân (BCG) để phân biệt kết cấu 42

2.4 SỬ DỤNG PHẦN MỀM MẠNG NƠ-RON THẦN KINH NHÂN TẠO CHO PHÂN LOẠI DỮ LIỆU TRONG NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỢC PHÁT TRIỂN TRÊN NỀN TẢNG NET 43

2.4.1 Giới thiệu 43

2.4.2 Ứng dụng chương trình phần mềm 45

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ KHẢO SÁT MẬT ĐỘ XÂY DỰNG TẠI THÀNH PHỐ TAM KỲ, TỈNH QUẢNG NAM 50

3.1 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 50

3.2 MÔ HÌNH MẠNG NƠ-RON THẦN KINH NHÂN TẠO ĐƯỢC ĐỀ XUẤT ĐỂ NHẬN DẠNG BỀ MẶT XÂY DỰNG TỰ ĐỘNG 51

3.2.1 Lấy mẫu dữ liệu hình ảnh 52

3.2.2 Tính toán kết cấu hình ảnh 53

3.2.3 Đào tạo và dự đoán mô hình mạng nơ-ron thần kinh nhân tạo 53

3.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 54

KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

Mật độ xây dựng thuần tối đa của ô đất xây dựng nhà

ở liên kế, nhà ở riêng lẻ như biệt thự, nhà vườn, nhà

Mật độ xây dựng thuần tối đa của nhóm nhà dịch vụ

đô thị và nhà sử dụng hỗn hợp theo diện tích lô đất và

chiều cao

12

1.7 Tỷ lệ đất trồng cây xanh trong các khu đô thị 13

2.8 Mạng MLP tổng quát [2] 29 2.9 Mối liên hệ giữa sai số và kích thước mẫu 35 2.10 Giao diện của phần mềm 46

2.12 Kết quả đào tạo và kiểm tra: 47 2.13 Hiệu suất dự đoán của ứng dụng đầu tiên 48 2.14 Hiệu suất dự đoán của ứng dụng thứ hai 49 3.1 Bản đồ hiện trạng thành phố Tam Kỳ 50

3.2. Mô hình mạng nơ-ron thần kinh nhân tạo được đề

xuất để phát hiện bề mặt xây dựng 51

3.3. Trình diễn các mẫu hình ảnh thu thập được: (a) Lớp

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Thế kỷ XXI được xem như là thế kỷ của đô thị Theo Liên Hợp Quốc,hiện nay hơn một nửa dân số thế giới tập trung sống và làm việc ở các đô thị.Theo dự báo đến năm 2050 sẽ có khoảng trên 70% dân số sẽ tập trung ở cácthành phố

Mật độ dân số cao ở các thành phố gây ra sức ép ngày càng lớn cho các

cơ quan quản lý nhà nước về các vấn đề: ô nhiễm môi trường; thiếu hụt nướcsạch, tài nguyên đất đai; quá tải hạ tầng giao thông; thiếu hụt năng lượng… Mặc dù số lượng đô thị tăng nhanh nhưng đa số đều đối mặt với cácthách thức, như: chất lượng đô thị chưa bảo đảm, hạ tầng kỹ thuật chưa theokịp tốc độ phát triển dẫn đến những vấn đề cần phải giải quyết như: kẹt xe,thiếu nước sinh hoạt, ngập úng, ô nhiễm môi trường

Các cơ quan quản lý nhà nước hướng đến việc xây dựng đô thị thôngminh như là một giải pháp quan trọng để giải quyết các vấn đề này Nhiềuthành phố trên thế giới đã và đang triển khai xây dựng các mô hình thành phốthông minh cho riêng mình Việc phát triển thành phố thông minh, gắn vớibảo vệ môi trường đang trở thành xu thế phát triển của thời đại, đã và đangđược các tỉnh, thành trong nước hướng đến

Tại Quảng Nam, việc phát triển đô thị, đô thị thông minh theo hướng bềnvững đã được quan tâm từ sớm thông qua các Nghị quyết của Hội nghị Tỉnh

ủy, Chỉ thị của Ban thường vụ Tỉnh ủy Tam Kỳ là một đô thị loại 2 với vaitrò là thành phố tỉnh lỵ, là trung tâm chính trị, hành chính, kinh tế, văn hóa,giáo dục, y tế và khoa học kỹ thuật của tỉnh Quảng Nam Những năm qua,Tam Kỳ đã không ngừng nỗ lực, phát huy các tiềm năng lợi thế để phát triển

đô thị theo hướng “tăng trưởng xanh”, trong đó vừa chú trọng phát triển đô thị

vừa chú trọng bảo tồn không gian sinh thái để hướng đến phát triển bền vững.Muốn đạt được mục tiêu đó, việc ứng dụng công nghệ thông tin trongkhảo sát, giám sát trật tự xây dựng đô thị nói chung, mật độ xây dựng nóiriêng là nhu cầu thiết yếu và phù hợp với xu hướng phát triển chung của cảnước Ở luận văn này tôi xin trình bày phương pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo

và công nghệ xử lý ảnh để khảo sát mật độ xây dựng tại thành phố Tam Kỳ,tỉnh Quảng Nam để góp phần nâng cao chất lượng công tác quản lý trật tự xâydựng và kiến trúc đô thị tại Tam Kỳ nói riêng và tỉnh Quảng Nam nói chung

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu khảo sát, đánh giá về mật độ xây dựng tại thành Phố Tam

Kỳ, giúp cho các nhà quản lý có giải pháp quản lý đô thị tốt hơn, đồng thờilàm cơ sỏ để quy hoạch, phát triển đô thị một cách bền vững

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Ở luận văn này tôi tập trung thu thập và nghiên cứu dữ liệu về mật độxây dựng trong phạm vi toàn bộ diện tích tự nhiên của thành phố Tam Kỳ,tỉnh Quảng Nam

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu qua tài liệu (sách chuyên ngành, bàibáo khoa học ) về những nội dung cơ bản của trí tuệ nhân tạo, công nghệ xử

lý ảnh và các ứng dụng trong công tác quản lý xây dựng

- Nghiên cứu thực nghiệm: Thông qua khảo sát thực tế về mật độ xâydựng tại thành phố Tam Kỳ, đánh dấu, chụp ảnh Tiếp tục sử dụng phần mềm

