Luận án Tiến sĩ Khoa học Hàng hải: Xây dựng mô hình đánh giá rủi ro tai nạn đâm va tại cảng biển Vũng Tàu, ứng dụng phòng ngừa tai nạn và hỗ trợ công tác cải tạo, nâng cấp luồng hàng hải

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:213

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Khoa học Hàng hải "Xây dựng mô hình đánh giá rủi ro tai nạn đâm va tại cảng biển Vũng Tàu, ứng dụng phòng ngừa tai nạn và hỗ trợ công tác cải tạo, nâng cấp luồng hàng hải" trình bày các nội dung chính sau: Nghiên cứu, xây dựng Mô hình đánh giá rủi ro tai nạn đâm va phù hợp tại cảng biển Vũng qua đó xác định phương pháp nghiên cứu, thiết lập thuật toán và triển khai ứng dụng thuật toán xây dựng Phần mềm mô phỏng nhanh phục vụ đánh giá rủi ro đâm va tại cảng biển nhằm phòng ngừa tai nạn; hỗ trợ việc cải tạo, nâng cấp luồng hàng hải; góp phần bổ sung vào lĩnh vực lý luận pháp luật hàng hải.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học Hàng hải: Xây dựng mô hình đánh giá rủi ro tai nạn đâm va tại cảng biển Vũng Tàu, ứng dụng phòng ngừa tai nạn và hỗ trợ công tác cải tạo, nâng cấp luồng hàng hải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ RỦI RO TAI NẠN ĐÂM VA TẠI CẢNG BIỂN VŨNG TÀU, ỨNG DỤNG PHÕNG NGỪA TAI NẠN VÀ HỖ TRỢ CÔNG TÁC CẢI TẠO, NÂNG CẤP LUỒNG HÀNG HẢI Nghiên cứu sinh: Lê Văn Thức Ngành: Khoa học Hàng hải Mã số: 9840106 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngƣời hƣớng dẫn: 1. PGS.TS Nguyễn Văn Thƣ 2. PGS.TS Lê Quốc Tiến Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ RỦI RO TAI NẠN ĐÂM VA TẠI CẢNG BIỂN VŨNG TÀU, ỨNG DỤNG PHÕNG NGỪA TAI NẠN VÀ HỖ TRỢ CÔNG TÁC CẢI TẠO, NÂNG CẤP LUỒNG HÀNG HẢI Nghiên cứu sinh: Lê Văn Thức Ngành: Khoa học Hàng hải Mã số: 9840106 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngƣời hƣớng dẫn: 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Thƣ 2. PGS.TS. Lê Quốc Tiến Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2022 2
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận án ―Xây dựng Mô hình đánh giá rủi ro tai nạn đâm va tại cảng biển Vũng Tàu, ứng dụng phòng ngừa tai nạn và hỗ trợ công tác cải tạo, nâng cấp luồng hàng hải‖ là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi, không có phần nội dung nào được sao chép một cách bất hợp pháp từ công trình nghiên cứu của tác giả khác. Số liệu và tài liệu trong Luận án là trung thực và chưa được công bố trong công trình nghiên cứu khoa học nào khác. Tất cả những tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 8 năm 2022 Nghiên cứu sinh Lê Văn Thức
ii LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh 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 chấp thuận và tạo điều kiện để nghiên cứu sinh thực hiện Luận án này. Nghiên cứu sinh cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các Thầy giáo hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Văn Thư, nguyên Hiệu trưởng Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh; PGS. TS. Lê Quốc Tiến, nguyên Phó Hiệu trưởng Trường Đại học Hàng hải Việt Nam; đến các thầy giáo đã cho ý kiến phản biện, góp ý: PGS. TS. Nguyễn Xuân Phương, Hiệu trưởng Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh; PGS. TS. Đặng Xuân Kiên, Viện trưởng Viện Đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh; TS. Nguyễn Xuân Thành, nguyên giảng viên Viện Hàng hải Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh và các thầy giáo là thành viên trong các Hội đồng bảo vệ tổng quan, bảo vệ chuyên đề, Hội thảo khoa học cấp trường; Hội đồng đánh giá Luận án tiến sĩ cấp cơ sở …đã hỗ trợ tiếp cận kiến thức khoa học; xây dựng, khai thác các Phần mềm tương thích và giúp đỡ nghiên cứu sinh làm sáng tỏ vấn đề liên quan, qua đó có hướng nghiên cứu trọng tâm nhằm hoàn thành nội dung Luận án. Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc những người thân yêu trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn động viên, khuyến khích, giúp đỡ để nghiên cứu sinh hoàn thành Luận án này. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 8 năm 2022 Nghiên cứu sinh Lê Văn Thức
iv TÓM TẮT Cảng biển Vũng Tàu có vai trò là cảng biển ―cửa ngõ‖ của Việt Nam và theo Quyết định số 1579/QĐ-TTg ngày 22/9/2021 Thủ tướng Chính phủ thì Cảng biển Vũng Tàu được phân loại là cảng biển đặc biệt; đây là cảng biển có mật độ tàu thuyền hoạt động lớn nhất Việt Nam và số liệu thực tế cho thấy: số vụ tai nạn hàng hải cũng như tần suất tai nạn đâm va tại khu vực này là cao nhất nước. Tại Quy định 13, Chương 5 của Công ước SOLAS 74, yêu cầu mỗi Chính phủ thành viên có trách nhiệm kiểm soát giao thông hàng hải và mức độ rủi ro hàng hải của khu vực tàu hoạt động; nếu mức độ rủi ro vượt qua giới hạn an toàn thì phải cung cấp công cụ kiểm soát rủi ro phù hợp hay các biện pháp hỗ trợ hành hải (nếu có thể thực hiện được) cho cá nhân, tàu thuyền liên quan. Vì vậy, với vai trò là Quốc gia thành viên Công ước, đồng thời căn cứ lưu lượng giao thông và nguy cơ tai nạn đâm va cao tại cảng biển Vũng Tàu, chúng ta cần nghiên cứu, xác định được Mô hình hay công cụ phù hợp đánh giá ―định lượng‖ được nguy cơ tai nạn hàng hải tại cảng biển Vũng Tàu hay cảng biển quan trọng khác của Việt Nam. Tuy nhiên, trên thế giới có nhiều mô hình đánh giá rủi ro hàng hải trên luồng hoặc vùng nước hạn chế được nghiên cứu, áp dụng, nhưng các mô hình này không thích hợp để áp dụng tại Cảng biển Vũng Tàu. