Nghiên cứu ứng dụng thuật toán phân cụm không giám sát trong phân tích dữ liệu GNSS-RTK phục vụ quan trắc cầu dây văng
Email:
gianglk@utc.edu.vn
Từ khóa:
GNSS-RTK, phân cụm HAC, mô hình hỗn hợp Gaussian (GMM), chỉ số Silhouette, học máy không giám sát, quan trắc cầu dây văng
Tóm tắt
Công nghệ định vị vệ tinh GNSS-RTK đã và đang được ứng dụng phổ biến trong quan trắc sức khỏe kết cấu cầu dây văng nhờ khả năng cung cấp dữ liệu dịch chuyển chính xác và liên tục. Tuy nhiên, thách thức lớn đặt ra là dữ liệu thường chứa nhiều nhiễu, giá trị ngoại lai và không có nhãn, gây khó khăn cho việc phát hiện sớm các trạng thái bất thường của công trình. Nghiên cứu này tập trung vào phân tích chuỗi dịch chuyển GNSS-RTK theo phương đứng tại cầu Nhật Tân (Hà Nội) thông qua hai thuật toán phân cụm không giám sát: Phân cụm phân cấp kết hợp dần (HAC) và Mô hình hỗn hợp Gaussian (GMM). Quy trình phân tích bao gồm tiền xử lý dữ liệu (loại bỏ ngoại lai bằng bộ lọc Hampel, nội suy, phân đoạn và chuẩn hóa z-score) và đánh giá kết quả bằng chỉ số Silhouette. Kết quả cho thấy cả HAC và GMM đều xác định số cụm tối ưu k = 2, phản ánh hai trạng thái dịch chuyển đặc trưng, trong đó GMM đạt chất lượng phân cụm tốt hơn (Silhouette ≈ 0,596) so với HAC (≈ 0,520). Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng phân cụm không giám sát trong phát hiện sớm các trạng thái bất thường của cầu dây văng, góp phần nâng cao hiệu quả bảo trì chủ động và an toàn khai thácTài liệu tham khảo
[1]. A. Masiero, A. Guarnieri, V. Baiocchi, D. Visintini, F. Pirotti, Machine Learning Clustering Techniques to Support Structural Monitoring of the Valgadena Bridge Viaduct (Italy), Remote Sensing, 16 (2024) 3971. https://doi.org/10.3390/rs16213971.
[2] Lê Văn Hiến, Lê Minh Ngọc, Trần Đức Công, Nghiên cứu phương pháp tiền xử lý dữ liệu quan trắc liên tục gnss của cầu dây văng nhiều trụ tháp, Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 75 (2024) 2345–2355. https://doi.org/10.47869/tcsj.75.9.9.
[3]. A. Guo, A. Jiang, J. Lin, X. Li, Data mining algorithms for bridge health monitoring: Kohonen clustering and LSTM prediction approaches, Journal of Supercomputing, 76 (2020) 932–947. https://doi.org/10.1007/s11227-019-03045-8.
[4]. A. Diez, N.L.D. Khoa, M.M. Alamdari, Y. Wang, F. Chen, P. Runcie, A clustering approach for structural health monitoring on bridges, Journal of Civil Structural Health Monitoring, 6 (2016) 429–445. https://doi.org/10.1007/s13349-016-0160-0.
[5]. S. Aghabozorgi, A.S. Shirkhorshidi, T.Y. Wah, Time-series clustering – A decade review, Information Systems, 53 (2015) 16–38. https://doi.org/10.1016/j.is.2015.04.007.
[6]. Geo Matching, Which is Better Among Static Survey, RTK or PPK? https://geo-matching.com/articles/which-is-better-among-static-survey-rtk-or-ppk, 2022 (truy cập ngày 5 tháng 8 năm 2025).
[7]. P.N. Tan, M. Steinbach, A. Karpatne, V. Kumar, Introduction to data mining, Second edition, Pearson, New York, 2019.
[8]. A.K. Jain, Data clustering: 50 years beyond K-means, Pattern Recognition Letters, 31 (2010) 651-666. https://doi.org/10.1016/j.patrec.2009.09.011.
[9]. J.O. Palacio-Niño, F. Berzal, Evaluation Metrics for Unsupervised Learning Algorithms, (2019). https://doi.org/10.48550/arXiv.1905.05667.
[10]. D. Müllner, Modern hierarchical, agglomerative clustering algorithms, 2011. https://doi.org/10.48550/ARXIV.1109.2378.
[11]. L. Kaufman, P.J. Rousseeuw, Finding Groups in Data: An Introduction to Cluster Analysis, John Wiley & Sons, 2009.
[12]. D. Reynolds, Gaussian Mixture Models, in Encyclopedia of biometrics, Springer, Boston, MA, 2015.
