I/ Nhận Định Xu Thế Phát Triển
Qúa trình hành hải của thuyền Trưởng/ Chủ tàu và hoa tiêu dẫn tàu trên tuyến luồng sẽ chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố sau:
- Đặc tính của tàu
- Phương thức hành hải và tuyến luồng thiết kế
- Khả năng hoạt động của bánh lái và động cơ
- Sự trợ giúp của đội tàu lai
- Địa hình khu vực, sức hút của đường bờ
- Các yếu tố về khí tượng, thuỷ hải văn: sóng, gió, dòng chảy, mực nước triều, nhiệt độ, độ mặn,… như mô tả tại Hình 1 dưới đây.
Trong các yếu tố trên thì các yếu tố về điều kiện khí tượng, thuỷ văn được xem là yếu tố quan trọng vì tính phức tạp, sự thay đổi liên tục của thiên nhiên mà con người không chủ động điều khiển được. Chúng ta chỉ có thể được dự báo trước một khoảng thời gian. Để thuyền Trưởng/ Chủ tàu và hoa tiêu có được các thông số gió, sóng, dòng chảy một cách nhanh chóng, chính xác cho việc tính toán, thống nhất thời điểm đưa tàu vào, rời cảng phù hợp.
Chúng tôi, Công ty TNHH Khoa Học Và Kỹ Thuật REECO, xin đề xuất “Hệ thống giám sát liên tục – thời gian thực các thông số khí tượng, thuỷ – hải văn” nhằm đẩy mạnh vị thế của cảng về chất lượng dịch vụ hiện đại, cũng như sự đảm bảo an toàn tuyệt đối cho quá trình hành hải của các đội tàu ra vào cảng. Các thông số đo từ hệ thống giám sát này sẽ hỗ trợ kịp thời và hiệu quả cho các bộ phận quản lý – điều hành hoạt động cảng.
II/ Các hệ thống giám sát liên tục – Thời giant thực các thông số khí tượng, Thủy – Hải văn tại cảng
Hệ thống giám sát liên tục thời gian thực các thông số khí tượng, thuỷ – hải văn là một tổ hợp gồm nhiều thiết bị chuyên dụng, hiện đại với độ chính xác cao, được sản xuất bởi các quốc gia hàng đầu trên thế giới trong lĩnh vực như: Aanderaa (Nauy), YSI, Tideland,… (Mỹ),…. Những thiết bị này được rất nhiều chuyên gia trên thế giới sử dụng phục vụ công tác dự báo khí tượng-thuỷ văn, dự báo thời tiết, nghiên cứu (động lực học bờ biển, vùng cửa sông, rừng ngập mặn,…), các công trình đê, kè, cảng, luồng tàu hành hải,….
Hệ thống có hai dạng thiết kế lắp đặt, được sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp tùy theo ứng dụng và địa điểm cụ thể:
- Kiểu thiết kế thứ nhất: Hệ thống bao gồm các cấu thành thiết bị lắp đặt cố định dưới đáy biển/cảng, trụ cầu cảng và trên bờ cảng.
- Kiểu thiết kế thứ hai: Hệ thống là một trạm phao quan trắc biển.
Các hệ thống giám sát liên tục – thời gian thực nêu trên đã và đang vận hành hiệu quả ở nhiều nước trên thế giới
Với hệ thống bao gồm các cấu thành thiết bị lắp đặt cố định dưới đáy biển/cảng, trụ cầu cảng và trên bờ cảng: các thiết bị quan trắc, giám sát được bố trí theo mô tả đặc trưng tại hình 2. Chất liệu cấu tạo chính của các thiết bị này là Titanium, thép không gỉ ANSI 316, PET, PUR,… chuyên dùng nên các thiết bị có thể thả dưới biển trong thời gian dài mà vẫn hoạt động tốt, cho số liệu tin cậy, dung lượng pin lớn nên giảm nhiều chi phí bảo trì, thay pin.
Danh sách các thiết bị, chức năng hoạt động chính, phương thức lắp đặt và kết nối thu – truyền – hiển thị số liệu đo của hệ thống được mô tả khái quát qua bảng 1 và hình 3.
Bảng 1: Danh sách, chức năng hoạt động và phương thức lắp đặt các thiết bị của hệ thống- (Kiểu thiết kế thứ nhất).
