Sign In

Giám sát hư hỏng đê điều bằng ảnh viễn thám UAV và mô hình học sâu thời gian thực

16:30 20/05/2026

Chọn cỡ chữ A a  

Sự gia tăng của các hiện tượng thời tiết cực đoan, lũ lớn và biến đổi khí hậu đang đặt ra yêu cầu cấp thiết đối với công tác giám sát an toàn đê điều và hạ tầng thủy lợi. Trong bối cảnh đó, công nghệ viễn thám UAV kết hợp trí tuệ nhân tạo (AI) đang trở thành hướng tiếp cận quan trọng nhằm tự động hóa quá trình kiểm tra, phát hiện sớm các hư hỏng kết cấu. Nghiên cứu của Bangbin Wu, Bo Chen, Xinxin Jiang và Zhi Liu công bố trên tạp chí Scientific Reports năm 2025 đã đề xuất một mô hình học sâu nhẹ hóa dựa trên kiến trúc U-Net nhằm phát hiện khuyết tật bề mặt đê bằng ảnh UAV theo thời gian thực.

Nghiên cứu tập trung vào bài toán phân đoạn ngữ nghĩa (semantic segmentation) đối với các vết nứt, bong tróc và hư hỏng bê tông trên mái đê. Trong thực tế, ảnh UAV thu nhận ngoài trời thường chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện ánh sáng thay đổi, bóng đổ, thực vật che khuất, phản xạ nước hoặc nhiễu nền phức tạp. Đây là nguyên nhân khiến nhiều mô hình học sâu truyền thống giảm hiệu quả nhận dạng. Đồng thời, việc triển khai trực tiếp trên UAV hoặc các hệ thống giám sát thời gian thực cũng đòi hỏi thuật toán có tốc độ xử lý cao và mức tiêu thụ tài nguyên tính toán thấp. 

Để giải quyết các hạn chế này, nhóm tác giả đã xây dựng một mô hình U-Net cải tiến theo hướng “lightweight network”, tức mạng nhẹ hóa nhưng vẫn duy trì độ chính xác cao. Điểm nổi bật đầu tiên của nghiên cứu là áp dụng kỹ thuật “global-local channel pruning”, cho phép loại bỏ các kênh đặc trưng dư thừa trong mạng học sâu nhằm giảm số lượng tham số và tăng tốc độ suy luận. Theo kết quả thí nghiệm, việc pruning giúp tốc độ xử lý tăng gần 2,7 lần so với mô hình gốc mà chỉ làm giảm nhẹ độ chính xác. 

Bên cạnh đó, nghiên cứu tích hợp cơ chế chú ý ResCBAM (Residual Convolutional Block Attention Module), kết hợp đồng thời attention theo không gian và attention theo kênh để làm nổi bật các vùng hư hỏng thực sự, đồng thời giảm ảnh hưởng của nhiễu nền. Cơ chế này đặc biệt hiệu quả trong các tình huống có bề mặt đê bị bẩn, xuất hiện lỗ nhỏ, thực vật che phủ hoặc ánh sáng yếu. Các hình minh họa trong bài báo cho thấy mô hình đề xuất vẫn duy trì khả năng phát hiện chính xác các vết nứt nhỏ trong điều kiện nền phức tạp, trong khi nhiều mô hình đối chứng bỏ sót hoặc nhận dạng sai. 

Một đóng góp quan trọng khác là cơ chế “online feature distillation” kết hợp “multi-scale feature fusion”. Thay vì chỉ khai thác đặc trưng ở một mức độ phân giải, mô hình đồng thời học và hợp nhất đặc trưng đa tỷ lệ, giúp tăng khả năng nhận diện các vết nứt nhỏ, kéo dài hoặc biến dạng phức tạp. Quá trình distillation cho phép mạng học sinh (student network) tiếp thu “tri thức ngầm” từ mạng giáo viên (teacher network), từ đó cải thiện độ chính xác mà vẫn đảm bảo mô hình gọn nhẹ. 

Dữ liệu thực nghiệm được thu nhận bằng UAV DJI Matrice 600 Pro trên một tuyến đê dài khoảng 1.200 m. Hệ thống UAV sử dụng camera độ phân giải 16 MP với thời gian bay khoảng 32 phút, cho phép thu nhận ảnh chi tiết của các vết nứt bề mặt. Các ảnh độ phân giải cao sau đó được chia nhỏ bằng kỹ thuật sliding window để xây dựng tập dữ liệu huấn luyện và kiểm thử. 

Kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình đề xuất đạt độ chính xác (Accuracy) 90,05%, Recall 88,94%, Precision 89,22% và IoU 88,67%, đồng thời đạt tốc độ xử lý 57,74 FPS – cao hơn đáng kể so với các mô hình nổi tiếng như Attention U-Net, DeepLabv3, HRNet hay SegNet. Đặc biệt, mô hình vẫn duy trì khả năng nhận dạng tốt trong các môi trường có ánh sáng yếu, nền gồ ghề hoặc nhiễu mạnh. Điều này cho thấy tính thực tiễn rất cao của giải pháp trong các nhiệm vụ giám sát công trình ngoài hiện trường. 

Đối với Việt Nam, nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong lĩnh vực quản lý đê điều, hồ chứa và hạ tầng thủy lợi. Việt Nam hiện có hệ thống đê sông và đê biển dài hàng nghìn kilômét, phân bố rộng tại Đồng bằng sông Hồng, Bắc Trung Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long. Công tác kiểm tra hiện nay chủ yếu vẫn dựa vào khảo sát thủ công, tiêu tốn nhiều nhân lực và khó phát hiện sớm các hư hỏng nhỏ. Việc ứng dụng UAV kết hợp AI có thể hỗ trợ xây dựng hệ thống giám sát tự động, định kỳ và diện rộng với chi phí thấp hơn đáng kể.

Trong điều kiện Việt Nam, công nghệ này đặc biệt phù hợp để giám sát các tuyến đê biển chịu tác động của xâm nhập mặn, sóng lớn và sụt lún nền đất; kiểm tra mái đập thủy điện, hồ chứa miền núi; cũng như phát hiện nứt vỡ bê tông tại các công trình thủy lợi lâu năm. Ngoài ra, với tốc độ xử lý thời gian thực, mô hình có thể tích hợp trực tiếp trên các nền tảng UAV hoặc trung tâm điều hành giám sát thiên tai, hỗ trợ cảnh báo sớm nguy cơ mất an toàn công trình trong mùa mưa lũ.

Tuy nhiên, để triển khai hiệu quả tại Việt Nam, cần xây dựng bộ dữ liệu ảnh UAV đặc thù cho từng loại công trình và điều kiện khí hậu khác nhau. Các yếu tố như độ ẩm cao, rong rêu, bề mặt bê tông phong hóa hoặc môi trường nhiệt đới có thể tạo ra kiểu nhiễu khác biệt so với dữ liệu nghiên cứu gốc tại Trung Quốc. Đồng thời, cần kết hợp dữ liệu đa nguồn như ảnh nhiệt, LiDAR hoặc mô hình số bề mặt nhằm nâng cao độ tin cậy trong các điều kiện che khuất phức tạp. 

Nhìn chung, nghiên cứu của Wu và cộng sự đã cho thấy xu hướng phát triển mới của viễn thám UAV kết hợp học sâu nhẹ hóa trong giám sát hạ tầng thủy lợi. Với khả năng phát hiện hư hỏng chính xác, tốc độ xử lý cao và tính thích ứng tốt trong môi trường thực địa, phương pháp này mở ra triển vọng xây dựng các hệ thống giám sát đê điều thông minh tại Việt Nam, góp phần nâng cao năng lực phòng chống thiên tai và quản lý an toàn công trình trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng. 

Văn phòng Cục Viễn thám quốc gia

Ý kiến

Ứng dụng công nghệ viễn thám và các phương pháp số trong đánh giá tính dễ bị tổn thương do biến đổi khí hậu vùng đồng bằng sông Hồng

Ứng dụng công nghệ viễn thám và các phương pháp số trong đánh giá tính dễ bị tổn thương do biến đổi khí hậu vùng đồng bằng sông Hồng

