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
Viện Hàng Hải
Trường Đại học Giao thông vận tải
Thành phố Hồ Chí Minh
Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam


Trần Anh Kha
Sinh viên Viện Hàng Hải
Trường Đại học Giao thông vận tải
Thành phố Hồ Chí Minh
Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam


Tóm tắt—Vùng nguy hiểm xung quanh tàu (ship
safety domain) là một lý thuyết quan trọng để đánh giá
rủi ro nguy cơ đâm va trên biển, được nhắc đến lần đầu
tiên vào năm 1971 bởi Fuji, và cho đến nay các nghiên
cứu về vấn đề này đã đạt được nhiều thành tựu và tiếp
tục phát triển theo thời gian. Bài báo đề xuất mơ 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). Mơ hình
áp dụng trong tình huống đối hướng giữa hai tàu và áp

dụng được trên nhiều vùng biển khác nhau. Mơ hình sẽ
đóng góp đáng kể trong việc đánh giá rủi ro đâm va
thuộc lĩnh vực an tồn hàng hải.

tâm nhiều đó là vùng nguy hiểm xung quanh tàu (ship
safety domain-SSD). SSD được đề cập lần đầu tiên
vào năm 1971 bởi Fuji và cho đến nay các nghiên cứu
về SSD đã đạt nhiều thành tựu và tiếp tục được phát
triển. Các phương pháp để xác định SSD rất đa dạng,
trước đây chủ yếu dựa vào phương pháp khảo sát
thống kê và phân tích dữ liệu [2]-[4]. Phương pháp này
tiếp tục được phát triển và thay radar bằng AIS để có
nguồn dữ liệu tiên tiến, tối ưu hơn [5]. Mặc dù phương
pháp cần lượng lớn dữ liệu liên tục cập nhật và khu
vực khảo sát bị hạn chế không thể áp dụng cho nhiều
khu vực khác nhau, tuy nhiên phương pháp cũng đã
tính tốn đến yếu tố con người trong việc xác định
vùng nguy hiểm của SSD. Bên cạnh đó, một số SSD
áp dụng các phương pháp toán học (dựa vào các yếu
tố như: tốc độ, vị trí, hướng của tàu,…) đưa ra mơ hình
có độ chính xác cao và có thể áp dụng cho nhiều khu
vực khác nhau chỉ với ít dữ liệu [6]. Tuy nhiên đối với
phương pháp tốn học vẫn cịn khó khăn trong việc
tính tốn các yếu tố mơi trường và con người. Bài báo
giới thiệu một ý tưởng mới trong việc xây dựng SSD
có thể áp dụng cho nhiều khu vực khác nhau, tính tốn
và hạn chế tác động của môi trường đến hành động
tránh va bằng cách xác định vùng nguy hiểm xung
quanh tàu không được phép xâm nhập trong trường
hợp đối hướng, hỗ trợ việc lựa chọn thời điểm tránh

đâm va cho các sỹ quan tàu biển và hướng tới có thể
áp dụng cho hệ thống tránh va tự động trên tàu biển
trong tương lai.

Từ khóa—Vùng nguy hiểm, phương pháp đánh giá
rủi ro, khả năng quay trở.

I. GIỚI THIỆU
Tai nạn đâm va là một trong những tai nạn xảy ra
thường xuyên nhất trên biển. Tại Việt Nam theo báo
cáo tình hình tai nạn hàng hải trong những năm gần
đây của Cục Hàng hải Việt Nam, số lượng tai nạn đâm
va chiếm gần 80% các vụ tai nạn xảy ra cho tàu biển
Việt Nam. Các vụ tai nạn xảy ra đến từ nhiều nguyên
nhân khác nhau và hậu quả vô cùng nghiêm trọng đối
với con người, vật chất và môi trường biển. Trong
nhiều thập kỷ qua, vấn đề này đã thu hút rất nhiều nhà
nghiên cứu đề xuất các phương pháp hạn chế và ngăn
ngừa tai nạn đâm va, tuy nhiên đến nay tỉ lệ xảy ra tai
nạn trên biển vẫn xảy ra ở mức cao bởi có rất nhiều
nguyên nhân dẫn đến tai nạn con người không thể
kiểm sốt. Theo thống kê có đến 80% ngun nhân
của các vụ tai nạn đâm va xảy ra đến từ năng lực xử lý
các tình huống của thuyền viên [1]. Do đó, việc tự
động hóa con tàu nhằm giảm bớt áp lực và hỗ trợ cho
thuyền viên được các nhà nghiên cứu trên thế giới
hướng đến, trong đó có lĩnh vực nhận được nhiều quan

II. CƠ SỞ XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH
Từ việc xây dụng SSD dựa trên khả năng quay trở

của tàu, cần phân tích lựa chọn các khoảng cách liên
quan đến việc thực hiện tránh va để xây dựng mơ hình
một cách tối ưu.

