I. Đặt vấn đề
GIS (Geographical Information System) – Hệ thống công nghệ thông tin địa lý, từ khi ra đời đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: địa chính, giao thông, quy hoạch đô thị và nhiều lĩnh vực khác. Để nâng cao khả năng, hiệu quả ứng dụng của GIS người ta thường kết hợp GIS với một số hệ thống khác: viễn thám; hệ thống định vị toàn cầu (GPS); hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu, nhằm bổ sung những chức năng quản lý, xử lý và phân tích số liệu phi không gian trong cơ sở dữ liệu của GIS.
Để quản lý và tổ chức tốt một đội tàu khai thác khơI, người quản lý cần có những thông tin: vết (vị trí) tàu khai thác, thông tin kỹ thuật của tàu, thông tin về khai thác, và các thông tin tham khảo khác.
Trong phạm vi báo cáo này, nội dung được quan tâm chủ yếu về nghiên cứu tích hợp dữ liệu của GPS vào GIS nhằm hỗ trợ công tác quản lý và tổ chức đội tàu khai thác hải sản xa bờ.
Theo dõi vết tàu là một chỉ tiêu quan trọng nhất trong quản lý và tổ chức đội tàu khai thác. Biết được vị trí con tàu, người quản lý ở đất liền sẽ biết đựoc hành trình con tàu có đúng hướng định trước không, có vi phạm vùng biển thuộc chủ quyền của nước khác không? Biết được vị trí của tàu sẽ cho phép điều động tàu đến ngư trường được dự báo có sản lượng khai thác tốt, đồng thời hỗ trợ việc cứu nạn, cứu hộ trên biển được thuận lợi hơn.
II. Giải pháp kỹ thuật
- Lựa chọn giải pháp
Để kết hợp GPS với GIS cần xác định những thông số có tính chất chung của hai hệ thống. GPS và GIS có một số dữ liệu quản lý giống nhau: toạ độ địa ý, thời gian và hệ toạ độ địa lý. Do đó, kết hợp GPS với GIS thực chất là sử dụng những thông tin của GPS để liên kết với thông tin trong GIS. GPS thường đựơc gắn trên các phương tiện di động, toạ độ của nó được xác định chính xác qua các vệ tinh.
Trong nghiên cứu của chúng tôi, GIS được đặt trong trung tâm trên đất liền, GPS gắn trên tàu khai thác cá ngoài biển. Việc kết hợp GPS trong trường hợp này là gắn thông tin địa lý và thời gian của GPS vào hệ thống GIS được xác lập cùng hệ toạ độ với GPS.
Sự kết hợp thông tin từ GPS vào GIS được mô tả trên hình 1.
 |
| |
Các phương án có thể kết hợp như sau:
Phương án 1: Thuyền trưởng báo cáo toạ độ (x, y) về đất liền bằng bộ đàm vô tuyến. Tại trung tâm, nhập lại dữ liệu toạ độ vào GIS. Đây là phương pháp đơn giản, rẻ tiền. Tuy nhiên, phụ thuộc rất lớn vào tính khách quan của việc đọc dữ liệu trên GPS của người báo cáo. Thông tin thời gian trong trường hợp này thường bỏ qua, và GIS lấy giá trị thời gian (T) của hệ thống máy tính.
Phương án 2: Dữ liệu toạ độ của tàu (x, y) từ GPS được lưu trữ trong bộ nhớ của GPS, sau khi tàu về bờ, thông tin được chuyển vào máy tính để liên kết với GIS. Đây là phương án tiết kiệm, chính xác. Tuy nhiên, không mang tính tức thời vì toạ độ của tàu chỉ được xác định sau khi không thể sử dụng cho công tác quản lý. Khi tàu cập cảng ở xa trung tâm, việc chuyển nhận số liệu từ GPS vào GIS rất khó khăn. Mặc khác, bộ nhớ của GPS cũng rất hạn chế.
Phương án 3: kêt hợp phương án 1 và 2 này nhằm bổ khuyết cho nhau. Phương án 1 cho số liệu (x, y) tức thời, và phương án 2 để kiểm tra tính chính xác của phương án 1. Đây là phương pháp có tính khả thi cao, khi các tàu chưa đủ điều kiện để thực hiện các phương án sau.
