Nghiên cứu đánh giá tính dễ bị tổn thương của tuyến đường quốc lộ vùng núi bằng công nghệ viễn thám và GIS ( đoạn quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh hòa bình)

HĐBT Hoạt động bình thường IDW Inverse Distance Weighting Phương pháp nội suy IDW IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu Lineament Các

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Hà Thị Hằng

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG

CỦA TUYẾN ĐƯỜNG QUỐC LỘ VÙNG NÚI

BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS

(ĐOẠN QUỐC LỘ 6 THUỘC ĐỊA PHẬN TỈNH HÒA BÌNH)

LUẬN ÁN TIẾN SỸ ĐỊA LÍ

Hà Nội - 2020

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Hà Thị Hằng

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG

CỦA TUYẾN ĐƯỜNG QUỐC LỘ VÙNG NÚI

BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS

(ĐOẠN QUỐC LỘ 6 THUỘC ĐỊA PHẬN TỈNH HÒA BÌNH)

Chuyên ngành : Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lí

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất cứ công trình nào khác

Hà Nội, ngày… tháng… năm 2020

Tác giả

Hà Thị Hằng

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã quan tâm, giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình đào tạo

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, các Thầy, Cô giáo trong Khoa Địa

lý, Bộ môn Bản đồ -Viễn thám và GIS đã trực tiếp giảng dạy, trao đổi và đóng góp nhiều

ý kiến quý báu cũng như động viên tinh thần để tác giả hoàn thành luận án

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Xây Dựng, Ban lãnh đạo Khoa Cầu Đường, Ban lãnh đạo Bộ môn Trắc Địa - nơi tác giả đang công tác cùng toàn thể các Thầy, Cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè đã tạo điều kiện giúp

đỡ, chia sẻ công việc để tác giả có thể hoàn thành luận án này

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Ngọc Thạch và PGS.TS Hoàng Tùng đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và động viên, tạo điều kiện giúp đỡ để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới GS TS Nguyễn Quang Đạo - Trường Đại học Xây Dựng; TS Lê Đức Hùng - Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản;

TS Nguyễn Khắc Giảng - Bộ môn Khoáng thạch - Trường Đại học Mỏ - Địa chất

và nhiều Nhà khoa học khác đã truyền thụ thêm những kiến thức ngoại ngành để tác giả góp phần bổ sung, hoàn thiện luận án này

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các Nhà khoa học thuộc các cơ quan: Viện Địa

lý, Viện Công nghệ Vũ trụ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Đại học Mỏ - Địa chất, Đại học Xây Dựng, Cục quản lý Đường bộ I, Học viện kỹ thuật quân sự, Cục đo đạc, bản đồ và thông tin địa lý Việt Nam, Cục bản đồ quân đội,… đã đóng góp ý kiến từ nhiều khía cạnh để luận án trở nên hoàn thiện hơn

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Sở Tài nguyên và Môi trường Hòa Bình, Cục Thống kê Hòa Bình, Trung tâm Viễn thám Địa chất - Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc, …đã cung cấp tư liệu cho luận án

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới Gia đình, đặc biệt là Chồng và Hai con đã luôn ở bên cạnh, chia sẻ và động viên tinh thần trong suốt nhiều năm tác giả thực hiện luận án

Tác giả

MỤC LỤC

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG CỦA TUYẾN ĐƯỜNG QUỐC LỘ VÙNG NÚI 6

1.1 Tổng quan các công trình nghiên cứu có liên quan 6

1.1.1 Các nghiên cứu về tính dễ bị tổn thương của đường bộ 6

1.1.2 Các nghiên cứu đánh giá TDBTT của đường bộ bằng công nghệ viễn thám và GIS trên thế giới 7

1.1.3 Các nghiên cứu đánh giá TDBTT của đường bộ bằng công nghệ viễn thám và GIS ở Việt Nam 28

1.1.4 Các nghiên cứu đánh giá TDBTT của đoạn quốc lộ 6 tỉnh Hòa Bình bằng công nghệ viễn thám và GIS 33

1.1.5 Các nghiên cứu về tiêu chí xác định nguy cơ dễ bị tổn thương của đường bộ

36

1.2 Cơ sở lý luận nghiên cứu tính dễ bị tổn thương của tuyến đường quốc lộ vùng núi 38

1.2.1 Khái niệm và tính đặc thù về tính dễ bị tổn thương của tuyến đường quốc lộ vùng núi 38

1.2.2 Tiêu chí xác định nguy cơ dễ bị tổn thương của tuyến đường quốc lộ vùng núi 41

1.2.3 Bản đồ nguy cơ dễ bị tổn thương với các mức độ khác nhau 45

1.3 Quan điểm, phương pháp xây dựng bản đồ nguy cơ dễ bị tổn thương của tuyến đường quốc lộ vùng núi 47

1.3.1 Quan điểm nghiên cứu 47

1.3.2 Các phương pháp nghiên cứu 48

1.3.3 Phương pháp xây dựng bản đồ nguy cơ dễ bị tổn thương của tuyến đường quốc lộ vùng núi 52

TIỂU KẾT CHƯƠNG 1 56

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG BỘ TIÊU CHÍ CHO ĐÁNH GIÁ TÍNH DỄ BỊ TỔN

THƯƠNG CỦA ĐOẠN QUỐC LỘ 6 TỈNH HÒA BÌNH 57

2.1 Nhóm tiêu chí về các tai biến thiên nhiên 57

2.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới tai biến thiên nhiên 57

2.1.2 Chỉ tiêu về tai biến trượt lở đất 71

2.1.3 Chỉ tiêu về tai biến lũ lụt 77

2.2 Nhóm tiêu chí về các yếu tố nội tại của đường bộ 82

2.2.1 Chỉ tiêu về tính ổn định nền đường 82

2.2.2 Chỉ tiêu về độ dốc dọc tuyến đường 84

2.2.3 Chỉ tiêu về chất lượng mặt đường 86

2.2.4 Chỉ tiêu về các khúc cua trên tuyến đường 88

2.2.5 Các công trình phụ trợ trên đường 90

TIỂU KẾT CHƯƠNG 2 91

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG CỦA ĐOẠN QUỐC LỘ 6 TÌNH HÒA BÌNH BẰNG VIỄN THÁM - GIS VÀ CÁC BIỆN PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG KHAI THÁC TUYẾN ĐƯỜNG 92

3.1 Phân tích hiện trạng tổn thương trên đoạn quốc lộ 6 tỉnh Hòa Bình 92

3.1.1 Phương pháp phân tích và thành lập bản đồ hiện trạng tổn thương bằng công nghệ viễn thám 92

3.1.2 Đặc điểm phân bố các vị trí tổn thương trên bản đồ hiện trạng 105

3.2 Đánh giá nguy cơ dễ bị tổn thương 110

3.2.1 Xác định mức độ dễ bị tổn thương 110

3.2.2 Bản đồ nguy cơ dễ bị tổn thương đường bộ 115

3.2.3 Kiểm chứng kết quả 122

3.3 Các giải pháp đảm bảo chất lượng khai thác của tuyến đường 124

3.3.1 Các giải pháp phát hiện sớm những hư hỏng trên mặt đường 124

3.3.2 Giải pháp khắc phục các khúc cua gấp trên đường 126

3.3.3 Các biện pháp bảo vệ tuyến đường trước tác động của tai biến lũ lụt và trượt lở đất 127

TIỂU KẾT CHƯƠNG 3 131

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN 134

TÀI LIỆU THAM KHẢO 135

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tổng quan các phương pháp đánh giá mức độ tổn thương của mạng lưới đường bộ 15Bảng 1.2 Tổng quan các tiêu chí đánh giá TDBTT của đường bộ 37Bảng 1.3 Nhóm tiêu chí sử dụng trong đánh giá TDBTT của tuyến đường quốc lộ vùng núi 41Bảng 2.1 Tỷ lệ (%) lượng mưa phân theo mùa năm 2018 tại các trạm đo 67Bảng 2.2 Phân bố dân cư trên địa bàn khu vực nghiên cứu 70Bảng 2.3 Bảng đánh giá các yếu tố liên quan đến nguy cơ trượt lở đất trên QL6 72Bảng 2.4 Ma trận so sánh cặp và trọng số của các yếu tố tham gia đánh giá nguy cơ trượt lở đất trên đoạn QL6 73Bảng 2.5 Thống kê nguy cơ TLĐ theo đơn vị hành chính và chiều dài đoạn QL6.75Bảng 2.6 Bảng đánh giá các yếu tố liên quan đến nguy cơ lũ lụt trên đoạn QL6 77Bảng 2.7 Ma trận so sánh cặp và trọng số của các yếu tố tham gia đánh giá nguy

cơ lũ lụt trên đoạn QL6 78Bảng 2.8 Thống kê nguy cơ lũ lụt theo đơn vị hành chính và chiều dài đoạn QL6.80Bảng 3.1 Các nguồn ảnh viễn thám được sử dụng trong nghiên cứu 93Bảng 3.2 Các thông số kĩ thuật cơ bản của thiết bị UAV DJI Phantom 3 Standard95Bảng 3.3 Hình ảnh một số vị trí tổn thương trên đoạn QL6 từ ảnh viễn thám và kết quả khảo sát thực địa 98Bảng 3.4 Thống kê hiện trạng tổn thương theo đơn vị hành chính cấp huyện 108Bảng 3.5 Các tiêu chí được dùng trong đánh giá TDBTT của đoạn QL6 112Bảng 3.6 Xếp hạng các tiêu chí tham gia đánh giá TDBTT 114Bảng 3.7 Ma trận so sánh cặp và trọng số của các tiêu chí 115Bảng 3.8 Phân chia giá trị dễ bị tổn thương và thống kê diện tích các nhóm nguy cơ

dễ bị tổn thương 117Bảng 3.9 Thống kê mức độ dễ bị tổn thương của đoạn QL6 theo đơn vị hành chính

và chiều dài tuyến 122

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Minh họa hai nhóm tiêu chí ảnh hưởng đến TDBTT của tuyến đường quốc lộ vùng núi 41Hình 1.2 Sơ đồ các bước trong phương pháp xây dựng bản đồ nguy cơ dễ bị tổn thương cho tuyến đường quốc lộ vùng núi 53Hình 2.1 Các bộ phận trên mặt cắt ngang một tuyến đường bộ vùng núi 58Hình 2.2 Bản đồ đoạn quốc lộ 6 đi qua các đơn vị hành chính cấp huyện thuộc tỉnh Hòa Bình và không gian nghiên cứu 60Hình 2.3 Bản đồ phân vùng nguy cơ trượt lở đất trên đoạn QL6 theo không gian nghiên cứu 76Hình 2.4 Bản đồ phân vùng nguy cơ lũ lụt trên đoạn QL6 theo không gian nghiên cứu 81Hình 2.5 Bản đồ tính ổn định nền đường đoạn QL6 theo không gian nghiên cứu.83Hình 2.6 Bản đồ phân cấp độ dốc dọc tuyến đoạn QL6 theo không gian nghiên cứu 85Hình 2.7 Bản đồ phân loại chất lượng mặt đường đoạn QL6 theo không gian nghiên cứu 87Hình 2.8 Bản đồ phân loại các khúc cua trên đoạn QL6 theo không gian nghiên cứu 89Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thành lập bản đồ hiện trạng tổn thương tuyến đường quốc

lộ vùng núi 92Hình 3.2 Sơ đồ quy trình phát hiện tổn thương trên tuyến đường quốc lộ vùng núi

từ dữ liệu ảnh bay chụp bằng UAV 96Hình 3.3 Bản đồ hiện trạng tổn thương đoạn QL6 104Hình 3.4 Một số hình ảnh khảo sát tại thực địa 107Hình 3.5 Biểu đồ so sánh diện tích tổn thương theo huyện và chiều dài tuyến 109Hình 3.6 Sơ đồ quá trình thành lập bản đồ nguy cơ dễ bị tổn thương đoạn QL6.111Hình 3.7 Biểu đồ phân bố giá trị dễ bị tổn thương khu vực nghiên cứu 116Hình 3.8 Bản đồ nguy cơ dễ bị tổn thương của đoạn QL6 tỉnh Hòa Bình 118