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, đòi hỏi phải có công cụ - phương thức quản lý an toàn đặc thù và tương thích đối với cảng biển đặc biệt và là khu vực nguy cơ tai nạn cao nên yêu cầu nghiên cứu, xây dựng ―Mô hình đánh giá rủi ro tai nạn đâm va tại cảng biển Vũng Tàu‖ nhằm ứng dụng, đưa ra các giải pháp giảm thiểu rủi ro, tăng cường biện pháp bảo đảm an toàn hàng hải có ý nghĩa quan trọng và cấp thiết. Từ kết quả điều tra, phân tích nguyên nhân gây ra tai nạn đâm va tại cảng biển Vũng Tàu, nghiên cứu sinh nhận thấy chủ yếu do các yếu tố: yếu tố tác động Dòng chảy; yếu tố tác động Gió; yếu tố nguy cơ đâm va khi tàu hành trình đối hướng; yếu tố nguy cơ đâm va khi tàu hành trình cắt hướng và cuối cùng là Yếu tố con người (con người là nguyên nhân chiếm tỷ lệ cao nhất, trên 80%). Mặt khác qua nghiên cứu, ngoài việc không thích hợp để ứng dụng tại cảng biển Vũng Tàu thì các mô hình đánh giá rủi ro hàng hải thông dụng trên thế giới hiện nay chưa đánh giá đầy đủ yếu tố con người, vì vậy nghiên cứu sinh sử dụng phương pháp gián tiếp để xác định mức độ (giá trị) rủi ro đâm va phù hợp điều kiện thực tế tại cảng biển Vũng Tàu, qua đó xây dựng được mô hình toán đánh giá mức độ rủi ro đâm va và sử dụng mô hình AHP kết hợp với phương pháp chuyên gia để xác định, đánh giá trọng số các yếu tố ảnh hưởng đến rủi ro đâm va, kết hợp ứng dụng ngôn ngữ lập trình C++ … để xây dựng Phần mềm Mô phỏng nhanh đánh giá định lượng rủi ro. Hơn nữa, nhận thức rằng khi mà tính mờ (yếu tố con người) là một đặc điểm chung của các vấn đề liên quan đến bài toán ra quyết định, nghiên cứu sinh đã lựa chọn thêm phương pháp phân tích, đánh giá rủi ro đâm va dựa trên Logic mờ, từ đó xây dựng mô phỏng trên Matlab (Matrix Laboratory) để xác định bổ sung một phương pháp cho phép người ra quyết định diễn đạt tính xấp xỉ hoặc gần đúng các yếu tố đầu vào sử dụng các số mờ và dựa vào mô phỏng trên Matlab để tiến hành kiểm chứng, đánh giá kết quả thông qua 11 tình huống điều động tránh va được quan trắc, thống kê trên thực tế - phần mềm cho kết quả phù hợp với thực tế. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, Mô hình đánh giá rủi ro đâm va là phù hợp và có khả năng cao đưa vào ứng dụng thực tế tại cảng biển Vũng Tàu.
v ABSTRACT According to Decision No. 1579/ QD-TTG dated September 22, 2021, by the Prime Minister, the Vungtau seaport was classified as a ―special seaport‖ and had a role as a ―sea gate‖ port of Vietnam. In reality, the marine traffic density in this area is the highest, and the statistical data also indicates that the numeral and frequency of accidents in this area are among the highest in the country. Chapter 5 of the SOLAS Convention, 1974, as amended, regulation 13, requests the Contracting Governments to provide such aids to navigation, as the volume of traffic justifies and the degree of risk required. Once the degree of risk exceeds the safety limit, then the Contracting shall provide (as it deems practical and necessary) such assistance to navigation as the volume of traffic justifies and the degree of risk requires. Therefore, as a role of a Contracting Government and based on the volume of traffic as well as the high risk of collision at Vungtau seaport, we need to study and identify a suitable model or tool to quantitively assess the accident risk in Vungtau seaport or another important seaport in Vietnam. Although there are many marine risk assessment models which have been researched and applied around the world, none of those are suitable for the Vungtau seaport area. Originating from a practical requirement for a specific safety management tool/ measure which is compatible with the ―special port‖ area, it is crucial to study and develop ―The collision risk assessment model in Vungtau seaport‖ so that solution(s) to reduce risk and enhance the safety of navigation can be determined and implemented. Based on the results of collision investigation and causal analysis, the Ph.D. student has found that the main factors that lead to a marine collision in Vung Tau seaport are: Current, Wind, Risk of collision when vessels are in a head-on situation; Risk of collision when vessels are in crossing situation and finally the Human factor (which is accounted for over 80% of cases and listed as the highest reason for the marine collision,). Since other popular marine risk assessment models are not suitable to apply in Vungtau seaport and there is insufficient access to the human factor, the Ph.D. student has used the indirect method to determine the level (value) of risk of collision appropriate to Vungtau seaport conditions and then developed a mathematical formula to access the risk of collision; a quantitive risk assessment Fast-time simulation software was also developed by using AHP model in combination with the expert method to determine the values of other factors affecting the risk of collision and application of C++, etc. On the other hand, since the fuzziness (human factor) is a common feature in decision-making problems, the Ph.D. student has chosen an additional method to analyze and assess the risk of collision based on Fuzzy Logic and simulation software on Matlab (Matrix Laboratory) which allows a decision-maker to express the approximation of input data was developed, the software then verifies and evaluates the results through 11 observed maneuvering scenarios. As the result of the research, the collision risk assessment model is found to be suitable and is highly recommended for practical use in Vung Tau seaport.