để xử lý, đánh giá nhằm đưa ra phương án quản lý kịp thời kịp thời

5 Bố cục của luận văn

Luận văn tốt nghiệp của tôi bao gồm phần mở đầu, phần nội dung vàphần kết luận Phần mở đầu trình bày lý do chọn đề tài, mục đích và mục tiêunghiên cứu của đề tài, nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và đóng

góp của đề tài Phần nội dung gồm;

Chương 1: Tổng quan lý thuyết

Chương 2: Mạng nơ-ron nhân tạo và công nghệ xử lý ảnh

Chương 3: Ứng dụng trí tuệ nhân tạo và công nghệ xử lý ảnh để khảo sátmật độ xây dựng tại thành phố Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam

Kết luận: Tổng kết những kết quả đã đạt được của luận văn và hướngphát triển nghiên cứu tiếp theo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 CÔNG TÁC QUẢN LÝ ĐÔ THỊ HIỆN NAY

Với bất cứ quốc gia phát triển nào, đô thị hóa luôn là quá trình tạo độnglực cho tăng trưởng kinh tế Trong thời điểm toàn cầu hóa và cạnh tranh kinh

tế quốc tế ngày càng gia tăng, việc xác định và xây dựng các chính sách pháttriển đô thị phù hợp đang trở thành mối quan tâm trọng tâm của nhiều quốcgia Thống kê trong gần 20 năm qua cho thấy, hệ thống đô thị Việt Nam đã cónhiều chuyển biến rất tích cực và đóng góp đáng kể cho sự phát triển của đấtnước Tỷ lệ đô thị hóa tăng từ 23,7% (năm 1999) lên 37,5% (năm 2017) Với

số lượng trên 800 đô thị hiện nay, mức tăng trưởng kinh tế trung bình ở khuvực đô thị nước ta đạt từ 10 – 15% (cao gần gấp 2 lần so với cả nước), nguồnthu từ các hoạt động kinh tế của đô thị ước đạt 70 – 75% trong cơ cấu GDP cảnước Mặc dù số lượng đô thị tăng nhanh nhưng đa số đều đối mặt với cácthách thức, như: chất lượng đô thị chưa bảo đảm, hạ tầng kỹ thuật chưa theokịp tốc độ phát triển dẫn đến những vấn đề cần phải giải quyết như: kẹt xe,thiếu nước sinh hoạt, ngập úng, ô nhiễm môi trường

Quản lý phát triển đô thị là một trong những vấn đề chiến lược pháttriển, là khâu then chốt trong quá trình hình thành bộ mặt của một đô thị Quátrình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng đã đặt ra nhiều khó khăn, thách thức chocông tác quản lý đô thị Nhiều nhà quản lí đô thị cứ lay hoay đi tìm câu trả lời

từ bài toán quản lí đô thị bằng việc làm thế nào để quản lí tốt việc xây dựng

và phát triển đô thị, tức là coi công tác quản lí về qui hoạch đô thị và kiếnthiết đô thị là nội hàm của quản lí đô thị Thực ra, quản lí đô thị là một kháiniệm cần phải hiểu theo hai tầng nghĩa Theo nghĩa rộng, quản lí đô thị là toàn

bộ tiến trình (chứ không phải quá trình) quản lí về thị chính, văn hóa, xã hội,

kinh tế, chính trị…; trên nghĩa hẹp thì chỉ là quá trình quản lí thị chính, tức làquản lí quá trình qui hoạch, kiến thiết và vận hành trong tiến trình xây dựng

cơ sở hạ tầng xã hội cũng như cơ sở hạ tầng kĩ thuật của thành phố Do điềukiện chủ quan và khách quan, công tác quản lí đô thị của chúng ta còn nhiềubất cập trong nhận thức cũng như thực thi Trên nhận thức, nhiều lúc nhiềunơi chúng ta còn có những hiểu biết chưa đúng, chưa sâu, chưa thật sự khoahọc về bài toán quản lí đô thị, điều này dẫn đến nhiều hệ lụy đáng tiếc mà cụthể là không phát huy được các thành tố bên trong của đô thị, đô thị phát triểnlộn xộn không theo chiều tích định sẵn…

Công tác quản lý quy hoạch, quản lý xây dựng và kiến trúc ở các đô thịhiện nay vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết Quy trình xét duyệt đầu tư xâydựng còn phức tạp, phải qua nhiều cửa, nhiều đầu mối, công tác quản lý xâydựng tại cấp phường còn buông lỏng Việc quản lý kiến trúc còn thiếu cácchính sách và biện pháp đặc thù trong việc thẩm định thiết kế sơ bộ; cấp giấyphép xây dựng và lập hồ sơ hoàn công; bảo tồn, tôn tạo các di tích văn hoá -lịch sử, các công trình kiến trúc có giá trị, giữ diện tích ao hồ, các không giancông cộng Trong đầu tư xây dựng còn thiếu các quy trình quản lý phù hợpvới từng loại dự án và công trình Các tiêu chuẩn, quy phạm, quy chuẩn đánhgiá xây dựng còn áp dụng máy móc, chưa phù hợp với đặc thù từng địaphương Trong quản lý trật tự xây dựng đô thị, còn lúng túng trong việc ápdụng các mức xử phạt và tổ chức lực lượng thanh tra, xử lý các vi phạm trật

tự xây dựng đô thị Nguồn nhân lực cho quản lý quy hoạch, xây dựng và kiếntrúc còn yếu, chưa tiếp cận được phương pháp tiên tiến, hiện đại và bản địahoá cho phù hợp với đặc thù của đất nước

Trong quản lý đất đai, hầu hết chính quyền ở các đô thị đều đã tổ chức

thống kê, phân loại, quy hoạch cho sử dụng lâu dài Đất đô thị được phân

thành các loại: đất sử dụng vào mục đích công cộng, đất sử dụng cho mục

đích quốc phòng - an ninh, đất chuyên dùng, đất nông - lâm nghiệp, đất chưa

sử dụng Đo đạc, thống kê, phân loại là cơ sở để quy hoạch đất vào từng mụcđích sử dụng khác nhau trước áp lực đô thị hoá, xác định tỷ lệ thích hợp đấtđai cho đặc trưng không gian kiến trúc đô thị, đặc biệt là không gian trống vàxây dựng các công trình phúc lợi công cộng, kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị.Tuy nhiên, khó khăn mà hầu hết các đô thị đều gặp phải là công tác đền bù,

giải phóng mặt bằng; giải quyết tranh chấp, xử lý lấn chiếm và những tồn đọng về đất đai gắn với nhà cửa Đây cũng là vấn đề thường dẫn đến các

