Nghiên cứu đề xuất hướng tiếp cận tự động hoá điều khiển tàu biển tránh va

TẠP CHÍ

ISSN: 1859-316X

KHOA H C - CƠNG NGH

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY

NGHIểN C U
XU T H
NG TI P C N T
NG HOỄ
I U KHI N TÀU BI N TRỄNH VA
A STUDY ON AN APPROACH FOR ESTABLISHING AUTOMATIC
SHIP COLLISION AVOIDANCE
NGUY N V N S
NG*, MAI XUỂN H
NG
Khoa Hàng h i, Tr ng i h c Hàng h i Vi t Nam
*Email liên h :
Tóm t t
ng d ng t đ ng hoá trong đi u khi n tàu bi n
là m t trong nh ng xu h ng nh m nâng cao hi u
qu khai thác tàu và tinh gi n s l ng thuy n
viên. i u khi n tránh va là nghi p v chính đ c
th c hi n b i các s quan hàng h i, nó bao g m:
nh n d ng m c tiêu, đánh giá nguy c va ch m,
và đ a ra hành đ ng x lý. Trong bài báo này,
m t h ng ti p c n đ c đ xu t đ xây d ng h
th ng đi u khi n tàu t đ ng tránh va ch m trong

t ng lai. C th , nghiên c u này đ a ra m t
khung c s g m ba ph n: Yêu c u h th ng, c u
trúc h th ng, và thu t toán đi u khi n h th ng.
Khung c s này có th xem nh m t s đ nh
h ng ti n đ cho vi c phát tri n và xây d ng
nh ng b ph n c u thành c a h th ng tránh va
trong t ng lai.
T khóa: Khung c s , đi u đ ng tránh va, đi u
khi n tàu t đ ng, t đ ng hoá đi u khi n tàu
tránh va.

Abstract
Application of automation on ship control is one
of tendencies to improve the ship operation
efficiency and reduce the number of crew. Ship
collision avoidance maneuvering, is a duty of
deck officers which includes: Ship target
recognization, collision risk evaluation, and
processing action. In this article, a framework
approach is proposed to build automatic ship
collision avoidance system in the future, which
consists of requirements for system, system
structure, and algorithm for automatic collision
avoidance system. This framework is seen as a
basic orientation for establishing components in
automatic ship collision avoidance system in the
future.
Keywords: Framework, ship collision avoidance
maneuvering, automatic ship control, automatic
ship collision avoidance.

S

70 (04-2022)

1.

tv nđ

Tránh va ch m tàu thuy n là m t trong nh ng
nghi p v ph c t p c a s quan hàng h i vì các hành
đ ng x lý đi u đ ng tàu ph thu c vào nhi u y u t
khác nhau nh : M t đ tàu thuy n, khu v c hành h i,
tính n ng đi u đ ng tàu, nh h ng c a ngo i c nh,
t m nhìn xa,...
có th tránh va an tồn và hi u qu ,
các tàu thuy n ph i nghiêm túc tuân th các quy đ nh
trong b quy t c phòng ng a va ch m tàu thuy n trên
bi n (Colreg 1972). C th là tu thu c vào t ng tình
hu ng t ng quan gi a các tàu thuy n, s có nh ng
ph ng án đi u đ ng tránh va ch m t ng ng.
Theo t ch c hàng h i qu c t (IMO), các v va
ch m tàu thuy n, dù ít hay nhi u đ u có l i c a
thuy n viên nh : Không tuân th nghiêm túc quy t c
tránh va ch m, không m n cán khi tr c ca, b c ng
th ng do đi bi n nhi u ngày, ho c không đánh giá h t
m c đ nguy c x y ra va ch m gi a các tàu,…
Nh m h tr s quan hàng h i trong vi c đi u
khi n tàu hi u qu và chính xác, t đ ng hố đi u
khi n là m t trong nh ng xu h ng đ c quan tâm.

