Bài viết giới thiệu việc giả lập tín hiệu máy thu GPS của một tàu biển và cung cấp tín hiệu này cho hải đồ điện tử NAVI-SAILOR 4000 ECDIS đang được lắp đặt tại phòng thực hành của khoa Hàng hải. Việc giả lập tín hiệu này giúp sinh viên có thể sử dụng hải đồ điện tử như khi hải đồ được lắp đặt trên tàu thật đang hành trình.
TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY GIẢ LẬP DỮ LIỆU MÁY THU GPS CHO HẢI ĐỒ ĐIỆN TỬ NAVI-SAILOR 4000 TO SIMULATE THE GPS RECEIVER DATA FOR NAVI-SAILOR 4000 ECDIS NGUYỄN CÔNG VỊNH1*, NGUYỄN MẠNH CƯỜNG2 Cao đẳng VMU, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Khoa Hàng hải, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam *Email liên hệ: vinh.nc@vimaru-vmc.edu.vn Tóm tắt Bài viết giới thiệu việc giả lập tín hiệu máy thu GPS tàu biển cung cấp tín hiệu cho hải đồ điện tử NAVI-SAILOR 4000 ECDIS lắp đặt phòng thực hành khoa Hàng hải Việc giả lập tín hiệu giúp sinh viên sử dụng hải đồ điện tử hải đồ lắp đặt tàu thật hành trình Từ khóa: Mơ phỏng, NAVI-SAILOR 4000 GPS, ECDIS, Abstract The article introduces the simulation of a ship's GPS receiver data and provides this signal to NAVI-SAILOR 4000 ECDIS electronic chart being installed in the practice room of the Navigation Faculty This signal simulation enables students to use electronic charts like when the chart is installed on a real vessel Keywords: Simulation, NAVI-SAILOR 4000 GPS, ECDIS, Đặt vấn đề Trong huấn luyện hàng hải, thiết bị mô thường sử dụng cách thức sau để giả lập hoạt động thực tiễn: 1) Dùng thiết bị thật với tín hiệu đầu vào giả lập 2) Dùng thiết bị giả lập hồn tồn Thiết bị thật với tín hiệu đầu vào giả lập việc sử dụng máy thật tín hiệu đưa vào máy tín hiệu giả tạo giống tín hiệu tàu hoạt động mơi trường thực tế Ví dụ hệ thống mô Radar/Arpa, mô GMDSS hãng FURUNO lắp đặt phòng thực hành Trường Dại học Hàng hải Việt Nam loại thiết bị mô hoạt động theo nguyên lý [3] Những thiết bị mơ loại thường có giá thành cao cho phép huấn luyện thiết bị thật, giống hoàn toàn thực tiễn 74 Thiết bị giả lập hồn tồn thiết bị có bề ngồi, giao diện giống gần giống thiết bị thật phần bên chế tạo với mục đích phục vụ riêng cho việc mơ khác hoàn toàn với phần bên thiết bị thật Thiết bị có giá thành rẻ hơn, cho phép tùy biến nhiều việc thực hành thiết bị khơng hồn tồn giống thiết bị thật [4] Hiện Khoa Hàng hải trang bị Hải đồ điện tử, nhãn hiệu NAVI-SAILOR 4000 ECDIS phòng thực hành Khoa Đây hải đồ đại, hoạt động tốt tàu biển nên phù hợp với việc đào tạo, huấn luyện cho sinh viên Tuy nhiên, hải đồ lắp đặt cố định phòng thực hành nên gặp nhiều hạn chế công tác huấn luyện Do nguyên lý hoạt động, hải đồ điện tử cần liệu từ máy thu GPS để hiển thị vị trí tàu (vị trí máy thu) hải đồ nên máy thu GPS đặt phòng thực hành hải đồ vị trí tàu đứng ngun chỗ, với tọa độ phòng thực hành Như vậy, sinh viên thực thực hành tàu chạy hải đồ Để sử dụng hải đồ huấn luyện cho sinh viên, cần phải giả lập liệu máy thu GPS giống tín hiệu có tàu chạy biển Bài báo trình bày việc tạo liệu giả lập nói kết nối với hải đồ NAVI-SAILOR 4000 ECDIS Khoa Hàng hải Các yêu cầu liệu máy thu GPS giả lập dành cho hải đồ điện tử NAVI-SAILOR 4000 ECDIS NAVI-SAILOR 