"điểm nóng" xã hội

Quảng Nam là một tỉnh ven biển thuộc vùng phát triển kinh tế

trọng điểm miền Trung Phía Bắc giáp thành phố Đà Nẵng và tỉnh Thừa

Thiên Huế; phía Đông giáp biển Đông; phía Nam giáp tỉnh Quảng

Ngãi; phía Tây giáp tỉnh Kon Tum và nước Cộng hoà dân chủ nhân dân

Lào Trong khoảng từ năm 2010 đến nay, Quảng Nam là tỉnh có tỷ lệ

đô thị hóa tương đối cao Năm 2016, dân số đô thị toàn tỉnh đạt khoảng

360 ngàn người, tỷ lệ đô thị hóa đạt khoảng 24,17% Đến nay, toàn tỉnh

có 17 đô thị, bao gồm 01 đô thị loại II, 01 đô thị loại III, 01 đô thị loại

IV và 14 đô thị loại V

Đặc trưng đô thị Quảng Nam có xuất phát điểm là trung tâm hành

chính – chính trị cấp huyện, qua quá trình xây dựng và phát triển, kinh

tế đô thị ngày càng phát triển bền vững, cơ cấu chuyển dịch đúng

hướng sang dịch vụ (như Hội An, Tam Kỳ) và công nghiệp (như Điện

Bàn, Núi Thành); hệ thống kết cấu hạ tầng đô thị đang từng bước được

xây dựng và hoàn thiện; về cơ bản đáp ứng các chỉ tiêu, tiêu chuẩn theo

quy định về cấp loại đô thị

Tuy nhiên, quá trình phát triển mạng lưới đô thị trên địa bàn tỉnh

vẫn còn những tồn tại hạn chế như công tác xây dựng và quy hoạch đô

thị còn chưa đồng bộ, phù hợp với thực tiễn; định hướng phát triển đô

thị chưa rõ nét, chủ yếu tập trung cho việc đầu tư mở rộng đô thị, phát

triển trung tâm hành chính cấp huyện, chưa đa dạng các loại hình phát

triển dịch vụ đô thị Chất lượng đô thị, nhất là các đô thị phía Tây còn

thấp, nếp sống văn minh đô thị còn nhiều bất cập Điều kiện hạ tầng và

tiếp cận ứng dụng khoa học và công nghệ trong quản lý đô thị còn thấp

Việc định hướng phát triển đô thị song song cả về chất và lượng,

xây dựng các đô thị phát triển hài hòa được xác định nhất quán, xuyên

suốt trong công tác quy hoạch của tỉnh Quảng Nam Kết luận số

38/KL-TU của Hội nghị Tỉnh ủy lần thứ tư, khóa XXI về xây dựng và

phát triển đô thị trên địa bàn tỉnh, giai đoạn 2016-2020 đã xác

định: “Ngoài công tác hoàn thiện hạ tầng đô thị, kiên trì quản lý và

phát triển đô thị theo mô hình đô thị xanh, đô thị thông minh, đô thị

sinh thái hướng đến phát triển bền vững, bảo vệ cảnh quan tự nhiên,

dần hình thành các đô thị có bản sắc”[33] Trên cơ sở đó, Tỉnh Quảng

Nam đã thiết lập tương đối đầy đủ hệ thống các cơ sở để quản lý phát

triển đô thị như: Quy hoạch xây dựng vùng: vùng tỉnh, liên huyện,

vùng huyện; Quy hoạch chung các đô thị (100% các đô thị được lập

QHC, hoặc đang điều chỉnh); Chương trình phát triển đô thị toàn tỉnh,

chương trình phát triển các đô thị Tuy nhiên, các định hướng, quy

hoạch, chương trình trên vẫn chủ yếu dừng lại ở việc đáp ứng các chỉ

tiêu, tiêu chuẩn về cấp loại đô thị theo quy định của Việt Nam Chưa có

những quy định bắt buộc và có hệ thống nhằm hướng đến việc xây

dựng và hình thành các đô thị thông minh

1.2 MẬT ĐỘ XÂY DỰNG

Bất cứ dự án nào cũng cần xây dựng dựa trên các quy chuẩn về thiết kế

kỹ thuật xây dựng, quy chuẩn thiết kế nhà cao tầng và quy hoạch xây dựng

Mật độ xây dựng được hiểu là phần tỷ lệ diện tích chiếm đất trên tổng diệntích lô đất của các công trình kiến trúc xây dựng Ngoại trừ các diện tíchchiếm đất như bể bơi, tiểu cảnh, sân thể thao cố định,…

Hiện nay mật độ xây dựng được chia thành 2 loại gồm mật độ xây dựngthuần và mật độ xây dựng gộp

Mật độ xây dựng thuần: là tỷ lệ chiếm đất của các công trình kiến trúc

xây dựng trên tổng diện tích lô đất (không bao gồm diện tích chiếm đất củacác công trình như: các tiểu cảnh trang trí, bể bơi, sân thể thao ngoài trời (trừsân ten nit và sân thể thao được xây cố định và chiếm khối tích không giantrên mặt đất

Mật độ xây dựng gộp: của một khu vực đô thị là tỷ lệ diện tích chiếm

đất của các công trình kiến trúc trên tổng diện tích toàn khu đất (diện tích toànkhu đất bao gồm có cả sân đường, các khu cây xanh, không gian mở và cáckhu vực không xây dựng công trình trong khu đất đó)

1.2.1 Cách tính mật độ xây dựng hiện nay

Căn cứ Quyết định số 04/2008/QĐ-BXD ngày 03/04/2008 của Bộ Xâydựng v/v Ban hành: “Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về Quy hoạch xây dựng”(QCXDVN 01:2008/BXD) Cách tính mật độ xây dựng được xác định nhưsau:

MĐXD= Diệntích chiếm đất của công trình kiến trúc(m

Số tầng cộng thêm nếu thuộc khu vực quận trung tâm thành phố hoặc trung ương cấp quận

Số tầng cộng thêm nếu thuộc trục đường thương mại dịch vụ

Số tầng cộng thêm nếu công trình xây dựng trên

lô đất lớn

Cao độ tối đa từ nên vỉa

hè đến sàn lầu 1

Số tầng khối nền tối đa +

số tầng giật lùi tối đa

Tầng cao tối đa (tầng)

