Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống tự động hóa quản lý, điều khiển các tàu thuyền hoạt động trên biển

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KH - CN QUÂN SỰ CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.03/06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KH - CN QUÂN SỰ CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.03/06-10

BÁO CÁO TỔNG HỢP

KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

QUẢN LÝ, GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN CÁC TÀU THUYỀN HOẠT

ĐỘNG TRÊN BIỂN PHỤC VỤ CÁC LĨNH VỰC KINH TẾ BIỂN

VIỆN KH - CN QUÂN SỰ

VIỆN ĐIỆN TỬ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I THÔNG TIN CHUNG

Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên chính

Chức vụ: Nghiên cứu viên chính

Điện thoại: Tổ chức: 069516132; Nhà riêng: 04.7913500;

Mobile: 0983581128

Fax: E-mail: Tên tổ chức đang công tác: Viện Điện tử

Địa chỉ tổ chức: 17 Hoàng Sâm, Nghĩa Đô, Cầu Giấy, Hà Nội

Địa chỉ nhà riêng: Số 124, Hoàng Sâm, Nghĩa Đô, Cầu Giấy, Hà Nội

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Nguyễn Thế Hiếu

Số tài khoản: 931-02-103

Tại: Kho bạc Hà Nội

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự

II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN

1 Thời gian thực hiện đề tài:

- Theo Hợp đồng đã ký kết: Từ tháng 4 năm 2008 đến tháng 4 năm 2010

- Thực tế thực hiện: Từ tháng 4 năm 2008 đến tháng 4 năm 2010

- Được gia hạn (nếu có): Không

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

Đối với đề tài:

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn,

phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn

bản của tổ chức chủ trì đề tài(đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

Số

TT

Số, thời gian ban

1 2557/QĐ-BKHCN,

ngày 02/11/2007

Quyết định về việc phê duyệt các tổ chức, cá nhân trúng tuyển chủ trì thực hiện các đề tài, dự án sản xuất thử nghiệm năm 2008 thuộc Chương trình “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ tự động hóa”, mã số KC.03/06-10

2 271/QĐ-BKHCN,

ngày 22/02/2008

Quyết định phê duyệt kinh phí 07 đề tài bắt đầu thực hiện năm 2008 thuộc Chương trình KH&CN trọng điểm cấp Nhà nước giai đoạn 2006-

2008 “Nghiên cứu, phát triển

và ứng dụng Công nghệ Tự động hóa”, mã số KC.03/06-

và cá nhân chủ trì thực hiện

đề tài đề thực hiện trong kế hoạch năm 2008 thuộc Chương trình “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ tự động hóa”, mã số KC.03/06-10

5 09/2007 Biên bản họp hội đồng

KH&CN đánh giá hồ sơ đăng

ký xét chọn tổ chức, cá nhân chủ trì đề tài cấp Nhà nước

4 Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài:

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú

1

Viện

KTHQ-QCHQ

Viện QCHQ

KTHQ Hải đồ số

- Thử nghiệm trên biển

- Hải đồ số

- Kết quả thử nghiệm trên biển

- Hội thảo

- Thử nghiệm thực tế

- Chọn giải pháp nghiên cứu tối ưu

- Kết quả thử nghiệm thực tế

3

Phòng Hải quân, Hải đoàn 38/ Bộ Tư lệnh BĐBP

- Hội thảo

- Thử nghiệm thực tế

- Lựa chọn được giải pháp nghiên cứu tối

ưu

- Kết quả thử nghiệm thực tế

- Lý do thay đổi (nếu có): Để phù hợp với yêu cầu quản lý, giám sát tàu thuyền quân sự và dân sự hoạt động trên biển góp phần bảo vệ vùng biển Tổ quốc

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể cả chủ nhiệm)

Nội dung tham gia chính

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Cơ sở dữ liệu, Hải đồ số

5 Vũ Lê Hà Vũ Lê Hà Thiết kế cấu

trúc hệ thống, thuật toán hệ thống, các bài toán cho hệ thống con

6 Nguyễn Văn

Hớn

Phan Văn Việt

Môi trường truyền sóng, modul mạch điện, tính toán,

đo đạc các khối điện tử, chứng từ thanh quyết toán

7 Nguyễn Mạnh

Cường

Nguyễn Mạnh Cường

Modul mạch điện trên bờ và trên tàu

Phần mềm hệ thống, trạm, tính toán

1 - Nội dung: Làm việc với

công ty ICOM của Nhật

Bản: Tìm hiểu, khảo sát các

thiết bị thông tin và các thiết

bị tự động điều khiển đã

được áp dụng trong hệ thống

quản lý, giám sát điều khiển

tàu biển trên thế giới

- Thời gian: Đi 5 ngày(trong

tháng 6/2009)

- Kinh phí: 157.920.000 đ

- Địa điểm: Nhật Bản

- 01 đoàn

- 05 người tham gia

- Làm việc với 2 công ty của Nhật là ICOM, AOR: Tìm hiểu thiết bị, giải pháp kỹ thuật, hợp tác để mua sắm thiết bị thực hiện đề tài KC.03.07/06-10

- Thời gian: Đi 5 ngày: Từ 13/11/2009 đến 18/11/2009,

- Kinh phí: 83.499.000 đ

- Địa điểm: Thành phố OSAKA, TOKYO của Nhật

- 01 đoàn

- 03 người tham gia

- Lý do thay đổi (nếu có): Do đối tác chưa sắp xếp được thời gian để Đoàn công tác làm việc đúng kế hoạch; 01 cán bộ về hưu, 01 cán bộ bận công tác nước ngoài

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:

(Nội dung, thời gian, kinh

phí, địa điểm ) Ghi chú*

1 - Nội dung: Hội thảo chuyên

ngành về hệ thống tự động

hóa SCADA

- Thời gian: 8/2008

- Kinh phí: 2.360.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Nội dung: Hội thảo chuyên ngành về hệ thống

tự động hóa SCADA

- Thời gian: 02/12/2008

- Kinh phí: 2.360.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

2 - Nội dung: Hội thảo chuyên

ngành về hệ thống thông tin

vô tuyến

- Thời gian: 8/2008

- Kinh phí: 2.360.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Nội dung: Hội thảo chuyên ngành về hệ thống thông tin vô tuyến

- Thời gian: 22/8/2008

- Kinh phí: 2.360.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

3 - Nội dung: Hội thảo chuyên

ngành về hệ thống bảo mật

- Thời gian: 8/2008

- Kinh phí: 2.360.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Nội dung: Hội thảo chuyên ngành về hệ thống bảo mật

- Thời gian: 15/5/2008

- Kinh phí: 2.360.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

4 - Nội dung: Hội thảo chuyên

ngành về hệ thống hải đồ số

- Thời gian: 8/2008

- Kinh phí: 2.360.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Nội dung: Hội thảo chuyên ngành về hệ thống hải đồ số

- Thời gian: 12/7/2008

- Kinh phí: 2.360.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

5 - Nội dung: Báo cáo định kỳ

lần 1

- Thời gian: 11/2008

- Kinh phí: 1.570.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Nội dung: Báo cáo định

kỳ lần 1

- Thời gian: 11/2008

- Kinh phí: 1.570.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

6 - Nội dung: Báo cáo định kỳ

lần 2

- Thời gian: 6/2009

- Kinh phí: 1.570.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Nội dung: Báo cáo định

kỳ lần 2

- Thời gian: 6/2009

- Kinh phí: 1.570.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Nội dung: Báo cáo định kỳ

lần 3

- Thời gian: 9/2009

- Kinh phí: 1.570.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Nội dung: Báo cáo định

kỳ lần 3

- Thời gian: 12/2009

- Kinh phí: 1.570.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Nội dung: Các giải pháp

xây dựng hệ thống tự động

hóa quản lý đáp ứng được

yêu cầu nhiệm vụ của đơn vị

ứng dụng

- Thời gian: 6/2009

- Kinh phí: 2.850.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Nội dung: Giải pháp xây dựng và quản lý các đường truyền dữ liệu giữa đài trung tâm và các đài thành viên

