Cơ sở toán học quy hoạch mạng lưới đài bờ MF trong hệ thống GMDSS Việt Nam

ª ThS. Nguyễn Thái Dương ª PGS. TS. Nguyễn Cảnh Sơn ª PGS. TS. Trần Xuân Việt ª ThS. Cao Đức Hạnh ª TS. Nguyễn Trọng Đức Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Người phản biện: TS. Nguyễn Mạnh Cường PGS. TS. Nguyễn Cảnh Sơn

Tóm tắt: Bài báo nghiên cứu cơ sở toán học quy hoạch mạng lưới đài bờ MF trong hệ thống thông tin cứu nạn và an toàn hàng hải toàn cầu GMDSS (Global Maritime Distress and Safety System) Việt Nam. Trên cơ sở toán học đó, nhóm tác giả tập trung xây dựng phần mềm có thể trợ giúp nhà hoạch định về vấn đề quy hoạch mạng lưới đài bờ trong hệ thống GMDSS Việt Nam.

Từ khóa: Quy hoạch, hệ thống GMDSS.

Abstract: This article studies the mathematical fundamentals for planning a MF coast stationsnetwork in Vietnam’s GMDSS (Global Maritime Distress and Safety System) system. Basing on theseones, the authors focus on programing a software which can support managers in planning the MF coast stations network in the GMDSS Vietnam.

Keywords: Planning, GMDSS.

1. Đặt vấn đề

Với đường bờ biển dài gần 4.000km, trải dài trên 13 vĩ độ, Việt Nam có vị trí địa lý quan trọng trong khu vực châu Á và là mắt xích quan trọng trên các tuyến hàng hải huyết mạch thông thương giữa Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương, giữa châu Âu và Trung Cận Đông với Trung Quốc, Nhật Bản và các nước trong khu vực. Biển Đông đóng vai trò là chiếc “cầu nối” cực kỳ quan trọng, là điều kiện rất thuận lợi để giao lưu kinh tế giữa nước ta với các nước trên thế giới, đặc biệt là các nước có nền kinh tế biển phát triển. Bên cạnh các chiến lược phát triển kinh tế hàng hải, khai thác và nuôi trồng hải sản, khai thác dầu khí… thì các dịch vụ tìm kiếm, cứu nạn hàng hải cũng được xem là mũi nhọn trong định hướng phát triển kinh tế biển của Việt Nam, đặc biệt khi chúng ta tham gia Công ước quốc tế về tìm kiếm cứu nạn hàng hải SAR - 79 [1].

Đầu những năm 80 của thế kỉ trước, Việt Nam đã xây dựng một hệ thống các đài bờ MF (Medium Frequency) trong hệ thống thông tin cứu nạn và an toàn hàng hải toàn cầu GMDSS (Global Maritime Distress and Safety System) đáp ứng các công ước quốc tế và phù hợp với điều kiện địa lý, kinh tế của mình. Tuy nhiên, để có được một hệ thống GMDSS bảo đảm cung cấp tốt các dịch vụ thông tin cho người và phương tiện hoạt động trên các vùng biển, đảo; phục vụ công tác quản lý điều hành, phòng chống thiên tai, tìm kiếm, cứu nạn; an toàn, an ninh hàng hải, bảo vệ môi trường biển… là vấn đề không phải đơn giản. Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề này, Chính phủ đã đưa ra nhiều quyết sách [2],[3] nhằm từng bước quy hoạch, quy hoạch tối ưu hệ thống GMDSS của mình phù hợp với điều kiện địa lý, chính trị, kinh tế - xã hội của Việt Nam, đồng thời theo kịp xu hướng phát triển của kinh tế và công nghệ của thế giới, định hướng phát triển của Tổ chức Hàng hải quốc tế IMO (International Maritime Organization).

