Xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ quản lý hoạt động của tàu tại cầu cảng cấm và cảng nam hải, hải phòng (Tóm tắt trích đoạn)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------------

Đào Quốc Khánh
XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ PHỤC VỤ QUẢN LÝ
HOẠT ĐỘNG CỦA TÀU TẠI CẦU CẢNG CẤM VÀ CẢNG
NAM HẢI, HẢI PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2017

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------------

Đào Quốc Khánh
XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ PHỤC VỤ QUẢN LÝ
HOẠT ĐỘNG CỦA TÀU TẠI CẦU CẢNG CẤM VÀ CẢNG
NAM HẢI, HẢI PHÒNG

Chuyên ngành:

Bản đồ, viễn thám và hệ thông tin địa lý

Mã số:

60440214

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thị Thúy Hằng
XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG

Giáo viên hướng dẫn

Chủ tịch hội đồng chấm luận văn
thạc sĩ khoa học

TS. Nguyễn Thị Thúy Hằng

PGS.TS Đinh Thị Bảo Hoa

Hà Nội - 2017
2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân
tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Nguyễn Thị Thúy Hằng
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này
trung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.

Đào Quốc Khánh

3

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các
thầy cô, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý
báu đó.
Trước hết, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS.
Nguyễn Thị Thúy Hằng, người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình cũng như định
hướng về phương pháp làm việc và phương pháp nghiên cứu, tạo mọi điều kiện để
tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong bộ môn Bản đồ,
Viễn thám và Hệ thông tin địa lý, các thầy cô trong khoa Địa lý, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt
những năm học vừa qua.
Tôi xin cảm ơn Tổng công ty Bảo đảm an toàn hàng hải miền Bắc, Cảng vụ
Hải Phòng đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn với gia đình, người thân và bạn bè về
sự động viên giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn.

Đào Quốc Khánh

4


MỤC LỤC

CHỮ VIẾT TẮT.............................................................................................. 9
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................. 10
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................... 11
1. Tính cấp thiết........................................................................................... 12
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................ 13

3. Nhiệm vụ nghiên cứu .............................................................................. 13
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................... 14
5. Phương pháp nghiên cứu......................................................................... 14
6. Cơ sở tài liệu ........................................................................................... 14
7. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................... 15
8. Bố cục của luận văn ................................................................................ 15
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA
LÝ QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TÀU ................................................... 16
1.1 Tổng quan công trình nghiên cứu cơ sở dữ liệu địa lý quản lý các hoạt
động của tàu ................................................................................................ 16
1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam ....... 16
1.1.2 Tổng quan công tác quản lý tại cảng Hải Phòng ........................... 17
1.1.3 Một số khái niệm sử dụng trong ngành hàng hải ........................... 18
1.2 Một số vấn đề về xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý ................................... 21
1.2.1 Khái niệm về cơ sở dữ liệu ............................................................ 21
1.2.2 Cơ sở dữ liệu nền địa lý ................................................................. 22
1.2.3 Cơ sở dữ liệu địa lý quản lý tàu thuyền ......................................... 25
1.2.4 Tình hình nghiên cứu cơ sở dữ liệu và áp dụng vào quản lý cảng tại
Việt Nam ................................................................................................. 27

5


1.3 Các phương pháp sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác
quản lý tàu thuyền tại cảng và quy trình nghiên cứu .................................. 28
1.3.1 Phương pháp thu thập phân tích dữ liệu ........................................ 28
1.3.2 Phương pháp bản đồ ....................................................................... 28
1.3.3 Phương pháp điều tra thực địa ....................................................... 29
1.3.4 Phương pháp GIS ........................................................................... 29
1.3.5 Quy trình nghiên cứu ..................................................................... 30

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA
TÀU THUYỀN .............................................................................................. 31
2.1 Chuẩn cơ sở dữ liệu quốc gia về hệ thông tin địa lý ............................. 31
2.1.1 Chuẩn thuật ngữ ............................................................................. 32
2.1.2 Chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý ........................................... 33
2.1.3 Chuẩn về hệ thống tham chiếu không gian .................................... 33
2.1.4 Chuẩn về phân loại đối tượng địa lý .............................................. 34
2.1.5 Chuẩn về siêu dữ liệu địa lý - Metadata......................................... 34
2.1.6 Chuẩn về chất lượng dữ liệu địa lý ................................................ 34
2.1.7 Chuẩn thể hiện trình bày dữ liệu địa lý .......................................... 35
2.1.8 Chuẩn về mã hóa trong trao đổi dữ liệu địa lý............................... 35
2.2 Thiết kế cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ công tác quản lý tàu tại cảng ..... 35
2.2.1 Khái niệm cơ sở dữ liệu theo chuẩn S-57 ...................................... 35
2.2.2 Cấu trúc của tiêu chuẩn .................................................................. 36
2.2.3 Lý thuyết mô hình dữ liệu của tiêu chuẩn S-57 ............................. 36
2.2.4 Tiêu chuẩn TC211 và tiêu chuẩn S-57 ........................................... 39
2.3 Khái niệm hệ thống thông tin địa lý thời gian thực .............................. 40
2.3.1 Hệ thống hiển thị thông tin hải đồ điện tử ECDIS ......................... 40

