Nghiên cứu lý thuyết dự đoán quỹ đạo trôi dạt và tính toán tuyến đường tìm kiếm tối ưu cho phương tiện gặp nạn trong vùng biển ninh thuận kiên giang

Qua tìm hiểu với vùng biển Việt Nam chưa có các nghiên cứu về tuyến đường chạy tàu tìm kiếm cứu nạn tối ưu để quét hết khu vực xác suất trôi dạt của vật thể bị nạn với thời gian ngắn nhấ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM

PHẠM NGỌC HÀ

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT DỰ ĐOÁN QUỸ ĐẠO TRÔI DẠT VÀ TÍNH TOÁN TUYẾN ĐƯỜNG TÌM KIẾM TỐI ƯU CHO PHƯƠNG TIỆN GẶP NẠN TRONG VÙNG BIỂN NINH THUẬN - KIÊN GIANG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

TP Hồ Chí Minh – 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM

PHẠM NGỌC HÀ

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT DỰ ĐOÁN QUỸ ĐẠO TRÔI DẠT VÀ TÍNH TOÁN TUYẾN ĐƯỜNG TÌM KIẾM TỐI ƯU CHO PHƯƠNG TIỆN GẶP NẠN TRONG VÙNG

BIỂN NINH THUẬN - KIÊN GIANG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Minh Đức và TS Lê Văn Ty, không

có phần nội dung nào được sao chép một cách bất hợp pháp từ công trình nghiên cứu của tác giả khác

Kết quả nghiên cứu, nguồn số liệu trích dẫn, tài liệu tham khảo là hoàn toàn chính xác và trung thực

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2021

Tác giả

Phạm Ngọc Hà

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Giao thông Vận tải thành phố Hồ Chí Minh, Viện Đào tạo sau đại học Trường Đại học Giao thông Vận tải thành phố Hồ Chí Minh đã cho phép và tạo điều kiện cho tôi thực hiện luận

án này

Tôi xin chân thành cảm ơn hai Thầy hướng dẫn khoa học, PGS.TS Nguyễn Minh Đức và TS Lê Văn Ty đã tận tình hướng dẫn, định hướng nghiên cứu giúp tôi hoàn thành luận án

Tôi xin trân trọng cám ơn Viện Hàng hải, Bộ môn Điều khiển tàu biển, Trường Đại học Giao thông Vận tải thành phố Hồ Chí Minh, các Thầy cô giáo, nhà khoa học đã góp ý, phản biện và đánh giá giúp tôi từng bước hoàn thiện luận án

Tôi xin trân trọng cám ơn sự động viên và tạo điều kiện của Trung tâm khí tượng thuỷ văn Quốc gia; Đài khí tượng thủy văn khu vực Nam bộ; Trung tâm phối hợp tìm kiếm cứu nạn Hàng hải Việt Nam (VMRCC); Cán bộ, Ban Chỉ huy và tập thể Thuyền viên các tàu tìm kiếm cứu nạn của Trung tâm phối hợp tìm kiếm cứu nạn Hàng hải Khu vực III (Vung Tau MRCC);

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên, khuyến khích, tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian tôi ghiên cứu hoàn thành công trình

Mặc dù đã cố gắng và nỗ lực trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận án, nhưng do những hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm và thời gian nên luận án có thể vẫn còn nhiều thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự góp ý quý

giá của các nhà khoa học và bạn đọc để hoàn thiện luận án một cách tốt nhất cũng như tiếp tục cho các nghiên cứu sau này

Xin trân trọng cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2021

Tác giả

Phạm Ngọc Hà

TÓM TẮT

Vùng biển từ Ninh Thuận đến Kiên Giang (vùng trách nhiệm của Vung Tau MRCC) chiếm tới 44% tổng số vụ tai nạn trên vùng biển Việt Nam Hiện nay việc ứng dụng khoa học công nghệ vào hoạt động TKCN còn có nhiều hạn chế Qua tìm hiểu với vùng biển Việt Nam chưa có các nghiên cứu về tuyến đường chạy tàu tìm kiếm cứu nạn tối ưu để quét hết khu vực xác suất trôi dạt của vật thể bị nạn với thời gian ngắn nhất Các phần mềm hiện đang sử dụng trong công tác TKCN (ví dụ SAROPS) là phần mềm thương mại không biết được thuật toán cũng như các dữ liệu thời tiết mà nhà cung cấp sử dụng Đề tài nhằm xây dựng thuật toán để ứng dụng công nghệ nâng cao năng lực TKCN trên biển

Trong luận án để thực hiện việc dự đoán trôi dạt và tính toán tuyến đường tìm kiếm tối ưu cho tàu tìm kiếm, NCS nghiên cứu tiến hành:

Tổng hợp, tính toán, đánh giá độ chính xác của các nguồn thông tin gió

và dòng chảy trên khu vực biển Ninh Thuận đến Kiên Giang sử dụng cho mục đích dự đoán sự trôi dạt của vật thể bị nạn trên biển; NCS đã phân tích so sánh

độ tin cậy và việc dễ dàng tiếp cận nguồn dữ liệu, đã lựa chon sử dụng các bản tin gió dạng Grib file của Trường Đại học Kyoto - Nhật Bản và dữ liệu dòng chảy OSCAR của Trung tâm nghiên cứu Trái đất và Vũ trụ cho mục đích dự báo sự trôi dạt và tìm kiếm vật thể bị nạn trên biển theo thời gian thực sau khi tính toán độ lệch chuẩn Sử dụng mô phỏng Monte Carlo kết hợp bộ lọc Median-Filter để loại bỏ nhiễu xác định khu vực tìm kiếm xác suất 95% của vật thể bị nạn trôi dạt với các dữ liệu thời tiết theo thời gian thực;

NCS sử dụng phần mềm hỗ trợ Công tác TKCN (“SEARCH AND RESCUE SUPPORT SOFT), chương trình hỗ trợ theo dõi, giám sát công tác

TKCN trên tàu tìm cứu mô phỏng khu vực trôi dạt cho 4 trường hợp và đã xác định được khu vực tìm kiếm vật thể bị nạn dưới tác động của gió, dòng chảy theo thời gian thực Các kết quả mô phỏng khu vực trôi dạt xác suất 95% cho kết quả khá phù hợp với điều kiện sóng gió theo thời gian thực tế trên vùng biển phía Nam Việt Nam

Trên cơ sở khu vực tìm kiếm vật thể bị nạn xác định NCS đã nghiên cứu, tính toán tuyến đường chạy tàu tìm kiếm tối ưu xuất phát từ vị trí trực đến biên của khu vực tìm kiếm xác định rồi quét hết khu vực đó với thời gian ngắn nhất Xây dựng hàm mục tiêu tối ưu hoá phương án TKCN đa hướng cho một tàu tìm cứu và phương án hai tàu tìm cứu phối hợp tìm kiếm Áp dụng thuật toán BFO thích nghi, xây dựng phương án TKCN đa hướng cho một tàu tìm cứu và phương án hai tàu tìm cứu phối hợp tìm kiếm nhờ thuật toán BFO có độ tin cậy cao, có khả năng tính toán và đưa ra gợi ý về tuyến đường tối ưu kể cả trong các trường hợp điều kiện thời tiết thay đổi phức tạp;

Sử dụng phần mềm mô phỏng phương án tìm kiếm cứu nạn đa hướng cho một tàu SAR và phương án phối hợp tìm kiếm cho hai tàu SAR có xét đến tính năng điều động của tàu SAR cho 4 trường hợp:

- Life raft (no canopy, no drogue): Multifier: 0.057/Modifier: 0.21 kts/Dev: 240

- Life raft (canopy, w/ drogue): Multifier: 0.03/Modifier: 0.00 kts/Dev: 280

- Fishing vessel (Side-stern Trawler): Multifier: 0.42/Modifier: 0.0 kts/Dev: 480

- Fishing vessel (Vietnam): Multifier: 0.38/Modifier: 0.0 kts/Dev: 450

Kết quả khu vực tìm kiếm đối với của tàu SAR bao phủ hết khu vực tìm kiếm xác định phù hợp với việc tính toán theo hướng dẫn của IAMSAR

