Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ sỹ quan trực ca buồng lái ra quyết định điều động tàu tránh va trong các tình huống tồn tại nguy cơ đâm va trên biển

Bài viết xây dựng cơ sở tri thức (CSTT) về các tình huống tồn tại nguy cơ đâm va tàu với các dữ liệu thu thập được từ nhiều nguồn khác nhau. Trên cơ sở bộ CSTT thu được, nhóm xây dựng một Hệ chuyên hỗ trợ các sỹ quan trực ca buồng lái thông qua chế độ hội thoại và đồ họa nhằm trợ giúp sỹ quan trực ca buồng lái đưa ra các quyết định về điều động tàu tránh va tàu trong các tình huống tồn tại nguy cơ đâm va trên biển.

CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019 XÂY DỰNG HỆ CHUYÊN GIA HỖ TRỢ SỸ QUAN TRỰC CA BUỒNG LÁI RA QUYẾT ĐỊNH ĐIỀU ĐỘNG TÀU TRÁNH VA TRONG CÁC TÌNH HUỐNG TỒN TẠI NGUY CƠ ĐÂM VA TRÊN BIỂN BUILDING THE EXPERT SYSTEM SUPPORTING OFFICERS OF WATCH FOR MAKING DECISION IN SHIP COLLISIONS AVOIDANCE DURING RISK OF SITUATIONS AT SEA MAI XUÂN HƯƠNG1, NGUYỄN KIM PHƯƠNG2, TRẦN VĂN TUYỀN3, NGUYỄN TRỌNG ĐỨC3 1Khoa Hàng hải, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, 2Viện Đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, 3Khoa Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Email liên hệ: maixuanhuong@vimaru.edu.vn Tóm tắt Trong báo này, nhóm tác giả xây dựng sở tri thức (CSTT) tình tồn nguy đâm va tàu với liệu thu thập từ nhiều nguồn khác Trên sở CSTT thu được, nhóm xây dựng Hệ chuyên hỗ trợ sỹ quan trực ca buồng lái thông qua chế độ hội thoại đồ họa nhằm trợ giúp sỹ quan trực ca buồng lái đưa định điều động tàu tránh va tàu tình tồn nguy đâm va biển Từ khóa: Tình cắt hướng, hệ chuyên gia, dự báo đâm va tàu Abstract In this paper, the authors develop a knowledge base of cross situations that are at risk of collision with data collected from various sources Based on the knowledge base collected, the authors built an Expert System to support Deck officer of watch use dialog and graphics to help deck officer of watch giving decision maneuvering of vessel in risk of collisions at sea Keywords: Cross situations, expert system, forecast of collisions Đặt vấn đề Theo Tổ chức Hàng hải giới, tai nạn đâm va hàng hải xảy nhiều nguyên nhân, liên quan trực tiếp tới lực người điều khiển tàu môi trường hàng hải Những nguyên nhân thường xuất phát từ trình độ kỹ người điều khiển tàu, Trong đó, nguyên nhân xuất phát từ trình độ kỹ người điều khiển thường việc chưa nắm vững tính điều động tàu, bất cẩn cảnh giới, không tuân thủ nghiêm ngặt quy tắc phòng ngừa đâm va tàu thuyền biển (COLREG 72), thiếu phối hợp hiệu thuyền viên [1, 2] Hành động tránh va tàu thuyền biển thực tình [3]: tình đối hướng (hoặc gần đối hướng), tình vượt tình cắt hướng Trong tình này, tình cắt hướng thường xem tình nguy hiểm, hay xảy vụ va chạm, đâm va tàu Nhằm trợ giúp sỹ quan trực ca buồng lái việc xử lý tình tồn nguy đâm va tàu, hỗ trợ công tác đào tạo huấn luyện hàng hải, Hệ chuyên gia hỗ trợ định điều động tàu tránh va biển xây dựng Xây dựng sở tri thức tình cắt hướng tồn nguy đâm va 2.1 Thu thập liệu Từ thực tế phân tích vụ đâm va xảy ra, nguyên nhân xác định phụ thuộc chủ yếu vào mật độ giao thông hàng hải lực sỹ quan, thuyền viên vận hành Trên sở đó, nhằm xây dựng CSTT tình tồn nguy đâm va, nhóm nghiên cứu tiến hành thu thập liệu từ ba nguồn chính: Quy tắc quốc tế phòng ngừa đâm va tàu thuyền biển COLREG 72 [2, 3], từ kinh nghiệm chuyên gia lĩnh vực điều khiển tàu biển, từ thực nghiệm Trung tâm Mô hàng hải Trường Đại học Hàng hải Việt Nam (TTMP) Với Quy tắc