vi MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................... ii TÓM TẮT ......................................................................................................................... iv MỤC LỤC ......................................................................................................................... vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..............................................viii DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. ix DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... xiv MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn Đề tài ............................................................................................. 1 2. Cơ sở khoa học................................................................................................. 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn........................................................................ 3 4. Điểm mới khoa học của Luận án ................................................................... 4 5. Mục tiêu của Luận án ..................................................................................... 4 6. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 4 7. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 5 8. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................ 5 CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐÂM VA TRÊN THẾ GIỚI ...................................................................................................... 6 1.1. Mô hình PAWSA ........................................................................................... 6 1.2. Mô hình IWRAP ............................................................................................ 8 1.3. Mô hình ES................................................................................................... 12 1.4. Mô hình PARK............................................................................................. 16 1.5. Kết luận: ....................................................................................................... 18 CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP, PHÂN TÍCH DỮ LIỆU HÀNG HẢI TẠI KHU VỰC CẢNG BIỂN VŨNG TÀU.................................................................................. 19 2.1. Tổng hợp, phân tích dữ liệu về tàu thuyền qua cảng biển Vũng Tàu .......... 19 2.2. Thống kê, phân tích dữ liệu khí tượng, thủy văn ......................................... 44 2.3. Đặc điểm địa lý, kỹ thuật của các tuyến luồng ............................................ 50 2.4. Kết luận ........................................................................................................ 52 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐÂM VA 54 3.1. Khái quát chung về mô hình toán ................................................................ 54 3.1.1. Đối tượng và mục tiêu xây dựng mô hình toán ........................................ 54
vii 3.1.2. Một số phương pháp xây dựng mô hình cơ bản ....................................... 54 3.1.3. Phương pháp nghiên cứu xây dựng mô hình của Luận án ........................ 58 3.2. Các yếu tố gây tai nạn hàng hải tại cảng biển Vũng Tàu ............................. 55 3.2.1. Tổng quan về các nguyên nhân tai nạn hàng hải ...................................... 58 3.2.2. Thống kê, phân tích loại, đối tượng, khu vực và tình huống tai nạn ........ 56 3.2.3. Phân tích, đánh giá chi tiết các vụ tai nạn đâm va .................................. 603 3.3. Xây dựng mô hình toán đánh giá rủi ro đâm va........................................... 66 3.3.1. Sơ lược thuật toán đánh giá rủi ro đâm va hiện nay trên thế giới ............. 69 3.3.2 Xây dựng biểu thức toán đánh giá rủi ro tại cảng biển Vũng Tàu ............. 68 3.4. Kiểm định các giá trị hệ số trong mô hình ................................................... 74 3.5. Kết luận ........................................................................................................ 78 CHƯƠNG 4. THẨM ĐỊNH MÔ HÌNH TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỨ BẬC VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG NHANH ĐÁNH GIÁ RỦI RO ĐÂM VA ................................................................................................. 76 4.1. Phương pháp phân tích thứ bậc AHP ........................................................... 79 4.1.1. Thống kê, đánh giá các yếu tố gây nguy cơ đâm va tại cảng biển............ 80 4.1.2. Tính giá trị trung bình của các yếu tố theo ý kiến chuyên gia .................. 77 4.1.3. Tính trọng số của các yếu tố ảnh hưởng đến rủi ro ................................... 84 4.1.4. Ma trận hệ số quan trọng tương đối .......................................................... 85 4.1.5. Kiểm tra tính nhất quán ............................................................................. 88 4.1.6. Đánh giá kết quả ........................................................................................ 87 4.2. Xây dựng phần mềm Mô phỏng nhanh (Fast Time Simulation) ................. 