(khóa luận) mô phỏng hải đồ điện tử phục vụ công tác giảng dạy và học tập

Phân tích nhu cầu sử dụng và giảng dậy hải đồ điện tử trong ngành hàng hải, khai thác tàu an toàn. Khóa luận đưa ra ngôn ngữ lập trình để xây dựng mô phỏng hải đồ điện tử phục vụ nhu cầu giải dậy và học tập.

MỞ ĐẦU

Trong vài năm gần đây thì một khái niệm mới dễ nhận thấy đã tạo

ra một diện mạo mới trong ngành vận tải biển đó là: Hệ thống hiển thị thông tin hải đồ điện tử Hải đồ dẫn đường điện tử được hiểu rộng hơn là tất cả các loại hải đồ hành hải được trang bị trong máy tính đều được những người cung ứng trang thiết bị, người đi biển hay không đi biển gọi

là ECDIS Tuy nhiên, có một số tiêu chuẩn và đặc điểm kỹ thuật được các nhà chuyên môn về vận tải biển đưa ra định nghĩa một cách chính xác cho danh mục các trang thiết bị để các thiết bị đó có thể được gọi là ECDIS Như vậy hệ thống hiển thị thông tin hải đồ điện tử còn hơn cả một hải đồ dẫn đường điện tử Hải đồ dẫn đường trong thực tế đã được điện

tử hóa, nhưng về nguyên tắc thì tất cả các loại bản đồ như: bản đồ hàng không, bản đồ đường bộ, bản đồ đường sắt có thể đưa vào hiển thị trên máy tính và sử dụng với cùng một phương pháp Hệ thống ECDIS

đã đánh dấu sự phát triển của ngành vận tải biển và việc hiển thị hải đồ điện tử chỉ là một mặt của hệ thống ECDIS bởi ECDIS cũng là một hệ thống thông tin trong ngành hàng hải

Đề tài “Mô phỏng hải đồ điện tử phục vụ công tác giảng dạy và học tập” nhằm xây dựng một cách tổng quát mô hình và cách thức hoạt

động của hệ thống hải đồ điện tử, từ đó đề xuất ứng dụng mô phỏng hải

đồ điện tử một cách hiệu quả vào công tác giảng dạy và học tập

Do bản thân là sinh viên mới ra trường, kinh nghiệm ngành nghề còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được

sự góp ý của quý các thầy cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1 Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết của đề tài

Khoa học công nghệ không ngừng phát triển và đang phát triển với tốc độ hết sức nhanh chóng Để nâng cao khả năng dẫn tàu an toàn và giảm thiểu thời gian xác định vị trí tàu cũng như các thao tác tránh va trên biển, các thao tác tác nghiệp, các nhà khoa học kết hợp với các công ty vận tải biển ngày càng trang bị nhiều thiết bị hiện đại phục vụ các công tác trên Một trong những thiết bị hiện đại đang được các nước có nền hàng hải tiên tiến ứng dụng đó là hải đồ điện tử Hải đồ điện tử được cài đặt vào trong máy tính, kết nối với hệ thống định vị toàn cầu GPS Trên các con tàu hiện đại được trang bị hải đồ điện tử đã mang lại những hiệu quả không thể phủ nhận, nó giúp cho công tác hàng hải an toàn và hiệu quả hơn rất nhiều, đồng nghĩa với điều đó là lợi ích kinh tế mà nó đem lại không nhỏ

Tổ chức hàng hải quốc tế IMO đã có khuyến cáo đội tàu biển của các quốc gia nên sớm đưa hải đồ điện tử vào sử dụng vì lợi ích kinh tế và

an toàn hàng hải toàn cầu Và trên thực tế, đến nay trên 70% các loại tàu biển trên thế giới đã được trang bị máy móc cho con tàu sử dụng hải đồ

điện tử khi hành hải Trong khi đó tại VN hải đồ điện tử vẫn còn xa lạ 1,

2, 3, 8, 9 Cho đến nay tại Việt Nam chúng ta số lượng các công ty

vận tải biển trang bị hải đồ điện tử trên các tàu biển còn rất hạn chế Đó

là một thiệt thòi rất lớn cho đội ngũ thuyền viên Việt Nam, và do đó cũng

có rất ít hoặc hầu như không có tài liệu hướng dẫn cách khai thác và sử dụng hải đồ điện tử Trước thực tế và nhu cầu bắt buộc của sự hội nhập kinh tế nói chung và ngành hàng hải nói riêng đặt ra vấn đề là cần phải trang bị kiến thức về hải đồ điện tử cho đội ngũ sỹ quan thuyền viên Việt Nam

