Các thiết bị vô tuyến điện và nghi khí hàng hải trong hệ thống GMDSS

Các thiết bị vô tuyến điện và nghi khí hàng hải trong hệ thống GMDSS Các thiết bị vô tuyến điện và nghi khí hàng hải trong hệ thống GMDSS Các thiết bị vô tuyến điện và nghi khí hàng hải trong hệ thống GMDSS Các thiết bị vô tuyến điện và nghi khí hàng hải trong hệ thống GMDSS Các thiết bị vô tuyến điện và nghi khí hàng hải trong hệ thống GMDSS Các thiết bị vô tuyến điện và nghi khí hàng hải trong hệ thống GMDSS Các thiết bị vô tuyến điện và nghi khí hàng hải trong hệ thống GMDSS

LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể thầy cô giáo Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, thầy cô giáo khoa Điện – điện tử dốc nhiều tâm huyết dạy dỗ, truyền đạt kiến thức quý báu suốt bốn năm học trường, giúp em có sở lý thuyết vững vàng để ứng dụng vào thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy Ngô Xuân Hường, người tận tình bảo em suốt trình thực đồ án Em xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị công ty Cổ phần điện tử Hàng hải bảo, cung cấp cho em kinh nghiệm quý báu khoảng thời gian thực tập tốt nghiệp Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn đến gia đình bạn bè ủng hộ, động viên trình học tập thực đồ án LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết : Những nội dung đồ án tốt nghiệp thực hướng dẫn thầy Ngô Xuân Hường Mọi tham khảo dùng đồ án trích dẫn rõ ràng nguồn trích dẫn Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Sinh viên Phạm Chí Tuyền MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AIS : Automatic Iden tification System – Hệ thống tự động nhận dạng COSPAS-SARSAT : Hệ thống vệ tinh quỹ đạo cực Nga, Mỹ, Pháp Canada phát triển DSC: Digital Selective Calling – Phương thức gọi chọn số ECDIS : Electronic Chart Display and Information System – Hệ thống thông tin thị hải đồ điện tử EGC : Enhanced Group Call – Gọi nhóm tăng cường EPIRB : Emergency Position Indicating Radio Beacon – Phao vô tuyến báo vị trí khẩn cấp FEC : Forward Error Correction – Phương pháp sửa lỗi trước GMDSS : Global Maritime Distress Safety System – Hệ thống thông tin An toàn cứu nạn hàng hải toàn cầu GPS : Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu GT : Gross Tonnage – Đơn vị đo dung tích tàu HF: High Frequency – Dải tần số cao IMO : International Maritime Organization – Tổ chức hàng hải quốc tế INMARSAT : International Maritime Satellite Organization – Tổ chức thông tin vệ tinh hàng hải quốc tể ITU: International Telecommunication Union – Liên minh viễn thông quốc tế LES :Land Earth Sation – Trạm đài bờ mặt đất MF : Medium Frequency – Dải tần số trung bình MMSI :Maritime Mobile Service Identification – Mã số nhận dạng thuê bao hàng hải NAVTEX : Navigation Telex – Hệ thống thu thông tin an toàn hàng hải in chữ trực tiếp NBDP : Narrow Band Direct Printing – Phương thứ điện báo in trực tiếp băng hẹp NCS : Network Control Centre – Trung tâm điều hành mạng Radar : Radio Detection And Ranging – xác định đo khoảng cách tín hiệu vô tuyến điện SAR : Search And Recure : Công ước quốc tế Tìm kiếm Cứu nạn SART : Search And Recure Radar Transponder – Thiết bị phát đáp Radar tìm kiếm cứu nạn SOLAS : Safety Of Life At Sea – Công ước An toàn sinh mạng biển SSAS : System – Hệ thống báo động an ninh tàu biển VDR :Voyage data recorder – Thiết bị ghi liệu hành trình VHF: Very High Frequency – Dải tần số cao BGTVT : Bộ Giao thông vận tải QCVN : Quy chuẩn Việt Nam VTĐ : Vô tuyến điện DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Tên bảng Tần số Cấp cứu, Khẩn cấp An toàn Tần số dùng cho gọi chọn số DSC cho liên lạc thông thường tàu đài thông tin duyên hải dải MF Tần số dùng cho gọi chọn số DSC cho liên lạc thông Trang 4 Bảng 1.4 Bảng 1.5 thường tàu đài thông tin duyên hải dải HF Số lượng thiết bị hàng hải tàu hoạt động tuyến quốc tế Số lượng thiết bị hàng hải tàu hoạt động tuyến nội địa 11-14 15-16 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Tên hình Sơ đồ khối cấu trúc máy phát VTĐ Sơ đồ khối cấu trúc máy thu VTĐ Các khối lắp đặt vị trí thiết bị VHF Các khối lắp đặt vị trí thiết bị MF/HF Các khối lắp đặt vị trí thiết bị INMARSAT C Các khối lắp đặt vị trí thiết bị NAVTEX Cấu hình hệ thống Hải đồ điện tử Các khối lắp đặt kết nối Hải đồ điện tử Radar quét mục tiêu hình ảnh hiển thị Trang 18 19 22 24 26 29 32 34 35 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 4.1 Hình 4.2 Sơ đồ khối Radar hàng hải Các khối lắp đặt vị trí thiết bị Radar Sơ đồ khối thiết bị đo tốc hàng hải Các khối lắp đặt vị trí thiết bị đo sâu Các khối lắp đặt vị trí thiết bị AIS Sắp xếp thiết bị buồng lái Sắp xếp Anten tàu 36 38 40 41 43 45 47 LỜI MỞ ĐẦU Các thiết bị vô tuyến điện nghi khí hàng hải hệ thống GMDSS có vai trò đặc biệt quan trọng công tác đảm bảo an toàn hàng hải Các thiết bị đáp ứng thông tin thông thường, thông tin cứu nạn an toàn cho tàu hành hải biển, đồng thời cung cấp thông tin hàng hải cần thiết cho sĩ quan điều khiển tàu, giảm thiểu nguy nguy hiểm xảy tàu Đảm bảo an toàn tính mạng tài sản cho tàu hoạt động biển Các trang thiết bị vô tuyến điện nghi khí hàng hải yêu cầu phải lắp đặt, bố trí phù hợp với tiêu chuẩn, quy định quốc tế để đảm bảo thiết bị hoạt động tốt ổn định Vì em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp: “Tìm hiểu thiết bị vô tuyến điện nghi khí hàng hải” để tìm hiểu sâu chức thiết bị vô tuyến điện nghi khí hàng hải Hiểu biết khối lắp đặt cách bố trí, xắp xếp thiết bị tàu, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo khả hoạt động hiệu cho tàu thuyền hành hải biển CHƯƠNG I: QUY ĐỊNH CHUNG VỀ CÁC HỆ THỐNG VTĐ VÀ NGHI KHÍ HÀNG HẢI 1.1 Công ước SOLAS 1974 Thông tin Vô tuyến điện sử dụng lần để cứu nạn biển vào năm 1899, trở thành thành phần quan trọng Hệ thống Cấp cứu An toàn sử dụng lĩnh vực hàng hải tất vùng biển giới Để có hiệu cao nhất, Hệ thống Cấp cứu An toàn biển thiết lập dựa quy tắc quốc tế chủng loại thiết bị sử dụng, tần số Vô tuyến điện với thủ tục khai thác thiết bị Vô tuyến điện sử dụng Dưới bảo trợ tổ chức tiền nhiệm Liên minh viễn thông quốc tế (ITU), quy ước hình thành Khi khoa học công nghệ ngày phát triển, yêu cầu đặt quy định chi tiết, có tính ràng buộc rõ ràng an toàn sinh mạng tài sản biển, Công ước quốc tế An toàn sinh mạng biển (SOLAS) nước thành viên Tổ chức hàng hải quốc tế (IMO) thông qua vào năm 1974, đưa vào Thể lệ Vô tuyến điện ITU Công ước quốc tế An toàn sinh mạng biển SOLAS 1974 trở thành thành phần quan trọng Tổ chức IMO Công ước SOLAS 74 quy định Chương yêu cầu trực canh