87 4.2.1. Lựa chọn và sử dụng ngôn ngữ lập trình xây dựng phần mềm ................ 87 4.2.2. Dữ liệu đầu vào của phần mềm ................................................................. 90 4.2.3. Đánh giá chung về dữ liệu đầu vào ........................................................... 93 4.2.4. Phương pháp tìm hệ số an toàn của các yếu tố ảnh hưởng: ...................... 98 4.2.5. Kết quả đầu ra của phần mềm ................................................................... 99 4.2.6. Kiểm nghiệm, đánh giá mức độ chính xác của Phần mềm mô phỏng nhanh …………………………………………………………………………...104 4.3. Ứng dụng Phần mềm mô phỏng nhanh trong công tác phòng ngừa tai nạn đâm va và hỗ trợ công tác cải tạo, nâng cấp luồng hàng hải ............................ 108 4.4. Kết luận ...................................................................................................... 110 CHƯƠNG 5. ĐÁNH GIÁ RỦI RO DỰA TRÊN LOGIC MỜ VÀ XÂY DỰNG MÔ PHỎNG HÀM TOÁN MỜ TRÊN MATLAB............................................... 112
viii 5.1. Sự cần thiết bổ sung phương pháp đánh giá rủi ro đâm va dựa trên Logic mờ và tổng quan về Matlab ..................................................................................... 112 5.2. Xây dựng, đánh giá các yếu tố gây nguy cơ đâm va dựa trên Logic mờ và qua Matlab ......................................................................................................... 113 5.2.1. Yếu tố nguy cơ tai nạn từ tác động của dòng chảy ................................. 113 5.2.2. Yếu tố nguy cơ tai nạn từ tác động của gió............................................. 116 5.2.3. Yếu tố nguy cơ tai nạn khi điều động tàu chạy đối hướng ..................... 117 5.2.4. Yếu tố nguy cơ tai nạn khi điều động tàu chạy cắt hướng ...................... 121 5.2.5. Yếu tố nguy cơ tai nạn từ nhân tố con người (xây dựng trên lý thuyết mờ) ................................................................................................................... 122 5.3. Sơ đồ tổng quát trong Matlab đánh giá rủi ro đâm va ............................... 130 5.3.1. Mã nguồn trong Matlab ........................................................................... 130 5.3.2. Sơ đồ tổng quát........................................................................................ 130 5.4. Kiểm chứng, đánh giá các tình huống trên Matlab .................................... 131 5.4.1. Trích xuất, thống kê dữ liệu hàng hải và tàu liên quan đến 11 tình huống tránh va thực tế .................................................................................................. 131 5.4.2. Kết quả chạy mô phỏng trên Matlab ....................................................... 133 5.5. Kết luận ...................................................................................................... 134 KẾT LUẬN, HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO................ 135 1. Kết luận....................................................................................................................... 135 1.1. Về lý thuyết ................................................................................................ 135 1.2. Về thực tiễn ................................................................................................ 135 2. Hạn chế và Hướng nghiên cứu tiếp theo ............................................................... 136 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ..................... 138 1. Tạp chí khoa học, kỷ yếu: ........................................................................................ 138 2. Nghiên cứu khoa học ứng dụng: ............................................................................ 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 139 PHỤ LỤC 1: BẢNG CÂU HỎI KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ AN TOÀN.............. 143 PHỤ LỤC 2: TỔNG HỢP KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ RỦI RO CỦA CÁC CHUYÊN GIA .............................................................................................................. 151 I. BẢNG TỔNG HỢP Ý KIẾN CHUYÊN GIA TRẢ LỜI CÂU HỎI KHẢO SÁT MỨC ĐỘ RỦI RO TRONG CÁC TÌNH HUỐNG ĐIỀU ĐỘNG TÀU THUYỀN VÀO, RỜI CẢNG BIỂN VŨNG TÀU ........................................ 151 II. BẢNG TỔNG HỢP Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ CỦA CÁC CHUYÊN GIA THEO LOẠI TÀU TRONG CÁC TÌNH HUỐNG TẠI CÁC PHÂN ĐOẠN LUỒNG HÀNG HẢI ....................................................................................... 166
ix PHỤ LỤC 3: CÁCH NHẬP DỮ LIỆU VÀO SPSS ............................................... 177 PHỤ LỤC 4: TỔNG HỢP DỮ LIỆU 11 TÌNH HUỐNG TRÁNH VA THỰC TẾ 180 PHỤ LỤC 5. MÃ NGUỒN TRONG MATLAB ........................................... 192 PHỤ LỤC 6: HÌNH ẢNH THẢO LUẬN NHÓM CHUYÊN ĐỀ ....................... 194 PHỤ LỤC 7: ĐĨA, MÃ NGUỒN VÀ HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG .................................................................................................................. 195
viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết Ý nghĩa tắt AHP Analytic Hierarchy Process - Phương pháp phân tích thứ bậc AIS Automatic Identification System - Hệ thống tự động nhận dạng COG Course over Ground - Hướng thật trên hệ quy chiếu đáy biển CPA Closest Point of Approach - Điểm tiếp cận gần nhất D Draft - Mớn nước của tàu DWT Deadweight - Tổng trọng tải của tàu Electronic Chart Display and Information System - Hệ thống hiển ECDIS thị và thông tin Hải đồ điện tử ES Environment Stress Model - Mô hình áp lực môi trường ETE Estimate - Talk - Estimate: Ước lượng - Giải trình - Ước lượng International Association of Marine Aids to Navigation and IALA Lighthouse Authorities - Hiệp hội các cơ quan quản lý báo hiệu hàng hải và hải đăng quốc tế IMO International Maritime Organiazation - Tổ chức hàng hải Quốc tế IALA Waterway Risk Assessment Programma – Chương trình IWRAP đánh giá rủi ro đường thủy của IALA LOA Long over all - Chiều dài lớn nhất của tàu The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan – OCDI Viện phát triển khu vực ven biển hải ngoại của Nhật Bản Potential Risk Assessment Model – Mô hình thẩm định rủi ro PARK tiềm ẩn Port And Waterway Safety Assessment Model – Mô hình đánh PAWSA giá an toàn cảng và đường thủy The World Association for Waterborne Tranport Infrastruction – PIANC Hiệp hội quốc tế về cơ sở hạ tầng giao thông thủy SOG Speed over Ground - Tốc độ thật so với đáy biển International Convention for the Safety of the Liefe at Sea, SOLAS 74 1974 - Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng con người trên biển, năm 1974 và các bổ sung, sửa đổi Time to Closest Point of Approach - Thời gian đến điểm tiếp cận TCPA gần nhất V Velocity - Vận tốc Vessel Traffic Service - Hệ thống giám sát và điều phối giao VTS thông hàng hải
ix DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1. Sơ đồ các bước đánh giá theo mô hình PAWSA ................................. 7 Hình 1.2. Tình huống 2 tàu đâm va do đi đối hướng ........................................... 9 Hình 1.3. Tình huống 2 tàu đâm va do đi vào đoạn cua ...................................... 9 Hình 1.4. Tình huống 2 tàu đâm va do đi cắt hướng ......................................... 10 Hình 1.5. Kết quả đánh giá theo mô hình IWRAP Mk2 .................................... 11 Hình 1.6. Các tình huống mẫu khi xây dựng mô hình ES ................................. 13 Hình 1.7. Mức độ đánh giá rủi ro trong mô hình PARK ................................... 16 Hình 2.1. Biểu đồ thống kê số lượng tàu phân loại theo DWT ......................... 19 Hình 2.2. Biểu đồ tàu theo LOA ........................................................................ 20 Hình 2.3. Biểu đồ thống kê loại tàu qua cảng biển ............................................. 21 Hình 2.4. Biểu đồ tàu qua cảng biển Vũng Tàu theo mớn nước ...................... 22 Hình 2.5. Hình ảnh hơn 20 tàu hành trình trên luồng cùng thời điểm .............. 22 Hình 2.6. Hình ảnh thể hiện mật độ giao thông cao tại Vịnh Gành Rái ........... 22 Hình 2.7. Vết hành trình của tàu hàng rời .......................................................... 23 Hình 2.8. Vết hành trình của tàu hàng rời qua phao số 0 .................................. 23 Hình 2.9. Vết hành trình của tàu hàng rời qua phao 1-3 .................................... 24 Hình 2.10. Vết hành trình của tàu hàng rời qua phao 3-7 .................................. 24 Hình 2.11. Vết hành trình của tàu hàng rời qua phao 7-9 .................................. 24 Hình 2.12. Vết hành trình của tàu hàng rời qua phao 9-11 ................................ 25 Hình 2.13. Vết hành trình của các tàu dầu qua cảng biển .................................. 25 Hình 2.14. Vết hành trình của tàu dầu qua phao số 0 ........................................ 25 Hình 2.15. Vết hành trình của tàu dầu qua phao 1-3 ......................................... 26 Hình 2.16. Vết hành trình của tàu dầu qua phao 3-7 ......................................... 26 Hình 2.17. Vết hành trình của tàu dầu qua phao 7-9 ......................................... 26 Hình 2.18. Vết hành trình của tàu dầu qua phao 9-11 ....................................... 26 Hình 3.19. Vết hành trình tổng thể của tàu cá ................................................... 27 Hình 2.20. Vết hành trình của tàu cá qua phao số 0 .......................................... 27 Hình 2.21. Vết hành trình của tàu cá qua phao 1-3 ............................................ 27 Hình 2.22. Vết hành trình của tàu cá qua phao 3-5 ............................................ 28 Hình 2.23. Vết hành trình của tàu cá qua phao 5-7 ............................................ 28 Hình 2.24. Vết hành trình của tàu cá qua phao 7-9 ............................................ 28
