Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán hàng hải khí tượng theo các chỉ tiêu khác nhau và đánh giá hiệu quả

Kết hợp giữa việc phân tích các bản tin dự báo thời tiết có độ chính xáccao với việc ứng dụng công nghệ thông tin để xây dựng chương trình tính toántuyến đường hàng hải khí tượng tối ưu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận văn này là công trình nghiên cứu của riêngtôi Các số liệu, kết quả được nêu ra trong bản luận văn này là hoàn toàn trungthực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nàokhác trước đó

Đồng thời, tôi cũng xin cam đoan rằng, các thông tin được trích dẫn trongluận văn đều đã được chỉ rõ về xuất xứ, nguồn gốc và đảm bảo tính chính xác

Hải Phòng, ngày 10 tháng 09 năm 2014

Tác giả

KS NGUYỄN QUANG DUY

LỜI CẢM ƠN

Tác giả trân trọng cảm ơn các thầy trong Ban chủ nhiệm Khoa Hàng hải,Viện Đào tạo Sau đại học, các phòng, ban, thư viện, v.v, đã đóng góp, tạo điềukiện thuận lợi, giúp tác giả trong việc cung cấp tài liệu, số liệu, v.v, để hoànthành luận văn.

Tác giả trân trọng cám ơn đến các Thầy giáo, cán bộ đồng nghiệp trongKhoa, gia đình, bạn bè và người thân đã động viên, đóng góp nhiều ý kiến quýbáu và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn đúng thời hạn

Tác giả xin bày tỏ lời cám ơn chân thành tới thầy giáo TS Nguyễn MinhĐức đã chỉ dẫn, hướng dẫn tận tình chu đáo trong suốt quá trình làm luận văncũng như quá trình theo học cao học tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam.Mặc dù tác giả rất cố gắng trong quá trình thực hiện và viết luận văn,nhưng với nội dung khá lớn, việc thu thập và xử lý tài liệu nhiều và bản thâncòn những hạn chế nhất định, vì vậy khó tránh khỏi những khiếm khuyết Tácgiả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến xây dựng của các thầy, các đồngnghiệp để luận văn ngày càng được hoàn chỉnh hơn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HÀNG HẢI KHÍ TƯỢNG VÀ PHÂN TÍCH MỘT SỐ CHỈ TIÊU MONG MUỐN TRONG HÀNG HẢI 5 1.1Lý thuyết hàng hải khí tượng 5

1.1.1 Phương pháp tính toán tuyến đường hàng hải khí tượng 6

1.2 Vấn đề sử dụng hiệu quả năng lượng trên tàu biển 7

1.2.1 Kế hoạch quản lý hiệu quả năng lượng trên tàu 7

1.2.2 Xây dựng kế hoạch quản lý hiệu quả năng lượng trên tàu 8

1.2.3 Một số biện pháp nâng cao hiệu quả năng lượng 10

1.3 Tốc độ tối ưu trong hàng hải - Speed Optimization and JUST-IN-TIME 11

1.4 Kết hợp hàng hải khí tượng và tốc độ tối ưu 13

1.5 Sử dụng dịch vụ tư vấn hàng hải khí tượng truyền thống 13

1.6 Sử dụng các công cụ hỗ trợ tính toán đường chạy tàu tối ưu 14

1.6.1 Thông tin thời tiết 15

1.6.2 Tính toán tuyến đường hàng hải tối ưu 16

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TUYẾN ĐƯỜNG HÀNG HẢI TỐI ƯU BẰNG MÁY TÍNH 20

2.1Phương pháp Isochrone để tính toán đường đi tối ưu 20

2.1.1 Phương pháp Isochrone cổ điển 20

2.1.2 Phương pháp Isochrone cải tiến 21

2.1.3 Phương pháp Isochrone cải tiến bằng cách phân vùng 22

2.2 Thông tin thời tiết với định dạng Grib file 23

2.2.1 Khái niệm chung về định dạng Grib 23

2.2.2 Các thành phần của bản tin khí tượng hải dương được mã hóa theo định dạng Grib 24

2.2.3 Thông tin thời tiết thu được từ cơ quan khí tượng Nhật Bản 34

2.3 giới thiệu chung về ngôn ngữ lập trình VB (Visual Basic) 43

2.3.1 Môi trường phát triển visual studio.net 43

2.3.2 Khởi động visual studio.NET 43

2.3.3 Mở một dự án của visual basic 43

2.3.4 Mở một dự án cụ thể 44

2.3.5 Dự án (Project) và giải pháp (Solutions) 44

2.3.6 Các công cụ của VS.NET 45

2.3.7 Bộ thiết kế Windows Forms Designer 45

2.3.8 Hiển thị bộ thiết kế Form 45

2.3.10 Chạy một chương trình Visual Basic 46

2.3.11 Cửa sổ thuộc tính Properties 46

2.3.12 Di chuyển và thay đổi kích thước cửa sổ công cụ lập trình 46

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN HÀNG HẢI

KHÍ TƯỢNG THEO MỘT SỐ CHỈ TIÊU 47

3.1 Mục đích xây dựng chương trình 47

3.2 Ứng dụng tin học xây dựng chương trình 47

3.3 Chương trình tính tuyến đường hàng hải khí tượng theo chỉ tiêu tốc độ chạy tàu tối ưu nhất 48

3.3.1 Bài toán cơ bản xây dựng chương trình, và dữ liệu đầu vào 48

3.3.2 Mã lệnh chương trình Visual Basic 52

3.3.3 Giao diện chương trình 56

3.4 Chương trình tính tuyến đường hàng hải khí tượng theo chỉ tiết kiệm nhiên liệu 59

3.4.1 Cơ sở dữ liệu và mã lệnh chương trình 59

3.4.2 Giao diện chương trình 61

3.5 Đánh giá hiệu quả và khả năng phát triển của chương trình 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

1 Kết luận 66

2 Kiến nghị 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

EEOI Energy Efficiency Operational Indicator

DANH MỤC CÁC BẢNG

4 Mã và đơn vị dữ liệu sóng trong bản tin hải dương 33

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.3 Mức tiêu thụ nhiên liệu theo tốc độ tàu và kích cỡ tàu 13

1.5 Hiển thị các yếu tố tính toán tuyến đường SOPS 19

2.3 Phương pháp Isochrone cơ bản cải tiến bằng cách phân vùng 24

2.4 Thông tin phân tích gió lúc 15:00 ngày 3/6/2013 39

2.5 Thông tin dự báo gió cho 06 giờ lúc 15:00 ngày 3/6/2013 402.6 Thông tin dự báo gió cho 12 giờ lúc 15:00 ngày 3/6/2013 40