quốc tế phòng ngừa đâm va tàu thuyền biển 1972: nhóm thu luật điều động tránh va cho tình tồn nguy đâm va dựa Điều đến 13 đến 15 Với chuyên gia lĩnh vực điều khiển tàu biển: việc thu thập liệu thực với sỹ quan điều khiển tàu biển có chức danh từ Phó hai trở lên, đảm nhiệm chức danh sỹ quan 24 tháng để đảm bảo họ xử lý tình thực tế làm việc tàu biển Các thông tin cần thu thập bao gồm: Khoảng cách bắt đầu quan sát tàu mục tiêu, dự đốn tình tương quan tàu mục tiêu, dự kiến kế hoạch tránh va, khoảng cách bắt đầu hành động tránh va phương pháp điều động tránh va hiệu 36 Tạp chí khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 57 - 01/2019 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019 Với phương pháp thực nghiệm: nhóm tiến hành trải nghiệm tình Sỹ quan điều khiển tàu biển TTMP Các nhóm lực đánh giá bao gồm: lực cảnh giới, xác định vị trí tàu, sử dụng thơng tin liên lạc tình tồn nguy đâm va lực điều động tàu đưa hành động tránh va chạm tàu với tàu mục tiêu theo Điều COLREG 1972 2.2 Xây dựng sở tri thức Trên sở liệu thu thập, CSTT điều động tránh va tình tồn nguy đâm va xây dựng với 200 luật dạng NẾU THÌ [4] Trường hợp sử dụng: Giản đồ tình cắt hướng Hình 1, luật thu được: NẾU VÀ THÌ NẾU VÀ VÀ < tàu mục tiêu có tốc độ lớn> THÌ < tàu chủ đổi hướng sang trái cho tàu mục tiêu sau lái gần sau lái tàu chủ > NẾU VÀ VÀ < tàu mục tiêu có tốc độ nhỏ> THÌ < tàu chủ đổi hưởng sang phải > NẾU VÀ THÌ < chủ đối hướng sang trái 30 độ tàu mục tiêu sau lái tàu chủ> NẾU VÀ THÌ < tàu chủ đối hướng Hình Giản đồ tình cắt hướng tàu chủ tàu mục tiêu sang phải tàu mục tiêu sau lái ngang mạn trái tàu chủ> NẾU VÀ THÌ Ngoài ra, để điều động tránh va hiệu cần phải có đánh giá tình dựa thơng tin vị trí, hướng, tốc độ tàu chủ tàu mục tiêu Khi đó, kinh nghiệm thực tế chuyên gia điều khiển tàu biển lành nghề xem xét, bổ sung để có kết luận đắn Với mục tiêu xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ sỹ quan trực ca buồng lái định điều động tránh va chuẩn xác trình hàng hải, sở tri thức lưu trữ cài đặt SQL server dạng Hình a) Trạng thái b) Hành động Hình Cơ sở tri thức trạng thái hành động Xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ định điều động tàu tránh va Hệ chuyên gia xây dựng với chức chính: - Chức Hệ thống cho phép quản trị người sử dụng, lưu, phục hồi liệu; - Chức Cơ sở tri thức cho phép bổ sung tình huống, hành động tri thức mới; - Chức Mô tránh va cho phép người sử dụng giao tiếp với hệ thống hai chế độ: chế độ hội thoại có u cầu thơng tin trợ giúp điều động tránh va chế độ mô điều động tránh va Đồ giải; - Chức Trợ giúp cung cấp hướng dẫn sử dụng cho phần mềm, tham khảo điều luật COLREG 72 Tạp chí khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 57 - 01/2019 37 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019 Hình Giao diện hệ Để cập nhật liệu, người sử dụng lựa chọn chức Cơ sở tri thức Để điều động tránh va, người sử dụng chọn chức Mô Tại cửa sổ giao diện, người sử dụng nhập liệu tàu chủ, tàu mục tiêu lựa chọn tình mẫu file có sẵn Cơ chế Suy diễn với phương pháp suy diễn Tiến (Forward chainning) cho phép người sử dụng làm việc với hệ thống qua chế độ hội thoại, qua hệ thống đưa dự báo tình đâm va khuyến cáo tới người sử dụng hành động cụ thể nhằm tránh va chạm (Hình 4) Hình Mơ hình điều động tránh va với tàu mục tiêu Hình khuyến cáo người dùng tình điều động tránh va với 03 tàu mục tiêu Tàu chủ hướng 000 độ với tốc độ 12 hải lý/giờ, tàu mục tiêu đối hướng với tốc độ 12,5 hải lý/giờ, tàu mục tiêu cắt