Trong vấn đề quy hoạch mạng lưới đài bờ, thông tin mặt đất vùng biển A2 được xem là cơ sở nền tảng cho các giải pháp quy hoạch. Phương pháp tính toán bán kính vùng biển A2 trong hệ thống GMDSS đã được Tổ chức Hàng hải quốc tế IMO quy định tiêu chuẩn áp dụng và Liên minh viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) đưa ra các khuyến nghị hướng dẫn thực hiện cụ thể [4]. Phần mềm tính toán cự ly phủ sóng vùng biển A2, cơ sở dữ liệu cũng như cự ly phủ sóng của các đài thông tin duyên hải đã được nhóm tác giả công bố trên [5]. Trong bài báo, nhóm tác giả tập trung nghiên cứu các cơ sở toán học nhằm quy hoạch hiệu quả mạng lưới đài MF trong hệ thống GMDSS Việt Nam.

2. Cơ sở toán học quy hoạch mạng lưới đài MF

2.1. Phương pháp hình học

Bài toán quy hoạch ban đầu được xem xét trên cơ sở các ràng buộc: Phạm vi bao phủ tối đa, số lượng đài tối thiểu. Như vậy, trên quan điểm hình học thuần túy có thể đưa ra lời giải cho bài toán từ việc tính toán khoảng cách hình học giữa hai đài liền kề (Hình 2.1).

Hình 2.1: Khoảng cách hình học của hai đài liền kề

Trên Hình 2.1, khoảng cách hình học của hai đài A (bán kính phủ sóng r_A) và B (bán kính phủ sóng r_B) được tính toán dựa trên bán kính phủ sóng của mỗi đài và khoảng cách h (50 hải lí) từ điểm giao nhau giữa hai vùng phủ sóng (C) tới đoạn thẳng nối hai tâm đài (AB). Không làm mất tính tổng quát, giả sử r_A = r_B, khi đó độ dài AB sẽ được tính:   

 

                 .

Từ khoảng cách giữa hai đài liền kề dễ dàng tính được số đài tối thiểu để có thể phủ sóng cho toàn bộ vùng bờ biển Việt Nam. Tuy nhiên, trong thực tế, bán kính phủ sóng các đài là khác nhau, mật độ phương tiện tàu thuyền hoạt động trên các vùng biển là khác nhau và vị trí đặt các đài phụ thuộc điều kiện địa lí cụ thể của từng vùng. Để tổng quát hóa bài toán quy hoạch, nhóm tác giả đề xuất bài toán theo các điều kiện (Hình 2.2):

Hình 2.2: Phương pháp hình học quy hoạch mạng lưới đài MF

Điều kiện 1: Vùng phủ sóng của mạng lưới đài bờ MF được quy hoạch phủ kín vùng biển A2 được xác định từ đường bờ biển cơ sở “C” tới đường giới hạn ngoài “S”, trong đó:

- Đường bờ biển C là các vị trí có thể đặt đài bờ MF xác định bởi tập hợp các điểm:

 

 

- Đường giới hạn ngoài S là tập hợp các điểm:

 

 

Điều kiện 2: Bán kính phủ sóng của các đài MF coi gần đúng là constant B > d (d là khoảng cách Hausdorff từ tập C tới tập S tính theo công thức  d= max( max min M_iN_j , max min M_jN_i). Trong thực hành có thể lấy B = giá trị bé nhất trong các bán kính phủ sóng của các đài bờ.

Điều kiện 3:  M_iM_i+1<B-d với mọi i=1,2,...,p-1 và N_jN_j+1< B-d với mọi j=1,2,...,q-1.

Điều kiện 4: M₁N₁< B và M_pN_q< B.

2.2. Thuật toán quy hoạch mạng lưới đài MF

Trên cơ sở các điều kiện đã nêu, thuật toán quy hoạch mạng lưới đài MF được đề xuất (Hình 2.3):

Hình 2.3: Thuật toán quy hoạch mạng lưới đài MF

 

Bước 1: Bắt đầu từ điểm N_1, xác định lần lượt các khoảng cách từ N₁ tới M₁, M₂, M₃,… cho tới khi N₁M_a+1> B và N₁ M_a< B, chọn đài thứ nhất: T₁    M_a.