245


Đinh Gia Huy, Trần Anh Kha

Hình 1. Vịng quay trở của tàu.

Các khoảng cách được áp dụng để xây dựng mơ
hình đó là:
 Advance: Khoảng cách tính từ trọng tâm tàu tại
vị trí từ bắt đầu bẻ lái đến khi quay được 90º theo chiều
dọc tính trên hướng chuyển dịch, gọi là khoảng dịch
chuyển dọc;

 Transfer: Khoảng dịch chuyển theo chiều ngang
là khoảng cách tính từ trọng tâm tàu khi đã quay được
90ºđến hướng ban đầu theo chiều ngang.
Trong các tình huống tiếp cận của tàu, cơ bản được
chia làm ba loại đó là: Đối hướng, cắt hướng, vượt. Cơ
sở xác định mơ 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 tồn

cho SSD là rất quan trọng. Theo khảo sát các tiêu chí
an tồn của các SSD khác nhau, nhìn chung các tiêu
chí an tồn thường được lựa chọn đó là:

 Tiêu chí 1: Tàu mục tiêu khơng nên đi vào vùng
phía trong SSD của tàu chủ;
 Tiêu chí 2: Tàu chủ khơng nên đi vào vùng phía
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
tiêu không nên xâm phạm nhau;

ra hành động tránh xâm nhập vào SSD của tàu mục
tiêu đảm bảo khoảng cách an toàn giữa hai tàu.

 Tiêu chí 4: Cả hai SSD của tàu chủ và tàu mục
tiêu nên xâm phạm vào nhau.

Bên cạnh lựa chọn tiêu chí an tồn cho SSD,
phương pháp để xác định các đường biên của SSD
cũng quan trọng không kém. Khoảng cách tối thiểu để
tránh va trong điều kiện hàng hải phụ thuộc vào khả
năng điều động của tàu, các yếu tố môi trrường và các
điều kiện giao thông thực tế tạo nên độ phức tạp cho
tình huống tránh va.

Phần lớn các SSD được thiết kế theo tiêu chí 1 và
tiêu chí 2. Đối với hai tiêu chí này, quan điểm xác định
khoảng cách an toàn tránh va là hồn tồn đối ngược
nhau. Với tiêu chí 1, dẫn đến việc tàu chủ bị động
trong việc tránh va khi trường hợp tàu chủ giữ hướng
đi và tàu mục tiêu nhường đường, nhưng tàu mục tiêu
không thực hiện hay thực hiện hành động tránh va
không kịp thời buộc tàu chủ phải hành động, lúc này
nguy cơ đâm va có thể xảy ra. Thay vào đó, tiêu chí 2
tương tự tiêu chí 1 nhưng giúp tàu chủ chủ động đưa

Vì vậy, các yếu tố liên quan đến xác định đường
biên của mô hình được cân nhắc trong phương pháp
xác định miền khác nhau. Bảng I mô tả một số yếu tố
thường được lựa chọn trong nghiên cứu SSD.

BẢNG I. CÁC YẾU TỐ THƯỞNG ĐƯỢC TÍNH ĐẾN TRONG NGHIÊN CỨU SSD.
Tốc độ

Tác giả

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
hợp với mơ hình SSD trên tàu mục tiêu trong trường
hợp đối hướng. Các yếu tố môi trường và yếu tố khả
năng điều động của tàu được xem xét lựa chọn làm
tham số để xác định đường biên của SSD. Để định
lượng được khả năng quay trở của tàu mục tiêu cũng
như các tác động của mơi trường trong q trình tránh
va, phương pháp toán học được cân nhắc và áp dụng.

III.ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH SSD
Bài báo sử dụng khả năng quay trở của tàu là
ngun tắc chính để xác định mơ hình SSD. Các đoạn
dịch chuyển dọc (Advance) và dịch chuyển ngang
(Transfer) của vịng quay trở, khoảng cách vượt qua

an tồn (the minimum distance for a safe passing) là
mục tiêu tính tốn và cơ sở để xác định mơ hình SSD.
Hình 3 mơ tả hình dạng mơ hình SSD được đề xuất.

