Giới thiệu trải nghiệm sản phẩm của người dùng

Công ty Mitsui Consultants
Ông Tsuguomi Harada, Trưởng phòng nghiên cứu phòng chống thiên tai, MCC Lab

Sản phẩm sử dụng　UC-win/Road Ver. 15 (Plugin mô phỏng lũ bùn đá - Debris Flow Plugin Option)
Phần mềm mô phỏng thời gian thực sử dụng không gian thực tế ảo (VR) 3D được sử dụng rộng rãi trong quy hoạch đô thị, giao thông, phát triển phương tiện giao thông và hệ thống thông tin nói chung. Plugin mô phỏng lũ bùn đá là tùy chọn đi kèm với phần mềm cho phép trực quan hóa dòng chảy của lũ bùn đá theo thời gian trong không gian VR 3D từ dữ liệu phân tích dòng chảy lũ bùn đá.

Ứng dụng số hóa (DX) để xây dựng các biện pháp phòng chống lũ bùn đá

Mitsui Consultants Co., Ltd.
Ông Tsuguomi Harada, Trưởng phòng nghiên cứu phòng chống thiên tai, MCC Lab

Năm 1997, ông Tsuguomi Harada được tuyển vào Công ty Mitsui Kyodo Construction Consultants với vị trí Trưởng phòng công trình đập sabo. Những năm gần đây, ông chủ yếu công tác trong lĩnh vực phòng chống thiên tai đường bộ, bao gồm thiết kế đào đắp đường, ứng dụng số hóa (BIM) và AI trong thiết kế các biện pháp phòng chống thiên tai và bảo trì cơ sở hạ tầng. Mặt khác, ông tham gia đóng góp cho xã hội qua việc nghiên cứu và phát triển các tiêu chuẩn về chống chịu thiên tai quốc gia với tư cách là chuyên gia của Hiệp hội Kỹ sư Xây dựng Nhật Bản, Hiệp hội Đường bộ Nhật Bản và Hiệp hội Tư vấn Xây dựng. (Giáo sư thỉnh giảng tại Đại học Ritsumeikan/ Tiến sĩ nghiên cứu tại Viện Đại học Kyoto, tiến sĩ về kỹ thuật/ nông nghiệp, kỹ sư xây dựng)

Ảnh 1: Ảnh chụp vệ tinh khu vực chịu thảm họa lở đất ở Izusan, Atami-shi (Nhật Bản), tháng 07/2021.
Bản quyền thuộc về Dịch vụ ảnh vệ tinh và bản đồ GSI

Giới thiệu

Những năm gần đây đã ghi nhận nhiều vụ lở đất gây ra bởi mưa lớn và những thảm họa khác, và việc đối phó với những thảm họa này là vấn đề nan giải. Đặc biệt, ở Nhật Bản, 70% diện tích là đồi núi, địa hình dốc và địa chất yếu, dẫn đến nguy cơ sạt lở đất do lượng mưa lớn là rất cao. Đã có nhiều báo cáo về thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản do sạt lở đất gây ra trên toàn lãnh thổ Nhật Bản, do đó rất cần có biện pháp đối phó, giảm thiểu rủi ro và hậu quả sạt lở.

Vụ sạt lở xảy ra ở thành phố Atami, tỉnh Shizuoka (Nhật Bản) tháng 7 năm 2021 (ảnh 1) đã được người dân xung quanh quay phim và đăng lên mạng xã hội, làm gia tăng sự quan tâm của công chúng về thiệt hại do sạt lở đất gây ra.

Mặt khác, để đáp ứng những thay đổi mạnh mẽ của tình hình kinh tế xã hội, lĩnh vực cơ sở hạ tầng cũng sẽ tiến hành đưa vào sử dụng dữ liệu và công nghệ kỹ thuật số. Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch Nhật Bản (MLIT) đã có lộ trình cải cách cơ sở hạ tầng xã hội và các dịch vụ công, cũng như các công tác nghiệp vụ, tổ chức, quy trình, văn hóa và phong cách làm việc của ngành xây dựng và của nội bộ MLIT. Ngoài ra, để hiện thực hóa cuộc sống an toàn, bảo mật cho cư dân, cần thúc đẩy số hóa (DX) trong lĩnh vực cơ sở hạ tầng, và dự kiến trong tương lai, dữ liệu địa hình 3D hiện có (ví dụ: ứng dụng VR cho dự án) sẽ được ứng dụng hiệu quả hơn (hình 1, hình 2).