20≤L<25 5 +1 +1 +1 7 m 6+2 8 12≤L<20 4 +1 +1 +1 5,8 m 5+2 7

- Quy định chiều cao và lộ giới

Bảng 1.2 Quy định về chiều cao và lộ giới

L 25 7 m - - 21,6 25 28,4 31,8 20≤L<25 7 m - - 21,6 25 28,4 31,8 12≤L<20 5,8 m - 17 20,4 23,8 27,2 - 7≤L<12 5,8 m - 17 20,4 23,8 - - 3.5≤L<7 5,8 m 13,6 17 - - - - L<3.5 5,8 m 11,6 - - - - -

- Mật độ xây dựng thuần tối đa của ô đất xây dựng nhà ở liên kế, nhà ởriêng lẻ như biệt thự, nhà vườn, nhà cấp 4, nhà phố (xem bảng 1.3) và nhómnhà chung cư theo diện tích lô đất và chiều cao công trình (xem bảng 1.4)

Bảng 1.3 Mật độ xây dựng thuần tối đa của ô đất xây dựng nhà ở liên kế, nhà ở

riêng lẻ như biệt thự, nhà vườn, nhà cấp 4, nhà phố

Diện tích lô đất

Mật độ xây dựng

Bảng 1.4 Mật độ xây dựng thuần tối đa của nhóm nhà chung cư

- Mật độ xây dựng thuần tối đa của các công trình công cộng như giáodục, y tế, văn hóa, thể dục thể thao, chợ trong các khu vực xây dựng mới là40%

- Mật độ xây dựng thuần tối đa của các công trình dịch vụ đô thị khác vàcác công trình có chức năng hỗn hợp xây dựng trên lô đất có diện tích

≥3.000m2 cần được xem xét tùy theo vị trí trong đô thị và các giải pháp quyhoạch cụ thể và được cấp có thẩm quyền phê duyệt Tuy nhiên vẫn phải đảm

bảo các yêu cầu về khoảng cách tối thiểu giữa các dãy nhà:

+ Khoảng cách giũa các cạnh dài của hai dãy nhà có chiều cao <46mphải đảm bảo ≥1.3 chiều cao công trình (≥1/2h) và không được <7m Đối vớicác công trình có chiều cao ≥46m, khoảng cách giữa các cạnh dài của 2 dãynhà phải đảm bảo ≥25m;

+ Khoảng cách giữa hai đầu hồi của hai dãy nhà có chiều cao <46m phảiđảm bảo ≥1/3 chiều cao công trình (≥1/3h) và không được <4m Đối với cáccông trình có chiều ≥46m, khoảng cách giữa hai đầu hổi của hai dãy nhà phảiđảm bảo ≥15m;

+ Đối với dãy nhà bao gồm phần đế công trình và tháp cao phía trên thìcác quy định về khoảng cách tối thiểu đến dãy nhà đối diện được áp dụngriêng đối với phần đế công trình và đối với phần tháp cao phía trên theo tầngcao xây dựng trương ứng của mỗi phần tính từ mặt đất (cốt vỉa hè);

Đồng thời đảm bảo khoảng lùi công trình theo quy định (xem bảng 1.5)

Bảng 1.5 Khoảng lùi quy định của các công trình

- Mật độ xây dựng tối đa phải phù hợp với quy định xây dựng giốngnhư bảng mật độ xây dựng thuần tối đa của nhóm nhà dịch vụ đô thị và nhà

sử dụng hỗn hợp theo diện tích lô đất và chiều cao công trình (xem bảng 1.6)

Bảng 1.6 Mật độ xây dựng thuần tối đa của nhóm nhà dịch vụ đô thị và nhà sử

dụng hỗn hợp theo diện tích lô đất và chiều cao

Đối với các công trình dịch vụ đô thị và các công trình có chức năng hỗnhợp xây dựng trên lô đất có diện tích <3.000m2, sau khi trừ đi phần đất đảmbảo khoảng lùi theo quy định tại bảng trên, trền phần đất còn lại được phépxây dựng với mật độ 100%, nhưng vẫn phải đảm bảo các yêu cầu về khoảngcách tối thiếu giữa các dãy nhà và đảm bảo diện tích chỗ để xe theo quy định

- Mật độ xây dựng gộp tối đa cho phép của đơn vị nhà ở là 60%

- Mật độ xây dựng gộp tối đa của các khu du lịch – nghỉ dưỡng tổng hợp(resort) là 25%

- Mật độ xây dựng gộp tối đa của các khu cây xanh chuyên dụng (baogồm cả sân gôn), vùng vảo vệ môi trường tự nhiên được quy định tùy theochức năng và các quy định pháp lý có liên quan, nhưng không quá 5%

- Mật độ xây dựng gộp tối đa toàn khu công nghiệp – tiểu thủ côngnghiệp là 50%

* Tỷ lệ đất trồng cây xanh trong các lô đất xây dựng công trình

Trong các lô đất xây dựng công trình, dù là biệt thự, nhà cấp 4 hay côngtrình nhà ở khác, phải đảm bảo quy định về tỷ lệ tối thiểu đất trồng cây xanh(xem bảng 1.7)

Bảng 1.7 Tỷ lệ đất trồng cây xanh trong các khu đô thị

1.2.3 Các quy định về mật độ áp dụng riêng với nhà phố.

* Kích thước lô đất quy hoạch xây dựng nhà ở nói chung:

- Kích thước lô đất quy hoạch xây dựng nhà ở được xác định cụ thể theonhu cầu và đối tượng sử dụng, phù hợp với các giải pháp tổ chức không gian

và được quản lý theo quy định về quản lý xây dựng của khu vực lập quyhoạch

- Lô đất xây dựng nhà ở trong các khu ở quy hoạch xây dựng mới, khitiếp giáp với đường phố có lộ giới ≥20m, phải đồng thời đảm bảo các yêu cầu

về kích thước tối thiểu như sau:

- Diện tích của lô đất xây dựng nhà ở gia đình ≥45m2

- Bề rộng của lô đất xây dựng nhà ở ≥5m

- Chiều sâu của lô đất xây dựng nhà ở ≥5m

– Lô đất xây dựng nhà ở trong các khu ở quy hoạch xây dựng mới, khitiếp giáp với đường phố có lộ giới <20m, phải đồng thời đảm bảo các yêu cầu

về kích thước tối thiểu như sau:

+ Diện tích của lô đất xây dựng nhà ở gia đình ≥36m2

+ Bề rộng của lô đất xây dựng nhà ở ≥4m2

+ Chiều sâu của lô đất xây dựng nhà ở ≥4m2

Chiều dài tối đa của một dãy nhà liên kế hoặc riêng lẻ có cả hai mặt tiếpgiáp với các tuyến đường cấp đường chính khu vực trở xuống là 60cm Giữacác dãy nhà phải bố trí đường giao thông phù hợp với các quy định về quyhoạch mạng lưới đường giao thông hoặc phải bố trí đường đi bộ với về rộngtối thiểu là 4m