Từ khóa: Tìm kiếm cứu nạn theo thời gian thực, mô phỏng Monte Carlo,

thuật toán tìm kiếm tối ưu, thuật toán vi khuẩn

THESIS SUMMARY

The southern seas of Vietnam, from Ninh Thuan to Kien Giang (Vung Tau MRCC’s responsibility), is up to 44% of the total number of accidents in the Vietnam’s sea However, the application of science and technology to SAR operation is limited and limited in use of supporting by smart solution, technology also Therefore, the study of the thesis research is applicated of science and technology in order to improve the SAR’s competence at sea

There have not any studies on the optimal SAR route for SAR vessels to sweep the drifting area of the distress object with the shortest possible time The current software using in the SAR operation (eg SAROPS ) is commercial software that does not know the algorithms and reliability of weather data

In this thesis, in order to carry out the drift forecasting and compute the optimal search route for the SAR vessels, the author does:

Aggregate, calculate and evaluate the accuracy of wind and current information sources in the sea area from Ninh Thuan to Kien Giang for purpose

of forecasting the drift of distress objects at sea; Comparative analysis of reliability, easy access to data sources, it is possible to use Grib file wind reports

of Kyoto University - Japan and OSCAR current data of the Earth and Space Research for the purpose of drift forecasting and searching for objects in distress at sea in real time after calculating standard deviations; Using a Monte Carlo simulation with a Median-Filter filter to remove noise define a 95% probability search area of a drift object with real-time weather data;

The author used the Search and Rescue Support Soft software, the program to support and monitor the rescue operation to simulate the drift area for 4 scenarios and identify the search area for distress objects under the impact

of real-time wind and current The simulation results of the 95% probability

drift area show quite consistent results with the windy conditions in real time

in the southern sea of Vietnam

On the basis of the identified search area for distress object, the author research and calculate the optimal search route from the standby position to the edge of the specified search area and then sweep the entire area with the shortest time Develop an objective function to optimize the multi-directional design for

a SAR vessel and the option for two SAR vessels to coordinate the search Applying the adaptive BFO algorithm, developing a multi-directional SAR plan for a SAR vessel and two SAR vessels coordinated base on the BFO algorithm is highly reliable, capable of calculating and suggesting the optimal route even in the case of complicated weather conditions;

Developing a software using BFO algorithm, easy to use, ensures fast calculation, can be applied in actual conditions Using software to simulate the multi-directional search and rescue plan for one SAR vessels and the search coordination plan for two SAR ships taking into account the maneuverability

of the SAR ship for 4 scenarios:

- Life raft (no canopy, no drogue): Multifier: 0.057/Modifier: 0.21 kts/Dev: 240

- Life raft (canopy, w/ drogue): Multifier: 0.03/Modifier: 0.00 kts/Dev: 280

- Fishing vessel (Side-stern Trawler): Multifier: 0.42/Modifier: 0.0 kts/Dev: 480

- Fishing vessel (Vietnam): Multifier: 0.38/Modifier: 0.0 kts/Dev: 450

Result: The drift area is suitable for wind, surface currents during the month The fast calculation time ensures the search planning, the convergence speed

of the algorithm is guaranteed The search area of the two SAR vessels covers the specified search area appropriate to the IAMSAR manual

Keywords: Real-time search and rescue Monte Carlo simulation, optimal

search algorithm, Bacterial Foraging Optimization Algorithm – BFOA

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

DANH MỤC CÁC HÌNH x

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến Đề tài Luận án 2

3 Mục đích nghiên cứu của đề tài 8

4 Nội dung nghiên cứu 8

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 8

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 9

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 9

8 Đóng góp mới của Luận án 10

9 Kết cấu của Luận án 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC TÌM KIẾM CỨU NẠN 11

1.1 Cơ sở pháp lý liên quan đến hoạt động TKCN trên biển 11

1.1.1 Luật pháp quốc tế liên quan đến hoạt động TKCN 11

1.1.2 Các Thoả thuận quốc tế về TKCN giữa Việt Nam và các Quốc gia trong khu vực 13

1.1.3 Văn bản quy phạm pháp luật Việt Nam điều chỉnh hoạt động TKCN 14

1.2 Hoạt động TKCN quốc tế 15

1.2.1 Khu vực TKCN theo IMO 15

1.2.2 Tính chất toàn cầu trong hoạt động TKCN trên biển 18

1.2.3 Tổ chức hệ thống TKCN trên biển 18

1.3 Tổng quan về công tác TKCN trong vùng biển Ninh Thuận - Kiên Giang và vùng biển Việt Nam 21

1.3.1 Đặc điểm tự nhiên, hoạt động của phương tiện ở vùng biển Việt Nam 21 1.3.2 Hệ thống tổ chức TKCN trên biển của Việt Nam 32

1.3.3 Trung tâm Phối hợp TKCN hàng hải Việt Nam 34

1.4 Kết luận chương 1 37

CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP THÔNG TIN THỜI TIẾT PHỤC VỤ TÌM KIẾM CỨU NẠN 39

2.1 Nguyên lý về dự đoán mức độ trôi dạt của phương tiện bị nạn 39

2.1.1 Độ dạt gió (Leeway) 39

2.1.2 Dòng chảy tổng hợp (TWC) 41

2.1.3 Độ dạt tổng hợp (Drift) 42

2.2 Dữ liệu gió 42

2.2.1 Dữ liệu gió của Trung tâm khí tượng thuỷ văn quốc gia 43

2.2.2 Dữ liệu gió của một số công ty cung cấp dịch vụ thời tiết 45

2.2.3 Dữ liệu thời tiết của các cơ quan Khí tượng nước ngoài 49

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) 53

2.3 Dữ liệu dòng chảy 59

2.3.1 Dữ liệu dòng chảy của Trung tâm khí tượng thuỷ văn Quốc gia 59

2.3.2 Dữ liệu dòng chảy của Viện nghiên cứu Đại dương Đài Loan và công ty StratumFive 60

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) 62

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) 63

2.4 Kết luận chương 2 65

CHƯƠNG 3: DỰ ĐOÁN QUỸ ĐẠO TRÔI DẠT CỦA VẬT THỂ BỊ NẠN 67

3.1 Phương pháp mô phỏng Monte Carlo 67

3.1.1 Cơ sở của phương pháp Monte Carlo 67

3.1.2 Các thành phần chính của phương pháp mô phỏng Monte Carlo 68

3.2 Sử dụng mô phỏng Monte Carlo dự đoán vùng trôi dạt của vật thể bị nạn theo xác suất 69

3.2.1 Nguyên lý chung áp dụng Monte Carlo dự đoán quỹ đạo trôi dạt của vật thể bị nạn 71

3.2.2 Dự đoán quỹ đạo trôi dạt vật thể bị nạn bằng mô phỏng Monte Carlo 72 3.2.3 Sử dụng bộ lọc trung bình (Median Filter) khử nhiễu vùng dự đoán xác suất vật thể bị nạn 73

3.2.4 Kết quả mô phỏng vùng dự đoán xác suất vật thể bị nạn 76

3.3 Kết luận chương 3 82

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 83

4.1 Giới thiệu chung về tính toán phương án TKCN 83

4.1.1 Nguyên tắc chung của hoạt động TKCN 83

4.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới công tác TKCN 83

4.1.3 Nguyên lý chung về xây dựng tuyến đường trên mạng lưới 86

4.2 Phương pháp số tìm kiếm tuyến đường tối ưu trên lưới 87

4.2.1 Phương pháp quy hoạch động 87

4.2.2 Thuật toán đàn kiến 87

4.2.3 Thuật toán di truyền 88

4.2.4 Thuật toán vi khuẩn (BFO) 89

4.3 Tính toán phương án TKCN tối ưu cho 01 tàu tìm cứu bằng thuật toán BFO 99

4.3.1 Mô hình trao đổi thông tin TKCN 99 4.3.2 Hàm mục tiêu trong tính toán phương án TKCN cho một tàu tìm cứu 102 4.3.3 Các yếu tố và lưu đồ thuật toán 102 4.3.4 Nâng cao hiệu quả thuật toán bằng phương pháp kết bầy 109 4.3.5 Một số kết quả mô phỏng phương án 01 tàu tìm cứu 112