Hình 1: Mục tiêu và tổng quan về số hóa (DX) trong lĩnh vực cơ sở hạ tầng (Nguồn: "DX trong MLIT: Thúc đẩy chuyển đổi số")

Hình 2: Liên kết dữ liệu 3D trong toàn bộ dự án xây dựng, thúc đẩy i-Construction (Nguồn: "DX trong MLIT: Thúc đẩy chuyển đổi số")

Bài viết trình bày tổng quan về "Plugin mô phỏng lũ bùn đá (UC-win/Road Ver. 15)". Đây là công cụ cho phép sử dụng hiệu quả dữ liệu địa hình, mô hình số hóa để nghiên cứu xây dựng các biện pháp phòng chống sạt lở đất (ví dụ: ảnh 2).

Ảnh 2: Ví dụ dự án xây đập sabo (đập ngăn bùn đá) nhằm chặn lũ bùn đá, sạt lở đất xuống vùng hạ lưu

Tổng quan về mô hình mô phỏng lũ bùn đá (plugin trong UC-win/Road Ver.15)

"Mô hình mô phỏng lũ bùn đá (Debris - Avalanche Simulation Model)" là một tùy chọn plugin của phần mềm "UC-win/Road Ver.15" được phát triển sử dụng mô hình phân tích hiện có như ở bảng 1 làm công cụ tính toán. Như nội dung trong bảng 1, mô hình mô phỏng lũ bùn đá có thể thực hiện các tính toán để dự báo dòng chảy của lũ bùn đá, ngập lụt và bồi tụ, hiệu quả của các công trình phòng trị lũ bùn đá. Mô hình mô phỏng lũ bùn đá có thể tương tác, trao đổi dữ liệu với phần mềm UC-win/Road Ver.15. Ví dụ, kết quả phân tích từ mô hình mô phỏng lũ bùn đá có thể đưa vào diễn họa trong UC-win/Road (hình 3).

Mô hình tính toán	Diễn giải
Dự báo dòng chảy của lũ bùn đá (mô hình 1D)	Đề xuất mô hình tính toán để dự báo sự biến đổi theo thời gian của lũ bùn đá (gồm các hiện tượng biến động lòng dẫn sông như xói mòn, bồi lắng) ở các sông miền núi²⁾
Dự báo ngập lụt, bồi lắng do lũ bùn đá (mô hình 2D)	Đề xuất mô hình tính toán 2 chiều để dự báo thiệt hại về nhà ở và các công trình kiến trúc tại khu vực hạ lưu do lũ bùn đá gây ra ³⁾
Dự báo hiệu quả của hạ tầng thiết bị phòng chống lũ bùn đá (như đập sabo)	Mô hình tính toán dự báo hiệu quả của các công trình hạ tầng phòng chống sạt lở (đánh giá qua lượng bùn đá được ngăn lại) như đập sabo dạng kín/ hở.^{2), 4)}

Bảng 1: Tổng quan về Debris-Avalanche Simulation Model
(Công cụ tính toán được nhúng trong mô hình¹⁾)

Hình 3: Liên kết giữa UC-win/Road (phần mềm chính) và plugin mô phỏng lũ bùn đá "Debris - Avalanche simulation" (quá trình xử lý dữ liệu)

Tài liệu tham khảo

Kana Nakatani, Takashi Wada, Yoshifumi Satomi and Takahisa Mizuyama: Development of a general-purpose debris flow simulator with GUI, Proceedings of the Symposium on Landslide Disaster, Vol.4, 2008
Yoshifumi Satomi and Takahisa Mizuyama: Numerical Simulation of Debris Flow and Deposition in an Area with an Erosion Control Dam, Journal of the Japan Society for Erosion Control, Vol.58, No.1, p.14-19, 2005.
Takashi Wada, Yoshifumi Satomi and Takahisa Mizuyama: Coupling of 1-D and 2-D Simulation Models of Mudflow, Journal of the Japan Society for Erosion Control, Vol.61, No.2, p.36-40, 2008.
Yoshifumi Satomi and Takahisa Mizuyama: Numerical Analysis of Mudflow Control by Grid-type Erosion Control Dam, Journal of the Erosion Control Society of Japan, Vol.57, No.6, p.21-27, 2005.

Plugin mô phỏng lũ bùn đá có ưu điểm là có thể kéo chuột, thao tác khai báo điều kiện (ví dụ như điều kiện địa hình, vị trí đặt đập sabo) dễ dàng (minh họa ở hình 4, 5 và 6). Ngoài ra, kết quả phân tích lũ bùn đá (dòng chuyển động) có thể được diễn họa trong không gian VR (xuất ra ảnh động biểu diễn trực quan sự thay đổi theo thời gian) (Hình 7).