Bên c nh đó, t đ ng hố đi u khi n cịn là gi i pháp
nh m gi i phóng s c lao đ ng thuy n viên trong
t ng lai.
Hi n nay, có r t nhi u h th ng t đ ng đi u
khi n tàu bi n h tr nghi p v cho các s quan hàng
h i [2] nh : Lái tàu t đ ng theo h ng, lái tàu theo
qu đ o, t đ ng cân b ng tàu, gi m l c ngang, đ nh
v đ ng,... Tuy nhiên, tránh va ch m tàu thuy n cùng
v i c p c u tàu v n ph i do s quan hàng h i tr c
ti p th c hi n. Trong t ng lai không xa, v i s phát
tri n c a khoa h c công ngh , các h th ng t đ ng
c p c u hay t đ ng tàu tránh va hồn tồn có th
đ c ch t o đ h tr các s quan hàng h i trong
nghi p v đi u khi n tàu bi n.
Trong nghiên c u này, m t đ nh h ng ti p c n
t ng quan đ c đ xu t đ phát tri n h th ng t
đ ng đi u khi n tàu tránh va ch m trong t ng lai.
Trên c s nh ng phân tích lý thuy t hi n có c a bài
toán tránh va ch m trong th c t và nh ng d đoán
xu h ng phát tri n t đ ng hoá trong đi u khi n tàu

15


TẠP CHÍ

KHOA H C - CƠNG NGH
thu , nh ng đ xu t v c u trúc và thu t toán t đ ng
hoá c s c a h th ng đ c đ a ra.
C th , nghiên c u ch ra khung c s h th ng

tránh va t đ ng bao g m 3 ph n: Th nh t, các yêu
c u c n có c a h th ng đ c nh n di n; th hai, c u
trúc các kh i đ x lý và đ a ra hành đ ng đi u
khi n tàu; cu i cùng là thu t toán đ xu t cho h
th ng. T khung c s đ xu t, có th xây d ng chi
ti t các thành ph n c ng nh các thu t toán trong
t ng lai nh m ch t o h th ng trong th c t .
u đi m c a mơ hình đ xu t là xu t phát t th c
t v n hành và x lý tránh va c a ng i s quan hàng
h i, nên h th ng đ c xây d ng sau này s có kh
n ng làm vi c g n ho c gi ng v i th c t x lý c a
s quan thuy n viên h n. Nh ng kh i c u trúc đ
xu t trong h th ng s đ c nghiên c u phát tri n
sâu h n trong t ng lai.

2. C s lý thuy t tránh va ch m tƠu thuy n
2.1. Các tình hu ng t

ng quan

Theo quy t c qu c t v phòng ng a va ch m
tàu thuy n trên bi n (Colreg 1972), khi tàu thuy n
nhìn th y nhau b ng m t th ng s có 3 tr ng
h p (Hình 1) t ng quan, c th :

ISSN: 1859-316X

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY

2.2. Trách nhi m hành đ ng
Theo quy t c qu c t v phòng ng a va ch m tàu
thuy n trên bi n (Colreg 1972), tàu thuy n c n ph i
có nh ng hành đ ng phù h p tu thu c vào t ng tình
hu ng (Hình 2), c th :

Hình 2. Hành đ ng c a các tàu thuy n

T ng quan đ i h ng: Trong tr ng h p cho
phép, tàu thuy n ph i chuy n h ng m i c a mình
sang m n ph i đ đi qua m n trái c a nhau;
T ng quan v t nhau: Tàu thuy n v t ph i có
trách nhi m nh ng đ ng cho tàu thuy n b v t;
T ng quan c t h ng (tàu ch ph i nh ng
đ ng): Tàu thuy n ph i hành đ ng phù h p đ tránh
đi c t m i tàu đ c nh ng đ ng (b lái sang m n
ph i tàu mình);
T ng quan c t h ng (tàu ch đ c nh ng
đ ng): Tàu thuy n đ c nh ng đ ng c n gi
nguyên h ng đi và t c đ c a tàu mình.