x Hình 2.25. Vết hành trình của tàu cá qua phao 9-11 .......................................... 28 Hình 2.26. Vết hành trình của tàu có LOA trên 200m qua Vịnh Gành Rái ...... 29 Hình 2.27. Vết hành trình của tàu có LOA trên 200m qua phao số 0 ............... 29 Hình 2.28. Vết hành trình tàu có LOA trên 200m qua phao 3-7 ....................... 29 Hình 2.29. Vết hành trình tàu có LOA trên 200m qua phao 1-3 ....................... 30 Hình 2.30. Vết hành trình tàu có LOA trên 200m qua phao 7-9 ....................... 30 Hình 2.31. Vết hành trình tàu có LOA trên 200m qua phao 9-11 ..................... 30 Hình 2.32. Vết hành trình của tàu có LOA từ 150-200m qua Vịnh Gành Rái .. 31 Hình 2.33. Vết hành trình của tàu có LOA từ 150-200m qua Phao số 0 ........... 31 Hình 2.34. Vết hành trình của tàu có LOA từ 150-200m qua Phao 1-3 .......... 312 Hình 2.35. Vết hành trình của tàu có LOA từ 150-200m qua Phao 3-7 ............ 31 Hình 2.36. Vết hành trình của tàu có LOA từ 150-200m qua Phao 7-9 ............ 32 Hình 2.37. Vết hành trình của tàu có LOA từ 150-200m qua Phao 9-11 .......... 32 Hình 2.38. Vết hành trình của tàu có LOA từ 100-150m qua Vịnh Gành Rái .. 32 Hình 2.39. Vết hành trình của tàu có LOA từ 100-150m qua Phao số 0 ........... 33 Hình 2.40. Vết hành trình của tàu có LOA từ 100-150m qua Phao 1-3 ............ 33 Hình 2.41a. Vết hành trình của tàu có LOA từ 100-150m qua Phao 3-7 .......... 33 Hình 2.41b. Vết hành trình tàu có LOA trên 200m qua Phao 7-9 ……………..36 Hình 2.42. Vết hành trình tàu có LOA từ 100-150m qua Phao 9-11 ................. 34 Hình 2.43. Vết hành trình của tàu có LOA 10knots qua Phao 9-11 ...................... 37 Hình 2.55. Vết hành trình của tàu có 8
xi Hình 2.57. Vết hành trình của tàu có 8
xii Hình 4.3. Sơ đồ phân bố gió tháng 10/2016 ...................................................... 91 Hình 4.4. Thông tin AIS thu nhận được từ các tàu ............................................ 93 Hình 4.5. Hiển thị thông tin thủy triều được update vào phần mềm ................. 94 Hình 4.6. Hiển thị thông tin gió được update vào phần mềm ............................ 94 Hình 4.7. Hiển thị dữ liệu AIS được update vào phần mềm .............................. 95 Hình 4.8. Kết quả tính toán hệ số an toàn của thủy triều trên từng khu vực ..... 95 Hình 4.9. Kết quả tính toán do ảnh hưởng của gió trên từng khu vực ............... 95 Hình 4.10. Kết quả tính toán hệ số an toàn của tình huống cắt hướng .............. 96 Hình 4.11. Kết quả tính toán của tình huống đối hướng theo chiều dài tàu ...... 96 Hình 4.12. Kết quả tính toán của tình huống đối hướng theo vận tốc ............... 96 Hình 4.13. Hiển thị bảng màu mô tả hệ số an toàn ............................................ 97 Hình 4.14. Sơ đồ hiển thị diện tích vùng hoạt động .......................................... 97 Hình 4.15. Giao diện phần mềm ........................................................................ 99 Hình 4.16. Hiển thị thông tin chi tiết của tàu thu nhận từ AIS ........................ 100 Hình 4.17. Tên tàu đang hoạt động trong khu vực lựa chọn ........................... 101 Hình 4.18. Thanh công cụ thể hiện bộ dữ liệu phầm mềm .............................. 101 Hình 4.19. Dữ liệu thông tin tàu mà phần mềm được nạp, lưu trữ .................. 102 Hình 4.20. Các chức năng lựa chọn ................................................................. 102 Hình 4.21. Giá trị K của từng tàu đang hoạt động trên giao diện .................... 103 Hình 4.22. Sơ đồ hiển thị mức độ rủi ro đâm va trên luồng ............................ 103 Hình 4.23. Phiếu lấy ý kiến chuyên gia ........................................................... 105 Hình 4.24. Thống kê kết quả ý kiến đánh giá của các chuyên gia ................... 106 Hình 4.25. Kết quả đánh giá sử dụng mô hình IWRAP MK2 ......................... 107 Hình 4.26: Sơ đồ hiển thị rủi ro đâm va được kiểm soát khi mở rộng luồng .. 110 Hình 5.1. Sơ đồ dòng chảy trên trục dòng chảy và mặt phẳng b ..................... 113 Hình 5.2. Tổng hợp hướng và vận tốc dòng chảy khi Thủy triều lên .............. 114 Hình 5.3. Tổng hợp hướng và vận tốc dòng chảy khi Thủy triều xuống ......... 114 Hình 5.4. Sơ đồ trên matlab mô phỏng ảnh hưởng của dòng chảy .................. 115 Hình 5.5. Sơ đồ trên matlab mô phỏng ảnh hưởng của yếu tố gió .................. 117 Hình 5.6. Sơ đồ dịch chuyển của tàu chủ và tàu mục tiêu đối hướng ............. 117 Hình 5.7. Hệ thống tọa độ cho tương tác tàu-tàu qua nhau ............................ 118 Hình 5.8. Sơ đồ mô phỏng ảnh hưởng của yếu tố tàu chạy đối hướng ............ 120 Hình 5.9. Sơ đồ dịch chuyển của tàu chủ và tàu mục tiêu ............................... 121
xiii Hình 5.10a. Sơ đồ chi tiết trên matlab khối cắt hướng .................................... 122 Hình 5.10b. Cấu trúc cơ bản của TS ……………………………………… 128 Hình 5.11. Sơ đồ khối vào ra xây dựng trên Matlab của hệ số ................ 127 Hình 5.12. Bộ mờ Sugeno với 3 đầu vào đặc trưng yếu tố của con người ...... 128 Hình 5.13. Bộ mờ Sugeno xây dựng tổng hợp 27 luật (kích thước 3x3x3) ..... 128 Hình 5.14. Xây dựng 27 luật (kích thước 3x3x3) Sugeno ............................... 128 Hình 5.15. Luật hợp thành - yếu tố trình độ và kinh nghiệm .......................... 129 Hình 5.16. Luật hợp thành - yếu tố Trình độ và Tâm lý .................................. 129 Hình 5.17. Luật hợp thành - yếu tố Kinh nghiệm và Tâm lý ........................... 129 Hình 5.18. Sơ đồ khối tổng quát trên Matlab ................................................... 130