Hình 4: Cài đặt phạm vi phân tích dòng chảy lũ bùn đá từ dữ liệu địa hình của UC-win/Road

Hình 5: Cài đặt vị trí đập sabo và các điểm quan trắc (vị trí để tính lưu lượng dòng lũ) (thao tác kéo chuột đơn giản)

Hình 6: Màn hình khai báo/ kiểm tra của chương trình mô phỏng lũ bùn đá/ Debris - Avalanche Simulation (bố trí tác vụ dễ hiểu)

Hình 7: Diễn họa kết quả mô phỏng dòng chảy lũ bùn đá (thay đổi theo thời gian) trong không gian VR của UC-win/Road

Bảng dưới đây là ví dụ về kết quả kỳ vọng từ việc sử dụng plugin mô phỏng lũ bùn đá (UC-win/Road) tại một dự án xây dựng đập sabo ngăn lũ bùn đá (như ảnh 2).

Hiệu quả sử dụng	Diễn giải
Diễn họa kết quả đánh giá rủi ro	Giúp việc giải thích các kết quả tính toán phức tạp về nguy cơ thiệt hại do lũ bùn đá gây ra đến đơn vị quản lý, bên thụ hưởng dự án (ví dụ người dân địa phương) trực quan, dễ hiểu hơn
Trực quan hóa tác động của dự án	Giúp giải thích hiệu quả của việc xây dựng các công trình chống trị lũ bùn đá tại địa phương (ví dụ, minh họa lượng bùn đá được giữ lại bởi đập sabo)
Đánh giá cảnh quan	Liên kết dữ liệu với UC-win/Road, giúp giải thích về quy hoạch công trình (đập sabo, v.v.), tình trạng thi công, đánh giá cảnh quan trực quan, dễ dàng hơn

Bảng 2: Hiệu quả kỳ vọng từ việc triển khai sử dụng plugin mô phỏng lũ bùn đá (UC-win/Road Ver.15)

Như bảng 2 đã trình bày, giải pháp mô phỏng lũ bùn đá của FORUM8 có thể được áp dụng để trực quan hóa kết quả đánh giá rủi ro thiệt hại của lũ bùn đá, hiệu quả mà các công trình dự án chống trị lũ bùn đá mang lại, cũng như phục vụ đánh giá cảnh quan khi xây mới công trình.

Hình 8 là một ví dụ về diễn họa sử dụng UC-win/Road và plugin mô phỏng lũ bùn đá.

Hình 8: Mô phỏng vị trí bố trí công trình chống trị lũ bùn đá (ảnh trái) và diễn họa dòng chuyển động của lũ bùn đá trong UC-win/Road (ảnh phải)

Hình 8 biểu diễn vị trí của công trình đập sabo và hình ảnh diễn họa kết quả dự báo quan trắc lũ bùn đá (dòng chuyển động) từ điểm nhìn là một con suối trên khu vực vùng núi. Việc diễn họa VR bằng UC-win/Road cho phép hình dung chi tiết về tình huống này. Sử dụng kết hợp thiết bị hiển thị dạng đeo trên đầu (HMD) giúp tạo cảm giác đắm chìm, chân thực như đang đứng tại hiện trường nơi xảy ra lũ (ảnh 3).

Ảnh 3: Giờ học trải nghiệm sử dụng VR với thiết bị hiển thị gắn trên đầu (ảnh chụp bởi đài NHK)

Lời kết

Để thúc đẩy hiệu quả quá trình số hóa, sử dụng hiệu quả dữ liệu địa hình hiện có, công ty đã đưa vào sử dụng plugin mô phỏng lũ bùn đá (của UC-win/Road Ver.15). Đây là công cụ tạo ra dữ liệu trực quan, hiệu quả trong việc thúc đẩy xây dựng các biện pháp đối phó chống lại thảm họa lũ bùn đá. Trong tương lai, những nỗ lực này được kỳ vọng sẽ đem lại nhiều đổi mới công nghệ trong thời đại số hóa.

Tiềm năng phát triển của plugin mô phỏng lũ bùn đá trong tương lai cũng rất rộng mở. Plugin có thể được phát triển để mô phỏng, dự báo dòng chảy trôi dạt của cây/ gỗ (như ảnh 4), cũng như dự báo hiệu quả của các công trình giúp phòng chống, giảm nhẹ thiệt hại.