- Thời gian: 05/3/2009

- Kinh phí: 2.850.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Nội dung: Các giải pháp - Nội dung: Giải pháp quản

hóa quản lý đáp ứng được

yêu cầu nhiệm vụ của đơn vị

ứng dụng

- Thời gian: 6/2009

- Kinh phí: 2.850.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

trung tâm điều hành và các tàu chỉ huy

- Thời gian: 11/5/2009

- Kinh phí: 2.850.000 đ

- Địa điểm: Viện ĐT-VT

- Lý do thay đổi (nếu có): Để phù hợp với yêu cầu, nhiệm vụ của đơn vị chủ trì và của đề tài

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

Người,

cơ quan thực hiện

1 Nghiên cứu tổng quan về các

hệ thống tương tự và các vấn

đề khoa học liên quan ngoài

nước

4/2008 11/2008

2 Nghiên cứu điều kiện khí

hậu, địa hình, thời tiết ảnh

hưởng đến hoạt động của hệ

Nghiên cứu thiết kế sơ đồ

khối chi tiết của module tại

Trung tâm điều hành trên bờ,

của hệ thống con trên tàu chỉ

huy, của hệ thống con trên

tàu thành viên

07/2008 11/2008

5 Nghiên cứu chi tiết các lĩnh

vực kỹ thuật chuyên ngành 08/2008 11/2008

6 Xây dựng chương trình mô

phỏng hoạt động của toàn hệ

thống và các hệ thống con

làm công cụ để xác định mô

hình tối ưu của hệ thống

09/2008 11/2008

7 Nghiên cứu chọn lựa các

thiết bị thành phần (gồm:

Thiết bị thông tin liên

lạc,Modem truyền số liệu,

điều khiển các thiết bị chức

năng ( Máy thông tin, modem

đánh giá kết quả (Bước thử

nghiệm này được lặp đi lặp

lại nhiều lần, trước và sau

mỗi lần thử nghiệm giã ngoại

thực tế, cho đến khi đạt được

các chỉ tiêu tham số kỹ thuật

theo yêu cầu)

- Lý do thay đổi (nếu có): Để phù hợp với yêu cầu, nhiệm vụ của đơn vị chủ trì và của đề tài

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI:

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

01 01 01

2 Hệ thống con trên

tàu chỉ huy

hệ thống con

01 01 01

3 Hệ thống con trên

tàu thành viên

hệ thống con

Số

TT Tên sản phẩm Theo

kế hoạch

Thực tế đạt được

Số lượng, nơi công bố

tài

Công

bố các kết quả nghiên cứu trung gian của

Đăng tại Tạp chí nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự 3/2009 Tr 48

- Lý do thay đổi (nếu có):

d) Kết quả đào tạo:

Ghi chú

(Thời gian kết thúc)

1 Thạc sỹ, Kỹ thuật tự động hóa 01 0

- Lý do thay đổi (nếu có):

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống

Ghi chú

(Thời gian kết thúc)

2

- Lý do thay đổi (nếu có):

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ công

nghệ so với khu vực và thế giới…)

- Đạt trình độ khoa học tiên tiến trên thế giới, phù hợp với điều kiện Việt Nam: Giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển theo mô hình SCADA được tối

ưu phù hợp với điều kiện hoạt động trên biển của Việt Nam; thuật toán tính toán điều khiển và xử lý thông minh; ứng dụng công nghệ hiện đại trên thế giới bao gồm các công cụ: FPGA, DSP, AVR, Visual C, MS-SQL, MapInfo, MapX,

- Làm chủ được khoa học công nghệ của hệ thống

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với các sản phẩm cùng loại trên thị trường…)

- Giá thành sản phẩm thấp, có thể phát triển mở rộng, chế tạo nhiều hệ thống con liên kết thành một mạng hệ thống tự động hóa quản lý, giám sát điều khiển trên toàn bộ vùng biển và vùng lãnh hải Việt Nam Kết hợp với hệ thống an toàn hàng hải quốc tế tạo thành mạng an toàn hàng hải toàn cầu

- Đáp ứng nhu cầu thực tế việc quản lý điều hành tự động của các đơn vị chuyên ngành bảo vệ và khai thác vùng biển như Hải quân, Bộ đội biên phòng, Cảnh sát biển, Cục chống buôn lậu Tổng cục Hải quan và các đơn vị khai thác nguồn lợi của biển

- Ứng dụng hữu ích cho cứu hộ, cứu nạn, hiệp đồng tác chiến trong trường hợp khẩn cấp

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:

Số

TT Nội dung

Thời gian thực hiện

Ghi chú

(Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người chủ

trì…)

I Báo cáo định kỳ

Lần 1 20/11/2008 - Xác nhận khối lượng công việc và các

sản phẩm(Từ nội dung 1 đến nội dung 8) trong thuyết minh đề tài: Báo cáo tổng quan; báo cáo khảo sát về thực trạng hạ tầng kỹ thuật; thiết kế hệ thống; nghiên cứu các lĩnh vực chuyên ngành: máy thu GPS, máy tính nhúng, bản đồ số; báo cáo phân tích lựa chọn thiết bị: Modem vô tuyến, máy thông tin

- Kết luận của đoàn kiểm tra: Về cơ bản

đã đạt được tiến độ đặt ra; đề nghị tiếp tục khẩn trương hoàn thiện các báo cáo

Cao Tiến Huỳnh

II Báo cáo định kỳ

Lần 2 20/8/2009 - Xác nhận khối lượng công việc và các

sản phẩm(Từ nội dung 8 đến nội dung 10.1) trong thuyết minh đề tài: Phiên bản chế thử; các modul phần mềm chính tại trung tâm điều hành

- Kết luận của đoàn kiểm tra: Nhìn chung bám sát tiến độ; bổ sung, hoàn thiện các báo cáo chuyên đề

- Trưởng đoàn kiểm tra: GS, TSKH Cao Tiến Huỳnh

III Báo cáo định kỳ

Lần 3 22/12/2009 - Xác nhận khối lượng công việc và các

sản phẩm(Từ nội dung 10.2 đến nội dung 11) trong thuyết minh đề tài: Các modul chế thử, các báo cáo, số liệu đo đạc, thử nghiệm thực tế đối với từng khối chức năng; hệ thống chế tạo hoàn thiện phiên bản thứ nhất, các báo cáo,

số liệu đo đạc, thử nghiệm thực tế đối với từng khối chức năng và toàn bộ hệ thống

- Trưởng đoàn kiểm tra: GS, TSKH Cao Tiến Huỳnh

01 hệ thống con trên tàu chỉ huy và 02

hệ thống con trên tàu thành viên Tài liệu thiết kế hệ thống tự động hóa quản

lý giám sát điều khiển tàu thuyền Phiên bản cuối cùng của toàn bộ hệ thống

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

Sự hình thành đề tài 1

Mục tiêu, đối tượng của đề tài 4

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 Tình hình nghiên cứu phát triển ứng dụng trên thế giới 8

1.1.1 Lĩnh vực quân sự 8

1.1.2 Trong lĩnh vực giao thông đường biển 18

1.2 Tình hình nghiên cứu phát triển ứng dụng trong nước 24

1.2.1 Lĩnh vực quân sự và an ninh 25

1.2.2 Về lĩnh vực kinh tế biển 27

1.2.3 Kết chương 29

2 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG 32

2.1 Yêu cầu chung 32

2.2 Giải pháp chung 34

2.3 Mô hình hệ thống 36

2.3.1 Mô hình tổng thể 36

2.3.2 Xác định chức năng của các đối tượng trong hệ thống và xây dựng giải pháp thực hiện 40

2.3.2.1 Trung tâm điều hành 40

2.3.2.2 Đơn vị chuyên ngành 41

2.3.2.3 Cơ sở dữ liệu 41

2.3.2.4 Các biên đội tàu 41

2.3.2.5 Giao tiếp giữa Trung tâm điều hành và tàu thuyền trên biển 42

2.3.2.6 Thủ tục, phương thức liên lạc giữa Trung tâm điều hành và tàu thuyền trên biển 44 2.3.3 Thủ tục, phương thức liên lạc trong trường hợp cứu hộ cứu nạn 45