Hình 3.9 Biểu đồ biểu diễn diện tích khu vực dễ bị tổn thương ở các mức độ 119Hình 3.10 Biểu đồ biểu diễn các đoạn tuyến dễ bị tổn thương ở các mức độ 119Hình 3.11 Diện tích dưới đường cong ROC 123Hình 3.12 Đánh giá độ chính xác của mô hình nghiên cứu TDBTT trên đoạn QL6 124

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ANN Artificial Neural Network

(Mạng nơ ron nhân tạo)

AHP Analytical Hierachy Process

(Phương pháp phân tích thứ bậc)

AUC Area Under Curve

(Diện tích dưới đường cong)

BĐKH Biến đổi khí hậu

FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations

(Tổ chức Nông lương Thế giới)

FEWS Famine Early Warning System

(Hệ thống cảnh báo sớm nạn đói nghèo)

FR Frequency Ratio

(Tỷ số tần số)

FSI Flood Susceptibility Index

(Chỉ số nhạy cảm lũ lụt)

GIS Geographic Information System

(Hệ thống thông tin địa lý)

GPS Global Positioning System

(Hệ thống định vị toàn cầu)

HĐBT Hoạt động bình thường

IDW Inverse Distance Weighting

(Phương pháp nội suy IDW)

IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change

(Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu)

Lineament Các yếu tố dạng tuyến

LSI Landslide Susceptibility Index

(Chỉ số nhạy cảm trượt lở đất)

NASA National Aeronautics and Space Administration

(Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ)

NCS Nghiên cứu sinh

NCSHD The National Consortium on Safety, Hazards, and Disaster Assessment

(Hiệp hội quốc gia về an toàn, nguy hiểm và đánh giá thiên tai của Hoa Kỳ)

NCRST National Consortium for Remote Sensing in Transportation

(Hiệp hội quốc gia về viễn thám trong giao thông vận tải của Hoa Kỳ)

nnk Nhiều người khác

NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration, Coastal Services Center

(Cục quản lý khí quyển và đại dương quốc gia)

NRC The National Research Council

(Hội đồng nghiên cứu quốc gia)

pixel Picture Element (Điểm ảnh)

RAPID Road Assessment Programme Inspection Device

(Thiết bị kiểm tra cơ sở hạ tầng đường bộ)

RI Random Consistency Index

(Chỉ số nhất quán ngẫu nhiên)

ROC Receiver Operating Characteristic

(Đường cong ghi nhận tín hiệu)

RSPA Research and Special Programs Administration

(Viện nghiên cứu chương trình đặc biệt)

RVI Road Vulnerability Index

(Chỉ số dễ bị tổn thương của đường bộ)

SAR Synthetic Aperture Radar

(Radar khẩu độ tổng hợp)

SOPAC The South Pacific Applied Geo-science Commission

(Uỷ ban Địa học ứng dụng Nam Thái Bình Dương)

SPSS Statistical Package for the Social Sciences

(Máy bay không người lái)

UN United Nations

(Liên hợp quốc)

UNEP United Nations Environment Programme

(Chương trình môi trường Liên hiệp quốc)

USAID United States Agency for International Development

(Cơ quan phát triển quốc tế của Hoa Kỳ)

USDOT United State Department of Transportation

(Bộ Giao thông vận tải Hoa Kỳ)

USEPA United States Environmental Protection Agency

(Cục bảo vệ môi trường Hoa Kỳ)

USGS The United States Geological Survey

(Cục địa chất liên bang Mỹ)

VI Vulnerability Index

(Chỉ số dễ bị tổn thương)

WFP World Food Programme

(Chương trình lương thực thế giới)

XDCB Xây dựng cơ bản

3D Three Dimensions

(Ba chiều)

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ở Việt Nam, tuyến QL6 qua địa phận tỉnh Hòa Bình dài khoảng 115km, là tuyến đường huyết mạch nối liền Hà Nội, đồng bằng Bắc Bộ với Tây Bắc và Thượng Lào [23] Đây là tuyến đường trọng yếu phục vụ cho phát triển giao thương các tỉnh vùng núi phía Bắc cũng như đảm bảo an ninh quốc phòng cho đất nước Tai biến thiên nhiên không chỉ gây thiệt hại lớn về người và tài sản mà còn làm suy giảm chất lượng khai thác của đoạn QL6 Theo thống kê cho thấy, ¾ chiều dài đoạn QL6 tỉnh Hòa Bình chạy qua địa hình đồi núi, qua các vùng có cấu trúc địa chất phức tạp, chịu ảnh hưởng của các đới kiến tạo phá huỷ Trong lịch

sử, tai biến lũ lụt và trượt lở đất xảy ra khá thường xuyên trên tuyến đường này Trận mưa lớn kéo dài trong các ngày từ 9-13/10/2017 đã gây ngập úng cục bộ và sạt lở đất trên tuyến QL6, đặc biệt, tại Km131+050 đến Km131+250, ngã ba Tòng Đậu thuộc huyện Mai Châu, tỉnh Hòa Bình, nước lũ dâng cao trên 2m so với mặt đường gây ách tắc giao thông cục bộ, kéo dài gần một tuần, khiến cho hàng trăm

xe tại hai đầu tuyến đường này phải nằm chờ kéo dài hàng km Về công trình hạ tầng, giao thông thủy lợi, có hơn 180 công trình bị hư hỏng nặng hoặc thiệt hại hoàn toàn Về giao thông, toàn tỉnh Hòa Bình có số điểm sạt lở taluy dương khoảng 750 điểm, với tổng khối lượng sạt lở khoảng 550 nghìn m3; 72 điểm sạt lở taluy âm Ước tính tổng thiệt hại trên địa bàn toàn tỉnh đến ngày 19/10/2017 là khoảng 1.630 tỷ đồng [24] Mới đây nhất, ngày 31/08/2019, do ảnh hưởng của hoàn lưu bão, trên địa bàn tỉnh Hòa Bình xuất hiện mưa to đến rất to, dẫn đến tình trạng ngập úng, sạt lở đất đá trên tuyến QL6, đặc biệt, trượt lở đất xảy ra nghiêm trọng nhất tại Km140+80, thuộc địa phận xóm Phiêng Sa, xã Đồng Bảng, huyện Mai Châu (Hòa Bình), hơn 1.000m3 đất đá đã sạt lở xuống đường, gây ách tác giao thông nghiêm trọng từ khoảng 6 giờ sáng 31/08 Các cơ quan chức năng đã phải huy động rất nhiều nhân lực, vật lực để giải phóng khối đất đá bị sạt lở, đảm bảo cho giao thông trên tuyến QL6 được thông suốt [25] Rõ ràng ở đây, mặc dù địa phương và các đơn vị quản lý đã có kế hoạch ứng phó trước mỗi mùa mưa

bão, song chất lượng khai thác tuyến QL6 vẫn bị gián đoạn, trì trệ, không thông suốt, thời gian kéo dài từ vài giờ đồng hồ cho đến vài ngày tùy theo lý trình và điều đó thể hiện tính dễ bị tổn thương (TDBTT) của tuyến QL6 từ mức độ rất ít cho đến rất nhiều

Trên thế giới, mặc dù khái niệm TDBTT của đường bộ được đưa ra khá sớm song việc nghiên cứu đánh giá TDBTT của đường bộ do tác động của các loại hình tai biến thiên nhiên trên cơ sở tích hợp viễn thám và GIS mới chỉ được quan tâm và thực hiện trong hơn 10 năm trở lại đây Với mục đích nhằm giảm thiểu thiệt hại do các tai biến thiên nhiên gây ra, nhiều nhà khoa học trên thế giới đều nhận định rằng cần phải chỉ ra sự phân bố các đoạn đường có nguy cơ dễ bị tổn thương trong tương lai, trong đó, ứng dụng viễn thám và GIS được xem là phương pháp đánh giá hiệu quả [91, 102, 103] Việc dự báo, chỉ ra các đoạn đường có nguy cơ dễ bị tổn thương với các mức độ khác nhau trên cơ sở ứng dụng viễn thám và GIS có thể áp dụng hiệu quả và kinh tế đối với những tuyến đường trải dài qua nhiều dạng địa hình, địa chất phức tạp như tuyến QL6 tỉnh Hòa Bình Trong khi đó, nếu đánh giá tính dễ bị tổn thương của tuyến đường quốc lộ vùng núi theo phương pháp truyền thống (khảo sát địa kỹ thuật) thì tồn tại rất nhiều bất cập, như: chi phí lớn, mất nhiều thời gian, phạm vi khảo sát hẹp, kết quả đánh giá chỉ có ý nghĩa tại thời điểm khảo sát mà không mang tính dự báo

Ở Việt Nam, các nghiên cứu đánh giá tình trạng tổn thương của đường căn

cứ chủ yếu vào chất lượng bề mặt đường hoặc tập trung vào việc thống kê số điểm trượt lở đất đá dọc tuyến hoặc chỉ ra các điểm có nguy cơ trượt lở cao qua phân tích địa hình, địa mạo Phần lớn nội dung các nghiên cứu này không đề cập tới khả năng chống chịu của tuyến đường trước tác động của các tai biến thiên nhiên, phương pháp đánh giá chủ yếu là thông qua khảo sát thực địa, kết quả nghiên cứu chỉ có ý nghĩa tức thời

