MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam là quốc gia ven biển, có chiều dài bờ biển khoảng 3.260 km, với trên 1 triệu km2 vùng biển đặc quyền kinh tế. Biển Đông có vị trí chiến lược quan trọng, là tuyến đường hàng hải nhộn nhịp nối liền Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương, châu Á với châu Âu, châu Úc với Trung Đông và là tuyến đường vận tải dầu quan trọng tới Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc. Vùng biển phía Nam Việt Nam, từ Ninh Thuận đến Kiên Giang có các hoạt động kinh tế biển sôi động, tập trung khá đông tàu cá đánh bắt xa bờ, là nơi hoạt động của đội tàu dịch vụ, du lịch, khai thác dầu khí và có các hoạt động quốc phòng, an ninh trên biển.
Bên cạnh đó, điều kiện tự nhiên, thời tiết trên biển ngày càng khắc nghiệt bất thường, mật độ giao thông trên biển tăng cao, trình độ của thuyền viên, ngư dân còn hạn chế dẫn đến các tai nạn, sự cố hàng hải gia tăng. Số vụ tai nạn xảy ra ở vùng biển này (thuộc trách nhiệm Trung tâm phối hợp TKCN Hàng hải Khu vực III - Vũng Tàu MRCC) chiếm tới 44% tổng số vụ tai nạn trên vùng biển Việt Nam (thuộc trách nhiệm VMRCC) [29]. Tìm kiếm cứu nạn (TKCN) trên biển giúp đảm bảo an toàn sinh mạng con người và tài sản, là nghĩa vụ và trách nhiệm của một quốc gia ven biển và còn mang ý nghĩa khẳng định chủ quyền trên biển của Tổ quốc. Tổ chức tốt các hoạt động TKCN trên biển đem lại sự an tâm cho tàu thuyền hoạt động trên khu vực biển trách nhiệm của Việt Nam và đảm bảo uy tín cho Quốc gia.
Tất cả các bước trong công tác TKCN trên biển đều được tiến hành hết sức khẩn trương, việc xây dựng kế hoạch TKCN diễn ra trong thời gian rất ngắn. Công tác dự đoán quỹ đạo trôi dạt với xác suất cao và tính toán tuyến đường tìm kiếm tối ưu cho các phương tiện cứu nạn dựa trên quỹ đạo trôi dạt giúp tiếp cận vật thể bị nạn trên biển với thời gian ngắn nhất. Việc này là hết luan an 2 sức quan trọng, có ý nghĩa quyết định thành công của việc cứu người, con tàu và hàng hoá. Bên cạnh đó Việt Nam cũng đã tham gia Công ước Quốc tế về TKCN hàng hải - SAR 79 kể từ năm 2007.
Do đó, việc nghiên cứu đề tài luận án “Nghiên cứu lý thuyết dự đoán quỹ đạo trôi dạt và tính toán tuyến đường tìm kiếm tối ưu cho phương tiện gặp nạn trong vùng biển Ninh Thuận - Kiên Giang” là cần thiết nhằm nâng cao năng lực TKCN trên biển, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, định hướng phát triển kinh tế biển, đồng thời góp phần bảo vệ chủ quyền, quyền chủ quyền quốc gia cũng như bảo đảm quốc phòng, an ninh và bảo vệ môi trường. Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến Đề tài Luận án Do tầm quan trọng của công tác TKCN, trên thế giới và ngay tại Việt Nam đã có nhiều nội dung nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực này. Việc nghiên cứu phục vụ TKCN hết sức cấp bách nhưng hầu hết các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào vấn đề dự đoán trôi dạt và ít có nghiên cứu về dự đoán tuyến đường chạy tàu TKCN. Một số tài liệu, công trình nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước liên quan đến chủ đề của đề tài luận án đã được công bố gần đây: Tình hình nghiên cứu dự đoán sự trôi dạt của vật thể trên biển: Một số nghiên cứu đã được công bố và có thể tham khảo bao gồm: + Năm 1960, tác giả Chapline, W.