* Phần nhà được phép nhô quá chỉ giới đường đỏ trong trường hợp chỉgiới xây dựng trùng với chỉ giới đường đỏ

– Chỉ giới xây dựng là đường giới hạn cho phép xây dựng nhà, côngtrình trên lô đất

– Chỉ giới đường đỏ là đường ranh giới phân định giữa phần lô đất đểxây dựng công trình và phần đất được dành cho đường giao thông hoặc cáccông trình kỹ thuật hạ tầng

* Phần nhà được xây dựng vượt quá chỉ giới xây dựng trong trường hợpchỉ giới xây dựng lùi vào sau chỉ giới đường đỏ

– Không có bộ phận nào của nhà vượt quá chỉ giới đường đỏ

– Các bộ phận của công trình sau đây được phép vượt quá chỉ giới xâydựng trong các trường hợp sau:

+ Bậc thềm, vệt dắt xe, bậu cửa, gờ chỉ, cách cửa, ô văng, mái đua, máiđón, móng nhà

+ Riêng ban công được nhô quá chỉ giới xây dựng không quá 1,4m vàkhông được che chắn tạo thành buồng hay lô gia

* Quan hệ với các công trình bên cạnh

Các công trình không được vi phạm ranh giới:

– Không bộ phận nào của ngôi nhà kể cả thiết bị, đường ống, phần ngầmdưới đất (móng, đường ống) được vượt quá ranh giới với lô đất bên cạnh– Không được xả nước mua, nước thải các loại (kể cả nước ngưng tụ củamáy lạnh), khí bụi, khí thải sang nhà bên cạnh

– Không được xả nước mưa, nước thải các loại (kể cả nước ngưng tụ củamáy lạnh), khí bụi, khí thải sang nhà bên cạnh

1.3 THỰC TRẠNG MẬT ĐỘ XÂY DỰNG Ở VIỆT NAM

Trên cơ sở Luật Xây dựng, Luật Nhà ở và các văn bản hướng dẫn

có liên quan, hầu hết các thành phố lớn đều ban hành các quy định về

quản lý kiến trúc và quy hoạch xây dựng đô thị, góp phần bổ sung, cụ

thể hóa các quy chuẩn, tiêu chuẩn nhà nước về quy hoạch, kiến trúc và

xây dựng phù hợp với điều kiện thực tế trong khu đô thị hiện hữu

Trong đó, có quy định cụ thể về mật độ xây dựng đối với từng loại

công trình Tuy nhiên thực tế cho thấy, khi mật độ dân số đô thị ngày

càng đông, kéo theo nhu cầu về nhà ở tăng cao thì tình trạng vi phạm

trật tự xây dựng, trật tự đô thị diễn ra khá phổ biến Trong đó, chủ yếu

là xây dựng công trình không có giấy phép; công trình sai giấy phép;

công trình trên đất không được phép xây dựng; công trình vi phạm lộ

giới …Các chủ đầu tư thường có xu hướng tận hưởng tối đa diện tích

đất để tăng tối đa mật độ xây dựng Suy nghĩ “tấc đất tấc vàng” khiến

nhiều chủ đầu tư không muốn bỏ phí một phần đất nào vì giá trị bất

động sản ngày càng đắt đỏ Dần dần, các đô thị lớn trở thành thành phố

ngột ngạt với những khu vực có mật độ dân số ngày càng gia tăng Tình

trạng kẹt xe, tắc đường, ngập úng ở các thành phố lớn ngày càng trở

nên phổ biến

Thành phố Tam Kỳ là thành phố tỉnh lỵ của tỉnh Quảng Nam, được côngnhận là đô thị loại II theo Quyết định số 240/QĐ-TTg, ngày 15 tháng

2 năm 2016 của Thủ tướng Chính phủ Theo thống kê năm 2019, thành phốTam Kỳ có diện tích 100,26 km², dân số là 122.374 người, trong đó: dân sốthành thị có 91.450 người chiếm 75% và dân số nông thôn có 30.924 ngườichiếm 25%, mật độ dân số đạt 1.221 người/km² Từ khi tái lập tỉnh QuảngNam, thành phố Tam Kỳ đã huy động mọi nguồn lực để xây dựng và chỉnhtrang kết cấu hạ tầng kỹ thuật đô thị, trong đó tập trung xây dựng hoàn chỉnhcác tuyến giao thông đô thị, xây dựng các công trình công cộng quan trọng,hoàn chỉnh hạ tầng các khu dân cư, khớp nối các tuyến giao thông,… Hoànthành các tuyến giao thông đối nội và đối ngoại quan trọng như đường ĐiệnBiên Phủ, cầu Kỳ Phú I và II, mở rộng đường Tam Kỳ - Tam Thanh, đườngBạch Đằng, Nam Quảng Nam giai đoạn 2,…Triển khai các dự án xây dựngnhà ở cho người có thu nhập thấp, nhà ở cho công nhân và nhà ở sinh viên,ngoài mục đích đảm bảo an sinh xã hội cũng là để kích thích các ngành kinh

tế phát triển, tạo lập môi trường tốt cho đầu tư; đồng thời nhằm thu hút tăngdân số cơ học cho thành phố Quy hoạch, kêu gọi đầu tư phát triển các khu đôthị mới có kết cấu hạ tầng đồng bộ nhằm tăng cường kết cấu hạ tầng đô thị,thu hút dân cư Tam Kỳ hiện có 134 đồ án chi tiết xây dựng các khu dân cư,trong đó có 47 đồ án đã được đầu tư xây dựng hoàn chỉnh, 34 đồ án đang tậptrung tập trung thực hiện, 44 đồ án đang chuẩn bị thực hiện, 9 đồ án đangđược điều chỉnh Kèm theo đó là Điều lệ quản lý quy hoạch và Quy chế quản

lý quy hoạch kiến trúc được UBND tỉnh thông qua cuối năm 2015 là cơ sở đểTam Kỳ thực hiện tốt hơn công tác quy hoạch gắn với chỉnh trang đô thị vàsắp xếp nhà ở dân cư