4.4 Áp dụng Thuật toán BFO xây dựng phương án cho hai tàu tìm cứu phối hợp tìm kiếm 120

4.4.1 Hàm mục tiêu trong tính toán phương án TKCN cho hai tàu tìm cứu phối hợp tìm kiếm 120 4.4.2 Các yếu tố và lưu đồ thuật toán 122 4.4.3 Một số kết quả mô phỏng phương án cho hai tàu tìm cứu phối hợp tìm kiếm 130

4.5 Kết luận chương 4 137

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 138

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN

QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO 142

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CWL CrossWind component of Leeway

DR Deadreconing Position

DWL DownWind component of Leeway

IMO Tổ chức hàng hải Quốc tế

ICAO Hàng không quốc tế

JMA Japan Meteorological Agency

LKP Last Known Position

MCC Mission Control Centre

MRCC Maritime search and Rescue Coordination Center

NCHMF National Centre for Hydrometeorological Forecasting

Trung tâm khí tượng thuỷ văn quốc gia OSC On – Scene Commander

OSCAR Ocean Surface Current Analyses Real-time

PCLB Phòng chống lụt bão

PIW Person In Water

RCC Rescue Coordination Center

RISH Research Institute for Sustainable Humanoshere

RSC Rescue Sub-Centre

SAR Search and Rescue

SAR 79 International Convention on Maritime Search and Rescue 1979

SAROPS Search and Rescue Optimal Planning System

SC SAR Coordinator

SMC Search and rescue mission co-ordinator

SRR Search and Rescue Region

SRR Search and Rescue Region

SRU Rescue Unit

TKCN Tìm kiếm cứu nạn

TORI Taiwan Ocean Research Institute

TWC Total Water Current

UTC Coordinated Universal Time

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thống kê phương tiện bị tai nạn, sự cố trên biển 30

Bảng 1.2 Thống kê phương tiện bị tai nạn, sự cố trên biển Vũng Tàu MRCC30 Bảng 1.3 Thống kê khu vực xảy ra sự cố, tai nạn trên vùng biển Việt Nam 31 Bảng 1.4 Loại hình hoạt động TKCN trên biển 31

Bảng 1.5 Phương tiện chuyên dụng TKCN 37

Bảng 2.1 Độ dạt gió của Tàu máy, Thuyền buồm và Thuyền chèo tay 40

Bảng 2.2 Độ dạt gió của Phao bè cứu sinh, Người trong nước 41

Bảng 2.3 Gió quan trắc theo giờ tại trạm hải văn DK I-7 tháng 1/2016 44

Bảng 2.4 Dữ liệu phân tích gió từ Grib file lúc 12:00 UTC ngày 01/01/201655 Bảng 2.5 Kết quả tính toán độ lệch chuẩn Thông tin gió cho năm 2016 58

Bảng 2.6 Dữ liệu dòng chảy OSCAR 63

Bảng 2.7 Kết quả tính toán độ lệch chuẩn Dòng chảy cho năm 2016 65

Bảng 4.1 Độ rộng vệt tìm kiếm 84

Bảng 4.2 Số hiệu chỉnh thời tiết Độ rộng vệt tìm kiếm 85

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Phân vùng khu vực TKCN của IMO (Nguồn NP285) 16

Hình 1.2 Khu vực TKCN Đông Nam Á (Nguồn NP285) 17

Hình 1.3 Sơ đồ quản lý nhà nước về TKCN (khuyến cáo của IMO) 20

Hình 1.4 Sơ đồ tổ chức nghiệp vụ phối hợp TKCN (khuyến cáo của IMO) 20 Hình 1.5 Phân bố gió tháng 1 (Nguồn NP30) 22

Hình 1.6 Phân bố gió tháng 4 (Nguồn NP30) 22

Hình 1.7 Phân bố gió tháng 7 (Nguồn NP30) 23

Hình 1.8 Phân bố gió tháng 10 (Nguồn NP30) 23

Hình 1.9 Dòng chảy bề mặt ưu thế tháng 1 (Nguồn NP30) 24

Hình 1.10 Dòng chảy bề mặt ưu thế tháng 4 (Nguồn NP30) 25

Hình 1.11 Dòng chảy bề mặt ưu thế tháng 7 (Nguồn NP30) 25

Hình 1.12 Dòng chảy bề mặt ưu thế tháng 10 (Nguồn NP30) 26

Hình 1.13 Bản đồ dòng chảy tầng mặt mùa đông (KC 09-24) 27

Hình 1.14 Bản đồ dòng chảy tầng mặt mùa hè (KC 09-24) 28

Hình 1.15 Số liệu tổng hợp sự cố tai nạn của Vũng Tàu MRCC và VMRCC [29] 30

Hình 1.16 Sơ đồ tổ chức Hệ thống ứng phó sự cố, thiên tai và TKCN Việt Nam 32

Hình 1.17 Mô hình tổ chức TKCN trên biển và trong vùng nước cảng biển Việt Nam 33

Hình 1.18 Sơ đồ tổ chức Trung tâm Phối hợp TKCN hàng hải Việt Nam 35

Hình 1.19 Phân vùng trách nhiệm khu vực TKCN trên biển Việt Nam 36

Hình 2.1 Hai thành phần của độ dạt gió (Leeway) là DownWind và CrossWind 39

Hình 2.2 Dòng chảy tổng hợp do Hải lưu và dòng chảy gió [49] 42

Hình 2.3 Độ dạt tổng hợp từ dòng chảy tổng hợp và độ dạt do gió [49] 42

Hình 2.4 Độ dạt tổng hợp khi xét đến thành phần Crosswind [49] 42

Hình 2.5 Trạm quan trắc thời tiết 43

Hình 2.6 Thông tin thời tiết do công ty Offshore Weather Service cung cấp dạng đồ thị lúc 1200LT ngày 21/6/2015 cho toạ độ 10.3 N, 108.3E 45

Hình 2.7 Thông tin thời tiết do công ty Fugro GEOS cung cấp dạng đồ thị lúc 0700LT ngày 06/3/2016 cho toạ độ 7-35 N, 102-57 E 46

Hình 2.8 Thông tin thời tiết do công ty StratumFive cung cấp ở dạng đồ thị ngày 01/8/2019 47

Hình 2.9 Thông tin thời tiết do công ty StratumFive cung cấp ở dạng bản đồ ngày 01/8/2019 47

Hình 2.10 Thông tin thời tiết chi tiết do công ty StratumFive cung cấp ngày 01/8/2019 48

Hình 2.11 Thông tin thời tiết lúc 18h00 UTC ngày 20/8/2019 (https://www.passageweather.com) 48

Hình 2.12 Thông tin thời tiết Dự báo 12h lúc 06h00 UTC ngày 20/8/2019 (https://www.passageweather.com) 49

Hình 2.13 Thông tin thời tiết ngày 22/05/2019 (https://www.windy.com) 49

Hình 2.14 Thông tin gió lúc 0300 UTC ngày 10/05/2017 52

Hình 2.15 Thông tin phân tích gió, lúc 15:00 UTC ngày 03/05/2017 56

Hình 2.16 So sánh Hướng gió Grib file và gió quan trắc năm 2016 56

Hình 2.17 So sánh Vận tốc gió Grib file và gió quan trắc năm 2016 57

Hình 2.18 Bản đồ dự báo dòng chảy bề mặt biển của NCHMF 59

Hình 2.19 Bản tin dự báo dòng chảy bề mặt biển của NCHMF 60

Hình 2.20 Bản đồ dự báo dòng chảy bề mặt biển của TORI 61

Hình 2.21 Bản đồ dòng chảy do công ty StratumFive cung cấp 61

Hình 2.22 Thông tin thời tiết chi tiết cho do công ty StratumFive cung cấp 62 Hình 2.23 So sánh Hướng dòng chảy OSCAR và dòng chảy trung bình tháng 64