xiv DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Hệ số xảy ra tai nạn đâm va sử dụng trong mô hình IWRAP ........... 10 Bảng 1.2. Mối tương quan giữa giá trị và chỉ số của áp lực vật lý ............ 14 Bảng 1.3. Thang đánh giá mức độ an toàn giao thông theo ....................... 14 Bảng 2.1: Thống kê tàu qua cảng biển Vũng Tàu theo tổng trọng tải (DWT) . 19 Bảng 2.2. Thống kê theo Chiều dài lớn nhất (LOA) của tàu thuyền ................. 20 Bảng 2.3. Thống kê theo ―loại tàu‖ qua cảng biển Vũng Tàu ........................... 21 Bảng 2.4: Thống kê tàu qua cảng biển Vũng Tàu theo mớn nước (D - Draft) .. 21 Bảng 2.5. Đặc tính các thông số khảo sát từ ngày 29/10÷13/11/2004 .............. 44 Bảng 2.6. Đặc tính các thông số khảo sát từ ngày 14/3 ÷ 30/3/2009 ................ 45 Bảng 2.7. Bảng phân bố tần suất gió (2000-2017) ............................................ 48 Bảng 3.1. Bảng thống kê loại và vị trí xảy ra tai nạn ......................................... 57 Bảng 3.2. Bảng thống kê đối tượng và vụ tai nạn đâm va ................................. 59 Bảng 3.3. Bảng thống kê tình huống và nguyên nhân gây tai nạn đâm va ........ 59 Bảng 3.4. Bảng phân tích chi tiết nguyên nhân gây tai nạn đâm va .................. 60 Bảng 3.5. Thang đo thể hiện mức độ rủi ro ....................................................... 70 Bảng 3.6. Tóm tắt thông số mô hình .................................................................. 71 Bảng 3.7. Bảng kiểm định Anova ...................................................................... 72 Bảng 3.8. Kết quả các hệ số của mô hình ......................................................... 72 Bảng 4.1. Bảng tính Giá trị trung bình 1 ........................................................... 78 Bảng 4.2. Bảng tính Giá trị trung bình 2 ............................................................ 78 Bảng 4.3. Bảng tính Giá trị trung bình 3 ............................................................ 79 Bảng 4.4. Bảng tính Giá trị trung bình 4 ............................................................ 79 Bảng 4.5. Bảng tính Giá trị trung bình 5 ............................................................ 80 Bảng 4.6. Bảng tính Giá trị trung bình 6 ............................................................ 80 Bảng 4.7. Bảng tính Giá trị trung bình 7 ............................................................ 80 Bảng 4.8. Bảng tính Giá trị trung bình 8 ............................................................ 81 Bảng 4.9. Bảng tính Giá trị trung bình 9 ............................................................ 81 Bảng 4.10. Bảng tính Giá trị trung bình 10 ........................................................ 82 Bảng 4.11. Bảng tính Giá trị trung bình 11 ........................................................ 83 Bảng 4.12. Thang đo mức độ quan trọng ........................................................... 84 Bảng 4.13. Ma trận hệ số quan trọng tương đối ................................................. 85
xv Bảng 4.14. Bảng chỉ số ngẫu nhiên theo nghiên cứu Saaty ............................... 89 Bảng 4.15. Ma trận chuẩn hóa theo AHP ........................................................ 86 Bảng 4.16. Bảng tính Hướng và tốc độ dòng chảy tại khu vực nghiên cứu ...... 90 Bảng 4.17: Bảng tần xuất trung bình của cấp gió trong tháng ........................... 92 Bảng 4.18. Kết quả xác định giá trị K trong phần mềm mô phỏng nhanh ...... 108 Bảng 5.1. Tổng hợp đánh giá chuyên gia về ảnh hưởng của dòng chảy ......... 115 Bảng 5.2. Bảng Tổng hợp đánh giá chuyên gia về ảnh hưởng của gió ........... 116 Bảng 5.3. Bảng tổng hợp đánh giá của chuyên gia về mức độ rủi ro khi 02 tàu hành trình đối hướng ........................................................................................ 120 Bảng 5.4. Bảng tổng hợp đánh giá của chuyển gia về mức độ rủi ro khi điều động tàu hành trình cắt hướng .......................................................................... 122 Bảng 5.5. Bảng thống kê dữ liệu quan trắc 11 tình huống thực tế tránh va phục vụ chạy thử nghiệm Phần mềm Matlab ............................................................ 132 Bảng 5.6. Bảng tổng hợp kết quả chạy Matlab ................................................ 133
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn Đề tài Tại Quy định 13, Chương 5 của Công ước SOLAS 74, yêu cầu mỗi Chính phủ thành viên thực hiện cung cấp, hoặc độc lập hoặc phối hợp với Chính phủ thành viên khác, các biện pháp hỗ trợ hành hải nếu việc kiểm soát lưu lượng giao thông và mức độ rủi ro hàng hải của khu vực hành hải yêu cầu là cần thiết và có thể thực hiện được. Do vậy, với vai trò là Quốc gia thành viên Công ước, đồng thời căn cứ tính chất, mức độ phức tạp của hoạt động giao thông hàng hải tại các cảng biển đặc biệt quan trọng hay cảng biển có nguy cơ tai nạn hàng hải cao, Việt Nam có trách nhiệm kiểm soát lưu lượng giao thông và xác định được mức độ rủi ro hàng hải tại vùng nước cảng biển để làm cơ sở cho việc xem xét, cung cấp cho các tổ chức, cá nhân, tàu thuyền liên quan biện pháp hỗ trợ hàng hải phù hợp; để đạt được tiêu chí này, đòi hỏi phải nghiên cứu, xây dựng được Mô hình hay công cụ phù hợp đánh giá được định lượng nguy cơ tai