6


2.3.2 Hệ thống hiển thị hải đồ điện tử ECS ............................................ 42
2.4 Thiết kế cơ sở dữ liệu khu vực cầu Cảng Cấm và Nam Hải ................. 43
2.4.1 Đặc điểm chung của khu vực cảng Hải Phòng .............................. 43
2.4.2 Yêu cầu trong thiết kế cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ quản lý tàu
thuyền ...................................................................................................... 47
2.4.3 Thiết kế cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ quản lý tàu thuyền .............. 47
CHƯƠNG 3 – XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ PHỤC VỤ CÔNG
TÁC QUẢN LÝ TÀU TẠI CẢNG CẤM VÀ CẢNG NAM HẢI ............. 50

3.1 Công tác quản lý cảng và tàu thuyền tại cảng ....................................... 50
3.1.1 Quản lý theo dõi và dẫn tàu ........................................................... 50
3.1.2 Quản lý các yếu tố cơ sở hạ tầng cảng ........................................... 52
3.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ quản lý các hoạt động của tàu 53
3.2.1 Khảo sát thực tế và phân tích nhu cầu của các dạng người dùng .. 53
3.2.2 Lựa chọn công nghệ xây dựng cơ sở dữ liệu, lưu trữ và xử lý thông
tin ............................................................................................................. 54
3.2.3 Quy trình công nghệ xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý ........................... 56
3.2.3.1 Thu thập dữ liệu độ sâu tại khu vực nghiên cứu ......................... 57
3.2.3.2 Thu thập thông tin thuộc tính ...................................................... 61
3.2.3.3 Tham chiếu địa lý các loại tài liệu .............................................. 62
3.2.3.4 Xây dựng metatada và các nhóm dữ liệu khác ........................... 63
3.2.3.5 Chuẩn hóa theo S-57 các lớp thông tin của cơ sở dữ liệu địa lý
phục vụ quản lý các hoạt động của tàu tại khu vực cảng Cấm và cảng
Nam Hải .................................................................................................. 64
3.2.3.6 Đánh giá và kiểm tra dữ liệu ....................................................... 74
3.2.4 Kết quả sản phẩm dữ liệu phục vụ quản lý tàu thu được ................... 76

7


3.2.4.1 Hoàn thiện và đóng gói sản phẩm ............................................... 76
3.2.4.2 Nạp thử trên hệ thống thông tin địa lý thời gian thực ................. 77
3.3 Khai thác cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ các hoạt động của tàu tại cầu
Cảng Cấm và cảng Nam Hải trên Sông Cấm thuộc cảng Hải Phòng ......... 79
3.3.1 Phục vụ giám sát tàu thuyền tại cảng ............................................. 79
3.3.2 Phục vụ hoạt động dẫn tàu và các vận động trong vùng nước trước
cảng ......................................................................................................... 80
3.3.3 Phục vụ hoạt động truy vấn và tra cứu thông tin kho bãi, cầu cảng
................................................................................................................. 81

3.3.4 Các ứng dụng khác ......................................................................... 82
KẾT LUẬN .................................................................................................... 84
KIẾN NGHỊ ................................................................................................... 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 86
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 88
Phụ lục 1: Danh mục các đối tượng S-57 .................................................... 88
Phụ lục 2: Danh mục các thuộc tính trong S-57......................................... 93
Phụ lục 3: Danh mục các đối tượng yêu cầu bổ sung bởi người dùng ..... 98

8


CHỮ VIẾT TẮT
AIS

Automatic Identification System - Hệ thống nhận dạng tự
động

bENC

bathymetric Electronic Navigation Chart- Hải đồ điện tử
độ sâu

BAG

Bathymetric Attributed Grid - Lưới độ sâu có thuộc tính

CSDL

Cơ sở dữ liệu

ENC

Electronic Navigational Chart - hải đồ hàng hải điện tử

ECS

Electronic Chart System - hệ thống hải đồ điện tử

ECDIS

Electronic Chart and Display Information System – hệ
thống hiển thị thông tin hải đồ điện tử

XML

eXtensible Markup Language – ngôn ngữ đánh dấu mở
rộng

GIS

Geographic Information System - hệ thông tin địa lý

IHO

International Hydrographic Organization - Tổ chức thủy
đạc thế giới

IMO

International Maritime Organization - Tổ chức Hàng hải
thế giới

SOLAS

Safety of Lives at Sea – Hiệp định về an toàn sinh mệnh
trên biển

9


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Cơ sở dữ liệu nền trong mối quan hệ với dữ liệu chuyên đề ....................24
Hình 1. 2 Mô hình các lớp dữ liệu trong GIS ...........................................................25
Hình 1. 3 Quy trình nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu ...........................................30
Hình 2. 1 Mô hình cấu trúc đối tượng trong S-57 .....................................................37
Hình 2. 2 Miêu tả mô hình cấu trúc trong S-57 ........................................................38
Hình 2. 3 Các thành phần và lắp đặt ECDIS trên buồng lái .....................................41
Hình 2. 4 Tổng quan khu vực khảo sát và xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý .................46
Hình 2. 5 Mô hình phát triển cơ sở dữ liệu quản lý hoạt động của tàu tại cảng .......47
Hình 2. 6 Quy trình chuẩn hóa dữ liệu .DGN và S-57 ..............................................49
Hình 2. 7 Modul chuẩn hóa từ lớp dữ liệu Microstation sang đối tượng S-57 .........49
Hình 3. 1 Giám sát tàu thuyền trên trên nền ảnh vệ tinh Google Earth ....................51
Hình 3. 2 Tọa độ tàu trên hải đồ điện tử dự kiến theo từng khoảng thời gian khi cập
cảng trên hệ thống ECDIS.........................................................................................52
Hình 3. 3 Sơ đồ tổng quát quy trình công nghệ xây dựng CSDL địa lý khu vực .....56
Hình 3. 4 Mô hình đo sâu sử dụng máy đo đa tia .....................................................57
Hình 3. 5 Biểu diễn các tham số đo đạc ....................................................................58
Hình 3. 6 Bản vẽ kết quả đo đạc khu vực khảo sát dưới nước..................................61
Hình 3.7 Bản đồ chi tiết quy hoạch kho bãi tại cảng ................................................63