Phương án 4: Tín hiệu định vị (x, y) và thời gian (T) được truyền về trung tâm ở đất liền định kỳ qua sóng ngắn của các máy thu – phát vô tuyến ở trên tàu. Đây là phương án tương đối rẻ tiền, được sử dụng trong quản lý các đội xe trong thành phố và các tàu thuỷ vận tải, du lịch,…
Phương án 5: Tín hiệu định vị (x, y) và thời gian (T) được truyền qua vệ tinh về trung tâm đất liền tích hợp vào GIS. Đây là phương án hiện đại và chính xác nhất, được sử dụng để quản lý các tàu vận tải thuỷ xuyên quốc gia của các nước. Tuy nhiên, giá thành của hệ thống và chi phí vận hành khá cao.
Qua phân tích các phương án trên, có thể thấy phương án 4 có nhiều ưu điểm và có tính khả thi trong điều kiện nước ta. Tuy nhiên, nhập một hệ thống mới như vậy khá dắt tiền, hơn nữa cũng chưa phù hợp với điều kiện của nước ta.
Qua tìm hiểu thực tế, chúng tôi thấy, hiện nay mỗi tàu khai thác khơi thường đựoc trang bị: một máy định vị GPS, thông dụng là GP – 30, GP – 31, GP – 32; máy thu – phát sóng ngắn ICOM, phổ biến là M - 700TY, M – 710, M - 718 của Nhật. Dó đó, chúng tôi lựa chọn giải pháp kỹ thuật cho việc truyền số liệu GPS về đất liền qua sóng ngắn của máy thu – phát vô tuyến ICOM. Sơ đồ nguyên lý phát và thu tin hiệu GPS như trên hình 2 và hình 3.
 |
| |
Máy thu – phát ICOM có chất lượng truyền sóng tốt và phù hợp với các tàu đi biển. Vấn đề ở đây cần phải thiết kế một thiết bị ghép nối GPS với máy phát ICOM, để máy ICOM truyền dữ liệu toạ độ và thời gian của GPS từ tàu về trung tâm đất liền. Trung tâm GIS ở đất liền nhận tín hiệu GPS qua máy thu – phát ICOM, tách lấy tín hiệu để chuyển vào máy tính, tích hợp vào GIS.
Thiết bị phát FG – 01T (hình 2) được chế tạo để thực hiện các nhiệm vụ: Thu nhận số liệu từ máy định vị GPS, phân tích và lựa chọn số liệu cần truyền, điều khiển thiết lập các chế độ cho máy phát vô tuyến và điều chế tín hiệu FSK.
 |
| |
Thiết bị thu tín hiệu định vị FG – 01R (hình 3) được thiết kế và chế tạo để thực hiện các nhiệm vụ: Thu nhận tín hiệu từ máy thu phát vô tuyến chuyển đổi thành tín hiệu số, xử lý và chọn lọc số liệu trước khi đưa sang máy tính để hiển thị vị trí tàu.
Chương trình theo dõi vết tàu chạy trên môi trường Windows 9X, liên kết với phần mềm MapInfo để hiển thị toạ độ của tàu lên bản đồ số.
- Phương pháp thử nghiệm
Để thử nhgiệm kết quả truyền dữ liệu của hệ thống, chúng tôi thực hiện bốn bước thử nghiệm: thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, thử nghiệm khi tàu ở tại bến, thử nghiệm khi tàu hoạt động trên biển và thử nghiệm tầm xa.
Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm là để đánh giá độ chính xác của hai khối phát FG – 01T và khối nhận FG – 01R về việc xử lý và truyền số liệu từ GPS GP – 31. ở chế độ này, khối phát FG – 01T được nối với GPS và kết nối trực tiếp với khối thu FG – 01R, không qua máy thu phát ICOM.
Thử nghiệm tại bến nhằm mục đích kiểm tra chất lượng dữ liệu bằng truyền sóng ngắn qua máy thu phát ICOM.
Phương pháp thử: Máy phát ICOM – 710M và máy đinh vị GP – 31 đặt tại Chi cục Bảo vệ Nguồn lợi Thuỷ sản Khánh Hoà. Máy thu ICOM – 718 đặt tại phòng thí nghiệm điện, Trường Đại học Thuỷ sản. Thời gian thử nghiệm: 7,5 giờ, chế độ phát cáh nhau 5 phút, tần số phát 6,422MHz.
Thử nghiệm trên tàu hành trình tương tự như thử nghiệm tại bến. Thử nghiệm tầm xa để kiểm tra chất lượng truyền số liệu bằng sóng ngắn ở khoảng cách xa.
Phương pháp thử:
Lần thứ nhất, máy phát ICOM – M710, máy định vị GPS – 31 lắp đặt tại Chi cục Bảo vệ Nguồn lợi Thuỷ sản Đà Nẵng. Máy ICOM – 718 đặt tại cơ sở điện tử Nhật Minh, Nha Trang. Thời gian thử nghiệm 1 giờ, chế độ phát cách nhau 1 phút, tần số phát 12,400MHz.