2.3.4 Các vấn đề chung khác của toàn hệ thống 46

2.4 Các vấn đề cơ sở lý thuyết liên quan đến hệ thống 47

2.4.1 Vấn đề truyền số liệu trên kênh sóng ngắn 47

2.4.1.1 Máy điện báo truyền chữ vô tuyến (RTTY – RADIO TELETYPE WRITER) 47 2.4.1.2 Phương thức khóa dịch pha 31 (PSK31 – Phase Shift Keying 31) 51

2.4.1.3 Mã Varicode 53

2.4.1.4 Phương thức CLOVER 57

2.4.1.5 Phương thức CLOVER 2000 62

2.4.1.6 Phương thức G-TOR 64

2.4.1.7 Phương thức PACTOR 68

2.4.1.8 Giao thức truy nhập kết nối AX.25 86

2.4.2 Truyền số liệu trên kênh sóng cực ngắn 104

2.4.2.1 Hệ thống thông tin vô tuyến .104

2.4.2.2 Tính toán khoảng cách truyền dữ liệu 110

2.4.2.4 Anten tăng ích cao .111

2.4.2.5 Độ nhạy máy thu 111

2.4.2.6 Thông tin liên lạc trải phổ nhảy tần 112

2.4.3 Phân tích phổ tín hiệu vô tuyến dùng biến đổi Fourier trên nền công nghệ FPGA 113

2.4.4 Mô hình SCADA cho quản lý tàu thuyền 115

2.4.5 Bảo mật trên kênh thông tin vô tuyến 117

2.4.5.1 Các thành phần của sơ đồ mật mã truyền thống 119

2.4.5.2 Tấn công mật mã (thám mã) 120

2.4.5.3 Phân loại mật mã 121

2.4.5.4 Mật mã khối 122

2.4.5.5 Chuẩn mã hoá dữ liệu DES (Data Encryption Standard) 125

2.4.6 Quản lý bản đồ, hải đồ số dùng Mapinfo MAPX 131

2.4.6.1 Số hóa và quản lý bản đồ số bằng MapInfo 131

2.4.6.2 Tổ chức thông tin của Mapinfo 133

2.4.6.3 Phần đồ hoạ 134

2.4.6.4 Phần dữ liệu 136

2.4.6.5 Số hóa bản đồ và mô hình dữ liệu không gian trong MapInfo 136

2.4.6.6 MapX 138

3 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TÀU THUYỀN 140

3.1 Mô tả hệ thống 140

3.1.1 Các đặc điểm, chức năng và thông số cơ bản hệ thống đã đạt được 140

3.1.1.1 Đặc điểm, chức năng tổng quát 140

3.1.1.2 Các đặc điểm tính năng chi tiết 141

3.2 Thiết kế hệ thống - Cấu trúc hệ thống SHIPAMCS-VDT: 143

3.2.1 Hệ thống con Trung tâm điều hành trên bờ 144

3.2.2 Hệ thống con Tàu chỉ huy 150

3.2.3 Hệ thống con Tàu thành viên 154

3.2.4 Máy thông tin liên lạc sóng ngắn 156

3.2.5 Modem vô tuyến sóng ngắn 157

3.2.6 Modem vô tuyến sóng cực ngắn 159

3.2.6.1 Các đặc điểm kỹ thuật chính 160

3.2.6.2 Kết nối vào hệ thống 161

3.2.6.3 Hệ thống Peer-to-peer của MaxStream 162

3.2.6.4 Các chế độ làm việc của modem 163

3.2.7 Thiết bị thu trực canh RFC2600 169

3.3 Các module phần mềm trong hệ thống 171

3.3.1 Các module Phần mềm dùng chung 171

3.3.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu 172

3.3.2.1 Cấu trúc dữ liệu phân quyền truy cập hệ thống 172

3.3.2.2 Bảng nghiệp vụ 173

3.3.2.3 Bảng dữ liệu chuẩn tần số khuyến nghị: (Úc) 173

3.3.2.4 Mô tả cấu trúc dữ liệu 174

3.3.3 Phần mềm Trung tâm điều hành 180

3.3.3.1 Module phần mềm Điều khiển trung tâm 181

3.3.3.2 Module phần mềm khối xử lý tín hiệu 191

3.3.4 Phần mềm điều khiển trên tàu chỉ huy 202

3.3.5 Module phần mềm Điều khiển chính 202

3.3.5.1 Module phần mềm Giao tiếp tàu thành viên và thu GPS 206

3.3.6 Phần mềm điều khiển trên tàu thành viên 210

3.3.6.1 Module phần mềm Điều khiển chính 211

3.3.6.2 Module phần mềm Giao tiếp tàu chỉ huy và thu GPS 211

3.4 Các số liệu thử nghiệm 213

4 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 217

4.1 Các kết quả khoa học công nghệ đã đạt được 217

4.2 So sánh kết quả đạt được với các chỉ tiêu tham số chiến kỹ thuật chủ yếu đã đăng ký 217 4.3 Công tác đào tạo huấn luyện 228