Hình 3.8 Dữ liệu Metadata cho cơ sở dữ liệu khu vực nghiên cứu ..........................64
Hình 3. 9 Chuẩn hóa thuộc tính lớp cơ sở dữ liệu nền địa lý....................................65
Hình 3. 10 Chuẩn hóa thuộc tính lớp cơ sở thủy đạc ................................................66
Hình 3. 11 Quy trình xây dựng bENC và BAG ........................................................71
Hình 3. 12 Sự hiển thị củadữ liệu bENC ..................................................................72
Hình 3. 13 Bề mặt đáy biển thể hiện với độ phân giải 1m và 5m ............................. 74
Hình 3. 14 Cơ sở dữ liệu kết hợp bề mặt đáy biển độ phân giải 1m .........................74
Hình 3. 15 Kiểm tra sự hợp lệ của cơ sở dữ liệu theo tiêu chuẩn S-58 ....................75
Hình 3. 16 Cấu trúc thư mục chứa bộ sản phẩm hải đồ điện tử ................................ 76
Hình 3. 17 Sử dụng cơ sở dữ liệu hải đồ điện tử kết hợp AIS để giám sát tàu .........80
Hình 3. 18 Sử dụng cơ sở dữ liệu cho nhiệm vụ dẫn đường và hỗ trợ cập cảng ......81
Hình 3. 19 Hiển thị cơ sở dữ liệu hải đồ điện tử trên phần mềm ArcGIS ................82
Hình 3. 20 Sử dụng cơ sở dữ liệu hải đồ điện tử cho mục đích dẫn đường trên thiết
bị di động hệ điều hành Android ...............................................................................83

10


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Danh mục các chuẩn ..................................................................................32
Bảng 3.1 Bảng thiết bị và chỉ tiêu kỹ thuật đo đạc ...................................................59

11


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Cảng biển là đầu mối trong vận chuyển hàng hóa, hành khách, là hạt nhân
trong quy hoạch phát triển các loại hình giao thông vận tải; lưu chuyển hàng hóa
trong nước, xuất nhập khẩu với số lượng lớn, giá thành thấp so với phương tiện

khác. Cảng biển là cơ sở hình thành trung tâm chuỗi logistics, là nhân tố quyết định
phát triển kinh tế - xã hội và an ninh - quốc phòng, góp phần trực tiếp và gián tiếp
thúc đẩy các ngành kinh tế khác, phát triển kinh tế xã hội khu vực, vùng miền, quốc
gia [5].
Cảng cũng chính là các điểm bắt đầu cũng như kết thúc của mỗi con tàu trên
một hành trình. Từ năm 2012 đến 2018 bắt buộc các tàu chở khách, chở dầu và chở
hàng lắp đặt Hệ thống hiển thị thông tin và hải đồ điện tử (ECDIS) theo quy định
của Tổ chức Hàng hải thế giới. Hải đồ điện tử hàng hải (Eletronic Navigational
Chart) được sử dụng trong các hệ thông tin địa lý thời gian thực ECDIS để hỗ trợ
dẫn đường cho tàu trong vùng nước tự do và vùng nước ven biển nhằm thay thế hải
đồ giấy.
Tuy nhiên, do đặc thù của yêu cầu hàng hải đối với cảng nên còn rất nhiều
thông tin cần thiết cho nhiệm vụ quản lý cảng không được đề cập trong các tiêu
chuẩn hiện tại cho hải đồ điện tử. Các nhiệm vụ thông thường như quay tàu, thả neo
và cập cảng yêu cầu thông tin đáng tin cậy, chi tiết và độ chính xác cao các đối
tượng vật lý trong cảng. Bên cạnh đó, hoa tiêu dẫn tàu vào cảng yêu cầu các thông
tin bổ sung về độ sâu và các đối tượng đặc thù ví dụ như: điểm thả neo, cọc bích,
cần trục nâng hàng… để thuận tiện hỗ trợ ra quyết định hàng hải trong các vùng
nước nhỏ hẹp hoặc trong cảng. Ngoài ra, tiêu chuẩn hiện tại cho khảo sát thủy đạc
của Tổ chức Thủy đạc thế giới S-44 mới chỉ đề cập đến độ chính xác của các đối
tượng dưới nước, chưa có các đánh giá và tiêu chuẩn cụ thể cho các đối tượng địa
hình, các đối tượng hỗ trợ hoạt động của tàu.