| STT | Tên Thiết Bị | Chức Năng Hoạt Động | Phương Thức Lắp Đặt |
|---|---|---|---|
| 1 | Bộ thiết bị neo đáy, bao gồm:- Sea Guard II DCP;- Wave and Tide Sensor;- Conductivity Sensor;-… | Đo đạc và truyền số liệu về các thông số: profile vận tốc và hướng dòng chảy, độ cao sóng, chu kì sóng, độ dốc sóng, phổ sóng, áp suất, mực triều, áp suất triều, nhiệt độ và các thông số môi trường khác như: độ dẫn/độ mặn, độ đục,… | – Lắp cố định trong khung thả dưới đáy biển. – Cấp nguồn, thu thập số liệu qua bộ SeaGuard II Platform; – Truyền số liệu real-time vào bờ (đến datalogger) qua cáp cảm ứng/ cáp quang. |
| 4 | Thiết bị đo dòng chảy tầng mặt (In-line ZPulse DCS) | Đo vận tốc và hướng dòng chảy tại tầng mặt | – Lắp cố định tại trụ cầu cảng. – Truyền số liệu real-time vào bờ (đến datalogger) qua cáp với tín hiệu đầu ra chuẩn AiCaP/ RS-232/ RS-422 và/ hoặc analog. |
| 5 | Vented Tide Sensor | Đo mực nước, triều. | – Lắp cố định tại trụ cầu cảng. – Truyền số liệu real-time vào bờ (đến datalogger) qua cáp với tín hiệu đầu ra chuẩn AiCaP/ RS-232/ RS-422 và/ hoặc analog. |
| 6 | Trạm đo thời tiết – khí tượng tự động | Giám sát liên tục các thông số: Tốc độ gió; Hướng gió; Gió biểu kiến; Nhiệt độ; Độ ẩm; Khí áp; Mật độ khí quyển; Bức xạ mặt trời; Tầm nhìn xa (m),.. | Lắp trên bộ cột (4 m – 10 m) cố định trên mặt bằng của cảng. |
| 7 | SmartGuard Data Logger | Thu nhận, lưu trữ và truyền các gói số liệu đo từ các thiết bị giám sát thời gian thực, thông qua phần mềm Real-Time Collector, về trung tâm lưu trữ và phân phối số liệu (máy chủ – server) | Lắp đặt trong tủ bảo vệ, cố định tại vị trí thích hợp tại mặt bằng cảng. |
| 8 | Phần mềm Real-Time Collector | – Nhận và chuyển đổi dữ liệu từ các thiết bị đo sang một định dạng dữ liệu tùy chọn. – Cung cấp giao diện cho các ứng dụng khách liên quan đến việc sử dụng dữ liệu, ví dụ như chương trình hiển thị. | Ứng dụng nền chạy trên datalogger/máy tính. |
| 9 | Phần mềm GeoView | Phần mềm hiển thị, phân tích số liệu đo đạc. Toàn bộ số liệu từ các thiết bị đo và sensor được truyền về, lưu trữ tại máy chủ, đồng thời cho phép hiển thị, tải về máy khách (được cấp quyền) đặt tại bất cứ nơi đâu có kết nối internet hoặc 3G/4G (mạng di động) | Phần mềm thu nhận và quản lý số liệu hoạt động trên cơ sở dữ liệu MicroSoft SQL Database chạy trên một Windows Server (máy chủ) |
Trạm phao giám sát liên tục các thông số khí tượng – hải văn đề xuất được thiết kế, chế tạo để đo các thông số gồm: Tốc độ gió, Hướng gió, Nhiệt độ không khí, Độ ẩm, Khí áp, Nhiệt độ nước, Vận tốc dòng chảy, Hướng dòng chảy tầng bề mặt và theo các tầng sâu, và các thông số về Sóng (chiều cao sóng, chu kỳ sóng, hướng sóng,…) và các thông số môi trường khác như: Độ dẫn/Độ mặn, Độ đục, Dầu…. Các thông số đo được truyền trực tuyến, thời gian thực (real-time) vào bờ/tàu.
Mỗi hệ thống phao bao gồm: thân phao đường kính lớn nhất 1.75m với vật liệu cấu tạo chính là polyethylene kháng tia UV, bộ cấp nguồn điện bằng năng lượng mặt trời gồm các tấm pin và ac-quy, các thiết bị đo và truyền dữ liệu. Phao đo khí tượng hải văn đề xuất là một hệ thống đo đạc hải dương đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng quốc tế. Phao được cung cấp kèm theo đèn tín hiệu hàng hải, la bàn, GPS và bộ phản xạ rada (Radar reflector).
Datalogger sử dụng trên phao có khả năng lưu giữ và phân phối số liệu đo đến trạm thu trên bờ/tàu thông qua nhiều phưng thức truyền số liệu từ xa.
Bộ thiết bị đo thời tiết Gill GMX 500 MaxiMet được sử dụng để đo Tốc độ gió, Hướng gió, Độ ẩm và Khí áp.
Tất cả các số liệu đo đạc được thu thời gian thực bằng phần mềm Aanderaa Real-Time Collector, đây là một ứng dụng để kết nối các thiết bị đo. Phần mềm Real-Time Collector có thể cài đặt trên bất cứ máy chủ (server) nào mà khách hàng muốn sử dụng.
Aanderaa Real-time Collector thu nhận số liệu truyền về và cung cấp giao diện kết nối (powerful interface) để các ứng dụng ở mức độ cao hơn (như các chương trình phân tích hiển thị số liệu, databases,…) truy cập dễ dàng và hiệu quả.
Việc cài đặt và cấu hình các datalogger từ xa có thể thực hiện trên máy chủ có cài đặt Real-Time Collector.
Bảng 2: Danh sách các thành phần thiết bị chính trên trạm phao
| 1. Phao biển Tideland SB 138P cấu hình đo các thông số khí tượng hải văn | 2. Bộ thiết bị đo thời tiết Gill GMX 500 và Gá để lắp đặt thiết bị đo thời tiết |
| 3. SmartGuard Datalogger | 4. Dây kết nối thiết bị đo thời tiết |
| 5. Các dây cấp nguồn | 6. Thiết bị đo dòng chảy tầng mặt (DCS z-pulse sensor) |
| 7. Các tấm pin mặt trời | 8. Thiết bị đo dòng chảy theo các tầng sâu (DCPS 5400 sensor) |
| 9. Bộ ac-quy (bộ lưu điện), được chọn lựa loại phù hợp với khí hậu nơi thả phao | 10. 2 x dây kết nối DCPS và DCS đến Datalogger |
| 11. Bộ điều khiển sạc (Solar charger controller) | 12. Thiết bị đo các thông số Sóng (Motus wave sensor) |
| 13. Các cảm biến đo các thông số môi trường như: Độ dẫn/Độ mặn, Độ đục, Dầu… | 14. Phần mềm thu nhận – truyền – hiển thị số liệu real-time. |
Hình 5: Lắp đặt thiết bị – neo thả Phao quan trắc biển