Với những lý do trên, nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh

giá tính dễ bị tổn thương của tuyến đường quốc lộ vùng núi bằng công nghệ viễn thám và GIS (Đoạn Quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình)”

2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

 Mục tiêu nghiên cứu:

Xác định bộ tiêu chí và đánh giá nguy cơ dễ bị tổn thương của tuyến đường quốc lộ vùng núi bằng công nghệ viễn thám và GIS (Đoạn quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình)

 Nội dung nghiên cứu:

- Tổng quan, xác lập cơ sở lý luận, bộ tiêu chí và phương pháp nghiên cứu đánh giá tính dễ bị tổn thương của tuyến đường quốc lộ vùng núi trên cơ sở tích hợp công nghệ viễn thám và GIS

- Phân tích hai nhóm tiêu chí ảnh hưởng tới tính dễ bị tổn thương của đoạn quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình

- Phân tích hiện trạng tổn thương của đoạn quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình bằng công nghệ viễn thám

- Đánh giá và xây dựng bản đồ nguy cơ dễ bị tổn thương với các mức độ khác nhau của đoạn quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và GIS

- Đề xuất các giải pháp đảm bảo chất lượng khai thác của đoạn quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu: Tính dễ bị tổn thương của đoạn quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình do tai biến lũ lụt, trượt lở đất bằng công nghệ viễn thám và GIS

* Phạm vi không gian: Từ đỉnh các dãy núi (đường phân thủy đỉnh ở vùng thượng lưu) đến đáy các thung lũng (đường tụ thủy ở vùng hạ lưu) cắt ngang qua đoạn quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình

4 Những điểm mới của luận án

- Điểm mới 1: Đã xác định được bộ tiêu chí đánh giá tính dễ bị tổn thương của đoạn quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình, bao gồm nhóm tiêu chí về các tai biến thiên nhiên và nhóm tiêu chí về các yếu tố nội tại của tuyến đường

- Điểm mới 2: Đánh giá được nguy cơ dễ bị tổn thương với các mức độ khác nhau của đoạn quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình bằng công nghệ viễn thám và GIS

5 Các luận điểm bảo vệ

- Luận điểm 1: Bộ tiêu chí đánh giá tính dễ bị tổn thương của đoạn quốc lộ 6

tỉnh Hòa Bình bao gồm nhóm tiêu chí về các tai biến thiên nhiên và nhóm tiêu chí

về các yếu tố nội tại của tuyến đường

- Luận điểm 2: Kết quả đánh giá nguy cơ dễ bị tổn thương theo các mức độ

khác nhau với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và GIS là cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp đảm bảo chất lượng khai thác đường bộ của đoạn quốc lộ

6 thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học: Kết quả luận án góp phần hoàn thiện bộ tiêu chí,

phương pháp và quy trình đánh giá TDBTT của đoạn quốc lộ 6 thuộc địa phận tỉnh

Hòa Bình, có thể vận dụng cho các khu vực có điều kiện tự nhiên tương tự

- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án đã làm rõ được nguy

cơ dễ bị tổn thương với các mức độ khác nhau, làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp đảm bảo chất lượng khai thác đường bộ đoạn quốc lộ 6 thuộc

tỉnh Hòa Bình

7 Cơ sở tài liệu

- Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 (Nguồn: Xí nghiệp đo đạc ảnh địa hình - Bộ Tài nguyên và Môi trường)

- Bản đồ hoàn công đường bộ tỷ lệ 1: 500 đoạn QL6, thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình năm 2002 (Nguồn: Cục quản lý đường bộ I - Tổng cục đường bộ Việt Nam)

- Bản đồ ổn định nền đường tỷ lệ 1: 10000 đoạn QL6, thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình năm 1998 (Nguồn: Cục quản lý đường bộ I - Tổng cục đường bộ Việt Nam)

- Bản vẽ mặt cắt dọc tỷ lệ 1:2000 đoạn QL6, thuộc địa phận tỉnh Hòa Bình năm

2002 (Nguồn: Cục quản lý đường bộ I - Tổng cục đường bộ Việt Nam)

- Bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 (Nguồn: Trung tâm thông tin lưu trữ địa chất - Tổng cục địa chất và khoáng sản Việt Nam)

- Dữ liệu lượng mưa từ năm 2007 - 2016 tại 5 trạm quan trắc (Mai Châu, Kim Bôi, Lạc Sơn, Hòa Bình, Chi Nê) trên địa bàn tỉnh Hòa Bình

- Các ảnh vệ tinh bao trùm toàn bộ khu vực nghiên cứu: Ảnh GeoEye-1, ảnh Spot 5 vào các năm 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016, 2017

- Dữ liệu ảnh chụp khu vực nghiên cứu từ máy bay không người lái (UAV) vào năm 2017, 2018

- Các công trình nghiên cứu đánh giá TDBTT của mạng lưới giao thông đường bộ do tai biến đã công bố (đề tài, luận án, luận văn) từ năm 2000 đến năm

2017

- Các tài liệu, dữ liệu NCS thu thập được trong quá trình nghiên cứu và khảo sát thực địa vào tháng 05/2015, tháng 08/2016, tháng 10/2017, tháng 10/2018

- Kết quả đo đạc bằng công nghệ GPS ngoài thực địa của NCS

8 Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, cấu trúc luận án gồm 03 chương:

Chương 1 Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu tính dễ bị tổn thương của tuyến đường quốc lộ vùng núi

Chương 2 Xây dựng bộ tiêu chí cho đánh giá tính dễ bị tổn thương của đoạn quốc lộ 6 tỉnh Hòa Bình

Chương 3 Đánh giá tính dễ bị tổn thương của đoạn quốc lộ 6 tỉnh Hòa Bình bằng viễn thám - GIS và các biện pháp đảm bảo chất lượng khai thác đường bộ

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH DỄ BỊ TỔN THƯƠNG CỦA TUYẾN ĐƯỜNG QUỐC LỘ VÙNG NÚI

Chương 1 trình bày tổng quan các công trình nghiên cứu có liên quan ở trên thế giới, ở Việt Nam cũng như liên quan đến khu vực nghiên cứu; cơ sở lý luận nghiên cứu TDBTT của tuyến đường quốc lộ vùng núi, từ đó, đưa ra quan điểm, phương pháp và hình thành hướng tiếp cận phù hợp trong đánh giá nguy cơ dễ bị tổn thương với các mức độ khác nhau do tai biến thiên nhiên trên tuyến đường quốc

lộ vùng núi

1.1 Tổng quan các công trình nghiên cứu có liên quan

1.1.1 Các nghiên cứu về tính dễ bị tổn thương của đường bộ

1.1.1.1 Các nghiên cứu về tính dễ bị tổn thương

Tính dễ bị tổn thương (Vulnerability) là một khái niệm khá trừu tượng, được đề cập trong rất nhiều tài liệu và được nghiên cứu ở các lĩnh vực khác nhau (hệ thống tự nhiên - xã hội, kinh tế, chính trị, môi trường, y tế, tài nguyên thiên nhiên,…), ở các quy mô, khía cạnh khác nhau (cấp vùng, cấp khu vực,…) dưới các tác động và hoàn cảnh đa dạng (sự BĐKH toàn cầu, tai biến thiên nhiên và biến động môi trường, biến động giá cả hàng hóa trên thị trường, sự khan hiếm lương thực, sự thay đổi tổ chức và thể chế, thảm họa công nghệ, chiến tranh,…)

Liên quan đến khía cạnh biến đổi khí hậu (BĐKH), đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu của các tác giả, các tổ chức trên thế giới đề cập đến vấn đề này Trong đó, có một số khái niệm điển hình về TDBTT do BĐKH được đưa ra như sau:

- TDBTT là khả năng tiềm tàng và sự ảnh hưởng của các tai biến trong từng bối cảnh cụ thể của xã hội, môi trường sống, BĐKH [38]

- TDBTT là sự nhạy cảm của hệ thống tự nhiên hay xã hội do những thiệt hại lâu dài từ BĐKH [115]

- TDBTT do BĐKH là mức độ mà hệ thống dễ bị tác động và không có khả năng chống chịu trước những tác động bất lợi [116]

Từ những khái niệm điển hình trên có thể thấy TDBTT là mức độ tổn thất, suy thoái của hệ thống, mức độ chống chịu, phục hồi, ứng phó của nó trước các tác động từ bên ngoài (tai biến thiên nhiên và các hoạt động nhân sinh)

1.1.1.2 Các nghiên cứu về tính dễ bị tổn thương của đường bộ

Trong lĩnh vực giao thông đường bộ, rất nhiều nhà khoa học than phiền về việc thiếu một định nghĩa đầy đủ, chính thức về TDBTT của đường bộ, trong đó, phần lớn nhìn nhận bất cứ một mối đe dọa nào tới độ tin cậy của mạng lưới giao thông sẽ khiến cho mạng lưới giao thông bị tổn thương tại một số điểm cụ thể hoặc bị suy yếu toàn bộ [40, 52] Bởi lẽ, độ tin cậy của mạng lưới giao thông đường bộ thường được đánh giá theo các phương pháp kỹ thuật truyền thống, trong đó, độ tin cậy có thể biểu hiện qua nhiều khía cạnh, như: sự liên kết giữa các tuyến đường đảm bảo sự thông suốt, ổn định; hoặc mức độ ổn định của các phương tiện tham gia giao thông trên đường; chi phí bảo dưỡng và chi phí nhiên liệu cho các phương tiện tham gia trên đường;… Chính vì vậy, có nhiều định nghĩa đánh giá TDBTT của đường bộ dựa trên các khía cạnh này, cụ thể như sau:

- Độ tin cậy của mạng lưới giao thông đường bộ thể hiện thông qua khả năng kết nối và thời gian di chuyển trên đường [36]

- Đánh giá hoặc dự đoán các tác động của các sự cố bên ngoài tới sự gián đoạn phục vụ của mạng lưới đường bộ là trọng tâm chính trong đánh giá TDBTT đường bộ [53]

- TDBTT của đường bộ liên quan đến sự suy yếu của mạng lưới giao thông đường bộ và hậu quả của nó gây ra tới sự phát triển kinh tế - xã hội [52]

- TDBTT của đường bộ liên quan đến khả năng phục vụ, cụ thể là khả năng

sử dụng một liên kết, một tuyến đường trong một thời điểm nhất định [68]