hướng từ mạn phải với tốc độ 12 hải lý/giờ, tàu mục tiêu cắt hướng từ bên mạn trái với tốc độ 13 hải lý/giờ, hệ thống tránh va hỗ trợ cho sỹ quan trực ca buồng lái tránh va cánh quan sát mục tiêu đồ giải, phân tích tình định điều động tránh va cách thay đổi hướng sang phải từ 60 độ đến 90 độ so với hướng ban đầu Với chế Đồ giải, hệ thống đưa giao diện đồ họa cho phép người sử dụng quan sát diễn tiến trình điều động tránh va cách trực quan (Hình 5) 38 Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 57 - 01/2019 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019 Hình Đồ giải tránh va Hình tình cắt hướng tàu chủ tàu mục tiêu hiển thị chức đồ giải hệ thống: Tàu chủ hướng 000 độ với tốc độ 12 knots Lúc 00h00 phát tàu mục tiêu có phương vị 045 độ, khoảng cách 10 hải lý Sau phút (00h06), tàu mục tiêu có phương vị 045 độ khoảng cách hải lý Quan sát đồ giải thấy hướng chuyển động, vận tốc tương đối, khoảng cách cận điểm CPA, thời gian tới cận điểm TCPA hướng chuyển động vận tốc thực tế tàu mục tiêu Qua chức mô phỏng, hệ thống đưa trợ giúp cho người điều khiển phương án hành động tránh va theo yêu cầu COLREG 72 phù hợp với kinh nghiệm biển lành nghề Bước đầu, thông tin dự báo định điều động tránh va hệ đối sánh kiểm thử phịng mơ hàng hải Trường Đại học Hàng hải Việt Nam cho kết tốt Điều thể sở tri thức tương đối đầy đủ trình suy diễn hệ phù hợp Kết luận Trong báo này, nhóm tác giả xây dựng CSTT tình cắt hướng tồn nguy đâm va cách công phu với liệu thu thập từ nhiều nguồn khác như: sách báo, tài liệu, chuyên gia người từ thực nghiệm Trên sở CSTT thu được, nhóm xây dựng Hệ chuyên gia cho phép người sử dụng làm việc với hệ thống qua chế độ hội thoại, qua hệ thống đưa dự báo tình đâm va khuyến cáo tới người sử dụng hành động cụ thể nhằm hạn chế, tránh va Thêm vào đó, với giao diện đồ họa, hệ thống cho phép người sử dụng quan sát diễn tiến trình điều động tránh va cách tự động từ hệ thống nhờ trình suy diễn CSTT Tuy nhiên, kết dự báo cịn hạn chế số lượng tình mẫu có hạn, chế hội thoại dừng lại dạng văn Để áp dụng thực tế công tác giảng dạy huấn luyện, CSTT tình phải bổ sung, kết hợp chế hội thoại với giọng nói nhằm diễn đạt tốt hành động điều động tàu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Website tổ chức hàng hải giới http://www.imo.org [2] Bộ môn Cơ sở hàng hải, Bài giảng Quy tắc phòng ngừa đâm va biển (COLREG 72), Trường Đại học Hàng hải Việt Nam [3] Phạm Văn Thuần, Nguyễn Viết Thành, Quy tắc phòng ngừa đâm va tàu thuyền biển 1972, NXB Khoa học kỹ thuật, 2012 [4] Trần Văn Tuyền, Xây dựng chương trình dự báo tránh va cho tàu hành hải vùng biển Việt Nam, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Hàng hải Việt Nam, 2017 Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày nhận sửa lần 2: Ngày duyệt đăng: 09/7/2018 28/8/2018 11/10/2018 01/11/2018 Tạp chí khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 57 - 01/2019 39 ... nghiệm tình Sỹ quan điều khiển tàu biển TTMP Các nhóm lực đánh giá bao gồm: lực cảnh giới, xác định vị trí tàu, sử dụng thơng tin liên lạc tình tồn nguy đâm va lực điều động tàu đưa hành động tránh. .. động tránh va chạm tàu với tàu mục tiêu theo Điều COLREG 1972 2.2 Xây dựng sở tri thức Trên sở liệu thu thập, CSTT điều động tránh va tình tồn nguy đâm va xây dựng với 200 luật dạng NẾU ... độ tàu chủ tàu mục tiêu Khi đó, kinh nghiệm thực tế chuyên gia điều khiển tàu biển lành nghề xem xét, bổ sung để có kết luận đắn Với mục tiêu xây dựng hệ chuyên gia hỗ trợ sỹ quan trực ca buồng