12


Cảng Hải Phòng là một trong các cảng lớn nhất Việt Nam với số lượng hàng
hóa thông qua hàng năm lên tới 80 triệu tấn, hoạt động hàng hải trên sông Cấm diễn
ra rất nhộn nhip với tàu rất nhiều quốc tịch tham gia. Tuy nhiên, sông Cấm đang trở
nên nhỏ hẹp và không thể mở rộng thêm về hai phía, do đó cần có các biện pháp

nhằm tối ưu hoạt động của tàu thuyền trong luồng trên sông này.
Tại Việt Nam hải đồ điện tử đã được Bộ Giao thông vận tải xây dựng và ban
hành quy chuẩn quốc gia nhằm áp dụng thống nhất cho các cơ quan thủy đạc
(TCVN 10337: 2015) [2], tuy nhiên hải đồ mới chỉ dừng lại ở mục đích chính cho
an toàn hàng hải trong vùng nước xa bờ và từ phao báo hiệu an toàn đến hết luồng
hàng hải. Các thông tin chi tiết trong khu vực trước cảng và các đối tượng đặc thù
phục vụ hoạt động quản lý, cập bến chưa được đề cập trong quy chuẩn này.
Do vậy, với đề tài nghiên cứu “Xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ quản
lý hoạt động của tàu tại cầu cảng Cấm và cảng Nam Hải, Hải Phòng ” học viên
sẽ cố gắng đưa ra những ý tưởng và giải pháp ứng dụng GIS một cách rộng rãi hơn,
toàn diện hơn để giải quyết các vấn đề còn tồn tại trên trong công tác quản lý các
hoạt động của tàu tại khu vực sông Cấm, Hải Phòng.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ công tác quản lý cảng và hỗ trợ các
hoạt động của tàu trong vùng nước trước cầu Cảng Cấm và cảng Nam Hải trên sông
Cấm, Hải Phòng tỷ lệ 1/2000.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu trên, đề tài đã tiến hành giải quyết các nhiệm vụ sau.
- Tổng quan các vấn đề liên quan đến hoạt động quản lý cảng và vận động hàng hải
tại vùng nước trước cảng.
- Phân tích các nhu cầu người dùng và xây dựng mô hình dữ liệu địa lý theo tiêu
chuẩn S-57, xây dựng dữ liệu có bổ sung yêu cầu mới.

13


- Xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ các hoạt động của tàu tại cầu Cảng Cấm và
cảng Nam Hải trên sông Cấm, Hải Phòng.
- Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý thời gian thực ECS/ECDIS vận hành kết hợp
cơ sở dữ liệu địa lý hàng hải.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Các lớp dữ liệu phục vụ nhiệm vụ quản lý và vận
hành tàu
Phạm vi không gian nghiên cứu: Không gian nghiên cứu được giới hạn trong
khu vực từ cầu cảng Đài Hải đến cảng Đoạn Xá trên sông Cấm, Hải Phòng.
5. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp thu thập phân tích dữ liệu: nhằm đánh giá tổng quan về vấn
đề nghiên cứu và làm rõ các nội dung cần nghiên cứu
- Phương pháp bản đồ: Phương pháp này giúp đọc và phân tích các tài liệu
bản đồ, hiển thị kết quả
- Phương pháp điều tra thực địa: để thu thập số liệu địa hình và độ sâu làm
rõ những vấn đề của thực tiễn, đánh giá nhu cầu và xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ
cho các nghiên cứu của đề tài. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa còn được sử
dụng để: thử nghiệm với dữ liệu kết quả tại khu vực thực địa để kiểm tra và đánh
giá các ưu việt so với các dạng dữ liệu trước đó.
- Phương pháp GIS: nhằm thiết kế, tổ chức xây dựng cơ sở dữ liệu thuộc tính
và không gian cho các thực thể tại khu vực nghiên cứu.
6. Cơ sở tài liệu
Tài liệu phục vụ cho đề tài bao gồm tài liệu do học viên tự thu thập được, tài
liệu điều tra khảo sát tại thực địa, chi tiết như sau:
- Cơ sở dữ liệu địa lý nền hải đồ tỷ lệ 1/25.000 khu vực luồng Sông Cấm
- Bản đồ quy hoạch chi tiết các cầu cảng và kho bãi tỷ lệ 1/500

14


- Bình đồ độ sâu khu vực vùng nước từ cầu cảng Đài Hải đến cầu cảng Đoạn Xá
trên luồng Sông Cấm, Hải Phòng
- Các thông báo hàng hải về thay đổi phát sinh tại khu vực trong quá trình nghiên

cứu
- Các quyết định của Bộ Giao thông vận tải về quy định vùng nước cảng vụ quản lý
và các khu vực khác
- Atlas hệ thống đèn biển Việt Nam
7. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học:
Kết quả nghiên cứu về lý luận của đề tài góp phần xây dựng cơ sở khoa học
trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý cho một chuyên đề cụ thể, trong phạm vi
nghiên cứu của luận văn giúp xác định cơ sở khoa học trong việc xây dựng cơ sở dữ
liệu phục vụ công tác quản lý các hoạt động của tàu trong vùng nước trước cảng.
- Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả thực nghiệm của để tài là sản phẩm tham khảo có giá trị cho công
tác quản lý cảng và hỗ trợ tàu thuyền nói chung và đáp ứng công tác quản lý tàu tại
khu vực Cảng Cấm và cảng Nam Hải nói riêng.
8. Bố cục của luận văn
Luận văn được trình bày trong 96 trang, với 21 hình, 2 bảng, nội dung các
chương ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn bao
gồm 3 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan cơ sở dữ liệu địa lý quản lý các hoạt động của tàu
Chương 2: Cơ sở dữ liệu địa lý quản lý các hoạt động của tàu
Chương 3: Xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ công tác quản lý tàu tại
Cảng Cấm và cảng Nam Hải.

