Bài viết tập trung xây dựng phần mềm mô phỏng Radar, kết hợp hải đồ hàng hải sẵn có, cùng các bài tập mẫu, chạy trên các máy tính cá nhân nhằm giúp sinh viên, học viên luyện tập, nâng cao kỹ năng thực hành sử dụng radar trong các bài toán hàng hải.
CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/2017 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P Corke, ‘‘Machine vision toolbox,’’ IEEE Robot Autom Mag., vol 12, pp 16–25, Nov 2005 [2] Milan Sonka Vaclav Hlavac Roger Boyle, “Image Processing, Analysis, and Machine Vision” ISBN: 978-0-412-45570-4 (Print) 978-1-4899-3216-7 (Online) [3] John F Canny, “A Computational Approach to Edge Detection”, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.8, No 6, Nov, 1986 [4] John F Canny, Finding Edges Artificial Intelligence, Cambridge, Massachusetts, 1983 [5] R.W Hamming, Digital Filters Englewood, NJ Pretice Hall, 1983 [6] Russ, J The Image Processing Handbook, 3rd Ed.; CRC Press & IEEE Press: Boca Raton, FL, 1999 [7] Misimi, E., J.R Mathiassen, and U Erikson “Computer vision-based sorting of Atlantic salmon fillets according to their color level”, Journal of food science, 72.1 (2007): S030-S035 [8] Fari Muhammad Abubakar1, “Image Enhancement using Histogram Equalization and Spatial Filtering”, International Journal of Science and Research (IJSR), India Online ISSN: 2319-7064 [9] Thomas B Moeslund “Image and Video Processing”, August 2008 Ngày nhận bài: Ngày phản biện: Ngày chỉnh sửa: Ngày duyệt đăng: 29/12/2016 09/01/2017 20/02/2017 02/03/2017 XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG RADAR PHỤC VỤ ĐÀO TẠO, HUẤN LUYỆN A STUDY ON RADAR SIMULATION FOR EDUCATION AND TRAINING LÊ XUÂN VIỆT, NGUYỄN MINH ĐỨC Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Tóm tắt Nâng cao kỹ thực hành sử dụng Radar hàng hải cho học viên, sinh viên yêu cầu quan trọng Việc giảng dạy trường trung tâm huấn lun, măc dù có hệ thống mơ số thiết bị thật việc tiếp cận sinh viên, học viên hạn chế vận hành hệ thống phức tạp, tốn Trong phạm vi nghiên cứu, tác giả tập trung xây dựng phần mềm mô Radar, kết hợp hải đồ hàng hải sẵn có, tập mẫu, chạy máy tính cá nhân nhằm giúp sinh viên, học viên luyện tập, nâng cao kỹ thực hành sử dụng radar tốn hàng hải Từ khóa: Radar, mô phỏng, hàng hải, huấn luyện hàng hải Abstract Ship Radar is a vitally important for the safety of navigation, especially in limited visibility and mastering radar usage is required for all deck officers However, radar training in school is not yet sufficient due to the limitations in practice facilities and it is rather difficult to match simulation with existing charts and other teaching materials In this study, therefore authors focus on building a simple radar simulation system that can be run on normal personal computer and a mechanism for user to build up scenario for training purposes Keywords: Radar, simulation, training, navigation Giới thiệu RADAR (Radio detection and ranging - thiết bị phát đo khoảng cách tới mục tiêu) thiết bị hàng hải có vai trò quan trọng, đặc biệt tàu hoạt động điều kiện tầm nhìn xa hạn chế Việc sử dụng Radar thành thạo, hiệu giúp giảm đáng kể nguy an toàn chạy tàu Các kỹ sử dụng Radar xây dựng tích lũy qua q trình thực hành thực tế dựa hệ thống mô cách trực quan Tại Việt Nam, số sở đào tạo lớn trang bị hệ thống mô buồng lái đầy đủ, đáp ứng phần nhu cầu thực hành, thực tập, kiểm tra, đánh giá trình đào tạo, huấn luyện sinh viên, thuyền viên Tuy nhiên, thời gian sử dụng hệ thống không nhiều hạn chế nguồn lực, số lượng sinh viên, học viên đông, đồng thời, số lượng khu vực cảnh mô dựng sẵn không nhiều nên công tác thực hành, thực tập sử dụng Radar học viên, sinh viên nhiều hạn chế Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 50 - 4/2017 75 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/2017 Một số nghiên cứu trước nhắm tới xây dựng phần mềm mơ Radar máy tính [1] [2], nhiên, phần sở liệu mục tiêu Radar thường cố định, không cho phép thay đổi xây dựng sở liệu từ nguồn thực tế, sẵn có (hải đồ, đặc điểm địa hình đơn giản), thêm mục tiêu hiển thị Radar tàu mục tiêu, tiêu Racon, Ramark nên khó sử dụng kèm với hải đồ có sẵn để làm học liệu cho sinh viên Để sinh viên có điều kiện khai thác sử dụng kết hợp với hải đồ biển, làm quen với việc nhận dạng mục tiêu, xác định vị trí tàu giải tốn liên quan, nhóm tác giả tập trung xây dựng phần mềm mô đầy đủ chức Radar, với sở liệu hình ảnh tự xây dựng từ hải đồ hàng hải sẵn có, thơng số điều động tàu chủ tàu mục tiêu thay đổi theo thời gian thực Trong phạm vi báo, nguyên lý chung việc xây dựng sở liệu phần mềm mô Radar trình bày mục 2, số tốn thực hành kèm phần mềm nêu mục 3, số kết luận phương hướng phát triển đề đề cập mục Xây dựng phần mềm mô RADAR 2.1 Xây dựng sở liệu hiển thị ảnh Radar Dựa hải đồ sẵn có, sở liệu khu vực xây dựng gần để hiển thị ảnh radar Hải đồ scan thể module hỗ trợ xây dựng sở liệu, từ thiết lập thơng số: - Cơ sở liệu đường bờ; - Cơ sở liệu phao, tiêu hàng hải, gồm tiêu Racon Ramark [4,5] (hình 2) Ảnh hưởng độ dốc đường bờ độ dốc tự nhiên địa hình bờ (bao gồm đồi, núi cao) tới hệ số phản xạ sóng Radar mơ cách xếp chồng hàm Gauss có dạng (Hình 3): r f (r ) h e c (1) đó, h, r độ cao đỉnh khoảng cách từ đỉnh tới vị trí xét, c đặc trưng cho mức độ trải rộng hàm Gauss Hệ tọa độ hải đồ (dưới dạng ảnh) chuyển qua lại với hệ tọa độ địa dư qua công thức chuyển đổi sau [3]: X X ( 0 ) u Y Y0 ( D D ) u eSin ( ) e / D 7915 7045 ln tan eSin ( ) Trong đó: (2) , , e vĩ độ, kinh độ điểm xét hệ số độ lệch tâm trái đất Hình Sơ đồ khối quy trình xây dựng sở liệu bờ biển Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 50 - 4/2017 76 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/2017 Việc xây dựng sở liệu thực theo sơ đồ hình Theo đó, hình ảnh hải đồ Scan hiển thị phần mềm Người sử dụng dùng trỏ bàn phím đánh dấu đường bờ biển, phao, tiêu, tiêu Racon, Ramark vị trí, đặc điểm địa hình khu vực Vị trí thực tế đặc điểm mục tiêu tự động tính tốn lưu CSDL thơng qua cơng thức chuyển đổi (2) Hình Hiển thị xây dựng sở liệu bờ biển từ hải đồ giấy sẵn có 2.2 Xây dựng phần mềm mô RADAR Phần mềm mô Radar phải đảm bảo hiển thị hình ảnh Radar tương ứng với vị trí tàu, hướng, tốc độ chạy tàu mục tiêu xung quanh, gồm mục tiêu cố định di động Phần mềm mô phải đảm bảo chức Radar gồm: - Hiển thị điều chỉnh vòng cự ly cố định, vòng cự ly di động (VRM), đường phương vị điện tử (EBL) đo khoảng cách, phương vị tới mục tiêu; - Hiển thị trỏ hình thơng số khoảng cách, phương vị trỏ; - Thay đổi thang tầm xa Radar; - Mơ nhiễu, chủ yếu có loại bao gồm: Nhiễu biển, nhiễu mưa nhiễu nội thiết bị; - Thay đổi ảnh phải phù hợp với chuyển động tàu chủ mục tiêu; Phần mềm mô Radar xây dựng sơ đồ hình Theo đó, từ vị trí, hướng, tốc độ tàu chủ thang tầm xa sử dụng, liệu bờ biển mục tiêu xung quanh lọc tính tốn vị trí xuất ảnh theo công thức (2) Tùy theo điều chỉnh người sử dụng bàn phím chuột, thành phần bổ sung hình Radar nhiễu, vòng cự ly, đường phương vị thể tương ứng Hình Mơ đơn giản địa hình bờ biển hàm Gauss Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 50 - 4/2017 77 CHÀO MỪNG NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/2017 Hình Sơ đồ xây dựng hình ảnh mơ chức hình Radar Ngơn ngữ lập trình VB thư viện XNA sử dụng tồn chương trình tính đơn giản, trực quan Từ đó, giao diện phần mềm thể hình Ứng dụng phần mềm mô RADAR Với chức trên, phần mềm sử dụng đào tạo, huấn luyện thuyền viên Một số toán thao tác thực hành thực với phần mềm [3]: Bài toán Thực hành khử nhiễu, thay đổi thang tầm xa, đo khoảng cách vòng cự ly cố định, di động, đo phương vị đường phương vị điện tử (EBL); Bài toán Thực hành nhận dạng kiểm tra, tránh nhầm lẫn mục tiêu Radar; Bài toán Thực hành xác định vị trí tàu phương pháp khác nhau; Bài toán Thực hành theo dõi, phát 01 mục tiêu thực đồ giải tránh va; Chẳng hạn, với CSDL Radar xây dựng tương ứng với hải đồ, toán 3, giảng viên: - Hướng dẫn sinh viên nghiên cứu trước hải đồ khu vực chạy tàu; - Cho vị trí, hướng, tốc độ tàu thời điểm (chẳng hạn) 15 phút trước; - Cài đặt thông số mở mô Radar thời điểm tại; Sinh viên vào hình ảnh Radar, sinh viên yêu cầu nhận dạng mục tiêu địa văn, đo phương vị, khoảng cách tới mục tiêu xác định vị trí tàu hải đồ Hình Giao diện phần mềm mơ RADAR Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 50 - 4/2017 78 ... chung việc xây dựng sở liệu phần mềm mơ Radar trình bày mục 2, số toán thực hành kèm phần mềm nêu mục 3, số kết luận phương hướng phát triển đề đề cập mục Xây dựng phần mềm mô RADAR 2.1 Xây dựng sở... thức chuyển đổi (2) Hình Hiển thị xây dựng sở liệu bờ biển từ hải đồ giấy sẵn có 2.2 Xây dựng phần mềm mô RADAR Phần mềm mô Radar phải đảm bảo hiển thị hình ảnh Radar tương ứng với vị trí tàu,... Một số nghiên cứu trước nhắm tới xây dựng phần mềm mơ Radar máy tính [1] [2], nhiên, phần sở liệu mục tiêu Radar thường cố định, không cho phép thay đổi xây dựng sở liệu từ nguồn thực tế, sẵn