Xác định vùng nguy hiểm xung quanh tàu dựa trên khả năng quay trở của tàu

Chia sẻ: Liễu Yêu Yêu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Xác định vùng nguy hiểm xung quanh tàu dựa trên khả năng quay trở của tàu" đề xuất mô hình mới về vùng nguy hiểm quanh tàu, xem xét khả năng quay trở của tàu mục tiêu và xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa hai phương pháp thống kê (statistical approach) và giải tích (analytical approach). Mô hình áp dụng trong tình huống đối hướng giữa hai tàu và áp dụng được trên nhiều vùng biển khác nhau. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Xác định vùng nguy hiểm xung quanh tàu dựa trên khả năng quay trở của tàu

Kỷ yếu Hội thảo khoa học cấp Trường 2022 Tiểu ban Khoa học hàng hải Xác định Vùng Nguy Hiểm Xung Quanh Tàu Dựa Trên Khả Năng Quay Trở Của Tàu Đinh Gia Huy Trần Anh Kha Viện Hàng Hải Sinh viên Viện Hàng Hải Trường Đại học Giao thông vận tải Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam huy.dinh@ut.edu.vn 1951220060@sv.ut.edu.vn Tóm tắt—Vùng nguy hiểm xung quanh tàu (ship tâm nhiều đó là vùng nguy hiểm xung quanh tàu (ship safety domain) là một lý thuyết quan trọng để đánh giá safety domain-SSD). SSD được đề cập lần đầu tiên rủi ro nguy cơ đâm va trên biển, được nhắc đến lần đầu vào năm 1971 bởi Fuji và cho đến nay các nghiên cứu tiên vào năm 1971 bởi Fuji, và cho đến nay các nghiên về SSD đã đạt nhiều thành tựu và tiếp tục được phát cứu về vấn đề này đã đạt được nhiều thành tựu và tiếp triển. Các phương pháp để xác định SSD rất đa dạng, tục phát triển theo thời gian. Bài báo đề xuất mô hình trước đây chủ yếu dựa vào phương pháp khảo sát mới về vùng nguy hiểm quanh tàu, xem xét khả năng quay trở của tàu mục tiêu và xây dựng dựa trên sự kết thống kê và phân tích dữ liệu [2]-[4]. Phương pháp này hợp giữa hai phương pháp thống kê (statistical tiếp tục được phát triển và thay radar bằng AIS để có approach) và giải tích (analytical approach). Mô hình nguồn dữ liệu tiên tiến, tối ưu hơn [5]. Mặc dù phương áp dụng trong tình huống đối hướng giữa hai tàu và áp pháp cần lượng lớn dữ liệu liên tục cập nhật và khu dụng được trên nhiều vùng biển khác nhau. Mô hình sẽ vực khảo sát bị hạn chế không thể áp dụng cho nhiều đóng góp đáng kể trong việc đánh giá rủi ro đâm va khu vực khác nhau, tuy nhiên phương pháp cũng đã thuộc lĩnh vực an toàn hàng hải. tính toán đến yếu tố con người trong việc xác định Từ khóa—Vùng nguy hiểm, phương pháp đánh giá vùng nguy hiểm của SSD. Bên cạnh đó, một số SSD rủi ro, khả năng quay trở. áp dụng các phương pháp toán học (dựa vào các yếu I. GIỚI THIỆU tố như: tốc độ, vị trí, hướng của tàu,…) đưa ra mô hình Tai nạn đâm va là một trong những tai nạn xảy ra có độ chính xác cao và có thể áp dụng cho nhiều khu thường xuyên nhất trên biển. Tại Việt Nam theo báo vực khác nhau chỉ với ít dữ liệu [6]. Tuy nhiên đối với cáo tình hình tai nạn hàng hải trong những năm gần phương pháp toán học vẫn còn khó khăn trong việc