Bài viết tập trung nghiên cứu xây dựng Bản đồ gió tự động cho thành phố Đà Nẵng. Bản đồ gió được xây dựng theo hệ số địa hình thực tế tại nhiều địa điểm dựa trên nền tảng IoT. Bản đồ cung cấp thông tin về tốc độ gió, hướng gió, khuyến cáo tốc độ xe chạy an toàn tại các địa điểm theo từng phút, xây dựng một hệ thống cơ sở dữ liệu về gió nhằm phục vụ trong lĩnh vực giao thông, xây dựng, du lịch.
Tuyển tập Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ Động lực học Điều khiển Đà Nẵng, ngày 19-20/7/2019, tr 25-29, DOI 10.15625/vap.2019000251 Xây dựng đồ gió tự động cho thành phố Đà Nẵng dựa hệ số địa hình thực tế Bùi Hồng Trung1, Võ Duy Hùng2, Lê Văn Trung3 Doãn Đạt Phước4 1,3, Sở Giao thông Vận tải Thành Phố Đà Nẵng Bộ môn Cầu - Hầm, Khoa Xây dựng Cầu - Đường, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng E-mail: vdhung@dut.udn.vn Tóm tắt Việc kiểm sốt vận tốc gió vị trí thành phố quan trọng việc cảnh báo điều khiển giao thông đường thủy, đường bộ, đặc biệt thời tiết gió mạnh Bài báo tập trung nghiên cứu xây dựng Bản đồ gió tự động cho thành phố Đà Nẵng Bản đồ gió xây dựng theo hệ số địa hình thực tế nhiều địa điểm dựa tảng IoT Bản đồ cung cấp thông tin tốc độ gió, hướng gió, khuyến cáo tốc độ xe chạy an toàn địa điểm theo phút, xây dựng hệ thống sở liệu gió nhằm phục vụ lĩnh vực giao thơng, xây dựng, du lịch Từ khóa: đồ gió tự động, hệ số địa hình, hệ thống đo đạc, vận tốc gió, tương quan vận tốc Mở đầu Hiện nay, gió tác động gió gây lật xe, lật tàu ảnh hưởng đến giao thông lại đề tài thiết bàn luận nhiều nhiều nơi hội thảo Các vụ tai nạn lật xe lật tàu với nguyên nhân chủ yếu tác động gió gây Ở đất nước phát triển Việt Nam, phương tiện giao thơng nói chung xe máy nói riêng phương tiện người dân ưa chuộng sử dụng tham gia giao thông chưa có nghiên cứu tính tốn hiểu rõ nguyên nhân lý gây lật xe để từ tìm hướng giải vấn đề cấp thiết Trên giới ghi nhận nghiên cứu tương tự xem xét xe ô tô, phương tiện lưu thông sử dụng phần nhiều nước phát triển Mỹ, Anh, Pháp, Nhật [1-5] Riêng TP Đà Nẵng, vụ gây tai nạn xảy người tham gia giao thông di chuyển qua cầu, đoạn đường trống hay đường ven biển bị gió quật ngã đăng tải nhiều mặt báo lực tương tác hệ gió-xe gây Hiện trạng xảy thường xuyên chưa có biện pháp khắc phục nhằm khuyến cáo cho người tham gia giao thông làm để biết vị trí di chuyển vị trí di chuyển có vận tốc gió hướng gió nhằm đảm bảo an tồn lưu thơng Nhận thấy đề tài nóng cấp thiết cần nghiên cứu, tác giả đưa hướng nghiên cứu, ý tưởng nhằm góp phần vào phát triển chung nước nhà như: tính tốn hệ số địa hình thực tế đo vận tốc gió vị trí cần cảnh báo từ lấy kết xử lý thành lập đồ gió tự động đưa khuyến cáo vận tốc giới hạn cho phượng tiện tham gia giao thơng Sản phẩm với tính năng: + Cảnh báo cho phương tiện lại tàu thuyền khơi + Đảm bảo an toàn cho người dân tham gia giao thông qua cầu di chuyển vào vùng có gió