4.4 Công bố sản phẩm 228

5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 232

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Sơ đồ khối tổ hợp Rubin 9

Hình 1-2: Hình ảnh giới thiệu hệ thống VTMS 11

Hình 1-3: Hệ thống VTMS Navi-Harbour của Transas 14

Hình 1-4: Hệ thống VTMS tại South Wales 16

Hình 1-5: Mô hình cơ bản của một hệ thống AIS 18

Hình 1-6: Hệ thống quản lý lưu lượng tàu thuyền VTS 20

Hình 1-7: Mô hình thông tin liên lạc phân khe thời gian 21

Hình 1-8: Hệ thống quản lý tàu thuyền của Nhật Bản 22

Hình 1-9: Màn hình hiển thị trung tâm điều hành AIS của Nhật 23

Hình 1-10: Các bộ phận chức năng trung tâm điều hành AIS của Nhật 23

Hình 2-1: Mô hình cơ bản của hệ thống quản lý giám sát và điều hành tàu biển 37

Hình 2-2: Sơ đồ SCADA cho hệ thống quản lý điều hành 38

Hình 2-3: Mô hình SCADA sử dụng thông tin liên lạc vô tuyến 45

Hình 2-4: Tín hiệu RTTY khi gửi đi chữ “D” 51

Hình 2-5: Hoạt động của ACK và NAK 70

Hình 2-6: Phổ của tín hiệu PACTOR II 82

Hình 2-7: Phổ của tín hiệu PACTOR III .85

Hình 2-8: Hệ thống thông tin cơ bản 105

Hình 2-9: Hình tượng hóa môi trường vùng truyền sóng 106

Hình 2-10: Hiệu quả của việc tăng độ cao anten 106

Hình 2-11: Mối tương quan giữa tăng ích anten vô hướng và VBW 108

Hình 2-12: Mối tương quan giữa tăng ích anten định hướng và VBW 109

Hình 2-13: Một ví dụ về chuỗi tần số trong hệ thống FHSS 112

Hình 2-14: Sơ đồ khối máy thu sử dụng bộ biến đổi FFT phức 4096 điểm 115

Hình 2-15 Sơ đồ vị trí của các thiết bị mật mã t rong hệ thống thông tin 119

Hình 2-16: Sơ đồ mật mã truyền thống 120

Hình 2-17: Các thuật toán mật mã 121

Hình 2-18: Mô hình đơn giản hoá của hệ thống mã hoá đối xứng 121

Hình 2-19: Mật mã khối chế độ ECB 123

Hình 2-20: Mật mã khối chế độ CBC 124

Hình 2-21: Mật mã khối chế độ CFB 124

Hình 2-22: Mật mã khối chế độ OFB 125

Hình 2-23: Mô tả chung thuật toán m· hoá DES 126

Hình 2-24: Vòng lặp đơn trong thuật toán DES 127

Hình 2-25: Thời gian để phá mã DES (với tốc độ 10 6 phép giải mã/giây) 128

Hình 2-26: Các kiểu vật thể đồ hoạ chính trong MapInfo 135

Hình 2-27:Biểu diễn bản đồ số dạng Vector 137

Hình 2-28: Mô hình tổ chức của MapX 139

Hình 3-1: Cấu trúc tổng thể hệ thống quản lý chỉ huy tàu thuyền 144

Hình 3-2: Sơ đồ khối trung tâm điều hành 145

Hình 3-3: Cấu trúc phần cứng Trung tâm chỉ huy điều hành trên bờ 147

Hình 3-4: Các module chương trình phần mềm tại mạng máy tính 148

Hình 3-5: tổng thể trung tâm điều hành 150

Hình 3-6: Sơ đồ khối tàu chỉ huy 151

Hình 3-7: Cấu trúc phần cứng Hệ thống trên tàu 153

Hình 3-8: Các module chương trình phần mềm tại máy tính trên tàu 154

Hình 3-9: Sơ đồ khối hệ thống tàu thành viên 155

Hình 3-10: Modem Tracker DSP/TNC 157

Hình 3-11: Bộ kết nối của TNC và M710 159

Hình 3-12: XStream-PKG-R™ Stand-Alone Radio Modem 160

Hình 3-13: Kết nối các modem với các đầu cuối 162

Hình 3-14: Các chế độ hoạt động của Xstream 163

Hình 3-15: Thủ tục phát dữ liệu 165

Hình 3-16: Thủ tục thu dữ liệu 166

Hình 3-17: Sơ đồ ghép nối các khối chức năng của khối trực canh 170

Hình 3-18: Ghép nối các khối chức năng phần cứng của khối trực canh 170

Hình 3-19: Cấu trúc dữ liệu phân quyền truy cập hệ thống 172

Hình 3-20: danh mục bảng nghiệp vụ 173

Hình 3-21: Cấu trúc bảng dữ liệu chuẩn tần số khuyến nghị 173

Hình 3-22: Giao diện màn hình module phần mềm điều khiển trung tâm 181

Hình 3-23: Các module chương trình phần mềm chính 182

Hình 3-24: Giao diện tự động nhận dạng cổng COM kết nối modem TNC 183

Hình 3-25: Cài đặt tham số 183

Hình 3-26: Các nút điều khiển chu trình kiểm tra trạng thái modem HF 184

Hình 3-27: Bản tin chuẩn 186

Hình 3-28: Hộp thoại giao tiếp từ Trung tâm đến tàu BD0101 187

Hình 3-29: Quan sát đồng thời hộp thoại của các tàu đang online (BD0101 và BD0102) 187

Hình 3-30: Chu kỳ cập nhật thông tin trạng thái đối với tàu BD0101 là 10 giây (mặc định) 188

Hình 3-31: Thanh công cụ thao tác với hải đồ số 189

Hình 3-32: Lưu đồ thuật toán chương trình module Điều khiển trung tâm 190

Hình 3-33: Sơ đồ chức năng của khối xử lý tín hiệu số 191

Hình 3-34: Thiết kế mức đỉnh của khối xử lý tín hiệu số 193

Hình 3-35: Giao diện của chương trình phần mềm máy tính 195

Hình 3-36: Giao diện điều khiển máy thu AR-5000 196

Hình 3-37: Hộp thoại điều khiển bo mạch FPGA 197

Hình 3-38: Cài đặt chế độ hiển thị tín hiệu 198

Hình 3-39: Cài đặt chế độ hiển thị tín hiệu dạng sóng âm tần 199

Hình 3-40: Hiển thị phổ tín hiệu phổ dạng chuẩn 200

Hình 3-41: Hiển thị phổ tín hiệu phổ dạng thác nước 201

Hình 3-42:Hiển thị phổ tín hiệu phổ dạng độ sáng màu 201

Hình 3-43: Giao diện chương trình chính Tàu chỉ huy 204

Hình 3-44: Lưu đồ thuật toán module điều khiển trung tâm trên tàu chỉ huy 205

Hình 3-45: Giao diện module giao tiếp tàu thành viên và thu GPS 209

Hình 3-46: Lưu đồ thuật toán của module giao tiếp tàu thành viên và thu GPS 210

Hình 3-47: Giao diện module giao tiếp tàu thành viên và thu GPS 211

Hình 3-48: Giao diện module giao tiếp tàu thành viên và thu GPS 212

Hình 3-49: Quĩ đạo chuyển động của tàu, thử nghiệm tại Móng cái 213

Hình 3-50: Quĩ đạo phóng to chuyển động của tàu, thử nghiệm tại Móng cái ngày 31/3/2010 214

Hình 3-51: Các giãn cách thời gian cập nhật số liệu từ tàu 216

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1: Mã Baudot 49 Bảng 2-2: Mã Varicode Kí tự điều khiển 53 Bảng 2-3: Mã Varicode Kí tự in 55 Bảng 2-4: Định dạng điều chế 60 Bảng 2-5: Mã Huffman 73 Bảng 2-6: Điều chế PACTOR II 80 Bảng 2-7: Mối quan hệ giữa cự li liên lạc và bán kính vùng truyền sóng .107 Bảng 3-1: Các cấu hình cho chế độ ngủ của Xstream 167 Bảng 3-2: Bảng dữ liệu minh họa quĩ đạo chuyển động của tàu, thử nghiệm tại Móng cái ngày 31/3/2010 214 Bảng 4-1: Bảng đối chiếu chỉ tiêu tham số sản phẩm và kết quả nghiên cứu 217 Bảng 4-2: Bảng đối chiếu các sản phẩm khoa học và kết quả nghiên cứu 227

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Thuật ngữ tiếng Anh Giải thích

ADC Analog Digital Converter Bộ biến đổi tương tự - số AIS (Automatic Identification

System)

Hệ thống tự động nhận dạng tàu

C2 Command and Control Chỉ huy và điều khiển

Communication and Computers

Chỉ huy điều khiển thông tin

và máy tính

Communication Computers and Intelligence

Chỉ huy điều khiển thông tin máy tính và tình báo

DSC DSC (Digital Selective

Calling)

Kỹ thuật cuộc gọi lựa chọn

số GDMSS Global Maritime Distress

and Safety System Hệ thống tin an toàn cứu nạn hàng hải toàn cầu RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RTOS Real Time Operating

System

Hệ điều hành thời gian thực

STDMA self-organizing

time-division multiple access

Tự tổ chức kênh đa truy nhập phân chia theo thời gian

Định hướng và vô hướng (ĐH/VH)

VTMS Vessel Traffic Marine

Systems

Hệ thống giao thông hàng hải

VTS Vessel Traffic System Hệ thống giao thông tàu biển

MỞ ĐẦU

Sự hình thành đề tài

Xu hướng tiến ra biển là xu hướng của tất cả các nước trên thế giới Lịch

sử chứng minh rằng, những quốc gia phát triển nhất trong mỗi thời kỳ của văn minh nhân loại đều là những quốc gia ven biển, quốc đảo, hay nói cách khác đều là xứ sở của những dân tộc sinh sống gắn bó với biển, có tư duy biển Không những thế, những đế quốc lớn mạnh luôn coi biển là con đường tốt nhất để mở rộng quyền bá chủ và xâm chiếm các nước yếu hơn Về mặt kinh

tế, tài nguyên biển chính là nguồn sống quan trọng trong tương lai bên cạnh nguồn tài nguyên đất liền ngày càng cạn kiệt Về mặt địa lý, vùng lãnh hải luôn rộng lớn hơn với nhiều biến động Về mặt quân sự, biển luôn chiếm vai trò chiến lược, then chốt Mất biển, quốc gia đó hoàn toàn bị bao vây, đơn độc