đây của Cục Hàng hải Việt Nam, số lượng tai nạn đâm tính toán các yếu tố môi trường và con người. Bài báo va chiếm gần 80% các vụ tai nạn xảy ra cho tàu biển giới thiệu một ý tưởng mới trong việc xây dựng SSD Việt Nam. Các vụ tai nạn xảy ra đến từ nhiều nguyên có thể áp dụng cho nhiều khu vực khác nhau, tính toán nhân khác nhau và hậu quả vô cùng nghiêm trọng đối và hạn chế tác động của môi trường đến hành động với con người, vật chất và môi trường biển. Trong tránh va bằng cách xác định vùng nguy hiểm xung nhiều thập kỷ qua, vấn đề này đã thu hút rất nhiều nhà quanh tàu không được phép xâm nhập trong trường nghiên cứu đề xuất các phương pháp hạn chế và ngăn hợp đối hướng, hỗ trợ việc lựa chọn thời điểm tránh ngừa tai nạn đâm va, tuy nhiên đến nay tỉ lệ xảy ra tai đâm va cho các sỹ quan tàu biển và hướng tới có thể nạn trên biển vẫn xảy ra ở mức cao bởi có rất nhiều áp dụng cho hệ thống tránh va tự động trên tàu biển nguyên nhân dẫn đến tai nạn con người không thể trong tương lai. kiểm soát. Theo thống kê có đến 80% nguyên nhân II. CƠ SỞ XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH của các vụ tai nạn đâm va xảy ra đến từ năng lực xử lý Từ việc xây dụng SSD dựa trên khả năng quay trở các tình huống của thuyền viên [1]. Do đó, việc tự của tàu, cần phân tích lựa chọn các khoảng cách liên động hóa con tàu nhằm giảm bớt áp lực và hỗ trợ cho quan đến việc thực hiện tránh va để xây dựng mô hình thuyền viên được các nhà nghiên cứu trên thế giới một cách tối ưu. hướng đến, trong đó có lĩnh vực nhận được nhiều quan 245
Đinh Gia Huy, Trần Anh Kha Hình 1. Vòng quay trở của tàu. Các khoảng cách được áp dụng để xây dựng mô  Transfer: Khoảng dịch chuyển theo chiều ngang hình đó là: là khoảng cách tính từ trọng tâm tàu khi đã quay được  Advance: Khoảng cách tính từ trọng tâm tàu tại 90ºđến hướng ban đầu theo chiều ngang. vị trí từ bắt đầu bẻ lái đến khi quay được 90º theo chiều Trong các tình huống tiếp cận của tàu, cơ bản được dọc tính trên hướng chuyển dịch, gọi là khoảng dịch chia làm ba loại đó là: Đối hướng, cắt hướng, vượt. Cơ chuyển dọc; sở xác định mô hình trong bài báo này là áp dụng trường hợp đối hướng có góc từ 6-7 độ về hai bên của mũi tàu theo quy tắc 14 của COLREG 72. Hình 2. Phân biệt các tình huống tiếp cận. Để xác định SSD, việc lựa chọn tiêu chí an toàn  Tiêu chí 1: Tàu mục tiêu không nên đi vào vùng cho SSD là rất quan trọng. Theo khảo sát các tiêu chí phía trong SSD của tàu chủ; an toàn của các SSD khác nhau, nhìn chung các tiêu  Tiêu chí 2: Tàu chủ không nên đi vào vùng phía chí an toàn thường được lựa chọn đó là: trong SSD của tàu mục tiêu; 246