2.3. Xác đ nh nguy c đâm va

Hình 1. Các tình hu ng g p nhau gi a các tàu

T ng quan đ i h ng: Khi hai tàu nhìn th y
nhau phía tr c m i c a tàu mình (t ng ng v i
góc m n kho ng t 00 đ n 5.70 so v i m i tàu c 2
phía m n tàu);
T ng quan c t h ng: Khi tàu thuy n quan sát

th y tàu thuy n khác 2 m n tàu thuy n mình t ng
ng v i góc m n t 00 đ n 112.50;
T ng quan v t nhau: Khi tàu ch quan sát th y
tàu m c tiêu đ ng sau tàu ch , v i góc m n t
112.50 đ n 247.50.

16

Hình 3. DCPA và TCPA

xác đ nh nguy c va ch m, c n thi t ph i xét
theo khu v c tàu thuy n đang hành trình, c th :
i v i tàu thuy n đang hành trình trên bi n và
i d ng, thì c s đ đánh giá nguy c va ch m là
các giá tr DCPA và TCPA [1].
T n t i nguy c va ch m gi a hai tàu khi:
 DCPA  min CPA

TCPA  0

(1)

Khi hành trình trong nh ng khu v c có m t đ

S

70 (04-2022)


TẠP CHÍ

ISSN: 1859-316X

KHOA H C - CƠNG NGH

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY

đông đúc tàu thuy n, thì khơng th s d ng các thơng
s DCPA và TCPA đ đánh giá nguy c va ch m đ c.
Trong tr ng h p đó, có th s d ng các khái ni m
vùng nguy hi m gi i h n (ship domain) [3].

ph i đ đi qua tàu m c tiêu an toàn. T i th i đi m T3,
tàu ch b lái chuy n h ng v m n trái đ đ a tàu
v đ ng đi đang hành trình, k t thúc quá trình đi u
đ ng tránh va ch m.
tính tốn các giá tr thay đ i h ng, t c đ ,
hay k t h p c h ng và t c đ cho đi u đ ng tránh
va, c n ph i d a vào các h th c tính tốn DCPA,
TCPA, và vùng gi i h n nguy hi m.

3.
xu t h ng ti p c n t đ ng hố đi u
khi n tƠu tránh va ch m

Hình 4. Vùng gi i h n nguy hi m (ship domain)

Nguy c đâm va trong tr ng h p này đ c xác
đ nh khi kho ng cách gi a hai tàu nh h n các kích

th c dsafe c a vùng gi i h n nguy hi m.

2.4. Ph

ng pháp đi u đ ng tàu

Trong ph n này, tác gi đ xu t m t khung c s
g m: Yêu c u đ i v i h th ng, c u trúc h th ng, và
thu t toán đ xu t đ xây d ng h th ng t đ ng hoá
đi u khi n tàu tránh va ch m. Khung c s này có
th xem nh n n t ng đ ti p t c phát tri n chi ti t h
th ng t đ ng tránh va trong t ng lai.

3.1. Nh n di n các yêu c u v i h th ng
xây d ng h th ng t đ ng đi u khi n tàu
tránh va ch m, h th ng c n ph i đáp ng nh ng yêu
c u c b n nh d i đây:
Th nh t: Các hành đ ng đi u khi n tàu tránh va
ch m ph i phù h p v i các quy đ nh đư đ c nêu rõ
trong quy t c qu c t v phòng ng a va ch m tàu
thuy n trên bi n (Colreg 1972);
Th hai:
x lý các thông tin tr ng thái c a tàu
ch và các tàu m c tiêu, các thi t b hàng h i ch báo
thông tin tàu ch , các c m bi n cho bi t thông tin tàu
m c tiêu ph i đ c trang b đ y đ ;

Hình 5. Ph

ng pháp đi u đ ng tránh va

Th c t , có 3 ph ng pháp đi u đ ng đ tránh va
ch m tàu thuy n, c th :
Ph ng pháp thay đ i h ng: Là cách th ng
xuyên đ c s d ng đ tránh va trên bi n. Theo
ph ng pháp này, bánh lái tàu thu đ c xoay v 2
m n đ đ a m i tàu v h ng m i;
Ph ng pháp thay đ i t c đ :
c s d ng khi
vi c thay đ i h ng b h n ch , ch ng h n nh các
tàu tránh nhau trong khu v c m t đ giao thông đông
đúc, hay khi tránh va trên lu ng;
Ph ng pháp k t h p: S d ng đ ng th i thay đ i
h ng và gi m t c đ . Ph ng pháp này ít đ c s
d ng ch s d ng trong nh ng tình hu ng kh n c p.
m
đi
c
đi