1.1.2 Các nghiên cứu đánh giá TDBTT của đường bộ bằng công nghệ viễn thám

và GIS trên thế giới

Các nghiên cứu đánh giá TDBTT trước khi xảy ra thảm họa có khả năng làm giảm đáng kể số lượng người thương vong, tử vong, thiệt hại về tài sản nếu được sử dụng theo cách thích hợp Chúng đòi hỏi phải có một tập hợp các nguồn

dữ liệu (các yếu tố phơi nhiễm) liên quan đến TDBTT (là những tác động dự đoán) và các nguy cơ tai biến [78]

Mãi cho đến những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, ngày càng có nhiều các công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá TDBTT của mạng lưới giao thông đường bộ Trong đó, toàn bộ các thông tin chiết xuất được từ hình ảnh viễn thám đóng vai trò

là nguồn dữ liệu đầu vào quan trọng, bên cạnh đó, không thể thiếu GIS - công cụ

xử lý, phân tích để thành lập bản đồ đánh giá TDBTT của đường bộ trước tác động của các loại hình tai biến thiên nhiên

1.1.2.1 Đánh giá tính dễ bị tổn thương của đường bộ bằng công nghệ viễn thám

Trên thế giới, viễn thám là một ngành khoa học và công nghệ được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giao thông vận tải, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông đường bộ Đây chính là tiền đề mở đầu cho quá trình ứng dụng viễn thám trong đánh giá TDBTT của đường bộ [75]

Công nghệ viễn thám được ứng dụng trong lĩnh vực giao thông đường bộ từ rất sớm, bắt đầu từ năm 1972, ảnh hàng không chụp từ máy bay có người lái đã được sử dụng để cung cấp các thông tin liên quan đến đường bộ, cơ sở hạ tầng đường bộ nhằm giúp các nhà quản lý, các nhà hoạch định chính sách trong việc quản lý hệ thống giao thông vận tải [70] Các dữ liệu hình ảnh này cung cấp các thông tin của đường bộ nhanh chóng, chi tiết mà không mất nhiều thời gian Nhìn chung, vào giai đoạn này, công nghệ viễn thám được đánh giá là công cụ phục vụ cho việc quản lý giao thông đường bộ thông qua việc cung cấp các thông tin của đường bộ, hạ tầng đường bộ [75]

Trong lĩnh vực giao thông đường bộ, tổn thương đường bộ không đơn thuần là sự mất mát, sự hư hỏng, sự không nguyên vẹn như hiện trạng ban đầu,

mà dòng xe bị tắc nghẽn trên đường cũng là một trong những dấu hiệu cho thấy đường bộ bị tổn thương, không đảm bảo chất lượng khai thác Bộ Giao thông vận tải (USDOT) và Hiệp hội quốc gia về viễn thám trong giao thông vận tải của Hoa Kỳ (NCRST) đã sử dụng hình ảnh vệ tinh quang học Quickbird, Ikonos và ảnh vệ tinh hồng ngoại nhiệt nhằm thay thế cho các bộ cảm biến đường bộ trong

theo dõi, giám sát sự tắc nghẽn trên đường bộ, bởi những dữ liệu hình ảnh này cho phạm vi quan sát rộng lớn và tiết kiệm chi phí [75] Ngoài ra, Hiệp hội quốc gia về an toàn, nguy hiểm và đánh giá thiên tai của Hoa Kỳ (NCSHD) còn nhận định các dữ liệu viễn thám có độ phân giải không gian siêu cao này (Quickbird, Ikonos) còn cung cấp những thông tin quan trọng trong việc quản lý và bảo vệ cơ

sở hạ tầng đường bộ [109]

Tuy nhiên, trong quá trình quản lý, đòi hỏi công nghệ viễn thám cần phải cung cấp hình ảnh tức thời, chủ động về mặt thời gian, ít tốn kém hơn và có độ phân giải không gian cao hơn, Jensen (2000) đã chỉ ra rằng có thể quản lý hiệu quả mạng lưới giao thông đường bộ bằng hình ảnh được cung cấp từ UAV trong khoảng thời gian 10 phút và độ phân giải không gian lên tới 6 inch Với công nghệ mới này, dữ liệu hình ảnh chụp được không chỉ cung cấp các thông tin của đường bộ (độ rộng, chất liệu mặt đường, số làn đường,…), cơ sở hạ tầng đường

bộ (cầu, cống,…) mà còn có thể cung cấp và đo lường chính xác mật độ, lưu lượng các phương tiện trên đường, điều này giúp nâng cao hiệu quả quản lý mạng lưới giao thông đường bộ từ xa [70] Để đánh giá mức độ tổn thương của đường bộ do dòng xe, các dữ liệu hình ảnh thời gian thực từ các máy bay không người lái UAVs cũng có thể được sử dụng để giám sát mức độ tắc nghẽn trên đường bộ Công nghệ này có rất nhiều ưu điểm vượt trội so với các dữ liệu hình ảnh vệ tinh quang học, đó là: cung cấp dữ liệu hình ảnh có độ phân giải không gian cao, tức thời, nhanh chóng, chủ động được về mặt thời gian Tuy nhiên, công nghệ bay chụp ảnh từ UAV chỉ hiệu quả trong phạm vi quy mô nhỏ, còn khi tuyến đường bộ trải dài trên một khu vực rộng lớn thì công nghệ này lại không hiệu quả do phải xử lý một khối lượng lớn dữ liệu, chi phí đầu tư tốn kém hơn,… Khắc phục nhược điểm này, nhiều nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh quang học có độ phân giải không gian cao, siêu cao (Spot, Ikonos, Quickbird,…) để chiết tách các thông tin của đường bộ, cơ sở hạ tầng đường bộ, thảm thực vật, nhà cửa,… nhằm phục vụ cho các công tác quản lý cũng như đánh giá hiện trạng tổn thương của đường bộ [118]

Ngoài theo dõi sự ùn tắc trên đường, theo dõi cơ sở hạ tầng đường bộ thì việc đánh giá mức độ thiệt hại sau thảm họa là một trong những nội dung bước đầu trong đánh giá TDBTT của đường bộ Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat được sử dụng nhiều trong việc theo dõi sự thay đổi kích thước hình học mặt đường bộ, những hư hỏng trên đường, hư hỏng cơ sở hạ tầng đường bộ sau thảm họa động đất, cung cấp những thông tin quan trọng trong đánh giá tổn thương của đường bộ sau thảm họa [59, 60]

Trong một nghiên cứu khác, dữ liệu hình ảnh chụp được từ hai máy chụp ảnh đặt trên nóc xe ô tô kết hợp với các bộ cảm biến thời gian thực (video, cảm biến sinh học được gắn trên xe ô tô), bộ định vị GPS giúp tạo ra dữ liệu không gian 3D phong phú, đầy đủ về đường bộ (độ rộng, chất lượng mặt đường, số lượng cột đèn, biển báo, cây cối hai bên đường, ) Công nghệ này sử dụng phần mềm chuyên dụng để xác định, mô tả và phân tích các thiệt hại, hư hỏng xảy ra trên đường, các cung đường có tầm nhìn bị che khuất, các cung đường có độ dốc lớn thông qua chương trình thu thập hình ảnh thông minh dọc tuyến Mục tiêu của chương trình này cũng là đánh giá hiện trạng tổn thương của đường bộ thông qua các tiêu chí chính, như: Chất lượng mặt đường có tốt không? Tầm nhìn xe chạy có thông thoáng không? Tuyến đường có nhiều đoạn cong không? Độ dốc dọc tuyến

có lớn và nhiều, gây khó khăn cho việc di chuyển trên đường không? Với mỗi tiêu chí này, các chuyên gia sẽ đánh giá và cho điểm theo thang điểm từ “một sao”, “hai sao”, “ba sao”, “bốn sao” cho đến “năm sao” Đoạn tuyến hoặc tuyến đường chỉ có mức đánh giá trung bình là “một sao” thì được xếp vào loại chất lượng khai thác kém, mức độ dễ bị tổn thương cao và ngược lại, nếu đoạn tuyến hoặc tuyến đường có mức đánh giá trung bình là “năm sao” thì được xếp loại chất lượng khai thác tốt, mức độ dễ bị tổn thương thấp Việc đánh giá và cho điểm này không cố định, nó có thể thay đổi tùy theo tình hình thực tế của tuyến đường, việc đánh giá này sẽ được tiến hành định kỳ, sau 2 đến 3 tháng Nghiên cứu này không đòi hỏi nhiều về nhân lực, chỉ cần 2 người vận hành chương trình (một người lái

xe ô tô, một người vận hành máy tính kết nối dữ liệu hình ảnh và bộ cảm biến) là

đủ, chương trình này đã áp dụng và rất thành công ở những quốc gia phát triển,

như: Mỹ, Pháp, Úc, Đức và một vài quốc gia đang phát triển (Rumani) [109, 110]

Ở Việt Nam, chương trình này cũng đã được thử nghiệm bước đầu vào năm 2001 song chưa được ứng dụng trong thực tế do chi phí đào tạo nguồn nhân lực và chi phí đầu tư máy móc, phần mềm chuyên dụng khá cao so với mặt bằng chung ở Việt Nam

Ở vùng núi, địa hình sườn dốc, chia cắt nhiều, nên các tuyến đường nơi đây thường phải đắp cao đào sâu, nhiều khúc cong bám sát địa hình, nhiều đoạn còn thuộc lưu vực của những sông, suối lớn, chính vì vậy, các tuyến đường vùng núi rất nhạy cảm trước tác động của các sự cố bên ngoài, nếu khả năng chống chịu của tuyến đường càng tốt thì mức độ dễ bị tổn thương càng thấp Trong hơn một thập

kỷ qua, nhiều nghiên cứu sử dụng hình ảnh vệ tinh chủ động SAR được sử dụng

để giải thích mức độ hình thành và tác động của tai biến (động đất) lên hệ thống giao thông đường bộ, Ronald T Eguchi et al đã sử dụng đồng thời cả ảnh radar, ảnh vệ tinh quang học Ikonos và ảnh chụp từ máy bay để đánh giá hiện trạng tổn thương của đường bộ sau thảm họa động đất Trong đó, ảnh vệ tinh chủ động được

sử dụng để khai thác độ cao, chiều rộng của các tòa nhà, ảnh vệ tinh quang học Ikonos được dùng để khai thác các thông số và thông tin của đường bộ, cơ sở hạ tầng đường bộ, còn ảnh hàng không chụp từ máy bay có người lái được dùng sau thảm họa động đất để xác định mức độ phá hủy, ước tính thiệt hại do trận động đất gây ra Nghiên cứu này cho thấy dữ liệu viễn thám có hiệu quả cao trong việc định lượng tổn thương của đường bộ sau thảm họa cũng như ước tính thiệt hại sơ bộ sau thảm họa (số nhà cửa bị phá hủy, số km đường bị hư hại, ), theo dõi tiến trình phục hồi và tái thiết sau thảm họa [90] Cũng tiếp nối hướng nghiên cứu này, theo kết quả nghiên cứu của NASA và RSPA của Bộ giao thông vận tải Hoa Kỳ, ảnh vệ tinh chủ động có thể được sử dụng để đánh giá nguy cơ xảy ra tai biến (động đất), ảnh vệ tinh Spot và hình ảnh ghi nhận từ UAV được dùng để đánh giá hiện trạng

dễ bị tổn thương của đường bộ và lên kế hoạch di dời sau tai biến [118] Qua nghiên cứu này, nhận thấy ảnh vệ tinh chủ động có nhiều ưu điểm (chụp được trong mọi điều kiện thời tiết, chụp xuyên được qua mây, sương mù,…) song nhược điểm là khó giải đoán bằng mắt