Xác định vùng nguy hiểm xung quanh tàu dựa trên khả năng quay trở của tàu  Tiêu chí 3: Cả hai SSD của tàu chủ và tàu mục ra hành động tránh xâm nhập vào SSD của tàu mục tiêu không nên xâm phạm nhau; tiêu đảm bảo khoảng cách an toàn giữa hai tàu.  Tiêu chí 4: Cả hai SSD của tàu chủ và tàu mục Bên cạnh lựa chọn tiêu chí an toàn cho SSD, tiêu nên xâm phạm vào nhau. phương pháp để xác định các đường biên của SSD Phần lớn các SSD được thiết kế theo tiêu chí 1 và cũng quan trọng không kém. Khoảng cách tối thiểu để tiêu chí 2. Đối với hai tiêu chí này, quan điểm xác định tránh va trong điều kiện hàng hải phụ thuộc vào khả khoảng cách an toàn tránh va là hoàn toàn đối ngược năng điều động của tàu, các yếu tố môi trrường và các nhau. Với tiêu chí 1, dẫn đến việc tàu chủ bị động điều kiện giao thông thực tế tạo nên độ phức tạp cho trong việc tránh va khi trường hợp tàu chủ giữ hướng tình huống tránh va. đi và tàu mục tiêu nhường đường, nhưng tàu mục tiêu Vì vậy, các yếu tố liên quan đến xác định đường không thực hiện hay thực hiện hành động tránh va biên của mô hình được cân nhắc trong phương pháp không kịp thời buộc tàu chủ phải hành động, lúc này xác định miền khác nhau. Bảng I mô tả một số yếu tố nguy cơ đâm va có thể xảy ra. Thay vào đó, tiêu chí 2 thường được lựa chọn trong nghiên cứu SSD. tương tự tiêu chí 1 nhưng giúp tàu chủ chủ động đưa BẢNG I. CÁC YẾU TỐ THƯỞNG ĐƯỢC TÍNH ĐẾN TRONG NGHIÊN CỨU SSD. Tác giả Tốc độ Chiều dài tàu Khả năng quay trở OS TS OS TS Fuji and Tanaka, 1971 No No Yes Yes No Goodwin, 1975 Yes Yes Yes No No Coldwell, 1983 Yes No No No No Zhu et al., 2001 No No Yes Yes Yes Wang et al., 2010 Yes Yes Yes Yes Yes Dinh and Im, 2016 No Yes Yes Yes Yes Trong bài báo này, tiêu chí 2 được lựa chọn, kết III.ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH SSD hợp với mô hình SSD trên tàu mục tiêu trong trường Bài báo sử dụng khả năng quay trở của tàu là hợp đối hướng. Các yếu tố môi trường và yếu tố khả nguyên tắc chính để xác định mô hình SSD. Các đoạn năng điều động của tàu được xem xét lựa chọn làm dịch chuyển dọc (Advance) và dịch chuyển ngang tham số để xác định đường biên của SSD. Để định (Transfer) của vòng quay trở, khoảng cách vượt qua lượng được khả năng quay trở của tàu mục tiêu cũng an toàn (the minimum distance for a safe passing) là như các tác động của môi trường trong quá trình tránh mục tiêu tính toán và cơ sở để xác định mô hình SSD. va, phương pháp toán học được cân nhắc và áp dụng. Hình 3 mô tả hình dạng mô hình SSD được đề xuất. Hình 3. Mô hình SSD trong trường hợp đối hướng được đề xuất. 247
Đinh Gia Huy, Trần Anh Kha Các vùng nguy hiểm xung quanh tàu được xác định trong tình huống cả hai tàu đối hướng nhau, lúc này dựa trên việc tính toán các chiều dài khoảng cách phía khoảng cách Df nhỏ nhất bằng tổng hai đoạn dịch trước mũi tàu, mạn trái, mạn phải và phía sau lái được chuyển về phía trước vòng quay trở (Advance of kí hiệu lần lượt là: Da, Dp, Ds và Da. turning circle) của tàu mục tiêu (Advt) và tàu chủ A. Xác định khoảng cách về phía trước mũi tàu (Advo). Hình 3 dưới đây mô tả khoảng cách tránh va về phía trước mũi tàu. Khoảng cách an toàn về phía trước mũi tàu mục tiêu phải xem xét đến khả điều động của cả hai tàu, Hình 4. Mô tả khoảng cách về phía trước trong tình huống đối hướng về phía trước. Trong đó, Advt không