Việt Nam có 3 mặt giáp với biển Đông, là vùng biển có tầm quan trọng chiến lược, sống còn tại Châu Á Có 9 quốc gia bao bọc: Việt Nam, Trung Quốc, Philippines, Indonesia, Brunei, Malaysia, Singapore, Thái Lan và Campuchia Đây cũng là con đường chiến lược của giao thương quốc tế, có 5/10 tuyến đường hàng hải lớn nhất của hành tinh đi qua Hàng năm, vận chuyển qua biển Đông là khoảng 70% lượng dầu mỏ nhập khẩu từ Trung Đông và Đông Nam Á, khoảng 45% hàng xuất của Nhật, và 60% hàng xuất nhập khẩu của Trung Quốc Theo những nghiên cứu do Sở môi trường và các nguồn lợi tự nhiên Philippine, vùng biển này chiếm một phần ba toàn bộ đa dạng sinh học biển thế giới, vì vậy nó là vùng rất quan trọng đối với hệ sinh thái

Do vị trí chiến lược của biển Đông, sự tranh giành nguồn lực và việc mở rộng sức mạnh quân sự giữa các quốc gia xung quanh cũng như các đại cường quốc trên thế giới có thể dẫn tới xung đột Hàng loạt các nước Mỹ, Nga, Nhật

Bản, và đặc biệt là Trung Quốc liên tiếp hoạch định chiến lược biển của mình (trong đó có tính đến biển Đông) Các động thái ngoài biển khơi gần đây cho thấy thái độ kiên quyết của Bắc Kinh, đang dồn nỗ lực ráo riết nâng cấp khả năng quốc phòng của họ

Nhận thức được vai trò và bối cảnh biển Đông, Nghị quyết Hội nghị Trung ương 4 (khóa X, 2/2007) về “Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020” khẳng định “…đến năm 2020, phải phấn đấu để nước ta trở thành một quốc gia mạnh về biển, giàu lên từ biển, bảo vệ vững chắc chủ quyền, quyền chủ quyền quốc gia trên biển, góp phần giữ vững ổn định và phát triển đất nước; kết hợp chặt chẽ giữa phát triển kinh tế – xã hội với đảm bảo quốc phòng, an ninh và bảo vệ môi trường; Có chính sách hấp dẫn nhằm thu hút mọi nguồn lực cho phát triển kinh tế biển; Xây dựng các trung tâm kinh tế lớn vùng duyên hải gắn với các hoạt động kinh tế biển làm động lực quan trọng đối với sự phát triển của cả nước” Trong đó nhấn mạnh những tư duy quan trọng như sau:

- Các nguồn lực phát triển của biển là đa dạng, vô tận Biển không chỉ có các nguồn lực vật thể - vật lý mà tài nguyên biển còn bao gồm các chiều không gian, vị thế địa - chiến lược và thế mở của nền kinh tế (biển là không gian “mặt tiền”)

- Tính bất định và độ rủi ro trên biển cao Hoạt động trên biển để khai thác biển phức tạp chứa nhiều mối đe dọa từ mặt biển lẫn dưới biển

Như vậy, có thể nói, việc quản lý, giám các hoạt động trên biển là nhiệm

vụ rất quan trọng, để giải quyết được các vấn đề “hợp tác, chia sẻ, cùng nhau

phát triển, không vi phạm chủ quyền của nhau”

Trong tham luận về mô hình chỉ huy điều hành hạm đội, Kevin M Leahy (thiếu tá thủy quân lục chiến quân đội Mỹ) có viết: “Không biết những

hoạt động, không có khả năng giao tiếp các chỉ lệnh điều hành các tàu trong đơn vị mình là cơn ác mộng tồi tệ nhất của bất kỳ chỉ huy chiến trường” [5]

Vì vậy việc làm chủ các chức năng chỉ huy (Command) và kiểm soát điều khiển (Control) (gọi tắt là C2) là việc tối quan trọng

Trong những thập kỷ gần đây, quân đội Mỹ đã có những bước tiến rất lớn trong việc sử dụng máy thông tin và máy tính (Communication and Computers) để trợ giúp quy trình chỉ huy và kiểm soát Hải quân của các nước khác như Anh, Pháp, Đức, Nga cũng đều có những hệ thống quản lý điều hành tàu biển riêng của mình

Trong lĩnh vực dân sự, giao thông đường biển và khai thác kinh tế biển

là thế mạnh của nhiều nước phát triển trên thế giới Vì vậy, ngay từ rất sớm,

họ đã chú trọng xây dựng những mạng thông tin, các mạng quản lý giám sát,

và đặc biệt là xây dựng các hệ thống quy ước đồng bộ thống nhất trên phạm

vi quốc tế về quản lý giao thông đường biển và khai thác kinh tế biển để giảm thiểu những rủi ro không đáng có trong kinh doanh, phát triển kinh tế ở lĩnh vực này

Cho đến nay, mô hình được phát triển rộng nhất, phổ biến nhất là các hệ thống tự động nhận dạng tàu biển AIS (Automatic Identification System) Thực tế chứng minh AIS không chỉ là hệ thống mà đã trở thành một trong những tiêu chuẩn của các hệ thống quản lý giám sát điều hành giao thông trên biển

Đối với tình hình nghiên cứu ứng dụng trong nước, hệ thống thông tin Hàng Hải còn đang phát triển rất khập khiễng, chủ yếu dựa trên hệ thống TTDH trên dải sóng HF và hệ thống thông tin vệ tinh (còn rất sơ khai) Đặc điểm các hệ thống này là không tổ chức được thành một cụm quy mô nhỏ, không ứng dụng được cho các cấp độ tổ chức nhỏ như công ty, doanh nghiệp, chủ tàu, hay ngư dân vận chuyển, đánh bắt hải sản

Mặt khác hệ thống này khó có thể chia sẻ và ứng dụng cho những nhiệm

vụ của lực lượng vũ trang, bảo vệ an ninh biển Trong khi đó chưa có một hệ thống chuyên dụng nào được thiết kế cho nhiệm vụ quản lý giám sát điều hành các tàu, biên đội tàu của lực lượng Hải quân, Biên phòng, Cảnh sát biển cũng như các đơn vị khác

Từ những yếu tố trên, tháng 4 năm 2008, Viện Điện tử - Viễn thông / Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự được giao nhiệm vụ thực hiện đề tài

cấp nhà nước thuộc chương trình KC.03/06-10: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo

hệ thống tự động hóa quản lý, giám sát, điều khiển các tàu thuyền hoạt động trên biển phục vụ các lĩnh vực kinh tế biển và quốc phòng an ninh” Mục tiêu, đối tượng của đề tài

- Tạo ra hệ thống tự động hóa quản lý, giám sát, điều hành - chỉ huy điều khiển các tàu thuyền hoạt động trên biển, nhằm nâng cao hiệu quả khai thác của từng tàu thuyền và của toàn đội tàu;

- Hệ thống tự động hoá linh hoạt, nhiều mức tự động khác nhau, đồng thời có độ dự trữ ổn định cao, đảm bảo làm việc tốt trong mọi điều kiện thực tế;

- Giám sát, điều hành tàu thuyền liên tục, có nhiều mức độ ưu tiên, phù hợp cho biên đội tác chiến trên biển Nâng cao tính linh hoạt của mỗi tàu

và khả năng các tàu hỗ trợ, phối hợp để cùng đạt hiệu quả cao, hoàn thành nhiệm vụ trên biển;