Hình 2.24 So sánh Tốc độ dòng chảy OSCAR và dòng chảy trung bình tháng

64

Hình 3.1 Mô phỏng Monte Carlo vị trí phao bè sau 1 giờ [39] 70

Hình 3.2 Xác suất vùng trôi dạt phao bè sau 1 giờ [39] 70

Hình 3.3 Mô phỏng Monte Carlo khu vực tìm kiếm tàu cá Sample [49] 71

Hình 3.4 Khu vực tìm kiếm tàu cá ngày 15/1/2017 74

Hình 3.5 Khu vực tìm kiếm tàu cá ngày 15/4/2017 75

Hình 3.6 Khu vực tìm kiếm tàu cá ngày 15/7/2017 75

Hình 3.7 Khu vực tìm kiếm tàu cá ngày 15/10/2017 76

Hình 3.8 Mô phỏng khu vực trôi dạt phao bè ngày 01/07/2019 (a) 77

Hình 3.8 Mô phỏng khu vực trôi dạt phao bè ngày 01/07/2019 (b) 77

Hình 3.8 Mô phỏng khu vực trôi dạt phao bè ngày 01/07/2019 (c) 78

Hình 3.9 Mô phỏng khu vực trôi dạt tàu cá ngày 01/07/2019 (a) 78

Hình 3.9 Mô phỏng khu vực trôi dạt tàu cá ngày 01/07/2019 (b) 79

Hình 3.9 Mô phỏng khu vực trôi dạt tàu cá ngày 01/07/2019 (c) 79

Hình 3.10 Mô phỏng khu vực trôi dạt tàu cá Việt Nam ngày 01/07/2019 (a) 80

Hình 3.10 Mô phỏng khu vực trôi dạt tàu cá Việt Nam ngày 01/07/2019 (b) 80

Hình 3.11 Xác định khu vực tìm kiếm lần 1 81

Hình 3.12 Xác định khu vực tìm kiếm lần 2 81

Hình 4.1 Tuyến đường chạy tàu trên mạng lưới 86

Hình 4.2 Tuyến đường di chuyển theo phương pháp quy hoạch động 87

Hình 4.3 Tuyến đường tìm kiếm ngắn nhất của đàn kiến 88

Hình 4.4 Hoạt động cơ bản của vi khuẩn 92

Hình 4.5 Phản xạ tìm kiếm vùng tối ưu (môi trường sống thuận lợi) của vi khuẩn 92

Hình 4.6 Mô hình trao đổi thông tin TKCN 100

Hình 4.7 Lưu đồ tính toán tuyến đường theo BFO cho một tàu tìm cứu 103

Hình 4.8 Lưu đồ khởi tạo quần thể vi khuẩn phương án tìm kiếm cho một tàu SAR 104

Hình 4.9 Lưu đồ vòng lặp phát triển vi khuẩn qua các thế hệ (a) 106

Hình 4.9 Lưu đồ vòng lặp phát triển vi khuẩn qua các thế hệ (b) 107

Hình 4.10 Một số tuyến được khởi tạo ngẫu nhiên 110

Hình 4.11 Các tuyến ngẫu nhiên sau khi được chỉnh sửa 112

Hình 4.12 Giao diện phần mềm 113

Hình 4.13 Kết quả tính toán mô phỏng khu vực trôi dạt Life raft (no canopy, no drogue) 114

Hình 4.14 Xác định vùng tìm kiếm Life raft (no canopy, no drogue) 114

Hình 4.15.(a) Phương án TKCN đa hướng cho một tàu tìm cứu Life raft (no canopy, no drogue) 114

Hình 4.15.(b) Phương án TKCN đa hướng cho một tàu tìm cứu Life raft (no canopy, no drogue) 115

Hình 4.16 Kết quả tính toán mô phỏng khu vực trôi dạt Life raft (canopy, w/ drogue) 115

Hình 4.17 Xác định vùng tìm kiếm Life raft (canopy, w/ drogue) 116

Hình 4.18.(a) Phương án TKCN đa hướng cho một tàu tìm cứu Life raft (canopy, w/ drogue) 116

Hình 4.18.(b) Phương án TKCN đa hướng cho một tàu tìm cứu Life raft (canopy, w/ drogue) 116

Hình 4.19 Kết quả tính toán mô phỏng khu vực trôi dạt Tàu cá - Fishing vessel Side-stern Trawler 117

Hình 4.20 Xác định vùng tìm kiếm Tàu cá - Fishing vessel Side-stern Trawler 117

Hình 4.21.(a) Phương án TKCN đa hướng cho một tàu tìm cứu Tàu cá - Fishing vessel Side-stern Trawler 118

Hình 4.21.(b) Phương án TKCN đa hướng cho một tàu tìm cứu Tàu cá - Fishing vessel Side-stern Trawler 118 Hình 4.22 Kết quả tính toán mô phỏng khu vực trôi dạt Tàu cá Việt Nam 119 Hình 4.23 Xác định vùng tìm kiếm Tàu cá Việt Nam 119 Hình 4.24.(a) Phương án TKCN đa hướng một tàu tìm cứu tàu cá Việt Nam 119 Hình 4.24.(b) Phương án TKCN đa hướng một tàu tìm cứu tàu cá Việt Nam 120 Hình 4.25 Lưu đồ tính toán tuyến đường theo BFO cho hai tàu tìm cứu 122 Hình 4.26 Lưu đồ khởi tạo quần thể vi khuẩn phương án tìm kiếm cho hai tàu SAR 124 Hình 4.27 Lưu đồ vòng lặp phát triển vi khuẩn qua các thế hệ (a) 126 Hình 4.27 Lưu đồ vòng lặp phát triển vi khuẩn qua các thế hệ (b) 127 Hình 4.28 Kết quả tính toán mô phỏng khu vực trôi dạt Life raft (no canopy,

no drogue) 131 Hình 4.29 Xác định khu vực tìm kiếm Life raft (no canopy, no drogue) 131 Hình 4.30 Phương án TKCN đa hướng cho hai tàu tìm cứu Life raft (no canopy,

no drogue) 131 Hình 4.31 Phương án TKCN cho tàu SAR 1 và SAR 2 132 Hình 4.32 Kết quả tính toán mô phỏng khu vực trôi dạt Life raft (canopy, w/drogue) 132 Hình 4.33 Phương án TKCN đa hướng cho hai tàu tìm cứu Life raft (canopy, w/ drogue) 133 Hình 4.34 Phương án TKCN cho tàu SAR 1 và SAR 2 133 Hình 4.35 Kết quả tính toán mô phỏng khu vực trôi dạt Fishing vessel Side-stern Trawler 134 Hình 4.36 Xác định khu vực tìm kiếm Fishing vessel Side-stern Trawler 134 Hình 4.37 Phương án TKCN đa hướng cho hai tàu tìm cứu Fishing vessel Side-stern Trawler 134

Hình 4.38 Phương án TKCN cho tàu SAR 1 và SAR 2 135 Hình 4.39 Kết quả tính toán mô phỏng khu vực trôi dạt tàu cá Việt Nam 135 Hình 4.40 Xác định khu vực tìm kiếm tàu cá Việt Nam 136 Hình 4.41 Phương án TKCN đa hướng cho hai tàu tìm cứu tàu cá Việt Nam 136 Hình 4.42 Phương án TKCN cho tàu SAR 1 và SAR 2 tìm kiếm tàu cá Việt Nam 136

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là quốc gia ven biển, có chiều dài bờ biển khoảng 3.260 km, với trên 1 triệu km2 vùng biển đặc quyền kinh tế Biển Đông có vị trí chiến lược quan trọng, là tuyến đường hàng hải nhộn nhịp nối liền Thái Bình Dương và

Ấn Độ Dương, châu Á với châu Âu, châu Úc với Trung Đông và là tuyến đường vận tải dầu quan trọng tới Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc Vùng biển phía Nam Việt Nam, từ Ninh Thuận đến Kiên Giang có các hoạt động kinh tế biển sôi động, tập trung khá đông tàu cá đánh bắt xa bờ, là nơi hoạt động của đội tàu dịch vụ, du lịch, khai thác dầu khí và có các hoạt động quốc phòng, an ninh trên biển Bên cạnh đó, điều kiện tự nhiên, thời tiết trên biển ngày càng khắc nghiệt bất thường, mật độ giao thông trên biển tăng cao, trình độ của thuyền viên, ngư dân còn hạn chế dẫn đến các tai nạn, sự cố hàng hải gia tăng Số vụ tai nạn xảy ra ở vùng biển này (thuộc trách nhiệm Trung tâm phối hợp TKCN Hàng hải Khu vực III - Vũng Tàu MRCC) chiếm tới 44% tổng số vụ tai nạn trên vùng biển Việt Nam (thuộc trách nhiệm VMRCC) [29]