Hình 3. Mơ 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
dựa trên việc tính tốn các chiều dài khoảng cách phía
trước mũi tàu, mạn trái, mạn phải và phía sau lái được
kí hiệu lần lượt là: Da, Dp, Ds và Da.
A. Xác định khoảng cách về phía trước mũi tàu

Khoảng cách an tồn về phía trước mũi tàu mục
tiêu phải xem xét đến khả điều động của cả hai tàu,

trong tình huống cả hai tàu đối hướng nhau, lúc này
khoảng cách Df nhỏ nhất bằng tổng hai đoạn dịch
chuyển về phía trước vịng quay trở (Advance of
turning circle) của tàu mục tiêu (Advt) và tàu chủ
(Advo). Hình 3 dưới đây mơ tả khoảng cách tránh va
về phía trước mũi tàu.

Hình 4. Mơ tả khoảng cách về phía trước trong tình huống đối hướng về phía trước.

Trong đó, Advt khơng được phát trong hệ thống
nhận dạng tự động (AIS), cần xây dựng cơng thức dự

đốn Advt của tàu mục tiêu. Một khảo sát đã được
thực hiện với việc ghi lại giá trị Advt của 150 tàu
thương mại [7]. Công thức được xây dựng thông qua
việc sử dụng phương pháp hồi quy có lựa chọn, mối
quan hệ giữa chiều dài, chiều rộng tàu mục tiêu kết
hợp với các đường hồi quy bậc 1, 2 được thiết lập, so
sánh và đưa ra kết quả cuối cùng qua công thức:
𝐴𝑑𝑣𝑡 = - 0.0028513𝐿2𝑡 + 4.2668𝐿𝑡 - 81.015
∆ = 𝑚𝑎𝑥0≤𝑖≤𝑛 √(𝑌̂𝑖 − 𝑌𝑖 )2 = 𝑚𝑎𝑥0≤𝑖≤𝑛 √𝑑𝑖2
Trong đó, Lt là chiều dài tàu mục tiêu. Sai số lớn
nhất trong việc thực hiện hồi quy (∆) được xác định
bằng giá trị dự đốn Advt (kí hiệu: 𝑌̂𝑖 ) và giá trị 𝐿𝑡 (kí
hiệu: 𝑌𝑖 ) trong hiệu suất vịng hồi quy. Sai số lớn nhất
của việc triển khai hồi quy (∆) được tính là khoảng
134,1614 m.

B. Xác định khoảng cách về phía hai bên mạn tàu

Trong quá trình tránh va, việc xác định thời điểm
bắt đầu tránh va và kết thúc hành động tránh va là cần
thiết nhằm đảm bảo an toàn giữa hai tàu. Trong bài
báo, xác định điểm kết thúc của hành động tránh khi
tàu đã đạt được góc 900 so với ban đầu theo chiều
ngang của tàu mục tiêu, tức khoảng cách dịch chuyển
ngang khi trọng tâm tàu đạt được 900 so với hướng ban
đầu theo chiều ngang (transfer of turning circle) của
tàu mục tiêu (Trt). Nguyên nhân của việc lựa chọn này,
vì cả hai tàu cùng hành động bẻ lái theo quy định của
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

bao an tồn. Hai tàu bẻ lái với góc vừa đủ (< 90º) để
đi qua nhau nhưng tàu luôn chịu ứng suất mơi trường
(gió, dịng chảy) lên thân tàu làm cho tàu bị trơi dạt
trong q trình tránh va có thể dẫn đến nguy cơ đâm
va không thể tránh khỏi.

248


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

Hình 5. Ảnh hưởng của gió lên vịng quay trở.

Khoảng cách an tồn cho tàu chủ vượt qua trong
trường hợp đối hướng là Ds và Dp của tàu mục tiêu
được tính bằng đoạn dịch chuyển ngang. Trong thực
tế, Ds và Dp không bằng nhau và phụ thuộc vào chiều

quay chân vịt của tàu mục tiêu. Bài báo giả định Ds và
Dp của tàu mục tiêu là bằng nhau. Hình 4 mơ tả
khoảng cách tránh về hai bên mạn tàu mục tiêu.

