Tài liệu Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn tình huống xác định vận tốc của các phương tiện giao thông từ video ghi hình

BÀI DỰ THI Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn dành cho học sinh trung học Sở Giáo dục và Đào tạo thành phố Hà Nội Phòng Giáo dục và Đào tạo quận Hoàn Kiếm Trường: THCS Ngô Sĩ Liên Địa chỉ: 27-29 Hàm Long, Hoàn Kiếm, Hà Nội Điện thoại:04 3943 0089 Email: [email protected] Tên tình huống: XÁC ĐỊNH VẬN TỐC CỦA CÁC PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG TỪ VIDEO GHI HÌNH Môn học chính được HS vận dụng trong giải quyết tình huống: Vật lý Các môn học tích hợp: Tin học, Giáo dục Công dân Thông tin về nhóm học sinh: 1. Nguyễn Hải Long Ngày sinh: 03/06/2000 2. Lê Nho Thành Ngày sinh: 05/07/2000 Lớp: 9A4 Lớp: 9A4 Hà Nội, tháng 12 năm 2014 1. Tên tình huống: Xác định vận tốc của các phương tiện giao thông từ video ghi hình 2. Mục tiêu giải quyết tình huống: -Mục tiêu trực tiếp: Dựa trên video ghi hình các phương tiện giao thông như video của VOV giao thông, có thể xác định được vận tốc của các phương tiện (mà không cần đo trực tiếp, không cần sử dụng súng bắn tốc độ). Từ đó đánh giá được tình hình giao thông trên đoạn đường đó. - Mục tiêu về kiến thức: + Kiến thức vật lý: Biết cách sử dụng công thức vật lý v = s/t để tính vận tốc của một phương tiện giao thông cụ thể + Kiến thức tin học: Biết cách sử dụng phần mềm tin học thông dụng (movie maker) để đo thời gian chuyển động của một phương tiện giao thông. Biết cách xử lý video (cắt, ghép thêm chữ... cho video). + Kiến thức giáo dục công dân: Hiểu về Luật giao thông đường bộ, các quy định về vạch kẻ đường. 3. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến việc giải quyết tình huống Trong vấn đề đảm bảo an toàn giao thông, đôi khi cảnh sát cần kiểm tra tốc độ của các phương tiện để biết xem họ có tuân thủ đúng luật hay không, để có thể kịp thời đưa ra biện pháp xử lý, giúp điều chỉnh để việc tham gia giao thông của mọi người được thuận tiện và an toàn hơn. Việc chạy quá tốc độ có thể gây rất nhiều hậu quả khi tham gia giao thông, không chỉ cho chính bản thân họ mà còn cho nhiều phương tiện khác. Trước đây, việc xác định vận tốc của các phương tiện giao thông là khá khó khăn. Cảnh sát được trang bị máy bắn tốc độ cho phép xác định nhanh, chính xác vận tốc của phương tiện, nhưng đòi hỏi họ phải ra đường trực tiếp đo, nên số lượng các phương tiện được đo tốc độ chưa nhiều, hiệu quả của việc đo và xử lý các phương tiện vi phạm chưa cao. Gần đây, ở nhiều tuyến đường có gắn camera ghi hình tình hình giao thông. Kênh VOV giao thông thường xuyên phát đi các đoạn video về tình hình tham gia giao thông ở nhiều tuyến đường, bằng mắt thường cũng có thể đánh giá được mức độ phóng nhanh, vượt ẩu của nhiều phương tiện. Nhưng muốn xử lý được các vi phạm, cần xác định được chính xác vận tốc của phương tiện vi phạm đó. Vậy làm thế nào để xác định vận tốc của các phương tiện đang lưu thông chỉ nhờ vào video ghi hình? Để xác định được vận tốc của một chuyển động, cần xác định được chiều dài quãng đường và thời gian đi hết quãng đường đó. Với một đoạn video ghi hình, thời gian chuyển động của phương tiện không đổi, nhưng kích thước thật của đường đi lớn hơn nhiều kích thước trên hình ảnh. Hơn nữa, tùy thuộc vào vị trí đặt camera, tỉ lệ giữa kích thước hình ảnh trên video và kích thước thật cũng khác nhau giữa đoạn clip này với đoạn clip khác. Nhóm em đã tìm cách xác định chiều dài quãng đường nhờ vào các vạch kẻ đường và xác định thời gian chuyển động dựa vào phần mềm movie maker. 