nạn hàng hải. Hơn nữa, do Việt Nam chưa có mô hình phù hợp để đánh giá định lượng mức độ rủi ro/ nguy cơ tai nạn hàng hải nên việc triển khai trách nhiệm cảnh báo, khuyến cáo an toàn của các Trung tâm VTS, Cảng vụ hàng hải … đến tàu thuyền liên quan hay nghiên cứu xác định mức độ rủi ro để phục vụ cho công tác cải tạo, nâng cấp luồng hàng hải hầu hết đều thông qua phương pháp đánh giá định tính, chủ yếu phụ thuộc vào kinh nghiệm con người và chưa đầy đủ cơ sở khoa học. Theo Quy hoạch tổng thể phát triển hệ thống cảng biển Việt Nam thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050 đã được Thủ tướng Chính Phủ phê duyệt tại Quyết định 1579/QĐ-TTg ngày 22/9/2021: Cảng biển Vũng Tàu là cảng cửa ngõ, trung chuyển quốc tế (loại Đặc biệt) tiếp nhận tàu container trọng tải 80.000 - 250.000 tấn; tàu tổng hợp, hàng lỏng/khí đến 150.000 tấn hoặc lớn hơn khi đủ điều kiện. Tại vùng nước cảng biển Vũng Tàu, Vịnh Gành Rái là cửa khẩu hàng hải quan trọng cho các tàu thuyền hành trình, ra vào, neo đậu, đón trả hoa tiêu, thực hiện các dịch vụ hàng hải để đến, rời các cảng thuộc địa phận các tỉnh: Bà Rịa - Vũng Tàu, TP. Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương, Đồng Tháp, Mỹ Tho và quá cảnh đi Campuchia. Theo kết quả thống kê của Cảng vụ Hàng hải Vũng Tàu, hàng năm bình quân có trên 30.000 lượt tàu biển và khoảng trên 70.000 lượt tàu cao tốc cánh ngầm, phương tiện thủy nội địa (tàu sông), tàu cá hành trình qua Vịnh Gành Rái tạo nên mật độ phương tiện qua Vịnh là lớn nhất và phức tạp nhất Việt Nam. Mặt khác, cùng với mật độ phương tiện lớn là sự đa dạng của về chủng loại phương tiện qua Vịnh như: tàu biển, tàu công vụ, tàu khách cánh ngầm, tàu sông, tàu cá, tàu đưa đón hoa tiêu, giàn khoan dầu khí, tàu quân sự, tàu thực hiện dịch vụ cung ứng nhiên liệu, thực phẩm, nước ngọt,... và tính chất phức tạp về tuyến hải trình của mỗi loại tàu thuyền. Cụ thể: ngoài các tuyến hành trình trên luồng hàng hải được công bố như: Luồng Vũng Tàu - Thị Vải, Luồng Sài Gòn - Vũng Tàu, Luồng sông Dinh, còn có tuyến hành trình kiểu truyền thống của các tàu khách chạy chuyên tuyến như: Tuyến Cầu Quan (Vũng Tàu) - Cần Giờ/ Đông Hòa (TP. HCM), tuyến Cầu Quan (Vũng Tàu) - Vàm
2 Láng (Tiền Giang), tuyến tàu cao tốc (Cầu Đá, Cáp treo) Vũng Tàu - Bạch Đằng (TP.HCM), các tàu khách hoạt động tuyến bờ ra đảo; tuyến cho tàu sông, tàu VR-SB, tàu biển hoạt động nội địa từ sông Thị Vải - Cái Mép, sông Dinh đi TP. Hồ Chí Minh; đặc biệt là các tuyến hành trình tự phát của tàu cá, tàu hoạt động cung ứng, tàu dịch vụ ... nên hàng ngày đều phát sinh nhiều tình huống gây nguy cơ tai nạn đâm va tại các khu vực giao nhau giữa các tuyến luồng, vùng đón trả hoa tiêu, phao báo hiệu hàng hải số 0, các vị trí giao cắt tự phát của tàu cá, tàu thủy nội địa, tàu VR-SB, tàu khách cánh ngầm ... và, thực tế kết quả thống kê tai nạn đâm va tại Việt Nam từ năm 2007 đến nay cho thấy, cảng biển Vũng Tàu là khu vực có tần suất và số vụ tai nạn đâm va cao nhất cả nước. Như vậy, cùng với mật độ giao thông lớn là sự đa dạng về chủng loại phương tiện và tính chất phức tạp các tuyến hải trình trong vùng nước nên hàng ngày đều phát sinh nhiều tình huống nguy cơ tai nạn đâm va tại cảng biển Vũng Tàu. Vì vậy, để đáp ứng mục tiêu, yêu cầu bảo đảm an toàn hàng hải đối với hoạt động của tàu thuyền tại cảng biển cửa ngõ quốc tế, kết hợp trung chuyển container quốc tế quan trọng bậc nhất tại Việt Nam, cần phải nghiên cứu, xác định một công cụ phù hợp để đánh giá định lượng rủi ro hàng hải nhằm đưa ra các giải pháp hạn chế, giảm thiểu rủi ro, tăng cường biện pháp bảo đảm an toàn hàng hải đối với tàu thuyền và hỗ trợ cho công tác nghiên cứu, cải tạo nâng cấp luồng hàng hải có ý nghĩa rất quan trọng và cấp thiết. Thực tế là, tại Việt Nam chưa có công trình nào nghiên cứu một cách đầy đủ để làm cơ sở đề xuất cấp thẩm quyền một công cụ/ mô hình đánh giá định lượng rủi ro giao thông hàng hải tại cảng biển, trong khi một số mô hình đánh giá rủi ro hàng hải thông dụng trên thế giới như: mô hình PAWSA [1]; Mô hình IWRAPT [2]; Mô hình ES [3] hay Mô hình PARK [4] lại không phù hợp để vận dụng, áp dụng tại Việt Nam nói chung hay tại cảng biển Vũng Tàu nói riêng. Vì vậy, cần thiết phải nghiên cứu, xác định một mô hình đánh giá rủi ro đâm va khi tàu thuyền hoạt động tại cảng biển Vũng Tàu, là vùng nước có mật độ tàu thuyền hoạt động đông, phức tạp nhất và tần suất xảy ra tai nạn đâm va cao nhất Việt Nam. Nhận thức được điều này, Nghiên cứu sinh đã mạnh dạn đề xuất và được chấp nhận nghiên cứu Luận án: ―Xây dựng Mô hình đánh giá rủi ro tai nạn đâm va tại cảng biển Vũng Tàu, ứng dụng phòng ngừa tai nạn và hỗ trợ công tác cải tạo, nâng cấp luồng hàng hải‖ với mong muốn góp phần bổ sung thêm luận điểm khoa học, phương pháp đánh giá nguy cơ tai nạn đâm va và ứng dụng trong thực tế nhằm nâng cao công tác bảo đảm an toàn hàng hải tại cảng biển. 2. Cơ sở khoa học Cơ sở nghiên cứu trong Luận án này là các dữ liệu thống kê tai nạn hàng hải tại khu vực; các văn bản pháp lý; lý thuyết và mô hình đề xuất liên quan đến việc đánh giá rủi ro đâm va trên luồng hàng hải, bao gồm: - Các Công ước quốc tế hàng hải và Nghị quyết của IMO có liên quan;