[41] nghiên cứu tính toán dự đoán độ trôi dạt của của xuồng bị nạn; + Năm 1998, các tác giả Hodgins, D., [46], nghiên cứu phát triển mô hình toán học trôi dạt phao bè cứu sinh và xuồng nhỏ ở vùng biển Canada; luan an 3 + Năm 2002, nhóm tác giả Daniel, P. [42], nghiên cứu mô hình trôi dạt của containers; + Năm 2006, nhóm tác giả Gästgifvars, M. [43], nghiên cứu xây dựng mô hình trôi dạt của phao bè trong điều kiện thời tiết thay đổi nhanh ở Vịnh Phần Lan; + Năm 2006, nhóm tác giả P. Monbet [71], nghiên cứu sử dụng mô phỏng Monte Carlo dự đoán trôi dạt vật thể trên biển dưới điều kiện thuỷ triều và gió; + Năm 2012 nhóm tác giả Breivik, Ø., Forest [38], đã nghiên cứu thực nghiệm xác định quỹ đạo trôi dạt của container ở vùng biển Na Uy; + Năm 2014, các tác giả Alexey Bezgodov; Dmitrii Esin, [34] nghiên cứu mô hình trôi dạt của một số vật thể trong điều kiện biển bất thường Các nghiên cứu trên nghiên cứu quỹ đạo trôi dạt của container, phao, xuồng, bè, … trôi dạt trên các vùng biển Na Uy, biển Bắc … để tìm kiếm và hạn chế va chạm với phương tiện khác.
Nghiên cứu dựa trên số liệu tổng hợp số liệu khí tượng thủy văn được theo dõi nhiều năm trong vùng biển này cũng như các thử nghiệm thực tế đối với một số nhóm vật thể hình dạng khác nhau. Các nghiên cứu này không sử dụng dữ liệu thời tiết theo thời gian thực và không thực hiện ở vùng biển có điều kiện khí tượng thuỷ văn khác biển Việt Nam Do dó kết quả các nghiên cứu này sẽ có sự sai khác đáng kể khi áp dụng cho vùng biển Việt Nam do sai khác về đặc điểm địa lý, khí tượng thủy văn giữa các vùng biển. luan an 4 Tuy nhiên phương pháp nghiên cứu được áp dụng có thể xem xét và thay đổi phù hợp để áp dụng đối với vùng biển Việt Nam; - Các nghiên cứu với khu vực biển Việt Nam: + Đàm Duy Hùng, Dương Hồng Sơn, Trần Thùy Nhung, Lê Văn Quy [6], công bố ‘‘Ứng dụng công nghệ Web Gis nhằm dự báo quỹ đạo vật thể trôi phục vụ tìm kiếm cứu nạn trên biển’’; + Các tác giả Kyoung-Ho Cho; Yan Li; Hui Wang; Kwang-Soon Park; Jin-Yong Choi; Kwang-Il Shin; Jae-Il Kwon, [54] phát triển mô hình hệ thống tìm kiếm cứu nạn ở cùng biển Yellow Sea, East China Seas và biển Đông; + Năm 2013, các tác giả Nguyen Quoc Trinh, Nguyen Minh Huan, Phung Dang Hieu, Du Van Toan, [70], công bố nghiên cứu mô phỏng trôi dạt của vật thể ở khu vực Biển Đông Việt Nam bằng phương pháp số; + Năm 2015, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước [12], chủ nhiệm đề tài PGS. Nguyễn Minh Huấn: Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ dự báo quỹ đạo chuyển động trôi trên mặt nước của vật thể phục vụ công tác tìm kiếm cứu hộ, cứu nạn trên Biển Đông + Luận văn tiến sĩ kỹ thuật “Modeling maritime search area in monsoon conditions”.