bão + Phục vụ cho việc xây dựng cơng trình cầu đường cơng trình dân dụng tương lai Nội dung nghiên cứu 2.1 Cơ sở tính tốn Trong việc tính tốn vận tốc gió thị đưa mối liên hệ vận tốc gió địa điểm khác quan trọng Công thức đơn giản đề xuất Davenport (1960) thể mối liên hệ vận tốc gió điểm khu vực độ cao khác [6] Công thức mối liên hệ vận tốc gió điểm khu vực: (1) (2) Trong đó: + Z: Cao độ vị trí dùng để đo + Z10: Cao độ tham chiếu 10m + + : Vận tốc gió trung bình cao độ Z : Vận tốc gió trung bình độ cao tham chiếu thường lấy 10m + α: Hệ số khơng thứ ngun xác định tính nhám bề mặt địa hình 2.2 Thiết bị đo gió cầm tay (Handy anenometer) Việc xác định xác hệ số địa hình sở để tính tốn nội suy vận tốc gió điểm khu vực Đề tài sử dụng thiết bị đo gió cầm tay để xác định hệ số Thiết bị có xuất xứ Nhật Bản đo vận tốc gió từ 0-20m/s độ xác kiểm Bùi Hồng Trung, Võ Duy Hùng, Lê Văn Trung Dỗn Đạt Phước định qua thí nghiệm hầm gió Trường Đại học Quốc gia Yokohama, Nhật Bản Bảng Số liệu tính tốn hệ số α Cảng Vụ Hình 1: Thiết bị đo gió cầm tay 2.3 Nghiên cứu lựa chọn vị trí để thiết lập trạm đo xác định hệ số địa hình vị trí chọn Qua việc nghiên cứu lưu lượng xe lưu thơng qua cơng trình cầu, vị trí thường xuyên tập trung nhiều phương tiện người tham gia giao thông ngã ba, ngã tư, bãi biển, bến du thuyền đưa vị trí quan trọng cần để thiết lập tram đo sau: + Cầu Nam Ô + Bãi biển Liên Chiểu + Ngã ba giao đường Nguyễn Sinh Sắc đường Nguyễn Tất Thành + Bãi biển Thanh Khê + Cầu Thuận Phước + Cảng vụ (Trạm chủ) + Cầu Rồng + Cầu Trần Thị Lý Bảng Số liệu tính tốn hệ số α Cầu Thuận Phước Hình 2: Bản đồ thể vị trí chọn Để có hệ số địa hình α vị trí ta tiến hành đo 20 lần Sau có cao độ vận tốc, ta dựa vào công thức (2) để tính tốn hệ số α Tiếp đến ta tính trung bình cho 20 giá trị để có kết xác hệ số α vị trí 2.4 Xác định mối quan hệ địa điểm trạm đo Sau tính tốn tất hệ số địa hình α vị trí chọn, ta tiến hành thiết lập mối quan hệ tương quan vị trí so với trạm (Trạm Cảng Vụ) cách dùng thiết bị đo gió cầm tay anenometer đặt trạm Cảng Vụ 01 thiết bị đặt địa điểm lại để đo vận tốc, vị trí ta tiến hành 10 lần sau dùng cơng thức (1) để quy đổi vận tốc vị trí độ cao chuẩn 10m Cuối ta tính trung bình cho 10 giá trị để có kết tương quan điểm Tiến hành tương tự điểm lại so với Trạm Cảng Vụ để tính tất giá trị thể mối quan hệ vị trí Xây dựng đồ gió tự động cho thành phố Đà Nẵng dựa hệ số địa hình thực tế Bảng Bảng số liệu thể mối quan hệ vận tốc Cảng vụ cầu Rồng cơng tác lấy mẫu tốc độ gió, hướng gió theo thời gian thực truyền cổng thông tin lưu trữ liệu sức gió qua Internet Dựa liệu sức gió thu thập được, hệ thống tính tốn sức gió (tốc độ gió, hướng gió) vị trí điểm mốc bề mặt Sơng Hàn dự báo tốc độ gió tồn địa điểm định vị trước Ngoài ra, tùy thuộc vào giá trị tốc độ gió dự báo, hệ thống đưa thông tin cảnh báo với cấp độ gió tương ứng theo thời gian thực