Việt Nam hiện có hơn 100 cảng lớn nhỏ Tổng chiều dài tuyến mép bến gần 36km và hơn 100 bến phao Một năm bình quân hệ thống cảng Việt Nam tiếp nhận khoảng 62.000 lượt tàu thuyền ra vào (khoảng 170 lượt tàu/ngày) Mỗi năm lượng hàng qua cảng có mức tăng trưởng vào

khoảng 10% như vậy số lượng tàu vào cảng không ngừng tăng lên 9.

Nếu ứng dụng hải đồ điện tử vào các luồng cảng, các tàu quốc tế vào các cảng Việt Nam sẽ phát huy được hết tính năng của các thiết bị hiện đại Cách thao tác xưa như trái đất với hải đồ giấy thước và la bàn vừa phức

tạp, vừa dễ nhầm lẫn, lại không thể cập nhật thường xuyên sẽ được thay bằng chỉ vài thao tác đơn giản trên máy tính Hải đồ điện tử còn là một bước nâng tầm để hội nhập với thế giới, đồng thời là một sản phẩm có thể đem lại nguồn thu lớn, vì tính tiện ích hơn hẳn cho các tàu quốc tế vào cảng Hải đồ điện tử sẽ giúp các đơn vị làm công tác bảo đảm hàng hải trong nước như các cảng vụ, các công ty hoa tiêu, các công ty bảo đảm an toàn hàng hải nâng cao năng lực hoạt động, đáp ứng yêu cầu của Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO) Đây cũng là một điểm thuận lợi thu

hút tàu các nước cập các cảng biển Việt Nam trong thời hội nhập 8, 9.

Bên cạnh đó, công tác đào tạo thường xuyên và chuyên sâu trong lĩnh vực giao thông vận tải nói chung và ngành hàng hải nói riêng luôn được xác định là công tác cực kỳ quan trọng Thực hiện nhiệm vụ đào tạo ngay ngoài thực địa, trên các phương tiện sẽ sử dụng trong thực tế, là điều kiện lý tưởng cho đào tạo chuyên sâu Nhưng thực tế rất khó đáp ứng được điều kiện lý tưởng này bởi rất nhiều lý do Vậy làm sao để có được các trang thiết bị lý tưởng nhất, gần thực tế cuộc sống nhất để phục

vụ đào tạo và tránh được việc học “chay” như hiện nay? Mô hình hóa và

mô phỏng đã và đang là giải pháp phục vụ đào tạo thường xuyên và

chuyên sâu hiệu quả Vì vậy đề tài “Mô phỏng hải đồ điện tử phục vụ công tác giảng dạy và học tập” ứng dụng triệt để sự phát triển công

nghệ thông tin, công nghệ nghe nhìn, đồ họa đa phương tiện vào công tác giảng dạy và học tập, có ý nghĩa hết sức quan trọng và mang tính cấp thiết

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích cơ bản của đề tài là mô phỏng để giới thiệu, hướng dẫn khai thác hải đồ điện tử phục vụ công tác giảng dạy và học tập cho giáo viên, sinh viên trường Hàng hải nói chung và khoa Điều khiển tàu biển nói riêng khoa Điều khiển tàu biển

Ngoài ra, đề tài trang bị thêm những kiến thức, sự hiểu biết cho sinh viên, sĩ quan, thuyền viên Đặc biệt là giúp cho sĩ quan hàng hải có nhiều công cụ, đồng thời có thể so sánh được những ưu, nhược điểm của các công cụ đó để đưa ra được giải pháp tốt nhất nhằm đảm bảo hàng hải an toàn

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu chủ đạo là nghiên cứu một cách khoa học về hải đồ, kết hợp với thực tế sử dụng hải đồ điện tử cùng quá trình

nghiên cứu về tin học 4, 5, 6, 7 Đề tài được nghiên cứu dựa trên

những tìm hiểu, nghiên cứu sâu về hải đồ phục vụ công tác hàng hải, như hải đồ giấy và đặc biệt là cách khai thác sử dụng hải đồ điện tử Đồng thời các tác giả cũng đã đi sưu tầm những tài liệu liên quan đến hải

đồ điện tử và cách khai thác chúng trên thực tế đã được tiến hành như

thế nào mang lại hiệu quả cao nhất cho công tác hàng hải dẫn tàu 1, 2,

3, 8, 9, 10.