- Hệ thống được ứng dụng trước mắt tại lực lượng Bộ đội biên phòng Mục tiêu ban đầu là xây dựng mô hình quản lý điều hành cho một biên đội tàu, nhưng có khả năng mở rộng quản lý tới toàn bộ tàu thuyền trong biên chế của Bộ đội Biên phòng

Những vấn đề nghiên cứu khoa học, phương pháp nghiên cứu và giải pháp thiết kế sẽ được trình bày trong nội dung chủ yếu trong báo cáo bao gồm:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THÔNG

Xác định các yêu cầu chung, các chỉ tiêu, chức năng cần có của một hệ thống tự đông hóa quản lý, giám sát, điều khiển tàu thuyền Phương pháp tiếp cận và các giải pháp khoa học cần phải giải quyết Xây dựng mô hình tổng thể của hệ thống và các giải pháp chung Các nghiên cứu chuyên ngành cơ bản có liên quan

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG

Thiết kế hệ thống, lựa chọn thiết bị chức năng và các công cụ thiết kế cho hệ thống Thiết kế các module phần mềm cho hệ thống Các kết quả nghiên cứu thử nghiệm hoạt động của hệ thống

CHƯƠNG 4: CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Bao gồm các sản phẩm KH&CN chính của đề tài

tế biển và quốc phòng an ninh” Tuy nhiên trong báo cáo không tránh khỏi

những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến thảo luận của các đồng nghiệp

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Khởi điểm từ việc tự động hoá chức năng C2 là một trong những cách

mà các nước phát triển thực hiện và đó thậm chí là xu hướng cho tương lai

Từ đó khái niệm C4I (Command, Control, Communications, Computers, and Intelligence) ra đời Việc triển khai các mô hình tự động hóa đó như thế nào

là vấn đề bất cứ nhà hoạch định nào cũng phải quan tâm

Mô hình tác chiến hiện đại “C4I cho người lính” mô tả: những thông tin

mà người chỉ huy chiến trường cần về người lính bao gồm một lộ trình " liên tục, an toàn, tương thích với mạng C4I toàn cầu " để giải quyết các bài toán cung cấp tất cả các chỉ lệnh của người chỉ huy, khi nào và làm thế nào

Mô hình như vậy đã và đang được phát triển cho tất các lực lượng trong quân đội các nước phát triển đặc biệt là cho lực lượng Hải quân, do phạm vi, vai trò

và tầm hoạt động của nó rộng lớn hơn Lục quân rất nhiều

Những hệ thống tự động hóa cho C2 Hải quân được triển khai theo tiêu chí “tập trung vào những người chỉ huy” (Focus on the Commander) Người chỉ huy phải có khả năng:

* Xem và hiểu được tình trạng hiện tại của mình;

* Thiết lập được không gian quản lý bao quát nhất có thể và hỗ trợ dự đoán diễn biến tiếp theo;

* Phương pháp điều hành thống nhất mọi hoạt động;

* Gọi lực lượng và điều động lực lượng

Để có thể làm điều đó mối liên kết này phải được duy trì “…liên tục, an

toàn, và có thể kết nối mở rộng …”, đồng thời mô hình thiết kế phải phù hợp

với giai đoạn hiện tại và có tầm nhìn trong, trung và dài hạn Mục đích đầu

người chỉ huy nhiều thông tin nhất có thể để đưa ra các biện pháp tác chiến, chỉ huy, điều hành Một mặt hệ thống cũng cung cấp con đường tốt nhất để

các cá thể, lực lượng cấp dưới có liên hệ mật thiết với người chỉ huy kể cả trường hợp xấu nhất

Như trên đã trình bày, khi hoạt động trên biển, phạm vi hoạt động rộng, mức độ rủi ro cao, sự phức tạp của tình huống cao và mức độ thiệt hại của rủi

ro cũng cao hơn trên đất liền Vì vậy các hệ thống tự động hóa quản lý, giám sát, điều khiển các tàu thuyền hoạt động trên biển đã được các nước trên thế giới quan tâm phát triển từ lâu

Trong lĩnh vực an ninh quốc phòng, đối với lực lượng Hải quân các nước, mục đích của hệ thống để tạo nên một mối liên hệ vững chắc giữa sở chỉ huy trên đất liền và lực lượng tàu làm nhiệm vụ ngoài biển (tàu trên mặt nước cũng như tàu ngầm), trên cơ sở đó giám sát, chỉ huy điều hành lực lượng phòng thủ biển một cách hiệu quả nhất

Trong lĩnh vực phi quân sự hệ thống đảm bảo cho người quản lý giám sát, tổ chức các hoạt động khai thác, phát triển kinh tế biển sao cho hiệu quả, nhịp nhàng, hợp tác tốt với các đơn vị khai thác, đem lại nguồn lợi lớn nhất Đồng thời có chức năng thông báo kịp thời các thông tin về khí hậu, thời tiết, cứu hộ, cứu nạn, tới các tàu thuyền trong vùng liên lạc

Các hệ thống tự động hóa quản lý, giám sát, điều khiển tàu thuyền này đều có tiêu chí mục tiêu là đảm bảo thông tin liên lạc tin cậy, thông suốt ngày đêm giữa tàu cá thể với các trung tâm điều hành trên đất liền, với các tàu khác hoặc tàu ngầm, hay các máy bay của không quân Các hệ thống thông tin này được thiết kế dựa trên các cơ sở liên quan đến hạ tầng như:

+ Vấn đề sử dụng các kênh liên lạc vô tuyến trong các băng tần khác nhau (từ 10 kHz đến hàng Ghz), bao gồm cả các kênh vệ tinh để liên lạc cự ly

xa và liên lạc toàn cầu

+ Vấn đề sử dụng các phương thức thông tin hiện đại và các kỹ thuật tổng đài dữ liệu có độ tích hợp cao, tin cậy, độ bảo mật cao

+ Vấn đề tự động hoá giám sát và điều hành

1.1 Tình hình nghiên cứu phát triển ứng dụng trên thế giới

1.1.1 Lĩnh vực quân sự

Trong mỗi hệ thống thông tin Hải quân có thể có nhiều kiến trúc hệ khác nhau tuỳ thuộc vào quy mô và mục đích quản lý, chỉ huy, điều hành cụ thể Các hệ thống và thiết bị phục vụ trong hệ thống thông tin liên lạc và quản lý chỉ huy tàu thuyền hiện tại của Hải quân một số nước như sau:

Hải quân Pháp sử dụng Hệ quan sát và điều khiển thông tin SINCOS và

hệ thống thông tin số SNTI120/ SNTI240 của hãng Thomson, bộ thu phát VHF/UHF ERM 9000 (Thomson) cho tàu hoặc trạm mặt đất, bộ thu HF số TRM6100, bộ thu phát HF số TRM6200, bộ phát HF số TRM6300, thiết bị đầu cuối thông tin màn hình chạm (Touchscreen), bộ thu điện báoVLF/LF TRC251, Modem đa chế độ TRC1752, Bộ điều chế – Ghép kênh VLF/LF TRC2511, bộ thu phát ECCM VHF/UHF TRG6030, thiết bị đầu cuối thoại TSDSO

Hải quân Đức sử dụng hệ thống điều khiển thông tin ASYM 3000(A) của công ty AEROMARITIME (Munich-Đức), bộ thu phát series HF 850, họ máy thu LHF/HF RX 1001 M, bộ đàm ECCM VHF/UHF SECOS, hệ thống phân phối audio SEICAM 1001, bộ thu phát HF 1kW TRX 1510 L11, trung tâm điều hành đặt trên đất liền hoặc trên tàu XB 2900 (hệ băng rộng HF) với

tựu này nhìn chung là làm tăng khả năng của tổ hợp bằng phần cứng và phần mềm của máy tính hiện đại, thiết bị xử lý tín hiệu số và các hệ thống điều khiển tự động Các thiết bị của hệ tổ hợp được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau và được nâng cấp liên tục Cục thiết kế dự án RIO liên kết các thành viên khác của tập đoàn Tekhmorsvyaz như Viện nghiên cứu Neptune, nhà máy Kozitsky, hãng sản xuất và nghiên cứu Tirs để tạo ra các thiết bị như các máy phát PK-500, PK-1000 và R-631, máy phát sóng trung Napalm, máy ghi