[13] Lê Khánh Giang, Hồ Thị Lan Hương, Đỗ Văn Mạnh, Trần Quang Học, Applying a two-step cluster algorithm in traffic accident data analysis, Transport and Communications Science Journal, 75 (2024) 1673-1687. https://doi.org/10.47869/tcsj.75.4.16
[14] P.J. Rousseeuw, Silhouettes: A graphical aid to the interpretation and validation of cluster analysis, Journal of computational and applied mathematics, 20 (1987) 53–65. https://doi.org/10.1016/0377-0427(87)90125-7.
[15] Cầu Nhật Tân, https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=C%E1%BA%A7u_Nh%E1%BA%ADt_T%C3%A2n&oldid=73707273, 2015 (truy cập ngày 4 tháng 8 năm 2025).
[16] Bộ GTVT, Tài liệu thiết kế và lắp đặt hệ thống quan trắc cầu Nhật Tân.
[2] Lê Văn Hiến, Lê Minh Ngọc, Trần Đức Công, Nghiên cứu phương pháp tiền xử lý dữ liệu quan trắc liên tục gnss của cầu dây văng nhiều trụ tháp, Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 75 (2024) 2345–2355. https://doi.org/10.47869/tcsj.75.9.9.
[3]. A. Guo, A. Jiang, J. Lin, X. Li, Data mining algorithms for bridge health monitoring: Kohonen clustering and LSTM prediction approaches, Journal of Supercomputing, 76 (2020) 932–947. https://doi.org/10.1007/s11227-019-03045-8.
[4]. A. Diez, N.L.D. Khoa, M.M. Alamdari, Y. Wang, F. Chen, P. Runcie, A clustering approach for structural health monitoring on bridges, Journal of Civil Structural Health Monitoring, 6 (2016) 429–445. https://doi.org/10.1007/s13349-016-0160-0.
[5]. S. Aghabozorgi, A.S. Shirkhorshidi, T.Y. Wah, Time-series clustering – A decade review, Information Systems, 53 (2015) 16–38. https://doi.org/10.1016/j.is.2015.04.007.
[6]. Geo Matching, Which is Better Among Static Survey, RTK or PPK? https://geo-matching.com/articles/which-is-better-among-static-survey-rtk-or-ppk, 2022 (truy cập ngày 5 tháng 8 năm 2025).
[7]. P.N. Tan, M. Steinbach, A. Karpatne, V. Kumar, Introduction to data mining, Second edition, Pearson, New York, 2019.
[8]. A.K. Jain, Data clustering: 50 years beyond K-means, Pattern Recognition Letters, 31 (2010) 651-666. https://doi.org/10.1016/j.patrec.2009.09.011.
[9]. J.O. Palacio-Niño, F. Berzal, Evaluation Metrics for Unsupervised Learning Algorithms, (2019). https://doi.org/10.48550/arXiv.1905.05667.
[10]. D. Müllner, Modern hierarchical, agglomerative clustering algorithms, 2011. https://doi.org/10.48550/ARXIV.1109.2378.
[11]. L. Kaufman, P.J. Rousseeuw, Finding Groups in Data: An Introduction to Cluster Analysis, John Wiley & Sons, 2009.
[12]. D. Reynolds, Gaussian Mixture Models, in Encyclopedia of biometrics, Springer, Boston, MA, 2015.
[13] Lê Khánh Giang, Hồ Thị Lan Hương, Đỗ Văn Mạnh, Trần Quang Học, Applying a two-step cluster algorithm in traffic accident data analysis, Transport and Communications Science Journal, 75 (2024) 1673-1687. https://doi.org/10.47869/tcsj.75.4.16
[14] P.J. Rousseeuw, Silhouettes: A graphical aid to the interpretation and validation of cluster analysis, Journal of computational and applied mathematics, 20 (1987) 53–65. https://doi.org/10.1016/0377-0427(87)90125-7.
[15] Cầu Nhật Tân, https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=C%E1%BA%A7u_Nh%E1%BA%ADt_T%C3%A2n&oldid=73707273, 2015 (truy cập ngày 4 tháng 8 năm 2025).
[16] Bộ GTVT, Tài liệu thiết kế và lắp đặt hệ thống quan trắc cầu Nhật Tân.
Tải xuống
Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
19/08/2025
Nhận bài sửa
11/10/2025
Chấp nhận đăng
13/10/2025
Xuất bản
15/10/2025
Chuyên mục
Công trình khoa học
Kiểu trích dẫn
Trần Đức, C., Hồ Thị Lan, H., Lê Khánh, G., & Lê Văn, H. (1760461200). Nghiên cứu ứng dụng thuật toán phân cụm không giám sát trong phân tích dữ liệu GNSS-RTK phục vụ quan trắc cầu dây văng. Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 76(8), 1138-1150. https://doi.org/10.47869/tcsj.76.8.8