Nghiên cứu của Estrada, M et al còn cho thấy khả năng xác định và khoanh vi các tổn thương do tai biến thiên nhiên đã xảy ra trên tuyến đường từ ảnh

vệ tinh Landsat 7 bằng các kỹ thuật tăng cường chất lượng ảnh [59, 60] Ngoài kỹ thuật tăng cường chất lượng ảnh để phát hiện những tổn thương trên đường bộ, nhiều nghiên cứu xây dựng mô hình số độ cao (DEM) từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat, sau đó, xây dựng bản đồ độ dốc từ mô hình DEM này Các nghiên cứu này cũng sử dụng ảnh vệ tinh Landsat-7, sau đó, chồng phủ lên mô hình số độ cao DEM hoặc bản đồ độ dốc để xác định và khoanh vùng tổn thương do tai biến trên các tuyến đường giao thông [50]

Ngày nay, dữ liệu điểm đám mây và hình ảnh từ công nghệ bay quét Lidar trên máy bay còn cho phép lập bản đồ trực quan 3D về cơ sở hạ tầng đường bộ, theo dõi dòng xe tắc nghẽn trên đường, đánh giá tình trạng chất lượng mặt đường, [99]

Nhìn chung, trong đánh giá TDBTT của mạng lưới giao thông đường bộ bằng công nghệ viễn thám, mỗi một nguồn dữ liệu viễn thám lại có những ưu, nhược điểm riêng, như: dữ liệu hình ảnh chụp từ máy bay không người lái cho độ phân giải không gian cao, chủ động về mặt thời gian song lại không hiệu quả khi đánh giá tổn thương đường bộ trên một phạm vi quá rộng do phải xử lý khối lượng hình ảnh nhiều; dữ liệu ảnh vệ tinh chủ động có thể thu thập thông tin của đường

bộ trong mọi điều kiện thời tiết song lại khó giải đoán bằng mắt Chính vì vậy, việc sử dụng và giải đoán các dữ liệu ảnh vệ tinh quang học vẫn được coi là phương pháp đáng tin cậy và hiệu quả trong việc đánh giá TDBTT của đường bộ trên một khu vực có quy mô rộng lớn [104]

1.1.2.2 Đánh giá tính dễ bị tổn thương của đường bộ bằng công nghệ GIS

a Về đặc điểm của công nghệ GIS đối với đánh giá TDBTT

Công nghệ GIS cho phép đo đạc, định lượng mức độ dễ bị tổn thương của các tuyến đường bộ [43, 44, 45] Ngoài ra, công nghệ GIS cho phép dự báo trong tương lai, tuyến đường sẽ có nguy cơ bị tổn thương ở đâu, mức độ như thế nào trước tác động của các tai biến thiên nhiên

TDBTT của hệ thống giao thông đường bộ được hiểu là là “tính nhạy cảm

đối với các sự cố có thể làm giảm đáng kể khả năng sử dụng mạng lưới đường bộ” [39] Nó sẽ được ước tính bằng tương quan giữa các yếu tố tác động lên con

đường với khả năng chống chịu của con đường, từ đó, nó có thể được sử dụng để chỉ ra các vị trí mà tuyến đường dễ bị tổn thương trong tương lai [39, 79] Do đó, việc xác định và lập bản đồ dự báo TDBTT của tuyến đường trong tương lai là một nhiệm vụ thiết yếu cho các nghiên cứu đánh giá tổn thương [102] Chính vì vậy, GIS là công cụ không thể thiếu, với khả năng cập nhật, hiển thị, chồng lớp đối tượng, phân tích không gian mạnh mẽ [105]

Ngày nay, việc đánh giá TDBTT của mạng lưới giao thông đường bộ trên

cơ sở tiến hành các phân tích GIS đã và đang thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu, đặc biệt trong bối cảnh, các tai biến thiên nhiên ngày càng gia tăng trên toàn cầu [95]

b Về nhóm phương pháp phân tích sử dụng trong GIS

Trên thế giới, trên cơ sở sử dụng GIS, các nghiên cứu thường tập trung đánh giá TDBTT của mạng lưới giao thông đường bộ trước tác động của các tai biến thiên nhiên nói chung [74, 80, 83, 108] hoặc tập trung đánh giá TDBTT của mạng lưới giao thông đường bộ trước tác động của từng loại tai biến riêng rẽ, như: động đất [31, 94, 118], trượt lở đất [32, 85], thời tiết cực đoan [42], lũ lụt [37, 117],

Trong những năm gần đây, các nghiên cứu đánh giá TDBTT của đường bộ

do lũ đã tăng lên đáng kể với các cách tiếp cận khác nhau, từ quan sát trực tiếp hậu quả sau thiệt hại, thực hiện thí nghiệm trong phòng hay sử dụng các mô hình vật

lý Có hai cách tiếp cận chính trong đánh giá TDBTT của đường bộ do tai biến lũ lụt, đó là:

- (1) Tập trung đánh giá thiệt hại về mặt kinh tế, thường định lượng bằng tiền hoặc thông qua phần trăm tổn thất dự kiến;

- (2) Liên quan đến TDBTT về mặt cấu trúc của từng yếu tố, việc đánh giá dựa trên khả năng xảy ra thiệt hại

Theo hướng tiếp cận thứ hai này, Roxana L Ciurean et al cho rằng, có hai nhóm phương pháp chính trong đánh giá TDBTT của đường bộ do lũ lụt, đó là: nhóm các phương pháp thực nghiệm và nhóm các phương pháp phân tích [91]

Trên thực tế, ngoài các tai biến như: lũ lụt, động đất thì các tuyến đường bộ vùng núi còn phải đối mặt với hiện tượng trượt lở đất Khi hiện tượng này xảy ra đồng thời cùng với hiện tượng lũ lụt hoặc động đất thì mức độ tổn thương của đường bộ do trượt lở đất thường được đánh giá thấp hơn do hậu quả của chúng gây ra thường có xu hướng được tổng hợp lại Các nghiên cứu đánh giá TDBTT của đường bộ do trượt lở đất đã chứng minh rằng, trái ngược với các quá trình tự nhiên khác (lũ lụt, động đất), TDBTT của mạng lưới giao thông đường bộ do trượt

lở đất sẽ khó đánh giá hơn vì một số lý do sau [63, 66, 100]

- Sự phức tạp của các dạng trượt lở, quy mô và phạm vi diễn ra

- Sự thiếu vắng các phương pháp đánh giá có hệ thống để thể hiện cường độ trượt lở đất, không có một chỉ số chung cho việc biểu diễn cường độ trượt lở đất cũng như sự khan hiếm về mặt dữ liệu

- Sự định lượng không đồng nhất trong đánh giá TDBTT của các yếu tố khác nhau trước nguy cơ trượt lở đất có cơ chế giống nhau

- Sự biến đổi của TDBTT theo không gian và thời gian

- Việc thiếu cơ sở dữ liệu về mức độ thiệt hại trong quá khứ

- Các yếu tố phi vật lý cũng có thể gây ra tổn thương (cảnh báo sớm, nguy

cơ, nhận thức về rủi ro,…)

Đồng quan điểm với Roxana L Ciurean et al., Cees Van Westen và Nanette Kingma cũng cho rằng, có hai nhóm phương pháp chính trong đánh giá TDBTT của đường bộ nói chung, đó là: nhóm phương pháp hướng thực nghiệm (dựa vào kinh nghiệm của các chuyên gia) và nhóm phương pháp hướng phân tích (dựa trên việc phân tích, định lượng số liệu) [104]

Tổng hợp các nội dung trên cho thấy, có hai nhóm phương pháp chính để đánh giá TDBTT của đường bộ trước tác động của các sự cố bên ngoài: nhóm các phương pháp hướng thực nghiệm và nhóm các phương pháp hướng phân tích, (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Tổng quan các phương pháp đánh giá mức độ tổn thương

Dựa vào việc thu thập và phân tích các số liệu về thiệt hại xảy ra gần đây và trong quá khứ Liên quan đến TDBTT đối với các mức cường độ khác nhau

Ý kiến chuyên gia

Phương pháp này dựa trên ý kiến của các nhóm chuyên gia, để có được một đánh giá toàn diện về TDBTT, cần phải hỏi ý kiến của nhiều chuyên gia, việc này mất nhiều thời gian và mang tính chủ quan Đặc biệt, sau khi tiến hành xây dựng, sửa chữa, nâng cấp thì việc đánh giá lại TDBTT là vô cùng khó

Cho điểm

Phương pháp này sử dụng bảng câu hỏi với các thông số khác nhau để đánh giá những thiệt hại tiềm ẩn liên quan đến các mức độ nguy hiểm khác nhau Ưu điểm của phương pháp này là dễ cập nhật song lại phụ thuộc rất lớn vào nhận thức của người được hỏi

Nghiên cứu trạng thái và cấu trúc của các đối tượng

bị phơi nhiễm dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật thiết

kế với sự trợ giúp của các phần mềm máy tính Phân tích đa biến

(Phân tích chi tiết)

Sử dụng các phương pháp phức tạp, đòi hỏi rất nhiều dữ liệu, mất nhiều thời gian và có thể đánh giá được mức độ tổn thương đối với từng cấu trúc

a Nhóm phương pháp hướng thực nghiệm

Nhóm các phương pháp hướng thực nghiệm là nhóm các phương pháp đánh giá trực tiếp, dựa trên việc phân tích các số liệu thiệt hại quan sát được sau các vụ tai biến, dựa trên ý kiến của các nhóm chuyên gia để đánh giá mức độ tổn thương hoặc thông qua việc sử dụng các sử dụng bảng câu hỏi Ưu điểm chính của các phương pháp này là sử dụng dữ liệu thực tế, tuy nhiên, kết quả phụ thuộc rất nhiều vào ý kiến chủ quan của các chuyên gia cũng như nhận thức của người trả lời về nguy cơ, mức độ thiệt hại,… Nhóm phương pháp này đạt độ chính xác cao trong việc đánh giá TDBTT của mạng lưới đường bộ ở tỷ lệ lớn, phạm vi vùng nghiên cứu nhỏ song lại không phù hợp đối với các nghiên cứu ở tỷ lệ nhỏ, tỷ lệ trung bình, phạm vi vùng nghiên cứu lớn do chi phí cao