4 Nội dung nghiên cứu

Đề tài tập trung vào nghiên cứu các nội dung sau:

- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống hiển thị thông tin hải đồ điện tử (ECDIS)

- Nghiên cứu tổng quát các ngôn ngữ lập trình hiện nay đang được

sử dụng phổ biến để từ đó lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp với nội dung và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Phân tích và thiết kế chương trình mô phỏng hệ thống hiển thị thông tin hải đồ điện tử (ECDIS)

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài có ý nghĩa to lớn về mặt khoa học và càng khẳng định thế mạnh của khoa học công nghệ, đồng thời khẳng định vai trò hết sức quan trọng và không thể thiếu được của kiến thức cơ bản về nghiệp vụ dẫn tàu

Không những về ý nghĩa thực tiễn đề tài góp phần hướng dẫn, cập nhật những công nghệ mới, tiên tiến đang được thế giới ứng dụng có hiệu quả trong hàng hải đặc biệt là trong công tác dẫn tàu an toàn

NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Chương 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ

HỆ THỐNG HIỂN THỊ THÔNG TIN HẢI ĐỒ ĐIỆN TỬ

(Electronic Chart Display and Information System)

1.1 ECDIS là hệ thống gì và nó có thể dùng làm gì? 1, 3

1.2 Cấu thành của hệ thống ECDIS

Hệ thống ECDIS bao gồm các khoản trang thiết bị như phần cứng, phần mềm và dữ liệu:

- Phần cứng (Hard ware)

- Phần mềm (Soft ware)

- Dữ liệu: (Data)

1.3 Các tiêu chuẩn bắt buộc đối với hệ thống ECDIS 2, 3

Một hệ thống ECDIS phải có được các đặc tính sau:

- Đọc dữ liệu ENC (S57) rồi chuyển sang SENC

- Biểu diễn vật thể và các đặc tính của nó theo thư viện hiển thị (S52)

- Chức năng tránh mắc cạn

- Cảnh báo trở ngại tàu bè

- Cập nhật

- Các loại thao tác hải đồ như:

+ Hàng hải nhập bờ (nhập điểm)

+ Lập tuyến đường;

+ Nhập cảnh báo hàng hải và giám sát;

+ Đo sâu, đo khoảng cách

1.4 Những tiện tích của hệ thống ECDIS 2, 3, 10

Một hệ thống ECDIS ưng ý như các yêu cầu đã đề cập ở trên không chỉ là sự thay thế thích hợp cho hải đồ giấy mà còn là một hệ

thống chứa tất cả các thông tin hành hải quan trọng được đưa ra bất cứ lúc nào Ngày nay, những hệ thông tin này được cung ứng bởi nhiều nhà xuất bản, và việc tìm các tài liệu một cách thủ công thì gặp nhiều khó khăn và mất nhiều thời gian

Hệ thống ECDIS cũng đề cập tới khả năng tự động báo đèn tránh mắc cạn mà các thiết bị hỗ trợ khác không có được

Một điều tiện ích hơn của hệ thống ECDIS được so sánh với tất cả

sự trợ giúp hành hải khác là sự phỏng theo các hình ảnh riêng của hải đồ theo những yêu cầu kỹ lưỡng Điều này là có thể bởi vì hình ảnh hải đồ chỉ được đưa ra trong quá trình vận hành Thư viện hiển thị điều khiển thông qua sự hiệu chỉnh đường nước an toàn

Việc tự động cập nhật thì nhanh chóng, dễ dàng hơn và cũng ít mắc lỗi hơn là cách chỉnh lý hải đồ một cách thủ công gặp rất nhiều khó khăn và rất nhiều thời gian

1.4 Đối tượng sử dụng ECDIS 1, 2, 3, 8, 9.