2.7 Thông tin dự báo gió cho 18 giờ lúc 15:00 ngày 3/6/2013 41

2.8 Thông tin dự báo gió cho 24 giờ lúc 15:00 ngày 3/6/2013 41

2.9 Thông tin dự báo gió cho 30 giờ lúc 15:00 ngày 3/6/2013 42

2.10 Thông tin phân tích sóng lúc 00:00 ngày 2/4/2013 43

2.11 Thông tin dự báo gió cho 12 giờ lúc 00:00 ngày 2/4/2013 43

2.12 Thông tin dự báo gió cho 24 giờ lúc 00:00 ngày 2/4/2013 442.13 Thông tin dự báo gió cho 36 giờ lúc 00:00 ngày 2/4/2013 442.14 Thông tin dự báo gió cho 48 giờ lúc 00:00 ngày 2/4/2013 452.15 Thông tin dự báo gió cho 60 giờ lúc 00:00 ngày 2/4/2013 46

2.18 Giới thiệu các công cụ trong cửa sổ Music Vitria 493.1 Thay đổi tính năng tốc độ tàu khi có ảnh hưởng của sóng, gió 54

3.3

3.4

3.8 Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên

3.9 Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho

3.10 Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho

3.11 Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho

3.12 Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho

3.13 Tuyến hàng hải khí tượng ứng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Chúng ta có thể nhận thấy số lượng hàng hoá xuất khẩu và nhập khẩu củanước ta thông qua đường biển ngày càng tăng Công nghiệp đóng tàu nhữngnăm qua cũng đã phát triển vượt bậc đã đưa Việt Nam vào danh sách nhữngnước có công nghiệp đóng tàu ở vị trí dẫn đầu trên thế giới

Ngoài ra, đội ngũ thuyền viên của nước ta cũng đã được nâng cao cảchuyên môn nghiệp vụ cũng như tay nghề, được bạn bè thế giới đánh giá cao.Chỉ xét trong vòng 10 năm qua thì đội ngũ thuyền viên đã đảm nhận khai tháctrên những con tàu siêu trường, siêu trọng trên những tuyến hàng hải lớn, điều

mà trước đây 10 năm không có hay chỉ dừng ở mức độ sỹ quan vận hành và mứcthuyền viên trợ giúp

Theo số liệu thống kê, ngày nay vận tải đường biển chiếm khoảng 80%tổng lượng hàng hoá luân chuyển trên thế giới, riêng ở Việt Nam là hơn 90%.Công nghiệp vận tải đường biển thế giới hiện đang ngày càng phát triển với xuhướng ngày càng hiện đại và đa dạng Các cảng biển được các nước trên thế giớitriệt để khai thác với quy mô cảng và số lượng cảng tăng nhanh

Ngày 23/06/1994 Việt Nam phê chuẩn “Công ước Quốc tế của Liên hiệpquốc về Luật biển 1982”, từ đó đến nay ngành hàng hải phát triển một cáchnhanh chóng cả về số lượng cũng như chất lượng

Có thể nói, cùng với quá trình hội nhập của đất nước, ngành hàng hải đãgóp một phần không nhỏ vào công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.Điều đó cũng phản ánh đúng phần nào quá trình tăng trưởng kinh tế của nước tatrong thời gian gần đây

Bên cạnh đó như chúng ta đã thấy, quá trình vận hành những con tàu kỹthuật cao, tuyến hàng hải mới đòi hỏi những lưu tâm lớn hơn đối với người điềukhiển Chính vì điều này mà đòi hỏi vấn đề an toàn đối với các thuyền trưởng,các sỹ quan hàng hải khi điều khiển tàu là rất cần thiết

Chúng ta cũng phải thừa nhận rằng, số vụ tai nạn đường biển cũng khôngphải là một con số nhỏ Các vụ mắc cạn, va chạm hay chìm tàu vẫn luôn đe

doạ đến an toàn sinh mạng và tài sản đối với thuyền viên cũng như các công tytàu Nguyên nhân của những vụ tai nạn ấy có thể là do điều kiện thời tiết khắcnghiệt như sóng gió, bão tố cũng có thể do năng lực thuyền viên còn non kém.Nhưng dù là do nguyên nhân nào thì những vụ tai nạn đó đã để lại những hậuquả vô cùng to lớn, thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng xấu đến môi trường biển, vàđặc biệt là sinh mạng của các thuyền viên

Vì thế ngày nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng càng đặcbiệt quan tâm hơn nữa đến vấn đề an toàn của con tàu và sinh mạng của conngười trên tàu

Các trang thiết bị dẫn đường và an toàn ngày càng hoàn thiện hơn để nângcao an toàn trong hành hải Những thiết bị hiện đại được ứng dụng một cáchtriệt để để sao cho khai thác con tàu đạt hiệu quả kinh tế cao nhất và quan trọnghơn là có thể bảo đảm an toàn cho thuyền viên và con tàu

Như để góp một phần công sức trong công tác đó, tác giả cũng xin đề cậpđến một phần rất nhỏ trong quá trình điều khiển con tàu đó là ảnh hưởng củathời tiết xấu đến quá trình hành hải Từ đó xây dựng một bảng tính để tính toán,lựa chọn tuyến đường hàng hải tối ưu theo một số chỉ tiêu khác nhau, có thể trợgiúp cho người điều khiển tàu biển khi hành hải, đồng thời mang lại hiệu quảkinh tế cao, nhằm đáp ứng xu thế ngày càng phát triển và mở rộng của vận tảibiển hiện nay

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Bằng thực tế những kiến thức được trang bị trong quá trình học tập tạitrường, thực hiện phương châm gắn việc học tập với công tác nghiên cứu khoa

học và thực tiễn sản xuất, đề tài “Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán hàng hải khí tượng theo các chỉ tiêu khác nhau và đánh giá hiệu quả” được

thực hiện với mục đích:

Kết hợp giữa việc phân tích các bản tin dự báo thời tiết có độ chính xáccao với việc ứng dụng công nghệ thông tin để xây dựng chương trình tính toántuyến đường hàng hải khí tượng tối ưu theo các chỉ tiêu khác nhau góp phầnnâng cao hiệu quả kinh tế và nâng cao độ an toàn cho thuyền viên.

Đưa ra một tài liệu phục vụ cho các giảng viên có thể tham khảo để giảngdạy cho sinh viên;

Xây dựng một tài liệu tham khảo cho các thuyền viên, sinh viên đang họctập tại trường có quan tâm đến lý thuyết dẫn tàu tối ưu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của điều kiện thời tiết(như sóng, gió) và những chỉ tiêu mong muốn đạt được (như tốc độ tối ưu và tiếtkiệm nhiên liệu) Từ đó dựa trên cơ sở các công thức thực nghiệm để xây dựngbảng tính chạy tàu an toàn theo những chỉ tiêu mong muốn Phạm vi chủ yếucủa đề tài là hai chỉ tiêu chính trong hoạt động khai thác tàu là tốc độ và nhiênliệu Bảng tính sẽ dựa trên cơ sở lựa chọn hai yếu tố này để trợ giúp cho vấn đề

an toàn trong hàng hải và kinh tế

4 Phương pháp nghiên cứu

Từ mục đích và đối tượng nghiên cứu, đề tài thực hiện theo phương pháptiếp cận cơ sở khoa học liên quan đến vấn đề an toàn hàng hải cho tàu biển vàđạt hiệu quả kinh tế Trên cơ sở thu thập và phân tích lý thuyết hàng hải khítượng, phân tích những chỉ tiêu khác nhau trong ngành hàng hải, cùng việc ápdụng khoa học kỹ thuật, kết hợp với việc sử dụng mô phỏng, bên cạnh đó là việchọc hỏi chắt lọc những kinh nghiệm quý giá của các thầy giáo từng là thuyềntrưởng trên các tàu biển Kết hợp các tư liệu trên, đề tài đã đưa ra vấn đề thửnghiệm và xây dựng chương trình tính toán hàng hải khí tượng theo các chỉ tiêukhác nhau

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc nghiên cứu xây dựng chương trình chạy tàu an toàn, tối ưu đượcthực hiện dựa trên tổng quan cơ sở lý thuyết Từ đó đưa ra cơ sở tính toán để xâydựng một chương trình thử nghiệm có thể được sử dụng cho người điều khiển

tàu tham khảo và lựa chọn các phương án an toàn và đạt được những chỉ tiêumong muốn, phù hợp với điều kiện chuyến đi.