Tìm kiếm cứu nạn (TKCN) trên biển giúp đảm bảo an toàn sinh mạng con người và tài sản, là nghĩa vụ và trách nhiệm của một quốc gia ven biển và còn mang ý nghĩa khẳng định chủ quyền trên biển của Tổ quốc Tổ chức tốt các hoạt động TKCN trên biển đem lại sự an tâm cho tàu thuyền hoạt động trên khu vực biển trách nhiệm của Việt Nam và đảm bảo uy tín cho Quốc gia

Tất cả các bước trong công tác TKCN trên biển đều được tiến hành hết sức khẩn trương, việc xây dựng kế hoạch TKCN diễn ra trong thời gian rất ngắn Công tác dự đoán quỹ đạo trôi dạt với xác suất cao và tính toán tuyến đường tìm kiếm tối ưu cho các phương tiện cứu nạn dựa trên quỹ đạo trôi dạt giúp tiếp cận vật thể bị nạn trên biển với thời gian ngắn nhất Việc này là hết

sức quan trọng, có ý nghĩa quyết định thành công của việc cứu người, con tàu

và hàng hoá Bên cạnh đó Việt Nam cũng đã tham gia Công ước Quốc tế về TKCN hàng hải - SAR 79 kể từ năm 2007

Do đó, việc nghiên cứu đề tài luận án “Nghiên cứu lý thuyết dự đoán quỹ đạo trôi dạt và tính toán tuyến đường tìm kiếm tối ưu cho phương tiện gặp nạn trong vùng biển Ninh Thuận - Kiên Giang” là cần thiết nhằm nâng

cao năng lực TKCN trên biển, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội, phục

vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, định hướng phát triển kinh tế biển, đồng thời góp phần bảo vệ chủ quyền, quyền chủ quyền quốc gia cũng như bảo đảm quốc phòng, an ninh và bảo vệ môi trường

2 Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến Đề tài Luận án

Do tầm quan trọng của công tác TKCN, trên thế giới và ngay tại Việt Nam đã có nhiều nội dung nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực này Việc nghiên cứu phục vụ TKCN hết sức cấp bách nhưng hầu hết các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào vấn đề dự đoán trôi dạt và ít có nghiên cứu về dự đoán tuyến đường chạy tàu TKCN Một số tài liệu, công trình nghiên cứu khoa học trong

và ngoài nước liên quan đến chủ đề của đề tài luận án đã được công bố gần đây:

Tình hình nghiên cứu dự đoán sự trôi dạt của vật thể trên biển:

Một số nghiên cứu đã được công bố và có thể tham khảo bao gồm:

+ Năm 1960, tác giả Chapline, W [41] nghiên cứu tính toán dự đoán độ trôi dạt của của xuồng bị nạn;

+ Năm 1998, các tác giả Hodgins, D O., Hodgins, S L M., [46], nghiên cứu phát triển mô hình toán học trôi dạt phao bè cứu sinh và xuồng nhỏ

ở vùng biển Canada;

+ Năm 2002, nhóm tác giả Daniel, P., Jan, G., Cabioc’h, F., Landau, Y.,

& Loiseau, E [42], nghiên cứu mô hình trôi dạt của containers;

+ Năm 2006, nhóm tác giả Gästgifvars, M., Lauri, H., Sarkanen, A., Myrberg, K., Andrejev, O., & Ambjörn, C [43], nghiên cứu xây dựng

mô hình trôi dạt của phao bè trong điều kiện thời tiết thay đổi nhanh ở Vịnh Phần Lan;

+ Năm 2006, nhóm tác giả P Ailliot; E Fr´enod; V Monbet [71], nghiên cứu sử dụng mô phỏng Monte Carlo dự đoán trôi dạt vật thể trên biển dưới điều kiện thuỷ triều và gió;

+ Năm 2012 nhóm tác giả Breivik, Ø., Allen, A., Maisondieu, C., Roth, J.-C., Forest [38], đã nghiên cứu thực nghiệm xác định quỹ đạo trôi dạt của container ở vùng biển Na Uy;

+ Năm 2014, các tác giả Alexey Bezgodov; Dmitrii Esin, [34] nghiên cứu

mô hình trôi dạt của một số vật thể trong điều kiện biển bất thường Các nghiên cứu trên nghiên cứu quỹ đạo trôi dạt của container, phao, xuồng, bè, … trôi dạt trên các vùng biển Na Uy, biển Bắc … để tìm kiếm và hạn chế va chạm với phương tiện khác Nghiên cứu dựa trên số liệu tổng hợp

số liệu khí tượng thủy văn được theo dõi nhiều năm trong vùng biển này cũng như các thử nghiệm thực tế đối với một số nhóm vật thể hình dạng khác nhau Các nghiên cứu này không sử dụng dữ liệu thời tiết theo thời gian thực và không thực hiện ở vùng biển có điều kiện khí tượng thuỷ văn khác biển Việt Nam

Do dó kết quả các nghiên cứu này sẽ có sự sai khác đáng kể khi áp dụng cho vùng biển Việt Nam do sai khác về đặc điểm địa lý, khí tượng thủy văn giữa các vùng biển

Tuy nhiên phương pháp nghiên cứu được áp dụng có thể xem xét và thay đổi phù hợp để áp dụng đối với vùng biển Việt Nam;

- Các nghiên cứu với khu vực biển Việt Nam:

+ Đàm Duy Hùng, Dương Hồng Sơn, Trần Thùy Nhung, Lê Văn Quy [6], công bố ‘‘Ứng dụng công nghệ Web Gis nhằm dự báo quỹ đạo vật thể trôi phục vụ tìm kiếm cứu nạn trên biển’’;

+ Các tác giả Kyoung-Ho Cho; Yan Li; Hui Wang; Kwang-Soon Park; Jin-Yong Choi; Kwang-Il Shin; Jae-Il Kwon, [54] phát triển mô hình

hệ thống tìm kiếm cứu nạn ở cùng biển Yellow Sea, East China Seas và biển Đông;

+ Năm 2013, các tác giả Nguyen Quoc Trinh, Nguyen Minh Huan, Phung Dang Hieu, Du Van Toan, [70], công bố nghiên cứu mô phỏng trôi dạt của vật thể ở khu vực Biển Đông Việt Nam bằng phương pháp số; + Năm 2015, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước [12], chủ nhiệm

đề tài PGS.TS Nguyễn Minh Huấn: Nghiên cứu xây dựng quy trình

công nghệ dự báo quỹ đạo chuyển động trôi trên mặt nước của vật thể phục vụ công tác tìm kiếm cứu hộ, cứu nạn trên Biển Đông

+ Luận văn tiến sĩ kỹ thuật “Modeling maritime search area in monsoon

conditions” Tran Luu Hoan [82] đưa ra mô hình TKCN trong điều

kiện gió mùa ở Việt Nam Nghiên cứu đưa ra được mô hình TKCN với diện tích nhỏ hơn mô hình của Sổ tay TKCN hàng hải (IAMSAR) trong điều kiện gió mùa ở Việt Nam Tuy nhiên chưa đánh giá độ chính xác, mức độ tin cậy thông tin thời tiết trong dự đoán và chưa nghiên cứu về tuyến đường tìm kiếm

Nhận xét: Các nghiên cứu đề cập tới mô hình hệ thống TKCN và có tiến

hành nghiên cứu với vùng biển Việt Nam Nghiên cứu đưa ra số liệu khảo sát được ghi lại để hỗ trợ việc đánh giá cảm quan về hướng tìm kiếm của các đơn

vị thực hiện tìm cứu khi thực thi nhiệm vụ

Tuy nhiên các nghiên cứu này chưa xem xét đánh giá độ chính xác dữ liệu khí tượng thủy văn Các nghiên cứu đều chưa đưa ra được các thuật toán xác định phương án tìm cứu rõ ràng, trong điều kiện thời tiết, đặc điểm phương tiện tìm cứu thực tế và chưa nghiên cứu về tuyến đường tìm kiếm