Theo phương pháp này, đánh giá TDBTT của đường bộ có thể dựa trên cơ

sở mối quan hệ được thiết lập giữa cường độ gây ra tổn thương đường bộ và mối nguy hại của các yếu tố tai biến thông qua việc gán thứ bậc và trọng số Thứ bậc biểu thị cho cường độ tác động cao hay thấp của mỗi một yếu tố trong nhóm các tai biến thiên nhiên, còn trọng số biểu thị cho mức độ nguy hại mạnh hay yếu của mỗi một yếu tố trong quá trình đánh giá TDBTT của đường bộ Việc gán thứ bậc

và trọng số này hoàn toàn phụ thuộc vào ý kiến, kinh nghiệm của các nhóm chuyên gia Để một kết quả đánh giá TDBTT của đường bộ có độ tin cậy cao thì cần phải tham khảo ý kiến của nhiều nhóm chuyên gia, việc này sẽ mất nhiều thời gian và mang nhiều yếu tố chủ quan do phụ thuộc vào kinh nghiệm của các chuyên gia là chính [111] Phương pháp này có thể áp dụng trong các giai đoạn nghiên cứu sơ bộ, còn để đánh giá TDBTT của đường bộ sau khi xây dựng, nâng cấp hoặc sửa chữa thì rất khó để đáp ứng [104]

Đánh giá TDBTT là một nhiệm vụ phức tạp vì nó bao gồm nhiều yếu tố (cộng đồng, kinh tế, xã hội, môi trường) và chịu tác động của nhiều yếu tố, nó thay đổi theo thời gian, theo quy mô và ở mỗi một khu vực địa lý, nó có thể đòi hỏi có một cách tiếp cận riêng [107] Chính vì vậy, trong nhiều năm trở lại đây, các nhà nghiên cứu đã áp dụng một mô hình phân tích mới - mô hình phân tích đa

chỉ tiêu (MCA) - cho phép đo lường, xác định giá trị tổn thương trên từng phần của đường bộ tùy thuộc vào đặc điểm, cấu trúc cũng như chức năng của đường bộ Nền tảng lý thuyết của bài toán đánh giá đa chỉ tiêu dựa trên quá trình phân tích thứ bậc do Thomas Saaty phát triển [83] Nhờ vào hệ thống các tiêu chí cụ thể của

mô hình, nguyên nhân gây tổn thương cũng có thể xác định một cách dễ dàng, điều này cho phép các nhà quản lý, các nhà hoạch định chính sách có thể tạo ra các kịch bản có ý nghĩa trong tương lai, để từ đó, có chiến lược ứng phó hiệu quả, giảm nhẹ thiên tai [37] Bên cạnh đó, mô hình này cho phép tiếp cận rộng hơn và bền vững hơn trong quản lý tai biến vì đã giảm thiểu tính chủ quan khi xem xét mối quan hệ giữa khả năng gây ra tổn thương với các yếu tố tai biến thiên nhiên bằng cách định lượng tầm quan trọng tương đối của các yếu tố [78]

Nội dung cơ bản của mô hình phân tích đa chỉ tiêu MCA là xây dựng một

hệ thống các bản đồ không gian biểu diễn các tiêu chí (các yếu tố có nguy cơ gây

ra tổn thương đường bộ), so sánh theo cặp tầm quan trọng của các yếu tố dựa trên tiêu chuẩn so sánh của Thomas Saaty trong một ma trận tương ứng, sau đó, tính toán tỷ trọng tương đối của mỗi yếu tố trong hàng loạt các yếu tố đặt ra theo các công thức tính toán tương ứng Sản phẩm của quá trình này sẽ là một hoặc nhiều

tờ bản đồ chỉ số tổng hợp (Composite Index maps) Hiện nay, để thực hiện các bài toán đánh giá bán định lượng, AHP được kết hợp trong một loạt các nền tảng GIS (ArcGIS, ILWIS-GIS,…) dưới dạng các modul khác nhau

Trong các nghiên cứu đánh giá TDBTT của đường bộ, AHP có khi chỉ được sử dụng để tính trọng số cho các lớp hoặc các yếu tố tai biến gây ra tổn thương đường bộ [89], có khi được sử dụng để tính trọng số cho cả hai [31, 37, 108]

b Nhóm phương pháp hướng phân tích

Đây là nhóm các phương pháp định lượng và thường được áp dụng ở quy

mô địa phương Độ tin cậy của phương pháp này phụ thuộc vào số lượng, chất lượng dữ liệu cũng như quy mô vùng nghiên cứu Phương pháp này tương đối khách quan vì sử dụng mô hình ước lượng xác suất thống kê trong quá trình gán trọng số cho các yếu tố gây ra tổn thương Theo cách tiếp cận này, bản đồ phân

cấp mạng lưới giao thông đường bộ với các tham số vật lý (chiều dài, độ rộng, đoạn cong, độ dốc đường,…) là dữ liệu đầu vào không thể thiếu trong các phép phân tích Nhìn chung, phép phân tích thống kê đơn biến được ưa chuộng hơn phép phân tích thống kê đa biến vì đơn giản hơn, các chuyên gia có thể sử dụng kinh nghiệm của mình trong việc xác định các tham số hoặc lựa chọn các tham số

để kết hợp trong phép phân tích [108]

Nhóm các phương pháp hướng phân tích sử dụng: (1) các thông số khác nhau liên quan đến tai biến (thời gian, vận tốc, lực tác động,…) được kiểm soát trực tiếp trong phòng thí nghiệm và tác động của chúng tới cấu trúc đường bộ được định lượng; (2) các mô hình số và kỹ thuật mô phỏng máy tính được sử dụng để ước lượng độ tin cậy hoặc tính toán xác suất tổn thất của yếu tố đó, nếu tai biến là hiện tượng lũ thì mô hình thủy văn của vùng ngập là điều kiện tiên quyết [97] Cách tiếp cận này đòi hỏi một số lượng lớn nguồn dữ liệu đầu vào song cho phép hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa cường độ phá hủy của các tai biến và mức độ thiệt hại của mạng lưới giao thông đường bộ với các đặc tính xác định Hơn nữa, do yêu cầu của nguồn dữ liệu, chúng chỉ có thể được sử dụng để đánh giá cho từng cấu trúc đơn lẻ (đường bộ, cầu, cống,…) [91] Lấy ví dụ: Các thông số quan trọng được sử dụng để định lượng mức độ tổn thương của đường

bộ do lũ thì liên quan đến các lực (áp lực nổi, áp suất thủy tĩnh và áp lực động)

mà lũ có khả năng phát triển trên các cấu trúc (đường bộ, cầu, cống, nhà cửa, đập,…) Liên kết trực tiếp với các lực này là đặc tính của tác nhân gây hại (nước) được phản ánh trong một số yếu tố tiếp xúc, như: xói mòn, sạt trượt, thủy tĩnh, thủy động lực,… [71] Hạn chế của cách tiếp cận này là đánh giá mức độ tổn thương chỉ dựa trên một đặc tính của mạng lưới giao thông đường bộ (Ví dụ: số làn đường) Tương tự như vậy, đánh giá mức độ thiệt hại do lũ mà chỉ căn cứ vào một tham số (Ví dụ: độ ngập sâu) thì chưa đủ [77] mà còn cần phải quan tâm tới các yếu tố ảnh hưởng khác, như: thời gian ngập, nồng độ trầm tích, tính sẵn có của thông tin cảnh báo lũ,… [48] Đối với hiện tượng lũ lụt (dòng nước di chuyển chậm), độ ngập sâu được coi là đủ để phân tích, đánh giá mức độ thiệt

hại, nhưng đối với hiện tượng lũ quét, vận tốc di chuyển của dòng nước lại là tham số có vai trò quan trọng hơn

Tóm lại, đây đều là các phương pháp tiếp cận đánh giá TDBTT của đường

bộ một cách gián tiếp và có hiệu quả cao trước tác động của các tai biến do sự phát triển vượt trội của công nghệ GIS [102] Tuy nhiên, việc sử dụng, kết hợp cũng như tổ chức các lớp thông tin trong GIS và các thuật toán để đánh giá TDBTT của đường bộ do tai biến còn tùy thuộc vào quan điểm, loại hình đường

bộ, loại hình tai biến,…[57, 67, 86]

- Phép phân tích thống kê đơn biến

Phép phân tích đơn biến là hình thức đơn giản nhất của phân tích thống kê

và chỉ có một biến tham gia Để lập bản đồ đánh giá TDBTT của đường bộ, cần sử dụng một tập hợp các biến độc lập dưới dạng các lớp theo chủ đề (độ dốc, khoảng cách từ lineament, địa mạo, thực vật, ), chúng sẽ được xem xét và dùng trong phân tích không gian, việc gán trọng số cho mỗi yếu tố này sẽ được thực hiện thông qua phép phân tích thống kê đơn biến, trong đó, coi ảnh hưởng của từng yếu

tố tai biến thiên nhiên đến mạng lưới đường bộ là riêng biệt và độc lập với nhau [80] Có rất nhiều mô hình thuộc nhóm phân tích thống kê đơn biến để tính thứ hạng cho các lớp dựa trên mức độ gây ra tổn thương, như: mô hình Poisson [84],

mô hình giá trị thông tin [34, 96], mô hình chỉ số thống kê [80], phương pháp xác suất [49, 85, 101],…

- Phép phân tích thống kê đa biến

Phép phân tích thống kê đa biến là một dạng của phân tích thống kê, với sự tham gia của hai biến trở lên Phương pháp này đòi hỏi một lượng lớn dữ liệu, chi tiết, chúng được dùng để phân tích riêng rẽ, do đó, tương đối mất thời gian, ngoài

ra, phép phân tích này còn loại trừ ý kiến chủ quan của người thành lập bản đồ đánh giá TDBTT của đường bộ trong quá trình xây dựng các mối quan hệ tương quan tương đối chặt chẽ giữa một số yếu tố [88] Do đó, độ tin cậy của phép phân tích này phụ thuộc hoàn toàn vào chất lượng của nguồn dữ liệu đầu vào Có rất nhiều mô hình thuộc nhóm phân tích thống kê đa biến được sử dụng để tính trọng

số cho các yếu tố có nguy cơ gây ra tổn thương đường bộ, như: phân tích Anova [54]; mô hình hồi quy định lượng [101]; mô hình hồi quy đa biến [33, 113]; lý thuyết tập mờ [56]; cây quyết định [73]