Tóm tắt: Biến đổi khí hậu đang làm gia tăng mức độ và tính phức tạp của các hiện tượng cực đoan tại vùng Đồng bằng sông Hồng, đồng thời tác động ngày càng rõ đến tài nguyên đất, tài nguyên nước và tài nguyên rừng. Trong khi đó, các phương pháp đánh giá tính dễ bị tổn thương hiện nay còn phụ thuộc nhiều vào số liệu thống kê, điều tra thực địa và phương pháp chồng xếp bản đồ với trọng số chuyên gia, nên khó đáp ứng yêu cầu đánh giá liên tục, đa thời gian và trên phạm vi không gian rộng. Bài báo trình bày cách tiếp cận ứng dụng dữ liệu viễn thám đa thời gian kết hợp hệ thống thông tin địa lý (GIS), trí tuệ nhân tạo (AI), học máy, dữ liệu khí tượng - thủy văn và các mô hình số để đánh giá tác động, mức độ dễ bị tổn thương của hệ thống tự nhiên vùng Đồng bằng sông Hồng. Phương pháp nghiên cứu được xây dựng trên ba nhóm công nghệ: thành lập dữ liệu bằng AI kết hợp viễn thám đa thời gian; xử lý dữ liệu viễn thám và phân tích không gian; tích hợp dữ liệu viễn thám với dữ liệu điều tra, quan trắc và mô hình chuyên ngành. Trên cơ sở đó, các mô hình mô phỏng lũ, xâm nhập mặn, ngập lụt đô thị, nước dâng do bão và hạn hán được tích hợp với khung đánh giá phơi bày - nhạy cảm - năng lực thích ứng/phục hồi. Kết quả dự kiến là hệ thống cơ sở dữ liệu không gian - thời gian, các bản đồ phân cấp tính dễ bị tổn thương, bộ dữ liệu cảnh báo và WebGIS hỗ trợ quản lý, giám sát và đề xuất giải pháp thích ứng. Cách tiếp cận này góp phần chuyển dịch từ đánh giá đơn ngành, tĩnh và phụ thuộc nhiều vào số liệu thống kê sang đánh giá đa nguồn, đa thời gian, dựa trên dữ liệu và có khả năng cập nhật. Từ khóa: viễn thám; trí tuệ nhân tạo; GIS; biến đổi khí hậu; tính dễ bị tổn thương; Đồng bằng sông Hồng; tài nguyên đất; tài nguyên nước; tài nguyên rừng.
Đột phá khoa học, công nghệ viễn thám trước yêu cầu mới: Từ chương trình nghiên cứu đến năng lực công nghệ quốc gia

Đột phá khoa học, công nghệ viễn thám trước yêu cầu mới: Từ chương trình nghiên cứu đến năng lực công nghệ quốc gia

Chương trình phát triển khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo lĩnh vực viễn thám giai đoạn 2026–2030 do Cục Viễn thám quốc gia xây dựng, trình Bộ Nông nghiệp và Môi trường xem xét ban hành, được đặt trong một thời điểm có ý nghĩa đặc biệt: khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số đang trở thành động lực phát triển quốc gia, trong khi công nghệ viễn thám trên thế giới đang chuyển rất nhanh từ xử lý ảnh chuyên biệt sang nền tảng dữ liệu địa không gian, trí tuệ nhân tạo và các hệ thống giám sát thông minh. Đây không chỉ là một chương trình nghiên cứu khoa học của một lĩnh vực kỹ thuật, mà đang đặt nền móng cho việc hình thành năng lực công nghệ viễn thám mới, phục vụ quản trị tài nguyên, môi trường, nông nghiệp, thiên tai và phát triển bền vững.
Phát triển vùng nguyên liệu tập trung – Nền tảng nâng cao giá trị và sức cạnh tranh của nông, lâm, thủy sản Việt Nam

Phát triển vùng nguyên liệu tập trung – Nền tảng nâng cao giá trị và sức cạnh tranh của nông, lâm, thủy sản Việt Nam

Việc Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Môi trường ban hành Quyết định số 3411/QĐ-BNNMT ngày 24/8/2026 phê duyệt Đề án “Phát triển vùng nguyên liệu nông, lâm, thủy sản tập trung giai đoạn 2026 - 2030” đánh dấu một bước chuyển quan trọng trong tư duy phát triển sản xuất nông nghiệp hàng hóa. Nếu giai đoạn trước tập trung tháo gỡ những điểm nghẽn ban đầu về hạ tầng và tổ chức sản xuất, thì giai đoạn 2026 - 2030 đặt mục tiêu hình thành các vùng nguyên liệu có quy mô, có thị trường, có tổ chức sản xuất, có doanh nghiệp liên kết và đặc biệt là được quản trị dựa trên dữ liệu số. Đây không đơn thuần là câu chuyện mở rộng diện tích sản xuất, mà sâu xa hơn là tổ chức lại không gian sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản theo chuỗi giá trị, gắn sản xuất với chế biến, logistics, thị trường và các yêu cầu ngày càng cao về chất lượng, truy xuất nguồn gốc, phát triển bền vững và thích ứng với biến đổi khí hậu.