15


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ
QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TÀU
1.1 Tổng quan công trình nghiên cứu cơ sở dữ liệu địa lý quản lý các hoạt động
của tàu

1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam
Trên thế giới
Trên thế giới, tại các cảng lớn người ta quản lý cảng theo mô hình chính
quyền cảng nhằm thống nhất quản lý cảng trong khu vực, tránh tình trạng phát triển
manh mún, tự phát, không đồng bộ [5]. Chính quyền cảng chịu trách nhiệm quản lý
giao thông trong cảng, điều động tàu trong cảng, điều phối việc đón trả hoa tiêu và
điều phối tàu trong khu vực cảng.
Các vận động của tàu tại cảng được tối ưu bằng cách áp dụng những phương
tiện kỹ thuật hiện đại và cơ sở dữ liệu chính xác, cập nhật liên tục. Tại cảng
Rotterdam, Hà Lan các nhà quản lý cảng đã phát triển dạng dữ liệu riêng để đáp ứng
với yêu cầu ngày càng tăng về sự hoạt động của các con tàu lớn hơn trong cảng khi
không thể tiếp tục mở rộng diện tích mặt bằng của cảng.Cảng vụ sử dụng cơ sở dữ
liệu địa lý để truy cập và cập nhật nhiều dạng thông tin trong cảng. Cơ sở dữ liệu
này đóng vai trò trung tâm trong việc quản lý môi trường làm việc, quản lý giao
thông hàng hải, lập kế hoạch khu vực, phát triển cảng và phản ứng với sự cố.
Trong nước
Trong những năm gần đây, ở nước ta, sự phát triển của công nghệ GIS đã hỗ
trợ đắc lực cho công tác quản lý cảng và hỗ trợ dẫn tàu. Thông qua các dự án khác
nhau, một số thông tin về cảng và các công trình phụ trợ đã từng bước được nâng
cấp và quản lý bằng hệ thống tin học và công nghệ GIS. Hải quân Việt Nam đã xây
dựng nhiều bản đồ, bao gồm cả hải đồ điện tử ở các tỷ lệ nhằm phục vụ các yêu cầu
hàng hải khác nhau như tổng đồ, hải đồ ven biển, lối vào cảng...Cục Hàng hải, Bộ
Giao thông vận tải cũng đã có những dự án triển khai lắp đặt thiết bị dẫn đường và
giám sát quản lý báo hiệu hàng hảitrên nền cơ sở dữ liệu địa lý dựa vào công nghệ
nhận dạng tự động AIS.

16


Tuy nhiên, đến thời điểm hiện tại việc quản lý cảng và tàu thuyền trong cảng

vẫn còn nhiều hạn chế, chưa phát huy hết thế mạnh của hải đồ điện tử và hệ thống
giám sát tàu thuyền, vẫn xảy ra mất an toàn trên biển và trên sông, điển hình là vụ
việc năm 2010 khi xảy ra va chạm nghiêm trọng giữa các tàu chở hàng và cầu Bính
làm gián đoạn giao thông trong một thời gian dài [6]. Các vụ việc tàu va chạm nhau
trong cảng vẫn xảy ra do thiếu sự thực thi và áp dụng nghiêm ngặt quy định về công
nghệ hải đồ điện tử và ECDIS.
Những con tàu lớn vào cảng vẫn rất hạn chế và phụ thuộc toàn bộ vào hoa
tiêu dẫn đường, các báo hiệu hàng hải, khi đến vùng nước trước cầu cảng, công tác
cập cảng hết sức khó khăn vì thiếu thông tin chi tiết về độ sâu và địa hình tại cầu
cảng. Hải đồ điện tử chưa phát huy hết tác dụng vì sự thiếu thông tin và tính chất
cập nhật.
1.1.2 Tổng quan công tác quản lý tại cảng Hải Phòng
Công tác quản lý cảng biển, các cầu cảng được chia làm 2 lĩnh vực: Quản lý
Nhà nước cảng biển và quản lý khai thác cảng biển.
Quản lý Nhà nước cảng biển
Quản lý Nhà nước cảng biển là việc ban hành các văn bản quy phạm pháp
luật quản lý cảng biển và hoạt động tại cảng biển; ban hành chiến lược và chính
sách phát triển cảng biển; lập và công bố quy hoạch phát triển cảng biển, giám sát
thực hiện quy hoạch cảng biển, quản lý việc đầu tư xây dựng phát triển cảng biển.
Theo quy hoạch phát triển hệ thống cảng biển Việt Nam đến 2020, định
hướng đến 2030, Hải Phòng được xác định là cảng cửa ngõ quốc tế (loại IA), là
cảng tổng hợp quốc gia, tiêu biểu nhất của khu vực phía Bắc [6].
Quản lý cảng biển còn là ban hành và tổ chức thu các loại phí, lệ phí cảng
biển. Đồng thời, quản lý cảng biển là thực hiện thủ tục hải quan đối với hàng hóa,
phương tiện tại cảng biển; điều động tàu thuyền ra vào, hoạt động tại cảng biển; thủ
tục về biên phòng đối với con người, kiểm dịch y tế, động vật, thực vật với con

