Luận án tiến sĩ về tối ưu hóa quỹ đạo và tuyến đường cứu hộ cho phương tiện gặp nạn tại Ninh Thuận - Kiên Giang

• Tác giả: Phạm Ngọc Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Đức
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải TP.HCM
• Chuyên ngành: Khoa học hàng hải
• Đề tài: Nghiên cứu tối ưu hóa quỹ đạo và tuyến đường cứu hộ trên biển Ninh Thuận - Kiên Giang
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC TÌM KIẾM CỨU NẠN
• 1.1. Cơ sở pháp lý liên quan đến hoạt động TKCN trên biển
• 1.1.1. Luật pháp quốc tế liên quan đến hoạt động TKCN
• 1.1.2. Các Thoả thuận quốc tế về TKCN giữa Việt Nam và các Quốc gia trong khu vực
• 1.1.3. Văn bản quy phạm pháp luật Việt Nam điều chỉnh hoạt động TKCN
• 1.2. Hoạt động TKCN quốc tế
• 1.2.1. Khu vực TKCN theo IMO
• 1.2.2. Tính chất toàn cầu trong hoạt động TKCN trên biển
• 1.3. Tổ chức hệ thống TKCN trên biển
• 1.4. Tổng quan về công tác TKCN trong vùng biển Ninh Thuận - Kiên Giang và vùng biển Việt Nam
• 1.4.1. Đặc điểm tự nhiên, hoạt động của phương tiện ở vùng biển Việt Nam
• 1.4.2. Hệ thống tổ chức TKCN trên biển của Việt Nam
• 1.4.3. Trung tâm Phối hợp TKCN hàng hải Việt Nam
• 1.4.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP THÔNG TIN THỜI TIẾT PHỤC VỤ TÌM KIẾM CỨU NẠN
• 2.1. Nguyên lý về dự đoán mức độ trôi dạt của phương tiện bị nạn
• 2.1.1. Dòng chảy tổng hợp (TWC)
• 2.1.2. Độ dạt tổng hợp (Drift)
• 2.2. Dữ liệu gió
• 2.2.1. Dữ liệu gió của Trung tâm khí tượng thuỷ văn quốc gia
• 2.2.2. Dữ liệu gió của một số công ty cung cấp dịch vụ thời tiết
• 2.2.3. Dữ liệu thời tiết của các cơ quan Khí tượng nước ngoài
• 2.2.4. Đánh giá độ tin cậy thông tin gió dạng Grib file của Viện nghiên cứu phát triển bền vững khí quyển nhân loại (Research institute for sustainable humanoshere – RISH)
• 2.3. Dữ liệu dòng chảy
• 2.3.1. Dữ liệu dòng chảy của Trung tâm khí tượng thuỷ văn Quốc gia
• 2.3.2. Dữ liệu dòng chảy của Viện nghiên cứu Đại dương Đài Loan và công ty StratumFive
• 2.3.3. Dữ liệu dòng chảy của Dự án nghiên cứu phân tích dòng chảy bề mặt đại dương theo thời gian thực (OSCAR)
• 2.3.4. Đánh giá độ tin cậy dữ liệu dòng chảy của Dự án nghiên cứu phân tích dòng chảy bề mặt đại dương theo thời gian thực (OSCAR)
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: DỰ ĐOÁN QUỸ ĐẠO TRÔI DẠT CỦA VẬT THỂ BỊ NẠN
• 3.1. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo
• 3.1.1. Cơ sở của phương pháp Monte Carlo
• 3.1.2. Các thành phần chính của phương pháp mô phỏng Monte Carlo
• 3.2. Sử dụng mô phỏng Monte Carlo dự đoán vùng trôi dạt của vật thể bị nạn theo xác suất
• 3.2.1. Nguyên lý chung áp dụng Monte Carlo dự đoán quỹ đạo trôi dạt của vật thể bị nạn
• 3.2.2. Dự đoán quỹ đạo trôi dạt vật thể bị nạn bằng mô phỏng Monte Carlo
• 3.2.3. Sử dụng bộ lọc trung bình (Median Filter) khử nhiễu vùng dự đoán xác suất vật thể bị nạn
• 3.2.4. Kết quả mô phỏng vùng dự đoán xác suất vật thể bị nạn
• 3.3. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG THUẬT TOÁN VI KHUẨN (BFO) XÁC ĐỊNH PHƯƠNG ÁN TÌM KIẾM CỨU NẠN HIỆU QUẢ DỰA TRÊN THÔNG TIN THỜI TIẾT THEO THỜI GIAN THỰC
• 4.1. Giới thiệu chung về tính toán phương án TKCN
• 4.1.1. Nguyên tắc chung của hoạt động TKCN
• 4.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới công tác TKCN
• 4.1.3. Nguyên lý chung về xây dựng tuyến đường trên mạng lưới
• 4.2. Phương pháp số tìm kiếm tuyến đường tối ưu trên lưới
• 4.2.1. Phương pháp quy hoạch động
• 4.2.2. Thuật toán đàn kiến
• 4.2.3. Thuật toán di truyền
• 4.2.4. Thuật toán vi khuẩn (BFO)
• 4.3. Tính toán phương án TKCN tối ưu cho 01 tàu tìm cứu bằng thuật toán BFO
• 4.3.1. Mô hình trao đổi thông tin TKCN
• 4.3.2. Hàm mục tiêu trong tính toán phương án TKCN cho một tàu tìm cứu
• 4.3.3. Các yếu tố và lưu đồ thuật toán
• 4.3.4. Nâng cao hiệu quả thuật toán bằng phương pháp kết bầy
• 4.3.5. Một số kết quả mô phỏng phương án 01 tàu tìm cứu
• 4.4. Áp dụng Thuật toán BFO xây dựng phương án cho hai tàu tìm cứu phối hợp tìm kiếm
• 4.4.1. Hàm mục tiêu trong tính toán phương án TKCN cho hai tàu tìm cứu phối hợp tìm kiếm
• 4.4.2. Các yếu tố và lưu đồ thuật toán
• 4.4.3. Một số kết quả mô phỏng phương án cho hai tàu tìm cứu phối hợp tìm kiếm
• 4.5. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tính cấp thiết của đề tài