Ý nghĩa khoa học: ứng dụng tin học vào việc lập trình tính toán nhằm xây

dựng tuyến hàng hải khí tương dựa trên việc phân tích các yếu tố khí tượng vàmột số chỉ tiêu trong hàng hải nhằm xây dựng được tuyến hàng hải khí tượngtheo một số chỉ tiêu như mong muốn

Ý nghĩa thực tiễn: đề tài đưa ra được một chương trình thực dụng có thể

mở rộng và phát triển thêm để ứng dụng trên tàu biển Chương trình có thể được

sử dụng như một phương tiện trợ giúp hay là cơ sở tham khảo cho người điềukhiển

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HÀNG HẢI KHÍ TƯỢNG VÀ PHÂN TÍCH MỘT SỐ CHỈ TIÊU MONG MUỐN TRONG HÀNG HẢI 1.1Lý thuyết hàng hải khí tượng

Hàng hải khí tượng có thể được định nghĩa là việc xây dựng đường chạytàu tối ưu cho tàu căn cứ vào các dự báo thời tiết, tình trạng sóng cùng các đặcđiểm của tàu khi đi từ 1 điểm tới 1 điểm cho trước Trong điều kiện thời tiết vàtình trạng sóng nhất định, đường chạy tàu tối ưu là đường chạy tàu trong an toàntàu và sức khỏe thuyền viên được đảm bảo tối đa, nhiên liệu tiêu thụ và thời gianhành trình được rút ngắn xuống mức tối thiểu hoặc là kết hợp của các mục tiêutrên

Nguồn dữ liệu cơ bản cho thuyền viên trên tràu để tính toán đường chạytàu tối ưu, liên quan đến các yếu tố thời tiết là các cuốn Sailing Directions(Planning Guides), Pilot Chart Atlases cùng các tài liệu thống kê về thời tiếtkhác Các ấn phẩm này cho biêt các số liệu về khí hậu, chẳng hạn như tần suấthướng và tốc độ gió, tần suất độ cao sóng, giới hạn vùng băng cho các đạidương lớn trên thế giới Các thông tin này chỉ cho tuyến đường khuyến cáo dựatheo nguyên tắc xác suất chứ không căn cứ vào các điều kiện thực tế trên hànhtrình

Các cơ quan dịch vụ hàng hải khí tượng, để tránh các ảnh hưởng nguy hiểm củathời tiết, thường đưa ra khuyến cáo về tuyến đường ban đầu trước khi tàu bắtđầu hành trình Tiếp theo đó là các khuyến cáo về các sửa đổi tuyến đường trongquá trình tàu chạy tùy thuộc vào các điều kiện thực tế cùng các cảnh báo chothuyền trưởng về các điều kiện thời tiết hoặc sóng biển bất lợi khó có thể tránhđược bằng cách thay đổi tuyến đường thông thường (thuyền trưởng cần cân nhắckhả năng phải tìm nơi chú ẩn hoặc thả trôi) Các điều kiện bất lợi được hiểu làcác điều kiện có thể hủy hoại, làm giảm tốc độ tàu hoặc tăng thời gian hành trìnhnghiêm trọng

Tuyến đường ban đầu thường được tính toán dựa trên việc xem xét dự báo thờitiết cho khu vực từ điểm đầu tới điểm cuối hành trình Các yếu tố khác cũng cầnđược tính đến là loại tàu, hình dạng thân tàu, tốc độ tàu, tình trạng xếp hàng, đặc

tính hàng hóa cùng các đặc điểm về an toàn tàu khác Hành trình của tàu theotuyến này sẽ được theo dõi liên tục Khi có bất cứ điều kiện thời tiết bất lợi nàoxuất hiện trên tuyến ban đầu đã lựa chọn, cơ quan dịch vụ sẽ gửi cho tàu các gợi

ý về việc thay đổi tuyến để tránh các điều kiện này Như vậy, an toàn tàu và hiệuquả kinh tế sẽ được đảm bảo cho toàn bộ hành trình

1.1.1 Phương pháp tính toán tuyến đường hàng hải khí tượng

Phương pháp đơn giản nhất để tính toán tuyến đường hàng hải khí tượng,

có thể được sử dụng để tính toán thủ công hoặc với sự hỗ trợ đơn giản của máytính là phương pháp đường đẳng thời Giả sử cần lập tuyến hàng hải khí tượngđiểm đầu A tới điểm cuối B Trước hết, ta cần phải nghiên cứu kỹ các bản tinthời tiết hiện tại và thông tin thời tiết, khí hậu tập hợp được từ các tài liệu hànghải khác cũng như các đặc điểm về sự thay đổi tốc độ của tàu tương ứng với cácđiều kiện thời tiết khác nhau

Bước 1: Từ điểm đầu A, dựa vào bản tin thời tiết, dựng các vector quãngđường tàu đi được trong khoảng thời gian thích hợp (thường chọn 12 giờ hoặc 1ngày tương ứng với khoảng thời gian thu nhận các bản tin dự báo thời tiết) trênmột loạt các hướng khác nhau xung quanh hướng cung vòng lớn Nối các đầumút của các vector vừa dựng, ta được một đường gọi là đường đẳng thời (đườngđẳng thời gian chạy tàu - Isochrone)

Bước 2: Trên đường đẳng thời vừa dựng, tìm điểm gần với điểm đích (B)nhất Dựng đường đẳng thời thứ 2 tương tự như trên, với các thông tin thời tiết,khí tượng được cập nhật cho khu vực này tại thời điểm tàu hành trình

Bước 3: Lặp lại quá trình trên đến khi tàu tiếp cận điểm đích, chọn điểmtrên đường đẳng thời cuối cùng, gần điểm đích nhất và nối tới điểm đích

Bước 4: Vẽ ngược lại đường đi từ điểm đích tới điểm xuất phát qua cácđiểm được lựa chọn trên các đường đẳng thời, ta được đường hàng hải khí tượngcho tàu (hình 1.1)