Hệ thống ECDIS có phạm vị áp dụng rộng rãi và sự phát triển trong ngành đóng tàu càng tăng tầm quan trọng không thể thiếu được của ECDIS Các tàu nhanh thì có xu hướng gia tăng về tốc độ Càng tăng thêm tầm quan trọng của thiết bị trợ giúp hành hải đáng tin cậy Nghĩa hẹp là tàu càng nhanh thì tầm quan trọng của ECDIS càng lớn Hệ thống ECDIS được sử dụng trong những vùng sau: Vì hệ thống hải đồ dẫn đường điện tử ECDIS được sử dụng chủ yếu trong nghề hành hải thuộc lĩnh vực vận tải biển, và ở các tàu chú trọng về độ nguy hiểm của vùng nước Các quốc gia có tàu biển đang đặt các ngành vận tải đường thủy ở ven biển và sử dụng hệ thống ECDIS cho các trạm bờ của họ Hệ thống ECDIS cũng được các quốc gia ven biển thuê để bảo vệ môi trường chống tràn dầu, các dịch vụ cứu nạn và giám sát bằng đường không, đường biển Các hệ thống mô phỏng sử dụng cho các cơ sở đào tạo trước các hoa tiêu, thuyền viên được trang bị bởi hệ thống ECDIS Các chủ tàu đòi hỏi các trang thiết bị hiện đại nhất và tốt nhất cũng muốn hành trình cùng hệ thống ECDIS

Chương 2

LỰA CHỌN NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH

2.1 Một số ngôn ngữ lập trình trên môi trường Windows 3, 4, 6,

7.

Thế giới ngôn ngữ lập trình cấp cao hiện nay được biết đến có thể

kể đến: C/C++ (Visual C++), Delphi, Visual Basic (VB) và Java., v.v Hầu hết chúng đều tương thích với các hệ điều hành thông dụng của Microsoft, tuy nhiên có thể phân chúng thành các nhóm cơ bản

- Các ngôn ngữ lập trình có nguồn gốc từ Microsoft: Visual Basic (VB)

- Các ngôn ngữ lập trình có nguồn gốc từ Borlan: C/C++, Delphi,

- Các ngôn ngữ lập trình có nguồn gốc từ SUN: Java

2.1.1 Các ngôn ngữ lập trình nguồn gốc từ Borland.

- Ngôn ngữ PASCAL

- Ngôn ngữ C/C++

- Ngôn ngữ Delphi

2.1.2 Ngôn ngữ lập trình có nguồn gốc từ SUN MicroSystem

2.2 Một số ngôn ngữ lập trình khác 6, 7.

2.2.1 Ngôn ngữ Prolog.

2.2.2 Ngôn ngữ Smaltalk.

2.2.3 Ngôn ngữ Ada.

2.3 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình nguồn gốc từ Microsoft: Visual Basic 3, 4, 5.

Visual Basic (VB) được xem là công cụ phát triển phần mềm phổ dụng nhất hiện nay

Có thể nói VB là một môi trường tốt cho người sử dụng Với các bài toán kỹ thuật khả năng áp dụng VB là khá tốt, nhanh và trực quan Một

ưu điểm khác khi dùng VB là tiết kiệm thời gian và công sức so với các ngôn ngữ lập trình khác khi xây dựng cùng một ứng dụng VB gắn liền với khái niệm lập trình trực quan ( Visual), nghĩa là khi thiết kế chương trình, ta nhìn thấy ngay kết quả qua từng thao tác và giao diện khi chương trình thực hiện Tuy nhiên VB không phải là một ngôn ngữ lập

trình chuyên nghiệp, VB chỉ là trình thông dịch, khả năng biên dịch các chương trình thực thi (.EXE) độc lập là không có

Chương 3

PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH

3.1 Phân tích chương trình

Chương trình được xây dựng trên ngôn ngữ lập trình Visual Basic.

Như mục đích chương trình là để phục vụ công tác giảng dạy và học tập nên trong chương trình, hải đồ sẽ được hiển thị theo các số hải đồ Đồng thời, chương trình thể hiện đúng với thực tế quá trình khai thác và sử dụng hải đồ điện tử

3.2 Một vài hình ảnh của chương trình.

Sau đây là một vài hình ảnh về chương trình mô phỏng hải đồ điện

tử để phục vụ công tác giảng dạy và học tập cho sinh viên khoa Điều khiển tàu biển, cũng như các lớp cập nhật cho thuyền viên

Hình 1 Giao diện của chương trình

Hình 2 Lựa chọn hải đồ theo quả cầu dữ liệu

KẾT LUẬN VÀ Ý KIẾN ĐỀ XUẤT

1 Kết luận

1.1 Tính thực tiễn và khả năng áp dụng

Vì mục tiêu của đề tài là góp phần nâng cao chất lượng đào tạo sinh viên cũng như đội ngũ sĩ quan, thuyền viên ngành Điều khiển tàu biển, mà cụ thể là trong bài giảng nên nếu đề tài được áp dụng vào lĩnh vực giảng dạy chuyên môn của ngành Điều khiển tàu biển nhất là trong nghiệp vụ dẫn tàu an toàn là hết sức hữu ích và chắc chắn có hiệu quả cao