được phát trong hệ thống B. Xác định khoảng cách về phía hai bên mạn tàu nhận dạng tự động (AIS), cần xây dựng công thức dự Trong quá trình tránh va, việc xác định thời điểm đoán Advt của tàu mục tiêu. Một khảo sát đã được bắt đầu tránh va và kết thúc hành động tránh va là cần thực hiện với việc ghi lại giá trị Advt của 150 tàu thiết nhằm đảm bảo an toàn giữa hai tàu. Trong bài thương mại [7]. Công thức được xây dựng thông qua báo, xác định điểm kết thúc của hành động tránh khi việc sử dụng phương pháp hồi quy có lựa chọn, mối tàu đã đạt được góc 900 so với ban đầu theo chiều quan hệ giữa chiều dài, chiều rộng tàu mục tiêu kết ngang của tàu mục tiêu, tức khoảng cách dịch chuyển hợp với các đường hồi quy bậc 1, 2 được thiết lập, so ngang khi trọng tâm tàu đạt được 900 so với hướng ban sánh và đưa ra kết quả cuối cùng qua công thức: đầu theo chiều ngang (transfer of turning circle) của 𝐴𝑑𝑣𝑡 = - 0.0028513𝐿2𝑡 + 4.2668𝐿𝑡 - 81.015 tàu mục tiêu (Trt). Nguyên nhân của việc lựa chọn này, vì cả hai tàu cùng hành động bẻ lái theo quy định của ∆ = 𝑚𝑎𝑥0≤𝑖≤𝑛 √(𝑌̂𝑖 − 𝑌𝑖 )2 = 𝑚𝑎𝑥0≤𝑖≤𝑛 √𝑑𝑖2 COLREG và góc lớn nhất để xác định là kết thúc tránh va khi mỗi tàu đã đạt 900 so với hướng ban đầu để đảm Trong đó, Lt là chiều dài tàu mục tiêu. Sai số lớn bao an toàn. Hai tàu bẻ lái với góc vừa đủ (< 90º) để nhất trong việc thực hiện hồi quy (∆) được xác định đi qua nhau nhưng tàu luôn chịu ứng suất môi trường bằng giá trị dự đoán Advt (kí hiệu: 𝑌̂𝑖 ) và giá trị 𝐿𝑡 (kí (gió, dòng chảy) lên thân tàu làm cho tàu bị trôi dạt hiệu: 𝑌𝑖 ) trong hiệu suất vòng hồi quy. Sai số lớn nhất trong quá trình tránh va có thể dẫn đến nguy cơ đâm của việc triển khai hồi quy (∆) được tính là khoảng va không thể tránh khỏi. 134,1614 m. 248
Xác định vùng nguy hiểm xung quanh tàu dựa trên khả năng quay trở của tàu Hình 5. Ảnh hưởng của gió lên vòng quay trở. Khoảng cách an toàn cho tàu chủ vượt qua trong quay chân vịt của tàu mục tiêu. Bài báo giả định Ds và trường hợp đối hướng là Ds và Dp của tàu mục tiêu Dp của tàu mục tiêu là bằng nhau. Hình 4 mô tả được tính bằng đoạn dịch chuyển ngang. Trong thực khoảng cách tránh về hai bên mạn tàu mục tiêu. tế, Ds và Dp không bằng nhau và phụ thuộc vào chiều Hình 6. Mô tả khoảng cách về phía hai bên mạn tàu mục tiêu trong tình huống đối hướng Tương tự Advt, Trt không được phát đi trong AIS, ∆ = 𝑚𝑎𝑥0≤𝑖≤𝑛 √(𝑌̂𝑖 − 𝑌𝑖 )2 = 𝑚𝑎𝑥0≤𝑖≤𝑛 √𝑑𝑖2 cần xây dựng công thức dự đoán Trt của tàu mục tiêu. Một khảo sát đã được thực hiện với việc ghi lại giá trị Trong đó, Lt là chiều dài tàu mục tiêu. Sai số lớn Trt của 40 tàu thương mại. Công thức được xây dựng nhất khi thực hiện hồi quy (∆) được xác định bằng giá thông qua việc sử dụng phương pháp hồi quy có lựa trị dự đoán Trt (kí hiệu: 𝑌̂𝑖 ) và giá trị 𝐿𝑡 (kí hiệu: 𝑌𝑖 ) chọn, mối quan hệ giữa chiều dài, chiều rộng tàu mục trong hiệu suất vòng hồi quy. Mối quan hệ giữa chiều tiêu cùng với các đường hồi quy bậc 1, 2 được thiết dài và đoạn dịch chuyển ngang của tàu được thể hiện lập, so sánh và đưa ra kết quả cuối cùng qua công thức: qua biểu đồ dưới đây (hình 7). 𝑇𝑟𝑡 = 0.0013𝐿2𝑡 + 0.7736𝐿𝑡 + 75.7891 249