để phục vụ cho công tác quản lý hoạt động tàu thuyền du lịch Sông Hàn Bảng Bảng số liệu thể mối quan hệ vận tốc Cảng vụ cầu Trần Thị Lý Hình 3: Sơ đồ nguyên lý tổng thể hệ thống dự báo tốc độ gió 2.6.2 Thiết bị đo tốc độ gió 2.5 Đưa cảnh báo tốc độ Từ đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống điều tiết giao thông cho xe máy điều kiện gió mạnh tác giả Võ Duy Hùng cộng [7], ta tiến hành thiết lập mối quan hệ vận tốc gió vận tốc xe chạy Từ đưa cảnh báo cho phương tiện lưu thông điều kiện gặp gió mạnh hay thời tiết mùa mưa bão Bảng Mối quan hệ vận tốc gió tốc độ xe cho phép 2.6 Mô tả hệ thống 2.6.1 Tổng quan hệ thống đo gió Hình trình bày mơ hình tổng qt hệ thống dự báo tốc độ gió Hệ thống xây dựng bao gồm thiết bị đo tốc độ gió, thiết bị thơng tin cảnh báo, hệ thống lưu trữ liệu tốc độ gió liệu dự báo tốc độ gió phần mềm mơ phỏng, dự báo tốc độ gió Mơ tả nguyên lý hoạt động: Thiết bị đo tốc độ gió lắp đặt cố định vị trí Cảng vụ thủy nội địa, thực Hình 4: Hình ảnh thực tế thiết bị đo gió xây dựng lắp đặt Thiết bị đo tốc tộ gió, hướng gió bao gồm cảm biến đo tốc độ gió, cảm biến hướng gió thu thập liệu tích hợp phát triển Atmel ARM Cortex-M3 CPU tiết kiệm lượng Thiết bị thu thập liệu tốc độ gió với dải đo rộng (từ 0-50m/s, độ xác Bùi Hồng Trung, Võ Duy Hùng, Lê Văn Trung Dỗn Đạt Phước 0,1m/s), hướng gió từ 0-360o, sai số 1o, hoạt động tốc vùng nhiệt độ môi trường từ 0-70oC, độ ẩm lên đến 95%RH Thiết bị lập trình thu thập liệu tốc độ gió với tần suất lấy mẫu 1Hz, chu kỳ lấy mẫu 1s-10 phút, chu kỳ cập nhật liệu 1s-3 tiếng Thiết bị cấu hình để sử dụng hồn tồn lượng mặt trời (loại panel 50Wp, ắc quy 48Ah) 2.6.3 Phần mềm mơ phỏng, dự báo tốc độ gió Phần mềm dự báo, mơ tốc độ gió bao gồm hai mơđun chính: Cổng thơng tin tốc độ gió theo thời gian thực: Cổng thông tin cập nhật giá trị đo tốc độ gió, hướng gió vị trí đặt thiết bị đo tốc độ gió theo thời gian thực, kèm theo biểu đồ biểu diễn liệu tốc độ gió theo thời gian Hình 7: Thực mơ hoạt động gió khu vực dự báo tốc độ gió số điểm tham chiếu Kết nghiên cứu Từ số liệu thu thập qua q trình tính tốn Ta tiến hành đưa số liệu vào liệu web để tạo nên đồ gió tự động cập nhật liên tục 01 phút 01 lần đưa cảnh báo cho phương tiện tham gia giao thông Hình 5: Giao diện cổng thơng tin tốc độ gió Bản đồ số mơ dự báo tốc độ gió: Bản đồ số xây dựng dựa đồ Google Map Api với liệu tốc độ gió, hướng gió cập nhật theo liệu thực từ cảm biến đo vị tí Cảng vụ Phần mềm tiến hành mô hoạt động vùng hoạt động gió địa điểm thành phố Đà Nẵng với giá trị tính tốn dự báo tham chiếu cho điểm mốc cố định xác định trước (thể bảng liệu nằm đồ) Hình 8: Giao diện đồ Hình 6: Giao diện đồ số dự báo tốc độ gió Hình 9: Thơng số gió cầu Thuận Phước Qua đồ người tham gia giao thơng, tàu thuyền cập nhật thơng số tốc độ gió theo giời thực địa điểm thành phố Đồng thời, xem thơng số tốc độ xe máy cho phép qua