Ph ng pháp đi u đ ng tránh va đ c mô t qua
t ví d th c t hay g p trên bi n (Hình 5). T i th i
m T1, tàu ch quan sát th y tàu m c tiêu có nguy
đâm va v i tàu mình. T i th i đi m T2, tàu ch
u đ ng tàu mình chuy n h ng m i sang m n

S

70 (04-2022)

Th ba:
đ a ra các quy t đ nh đi u đ ng tàu
cho phù h p v i tình hu ng và quy t c tránh đâm va,
các h th ng t đ ng đi u khi n tàu tránh va ch m
b t bu c ph i có m t khâu ra quy t đ nh;
Th t : Sau khi đư đi u đ ng đ tránh va ch m,
h th ng ph i có kh n ng đ đi u khi n đ a tàu
quay tr v tuy n đ ng đang hành trình.

3.2.

xu t c u trúc h th ng

xây d ng h th ng tránh va ch m t đ ng tàu
thu , c n ph i tích h p nhi u khâu x lý khác nhau
trong c u trúc h th ng. Trong ph n này, tác gi đ xu t
m t c u trúc c b n cho h th ng t đ ng đi u khi n
tàu tránh va ch m (Hình 6), c u trúc g m các khâu:
Khâu x lý thông tin: nhi m v c a khâu này là
thu th p thông tin tr ng thái c a tàu ch và các tàu
m c tiêu nh : V trí tàu, h ng m i, h ng th c t ,
t c đ tàu, h ng và t c đ gió. Các thông tin tr ng
thái c a tàu m c tiêu thông qua k t n i v i các thi t
b l p đ t trên tàu nh : GPS, AIS, RADAR, ARPA,
CAMERA, các c m bi n khác,... T nh ng tr ng thái

17


TẠP CHÍ

KHOA H C - CƠNG NGH

JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY

c a tàu ch và các tàu m c tiêu, kh i này s xác đ nh
t ng quan gi a tàu ch v i các tàu m c tiêu là tình
hu ng nào trong các tình hu ng:
i h ng, c t
h ng, v t nhau. Bên c nh đó kh i này cịn có
nhi m v đánh giá xem có nguy c đâm va ti m n
gi a tàu ch v i các tàu m c tiêu hay không.
Khâu ra quy t đ nh: Kh i này làm nhi m v đ a
ra quy t đ nh đi u đ ng tàu, có th xem khâu này
nh b nưo con ng i đi u khi n tàu.
u ra c a
khâu này là nh ng hành đ ng: Gi h ng đi, thay
đ i h ng đi, thay đ i t c đ , k t h p thay đ i c
h ng đi và t c đ đ tránh va, hay b lái đ a tàu v
đ ng đi đang hành trình. Các quy t đ nh đi u đ ng
tàu này ph thu c vào t ng quan tình hu ng g p
nhau gi a tàu ch và tàu m c tiêu.
Khâu tính tốn tham s đi u đ ng: Kh i này có
nhi m v tính tốn tham s đi u đ ng tàu đ tránh va
nh : h ng m i tàu m i, t c đ c n gi m, hay h ng
m i tàu đ đ a tàu v đ ng đi đang hành trình.
Kh i đi u khi n: Kh i này làm nhi m v th c thi
các quy t đ nh đi u đ ng tàu nh thay đ i h ng,
gi m t c đ , hay k t h p c hai đ tránh va v i các
tàu thuy n có nguy c . Kh i này s tác đ ng tr c ti p

vào c c u lái tàu nh bánh lái đ chuy n h ng m i
tàu và c c u chân v t đ gi m t c đ .