âm số Ivolga (DSR), thiết bị đầu cuối thông tin trên tàu tích hợp máy tính cho tổng đài thông tin và nguồn liên tục (UPS)

Sơ đồ khối của tổ hợp Rubin như Hình 1-1

Hình 1-1: Sơ đồ khối tổ hợp Rubin

Tổ hợp Rubin gồm các khối chức năng chính:

• Khối thiết lập kênh: Các anten, hệ thống chuyển mạch và phân bố anten, máy phát vô tuyến, máy thu vô tuyến, trạm vô tuyến, trạm thông tin vệ tinh (SCS)

• Khối thiết bị đầu cuối: Thiết bị phát dữ liệu (DTE), bao gồm cả các đầu cuối hỗ trợ điều hành các hệ thống điều khiển tự động trên tàu(SACS)

• Thiết bị đầu cuối người dùng: Các Panel thông tin từ xa (RPC), các đầu cuối thông tin trên tàu (SCT), các bộ ghi âm kỹ thuật số (DSR) và các bộ ghi thông tin (IR)

• Khối Điều khiển/Thông tin (ICS): Thiết bị chuyển mạch, thiết bị điều khiển, kiểm tra và giao diện thông tin, các tiện ích thông tin khác được tạo bởi các thiết bị chuyển mạch và điều khiển (CSD), một bảng chuyển mạch thiết bị đầu cuối (TES) và các điểm làm việc tự động của người điều hành

• Hệ thống thông tin hàng hải toàn cầu và hệ thống an toàn(GMDSS),

có vai trò như một tổ hợp độc lập

Ngoài ra tổ hợp Rubin còn có thể kiểm tra tình trạng các thiết bị, hiển thị trạng thái thiết bị và thông tin lên màn hình Cung cấp hỗ trợ thông tin cho người vận hành để họ dễ dàng điều khiển chính xác, tự động điều khiển các nguồn tin bao gồm cả các kênh thông tin, cài đặt các thông số cho thiết bị thông tin, lựa chọn các tần số hoạt động, hiển thị các kênh đã được thiết lập

và đã hoạt động, thiết lập các kênh thông tin ở chế độ chờ hoặc khẩn cấp, đào tạo người điều hành bằng hệ thống thực tập tương tác Tổ hợp còn tiếp tục được nâng cấp theo các tiêu chí như ứng dụng kỹ thuật số cho các mạch chuyển mạch và thông tin, tích hợp thống nhất các thiết bị và các mạng cho việc chuyển mạch, điều khiển và phân phối, đưa vào hệ thống hỗ trợ thông tin cho những người điều hành trên cơ sở công nghệ thông tin hiện đại, tích hợp máy tính cho các thiết bị đầu cuối và thiết bị vào ra ở các tổng đài của mọi kiểu thông tin Những phát triển mới này nâng tính hiệu quả của các tổ hợp

thông tin tự động trên tàu, biến chúng thành các hệ thống thông tin hiện đại tin cậy và ổn định cho các thành phần tham gia thông tin

Hệ thống an toàn hàng hải khu vực (RMSS)

Năm 2001 Transas được hưởng bản hợp đồng trị giá 20 triệu USD về

thiết kế, cung cấp lắp đặt và chuyển giao Hệ thống an toàn hàng hải khu vực

(RMSS) ở phía Đông Vịnh Phần Lan Dự án này do chính phủ Liên bang Nga

kiểm soát và được chia ra làm nhiều giai đoạn phát triển theo tiêu chí địa lý

Hình 1-2: Hình ảnh giới thiệu hệ thống VTMS

Các bộ phận cấu thành của Hệ thống RMSS:

Hệ thống an toàn hàng hải khu vực có cấu trúc cao hơn hẳn so với hệ thống quản lý giao thông thuỷ VTMS truyền thống Hệ thống này bao gồm một số các hệ thống VTMS (Các cảng St.Petersburg, Primorsk, Ust-Luga, Vysotsk/Vyborg), kết nối với Trung tâm kiểm soát địa phương và được tích hợp cùng lúc với Trung tâm kiểm soát khu vực đặt tại Petrodvorets

Hệ thống RMSS mà Transas cung cấp cho phía Đông Vịnh Phần Lan là

tổ hợp hoàn chỉnh phần cứng và phần mềm có mức độ tích hợp cao Hệ thống

đó bao gồm:

• Hệ thống quản lý giao thông thuỷ VTS;

• Hệ thống GMDSS cho vùng biển A1 và A2;

• Hệ thống các trạm phát đáp;

• Các trạm AIS ven bờ;

• Cơ sở dữ liệu chung;

• Nguồn cấp điện và hệ thống hỗ trợ tìm kiếm cứu nạn;

• Giám sát từ xa việc thao tác vận hành thiết bị;

• Các trạm khí tượng và các hệ thống phụ khác

Cuối năm 2001, công trình Primorsk đã được hoàn chỉnh bàn giao cho khách hàng Năm 2002 tiếp tục hoàn chỉnh bàn giao 5 công trình RMSS tại Karavaldai, Kotlin, Petrodvorets, St.Petersburg và Lomonosov

Các thiết bị đã lắp đặt bao gồm 4 trạm radar, dữ liệu của các trạm radar này được cấp cho các trung tâm VTS địa phương và Trung tâm VTS khu vực đặt tại thành phố Petrodvorets 3 trạm GMDSS cơ sở có trung tâm kiểm soát chung đặt tại St.Petersburg, 2 trạm AIS cơ sở và 5 trạm AIS trên tàu Các container, chứa máy phát diesel, được lắp đặt tại 4 vị trí để cấp điện theo yêu cầu Cuối tháng 2-2003, uỷ ban thuộc Bộ Giao thông vận tải LB Nga công nhận, hệ thống RMSS VTS do Transas lắp đặt tuân thủ những yêu cầu bắt buộc đối với một hệ thống cao cấp nhất, phù hợp hoàn toàn với những yêu cầu của quốc gia và quốc tế

Một hệ thống an toàn giao thông hàng hải khác cũng đã được thử nghiệm vào tháng 5-2004 tại Vysotsk Hệ thống này bao gồm radar, trung tâm VTS địa phương, hệ thống GMDSS A1, hệ thống AIS, container cấp nguồn điện, trạm khí tượng và hệ thống VTS VHF Dữ liệu từ các hệ thống này được truyền sang Trung tâm VTS khu vực và Trung tâm kiểm soát GMDSS chung

Cơ sở dữ liệu RMSS

• Hệ thống cơ sở dữ liệu thực hiện những tác vụ sau đây:

• Hỗ trợ thông tin chung cho hệ thống RMSS;

• Cung cấp thông tin hoạt động về tìm kiếm cứu nạn con người và tàu biển khi gặp nạn tại các khu vực RMSS cho người điều hành, đang thực thi nhiệm vụ tại Trung tâm điều phối cứu nạn hàng hải;

• Nhận dạng nhanh các tàu biển trong khu vực RMSS;

• Cung cấp thông tin tham chiếu về tàu biển và những đặc điểm chính của tàu biển;

• Cung cấp thông tin trực tuyến về chuyển động của tất cả các tàu trong khu vực RMSS (toạ độ, tốc độ, hành trình, v.v…);

• Tạo báo cáo thống kê cho các trung tâm dịch vụ liên quan, cảng biển chính và các cục vụ hàng hải

Thành phần cơ sở dữ liệu RMSS bao gồm:

• Cơ sở dữ liệu về hệ thống GMDSS ở các vùng A1 và A2;