Tình hình nghiên cứu vấn đề xác định phương án điều động tàu:

Vấn đề xác định tuyến đường TKCN hiện nay hầu hết được thực hiện theo các hướng dẫn trong Sổ tay IAMSAR [49] và với vùng biển Việt Nam gần như chưa có nghiên cứu nào về việc xác định phương án điều động tối ưu cho tàu TKCN Có nhiều nghiên cứu khác nhau về việc tính toán tuyến đường cho tàu biển như:

- Nghiên cứu [74], 2000 Smierzchalski, R and Michalewicz, Z., “Modeling

of ship trajectory in collision situations by an evolutionary algorithm” Các

tác giả sử dụng thuật toán tiến hoá để xây dựng tuyến đường chạy tàu tránh

va chạm trên biển;

- Nghiên cứu [64] Nguyen Minh Duc, Tamaru Hitoi (năm 2009) đã đưa ra nguyên lý cơ bản về việc xác định quỹ đạo tránh va cho tàu dựa trên các thông tin về mục tiêu và khu vực hành trình thu được, sử dụng phương pháp quy hoạch động dựa trên thuật toán Dijkstra (Dynamic Programming)

- Trong nghiên cứu [65] Luận văn Tiến sĩ Nguyen Minh Duc, Doctor Thesis, tác giả sử dụng thuật toán tối ưu đàn kiến xác định tuyến đường tránh va cho tàu, với các thông tin về chuyển động của tàu khác thu nhận được qua các thiết bị theo dõi, giám sát chuyển động tàu (GPS, Radar, AIS)

- Nghiên cứu [83] 2010 Tsou, Ming-Cheng & Hsueh, Chao-Kuang “The study of ship collision avoidance route planning by ant colony algorithm” Các tác giả sử dụng thuật toán tối ưu đàn kiến để lập kế hoạch chạy tàu phòng ngừa va chạm tàu trên biển hỗ trợ sỹ quan trực ca ra quyết định

- Nghiên cứu [63] M.D Nguyen et al, ICAIS 2012, sử dụng thuật toán tối ưu

vi khuẩn (Bacterial Foraging Algorithm) nhằm mục đích tối ưu hóa hàm chi phí (Cost Function) trong quá trình tránh va của tàu, được tính toán dựa trên thời gian chạy tàu, mức độ tuân thủ quy định về phòng ngừa đâm va tàu thuyền trên biển;

- Nghiên cứu [62] M.D Nguyen et al, Multi-Scale Automatic Route Planning

Algorithms for Sea-Going Vessel, AMFUF 2013, sử dụng các thuật toán

tính toán tối ưu số trên trong việc xác định tuyến đường hàng hải khí tượng của tàu, trong đó các thông tin về đặc tính chuyển động của tàu và đặc điểm khí tượng thực tế tại khu vực chạy tàu được sử dụng;

- Nghiên cứu [57] 2015 Lazarowska, A Ship's Trajectory Planning for

Collision Avoidance at Sea Based on Ant Colony Optimisation Các tác giả

cũng sử dụng thuật toán tối ưu đàn kiến để lập kế hoạch chạy tàu phòng ngừa va chạm tàu trên biển cho các phương tiện không có người điều khiển

và có xét đến các yếu tố môi trường thay đổi

- Nghiên cứu [55] 2016 LauraWalther, Anisa Rizvanolli, Mareike

Wendebourg, Carlos Jahn “Modeling and Optimization Algorithms in Ship

Weather Routing” Các tác giả sử dụng các phương pháp như thuật toán

Dijkstra, quy hoạch động, phương pháp điều khiển tối ưu đến phương pháp đường đẳng thời gian để tối ưu hóa tuyến đường chạy tàu thời tiết

- Nghiên cứu [75] 2018, Raphael Zaccone, Massimo Figari, Michele

Martelli “An Optimization Tool For Ship Route Planning In Real Weather

Scenarios”, các tác giả dựa trên các bản đồ dự báo thời tiết, sử dụng thuật

toán tối ưu để lập tuyến đường chạy tàu tiêu thụ nhiên liệu tối thiểu

- Nghiên cứu [72] 2019, A P Teixeira & C Guedes Soares, “AIS Based

Shipping Routes Using the Dijkstra Algorithm”, các tác giả dựa vào dữ liệu

tuyến đường chạy tàu trên Hệ thống tự động nhận dạng (AIS) đã sử dụng thuật toán Dijkstra để xây dựng tuyến đường chạy tàu an toàn

Các nghiên cứu trên sử dụng các thuật toán tối ưu số như thuật toán di truyền, thuật toán tiến hóa, thuật toán Dijkstra, thuật toán quy hoạch động, thuật toán tối ưu đàn kiến, thuật toán vi khuẩn và phương pháp điều khiển tối ưu vào mục đích lập tuyến đường chạy tàu tránh va, tuyến đường chạy tàu tối ưu thời tiết và tuyến đường chạy tàu tiết kiệm nhiên liệu;

Nhận xét: Các nghiên cứu này mới chỉ nhằm tính toán quãng đường từ

điểm tới điểm, trong khi đó tuyến đường TKCN của tàu tìm cứu không chỉ là quãng đường từ điểm này tới một điểm khác mà phải là đường đi phủ kín phù hợp một diện tích xác suất có thể có của vị trí vật thể bị nạn Mặc dù vậy, hướng tiếp cận theo các phương pháp tối ưu được sử dụng trong các nghiên cứu này

đã được khẳng định là các phương pháp hiệu quả, có khả năng áp dụng cao trong các bài toán tối ưu phức tạp Các phương pháp này, nếu được nghiên cứu, sửa đổi để ứng dụng trong tính toán tuyến đường tìm kiếm tối ưu trong cứu nạn

có thể đem lại hiệu quả tốt Các phần mềm hiện đang sử dụng trong công tác TKCN (ví dụ SAROPS) là phần mềm thương mại không biết được thuật toán cũng như các dữ liệu thời tiết nhà cung cấp sử dụng

Xuất phát từ tình hình thực tế chưa có nghiên cứu đầy đủ cho khu vực biển Việt Nam, Luận văn đưa ra hướng nghiên cứu quỹ đạo trôi dạt của vật thể

bị nạn theo điều kiện khí tượng thủy văn ở khu vực vùng biển phía Nam Việt Nam (vùng trách nhiệm của Trung tâm phối hợp TKCN hàng hải khu vực III)

từ đó xác định phương án điều động tối ưu phủ kín quỹ đạo trôi dạt của vật thể

bị nạn dựa trên các thuật toán tính toán tối ưu với sự hỗ trợ của máy tính Vấn

đề nghiên cứu này mang tính thời sự và không trùng lặp với các công trình nghiên cứu đã công bố

3 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh như gió, dòng chảy của vùng biển từ Ninh Thuận đến Kiên Giang đến vật thể qua đó xác định mức

độ trôi dạt của vật thể bị nạn, xây dựng thuật toán dự đoán quỹ đạo của vật

thể bị nạn

- Xây dựng thuật toán tính toán tuyến đường tìm kiếm tối ưu, căn cứ vào điều kiện thời tiết thực tế, đặc điểm điều động của tàu tìm cứu và vùng dự đoán của vật thể bị nạn để tiếp cận vật thể bị nạn với thời gian ngắn nhất, tăng

tính hiệu quả của công tác TKCN cho khu vực

4 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích, đánh giá độ chính xác các số liệu thời tiết, hải văn chính ảnh

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu: Quỹ đạo trôi dạt (vùng trôi dạt) của vật thể bị nạn -

tàu cá trên biển và tuyến đường chạy tàu TKCN tối ưu

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

Vùng biển từ Ninh Thuận đến Kiên Giang (Vùng trách nhiệm của Trung tâm phối hợp TKCN hàng hải khu vực III)

Nghiên cứu lý thuyết để dự đoán Quỹ đạo trôi dạt của vật thể bị nạn và tính toán tuyến đường chạy tàu TKCN tối ưu, sau đó sử dụng phần mềm để mô phỏng kết quả