Vùng biển từ Ninh Thuận đến Kiên Giang chiếm tới 44% tổng số vụ tai nạn trên biển Việt Nam. Việc ứng dụng khoa học công nghệ vào hoạt động tìm kiếm cứu nạn (TKCN) hiện nay còn nhiều hạn chế. Đặc biệt, chưa có nghiên cứu nào về tuyến đường cứu hộ tối ưu để quét hết khu vực xác suất trôi dạt của vật thể bị nạn trong thời gian ngắn nhất. Các phần mềm hiện tại như SAROPS không cung cấp thuật toán và dữ liệu thời tiết rõ ràng. Do đó, nghiên cứu này nhằm xây dựng thuật toán để nâng cao năng lực TKCN trên biển, từ đó cải thiện hiệu quả cứu hộ và đảm bảo an toàn hàng hải.

II. Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan

Nghiên cứu về quỹ đạo trôi dạt và tuyến đường cứu hộ đã được thực hiện ở nhiều quốc gia, nhưng tại Việt Nam, đặc biệt là trong vùng biển Ninh Thuận - Kiên Giang, vẫn còn thiếu sót. Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào lý thuyết mà chưa áp dụng thực tiễn. Việc sử dụng dữ liệu gió và dòng chảy từ các nguồn như Trường Đại học Kyoto và OSCAR đã cho thấy tiềm năng trong việc dự đoán tình huống khẩn cấp. Nghiên cứu này sẽ tổng hợp và đánh giá độ chính xác của các nguồn thông tin này, từ đó xây dựng mô hình dự đoán hiệu quả hơn.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo kết hợp với bộ lọc Median-Filter để loại bỏ nhiễu và xác định khu vực tìm kiếm xác suất 95% cho vật thể bị nạn. Phương pháp này cho phép dự đoán chính xác hơn về quỹ đạo trôi dạt của vật thể. Đồng thời, thuật toán Bacterial Foraging Optimization (BFO) được áp dụng để tối ưu hóa tuyến đường cứu hộ cho tàu tìm kiếm. Kết quả cho thấy khả năng tính toán và đưa ra gợi ý về tuyến đường tối ưu, ngay cả trong điều kiện thời tiết phức tạp.

IV. Kết quả nghiên cứu

Kết quả mô phỏng cho thấy khu vực tìm kiếm vật thể bị nạn dưới tác động của gió và dòng chảy theo thời gian thực. Các mô phỏng xác suất 95% cho kết quả phù hợp với điều kiện thực tế trên vùng biển phía Nam Việt Nam. Nghiên cứu đã xác định được tuyến đường cứu hộ tối ưu từ vị trí trực đến biên của khu vực tìm kiếm, giúp quét hết khu vực đó trong thời gian ngắn nhất. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả TKCN mà còn góp phần vào việc quản lý cứu hộ trên biển một cách hiệu quả hơn.

V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại ứng dụng thực tiễn cao trong công tác tìm kiếm cứu nạn trên biển. Việc áp dụng các thuật toán tối ưu hóa và mô phỏng thực tế sẽ giúp các cơ quan chức năng nâng cao khả năng ứng phó với các tình huống khẩn cấp. Hệ thống cứu hộ trên biển được cải thiện sẽ đảm bảo an toàn cho ngư dân và các phương tiện hoạt động trên biển, từ đó góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành hàng hải Việt Nam.