Tuy nhiên, cũng giống như những địa phương khác, quá trình đô thị hóacũng đặt ra cho chính quyền Thành phố Tam Kỳ những khó khăn, thách thứctrong công tác quản lý đô thị Thời gian qua, các đơn vị chức năng của SởXây dựng Quảng Nam cũng như thành phố Tam Kỳ đã tiến hành kiểm tra 158

công trình xây dựng thì đã có 83 công trình vi phạm, chiếm hơn 52% Khôngchỉ vậy, số lượng vi phạm trật tự xây dựng, trật tự đô thị qua kiểm tra cũngkhá cao, với 39 công trình Trong đó, chủ yếu là xây dựng công trình không

có giấy phép (5 công trình); công trình sai giấy phép (19 công trình); côngtrình trên đất không được phép xây dựng (5 công trình); công trình vi phạm lộgiới (10 công trình) Ngoài vi phạm trong xây dựng với số lượng khá lớn, tìnhhình các khu dân cư tự phát cũng đáng lo ngại do điều kiện kinh tế khó khăn,một bộ phận người dân, người thu nhập thấp dù biết việc mua bán đất tại cáchẻm tự mở thiếu hạ tầng kỹ thuật, giao thông, điện, nước và xây dựng nhà viphạm quy định pháp luật nhưng vẫn vi phạm do nhu cầu thiết yếu về nhà ở Trong khi đó, mặc dù có sự quyết tâm lớn nhưng việc ứng dụng côngnghệ thông tin vào quản lý xây dựng tại địa phương vẫn còn nhiều hạn chế.Các thủ tục liên quan đến quản lý đầu tư xây dựng, cấp sổ đỏ, giấy phép xâydựng… phần lớn vẫn bằng phương pháp thủ công là chính Việc kiểm tra,giám sát và khảo sát mật độ xây dựng của các công trình xây dựng theo giấyphép chủ yếu được đo đạc bằng các dụng cụ thông thường và tính theo côngthức nội suy như sau [34]:

(1.2)

Trong đó:

- Nt: mật độ xây dựng của khu đất cần tính;

- Ct: diện tích khu đất cần tính;

- Ca: diện tích khu đất cận trên;

- Cb: diện tích khu đất cận dưới;

- Na: mật độ xây dựng cận trên trong bảng tra tương ứng với Ca;

- Nb: mật độ xây dựng cận dưới trong bảng tra tương ứng với Cb”

Việc kiểm đếm, đo đạc và tính toán bằng thủ công như vậy vừa mấtnhiều thời gian, công sức mà độ chính xác không cao Trong khi đó, Sự pháttriển của các công nghệ mới mà đặc biệt là cuộc cách mạng công nghiệp 4.0với Internet vạn vật (IOT), trí tuệ nhân tạo, thực tế ảo đã đưa công nghệthông tin và truyền thông đóng vai trò quan trọng như là một giải pháp thenchốt để giải quyết các áp lực mà các đô thị gặp phải

Chính vì những lý do đó, tôi đề xuất giải pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo

và công nghệ xử lý ảnh để khảo sát mật độ xây dựng tại thành phố Tam Kỳ,tỉnh Quảng Nam để góp phần nâng cao chất lượng công tác quản lý trật tự xâydựng và kiến trúc đô thị tại Tam Kỳ nói riêng và tỉnh Quảng Nam nói chung

CHƯƠNG 2 MẠNG NƠ RON THẦN KINH NHÂN TẠO VÀ

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH

2.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG NƠ RON THẦN KINH NHÂN TẠO

2.1.1 Mạng nơron nhân tạo là gì?

Định nghĩa: Mạng nơron nhân tạo (Artificial Neural Network) gọi tắt là

mạng nơron là một mô hình xử lý thông tin phỏng theo cách thức xử lý thôngtin của các hệ nơron sinh học Nó được tạo lên từ một số lượng lớn các phần

tử (gọi là phần tử xử lý hay nơron) kết nối với nhau thông qua các liên kết (gọi là trọng số liên kết) làm việc như một thể thống nhất để giải quyết một

vấn đề cụ thể nào đó

Một mạng nơron nhân tạo được cấu hình cho một ứng dụng cụ thể (nhận

dạng mẫu, phân loại dữ liệu, ) thông qua một quá trình học từ tập các mẫu

huấn luyện Về bản chất học chính là quá trình hiệu chỉnh trọng số liên kếtgiữa các nơron [2]

2.1.2 Lịch sử phát triển mạng nơron

Những nghiên cứu về bộ não của con người đã được tiến hành từ rất lâu

và những tiến bộ của máy tính đầu những năm 1950 giúp cho việc mô hìnhhóa các nguyên lý của những lý thuyết liên quan tới cách thức con người suynghĩ đã trở thành hiện thực Nathanial Rochester sau nhiều năm làm việc tạicác phòng thí nghiệm nghiên cứu của IBM đã có những nỗ lực đầu tiên để môphỏng một mạng nơron Trong thời kì này tính toán truyền thống đã đạt đượcnhững thành công rực rỡ trong khi đó những nghiên cứu về nơron còn ở giaiđoạn sơ khai Mặc dù vậy những người ủng hộ triết lý “thinking machines”(các máy biết suy nghĩ) vẫn tiếp tục bảo vệ cho lập trường của mình [2]

Dự án Dartmouth nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence)

vào năm 1956 đã mở ra thời kỳ phát triển mới cả trong lĩnh vực trí tuệnhân tạo lẫn mạng nơron Tác động tích cực của nó là thúc đẩy hơn nữa sựquan tâm của các nhà khoa học về trí tuệ nhân tạo và quá trình xử lý ở mứcđơn giản của mạng nơron trong bộ não con người

Những năm tiếp theo nhà sinh học chuyên nghiên cứu về nơron Frank

Rosenblatt cũng bắt đầu nghiên cứu về Perceptron Sau thời gian nghiên cứu

này Perceptron đã được cài đặt trong phần cứng máy tính và được xem như làmạng nơron lâu đời nhất còn được sử dụng đến ngày nay Perceptron mộttầng rất hữu ích trong việc phân loại một tập các đầu vào có giá trị liên tụcvào một trong hai lớp Perceptron tính tổng có trọng số các đầu vào, rồi trừtổng này cho một ngưỡng và cho ra một trong hai giá trị mong muốn có thể.Tuy nhiên Perceptron còn rất nhiều hạn chế, những hạn chế này đã được chỉ

ra trong cuốn sách về Perceptron của Marvin Minsky và Seymour Papert viếtnăm 1969 [2]