17

người, hàng hóa tại cảng biển; thanh tra, kiểm tra bảo đảm an toàn hàng hải, an ninh
hàng hải và phòng ngừa ô nhiễm môi trường…
Quản lý khai thác cảng biển
Quản lý khai thác cảng biển là việc tổ chức quản lý khai thác cầu, bến: Bốc
dỡ, vận chuyển, lưu kho bãi, đón trả hành khách; quản lý khai thác khu đất hậu cần
sau cảng, khu công nghiệp phụ trợ; cung cấp dịch vụ phụ trợ tại cảng: Hoa tiêu, lai
dắt, đại lý hàng hải, cung ứng vật tư, sửa chữa; đầu tư, cho thuê kết cấu hạ tầng cầu
bến, hậu cần; kiểm tra, giám sát hoạt động khai thác của nhà khai thác tại cảng biển
và lập kế hoạch xây dựng phát triển kết cấu hạ tầng cầu, bến cảng biển theo từng
giai đoạn.
1.1.3 Một số khái niệm sử dụng trong ngành hàng hải
Để xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý phục vụ công tác quản lý các hoạt động của
tàu tại cầu Cảng Cấm và cảng Nam Hải, Hải Phòng, đề tài luận văn đã bổ sung thêm
một số khái niệm về các đối tượng đặc thù như sau:
- Bến cảng bao gồm cầu cảng, kho, bãi, nhà xưởng, trụ sở, cơ sở dịch vụ, hệ
thống giao thông, thông tin liên lạc, điện, nước, luồng vào bến cảng và các công
trình phụ trợ khác.
- Cầu cảng là kết cấu cố định thuộc bến cảng, được sử dụng cho tàu biển neo
đậu, bốc dỡ hàng hóa, đón, trả hành khách và thực hiện các dịch vụ khác.
- Vùng đón trả hoa tiêu là vùng nước được thiết lập và công bố cho tàu
thuyền neo đậu để đón trả hoa tiêu hàng hải.
- Vùng kiểm dịch là phần giới hạn thuộc vùng nước cảng biển được thiết lập
và công bố cho tàu thuyền neo đậu để thực hiện việc kiểm dịch theo quy định của
pháp luật.
- Vùng quay trở của tàu thuyền là phần giới hạn thuộc vùng nước cảng biển
được thiết lập và công bố để tàu thuyền quay trở.

18

- Khu neo đậu là phần giới hạn thuộc vùng nước cảng biển được thiết lập và
công bố để tàu thuyền neo đậu chờ cập cầu, cập tàu chứa dầu khí, chờ vào khu
chuyển tải, chờ đi qua luồng hoặc thực hiện các dịch vụ hàng hải liên quan khác.
- Khu chuyển tải là phần giới hạn thuộc vùng nước cảng biển được thiết lập
và công bố để tàu thuyền neo đậu thực hiện chuyển tải hàng hóa, hành khách.
- Khu tránh bão là phần giới hạn thuộc vùng nước cảng biển được thiết lập
và công bố để tàu thuyền neo đậu tránh bão.
- Khu nước, vùng nước bao gồm vùng đón trả hoa tiêu, vùng kiểm dịch, vùng
quay trở tàu, khu neo đậu, khu chuyển tải, khu tránh bão trong vùng nước cảng
biển.
- Luồng hàng hải công cộng là luồng cảng biển được đầu tư xây dựng và
quản lý, khai thác phục vụ hoạt động chung của cảng biển.
- Luồng hàng hải chuyên dùng là luồng nhánh cảng biển và luồng hàng hải
khác được đầu tư xây dựng và quản lý, khai thác phục vụ hoạt động của cảng
chuyên dùng.
- Thông báo hàng hải là văn bản do cơ quan có thẩm quyền ban hành, công
bố để cung cấp thông tin, chỉ dẫn cho người đi biển và tổ chức, cá nhân liên quan
nhằm bảo đảm an toàn hàng hải, an ninh hàng hải và phòng ngừa ô nhiễm môi
trường.
- Báo hiệu hàng hải là thiết bị hoặc công trình, tàu thuyền dùng làm báo hiệu
hàng hải được thiết lập và vận hành trên mặt nước hoặc trên đất liền để chỉ dẫn cho
người đi biển và tổ chức, cá nhân liên quan định hướng, xác định vị trí của tàu
thuyền.
- Tàu thuyền bao gồm tàu biển, tàu quân sự, tàu công vụ, tàu cá, phương tiện
thủy nội địa, thủy phi cơ và các phương tiện thủy khác.
- Khu thả neo là khu vực trong đó nhiều tàu thả neo hoặc có thể thả neo