Bước 2: Tiếp tục từ điểm  T₁    M_a, xác định lần lượt các khoảng cách từ M_a tới N₁, N₂, N₃,… cho tới khi M_aN_b+1> B, chọn vị trí trung gian thứ nhất là N_b. Từ điểm trung gian thứ nhất N_b xác định lần lượt các khoảng cách từ N_b tới M_a+1, Ma+₂, Ma+₃,… cho tới khi N_bM_a+x+1 > B, chọn đài thứ hai: T₂    M_a+x .

Lặp lại bước 2 cho tới khi chọn được đài thứ n: T_n    M_a+m thỏa mãn điều kiện M_a+m  N_q< B. Nếu M_a+mM_p< B thì đài T_n là đài cuối cùng, ngược lại đài cuối cùng sẽ là T_n+1    M_p.

Với các điều kiện đã nêu, có thể chứng minh được số lượng đài bờ có bán kính B phủ sóng MF được toàn bộ vùng biển A2, là miền xác định từ đường bờ “C” tới đường giới hạn ngoài “S”, là n hoặc n+1.

3. Xây dựng chương trình

Trên cơ sở thuật toán đã đề xuất, phần mềm mô phỏng được xây dựng và tích hợp vào phần mềm tính toán cự ly phủ sóng vùng biển A2 trong [5]. Hình 3.1 chỉ ra giao diện chính của hệ thống:

Hình 3.1: Giao diện chính của hệ thống

 

Tập hợp các điểm trong đường giới hạn ngoài (S) được chỉ ra trong Hình 3.2:

Hình 3.2: Tập hợp các điểm trong đường giới hạn ngoài

 

Hình 3.3 là kết quả khi thực hiện với tham số bán kính B= 200 hải lý.

Hình 3.3: Phân bố các đài với bán kính thử nghiệm 200 hải lí

4. Kết luận

Nhóm tác giả đã thiết lập được bài toán quy hoạch mạng lưới đài bờ MF trong hệ thống GMDSS Việt Nam với các mục tiêu, ràng buộc nhất định và đưa ra được một thuật toán tổng quát để giải bài toán này. Trên cơ sở thuật toán được đề xuất, phần mềm tự động quy hoạch mạng lưới các đài MF trong hệ thống GMDSS đã được cài đặt, tích hợp vào mềm tính toán cự ly phủ sóng vùng biển A2 và cho kết quả tốt trên bộ các dữ liệu các đài đã được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu các đài bờ, qua đó phần nào trợ giúp cho các nhà hoạch định rút ngắn được thời gian và có cái nhìn trực quan trong quá trình quy hoạch.

Tài liệu tham khảo

[1]. IMO (1979), International Convention on Maritime Search and Rescue SAR.

[2]. Quyết định số 269/TTg ngày 26/4/1996, Quy hoạch hệ thống các đài thông tin Duyên hải đến năm 2000 và định hướng đến năm 2010.

[3]. Quyết định số 1054/TTg ngày 26/6/2014, Quy hoạch phát triển hệ thống thông tin Duyên hải Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030.

[4]. Resolution A.801(19) (1995), Provision of radio service for the global maritime distress and safety system GMDSS. IMO.

[5]. ThS. Nguyễn Thái Dương, PGS. TS. Nguyễn Cảnh Sơn, PGS. TS. Trần Xuân Việt, ThS. Cao Đức Hạnh, TS. Nguyễn Trọng Đức (2015), Xây dựng phần mềm tính toán cự ly vùng biển A2 trong trong hệ thống GMDSS của Việt Nam, Tạp chí Khoa học công nghệ hàng hải, số 44.