cầu Ngoài ra, vận tốc gió theo độ cao nội suy Xây dựng đồ gió tự động cho thành phố Đà Nẵng dựa hệ số địa hình thực tế đồ, nhà xây dựng có để lấy thơng số liên quan đến gió theo độ cao Địa truy cập trang web: http://windmapdanang.tapit.vn/ [8] and Adaptive Control Design John Wiley & Sons, Inc., New York 1995 [9] 1999 Bài báo xây dựng mối tương quan vị trí so với trạm chủ từ thành lập đồ gió tự động cập nhật liên tục phút lần để người dân thành phố tiện theo dõi đưa khuyến cáo tốc độ xe chạy qua vị trí Nghiên cứu áp dụng cho thực tế thành phố khác Việt Nam, đặc biệt điều kiện mưa bão Đồng thời hướng đến xây dựng đồ gió thiết kế cho thành phố Đà Nẵng vùng lân cận phục thiết kế cầu cơng trình cao tầng Ngoài ra, kết nghiên cứu sở để phục vụ cho việc du lịch bến thuyền Sông Hàn số trò chơi mạo hiểm biển Tránh cố đáng tiếc thiên tai gây Lời cảm ơn Đề tài hoàn thành với hổ trợ tài từ kinh phí nghiệp khoa học hàng năm Sở Khoa học Công nghệ, Thành phố Đà Nẵng Tài liệu tham khảo Tiêu chuẩn 2737:1995 - Tải trọng tác động Viện Khoa học Kỹ thuật Xây dựng - Bộ Xây dựng 1995 [2] Vo D.H., Do A.V,“Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều tiết giao thông cho xe máy điều kiện gió mạnh Kỉ yếu hội nghị nghiên cứu khoa học Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng 2018 [3] Hồng Nam, Gió tác động gió lên cơng trình Nhà [4] C.J.Baker (2003), Some complex applications of the “wind xuất Đại học Quốc gia, Tp Hồ Chí Minh 2016 loading chain Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 91, pp.1791-1811 [5] N Shiraishi, Quang Ng.Ph.; Dittrich, J.-A.: Praxis der feldorientierten Drehstromantriebs-regelungen Aufl., Expert-Verlag, Kết luận [1] Krstíc, M.; Kanellakopoulos I.; Kokotovíc, P.: Nonlinear M Matsumoto, H Shirato(1982), Fundamental study on unsteady aerodynamic force on bluff body Proceedings of Japan Society for Civil Engineers, No.328, pp.19-30 [6] Givoni, Baruch, Climate Considerations in Building and [7] Do A.V., Ngo V.T., Vo D.H*, Nguyen H.N.T , Developing Urban Design, New york, Van Nostrand Reinhold, 1998 the overturning warning systems for motorcycles travelling in strong wind condition, Procedding of the 17th International Symposium on Advanced Technology, Danang 2017, (ISSN 2434-4273) ... tốc gió theo độ cao nội suy Xây dựng đồ gió tự động cho thành phố Đà Nẵng dựa hệ số địa hình thực tế đồ, nhà xây dựng có để lấy thơng số liên quan đến gió theo độ cao Địa truy cập trang web: http://windmapdanang.tapit.vn/... bình cho 10 giá trị để có kết tương quan điểm Tiến hành tương tự điểm lại so với Trạm Cảng Vụ để tính tất giá trị thể mối quan hệ vị trí Xây dựng đồ gió tự động cho thành phố Đà Nẵng dựa hệ số địa. .. gió: Bản đồ số xây dựng dựa đồ Google Map Api với liệu tốc độ gió, hướng gió cập nhật theo liệu thực từ cảm biến đo vị tí Cảng vụ Phần mềm tiến hành mô hoạt động vùng hoạt động gió địa điểm thành