Năm 1974 Paul Werbos đã phát triển và ứng dụng phương pháp học lantruyền ngược (back-propagation) Tuy nhiên phải mất một vài năm thìphương pháp này mới trở lên phổ biến Các mạng lan truyền ngược được biếtđến nhiều nhất và được áp dụng rộng dãi nhất nhất cho đến ngày nay [2] Thật không may, những thành công ban đầu này khiến cho con ngườinghĩ quá lên về khả năng của các mạng nơron Chính sự cường điệu quá mức

đã có những tác động không tốt đến sự phát triển của khoa học và kỹ thuậtthời bấy giờ khi người ta lo sợ rằng đã đến lúc máy móc có thể làm mọi việccủa con người Những lo lắng này khiến người ta bắt đầu phản đối các nghiêncứu về mạng neuron Thời kì tạm lắng này kéo dài đến năm 1981 [2]

Năm 1982 trong bài báo gửi tới viện khoa học quốc gia, John Hopfieldbằng sự phân tích toán học rõ ràng, mạch lạc, ông đã chỉ ra cách thức cácmạng nơron làm việc và những công việc chúng có thể thực hiện được Cống

hiến của Hopfield không chỉ ở giá trị của những nghiên cứu khoa học mà còn

ở sự thúc đẩy trở lại các nghiên cứu về mạng neuron [2]

Cũng trong thời gian này, một hội nghị với sự tham gia của Hoa Kỳ vàNhật Bản bàn về việc hợp tác/cạnh tranh trong lĩnh vực mạng nơron đã được

tổ chức tại Kyoto, Nhật Bản Sau hội nghị, Nhật Bản đã công bố những nỗ lựccủa họ trong việc tạo ra máy tính thế hệ thứ 5 Tiếp nhận điều đó, các tạp chíđịnh kỳ của Hoa Kỳ bày tỏ sự lo lắng rằng nước nhà có thể bị tụt hậu tronglĩnh vực này Vì thế, ngay sau đó, Hoa Kỳ nhanh chóng huy động quĩ tài trợcho các nghiên cứu và ứng dụng mạng neuron [2]

Năm 1985, viện vật lý Hoa Kỳ bắt đầu tổ chức các cuộc họp hàng năm

về mạng neuron ứng dụng trong tin học (Neural Networks for Computing) Ngày nay, không chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu lý thuyết, các nghiêncứu ứng dụng mạng nơron để giải quyết các bài toán thực tế được diễn ra ởkhắp mọi nơi Các ứng dụng mạng nơron ra đời ngày càng nhiều và ngàycàng hoàn thiện hơn Điển hình là các ứng dụng: xử lý ngôn ngữ (LanguageProcessing), nhận dạng kí tự (Character Recognition), nhận dạng tiếng nói(Voice Recognition), nhận dạng mẫu (Pattern Recognition), xử lý tín hiệu(Signal Processing), Lọc dữ liệu (Data Filtering) [2]

2.1.3 So sánh mạng nơron với máy tính truyền thống

Mạng nơron có cách giải quyết các vấn đề khác so với máy tính truyềnthống Các máy tính truyền thống sử dụng cách tiếp cận theo hướng giảithuật, tức là máy tính thực hiện một tập các chỉ lệnh để giải quyết một vấn đề.Vấn đề được giải quyết phải được biết và phát biểu dưới dạng một tập chỉlệnh không nhập nhằng Những chỉ lệnh này sau đó phải được chuyển sangmột chương trình ngôn ngữ bậc cao và chuyển sang mã máy để máy tính cóthể hiểu được

Trừ khi các bước cụ thể mà máy tính cần tuân theo được chỉ ra rõ ràng,

máy tính sẽ không làm được gì cả Điều đó giới hạn khả năng của các máytính truyền thống ở phạm vi giải quyết các vấn đề mà chúng ta đã hiểu và biếtchính xác cách thực hiện Các máy tính sẽ trở lên hữu ích hơn nếu chúng cóthể thực hiện được những việc mà bản thân con người không biết chính xác làphải làm như thế nào

Mạng nơron xử lý thông tin theo cách thức giống như bộ não con người.Mạng được tạo nên từ một số lượng lớn các phần tử xử lý được kết nối vớinhau làm việc song song để giải quyết một vấn đề cụ thể Các mạng nơronhọc theo mô hình, chúng không thể được lập trình để thực hiện một nhiệm vụ

cụ thể Các mẫu phải được chọn lựa cẩn thận nếu không sẽ rất mất thời gian,thậm chí mạng sẽ hoạt động không đúng Điều hạn chế này là bởi vì mạng tựtìm ra cách giải quyết vấn đề, thao tác của nó không thể dự đoán được

Các mạng nơron và các máy tính truyền thống không cạnh tranh nhau

mà bổ sung cho nhau Có những nhiệm vụ thích hợp hơn với máy tính truyềnthống, ngược lại có những nhiệm vụ lại thích hợp hơn với các mạng nơron.Thậm chí rất nhiều nhiệm vụ đòi hỏi các hệ thống sử dụng tổ hợp cả hai cáchtiếp cận để thực hiện được hiệu quả cao nhất (thông thường một máy tínhtruyền thống được sử dụng để giám sát mạng nơron)

2.1.4 Nơron sinh học và nơron nhân tạo

2.1.4.1 Nơron sinh học

Qua quá trình nghiên cứu về bộ não, người ta thấy rằng: bộ não conngười bao gồm khoảng 1011 nơron tham gia vào khoảng 1015 kết nối trên cácđường truyền Mỗi đường truyền này dài khoảng hơn một mét Các nơron cónhiều đặc điểm chung với các tế bào khác trong cơ thể, ngoài ra chúng còn cónhững khả năng mà các tế bào khác không có được, đó là khả năng nhận, xử

lý và truyền các tín hiệu điện hóa trên các đường mòn nơron, các con đườngnày tạo nên hệ thống giao tiếp của bộ não [2]

Hình 2.1 Cấu trúc của một nơron sinh học điển hình [2]

Mỗi nơron sinh học có 3 thành phần cơ bản:

• Các nhánh vào hình cây (dendrites)

• Thân tế bào (cell body)

• Sợi trục ra (axon)

Các nhánh hình cây truyền tín hiệu vào đến thân tế bào Thân tế bào tổnghợp và xử lý cho tín hiệu đi ra Sợi trục truyền tín hiệu ra từ thân tế bào nàysang nơron khác Điểm liên kết giữa sợi trục của nơron này với nhánh hình

cây của nơron khác gọi là synapse Liên kết giữa các nơron và độ nhạy của

mỗi synapse được xác định bởi quá trình hóa học phức tạp Một số cấu trúccủa nơron được xác định trước lúc sinh ra Một số cấu trúc được phát triểnthông qua quá trình học Trong cuộc đời cá thể, một số liên kết mới được hìnhthành, một số khác bị hủy bỏ [2]