4. Giải pháp giải quyết tình huống Về mặt lý thuyết, chúng ta cần chọn một quãng đường xác định trong clip (một đoạn video), xác định chiều dài quãng đường và thời gian đi hết quãng đường đó rồi tính vận tốc bằng công thức v=s/t. Chiều dài của quãng đường được xác định nhờ vào vạch kẻ đường. Theo “Điều lệ báo hiệu Đường bộ” của Bộ Giao thông vận tải, các vạch kẻ đường có chiều dài xác định. Nếu chọn một quãng đường xác định dọc theo các vạch kẻ đường, ta có thể biết được chiều dài quãng đường. Ví dụ: vạch dọc theo tim đường số 1-5 là vạch đứt quãng, tỉ lệ L1:L2=1:3. Vạch trắng dài 1m thì khoảng cách giữa 2 vạch trắng liền kề là 3m. Nếu chọn quãng đường là số nguyên lần các vạch trắng, ta tính được ngay chiều dài của quãng đường. Chọn điểm đầu A là đầu của một vạch trắng, điểm cuối B là đầu của vạch trắng thứ n, thì chiều dài của quãng đường mà phương tiện đã đi là n(L1+L2). Và thứ hai, chúng ta cần tính thời gian phương tiện đi hết đoạn đường AB đã được xác định đó. Việc này khá đơn giản vì ta chỉ cần dựa vào thời gian chạy video của phần mềm. Ta xác định thời điểm phương tiện ở A và thời điểm phương tiện đến B rồi tính thời gian đi hết quãng đường đó. Có quãng đường và thời gian đi hết quãng đường đó, vận tốc của phương tiện sẽ được xác định theo công thức: v=s/t. Công thức này áp dụng cho tất cả mọi vật chuyển động và tất nhiên là cả phương tiện giao thông. 5. Thuyết minh tiến trình giải quyết tình huống Để hiểu rõ về cách xác định này, nhóm chúng em đã tìm các video ghi hình và thử tính vận tốc các phương tiện trên clip ghi hình. Tuy nhiên, để có ví dụ dễ quan sát, dễ tính toán, chúng em đã quay một clip làm ví dụ. Clip được đăng tại địa chỉ: http://www.youtube.com/watch?v=PaiwlzHj36s Nhóm chúng em sẽ xác định vận tốc của một chiếc xe đạp trong một đoạn video ví dụ đã được nhóm chúng em đã quay bằng chức năng camera của máy ảnh kỹ thuật số. Để xác định được vận tốc của xe đạp trong đoạn clip trên, đầu tiên chúng ta cần đánh dấu điểm đầu A và điểm cuối B của một đoạn đường cụ thể trong đoạn clip (hình 1 dưới đây). Chọn điểm A là đầu của vạch trắng đầu tiên trong đoạn clip, còn B là đầu vạch trắng thứ 4. Để tính được đoạn đường AB, chúng ta cần xác định loại vạch kẻ đường mà xe đạp đã đi. Trong đoạn clip trên, loại vạch kẻ đường là vạch nằm ngang số 1-5. Độ dài vạch trắng là s 1=1m, còn khoảng cách giữa hai vạch là s2=3m. Vậy, độ dài quãng đường AB là: sAB= 3(s1+s2)= 3.(1+3)= 12m A B Hình 1. Xác định đoạn đường để tính vận tốc Mở clip trên bằng phần mềm movie maker, ta xác định các thời điểm đầu quãng đường và cuối quãng đường. Ưu điểm của việc xác định thời điểm trên phần mềm movie maker là có thể xác định thời gian chạy clip của từng khung hình, chính xác đến 1/100 giây mà không cần phải xem lần lượt từng khung hình. Trong đoạn video trên, thời điểm mà xe ở điểm A là t 1= 0s80, thời điểm xe đi đến điểm B là t2 = 4s53. Như vậy, thời gian xe đi hết AB là: t= t2 - t1 = 3,73 (s) Sau khi tính được quãng đường AB và thời gian đi hết AB trong đoạn clip trên, ta tính được vận tốc của xe đạp là: vxe đạp= sAB/t= 12/3,73= 3,22 (m/s) = 11,58 (km/h) 6. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống Qua việc tìm hiểu và thực hiện việc giải quyết tình huống, nhóm chúng em đã nhận thấy: Đối với thực tiễn học tập: - Biết ứng dụng của công thức vật lý v=s/t vào thực tế để đo vận tốc của một xe cụ thể. Từ đó có thể mở rộng đo vận tốc các phương tiện giao thông đường bộ thông qua vạch kẻ đường. - Biết cách nhận biết loại vạch chỉ đường. - Biết sử dụng phần mềm movie maker. Đặc biệt, qua hoạt động này, chúng em đã biết cách trao đổi, làm việc nhóm, phân công công việc trong nhóm sao cho hiệu quả. Trong quá trình thực hiện, đã có những tranh luận nhưng cuối cùng đã tìm được những biện pháp để cùng nhau giải quyết, tiếp tục hợp tác với nhau. Đối với thực tiễn đời sống Cảnh sát giao thông có thể xác định vận tốc của các phương tiện giao thông nhờ vào đoạn clip quay bằng camera giám sát giao thông. Những camera giám sát giao thông thường đặt ở một nơi cố định nên việc xác định loại vạch kẻ đường rất đơn giản. Nếu xác định được tốc độ của các phương tiện một cách dễ dàng nhờ vào video ghi hình, cảnh sát giao thông ở trung tâm xử lý hình ảnh có thể yêu cầu cảnh sát ở các chốt cố định can thiệp, giúp kiểm soát được vận tốc của các phương tiện và có thể tránh được các tai nạn giao thông không đáng có. Như vậy, bằng cách xác định vận tốc các phương tiện dựa trên các video ghi hình, công việc của cảnh sát giao thông sẽ được giảm bớt, đồng thời cũng giảm được kinh phí cho việc đầu tư mua sắm các súng bắn tốc độ, giúp giảm bớt gánh nặng của ngành giao thông.