Bên cạnh đó, có rất nhiều các phần mềm thống kê bên ngoài như: SPSS, SAS, Microsoft Excel,…, chúng thường được sử dụng để hỗ trợ các gói phần mềm GIS Phép phân tích thống kê đa biến này chỉ phù hợp khi cần thành lập bản đồ đánh giá TDBTT ở tỷ lệ lớn

1.1.2.3 Đánh giá tính dễ bị tổn thương của đường bộ dựa trên tích hợp công nghệ viễn thám và GIS

Trong những năm gần đây, việc tích hợp viễn thám và GIS được ứng dụng rộng rãi trong việc mô hình hóa cũng như hỗ trợ ra quyết định trên cơ sở bổ trợ, khắc phục những ưu - nhược điểm của nhau Mặc dù đánh giá TDBTT của đường

bộ với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và GIS mới chỉ được tiến hành trong hơn 10 năm trở lại đây nhưng đã sớm khẳng định được hiệu quả cũng như ưu thế hơn hẳn các phương pháp thực nghiệm truyền thống khác [104]

Tuyến đường quốc lộ vùng núi có tính nhạy cảm cao trước tác động của các

sự cố bên ngoài, đặc biệt là trước các tai biến thiên nhiên Trên thế giới, các nghiên cứu chủ yếu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong đánh giá TDBTT của tuyến đường quốc lộ vùng núi trước tác động của từng loại tai biến riêng rẽ, trong đó, phổ biến nhất là do tai biến trượt lở đất và lũ lụt

Mức độ dễ bị tổn thương của bản thân tuyến đường được định lượng bằng đơn vị tiền tệ, trong đó, mức độ dễ bị tổn thương được xác định thông qua độ dài đoạn đường bị hư hỏng do các khối trượt, vật liệu khối trượt, chi phí di dời đất đá trên đường và chi phí sửa chữa mặt đường Đây là một phương pháp đánh giá định lượng, xác định mức độ dễ bị tổn thương của tuyến đường vùng núi do các khối đá trượt, phương pháp này hữu ích trong lập kế hoạch sửa chữa, bảo trì đường bộ [81] Trong nghiên cứu này, việc đo đạc và chỉ ra nguy cơ trượt lở của các khối đá ven đường cũng chỉ thực sự hiệu quả khi khu vực nghiên cứu nhỏ, tồn tại những khối đá đơn lẻ dọc hai bên đường

Tổn thương của đường bộ có thể xác định qua mức độ hư hại, hỏng hóc trên mặt đường, qua lượng xe bị tắc nghẽn nhưng cũng có thể được đánh giá thông qua

số vụ tai nạn giao thông trên đường [73] Nghiên cứu này phân tích mức độ dễ bị tổn thương của đường bộ thông qua việc xây dựng kịch bản trong môi trường GIS Các tham số tham gia vào mô hình này gồm có: các liên kết quan trọng của tuyến đường và số người tham gia giao thông (bị phơi nhiễm) Các nghiên cứu này cũng chỉ ra, mức độ dễ bị tổn thương của đường bộ phụ thuộc nhiều vào các hoạt động kinh tế xã hội Dữ liệu viễn thám cũng ít được đề cập tới trong nghiên cứu này

Trong nghiên cứu của Krishna, A.,P and Kumar, S., dữ liệu ảnh vệ tinh được sử dụng khá nhiều, các nguồn ảnh vệ tinh (Cartosat, Landsat) và dữ liệu khảo sát thực địa được sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng tai biến trượt lở, các bản đồ chuyên đề (mô hình số độ cao, độ dốc, đường cong, thạch học, mật độ lineament, chỉ số khác biệt thực vật, mật độ sông suối, hiện trạng sử dụng đất); dữ liệu vệ tinh đo lượng mưa được sử dụng để thành lập bản đồ lượng mưa Trọng số của các yếu tố tham gia vào mô hình đánh giá TBDTT do trượt lở đất được tính toán từ mô hình mạng nơ ron nhân tạo (ANN), thuật toán này giúp giảm thiểu sự chủ quan của con người Sau khi tích hợp các lớp thông tin với các trọng số tương ứng trong môi trường GIS, bản đồ nhạy cảm trượt lở đất trên tuyến đường vùng núi này đã được tạo ra Sử dụng phương pháp tỷ số tần số (FR) để kiểm chứng tính chính xác của mô hình nghiên cứu, cho độ chính xác cao và rất thích hợp ở khu vực nghiên cứu có quy mô trung bình [72]

Trong khi đó, có nghiên cứu tích hợp bản đồ đánh giá tính dễ bị tổn thương của đường bộ do nguy cơ tai biến tự nhiên (lũ lụt, trượt lở đất, động đất) vào hệ thống quản lý hạ tầng đường bộ đã có sẵn, xây dựng trên nền tảng GIS Trong mô hình này, tính dễ bị tổn thương của đường bộ được đánh giá qua mức độ tắc nghẽn trên đường bởi điều này ảnh hưởng trực tiếp thời gian đi lại và chi phí nhiên liệu cho thời gian vận chuyển hàng hóa trên đường, bằng cách chỉ ra các tuyến đường phụ có liên kết với tuyến đường chính để giảm thiểu sự ùn tắc trên các tuyến đường chính, mặc dù các tuyến đường phụ này có thể sẽ mất thời gian di chuyển lâu hơn Các nghiên cứu này sử dụng phương pháp mạng lưới phụ trong GIS, đây

là phương pháp đánh giá đáng tin cậy khi tuyến đường chính có phần hạn chế về mặt không gian [33] Nghiên cứu này sử dụng những bản đồ nguy cơ tai biến có sẵn và hầu như không đề cập đến tư liệu ảnh viễn thám

Bên cạnh đó, có nghiên cứu của Chris, M J., Tampère et al sử dụng công nghệ bay quét Lidar từ máy bay để xác định dòng xe bị tắc nghẽn trên diện rộng, chỉ số dễ bị tổn thương của từng đoạn tuyến được ước tính bằng tổng hợp của các chỉ số dễ bị tổn thương khác (số giờ tắc nghẽn trên đường, mức độ chịu tải nặng của đường) Phương pháp này giúp ích nhiều cho chương trình quản lý sự cố xảy

ra trên tuyến đường cũng như cho các dự án cải tạo, nâng cấp mạng lưới giao thông đường bộ [49] Ở Ý, công nghệ bay quét LIDAR từ máy bay được sử dụng

để thu thập thông tin địa hình và bề mặt chất lượng đường bộ, thông tin thuộc tính của đường bộ và chất liệu bề mặt đường được thu thập qua việc phân loại có kiểm định trên ảnh siêu phổ Mục tiêu của các nghiên cứu này là kết hợp các sản phẩm bản đồ này trong GIS để tạo ra bản đồ đánh giá mức độ dễ bị tổn thương của tuyến đường trong vùng đô thị do địa chấn [50]

Nếu các nghiên cứu trên đánh giá TBDTT của đường bộ mà không xét tới các đặc điểm hình học của đường bộ thì trong nghiên cứu của El-Rashidy, R A & Grant-Muller, S., việc đánh giá và xây dựng chỉ số dễ bị tổn thương của tuyến đường cao tốc dựa trên hai nhóm yếu tố: các đặc điểm địa hình và các đặc điểm hình học của tuyến đường Trong đó, dữ liệu viễn thám được sử dụng để xây dựng

các bản đồ chuyên đề, cũng như cung cấp các thông tin thuộc tính của đường bộ Phương pháp thống kê đa biến (lý thuyết tập mờ) được sử dụng để xây dựng bản

đồ chỉ số dễ bị tổn thương tổng hợp, phương pháp này loại bỏ được ý kiến chủ quan của con người, cho phép người ra quyết định hiểu rõ được bản chất của tính

dễ bị tổn thương trong các tình huống khác nhau [56]

Trong một nghiên cứu khác của Rai P K., et al., các nguồn ảnh vệ tinh (Landsat, IRS P6, Aster) và dữ liệu đo đạc thực địa cũng được sử dụng để thành lập bản đồ hiện trạng tai biến trượt lở đất, các bản đồ chuyên đề (mô hình số độ cao, độ dốc, thạch học, mật độ lineament, mật độ sông suối, chia cắt ngang, chia cắt sâu, hiện trạng sử dụng đất) Trọng số của các yếu tố tham gia vào mô hình đánh giá TBDTT do trượt lở đất được tính toán từ phương pháp phân tích thứ bậc AHP Sau khi tích hợp các lớp thông tin cùng với các giá trị trọng số tương ứng trong môi trường GIS, bản đồ nhạy cảm trượt lở đất trên tuyến đường vùng núi này đã được tạo ra theo ba mức nguy cơ: thấp, trung bình và cao Tuy nhiên, nghiên cứu này không đề cập đến việc kiểm chứng tính chính xác của mô hình đánh giá [87] Cũng theo hướng nghiên cứu này, Boroumandi, M et al có sử dụng thêm hai lớp yếu tố là bản đồ địa chấn và mật độ thoát nước của khu vực nghiên cứu, cũng sử dụng phương pháp phân tích thứ bậc AHP để xác định trọng số của các yếu tố tham gia vào mô hình đánh giá Nghiên cứu này cũng không đề cập tới việc kiểm chứng tính chính xác của bản đồ phân vùng dễ bị tổn thương do trượt lở đất, mà chỉ kết luận, phương pháp phân tích đa chỉ tiêu trong môi trường GIS là một phương pháp hiệu quả, có thể áp dụng được trong việc dự báo nguy cơ tai biến trượt lở đất [47]

Không quan tâm nhiều đến yếu tố độ dốc địa hình như các nghiên cứu trên, Ding, M and Miao, C lại chỉ sử dụng 6 lớp yếu tố là: mật độ dân số, kinh tế, mật

độ đường bộ, mật độ các tòa nhà, độ che phủ của đất lâm nghiệp và bản đồ hiện trạng trượt lở cho mô hình đánh giá mức độ dễ bị tổn thương của tuyến đường vùng núi trước tác động của tai biến trượt lở đất Trong đó, bản đồ hiện trạng trượt

lở vùng nghiên cứu cũng được xây dựng từ dữ liệu ảnh vệ tinh và kết quả khảo sát

thực địa Trọng số của các yếu tố được xác định bằng phương pháp trung bình trọng số, đây là một phương pháp đánh giá định lượng, nhằm giảm thiểu yếu tố chủ quan của con người Tích hợp các lớp thông tin trong phần mềm ArcGIS 9.3, nghiên cứu đã xây dựng được bản đồ phân vùng dễ bị tổn thương do trượt lở đất theo ba mức nguy cơ: thấp, trung bình và cao Nghiên cứu này cũng không đề cập tới việc kiểm chứng tính chính xác của mô hình nghiên cứu [55]