điện báo vô tuyến Morse liên tục tần số 500kHz tàu khách không kể kích cỡ tàu hàng có trọng tải 1.600 trở lên, đồng thời yêu cầu trực canh cấp cứu Vô tuyến thoại tần số 2182kHz 156.000MHz tất tàu khách tàu hàng có trọng tải 300 trở lên Qua nhiều năm sử dụng, hệ thống chứng minh ưu điểm có nhiều nhược điểm lớn : sử dụng phương thức liên lạc Morse lạc hậu, phương thức liên lạc ngắn, báo động cấp cứu phương pháp thủ công nhiều thời gian, canh nghe báo động tai Với phát triển ngày nhanh nên khoa học kỹ thuật đại công nghệ thông tin, Chính phủ nước thành viên IMO phát triển hệ thống thông tin sở áp dụng thành tựu khoa học tiên tiến để tự động hóa nâng cao khả truyền thông tin xa, tăng độ tin cậy 1.2 Giới thiệu công ước quốc tế phối hợp Tìm kiếm cứu nạn biển (SAR 79) Công tác tìm kiếm cứu nạn biển đòi hỏi phải có phân phối hợp quốc gia, tổ chức, phương tiện tìm kiếm cứu nạn việc đạo, phân công nhiệm vụ bên tìm kiếm Để đáp ứng yêu cầu này, Tổ chức hàng hải quốc tế (IMO) nước thành viên thông qua Công ước quốc tế phối hợp tìm kiếm cứu nạn biển SAR (Search And Recure) ngày 27/4/1979 Hamburg (Đức) dựa thỏa thuận đạt trước áp dụng kể từ ngày 22/6/1985 với 50 nước tham gia Trải qua lần sửa đổi bổ sung, hoàn thiện nay, Công ước SAR 79 gồm có chương: - Chương : Các thuật ngữ định nghĩa : đưa thuật ngữ định nghĩa - Chương : Tổ chức phối hợp : Chương mô tả trách nhiệm phủ tham gia công ước có nghĩa vụ thành lập đơn vị cứu hộ thích hợp, hợp tác với nước khác để giải vấn đề tìm kiếm cứu nạn : +) Một khuôn khổ pháp lý; +) Chỉ định, yêu cầu quan có trách nhiệm; +) Các phương tiện liên lạc; +) Chức tổ chức tìm kiếm cứu nạn; +) Cải thiện công tác tìm kiếm cứu nạn thông qua việc đào tạo quốc gia quốc tế 10 xạ từ radar gọi xung thăm dò, việc phát xung thăm dò tiếp nhận xung phản hồi diễn xen kẽ Radar hàng hải tích hợp tính quan trọng ARPAAutomatic Radar Plotting Aid (hỗ trợ Radar xác định tọa độ tự động), tính giúp theo dõi mục tiêu tránh va trạm biển Sĩ quan điều khiển đánh dấu mục tiêu, mục tiêu theo dõi tự động bao gồm phạm vi, phương hướng, vết di chuyển mục tiêu thông tin nhận di chuyển mục tiêu, khoảng cách đến điểm tiếp cận gần nhất, thời gian đến điểm tiếp cận gần Do chi phí cho Radar có tích hợp tính ARPA lớn, nên IMO phê duyệt yêu cầu bắt buộc tàu viễn dương lớn, giảm thiểu tốn cho tàu nhỏ 3.2.2 Nguyên lý chung Radar hàng hải Trong lĩnh vực hàng hải, radar phát chùm sóng siêu cao tần có tính chu kỳ, gọi chùm xung thăm dò, xung thăm dò có động rộng xung nhỏ so với độ rỗng lớn Trong khoảng thời gian hai chùm xung, anten radar thu chùm xung phản xạ từ mục tiêu trở Mỗi chùm xung đơn lẻ phản xạ trở từ mục tiêu có độ trễ tỷ lệ với khoảng mục tiêu với radar Từ tỷ lệ mà xác định khoảng cách từ radar tới mục tiêu.Cùng với đó, nhờ anten quay tròn có độ định hướng cao nên xác định góc phương vị mục tiêu.Kết hợp thông tin khoảng cách góc phương vị mục tiêu, nên xác định vị trí mục tiêu 46 Hình 3.4: Sơ đồ khối Radar hàng hải Khối đồng nguồn nuôi : tạo nên xung khởi động, điều khiển phối hợp chế độ làm việc tất thành phần hệ thống đồng theo thời gia, xung khởi động tương thích với chu kỳ lặp xung T x , độ rộng τx Khối nguồn cung cấp đầy đủ điện áp cho radar Khối điều chế xung :tạo xung vuông có biên độ đủ lớn, độ rộng xác định để cấp áp cho khối tạo dao động siêu cao tần Mạch tạo dao động siêu cao tần : tạo dao động siêu cao tần số xác đinh, có công suất lớn chứa đầy xung thi tần tạo điều chế Anten : Anten có độ định hướng cao, đường truyền lượng siêu cao có suy hao nhỏ, phối hợp trở kháng tốt Cơ cấu báo : biến đổi điện áp thị tần nhận thành hình ảnh ảnh đồng thời báo thông số mục tiêu : khoảng cách, góc phương vị, độ lớn … Khối thu : thu nhận tín hiệu phản xạ lại từ xung thăm dò, khuếch đại biến đổi thành xung thị tần để cung cấp cho cấu báo 47 Chuyển mạch Anten : hệ thống chuyển mạch thu phát để thu phát xung thăm dò 3.2.3 Bố trí xếp, dây tàu 48 Hình 3.5: Các khối lắp đặt vị trí thiết bị Radar Các mạch tạo dao động siêu cao tần, mạch điều chế xung, Anten, khối thu tích hợp sẵn khối Scaner gắn cột anten radar tàu 49 Tại sóng siêu cao tần chuyển đổi thành tín hiệu thị tần chuyển xuống khối Display để xử lý hiển thị ảnh Radar kết nối với khối tín hiệu định vị (GPS), tín hiệu nhận dạng (AIS), tín hiệu la bàn (GYRO) để xác định vị trí, hướng, nhận dạng mục tiêu radar tiến hành quét mục tiêu, tạo thuận tiện cho sĩ quan khai thác thiết bị đạt hiệu tốt Các ý lắp đặt thiết bị : - Khối Scaner thường đặt cột anten đỉnh buồng lái, nơi có tầm nhìn vòng quanh 3600 tốt nhất; cáp tín hiệu kết nối khối hiển thị với khối Scaner cần tránh cáp tín hiệu gần thiết bị điện tàu khác để tránh bị ảnh hưởng nhiễu - Khối báo Display chọn nơi hiển thị xem thuận tiện; tránh xa khỏi tác động trực tiếp ánh sáng mặt trời; tránh nơi bị ảnh hưởng nước mưa - Lắp đặt thiết bị nên cách xa la bàn từ theo khuyến cáo nhà sản xuất để ngăn chặn độ lệch gây la bàn từ cho thiết bị 3.3 Đo tốc 3.3.1 Giới thiệu thiết bị đo tốc Đo tốc – Speed log thiết bị điện tử sử dụng để đo tốc độ tàu so với tốc độ chảy nước biển Có ba loại đo tốc sử dụng tàu thương mại, sử dụng nguyên tắc hoạt động khác công nghệ đo tốc “Cảm ứng điện từ”, “Hiệu ứng Doppler” “Nguyên tắc Pitotmeter” Nguyên tắc sử dụng cảm ứng điện từ tạo từ trường nước gần mặt cảm biến.Từ trường gây biến đổi điện áp nước qua cảm biển đặt đáy tàu Điện áp phát điện cực nằm bề mặt cảm biến truyền cho đơn vị điện tử để đo đạc, cung cấp thông tin cho vi xử lý 50 Nguyên tắc đo tốc sử dụng hiệu ứng Doppler sử dụng chùm sóng siêu âm truyền từ mũi tàu di chuyển, sóng điện từ phản xạ từ mục tiêu nhận để biểu thị thay đổi tần số từ tần số truyền Thay đổi tần số tỷ lệ thuận với tốc độ tàu Nguyên tắc sử dụng để tính toán tốc độ tàu di chuyển Nguyên tắc Pitotmeter dựa áp lực gây ống mở tiếp xúc với chuyển động nước tốc độ tàu Sự khác biệt áp lực đầu ống tĩnh ống Pitot so sánh hộp áp lực, áp dụng cho cạnh đối diện màng linh hoạt Một xếp khí sử dụng nguyên tắc chuyển đổi biển đổi đơn vị hiển thị tốc độ khoảng cách Hình 3.6: Sơ đồ khối thiết bị đo tốc hàng hải 51 3.3.2 Thiết kế, dây tàu Hình 3.7: Các khối lắp đặt vị trí thiết bị Đo sâu 52 3.4 Thiết bị AIS 3.4.1 Giới thiệu chung thiết bị AIS AIS – Automatic Identification System : hệ thống tự động nhận dạng hệ thống theo dõi tự động sử dụng tàu để xác định định vị tàu trao đổi liệu với tàu khác gần Đây phương pháp nhằm tránh va chạm sử dụng thông tin tàu lân cận : số nhận dang, góc phương vị, khoảng cách… tàu xung quanh qua hệ thống thu phát