3.3. Thu t toán t đ ng đi u khi n tàu tránh
va ch m
S đ (Hình 6) đ xu t thu t tốn tránh va t
đ ng cho tàu thuy n:
Tr

c tiên, tàu đ

c yêu c u bám tuy n đ

ISSN: 1859-316X

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI

ng đư

đ nh (tuy n đ ng này đ c thi t l p b i các s
quan hàng h i). B ng các trang thi t b l p đ t trên
tàu, thông tin tr ng thái tàu ch (v trí tàu, h ng m i,
h ng th c t , t c đ tàu) s đ c đ a vào kh i thu
th p và x lý thông tin.
Khi g p các tàu thuy n khác, b ng các thi t b
nh AIS, Raddar, ARPA, CAMERA, LASER h ng
ngo i s nh n di n các tàu m c tiêu và c ng s g i
v kh i thu th p và x lý thông tin các tr ng thái c a
các tàu thuy n m c tiêu nh : v trí tàu m c tiêu,
h ng m i, h ng th c t , t c đ tàu m c tiêu.

K t h p các thông tin tr ng thái tàu m c tiêu và
tàu ch , h th ng x lý thông tin s tính tốn và nh n
di n có nguy c va ch m gi a tàu ch v i các tàu
m c tiêu hay khơng, tàu nào có nguy c cao h n,...
u ra c a kh i x lý thông tin s là: Dưy các giá tr
th hi n nguy c đâm va gi a tàu ch v i các tàu
m c tiêu. Các dưy giá tr này s đ c đ a vào kh i ra
quy t đ nh đ đ a ra hành đ ng tránh va c th .
Khi nh n đ c các dưy giá tr th hi n nguy c va
ch m v i t ng tàu thuy n, kh i ra quy t đ nh s đ a
ra quy t đ nh đi u đ ng c th . Các hành đ ng đi u
khi n này đ c xác đ nh là: Gi h ng (tàu ch
đ c nh ng đ ng), chuy n h ng, thay đ i t c đ ,
hay k t h p chuy n h ng và gi m t c đ . Kh i này
đ c xem nh thành ph n quan tr ng nh t c a h
th ng t đ ng tránh va ch m vì nó gi ng nh b nưo
ng i s quan hàng h i ti p nh n thông tin, nh n
đ nh tình hu ng và đ a ra quy t đ nh hành đ ng đi u
đ ng tàu cho phù h p.

Hình 6. C u trúc và thu t toán h th ng t đ ng tránh va đ xu t cho tàu bi n

18

S

70 (04-2022)


TẠP CHÍ

ISSN: 1859-316X

KHOA H C - CƠNG NGH

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI
JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY

Sau khi đ a ra hành đ ng tránh va ch m c th ,
các tham s đi u đ ng đ tránh va đ c tính tốn
d a trên các tr ng thái đ ng h c c a tàu ch và tàu
m c tiêu c n tránh nhau t i th i đi m đang xét nh m
đ m b o yêu c u tránh nhau an toàn.
Các l nh đi u khi n nh : Thay đ i h ng bao
nhiêu, t c đ nên gi m v bao nhiêu, hay k t h p c
hai, chúng đ c đ a đ n kh i đi u khi n đ yêu c u
kh i đi u khi n th c thi các hành đ ng mong mu n
đ c đ a ra.
Kh i đi u khi n làm nhi m v đi u khi n thay
đ i tr ng thái tàu thông qua các c c u ch p hành
nh : Thay đ i góc b lái và thay đ i t c đ vòng tua
chân v t.
Các tr ng thái c a tàu ch và tàu m c tiêu th ng
xuyên đ c ph n h i v h th ng đ đánh giá tình
hu ng t c th i ph c v khâu ra quy t đ nh.
Sau khi đư tránh va ch m an toàn, h th ng l i
đ a ra quy t đ nh đ i h ng đ đi u khi n tàu quay
tr l i đ ng đi ban đ u nh m ti p t c hành trình.
Thu t tốn trên là n n t ng c b n đ ti p t c
phát tri n các thành ph n c u t o bên trong h th ng