Để đánh giá mức độ dễ bị tổn thương của tuyến đường vùng núi trước tác động của tai biến trượt lở đất, có nghiên cứu đã xây dựng bản đồ hiện trạng tổn thương do trượt lở từ các dữ liệu lịch sử và từ kết quả giải đoán bằng mắt các dữ liệu hình ảnh độ phân giải không gian cao (GeoEye-1) Sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat và GIS để thành lập các bản đồ chuyên đề của các yếu tố, như: độ dốc, thạch học, lượng mưa trung bình năm, địa mạo, vỏ phong hóa, mật độ sông suối, chia cắt ngang, chia cắt sâu địa hình, mật độ lineament Thứ hạng của các lớp yếu tố này được xác định bằng phương pháp giá trị thông tin (phương pháp thống kê đơn biến), trọng số của các yếu tố được xác định bằng phương pháp phân tích thứ bậc AHP Kết quả thành lập được bản đồ nhạy cảm trượt lở và phân vùng theo 5 mức nguy cơ: rất thấp, thấp, trung bình, cao và rất cao Tiếp đó, các nghiên cứu này sử dụng bản đồ hiện trạng xây dựng tuyến đường hoặc bản đồ hiện trạng chất lượng mặt đường cùng với bản đồ nhạy cảm trượt lở để đánh giá và phân tích các đoạn tuyến nằm trong vùng dễ bị tổn thương ở các mức: thấp, trung bình và cao Kết quả nghiên cứu đánh giá TDBTT của tuyến đường được kiểm chứng bằng khảo sát thực địa và các dữ liệu lịch sử [34]

Trong nghiên cứu của Fekete, A đã chỉ ra các yếu tố gây ra tai biến trượt lở đất có thể chia thành hai nhóm: nhóm các yếu tố bên trong (thạch học, địa chất, độ dốc, thảm thực vật,…), nhóm các yếu tố bên ngoài (lượng mưa, nhiệt độ,…) Các yếu tố tác động làm tăng tải trọng sườn dốc hoặc kích hoạt quá trình trượt lở (động đất, lũ lụt, mật độ đường bộ, mật độ sông suối,…), yếu tố phơi nhiễm ở đây là vị trí các khu định cư Tuy nhiên, trọng tâm của nghiên cứu này xây dựng bản đồ hiện trạng trượt lở đất và chỉ ra các vị trí khu định cư nằm trong vùng trượt lở từ

mức độ thấp, trung bình đến cao từ các nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh hiện có cũng như các nguồn ảnh khác trong quá khứ, từ năm 1970 - 2000 (Landsat, Spot-5, Aster, Corona, ảnh chụp từ máy bay có người lái) Kết quả khảo sát thực địa được

sử dụng để kiểm chứng bản đồ hiện trạng trượt lở Nghiên cứu này cũng khẳng định tính hiệu quả của công nghệ viễn thám trong thành lập các lớp bản đồ chuyên

đề (mô hình số độ cao, độ dốc, thảm thực vật, ) [62]

Nhằm giảm thiểu chi phí bảo trì đường bộ vào mỗi mùa mưa do tai biến trượt lở đất, Padmani, N and Sudath, R.A đã đề xuất xác định tuyến đường tối ưu cho khu vực thường xuyên xảy ra trượt lở Beragala-Koslanda ở Sri Lanka Nghiên cứu này sử dụng 07 lớp dữ liệu đầu vào: bản đồ phân vùng nhạy cảm trượt lở, bản

đồ hiện trạng sử dụng đất, bản đồ độ dốc, bản đồ mật độ dân cư, bản đồ mật độ thoát nước, bản đồ thạch học, bản đồ các khu vực nằm trong vùng trượt lở Phương pháp phân tích thứ bậc AHP được sử dụng để xếp hạng và xác định trọng

số của 07 lớp yếu tố, dựa trên ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực địa chất, lĩnh vực đường giao thông Đường dẫn có chi phí thấp nhất được xác định từ việc

sử dụng thuật toán trong phần mềm ArcGIS 10.2 Kết quả nghiên cứu được kiểm chứng thực địa với sự tham gia của các kỹ sư trắc địa và bằng công nghệ GPS Việc xác định tuyến đường thay thế này nhằm tránh các khu vực có nguy cơ xảy

ra trượt lở cũng như phục vụ cho quy hoạch [82]

b Do tai biến lũ lụt

Tuyến đường quốc lộ vùng núi thường nằm trong lưu vực của những sông suối lớn, vào mùa mưa, hệ thống thoát nước bắt nguồn từ vùng thượng nguồn và chảy về vùng hạ lưu Khi lưu lượng nước từ thượng nguồn đổ xuống quá nhiều, vượt quá lưu lượng nước cho phép của hệ thống thoát nước trên đường, hiện tượng ngập lụt sẽ xảy ra Do đó, ngoài tai biến trượt lở đất, các tuyến đường vùng núi còn phải đối mặt với nguy cơ ngập lụt vào mùa mưa

Trong nghiên cứu của Bishaw, K., bản đồ nguy cơ lũ lụt trên tuyến đường vùng núi được tính toán bằng cách phương pháp đánh giá đa chỉ tiêu trong phần mềm ArcGIS 9.2 với các yếu tố đầu vào như sau: loại đất, độ cao, độ dốc địa hình,

chia cắt ngang, lớp phủ thực vật và lượng mưa Trọng số của các yếu tố này được xác định từ phương pháp phân tích thứ bậc AHP và tính toán trong phần mềm IDRISI 3.2 Bản đồ hiện trạng ngập lụt được xác định bằng phương pháp đo đạc trực tiếp ngoài thực địa và các dữ liệu lịch sử, dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat được sử dụng để thành lập bản đồ các loại đất, bản đồ lớp phủ thực vật Nghiên cứu đã chỉ

ra các dữ liệu ngập lụt trong lịch sử cùng với bản đồ nguy cơ lũ lụt được tạo ra từ

dữ liệu viễn thám và GIS có thể giúp các nhà quản lý trong việc lập kế hoạch phòng ngừa lũ lụt và giảm thiểu rủi ro trong tương lai, mà không đề cập đến tính chính xác của mô hình dự báo [46]

Cũng nhằm mục đích lập bản đồ nguy cơ lũ lụt từ dữ liệu viễn thám và GIS, tìm nơi di dời thích hợp vào mỗi mùa mưa bão, Uddin, K et al đã sử dụng ảnh vệ tinh Modis để lập bản đồ hiện trạng lũ lụt trên khu vực nghiên cứu Các lớp dữ liệu được đưa vào mô hình đánh giá gồm có: độ cao, độ dốc địa hình, thảm thực vật, hiện trạng sử dụng đất, mật độ sông suối, mật độ đường giao thông và lượng mưa Sử dụng phương pháp phân tích thứ bậc AHP để xác định trọng số của các yếu tố này Các lớp dữ liệu được chuyển đổi về dạng raster và tích hợp trong phần mềm ArcGIS 10.2 cùng với các giá trị trọng số tương ứng để xây dựng bản đồ tiềm năng lũ lụt Nghiên cứu không đề cập đến việc kiểm chứng tính chính xác của bản đồ tiềm năng lũ lụt, nhưng khẳng định với bản đồ này, có thể xác định được những địa điểm di dời an toàn cho con người trong mùa mưa bão [98]

Các đoạn tuyến nằm trong vùng thung lũng thường có nguy cơ ngập lụt do

là nơi tập trung của nhiều sông suối nhỏ, thêm vào đó, độ dốc địa hình lớn, lượng mưa nhiều Một số nghiên cứu tập trung xây dựng bản đồ chỉ số rủi ro do lũ trên

cơ sở tích hợp hai loại bản đồ trong môi trường GIS, đó là: bản đồ nguy cơ lũ lụt

và bản đồ dễ bị tổn thương do lũ Trong đó, bản đồ nguy cơ lũ lụt được xây dựng

từ các nguồn dữ liệu: lượng mưa, mật độ chia cắt ngang, hiện trạng sử dụng đất,

độ dốc địa hình, chỉ số độ ẩm của đất Bản đồ dễ bị tổn thương do lũ được xây dựng từ các nguồn yếu tố: mật độ dân số, cấu trúc nhà cửa, chất liệu bề mặt đường

bộ Trọng số của bản đồ nguy cơ lũ lụt và bản đồ dễ bị tổn thương do lũ được xác

định từ phương pháp phân tích thứ bậc AHP Kết quả nghiên cứu chỉ ra những khu vực có chỉ số rủi ro do lũ cao thường là những khu vực nằm trong nguy cơ lũ lụt

và dễ bị tổn thương do lũ ở mức cao [35, 106]

Nhận diện những khu vực nằm trong vùng dễ bị tổn thương do lũ là một trong những chính sách quản lý rủi ro do thiên tai đơn giản và hiệu quả nhất Feloni, E et al đã sử dụng các nguồn dữ liệu, bao gồm: mô hình số độ cao, độ dốc,

mô hình tích lũy dòng chảy, chia cắt ngang, chia cắt sâu, lượng mưa, hiện trạng sử dụng đất Trọng số của các yếu tố được xác định bằng phương pháp phân tích thứ bậc AHP theo 3 phương án: 1) Chú trọng tới yếu tố lượng mưa và hiện trạng sử dụng đất; 2) Chú trọng tới mô hình tích lũy dòng chảy; 3) Coi các yếu tố ảnh hưởng như nhau Nghiên cứu này cho rằng, với việc sử dụng một số lượng lớn các yếu tố, mặc dù trọng số của các yếu tố theo 3 phương án khác nhau, song khi kiểm chứng với dữ liệu lịch sử, bản đồ nguy cơ lũ lụt ở phương án 2 và phương án 3 cho kết quả tin cậy hơn [64] Tuy nhiên, nghiên cứu này hầu như không đề cập gì tới dữ liệu viễn thám

Nhìn chung, phần lớn các nghiên cứu đánh giá TDBTT của tuyến đường vùng núi với sự trợ giúp của công nghệ viễn thám và GIS đều có những đặc điểm chung sau:

- Đánh giá tác động của từng loại tai biến (trượt lở đất và lũ lụt) đến đường

bộ một cách độc lập, riêng rẽ

- Áp dụng bài toán phân tích đa chỉ tiêu

- Bản đồ hiện trạng tai biến được thành lập từ các nguồn ảnh vệ tinh có độ phân giải không gian vừa phải (Landsat, Spot-5), từ dữ liệu khảo sát thực địa và từ