• Cơ sở dữ liệu về các hệ thống VTS của các cảng tại St.Petersburg, Vyborg, Vysotsk, Ust-Luga, Primorsk, gồm dữ liệu từ tất cả các radar ven bờ và hệ thống UAIS (Universal Automatic Indentification System) ven bờ;

• Cơ sở dữ liệu của hệ thống dịch vụ cảng biển chính đã được tự động hoá

• Cơ sở dữ liệu hệ thống RMSS tích hợp toàn bộ các cơ sở dữ liệu hiện

có, thiết bị sử dụng trong cơ sở dữ liệu đó, và hệ thống mạng cục bộ Thông tin từ các vị trí ở xa được cung cấp qua các kênh truyền dẫn độc lập

Đối với các tiêu chuẩn và yêu cầu: Khuôn dạng cơ sở dữ liệu hệ thống

RMSS đáp ứng được toàn bộ những yêu cầu quốc tế hiện hành của IMO, ITU, INMARSAT, COSPAS-SARSAT, cũng như các yêu cầu của quốc gia

Hệ thống VTMS Navi-Harbour của Transas:

Cũng giống như tất cả các sản phẩm khác của Transas, Hệ thống VTMS Navi-Habour được thiết kế theo cấu trúc dạng hợp phần mô-đun có xử lý dữ liệu tích hợp tập trung Điều này cho phép tùy biến cấu hình hệ thống ở bất kỳ mức độ phức tạp nào – từ máy trạm PC đơn sang tổ hợp phức tạp, tích hợp nhiều loại cảm biến khác nhau và phân phối dữ liệu cho nhiều người sử dụng

và điều hành đã được cấp quyền truy cập

Hình 1-3: Hệ thống VTMS Navi-Harbour của Transas

Bộ hiển thị thao tác (ODU) trong Hệ thống VTS Navi-Harbour được xây dựng trên cơ sở máy tính các nhân tiêu chuẩn, chạy hệ điều hành Windows 2000/XP Hệ thống hải đồ điện tử nguyên bản được sử dụng trong bất kỳ ODU nào, có khả năng hiển thị các đối tượng bản đồ và tự hiệu chỉnh ở chế

độ nhiều lớp thông tin, do người sử dụng tuỳ biến Toàn bộ khâu xử lý dữ liệu tích hợp do máy chủ hệ thống thực hiện, cho phép kết nối nhiều máy trạm thông qua giao thức mạng TCP\IP tiêu chuẩn Hệ thống VTMS có thể tích hợp:

• Các trạm radar, mỗi vị trí đó có một radar liên kết với máy thu, hoặc với hai radar hoàn chỉnh sử dụng cho phương án dự phòng;

• Các cảm biến hệ thống AIS (các máy thu AIS, các trạm cơ sở AIS hoặc nguồn mạng AIS ở xa) Dữ liệu từ một số hệ thống AIS và một

số radar được tích hợp đầy đủ loại bỏ toàn bộ những thông tin trùng nhau;

• Các thiết bị tầm phương sóng radio VHF, bao gồm thiết bị MOB/EPIRB;

• Các trạm radio VHF để ghi lại đồng bộ những thông tin liên lạc bằng giọng nói cùng với các dữ liệu VTS khác;

• Các hệ thống camera CCTV của Transas, cho phép điều chỉnh tiêu cự thông qua cửa sổ điều khiển hải đồ và cho phép giữ tiêu cự liên tục đối với các đối tượng được theo dõi bởi hệ thống radar/AIS;

• Các hệ thống thông tin VTS của Transas chứa cơ sở dữ liệu về các tàu, các chuyến rời / cập cảng, thời tiết, nhật ký điện tử và tự động hoá khâu xử lý dữ liệu;

• Các trạm làm việc của người điều hành (ODU) hoạt động trên hệ thống màn hình đơn, màn hình đôi và màn hình ba, đưa ra dữ liệu và thông tin trạng thái liên quan tới các cảm biến và thiết bị trong hệ thống;

• Các trạm phát lại độc lập và trạm khách hàng (Client terminals) hệ thống cơ sở dữ liệu thông tin VTS;

• Các trạm VTS từ xa, hỗ trợ độc lập, ghi / phát lại dữ liệu đã thu phục

vụ cho cho các cơ quan quản lý được kết nối với hệ thống VTS như những máy khách thứ cấp

Hệ thống VTMS tại South Wales

Tháng 3-2004, Transas đã hoàn thành lắp đặt hệ thống VTS hiện đại và mang tính thẩm mỹ cao cho cảng Liên hiệp Anh quốc (ABP) – South Wales

Hệ thống VTS mới bao gồm:

• Trạm điều khiển, vận hành;

• Radar BridgeMaster E kết nối với thiết bị xử lý radar;

• 08 camera CCTV từ xa được điều khiển tập trung từ Cardiff;

• Các hệ thống kiểm soát đôi Zetron VHF, bao gồm 4 trạm radio;

• Các thiết bị, hệ thống mạng

Hình 1-4: Hệ thống VTMS tại South Wales

Hệ thống VTS cung cấp dịch vụ cho 5 cảng dọc bờ biển South Wales – Cardiff, Newport, Barry, Port Talbot và Swansea Các trạm radar được lắp đặt tại Cardiff, Newport, Nell’s Point và Port Talbot Độ phủ trùm của hệ thống VTS khoảng 60 hải lý Việc sử dụng 4 radar không những mở rộng vùng dịch

vụ của hệ thống VTS, mà còn nâng cao độ tin cậy và độ chính xác theo dõi mục tiêu trong chế độ tự động Số liệu radar được hiển thị trên nền bản đồ dẫn

điều khiển Trung tâm kiểm soát VTS đặt tại cảng Cardiff cung cấp cho người người điều khiển khả năng kiểm soát tình huống trên toàn bộ khu vực bao phủ của hệ thống VTS

Ngoài ra, còn có 5 trạm phụ trợ tại các cảng Barry và Swansea, các trạm này nhận thông tin từ trung tâm kiểm soát Có một số camera CCTV được lắp đặt tại từng cảng phục vụ giám sát việc cập cảng, cũng như để kiểm tra giám sát hệ thống thiết bị cảng và luồng ra vào cảng Việc điều khiển các camera CCTV được thực hiện từ trung tâm kiểm soát, mà tại đó toàn bộ số liệu hình ảnh đều được ghi lại, đăng ký để sử dụng cho các phân tích về sau

Các trạm radio VHF được đặt tại các cảng Newport, Swansea, Nell’s Point và Cardiff, có nhiệm vụ đảm bảo kết nối VHF ổn định trong toàn bộ khu vực bao phủ của hệ thống VTS

Hệ thống ghi nhận thông tin thực hiện nhiệm vụ ghi lại liên tục số liệu hình ảnh radar, số liệu các mục tiêu được theo dõi, báo động và trao đổi thông tin VHF Bất kỳ phần nào trong chuỗi số liệu đã ghi lại cũng có thể được phát lại theo yêu cầu Để đáp ứng những yêu cầu thông tin bổ sung, người điều khiển có thể truy cập trực tiếp vào cơ sở dữ liệu chính đặt tại Cadiff từ bất kỳ

vị trí nào, cơ sở dữ liệu này cung cấp thông tin nhận dạng và hiển thị trên màn hình các mục tiêu xuất phát từ hệ thống VTS Bristol

Bên cạnh các nước có tiềm lực quân sự mạnh trên, Hải quân một số nước khác như Anh, Úc, Italy, Ixraen, Ấn Độ, Đan Mạch… cũng có những hệ thống tương tự cho hệ thống thông tin, quản lý chỉ huy tàu thuyền của họ Các

hệ thống luôn được nâng cấp, cải tiến và hiện đại hoá để tăng hiệu quả chiến đấu, độ tin cậy và tính ổn định để phục vụ tốt cho an ninh quốc phòng cho mỗi quốc gia