Hình 6. Mơ tả khoảng cách về phía hai bên mạn tàu mục tiêu trong tình huống đối hướng

Tương tự Advt, Trt khơng được phát đi trong AIS,
cần xây dựng cơng thức dự đốn Trt của tàu mục tiêu.
Một khảo sát đã được thực hiện với việc ghi lại giá trị
Trt của 40 tàu thương mại. Công thức được xây dựng
thông qua việc sử dụng phương pháp hồi quy có lựa
chọn, mối quan hệ giữa chiều dài, chiều rộng tàu mục

tiêu cùng với các đường hồi quy bậc 1, 2 được thiết
lập, so sánh và đưa ra kết quả cuối cùng qua công thức:

∆ = 𝑚𝑎𝑥0≤𝑖≤𝑛 √(𝑌̂𝑖 − 𝑌𝑖 )2 = 𝑚𝑎𝑥0≤𝑖≤𝑛 √𝑑𝑖2
Trong đó, Lt là chiều dài tàu mục tiêu. Sai số lớn
nhất khi thực hiện hồi quy (∆) được xác định bằng giá
trị dự đốn Trt (kí hiệu: 𝑌̂𝑖 ) và giá trị 𝐿𝑡 (kí hiệu: 𝑌𝑖 )
trong hiệu suất vịng hồi quy. Mối quan hệ giữa chiều
dài và đoạn dịch chuyển ngang của tàu được thể hiện
qua biểu đồ dưới đây (hình 7).

𝑇𝑟𝑡 = 0.0013𝐿2𝑡 + 0.7736𝐿𝑡 + 75.7891

249


Đinh Gia Huy, Trần Anh Kha
600
y = 0.0013x2 + 0.7736x + 75.7891

500

TRANSFER

400
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
đóng vai trị là khoảng cách nhỏ nhất để hai tàu đi qua
nhau an tồn sau tình huống tránh va, khoảng cách này
bằng MinPD (Minimum passing distance). Hình 1 mơ
tả khoảng cách Da. Một khảo sát được thực hiện với
60 sĩ quan hàng hải tham gia [7], từ đó thiết lập công
thức như sau:

[1] M. X. Hương, “Nghiên cứu năng lực của sỹ quan hàng
hải Việt Nam trong xử lý tình huống có đâm va tàu
biển trong trực ca độc lập,” Luận văn Tiến sĩ, Khoa
học hàng hải, trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Hải
Phòng, Việt Nam, 2020.

MinPD = 7.896𝐵𝑡 + 381.03 (m)

[3] E. M. Goodwin, “A statistical study of ship domains,"
The Journal of navigation”, vol. 28, no. 3, pp. 328-344,
1975. DOI:10.1017/S0373463300041230.

Trong đó, Bt là chiều rộng tàu mục tiêu, MinPD là
khoảng cách đi qua an toàn.
IV. KẾT LUẬN
Bài báo cho thấy vai trò SSD và ứng dụng của nó
trong cơng tác tránh đâm và hành hải. Đồng thời, đề
xuất mơ hình SSD mới trong tình huống đối hướng kết
hợp nhiều phương pháp và áp dụng được trong nhiều
khu vực biển, có khả năng giảm thiểu các rủi ro từ điều
kiện tự nhiên trong tình huống đâm va. Dựa vào kết
quả nghiên cứu và định hướng phát triển các nghiên
cứu tiếp theo sẽ tối ưu hóa SSD bằng cách tính tốn
đến các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp lên vịng quay trở
của tàu (sóng, gió, dịng chảy,…) và các yếu tố cố định
trên tàu (kích thước tàu, động cơ, bánh lái) nhằm nâng
cao tính chính xác của SSD. Bên cạnh đó các nghiên
cứu về thuật tốn tránh va áp dụng SSD được đề xuất
sẽ được tiến hành.

[2] Y. Fujii, K. Tanaka, “Traffic Capacity”, The Journal
of Navigation, vol. 24, no. 4, pp. 543-552, 1971.
DOI:10.1017/S0373463300022384.

[4] T. Coldwell, “Marine traffic behaviour in restricted
waters,” The Journal of Navigation, vol. 36, no. 3, pp.
430-444, 1983. DOI:10.1017/S0373463300039783.
[5] M. G. Hansen, T. K. Jensen, T. Lehn-Schiøler, K.
Melchild, F. M. Rasmussen, F. Ennemark, “Empirical
ship domain based on AIS data,” The Journal of
Navigation, vol. 66, no. 6, pp. 931-940, 2013.
DOI:10.1017/S0373463313000489.
[6] N. Wang, “An intelligent spatial collision risk based
on the quaternion ship domain,” The Journal of
Navigation, vol. 63, no. 4, pp. 733-749, 2010.
DOI:10.1017/S0373463310000202.
[7] G. H. Dinh, N. K. Im, “The combination of analytical
and statistical method to define polygonal ship domain
and reflect human experiences in estimating
dangerous area,” International Journal of e-Navigation
Maritime Economy, vol. 4, pp. 97-108, 2016.
DOI:10.1016/j.enavi.2016.06.009.

250