1.2 Vấn đề sử dụng hiệu quả năng lượng trên tàu biển

Bên cạnh việc đầu tư về kỹ thuật, công nghệ nhằm giảm thiểu ô nhiễm,tăng hiệu quả nhiên liệu áp dụng trong thiết kế tàu, việc vận hành, khai thác contàu hiệu quả trong suốt vòng đời khai thác có ý nghĩa quan trọng trong việc đảmbảo hoặc tăng hiệu quả năng lượng, tăng hiệu quả khai thác tàu và góp phầngiảm thiểu ô nhiễm

Việc sử dụng năng lượng hiệu quả phụ thuộc vào việc lập kế hoạch sửdụng năng lượng chính xác, phù hợp với tình trạng thực tế của con tàu cũng nhưkhu vực tàu hoạt động và việc thực hiện kế hoạch sử dụng năng lượng một cáchhiệu quả, hợp lý

1.2.1 Kế hoạch quản lý hiệu quả năng lượng trên tàu

Cùng với khái niệm EEDI áp dụng cho các tàu đóng mới, tổ chức hànghải quốc tế đã xây dựng một công cụ đặc biệt để kiểm soát và hạn chế việc thảiGHG từ tàu, cho tàu sau khi đã đưa vào khai thác, đó là kế hoạch quản lý hiệuquả năng lượng của tàu (SEEMP- ship energy efficiency management plan)

SEEMP có thể được coi như một giải pháp thực hành, tạo cơ chế nâng caohiệu quả sử dụng năng lượng trên tàu theo hướng có lợi về mặt kinh tế SEEMP

cũng đưa ra các giải pháp cho các công ty trong việc quản lý hiệu quả hoạt độngcủa tàu hoặc đội tàu, với EEOI (chẳng hạn) làm công cụ theo dõi.

SEEMP là một văn bản “sống”, bao gồm các biện pháp do chủ tàu quyếtđịnh nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng và cần được lưu giữ trên tàu SEEMPcần được áp dụng tới hoạt động của con tàu và đội tàu Mỗi bản SEEMP đượcxây dựng cho từng tàu cụ thể nhưng cần có sự liên kết với chính sách quản lýnăng lượng của công ty

Trong một số trường hợp, SEEMP có thể là một phần của hệ thống quản

lý an toàn của tàu (SMS- safety management system) Theo tiêu chuẩn ISO

14001, trong đó có các biện pháp thực hành nhằm nâng cao vấn đề môi trườngtrong hoạt động của công ty, cũng có thể áp dụng các giải pháp này nhằm nângcao hiệu quả của SEEMP

1.2.2 Xây dựng kế hoạch quản lý hiệu quả năng lượng trên tàu

SEEMP được xây dựng cho tàu theo 4 bước: Lập kế hoạch (planning), ápdụng kế hoạch (implementation), theo dõi (monitoring), tự đánh giá và cải tiến(self-evaluation and improvement) theo chu trình kép kín như được thể hiệntrong hình 1.2

Hình 1.2 Các bước xây dựng SEEMP

1.2.2.1 Lập kế hoạch

Đây là giai đoạn cốt yếu nhất của việc xây dựng SEEMP Công ty tàu cầnxác định rõ thực trạng sử dụng năng lượng trên tàu và mức tăng hiệu quả nănglượng dự kiến Vì vậy, cần dành nhiều thời gian để nghiên cứu, xác định chínhxác trong việc lập kế hoạch, trong đó tập trung vào các điểm:

Các biện pháp cụ thể, riêng biệt cho tàu: có nhiều biện pháp có thể ápdụng cho tàu, chẳng hạn như tốc độ tối ưu, hàng hải khí tượng hoặc công tácbảo dưỡng thường xuyên vỏ tàu Tuy nhiên, việc áp dụng các biện pháp nào,mức độ áp dụng tới đâu là tốt nhất lại không giống nhau mà phụ thuộc nhiều vàoloại tàu, loại hàng hóa vận chuyển, tuyến đường vận chuyển và các yếu tố khác

Vì vậy, cần xác định rõ các biện pháp hiện đang áp dụng trên tàu, tác động củatừng biện pháp tới việc tăng hiệu quả năng lượng và các biện pháp có thể thựchiện được để nâng cao hiệu quả năng lượng của tàu Các biện pháp được lựachọn cuối cùng được lập thành một danh sách cung cấp cái nhìn tổng thể về cáchoạt động của tàu

Các biện pháp riêng biệt của công ty: việc phối hợp hoạt động chính xác,phù hợp giữa các bên tham gia vào quá trình vận chuyển hàng hóa có đóng góptích cực cho việc sử dụng hiệu quả năng lượng trên tàu Chẳng hạn, thông tinliên lạc tốt giữa người khai thác, cảng, chủ hàng…cho phép lựa chọn phương ánchạy tàu hợp lý để tàu đến cảng đúng giờ dự kiến, với chế độ máy tiết kiệmnhiên liệu Công ty cũng có thể lập kế hoạch quản lý năng lượng để quản lý độitàu của mình, trên cơ sở đó đề ra các yêu cầu liên lạc đối với các bên liên quan

Phát triển nhân lực: để áp dụng hiệu quả và vững chắc các biện pháp đãlựa chọn, các cá nhân làm việc trên tàu cũng như trên bờ cần được nâng caonhận thức hoặc được đào tạo phù hợp Vấn đề này cũng cần được cân nhắc khilập SEEMP

Đề ra mục tiêu: việc đề ra mục tiêu sử dụng hiệu quả năng lượng khôngphải là bắt buộc và không chịu sự kiểm tra bên ngoài, tuy nhiên, đó là động lựccho công ty và thuyền viên trong việc tăng hiệu quả năng lượng, góp phần bảo

vệ mội trường Mục tiêu có thể được đặt ở dạng chỉ số EEOI hoặc các chỉ sốkhác.

1.2.2.2 Áp dụng kế hoạch

Sau giai đoạn lập kế hoạch, cần xây dựng trình tự áp dụng cho từng biệnpháp được lựa chọn và chỉ định các cá nhân ( thuyền viên) chịu trách nhiệm thựchiện các biện pháp đó Các yếu tố này cũng cần được ghi rõ trong SEEMP và cóthể được coi là một phần của việc lập kế hoạch

Các biện pháp thực hiện trong quá trình khai thác tàu cần phải tuân thủSEEMP và cần ghi lại để phục vụ việc đánh giá hiệu quả các biện pháp cũngnhư việc chỉnh sửa nếu cần

1.2.2.3 Theo dõi

Cách duy nhất để đảm bảo các biện pháp được lựa chọn có hiệu quả làtheo dõi kết quả sử dụng biện pháp này Công ty tàu có thể thiết lập các cơ chếtheo dõi riêng hoặc dùng các cơ chế sẵn có, tuy nhiên, cần bám sát các tiêuchuẩn quốc tế đã được thừa nhận

Theo khuyến cáo của IMO, chỉ số EEOI có thể được sử dụng là tiêu chítheo dõi hiệu quả năng lượng trên tàu