4000 ECDIS có cổng COM vật lý cho phép kết nối với thiết bị khác buồng lái [1] Người dùng định hướng kết nối cổng COM tới đầu vào phần mềm hải đồ Phần mềm hải đồ nhận dạng loại thiết bị kết nối thông qua cú pháp liệu theo chuẩn quy định, xử lý liệu hiển thị hình làm việc (Hình 1) SỐ 63 (8-2020) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Hình Định hướng kết nối cổng COM vật lý với phần phầm hải đồ Các thiết bị buồng lái mà hải đồ điện tử NAVI-SAILOR 4000 ECDIS tiếp nhận hiển thị liệu bao gồm: Máy thu GPS (GROLASS, DECCA, LORAN), máy đo sâu, la bàn, la bàn từ, máy đo tốc độ quay trở, tốc độ kế, máy thu AIS, máy đo gió, máy thu NAVTEX [1] Dữ liệu từ thiết bị buồng lái kết nối với hải đồ NAVI-SAILOR 4000 ECDIS phải có cú pháp cấu trúc phù hợp với định dạng theo chuẩn IEC 61162-1 hoặc/và NMEA0183 Do nghiên cứu thực việc giả lập liệu máy thu GPS nên viết đề cập đến định dạng liệu GPS Hải đồ NAVI-SAILOR 4000 ECDIS chấp nhận cấu trúc sau từ máy thu GPS: GGA, GLL, RMC, VTG, DTM, GBS, ZBA Sau ví dụ với định dạng GLL theo chuẩn NMEA0183: $ GLL, llll.ll1, a2, yyyyy.yy3, a4, hhmmss.ss5, A6, a7*hh Bảng Ý nghĩa trường liệu kiểu liệu GLL Ký hiệu đại diện STT Ý nghĩa llll.ll Vĩ trí a Bán cầu yyyyy.yyy Kinh độ vị trí a Bán cầu SỐ 63 (8-2020) độ vị Giá trị Độ, phút, mười phút "N" - Bắc "S" - Nam Độ, phút, mười phút "E" - Đông "W" - Tây phần phần Hhmmss.ss A A Giờ xác định vị trí Trạng thái liệu Giờ, phút, giây "A" - Tin cậy "V" - Không tin cậy Chế độ hệ thống định vị "A" - Tự động "D" - Vi phân "E" - Dự đốn (khi bị khuất) "M" Nhập tay "S" - Mơ "N" Dữ liệu không Thực giả lập liệu máy thu GPS Việc tạo liệu giả lập nghiên cứu thực thông qua phần mềm máy tính kết nối qua cổng giao tiếp máy tính Các máy tính xách tay phổ thơng khơng có cổng COM loại chân nên để kết nối với hải đồ cần có chuyển đổi chuẩn kết nối từ cổng USB sang cổng RS422 (là chuẩn sử dụng hải đồ NAVI-SAILOR 4000 ECDIS) Sơ đồ kết nối thể Hình 75 TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Tín hiệu giả lập phải đảm bảo yếu tố sau: - Đúng chuẩn kết nối kỹ thuật (Chuẩn RS422); - Đúng định dạng quy định; - Đúng tần xuất gửi/nhận liệu Hai công thức tính kinh độ vĩ độ tàu nêu theo thời gian thực có chút sai lệch so với thực tế Trong thực tế tàu chạy mặt biển mặt cầu thể vị trí tàu hải đồ (mặt phẳng) cần có hiệu chỉnh biến dạng phép chiếu Hình Sơ đồ kết nối hệ thống Phần mềm viết ngơn ngữ C# cài đặt máy tính với thông số đầu vào kinh độ, vĩ độ ban đầu, tốc độ, hướng chạy tàu Từ thơng số này, phần mềm tính tốn vị trí tàu theo thời gian thực Với tọa độ tàu theo thời gian thực tính tốn được, phần mềm chuyển sang dạng liệu phù hợp với định dạng chuẩn NMEA0183 gửi sang hải đồ Cơng thức tính vị trí tàu thời điểm t sử dụng phần mềm sau: 𝑣 × sin(𝐶𝑜) × 𝑡 𝑙𝑎𝑡𝑡 = 𝑙𝑎𝑡𝑡−1 + ( ) 216000 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑡 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑡−1 + ( 𝑣 × cos(𝐶𝑜) × 𝑡 ) 216000 Trong đó: latt : vĩ độ vị trí tàu thời điểm t, đơn vị [độ]; latt-1 : vĩ độ vị trí tàu thời điểm t-1, đơn vị [độ]; Tuy nhiên, việc sử dụng mô hải đồ diễn thời gian vài giờ, tốc độ tàu biển 30 hải lý/giờ nên khoảng cách di chuyển tàu không lớn, sai