Như vậy nơron sinh học hoạt động theo cách thức sau: nhận tín hiệu đầu

vào, xử lý các tín hiệu này và cho ra một tín hiệu output Tín hiệu output này

sau đó được truyền đi làm tín hiệu đầu vào cho các nơron khác

Dựa trên những hiểu biết về nơron sinh học, con người xây dựng nơronnhân tạo với hy vọng tạo nên một mô hình có sức mạnh như bộ não

2.1.4.2 Nơron nhân tạo

Một nơron là một đơn vị xử lý thông tin và là thành phần cơ bản của mộtmạng nơron Cấu trúc của một nơron được mô tả trên hình dưới

Hình 2.2 Nơron nhân tạo [2]

Các thành phần cơ bản của một nơron nhân tạo bao gồm:

♦ Tập các đầu vào: Là các tín hiệu vào (input signals) của nơron,

các tín hiệu này thường được đưa vào dưới dạng một vector N chiều

♦ Tập các liên kết: Mỗi liên kết được thể hiện bởi một trọng số

(gọi là trọng số liên kết – Synaptic weight) Trọng số liên kết giữa tín hiệu vào thứ j với nơron k thường được kí hiệu là wkj Thông thường,

các trọng số này được khởi tạo một cách ngẫu nhiên ở thời điểm khởitạo mạng và được cập nhật liên tục trong quá trình học mạng

♦ Bộ tổng (Summing function): Thường dùng để tính tổng của tích

các đầu vào với trọng số liên kết của nó

♦ Ngưỡng (còn gọi là một độ lệch - bias): Ngưỡng này thường

được đưa vào như một thành phần của hàm truyền

♦ Hàm truyền (Transfer function) : Hàm này được dùng để giới

hạn phạm vi đầu ra của mỗi nơron Nó nhận đầu vào là kết quả của hàmtổng và ngưỡng đã cho Thông thường, phạm vi đầu ra của mỗi nơronđược giới hạn trong đoạn [0,1] hoặc [-1, 1] Các hàm truyền rất đadạng, có thể là các hàm tuyến tính hoặc phi tuyến Việc lựa chọn hàmtruyền nào là tuỳ thuộc vào từng bài toán và kinh nghiệm của ngườithiết kế mạng Một số hàm truyền thường sử dụng trong các mô hình

mạng nơron được đưa ra trong bảng 1

♦ Đầu ra: Là tín hiệu đầu ra của một nơron, với mỗi nơron sẽ có

tối đa là một đầu ra

Trong đó: x1, x2, , xp: là các tín hiệu vào; (wk1, wk2, , wkp) là

các trọng số liên kết của nơron thứ k; uk là hàm tổng; bk là một

ngưỡng; f là hàm truyền và yk là tín hiệu đầu ra của nơron

Như vậy tương tự như nơron sinh học, nơron nhân tạo cũng nhận các tínhiệu đầu vào, xử lý (nhân các tín hiệu này với trọng số liên kết, tính tổng cáctích thu được rồi gửi kết quả tới hàm truyền), và cho một tín hiệu đầu ra (làkết quả của hàm truyền)

e

f x

e

-

-=+

2.1.4.3 Mô hình mạng nơron

Mặc dù mỗi nơron đơn lẻ có thể thực hiện những chức năng xử lý thôngtin nhất định, sức mạnh của tính toán nơron chủ yếu có được nhờ sự kết hợpcác nơron trong một kiến trúc thống nhất Một mạng nơron là một mô hìnhtính toán được xác định qua các tham số: kiểu nơron (như là các nút nếu ta coi

cả mạng nơron là một đồ thị), kiến trúc kết nối (sự tổ chức kết nối giữa cácnơron) và thuật toán học (thuật toán dùng để học cho mạng)

Về bản chất một mạng nơron có chức năng như là một hàm ánh xạ F: X

→ Y, trong đó X là không gian trạng thái đầu vào (input state space) và Y là không gian trạng thái đầu ra (output state space) của mạng Các mạng chỉ đơn

giản là làm nhiệm vụ ánh xạ các vector đầu vào x  X sang các vector đầu ra

y  Y thông qua “bộ lọc” (filter) các trọng số Tức là y = F(x) = s(W, x),

trong đó W là ma trận trọng số liên kết Hoạt động của mạng thường là cáctính toán số thực trên các ma trận

a Các kiểu mô hình mạng nơron

Cách thức kết nối các nơron trong mạng xác định kiến trúc (topology) của mạng Các nơron trong mạng có thể kết nối đầy đủ (fully connected) tức

là mỗi nơron đều được kết nối với tất cả các nơron khác, hoặc kết nối cục bộ

(partially connected) chẳng hạn chỉ kết nối giữa các nơron trong các tầng

khác nhau Người ta chia ra hai loại kiến trúc mạng chính:

♦ Tự kết hợp (autoassociative): là mạng có các nơron đầu vào

cũng là các nơron đầu ra Mạng Hopfield là một kiểu mạng tự kết hợp

Hình 2.3 Mạng tự kết hợp [2]

♦ Kết hợp khác kiểu (heteroassociative): là mạng có tập nơron đầu vào

và đầu ra riêng biệt Perceptron, các mạng Perceptron nhiều tầng (MLP:MultiLayer Perceptron), mạng Kohonen, … thuộc loại này

Hình 2.4 Mạng kết hợp khác kiểu [2].

Ngoài ra tùy thuộc vào mạng có các kết nối ngược (feedback connections) từ các nơron đầu ra tới các nơron đầu vào hay không, người ta

chia ra làm 2 loại kiến trúc mạng

♦ Kiến trúc truyền thẳng (feedforward architechture): là kiểu kiến trúc

mạng không có các kết nối ngược trở lại từ các nơron đầu ra về các nơron đầuvào; mạng không lưu lại các giá trị output trước và các trạng thái kích hoạtcủa nơron Các mạng nơron truyền thẳng cho phép tín hiệu di chuyển theomột đường duy nhất; từ đầu vào tới đầu ra, đầu ra của một tầng bất kì sẽkhông ảnh hưởng tới tầng đó Các mạng kiểu Perceptron là mạng truyềnthẳng

Hình 2.5 Mạng truyền thẳng [2]