1.2.2.4 Tự đánh giá và cải tiến

Đây là giai đoạn sau cùng của việc xây dựng, áp dụng và pháp triểnSEEMP Giai đoạn này, từng biện pháp sẽ được đánh giá hiệu quả riêng biệt,làm cơ sở cho việc cải tiến SEEMP lần tiếp theo Ngoài việc đánh giá hiệu quảcủa biện pháp, quy trình áp dụng biện pháp đó cũng cần được xem xét để pháthiện những điểm cần sửa đổi Việc đánh giá và cải tiến cần được làm định kỳ để

có các thay đổi kịp thời

1.2.3 Một số biện pháp nâng cao hiệu quả năng lượng

Theo hương dẫn của IMO, một số biện pháp nâng cao hiệu quả nănglượng cho tàu biển có thể được xem xét và lựa chọn bao gồm:

1.2.3.1 Khai thác năng lượng hiệu quả

- Lập kế hoạch chuyến đi tốt hơn

- Sử dụng phương pháp hàng hải khí tượng

- Sử dụng phương pháp cận giờ (Just in time)

- Tối ưu tốc độ chạy tàu (tối ưu hóa máy)

1.2.3.2 Tối ưu hóa tính năng điều động của tàu

- Sử dụng ballast phù hợp

- Sử dụng hiệu quả hiệu số mớn nước (độ chúi) phù hợp

- Tối ưu hóa việc điều động tàu trên tuyến (lựa chọn chế độ lái, đặt cácthông số lái tự động…)

1.2.3.3 Bảo dưỡng tàu thường xuyên, theo đúng quy định

- Bảo dưỡng vỏ tàu, chân vịt, bánh lái

- Bảo dưỡng hệ thống động lực

1.2.3.4 Các giải pháp khác áp dụng cho tàu

- Vận hành hiệu quả hệ thống thu hồi nhiệt thải

- Tăng hiệu quả quản lý năng lượng

- Lựa chọn nhiện liệu thích hợp

- Các phương pháp khác như dùng nguồn điện bờ, dùng máy tính hỗ trợtính toán phương án vận hành tàu tối ưu

- Tăng hiệu quả quản lý đội tàu

1.3 Tốc độ tối ưu trong hàng hải - Speed Optimization and JUST-IN-TIME

Duy trì tốc độ khai thác tàu cao (hay vòng tua chân vịt lớn) sẽ giúp giảmthời gian chạy tàu, quay vòng tàu nhanh và vì vậy trong nhiều trường hợp đemlại hiệu quả khai thác tàu tốt Tuy nhiên, mức độ tiêu thụ nhiên liệu cũng tăngmạnh khi tốc độ tàu tăng lên

Hình 1.3 thể hiện mức độ tiêu thụ nhiên liệu tùy thuộc vào tốc độ tàu của các tàuContainer có kích cỡ khác nhau Chẳng hạn, với tàu 8000-9000 TEU, khi khaithác ở tốc độ 18 kts thì lượng tiêu thụ nhiên liệu ở mức khoảng 85 tấn/ngày cònnếu khai thác ở tốc độ 25 kts thì mức tiêu thụ nhiên liệu vào khoảng 230tấn/ngày Như vậy, với một hành trình dài 1728 NM, lượng nhiên liệu tiêu thụtương ứng là:

- Tốc độ 24 kts (3 ngày): 230 x 3 = 690 Tấn

- Tốc độ 18 kts (4 ngày): 85 x 4 = 340 Tấn

Rõ ràng, ở tốc độ 18 kts, mặc dù thời gian chạy tàu dài hơn nhưng lượng tiêu thụnhiên liệu nhỏ hơn rất nhiều, theo đó, mức độ ô nhiễm cũng giảm Vì vậy, việcgiảm tốc độ khai thác tàu đang là xu hướng được xem xét một cách nghiêm túctrong chương trình tăng hiệu quả năng lượng, phòng ngừa ô nhiễm môi trường,kèm theo đó là các thuật ngữ Slow Steaming (khai thác tàu tốc độ thấp) và ExtraSlow Steaming (Khai thác tàu tốc độ rất thấp).

Hinh 1.3 Mức tiêu thụ nhiên liệu theo tốc độ và kích cỡ tàu

Trong quá trình khai thác tàu, dựa trên việc trao đổi thông tin đầy đủ,chính xác giữa các bên, người khai thác có thể biết chính xác thời điểm tàu cần

có mặt tại cảng đến và khi đó, có thể tính toán chạy tàu với tốc độ phù hợp đểđảm bảo tiết kiệm nhiên liệu nhờ chạy tàu với tốc độ thấp và tàu vẫn có mặt tạicảng đích đúng thời hạn Phương pháp này được gọi chung là Tối ưu tốc độ tàu(Speed Optimization) bằng kỹ thuật JUST-IN-TIME (kịp lúc)

Vẫn với ví dụ nêu trên, chẳng hạn thời điểm tàu cần có mặt ở cảng đến (chẳnghạn vị trí đón hoa tiêu) trong 4 ngày (96 giờ) sau, thuyền trưởng có thể quyếtđịnh cho tàu chạy với tốc độ 18 kts để tàu đến cảng vừa kịp lúc (JUST-IN-TIME), với lượng tiêu thụ nhiên liệu được tiết kiệm tối đa Phương án này cũnggiúp tiết kiệm chi phí cho việc tàu nằm chờ tại cảng hoặc khu neo

Tuy nhiên, khi áp dụng kỹ thuật này, cần chú ý để có khoảng thời gian dự trữthích hợp, tránh trường hợp tàu bị phạt vì đến muộn

1.4 Kết hợp hàng hải khí tượng và tốc độ tối ưu

Phương pháp hàng hải khí tượng trình bày ở trên thường được sử dụngvới mục tiêu xác định tuyến đường hàng hải tiết kiệm thời gian nhất từ điểmxuất phát tới điểm đích ứng với một chế độ máy nhất định Tuy nhiên, nếu xét

về mục đích tăng hiệu quả năng lượng và hiệu quả kinh tế, tuyến đường tiếtkiệm thời gian nhất chưa hẳn đã là tuyến đường tối ưu

Để nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng năng lượng, phương pháp hànghải khí tượng có thể được kết hợp với phương pháp Tối ưu tốc độ tàu dựa trên

kỹ thuật Just-In-Time nhằm lợi dụng các yếu tố khí tượng đồng thời khai thácmáy ở chế độ phù hợp nhất

Phương pháp đơn giản nhất để thực hiện việc này là lặp lại việc tính toán hànghải khí tượng cho tàu ở các chế độ máy (RPM -tốc độ vòng tua chân vịt) khácnhau sau đó lựa chọn chế độ máy mà ở đó thời gian tàu tới cảng đích thỏa mãnyêu cầu về thời gian chạy tàu, đồng thời mức tiêu thụ nhiên liệu trên hành trình

là nhỏ nhất Tuyến đường chạy tàu được lựa chọn là tuyến đường hàng hải khítượng tương ứng với chế độ máy này