lệch nêu nhỏ nên sử dụng hai công thức mô Sử dụng phần mềm giả lập liệu máy thu GPS Màn hình làm việc phần mềm giả lập liệu máy thu GPS Hình Khi bắt đầu mô phỏng, người dùng nhập tọa độ ban đầu tàu, tốc độ hướng chạy tàu sau nhấn nút START Phần mềm tự động chạy, tính tốn vị trí tàu theo chu kỳ giây hiển thị lại ô Lat ô Long hình máy tính Vị trí tàu tính tốn nói kết hợp với thơng tin khác thời gian, tốc độ, hướng tàu, mã kiểm tra để tạo thành tin đầy đủ tin máy thu GPS thật gửi sang hải đồ điện tử longt : kinh độ vị trí tàu thời điểm t, đơn vị [độ]; longt-1 : kinh độ vị trí tàu thời điểm t-1, đơn vị [độ]; v vận tốc tàu, đơn vị [hải lý/giờ]; Co hướng chạy tàu, đơn vị [độ]; T thời gian hai lần tính vị trí, đơn vị [giây] Tên vĩ độ xác định sau: đại lượng latt latt-1 mang giá trị dương (+), vĩ độ tính mang tên "N", ngược lại mang tên "S" Tên kinh độ xác định sau: đại lượng longt longt-1 mang giá trị dương (+), kinh độ tính mang tên "E", ngược lại mang tên "W" Trường hợp kinh độ vượt ±180o đổi tên từ "E" sang "W" ngược lại 76 Hình Màn hình làm việc phần mềm giả lập tín hiệu máy thu GPS SỐ 63 (8-2020) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Trên hải đồ điện tử, học viên thực cơng việc tàu chạy làm việc với hải đồ điện tử tàu thật Học viên tiến hành theo dõi chuyển động tàu mình, đo khoảng cách đến mục tiêu bờ, tiến hành tránh va [2] Khi cần đổi hướng tốc độ, học viên thay đổi trực tiếp giá trị hướng, tốc độ hình làm việc phần mềm Việc thay đổi có tác dụng đến quỹ đạo chuyển động tàu Kết luận Nghiên cứu tiến hành thực nghiệm việc giả lập liệu máy thu GPS để cấp cho hải đồ điện tử NAVI-SAILOR 4000 ECDIS đạt kết mong muốn Đây hướng phù hợp để tận dụng trang thiết bị buồng lái thật tàu thủy làm thiết bị mô phục vụ giảng dạy cho sinh viên Sau thành công việc giả lập liệu máy thu GPS kết nối với hải đồ điện tử NAVI-SAILOR 4000 ECDIS, hướng nghiên cứu tạo mô chuyển động tàu, mô hoạt động máy lái tự động, hệ thống điều khiển máy SỐ 63 (8-2020) KHOA HỌC - CƠNG NGHỆ tàu thủy để hồn thiện hệ thống mơ hải đồ điện tử cho hải đồ NAVI-SAILOR 4000 ECDIS phục vụ công tác huấn luyện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]NAVI-SAILOR 4000/4100 ECDIS (VERSION 2.00.009) INSTALLATION GUIDE, © Transas Ltd March, 2009 [2]NAVI-SAILOR 4000/4100 ECDIS (VERSION 2.00.009) USER MANUAL © Transas Ltd March, 2009 [3]https://www.furuno.com/en/systems/marine-equip ment-training/ [4]http://www.electrotech.net.au/wp-content/uploads /2014/01/NTPRO5000_Leaflet-prev.pdf Ngày nhận bài: 09/3/2020 Ngày nhận sửa: 19/3/2020 Ngày duyệt đăng: 30/3/2020 77 ... việc giả lập liệu máy thu GPS để cấp cho hải đồ điện tử NAVI-SAILOR 4000 ECDIS đạt kết mong muốn Đây hướng phù hợp để tận dụng trang thiết bị buồng lái thật tàu thủy làm thiết bị mô phục vụ giảng... vụ giảng dạy cho sinh viên Sau thành công việc giả lập liệu máy thu GPS kết nối với hải đồ điện tử NAVI-SAILOR 4000 ECDIS, hướng nghiên cứu tạo mô chuyển động tàu, mô hoạt động máy lái tự động,... nhận hiển thị liệu bao gồm: Máy thu GPS (GROLASS, DECCA, LORAN), máy đo sâu, la bàn, la bàn từ, máy đo tốc độ quay trở, tốc độ kế, máy thu AIS, máy đo gió, máy thu NAVTEX [1] Dữ liệu từ thiết