Đinh Gia Huy, Trần Anh Kha 600 500 y = 0.0013x2 + 0.7736x + 75.7891 400 TRANSFER 300 200 100 0 0 50 100 150 200 250 300 350 LOA Hình 7. Biểu đồ phân tán và đường cong phù hợp nhất. C. Xác định khoảng cách vượt an toàn TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong tình huống đối hướng khoảng cách Da chỉ [1] M. X. Hương, “Nghiên cứu năng lực của sỹ quan hàng đóng vai trò là khoảng cách nhỏ nhất để hai tàu đi qua hải Việt Nam trong xử lý tình huống có đâm va tàu nhau an toàn sau tình huống tránh va, khoảng cách này biển trong trực ca độc lập,” Luận văn Tiến sĩ, Khoa bằng MinPD (Minimum passing distance). Hình 1 mô học hàng hải, trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Hải Phòng, Việt Nam, 2020. tả khoảng cách Da. Một khảo sát được thực hiện với 60 sĩ quan hàng hải tham gia [7], từ đó thiết lập công [2] Y. Fujii, K. Tanaka, “Traffic Capacity”, The Journal of Navigation, vol. 24, no. 4, pp. 543-552, 1971. thức như sau: DOI:10.1017/S0373463300022384. MinPD = 7.896𝐵𝑡 + 381.03 (m) [3] E. M. Goodwin, “A statistical study of ship domains," Trong đó, Bt là chiều rộng tàu mục tiêu, MinPD là The Journal of navigation”, vol. 28, no. 3, pp. 328-344, khoảng cách đi qua an toàn. 1975. DOI:10.1017/S0373463300041230. IV. KẾT LUẬN [4] T. Coldwell, “Marine traffic behaviour in restricted waters,” The Journal of Navigation, vol. 36, no. 3, pp. Bài báo cho thấy vai trò SSD và ứng dụng của nó 430-444, 1983. DOI:10.1017/S0373463300039783. trong công tác tránh đâm và hành hải. Đồng thời, đề [5] M. G. Hansen, T. K. Jensen, T. Lehn-Schiøler, K. xuất mô hình SSD mới trong tình huống đối hướng kết Melchild, F. M. Rasmussen, F. Ennemark, “Empirical hợp nhiều phương pháp và áp dụng được trong nhiều ship domain based on AIS data,” The Journal of khu vực biển, có khả năng giảm thiểu các rủi ro từ điều Navigation, vol. 66, no. 6, pp. 931-940, 2013. kiện tự nhiên trong tình huống đâm va. Dựa vào kết DOI:10.1017/S0373463313000489. quả nghiên cứu và định hướng phát triển các nghiên [6] N. Wang, “An intelligent spatial collision risk based cứu tiếp theo sẽ tối ưu hóa SSD bằng cách tính toán on the quaternion ship domain,” The Journal of đến các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp lên vòng quay trở Navigation, vol. 63, no. 4, pp. 733-749, 2010. của tàu (sóng, gió, dòng chảy,…) và các yếu tố cố định DOI:10.1017/S0373463310000202. trên tàu (kích thước tàu, động cơ, bánh lái) nhằm nâng [7] G. H. Dinh, N. K. Im, “The combination of analytical cao tính chính xác của SSD. Bên cạnh đó các nghiên and statistical method to define polygonal ship domain cứu về thuật toán tránh va áp dụng SSD được đề xuất and reflect human experiences in estimating sẽ được tiến hành. dangerous area,” International Journal of e-Navigation Maritime Economy, vol. 4, pp. 97-108, 2016. DOI:10.1016/j.enavi.2016.06.009. 250