Có thể thấy, theo phương pháp này, tốc độ vòng tua chân vịt (RPM) làkhông thay đổi Về mặt lý thuyết, việc thay đổi tốc độ vòng tua trong quá trìnhhàng hải có thể đem lại hiệu quả nhiên liệu tốt hơn Tuy nhiên, thực tế hiệu quảcủa việc thay đổi vòng tua rất thấp và vì vậy, phương pháp này ít được sử dụng

và phương pháp cố định vòng tua vẫn được dùng trong thực tế

1.5 Sử dụng dịch vụ tư vấn hàng hải khí tượng truyền thống

Ngày nay, trên thế giới có nhiều tổ chức dịch vụ cung cấp thông tin khítượng dẫn đường Tất cả các dịch vụ khí tượng dẫn đường đều có nguyên tắchoạt động giống nhau Đó là cung cấp các thông tin trợ giúp Thuyền trưởng dẫntàu an toàn và kinh tế Một tổ chức uy tín của Mỹ tên là "WeathernewsAmericas Inc.", địa chỉ website :www.us.weathernews.com có chi nhánh trênkhắp thế giới Nội dung chủ yếu trong các thông tin khí tượng dẫn đường đượccung cấp bởi các tổ chức dịch vụ khác nhau bao gồm :

Tuyến chạy tàu tối ưu: Căn cứ vào tính năng kỹ thuật của tàu, tình trạnghàng hóa, nhiệm vụ chuyến đi và các yêu cầu khác do tàu cung cấp Kết hợp vớithông tin dự báo thu nhận được về tình hình thời tiết, tình trạng mặt biển, dữ liệuthống kê tích luỹ và trang thiết bị chuyên dùng hiện đại Các nhà dự báo chuyênnghiệp sẽ khuyến nghị một tuyến đường chạy tàu có lợi nhất cho tàu.

Hỗ trợ công tác dẫn tàu an toàn: Sau khi khuyến nghị tuyến hành trìnhban đầu, trong quá trình chạy tàu tiếp theo, tàu và dịch vụ khí tượng dẫn đườngduy trì sự liên lạc chặt chẽ thuờng xuyên Dịch vụ liên tục theo dõi hành trìnhcủa tàu và kịp thời đưa ra các thông báo về tình hình thời tiết, tình trạng mặtbiển cùng các khuyến nghị điều chỉnh tuyến đường nhằm mục đích giúp thuyềntrưởng dẫn tàu an toàn

Báo cáo hành trình: Sau khi hoàn thành chuyến đi, dịch vụ khí tượng dẫnđường sẽ làm báo cáo toàn bộ hành trình của tàu Nội dung bao gồm các số liệuthời tiết, tình trạng mặt biển và tuyến đường thực tế tàu đã đi qua Bản báo cáo

sẽ cung cấp các số liệu lưu trữ cho tàu, cơ quan quản lý và là cơ sở tham khảocho chuyến hành trình tiếp theo

Một chú ý quan trọng là vấn đề áp dụng tuyến đường hàng hải hay cácđiều chỉnh do dịch vụ khí tượng đưa ra hoàn toàn do Thuyền trưởng căn cứ vàotình hình thực tế quyết định Không vì việc áp dụng dịch vụ khí tượng dẫnđường mà miễn giảm trách nhiệm của Thuyền trưởng Cơ quan cung cấp dịch vụkhí tượng dẫn đường không chịu trách nhiệm bồi thường bất kỳ một rủi ro nàokhi cung cấp các thông tin mang tính khuyến nghị

1.6 Sử dụng các công cụ hỗ trợ tính toán đường chạy tàu tối ưu

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin vệ tinh áp dụng trong hànghải, nhiều hệ thống dịch vụ thông tin khí tượng và tuyến đường đã được pháttriển và sử dụng, nhằm mục đích nâng cao hiệu quả và an toàn hàng hải, gópphần bảo vệ môi trường

Các hệ thống dịch vụ tương đối tương đồng về cấu trúc hệ thống vànguyên lý hoạt động Theo đó, cơ quan cung cấp dịch vụ trên bờ có nhiệm vụthu thập và tổng hợp thông tin dự báo khí tượng trên phạm vi toàn thế giới và

cung cấp cho tàu biển qua hệ thống thông tin vệ tinh Inmarsat Tàu được trang bịthiết bị kết nối với máy thu Inmarsat trên tàu và các phần mềm máy tính Cácphần mềm được cài đặt trong máy tính trên tàu, thực hiện một số nhiệm vụchính bao gồm:

- Tự động thu, xử lý các bản tin (dưới dạng email) thời tiết và cập nhậtvào cơ sở dữ liệu về thông tin thời tiết trên tàu mỗi khi có thông tin mới đượcphát đi từ cơ quan dịch vụ trên bờ

- Hiển thị thông tin thời tiết theo dạng trực quan, sinh động, dễ truy cập,theo dõi

- Hỗ trợ tính toán tuyến đường hàng hải tối ưu cho tàu dựa trên các tiêuchí tối ưu khác nhau

Để minh họa rõ các chức năng của hệ thống, phần dưới đây sử dụng cácgiao diện của hệ thống SPOS (Ship Performance Optimization System) để minhhọa các chức năng tổng quát của hệ thống

1.6.1 Thông tin thời tiết

Các thông tin thời tiết được phát cho tàu hàng ngày qua Email, gồm đầy

đủ các yếu tố thời tiết như gió, sóng, dòng chảy, băng biển …

Thông qua danh sách các thông tin cần hiển thị, sỹ quan hàng hải có thểlựa chọn hiển thị tất cả hoặc một số thông tin thời tiết nhất định cần thiết chohành trình Các thông tin này có thể được hiển thị dưới dạng bản đồ thời tiết trênmàn hình hoặc có thể in ra trên giấy

Các chế độ hiển thị thông tin thời tiết bao gồm:

- Thông tin thời tiết tại điểm (Hiển thị thông tin thời tiết tại khu vực xung quanh

1 điểm lựa chọn trước)

- Thông tin thời tiết tại vị trí tàu

- Thông tin thời tiết tại cảng

- Thông tin về bão nhiệt đới

- Các thông báo

Các thông tin thời tiết thông thường được gửi tới tàu theo định dạng theo các sốliệu tại các điểm (grid point data), tức là cho biết giá trị của các yếu tố thời tiết

(hướng gió, tốc độ gió, hướng sóng, …) tại các điểm trên 1 mạng lưới được quyđịnh trước Các số liệu này được phần mềm SPOS onboard xử lý và hiển thị kếtquả Các thông tin cần hiển thị dưới dạng các đường (chẳng hạn các Front, cácđường đẳng áp trong xoáy thuận, xoáy nghịch) thường được gửi đi dưới dạngmột chuỗi các điểm trên đường đó Các điểm này được nối với nhau cho tathông tin về đối tượng yêu cầu.