19

- Bến thả neo là một khu vực thiết kế trên mặt nước để một con tàu hoặc
phương tiện hàng hải thả neo
- Bến là một khu vực được đặt tên hoặc đánh số để một con tàu neo đậu tại
cầu cảng
- Phao là một đối tượng nổi neo với đáy biển bằng dây xích tại một khu vực
cụ thể nhằm hỗ trợ hàng hải hoặc cho mục đích thủy đạc khác như xác định giới hạn
luồng, nguy hiểm độc lập, vùng nước an toàn, công trình đang xây dựng...
- Tiêulà một đối tượng đặc biệt nổi bật để tạo nên một điểm dễ nhận biết
phục vụ cho an toàn hàng hải hoặc mục đích thủy đạc.
- Điểm kiểm tra là một khu vực chính thức để đăng ký, khai báo hoặc kiểm
tra hàng hóa hoặc con người
- Cần trục là một thiết bị để nâng hạ, bốc dỡ, dịch chuyển đối tượng hoặc các
vật liệu bằng trục xoay hoặc thiết bị di động theo tuyến cố định.
- Tuyến phà là một tuyến trong đó phà chạy từ bờ này sang bờ khác.
- Đốc nổi là một cấu trúc gồm nhiều phần trong đó có những phần được điều
khiển để ngập nước và nổi lên cho mục đích nhận tàu vào sửa chữa, bảo trì.
- Cơ sở thả neo là một thiết bị hoặc cấu trúc sử dụng để neo tàu, ví dụ cọc
bích, dây xích, phao buộc tàu...
- Ngư trường là tập hợp lồng, lưới và các cọc nổi để nuôi trồng các loại thủy
hải sản.
- Đường hàng hải là một đường thẳng định hướng đến một khu vực quan
tâm, thường được xác định bằng hai báo hiệu hàng hải hoặc một báo hiệu và một
phương vị.
- Khu vực hạn chế là khu vực thiết kế bởi cơ quan có thẩm quyền trong đó
hàng hải bị hạn chế tuân theo các điều khoản nhất định.

20


- Vật cản hàng hảilà bất kỳ một đối tượng nào có thể ngăn cản sự di chuyển,

đặc biệt là có thể gây nguy hiểm cho tàu, ví dụ: cọc ngầm, các thiết bị đánh cá
không còn sử dụng...
1.2 Một số vấn đề về xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý
1.2.1 Khái niệm về cơ sở dữ liệu
Hiện nay, thuật ngữ cơ sở dữ liệu được hiểu như một hệ thống các thông tin
được sắp đặt cho một mục đích sử dụng cụ thể và được thiết kế quản lý và lưu trữ
trong máy tính. Có rất nhiều loại hình cơ sở dữ liệu, chúng được xử lý bằng phần
mềm quản lý cơ sở dữ liệu.
Đặc điểm của hệ thống CSDL GIS là dữ liệu số, bao gồm dữ liệu thuộc tính
và dữ liệu không gian tại một khu vực địa lý nhất định. Cơ sở dữ liệu địa lý là một
hợp phần cơ bản của Hệ thống thông tin địa lý, được tổ chức, lưu trữ, khai thác và
sử dụng theo một mục đích cụ thể trong GIS. CSDL địa lý được tổ chức theo kiểu
quan hệ, trong đó số liệu được lưu trữ, sắp xếp theo các bảng ghi chứa các đối
tượng và các giá trị thuộc tính. Cơ sở dữ liệu địa lý là một cơ sở dữ liệu đặc biệt
gồm các dữ liệu về vị trí, hình dạng không gian của các đối tượng địa lý được thể
hiện dưới dạng điểm, đường, vùng, ô mạng (pixel) với các giá trị thuộc tính phi
không gian của chúng.
Đặc điểm nổi bật của CSDL đó là bao gồm các thông tin đã được sắp xếp và
gắn với một lãnh thổ nhất định. Dữ liệu này phải bao gồm và quản lý cả hai dạng
thông tin: không gian và thuộc tính. Các hệ thống quản trị CSDL thuần túy chỉ quản
lý thông tin thuộc tính mà không có thông tin không gian. CSDL là một phần quan
trọng nhất của hệ thông tin địa lý và được gọi là nhân của hệ thống. Những đặc
điểm của dữ liệu địa lý và phương pháp quản lý của hệ thông tin địa lý như trên đã
tạo nên đặc thù của CSDL địa lý. Đây là một CSDL đặc biệt gồm các dữ liệu về vị
trí, hình dạng không gian của các đối tượng địa lý thể hiện dưới dạng điểm, đường,
vùng trong cấu trúc vector hoặc các ô vuông trong cấu trúc raster với các giá trị
thuộc tính phi không gian của chúng.