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Phương pháp lý thuyết: Thống kê mô hình hoá chuyển động của vật thể bị nạn dưới tác động của gió và dòng chảy, sử dụng các hàm dự đoán quỹ đạo trôi dạt của vật thể Tính toán xây dựng phần mềm hỗ trợ;

- Phương pháp phân tích và phương pháp chuyên gia: xác định các yếu tố cần quan tâm, xây dựng hàm mục tiêu cho bài toán tính toán tuyến đường;

- Phương pháp mô phỏng: để thử nghiệm, kiểm chứng

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học của đề tài:

- Nghiên cứu cơ sở khoa học, thực tiễn việc tính toán quỹ đạo di chuyển của vật thể bị nạn trên vùng biển Ninh Thuận – Kiên Giang và việc lập tuyến đường tìm kiếm tối ưu cho nhiều tàu SAR cùng tiến hành công tác tìm kiếm

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

- Nâng cao hiệu quả công tác TKCN trên biển thông qua việc nghiên cứu dự đoán mức độ trôi dạt, vết di chuyển của vật thể bị nạn trên cơ sở đó tính toán thiết lập tuyến đường tìm kiếm tối ưu với xác suất tìm thấy vật thể bị nạn là cao nhất trong thời gian chạy tàu cứu nạn là nhỏ nhất và đảm bảo bao phủ hết khu vực xác suất trôi dạt;

- Hỗ trợ thuyền viên trên tàu tìm kiếm hoặc đơn vị phụ trách tìm kiếm xây dựng được phương án tìm kiếm tối ưu theo điều kiện khí tượng thuỷ văn thực tế và đặc điểm vật thể cụ thể do đó góp phần nâng cao hiệu quả công tác TKCN trên vùng biển Phía Nam Việt Nam thuộc vùng trách nhiệm của Trung tâm Phối hợp TKCN Hàng hải Khu vực III và góp phần đảm bảo hoạt động bảo vệ an ninh chủ quyền trên biển

8 Đóng góp mới của Luận án

- Tổng hợp, tính toán, đánh giá độ chính xác và lựa chọn nguồn thông tin gió

và dòng chảy trên khu vực biển Ninh Thuận đến Kiên Giang để sử dụng cho mục đích dự đoán sự trôi dạt của vật thể bị nạn trên biển;

- Luận án sử dụng mô phỏng Monte Carlo để dự đoán sự trôi dạt của vật thể trên khu vực biển Ninh Thuận đến Kiên Giang dựa trên các nguồn thông tin gió và dòng chảy đã được phân tích, đánh giá độ chính xác

- Luận án đã xây dựng một thuật toán tính toán tuyến đường tìm kiếm đa hướng tối ưu cho phương án hai tàu SAR phối hợp tìm kiếm trên biển trong các trường hợp điều kiện thời tiết thay đổi phức tạp;

9 Kết cấu của Luận án

Luận án được trình bày trong 154 trang, bao gồm 04 chương, 14 bảng biểu, 102 hình vẽ minh họa và phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, danh mục các công trình khoa học của nghiên cứu sinh đã công bố liên quan đến Đề tài Luận

án, tài liệu tham khảo và phần Phụ lục (được đóng rời)

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

Tìm kiếm, cứu nạn (TKCN) hàng hải là hoạt động mang tính nhân đạo, không vì mục đính lợi nhuận là nghĩa vụ, trách nhiệm của các quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các quốc gia ven biển Các điều ước quốc tế sau có những nội dung liên quan đến các biện pháp bảo đảm an toàn và TKCN trên biển:

+ Công ước Quốc tế về tìm kiếm, cứu nạn hàng hải, năm 1979 (International Convention on Maritime Search and Rescue - SAR 79)

Đây là Công ước Quốc tế quan trọng nhất liên quan đến lĩnh vực TKCN trên biển Công ước SAR 79 được Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) thông qua ngày 27/4/1979, có hiệu lực ngày 22/6/1985 Mục đích cơ bản của Công ước SAR 79 là phát triển và xúc tiến các hoạt động TKCN thông qua việc thiết lập một kế hoạch chung phục vụ cho nhu cầu TKCN những người bị nạn trên biển, thúc đẩy hợp tác giữa các tổ chức và lực lượng tham gia hoạt động TKCN trên biển với quy mô toàn cầu Công ước SAR 79 là một quy chế pháp lý quốc tế chính thức và hoàn chỉnh về TKCN trên biển, làm rõ về mặt trách nhiệm của Chính phủ từng quốc gia thành viên và nhấn mạnh đến cách tiếp cận giải quyết vấn đề trên cơ sở phân định các vùng TKCN

Việt Nam đã gia nhập công ước này, công ước có hiệu lực với Việt Nam

từ ngày 15/04/2007;

+ Công ước của Liên hợp quốc về Luật biển, năm 1982 (United Nations Convention of the Law of Sea - UNCLOS 1982):

UNCLOS 82 có ý nghĩa như một văn kiện pháp lý quốc tế tổng hợp, bao quát toàn diện những vấn đề pháp lý cơ bản biển cả Liên quan đến lĩnh vực TKCN quốc tế, Công ước đã thiết lập quy chế chung cho vấn đề nghĩa vụ giúp

đỡ bất kỳ ai có nguy cơ hoặc đang gặp tại nạn trên biển (Phần VII về biển cả) Điều 98 về Nghĩa vụ giúp đỡ, Công ước quy định nghĩa vụ của tàu trong việc giúp đỡ người bị nạn trên biển và nghĩa vụ của quốc gia ven biển với hoạt động TKCN

Việt Nam đã gia nhập công ước này, công ước có hiệu lực với Việt Nam

Việt Nam đã gia nhập công ước này, công ước có hiệu lực với Việt Nam

từ ngày 18/3/1991;

+ Công ước Viễn thông Quốc tế, ITU

Điều 25 của Công ước chỉ rõ các dịch vụ về viễn thông quốc tế phải ưu tiên tuyệt đối cho thông tin liên lạc liên quan đến an toàn tính mạng trên biển, trên đất liền, trên không và ngoài không gian Điều 36 cũng yêu cầu Các trạm phát sóng radio có trách nhiệm tiếp nhận, với sự ưu tiên hoàn toàn, các cuộc gọi, các thông điệp báo nạn bất kể xuất phát từ đâu

+ Công ước về Tổ chức vệ tinh TKCN COSPAS – SARSAT

Mục đích của hệ thống vệ tinh TKCN COSPAS–SARSAT là dịch vụ hỗ trợ cho TKCN trên toàn thế giới thông qua việc cung cấp kịp thời những thông tin về vị trí của người, phương tiện bị nạn cho các tổ chức TKCN liên quan

Công ước có hiệu lực với Việt Nam từ ngày 26/06/2002

- Việt Nam cũng đã tham gia các điều ước quốc tế sau:

+ Công ước về Tổ chức Vệ tinh hàng hải quốc tế (INMARSAT-76);

+ Hiệp ước khai thác vệ tinh hàng hải quốc tế (OA IMARSAT);

+ Công ước về Hệ thống thông tin an toàn cứu nạn toàn cầu (GMDSS),

1.1.2 Các Thoả thuận quốc tế về TKCN giữa Việt Nam và các Quốc gia trong khu vực

Việt Nam cũng đã tham gia một số thỏa thuận quốc tế khác có liên quan đến nghĩa vụ đảm bảo an toàn hàng hải nói chung, TKCN nói riêng

Trong khuôn khổ hợp tác khu vực, Việt Nam đã tham gia Hiệp định ASEAN về hỗ trợ TKCN trên không trong thảm hoạ và cứu hộ tai nạn máy bay, năm 1972; Hiệp định ASEAN về hỗ trợ tìm kiếm tàu thuyền và cứu người bị nạn trong tai nạn tàu thuyền, năm 1975; Hiệp định ASEAN về quản lý thảm hoạ và ứng phó khẩn cấp (tháng 7/2005)

- Tuyên bố ASEAN về hợp tác tìm kiếm và cứu nạn người và tàu thuyền gặp nạn trên biển được thông qua tại Hội nghị Bộ trưởng ngoại giao ASEAN

ngày 25-30/01/2010 tại Hà Nội;