Có th l a ch n hi n th các b n thông tin d báo th i ti t cho 6h, 12h, 18họn hiển thị các bản thông tin dự báo thời tiết cho 6h, 12h, 18h ị các bản thông tin dự báo thời tiết cho 6h, 12h, 18h ản thông tin dự báo thời tiết cho 6h, 12h, 18h ời tiết cho 6h, 12h, 18h ết cho 6h, 12h, 18h

…

Hình 1.4 Hiển thị thông tin thời tiết SOPS

Hệ thống cũng hỗ trợ hiển thị các thông tin về băng (hình 1.3) Cách đơngiản để theo dõi băng là lựa chọn hiển thị thông tin về nguy cơ mặt biển bị đóngbăng (Icing) trong mục các dữ liệu khí tượng cần hiển thị Khi đó, các khu vực

có nguy cơ hình thành băng sẽ được hiển thị bằng mầu trên hải đồ Các màukhác nhau thể hiện mức độ bao phủ của băng (tính theo %) khác nhau Căn cứvào khu vực hoạt động của tàu, sỹ quan có thể có các đánh giá và hành độngthích hợp

Ta cũng có thể lựa chọn hiển thị dự báo về các tảng băng trôi (Iceberfg)cũng từ danh mục các thông tin lựa chọn để hiển thị

1.6.2 Tính toán tuyến đường hàng hải tối ưu

Như đã nêu ở các phần trước, để tính toán và lựa chọn tuyến đường chạytàu, các thông tin cần phải sử dụng là:

- Đặc tính tàu (hay đặc tính thay đổi tốc độ tàu do ảnh hưởng của sóng, gió), đặctính tiêu thụ nhiên liệu

- Các thông tin dự báo thời tiết bao gồm: Sóng, gió, dòng chảy

Các thông tin thời tiết được tự động cập nhật và có sẵn trong cơ sở dữ liệuthông tin thời tiết trong hệ thống Vì vây, để sử dụng SPOS onboard trong việctính đường chạy tàu, các thông tin này cần được nhập vào hệ thống hoặc đượcsửa đổi để phù hợp với điều kiện hoạt động hiện tại như được thể hiện tronghình 1.4.

Các thông tin được nhập dưới dạng bảng Trong hình 1.4, có thể thấy cácthông tin nhập bao gồm:

- Bảng mức độ giảm tốc độ (tính theo %) tùy thuộc vào hướng và tốc độ gió

- Bảng mức độ giảm tốc độ (tính theo %) tùy thuộc vào hướng và độ cao sóng

- Bảng mức tiêu thụ nhiên liệu ứng với các tốc độ khác nhau trong nước tĩnhCăn cứ vào các đặc tính hoặc kinh nghiệm vận hành tàu thực tế, cũng như trạngthái xếp hàng hiện tại, sỹ quan hàng hải có thể sửa đổi các số liệu này trước khibắt đầu tính toán Các số liệu nhập cũng có thể được lưu vào các file và gọi lạikhi cần để tránh việc lặp lại không cần thiết

Hình 1.5 Hiển thị các yếu tố tính toán tuyến đường SOPS

Ngoài ra, hệ thống cho phép thuyền trưởng hoặc sỹ quan hàng hải lựa chọn cácđiều kiện thời tiết giới hạn như:

- Giới hạn vĩ độ cao nhất

- Giới hạn vùng mức độ bao phủ của băng (tính theo %)

- Giới hạn cấp sóng/gió

- Giới hạn khoảng cách tối thiểu tới tâm xoáy thuận …

Các yếu tố này được lựa chọn dựa trên hiểu biết, kinh nghiệm thực tế của thuyềntrưởng hoặc sỹ quan hàng hải

Từ các yếu tố trên, tuyến đường chạy tàu được tính và hiển thị trên màn hình

Để tiện so sánh, tuyến này được vẽ cùng với tuyến hàng hải ngắn nhất (tuyếnđường cung vòng lớn)

Các waypoint, thời gian dự kiến tới cảng đích … cũng được hiển thị phù hợp

Hình 1.6 Hiển thị tuyến đường lựa chọn tối ưu SOPS

Cần lưu ý rằng: Tuyến đường tối ưu chỉ là tuyến đường kuyến cáo, các thông tin

dự báo khí tượng luôn chịu ảnh hưởng của các sai số Vì vậy, việc vận hành contàu an toàn, hiệu quả phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm, hiểu biết, sự mẫn cán và

phân tích hợp lý các thông tin có sẵn của thuyền trưởng, người có trách nhiệmtối cao đối với an toàn tàu.

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TUYẾN ĐƯỜNG

HÀNG HẢI TỐI ƯU BẰNG MÁY TÍNH 2.1 Phương pháp Isochrone để tính toán đường đi tối ưu

2.1.1 Phương pháp Isochrone cổ điển

Phương pháp hàng hải khí tượng đầu tiên được giới thiệu để tính toántuyến đường có thời gian chạy tàu nhỏ nhất là phương pháp Isochrone được đềxuất bởi R.W James (1957) và được sử dụng rộng rãi trong nhiều thập kỷ tiếptheo

Phương pháp này được xây dựng với mục đích ban đầu là để các sỹ quanhàng hải có thể tính toán thủ công khi lựa chọn tuyến đường Isochrone (đườngđẳng thời) đầu tiên là đường nối các điểm mà tàu có thể đi tới trong cùng mộtđơn vị thời gian khi xuất phát từ cùng 1 điểm và đi theo các hướng khác nhau.Đương nhiên, quãng đường tàu có thể chay được trên mỗi hướng phụ thuộc vàocác điều kiện khí tượng, hải dương như gió, sóng và dòng chảy

Isochrone tiếp theo được xây dựng dựa trên isochrone trước đó bằng cách:

- Đặt hướng vuông góc với Isochrone phía trước tại mỗi điểm

- Trên mỗi hướng đã chọn, lấy quãng đường bằng khoảng cách tàuchạy được trong 1 đơn vị thời gian kế tiếp

- Nối các điểm vừa dựng để được Isochrone thứ 2

Hình 2.1 Phương pháp Isochrone cơ bản

Qua phân tích ảnh hưởng của sóng gió đối với tàu dựa trên cơ sở hướng

đi, tốc độ, trạng thái tàu, thấy rằng sóng gió là nguy cơ rất lớn đối với con tàu Ởmọi điều kiện, mọi trạng thái của con tàu, sóng gió luôn có tác động bất lợi vàgây mất an toàn trầm trọng đối với tàu

Tuy nhiên công tác hàng hải đôi khi không cho phép chúng ta lựa chọnđiều kiện hàng hải Vì vậy yêu cầu đối với người điều khiển là phải hạn chế cáctác động bất lợi của sóng gió lên con tàu thông qua các yếu tố có thể thay đổiđược trong chuyển động của tàu hay các tác động tích cực làm hạn chế ảnhhưởng của sóng gió lên con tàu

Hạn chế được ảnh hưởng của sóng gió lên tàu có nghĩa là người điềukhiển đã loại trừ hay hạn chế được các nguy cơ mất an toàn do sóng gió đối vớicon tàu

2.1.2 Phương pháp Isochrone cải tiến

Từ phương pháp dựng Isochrone cổ điển trên, ta thấy rõ ràng thời giancần thiết để đi tới 1 điểm trên 1 đường Isochrone theo cách trên chưa hẳn là thờigian ngắn nhất Đồng thời, phương pháp Isochrone cổ điển cũng gặp hạn chế khitính toán bằng máy tính do trong nhiều trường hợp, Isochrone có thể là hàm sốlõm

Để giải quyết vấn đề, phương pháp Isochrone cổ điển có thể được cải tiếnbằng cách:

“Thay vì đi theo hướng vuông góc với đường Isochrone phía trước, ta chotàu chạy theo hướng mà hình chiếu của quãng đường chạy được trong cùng 1đơn vị thời gian lên phương pháp tuyến với đường Isochrone phía trước tại mỗiđiểm là lớn nhất”

Theo phương pháp này, các đường Isochrone có thể lần lượt được xâydựng như trong hình minh họa (Hình 2.2)

Tuy vậy, nhược điểm cơ bản của phương pháp này là trong nhiều trườnghợp, đường Isochrone bị tắc bởi đường bờ Tức là khi các điểm nào đó trênđường Isochrone nằm ở khu vực đặc biệt nào đó (chẳng hạn bị bao vây bởi các

vùng nước nông), ta không thể dựng được đường Isochrone tiếp theo 1 cách phùhợp và vì vậy, không tiếp cận được điểm đích

Hình 2.2 Phương pháp Isochrone cải tiến

2.1.3 Phương pháp Isochrone cải tiến bằng cách phân vùng

Để giải quyết hạn chế của phương pháp Isochrone vừa nêu trên, Hagiwara(1989) đề xuất một cải tiến cho phương pháp Isochrone bằng cách phân vùng(area partitioning) Theo đó:

- Bề mặt đại dương được chia thành các rẻ quạt nhỏ từ điểm xuất phát

- Từ mỗi điểm trên 1 đường Isochrone, quãng đường tàu chạy được trong

1 khoảng thời gian được tính cho các hướng khác nhau để có được điểm đếnnằm trong các rẻ quạt khác nhau

- Điểm được chọn trong mỗi rẻ quạt là đường cách điểm xuất phát xa nhất

- Nối các điểm lựa chọn trong mỗi rẻ quạt ta được được Isochrone tiếptheo

Phương pháp này được mô tả trong hình minh họa dưới đây

Hình 2.3 Phương pháp Isochrone cải tiến bằng cách phân vùng

2.2 Thông tin thời tiết với định dạng Grib file

2.2.1 Khái niệm chung về định dạng Grib

GRIB (GRIdded Binary hoặc GeneralRegularly-distributed Information inBinary form) là định dạng số liệu chính xác thường được sử dụng trong khítượng để lưu trữ dữ liệu về thời tiết quá khứ cũng như dữ liệu dự báo thời tiết.Định dạng Grib đã được tổ chức khí tượng thế giới WMO (world meteorologyorganization) tiêu chuẩn hóa theo quy định về mã hóa số 306 (WMO Manual onCodes No 306) Định dạng Grib có 3 phiên bản trong đó phiên bản đầu tiên(Grib 0) chỉ được sử dụng hạn chế và hiện không còn được sử dụng Phiên bảnGrib 2 là phiên bản đang được sử dụng bởi hầu hết các trung tâm khí tượng thủyvăn trên toàn thế giới để lưu trữ và trao đổi, chia sẻ hoặc phát hành thông tin dựbáo khí tượng thu được từ các mô hình dự báo số NWP (Numerical WeatherPrediction)

So sánh với các định dạnh được sử dụng trước đây như GRID hay GRAF,định dạng Grib 2 có nhiều ưu điểm vượt trội, trong đó, các đặc trưng chủ yếu là:

- Tự định nghĩa (self description)

- Linh hoạt

- Dễ mở rộng Các đặc trưng này rất cần thiết trong thời đại phát triển nhanh của khoahọc và kỹ thuật như hiện nay.

Ngoài ra, Grib 2 cũng cho phép nén dữ liệu Nhờ vậy, định dạng này cóthể được sử dụng để mã hóa các sản phẩm bản tin khí tượng mới, chẳng hạn các

dự báo tổng hợp ensemble, dự báo dài hạn hay dự báo khí hậu, số liệu radar thờitiết, hình ảnh vệ tinh Xét về cấu trúc, Grib 2 được thiết kế mang tính modul hóa

và hướng đối tượng cao Các định nghĩa về tham số và thuộc tính được tách rờitheo chức năng và kích thước, vì vậy các phần mô tả về thời gian, không gianhoặc phương pháp mã hóa … độc lập với nhau Theo đó, grib 2 có thể được bảotrì và sửa đổi dễ dàng trong trường hợp cần có các trường thông tin mới

Từ các đặc trưng của Grib 2 và mức độ phổ biển trong việc sử dụng Grib

2 của các cơ quan dự báo khí tượng, ta thấy việc hiểu rõ và giải mã được địnhdạng này sẽ giúp ta tiếp cận được các thông tin thời tiết đầy đủ, với độ phân giảitheo không gian và thời gian hợp lý, làm cơ sở cho các tính toán tuyến đườngchạy tàu tối ưu từ các thông tin này

2.2.2 Các thành phần của bản tin khí tượng hải dương được mã hóa theo định dạng Grib

Theo định dạng Grib, file dữ liệu khí tượng hải dương được chia thành 8phần (8 section) như sau:

SECTION 0 Indicator Section

SECTION 1 Identification Section

SECTION 2 (Local Use Section)

SECTION 3 Grid Definition Section = Grid Definition Template (GDT) –Standard list

SECTION 4 Product Definition Section = Product Definition Template(PDT) - Standard list

SECTION 5 Data Representation Section = Data Representation Template(DRT) - Standard list

SECTION 6 (Bit-map Section)

SECTION 7 Binary Data Section starting with Data template (DT)

Section 0 là 1 section ngắn được dùng để thể hiện rằng dữ liệu theo sau đượcđịnh dạng theo dạng Grib 2 Khi gặp mã này, máy tính cần sử dụng các chươngtrình hỗ trợ giải mã định dạng Grib đề thu được các số liệu được mã hóa trongfile

Section 1 được sử dụng để cung cấp các thông tin về phiên bản Grib format(2), loại số liệu (ví dụ dự báo hay phân tích)…

Section 2 là một section tùy chọn, được sử dụng để cung cấp bất kỳ thông tinhoặc tham số nào liên quan đến các mục đích hoặc quy định địa phương (tùytheo yêu cầu của quốc gia cung cấp bản tin khí tượng)

Section 3 mã hóa các thông tin cần thiết để xây dựng mạng lưới các điểmtương ứng với thông tin thời tiết được chứa trong phần số liệu Chẳng hạn, phầnnày cho biết thông tin khí tượng được cung cấp cho từng điểm trên bề mặt tráiđất (global scale) với giá trị kinh độ và vĩ độ thay đổi là 0.5° (resolution), vàđược sắp xếp theo thứ tự từ N xuống S, từ E sang W (scanning mode)

Section 4 chứa các thông tin cụ thể về loại thông tin thời tiết được mã hóatrong file, đơn vị của các thông tin này, loại bề mặt được sử dụng (mặt biển, độcao 10m tính từ mực nước biển, mặt đẳng áp 500mb…) Các thông tin tính là

Bảng 1 – Mã bản tin khí tượng trong Grib File

Product Discipline 0 - Meteorological Products

4 Short-wave radiation (see Table 4.2-0-4)

5 Long-wave radiation (see Table 4.2-0-5)

non-dim

Components of the wind.

K*m s 1

Temperature and MeridionalComponents of the wind

K*m s 1