VHF; đồng thời hệ thống giúp giám sát tàu cảng, theo dõi, quản lý tàu đơn vị quản lý khai thác tàu Thiết bị AIS hoạt động dải tần VHF, có tầm phủ sóng từ 25 đến 40 hải lý Nó trang đổi thông tin tàu trang bị thiết bị AIS với với đài bờ, gồm thông tin : - Các thông số cố định : Số nhận dạng MMSI (số nhận dạng hàng hải), số IMO, tên tàu hô hiệu tàu, chiều rộng, chiều dài tàu, loại tàu - Các thông số thay đổi : Tọa độ, tốc độ di chuyển, tốc độ quay, hướng tàu - Dữ liệu hành trình : liệu sĩ quan điều khiển tàu nhập thông tin vào cho tàu lân cận biết 3.4.2 Bố trí dây tàu Thiết bị nhận dạng AIS ghép nối với tín hiệu từ la bàn (GYRO), định vị (GPS) để có thêm thông tin khác tàu, giúp quan khai thác tàu theo dõi tàu, kiểm tra hoạt động tàu cách tốt 53 Hình 3.8: Các khối lắp đặt vị trí thiết bị AIS 54 CHƯƠNG IV: SẮP XẾP, BỐ TRÍ THIẾT BỊ VÔ TUYẾN VÀ NGHI KHÍ HÀNG HẢI TRÊN TÀU 4.1 Bố trí thiết bị cabin buồng lái Các trang thiết bị vô tuyến điện nghi khí hàng hải lắp đặt phải đáp ứng yêu cầu : - Được bố trí để trình vận hành, sử dụng thuận tiện - Lắp đặt vị trí không chịu ảnh hưởng nhiễu có hại điện, từ, khí từ nguồn khác Đồng thời, phải đảm bảo kết hợp tương tác với thiết bị khác - Lắp đặt để độ tin cậy an toàn cao - Chống lại ảnh hưởng nguy hại môi trường tác động bên khác - Được đảm bảo đủ nguồn sáng cần thiết, liên tục, độc lập với nguồn điện dự phòng nguồn điện vị trí điều khiển thiết bị vô tuyến điện - Đặt khoảng cách xa an toàn so với la bàn từ - Lắp đặt vị trí đảm bảo cho dễ dàng bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị vô tuyến điện Đồng thời cố định chắn thiết bị vô tuyến điện không bị rung, động tàu chịu ảnh hưởng nghiêng ngả chịu ảnh hưởng sóng biển yếu tố khác Cách xắp xếp thiết bị vô tuyến điện buồng lái: 55 Hình 4.1: Sắp xếp thiết bị buồng lái 56 4.2 Sắp xếp, bố trí Anten tàu Các Anten tàu phải lắp đặt thỏa mãn yêu cầu sau: - Anten phải chịu ảnh hưởng, tác động thời tiết vùng biển tàu hoạt động - Anten phải bố trí cho tương tác Anten thu, Anten phát loại anten khác tối thiểu - Anten phải đặt độ cao tối đa để đảm bảo thu phát hiệu - Các Anten phải “có khả chịu áp lực gió với tốc độ 60 m/s hướng, không quan tâm đến tốc độ tàu khác yêu tố khác” (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia an toàn tàu biển) 57 Hình 4.2: Sắp xếp Anten tàu 58 KẾT LUẬN Sau thực xong đồ án "Tìm hiểu thiết bị vô tuyến điện nghi khí hàng hải" em hiểu biết thêm cấu trúc, nguyên lý hoạt động khối thiết bị thông tin hàng hải thiết bị trợ giúp cho trình hành hải tàu biển Cách lắp đặt, xếp,bố trí thiết bị tàu biển Trang bị kiến thức quy định trang thiết bị yêu cầu lắp tàu theo quy định đăng kiểm Việt Nam hiểu chức năng, tính thiết bị Tuy nhiên, trình làm đồ án, thời gian kiến thức hạn chế, không tránh khỏi thiếu sót mong nhận thông cảm góp ý thầy cô 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Trần Xuân Viêt, Giáo trình Hệ thống thông tin hàng hải, NXB Hàng hải, 2014 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia “Trang bị an toàn tàu biển” QCVN 42: 2012/BGTVT, Bộ trưởngBộ Giao thông vận tải ban hành theo Thông tư số 28/2012/TT-BGTVT ngày 30 tháng 7năm 2012 TS Trần Đức Inh, Giáo trình Định vị dẫn đường hàng hải KS Vũ Đức Hoàn, Giáo trình Thiết bị thu phát vô tuyến điện 60