21

Một đặc điểm nữa của CSDL thông tin địa lý đó là được tổ chức theo kiểu
quan hệ, trong đó số liệu được lưu trữ, sắp xếp theo các bản ghi chứa các đối tượng
và giá trị thuộc tính.
Mối liên kết các dữ liệu phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hai loại thông
tin. Mối liên kết đảm bảo cho mỗi đối tượng địa lý đều được gắn liền với các thông
tin thuộc tính, phản ánh đúng hiện trạng và các điểm riêng biệt của đối tượng. Đồng
thời qua nó, người sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng
theo yêu cầu thông qua bộ xác định hay chỉ số index.
1.2.2 Cơ sở dữ liệu nền địa lý
a . Cơ sở dữ liệu nền địa lý
Cơ sở dữ liệu nền địa lý là sản phẩm được xây dựng từ dữ liệu của tập hợp
các đối tượng địa lý dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật nhất định (ví dụ: OGC, ISO
TC211, …), có khả năng mã hoá, cập nhật và trao đổi qua các dịch vụ truyền tin
hiện đại. Định dạng mở, không phụ thuộc vào phần mềm gia công dữ liệu.
Cơ sở dữ liệu nền địa lý là CSDL địa lý để mô tả thế giới thực ở mức cơ sở,
có độ chi tiết và độ chính xác đảm bảo để làm “nền” cho các mục đích xây dựng các
hệ thống thông tin địa lý chuyên đề khác nhau. Mỗi khu vực địa lý cần được mô tả
bởi loại dữ liệu “ nền ” phù hợp sao cho mức độ khái lược và thu nhỏ mô hình thực
địa là ít nhất, cho phép đủ phục vụ đa mục đích. Theo đó, tuỳ thuộc vào mô hình
quản lý, khai thác ứng dụng, cập nhật sản phẩm dữ liệu địa lý để định hướng cho
công tác đo đạc xây dựng CSDL nền trên phạm vi cả nước hoặc theo khu vực địa lý
phục vụ đa mục đích (ví dụ CSDL nền địa lý ở tỷ lệ 1/10.000 bao trùm toàn bộ lãnh
thổ; CSDL nền địa lý ở tỷ lệ 1/2000, 1/5000 sẽ có mức độ chi tiết và độ chính xác
cao hơn, thường dành cho các khu vực đô thị, thành phố…).
Tài liệu mô tả sản phẩm dữ liệu nền địa lý được xây dựng trên cơ sở các văn
bản hướng dẫn áp dụng Quy chuẩn thông tin địa lý cơ sở Quốc gia cho từng loại
CSDL nền [1].

22

Các quy chuẩn của chuẩn thông tin địa lý cơ sở quốc gia:
+ Quy chuẩn mô hình cấu trúc dữ liệu địa lý.
+ Quy chuẩn mô hình khái niệm không gian.
+ Quy chuẩn mô hình khái niệm thời gian.
+ Quy chuẩn phân loại đối tượng địa lý.
+ Quy chuẩn hệ quy chiếu toạ độ.
+ Quy chuẩn siêu dữ liệu địa lý.
+ Quy chuẩn chất lượng dữ liệu địa lý.
+ Quy chuẩn trình bày dữ liệu địa lý.
+ Quy chuẩn mã hoá trong trao đổi dữ liệu địa lý.
b. Cấu trúc về cơ sở dữ liệu nền địa lý
Cơ sở dữ liệu nền địa lý là một hệ thống những dữ liệu mà các hệ thông tin
địa lý trong cùng một địa bàn (vùng quản lý) đều cần đến và có thể sử dụng chung.
Cơ sở dữ liệu nền = ∩ Cơ sở dữ liệu chuyên ngành
Sau khi cơ sở dữ liệu nền địa lý được xây dựng một cách chuẩn mực, các hệ
thống cơ sở dữ liệu không gian chuyên ngành có thể phát triển độc lập mà không
cần theo trình tự các nhóm chuyên ngành tài nguyên thiên nhiên, môi trường, hạ
tầng kỹ thuật, địa chính, kinh tế - xã hội [1].

23


Hình 1. 1 Cơ sở dữ liệu nền trong mối quan hệ với dữ liệu chuyên đề
Hầu hết các chuyên gia trên thế giới đều cho rằng dữ liệu nền địa lý gồm 8 lớp
 Cơ sở toán học.
 Dân cư.
 Địa giới hành chính và ranh giới.
 Cơ sở hạ tầng giao thông.

 Thủy hệ và các đối tượng có liên quan.
 Thực vật.
 Địa hình.

24


Hình 1. 2 Mô hình các lớp dữ liệu trong GIS
1.2.3 Cơ sở dữ liệu địa lý quản lý tàu thuyền
Cơ sở dữ liệu địa lý quản lý tàu thuyền là một dạng cơ sở dữ liệu hàng hải có
nền tảng tích hợp công nghệ thông tin và địa lý để cung cấp một giải pháp toàn diện
cho phép tương tác tất cả các thông tin tăng cường khả năng kiểm soát và ra quyết
định hàng hải, điều hành cảng vụ, hỗ trợ hoạt động vận động của tàu trên biển, giám
sát tàu thuyền, các hoạt động nạo vét…
Cơ sở dữ liệu địa lý tàu thuyền bao gồm phần chính là các hải đồ (giấy và
điện tử), kết hợp cùng với một số các ấn phẩm bổ sung như bảng thủy triều, hướng
hành hải, danh mục đèn biển, danh mục tín hiệu vô tuyến…Hải đồ chứa đựng đầy
đủ các thông tin cần thiết cho an toàn hàng hải, hầu hết các chi tiết và thông tin thủy
thủ yêu cầu nằm dưới bề mặt nước và không nhìn thấy tại thực địa, ví dụ: dữ liệu về
đá ngầm, các vật cản hàng hải, hình dáng các đảo và bãi đá, các cơ sở hạ tầng trong
cảng, tuyến hàng hải, thủy triều và dòng triều. Sự an toàn của một con tàu phụ thuộc
vào độ chính xác của các chi tiết được biên tập, sự miêu tả các đối tượng mà thủy

25