Trên thực tế hiện nay, chiếc máy tính không còn xa lạ với tất cả mọi người thì việc ứng dụng tin học cũng như các sản phẩm của tin học vào các bài giảng, nhất là các bài giảng chuyên ngành như một phương tiện, thiết bị hỗ trợ và sẽ trở thành bắt buộc, nhằm nâng cao chất lượng đào tạo, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa Chính vì thế, nhóm tác giả thiết nghĩ, sự ứng dụng đề tài vào trong giảng dạy của khoa Điều khiển tàu biển là đơn giản và có hiệu quả cao Đông thời đề tài mở

ra nhiều hướng phát triển ứng dụng mô phỏng trong quá trình giảng dạy

và học tập, giúp cho người dạy và người học dễ hiểu hơn, có cái nhìn trực quan hơn và nhiều vấn đề sẽ trở nên đơn giản hơn nếu có sự minh họa bằng phần mềm mô phỏng

1.2 Lợi ích kinh tế - xã hội

Lợi ích rõ ràng dễ nhận thấy nhất đó là với mỗi con tàu, người điều khiển vận hành nó là các sĩ quan, thuyền viên Nếu những sĩ quan, thuyền viên nắm vững kiến thức này họ sẽ luôn điều chỉnh kịp thời làm cho con tàu luôn đi đúng hoặc rất sát với tuyến đường đã vạch ra, như vậy sẽ tiết kiệm được tiền bạc, uy tín, tất nhiên kéo theo nó là bao nhiêu vấn đề khác mà chúng ta không lường trước được

Do vậy, đề tài là sản phẩm nhằm phục vụ quá trình đào tạo kiến thức, tay nghề cho sinh viên, sĩ quan ngành Hàng hải, chính vì thế chương trình tuy là một đề tài bé nhỏ nhưng nó có lợi ích về mặt kinh tế

-xã hội hết sức to lớn

1.3 Hướng phát triển của đề tài

Hải đồ là một bản đồ cho ta biết tình hình bố cục mặt biển và đáy biển (độ sâu và các chướng ngại vật nguy hiểm cho Hàng hải) Ngoài ra

hải đồ cho ta biết các bố trí về các thiết bị phụ trợ Hàng hải, vị trí, đặc điểm của chúng Nếu có đủ điều kiện về kinh tế và các công trình nghiên cứu đưa ra phương trình chính xác về các yếu tố ngoại cảnh cũng như các thông số của con tàu thì đề tài sẽ không còn là phần mềm mô phỏng,

mà sẽ là phần mềm giúp ngưới sĩ quan hàng hải có thể lập sẵn các tuyến đường đi an toàn trên từng tuyến đối với mỗi loại tàu khác nhau

Đề tài có thể phát triển thành phần mềm với không gian 3 chiều

2 Kiến nghị

Đây là lần đầu tiên tác giả tìm hiểu sâu về một phần nhỏ của chuyên ngành Điều khiển tàu biển những cũng là một vấn đề còn khá mới

mẻ đối với đội ngũ sĩ quan thuyền viên Việt Nam, nhất là đối với sinh viên ngành Điều khiển tàu biển Tuy là một thiết bị phụ trợ mới cho công tác dẫn tàu an toàn nhưng trong tương lai rất gần bắt buộc mọi sĩ quan hàng hải của Việt Nam phải nắm vững cách sử dụng và khai thác nó

Tuy nhiên, đây chỉ là một chương trình mô phỏng hải đồ điện tử chứ không phải là một chương trình phầm mềm nên trong quá trình sử dụng vẫn còn nhiều hạn chế so với chương trình chính gốc của nhà sản xuất, trong khi để có được các chương trình gốc đó thì cần phải có sự đầu tư rất lớn về kinh tế Do vậy, nhóm đề tài rất mong có được sự quan tâm giúp đỡ của các cấp Bộ, Ngành để nhanh chóng hoàn thiện công trình nghiên cứu hoặc chuyền giao công nghệ nhằm ngày càng nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập trong khoa Điều khiển tàu biển cũng như nâng cao chất lượng thuyền viên phhục vụ quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hóa đất nước