Lần thứ 2, máy phát ICOM – M710, máy định vị GPS – 31 lắp đặt trên tàu Kiểm ngư Đà Nẵng, trung tâm thu không được báo trước hành trình con tàu, tần số phát 6,745 MHz, thời gian thử nghiệm 5 ngày.
III. Kết quả và thảo luận
- Kết quả
Số liệu truyền và nhận trong các lần thử nghiệm đều đạt 100%. Riêng thử nghiệm trên tàu Kiểm ngư Đà Nẵng khi tàu trên đường về cảng Bạch Đằng, thời tiết xấu (có mưa và giông) khi tàu vào gần bờ, tín hiệu thu được chỉ đạt khoảng 55%.
Kết quả tích hợp toạ độ tàu lên bản đồ số MapInfo bằng một trong hai cách: (1) trực tiếp hiển thị toạ độ của tàu lên bản đồ số ngay khi nhận tín hiệu, và như vậy cho biết vị trí của con tàu gắn với thời gian thực; (2) lưu trữ trong một tập tin và tích hợp vào bản đồ số. Khi chuyển tập tin lưu trữ vết tàu của GPS sang môi trường MapInfo, các dữ liệu thuộc tính kèm theo như: số hiệu tàu, kinh độ, vĩ độ, và thời gian tương ứng cũng sẽ được chuyển đổi sang tập tin của MapInfo. Trên hình 4 là kết quả thử nghiệm trên tàu Kiểm ngư Đà Nẵng.
 |
| |
 |
| |
Trong GIS, thông tin vết tàu có thể tái hiện trở lại bằng cách cho chạy chương trình mô phỏng, khi đó các vị trí của tàu sẽ được hiển thị trở lại với khoảng cách thời gian bằng nhau giữa hai điểm toạ độ.
2. Thảo luận
Từ những kết quả đạt được, chúng tôi nhận thấy: Giải pháp lựa chọn là một tổ hợp bao gồm phần cứng, phần mềm và cơ sở dữ liệu để kết hợp GPS và GIS trong quản lý và tổ chức đội tàu khai thác.
Mô hình này cho phép:
- Truyền – nhận số liệu định vị từ GPS về trung tâm quản lý ở đất liền và tích hợp trong GIS phục vụ công tác quản lý các tàu khai thác khơi.
- Có thể tích hợp các thông tin khai thác, thông tin tham khảo vào GIS để xây dựng bản đồ ngư trường phục vụ công tác chỉ đạo khai thác.
- Hệ thống được xây dựng trên nền MapInfo, do vậy có thể kế thừa các sản phẩm bản đồ số xây dựng cho MapInfo hoặc các phần mềm GIS khác có chức năng trao đổi dữ liệu với MapInfo, đồng thời sử dụng được các chức năng thống kê và phân tích dữ liệu không gian trong MapInfo.
Những kết quả nhận được cho thấy giải pháp lựa chọn có thể ứng dụng GPS kết hợp với GIS trong quản lý và tổ chức đánh bắt cho đội tàu khai thác hải sản xa bờ. Tuy nhiên, cũng cần nhìn nhận rằng các kết quả đạt được vẫn còn những hạn chế sau đây:
- Kết quả truyền số liệu mới chỉ thực hiện được một tàu, khi truyền nhiều tàu chưa kiểm tra được sự tranh chấp đường truyền. Điều này có thể khắc phục bằng cách lập lịch thời gian cho các điểm truyền số liệu giữa các tàu không trùng nhau.
- Chưa kiểm tra đầy đủ sự truyền số liệu ở khoảng cách xa. Kết quả truyền số liệu từ Đà Nẵng đến Nha Trang còn ít, đặc biệt chưa thử nghiệm khi tàu chạy hoạt động ở vùng biển Nam Trường Sa.
- Chưa kiểm tra đầy đủ sự truyền số liệu trong thời tiết xấu.
- Chưa có điều kiện thử nghiệm độ tin cậy của thiết bị chế tạo.
Kết quả nhận được cho thấy nếu có thêm thời gian và điều kiện nghiên cứu bổ sung hoàn chỉnh các hạn chế nói trên thì với giải pháp kỹ thuật đã nghiên cứu có những ưu điểm: sử dụng đựoc các thiết bị có sẵn trên tàu khai thác để xây dựng một hệ thống thông tin GIS có giá thành thấp, đáp ứng đựoc yêu cầu kỹ thuật trong quản lý và tổ chức khai thác đội tàu đánh cá khơI của các Sở Thuỷ sản, hoặc các công ty./.
PGS-TS Nguyễn Thạch