sau này. V i m i kh i trong h th ng, thu t toán xác
đ nh đ u vào và đ u ra đ c x lý. T đó làm c n c
đ các nghiên c u trong t ng lai phát tri n các mơ
hình c th trong các kh i nh : Kh i đ a ra quy t
đ nh hành đ ng, kh i tính tốn tham s đi u đ ng, và
kh i đi u khi n.
Có th nh n th y r ng thu t toán c b n c a h
th ng đ c ch ra xu t phát t th c t x lý hành
đ ng c a ng i s quan. Do đó, v sau các h th ng
th c đ c xây d ng s làm vi c g n ho c gi ng v i
hành đ ng x lý c a ng i s quan hàng h i trong
vi c x lý tránh va ch m tàu thuy n. ây có th xem
nh u đi m c a thu t toán đ xu t.

4. M t s đ nh h

ng phát tri n h th ng

Trên c s mơ hình đ xu t trong nghiên c u này,
tác gi ch ra m t s đ nh h ng nghiên c u phát
tri n trong t ng lai đ có th xây d ng đ c h
th ng th c trên các tàu mô hình nh và d n ng d ng
trên các tàu thuy n th ng m i nh m tr giúp các s
quan hàng h i. Các b c nghiên c u ti p theo có th
k đ n nh :

c ng nh đ tin c y c a h ra quy t đ nh v i nhi u
bi n đ u vào, nhi u tình hu ng khác nhau;
Xây d ng h th ng tính tốn tham s đi u đ ng
c th ;

Xây d ng h th ng đi u khi n trên c s tham s
mơ hình tàu ch đ đi u khi n tàu theo l nh đi u
khi n đ a ra t kh i quy t đ nh và kh i tham s đi u
đ ng.

5. K t lu n
Trong nghiên c u này, tác gi đư đ xu t m t
đ nh h ng ti p c n c b n cho vi c xây d ng h
th ng t đ ng đi u khi n tàu tránh va ch m. nh
h ng này ch ra khung c s g m: nh n di n các
yêu c u c b n đ i v i h th ng đi u khi n, c u trúc
h th ng đ xu t, và thu t toán đi u khi n tàu t
đ ng tránh va c b n. D a trên khung c s đ xu t
c a h ng ti p c n này, có th đ nh h ng cho các
nghiên c u ti p theo nh m xây d ng chi ti t các
thành ph n (các kh i) c u thành trong h th ng tránh
va. Ngoài ra khung c s đ xu t c ng có th làm c
s đ xây d ng các thu t toán cho h th ng trong các
nghiên c u sau này. Trong các nghiên c u ti p theo,
tác gi s ch ra chi ti t các kh i c b n trong h
th ng đ xu t v i các đ u vào và đ u ra c th .

TÀI LI U THAM KH O
[1] Nguy n M nh C ng, Tr ng Thanh Bình.
Ph ng pháp đánh giá kh n ng va ch m tàu
thuy n d a trên h th ng t đ ng nh n d ng tàu
th y. T p chí Khoa h c cơng ngh Hàng h i, S
64 (11/2020), Tr.31-35, 2020.
[2] TS. Nguy n V n S ng. T đ ng đi u khi n tàu
thu , NXB Hàng h i, 160 tr. 2021.

[3] Rafal Szlapczynski, Joanna Szlapczynsk. Review
of ship safety domains: Models and applications.
Ocean Engineering, Vol.14, 15 Nov, pp.277-289,
2017.
Ngày nh n bài:
Ngày nh n b n s a:
Ngày duy t đ ng:

04/03/2022
21/03/2022
26/03/2022

Th nghi m các c m bi n, thi t b đ thu nh n,
nh n di n t t c các tàu m c tiêu có nguy c xung
quanh tàu, ki m tra m c đ tin c y c a các thi t b đó;
Xây d ng h th ng x lý thơng tin đ nh n di n
đ c t ng quan gi a tàu ch và các tàu m c tiêu;
Xây d ng thu t toán và ki m ch ng đ chính xác

S

70 (04-2022)

19