Tran Luu Hoan. [82] đưa ra mô hình TKCN trong điều kiện gió mùa ở Việt Nam. Nghiên cứu đưa ra được mô hình TKCN với diện tích nhỏ hơn mô hình của Sổ tay TKCN hàng hải (IAMSAR) trong điều kiện gió mùa ở Việt Nam. Tuy nhiên chưa đánh giá độ chính xác, mức độ tin cậy thông tin thời tiết trong dự đoán và chưa nghiên cứu về tuyến đường tìm kiếm.
luan an 5 Nhận xét: Các nghiên cứu đề cập tới mô hình hệ thống TKCN và có tiến hành nghiên cứu với vùng biển Việt Nam. Nghiên cứu đưa ra số liệu khảo sát được ghi lại để hỗ trợ việc đánh giá cảm quan về hướng tìm kiếm của các đơn vị thực hiện tìm cứu khi thực thi nhiệm vụ. Tuy nhiên các nghiên cứu này chưa xem xét đánh giá độ chính xác dữ liệu khí tượng thủy văn. Các nghiên cứu đều chưa đưa ra được các thuật toán xác định phương án tìm cứu rõ ràng, trong điều kiện thời tiết, đặc điểm phương tiện tìm cứu thực tế và chưa nghiên cứu về tuyến đường tìm kiếm.
Tình hình nghiên cứu vấn đề xác định phương án điều động tàu: Vấn đề xác định tuyến đường TKCN hiện nay hầu hết được thực hiện theo các hướng dẫn trong Sổ tay IAMSAR [49] và với vùng biển Việt Nam gần như chưa có nghiên cứu nào về việc xác định phương án điều động tối ưu cho tàu TKCN. Có nhiều nghiên cứu khác nhau về việc tính toán tuyến đường cho tàu biển như: - Nghiên cứu [74], 2000 Smierzchalski, R., “Modeling of ship trajectory in collision situations by an evolutionary algorithm”. Các tác giả sử dụng thuật toán tiến hoá để xây dựng tuyến đường chạy tàu tránh va chạm trên biển; - Nghiên cứu [64] Nguyen Minh Duc, Tamaru Hitoi (năm 2009) đã đưa ra nguyên lý cơ bản về việc xác định quỹ đạo tránh va cho tàu dựa trên các thông tin về mục tiêu và khu vực hành trình thu được, sử dụng phương pháp quy hoạch động dựa trên thuật toán Dijkstra (Dynamic Programming). - Trong nghiên cứu [65] Luận văn Tiến sĩ Nguyen Minh Duc, Doctor Thesis, tác giả sử dụng thuật toán tối ưu đàn kiến xác định tuyến đường tránh va cho tàu, với các thông tin về chuyển động của tàu khác thu nhận được qua các thiết bị theo dõi, giám sát chuyển động tàu (GPS, Radar, AIS).
luan an 6 - Nghiên cứu [83] 2010 Tsou, Ming-Cheng & Hsueh, Chao-Kuang. “The study of ship collision avoidance route planning by ant colony algorithm”. Các tác giả sử dụng thuật toán tối ưu đàn kiến để lập kế hoạch chạy tàu phòng ngừa va chạm tàu trên biển hỗ trợ sỹ quan trực ca ra quyết định. Nguyen et al, ICAIS 2012, sử dụng thuật toán tối ưu vi khuẩn (Bacterial Foraging Algorithm) nhằm mục đích tối ưu hóa hàm chi phí (Cost Function) trong quá trình tránh va của tàu, được tính toán dựa trên thời gian chạy tàu, mức độ tuân thủ quy định về phòng ngừa đâm va tàu thuyền trên biển; - Nghiên cứu [62] M.
Nguyen et al, Multi-Scale Automatic Route Planning Algorithms for Sea-Going Vessel, AMFUF 2013, sử dụng các thuật toán tính toán tối ưu số trên trong việc xác định tuyến đường hàng hải khí tượng của tàu, trong đó các thông tin về đặc tính chuyển động của tàu và đặc điểm khí tượng thực tế tại khu vực chạy tàu được sử dụng; - Nghiên cứu [57] 2015 Lazarowska, A. Ship's Trajectory Planning for Collision Avoidance at Sea Based on Ant Colony Optimisation. Các tác giả cũng sử dụng thuật toán tối ưu đàn kiến để lập kế hoạch chạy tàu phòng ngừa va chạm tàu trên biển cho các phương tiện không có người điều khiển và có xét đến các yếu tố môi trường thay đổi. - Nghiên cứu [55] 2016 LauraWalther, Anisa Rizvanolli, Mareike Wendebourg, Carlos Jahn.
“Modeling and Optimization Algorithms in Ship Weather Routing”.