- Thỏa thuận giữa Chính phủ nước Cộng hòa XHCN Việt Nam và Chính phủ nước Cộng hòa Philippine về hợp tác trong lĩnh vực TKCN trên biển ngày

26/10/2010 tại Hà Nội

- Các Hiệp định Hàng hải được Chính phủ Việt Nam ký kết với Chính

phủ ký kết với các nước trong khu vực như Malaysia, Philippine, Singapore, Indonesia, Thái Lan đều có quy định điều khoản cung cấp mọi sự giúp đỡ, hỗ trợ lẫn nhau đối với tàu của các bên bị nạn trên các vùng biển thuộc quyền tài

phán của mỗi quốc gia

- Hiệp định hợp tác nghề cá ở Vịnh Bắc bộ giữa Chính phủ nước Cộng

hòa XHCN Việt Nam và Chính phủ nước Cộng hoà nhân dân Trung Hoa ký

ngày 25/12/2000

- Các Hiệp định hàng hải được Chính phủ Việt Nam ký kết với Chính phủ các nước khác đều quy định điều khoản cung cấp mọi sự giúp đỡ, hỗ trợ lẫn nhau đối với các tàu của các bên bị nạn trên các vùng biển thuộc quyền tài

phán của mỗi quốc gia

- Việt Nam là Thành viên của các Tổ chức quốc tế: Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO) và Tổ chức Hàng không quốc tế (ICAO)

1.1.3 Văn bản quy phạm pháp luật Việt Nam điều chỉnh hoạt động TKCN

Một số văn bản quy phạm pháp luật chính của Việt Nam điều chỉnh về

tổ chức, hoạt động lĩnh vực TKCN, bao gồm:

+ Bộ Luật Hàng hải Việt Nam 2015, quy định, điều chỉnh hoạt động TKCN trên biển tại Điều 122 của Bộ Luật Trong đó quy định cụ thể về trách nhiệm của đối tượng bị nạn, người phương tiện hoạt động gần vị trí của đối tượng bị nạn và trách nhiệm của nhà nước trong hoạt động TKCN trên biển;

+ Luật biển Việt Nam 2012: Điều 33 quy định chi tiết về “Tìm kiếm, cứu nạn và cứu hộ” trên vùng biển Việt Nam;

+ Quyết định số 06/QĐ-TTg ngày 15/01/2009 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt kế hoạch thực hiện Công ước SAR 79 và Quyết định số 506/QĐ-

TTg ngày 04/5/2019 Phê duyệt bổ sung danh mục các nhiệm vụ triển khai thực hiện công ước quốc tế về tìm kiếm và cứu nạn hàng hải năm 1979 (công ước SAR 79) theo quyết định số 06/2009/QĐ-TTg ngày 15/01/2009 giai đoạn 2019-2025;

+ Quyết định số 06/2014/QĐ-TTg ngày 20/01/2014 của Thủ tướng Chính phủ ban hành Quy chế phối hợp TKCN trên biển và trong vùng nước cảng biển;

+ Nghị định số 30/2017/NĐ-CP ngày 21/3/2017 của Chính phủ quy định

tổ chức và hoạt động ứng phó sự cố thiên tai và tìm kiếm, cứu nạn;

+ Nghị định 58/2017/NĐ-CP ngày 10 tháng 5 năm 2017 của Chính phủ quy định chi tiết một số điều của bộ luật hàng hải Việt Nam về quản lý hoạt động hàng hải;

+ Thông tư 10/2019/TT-BGTVT ngày 11/3/2019 quy định về phòng, chống thiên tai trong lĩnh vực hàng hải

1.2 Hoạt động TKCN quốc tế

1.2.1 Khu vực TKCN theo IMO

Việc phân định ranh giới vùng TKCN không liên quan cũng như không ảnh hưởng đến biên giới lãnh thổ giữa các quốc gia Những vùng này chỉ được thiết lập để đảm bảo trách nhiệm chính là công tác phối hợp TKCN Trong thực

tế, công tác TKCN không nhất thiết được chỉ định bởi một quốc gia

Trong một số trường hợp, công tác TKCN được cung cấp bởi quốc gia lân cận có năng lực TKCN thích hợp nhất Nhiều vùng TKCN hàng hải trên thế giới đã đạt được thoả thận hoàn toàn giữa các quốc gia láng giềng, tuy nhiên, cũng còn nhiều khu vực chưa đạt được thoả thận này IMO đã tiến hành phân chia biển của thế giới thành 19 vùng TKCN như sau:

Hình 1.1 Phân vùng khu vực TKCN của IMO (Nguồn NP285)

- Vùng 1: Vùng biển Anh và Tây Bắc châu Âu

- Vùng 2: Vùng biển Baltic

- Vùng 3: Vùng biển Tây Bắc Đại tây dương

- Vùng 4: Vùng biển Đông Bắc Đại tây dương

- Vùng 5: Vùng biển Tây Địa trung hải

- Vùng 6: Vùng biển Đông Địa trung hải và biển Đen

- Vùng 7: Vùng biển Caribbean và Trung Mỹ

- Vùng 8: Vùng biển Đông nam Thái bình dương

- Vùng 9: Vùng biển Tây Nam Thái bình dương

- Vùng 10: Vùng biển Đông nam Đại tây dương

- Vùng 11: Vùng biển vịnh Persian

- Vùng 12: Vùng biển Tây Ấn độ dương

- Vùng 13: Vùng biển Đông Ấn độ dương

- Vùng 14: Vùng biển Đông Nam Á

- Vùng 15: Vùng biển Tây bắc Thái bình dương

- Vùng 16: Vùng biển Bắc Thái bình dương

- Vùng 17: Vùng biển Nam Thái bình dương

- Vùng 18: Vùng biển Bắc cực

- Vùng 19: Vùng biển Nam cực

Hình 1.2 Khu vực TKCN Đông Nam Á (Nguồn NP285)

Việt Nam nằm trong vùng TKCN số 14 của IMO: Khu vực TKCN Đông Nam Á

QĐ HOÀNG SA (VIỆT NAM)

QĐ TRƯỜNG SA (VIỆT NAM)

1.2.2 Tính chất toàn cầu trong hoạt động TKCN trên biển

Hoạt động TKCN trên biển là kết quả của sự hợp tác, tương trợ lẫn nhau giữa con người với con người, đã được hình thành và duy trì cùng với lịch sử khai thác biển và cũng chính công tác TKCN là một trong những động lực để thúc đẩy khai thác biển phát triển Ở tất cả các khu vực khác nhau trên thế giới, cách nhanh nhất và thực tế để thực hiện một cách có hiệu quả các hoạt động TKCN là phát triển hệ thống TKCN của từng quốc gia có khả năng liên kết với các khu vực, đại dương và lục địa Vì vậy, đòi hỏi các quốc gia có biển phải góp phần tích cực trong việc hợp tác và phối hợp để cùng phát triển và bao quát khu vực trách nhiệm của mình Việc nhận thức tầm quan trọng của hệ thống TKCN quốc gia như là một phần không thể thiếu được của hệ thống TKCN toàn cầu sẽ tạo ra cách tiếp cận chung trong việc thiết lập, trang bị và hoàn thiện

hệ thống TKCN mỗi quốc gia Đó đã trở thành tiêu chí chung để xây dựng hệ thống TKCN của các quốc gia có biển một cách đồng bộ và hiệu quả Bất cứ một hệ thống TKCN của bất cứ một quốc gia nào đều phải được tổ chức nhằm thực hiện một cách có hiệu quả các chức năng sau:

+ Thu nhận và xử lý các thông tin về tai nạn, sự cố;

+ Xây dựng kế hoạch phối hợp TKCN;

+ Thực hiện các hoạt động TKCN tại hiện trường

1.2.3 Tổ chức hệ thống TKCN trên biển

IMO đã xem xét, nghiên cứu những vấn đề cụ thể liên quan đến tổ chức

hệ thống TKCN trên biển mang tính toàn cầu và đã đưa ra những đặc điểm cơ bản của một Tổ chức TKCN trên biển như sau:

+ Phải có phương tiện cảnh báo, phát hiện tàu, máy bay và người bị nạn hoặc có nguy cơ bị nạn, có phương tiện chuyên dụng để thực hiện việc TKCN;