Thuật toán vi khuẩn sửa đổi tính toán phương án tìm kiếm tối ưu trên biển cho một tàu tìm cứu

Việc nâng cao chất lượng, hiệu quả công tác tìm kiếm cứu nạn trên biển có ý nghĩa hết sức quan trọng. Bài viết này nghiên cứu đề xuất sử dụng thuật toán vi khuẩn sửa đổi để tính toán phương án tìm kiếm tối ưu trong trường hợp có một tàu tìm kiếm cứu nạn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thuật toán vi khuẩn sửa đổi tính toán phương án tìm kiếm tối ưu trên biển cho một tàu tìm cứuCHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019THUẬT TOÁN VI KHUẨN SỬA ĐỔI TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN TÌM KIẾM TỐIƯU TRÊN BIỂN CHO MỘT TÀU TÌM CỨUA REVISED BACTERIAL FORAGING OPTIMIZATION ALGORITHM FOROPTIMAL SEARCH ROUTE OF A SEARCH AND RESCURE VESSELPHẠM NGỌC HÀ1, TRẦN HẢI TRIỀU2, BÙI DUY TÙNG2, NGUYỄN MINH ĐỨC31 Trường Đại học Giao thông Vận tải TP Hồ Chí Minh,2Cục Hàng hải Việt Nam,3Viện Đào tạo Quốc tế, Trường Đại học Hàng hải Việt NamEmail liên hệ: ha.pham@ut.edu.vnTóm tắtViệc nâng cao chất lượng, hiệu quả công tác tìm kiếm cứu nạn trên biển có ý nghĩa hết sứcquan trọng. Bài báo này nghiên cứu đề xuất sử dụng thuật toán vi khuẩn sửa đổi để tính toánphương án tìm kiếm tối ưu trong trường hợp có một tàu tìm kiếm cứu nạn.Từ khóa: Thuật toán tìm kiếm tối ưu, tìm kiếm cứu nạn, thuật toán vi khuẩn.AbstractThe enhancing effectiveness of search and rescue operation is the utmost importance. In thisarticle, the authors study and proposethe revised bacterial foraging optimization algorithmapplying for caculation of optimal search method with one search and rescure vessel.Keywords: Search and rescure, optimal search algorithm, BFOA.1. Đặt vấn đềTrong công tác tìm kiếm cứu nạn trên biển, sau khi dự đoán được khu vực trôi dạt của phươngtiện bị nạn (khu vực tìm cứu) thì việc tìm kiếm được phương tiện bị nạn với thời gian ngắn nhất làyếu tố quan trọng quyết định thành công, đồng thời giúp giảm thiểu rủi ro, chi phí cho lực lượng tìmkiếm cứu nạn. Hiện các phương pháp chạy tàu tìm cứu - search and rescure vessel (tàu SAR) đểtìm kiếm phương tiện bị nạn thường được tiến hành theo các hướng dẫn của Sổ tay Hướng dẫn tìmkiếm và cứu nạn hàng không và hàng hải quốc tế (IAMSAR Manual) [1] và chưa có nghiên cứu nàosử dụng thuật toán tối ưu số tính toán chạy tàu SAR ở khu vực biển Việt Nam được công bố. Bàibáo này sử dụng thuật toán Monte Carlo để mô phỏng dự đoán khu vực tìm cứu và đề xuất sử dụngthuật toán vi khuẩn sửa đổi tính toán tuyến đường chạy tàu SAR (có xét đến ảnh hưởng của gió vàdòng chảy), từ vị trí trực ban đến khu vực tìm cứu sau đó chạy tàu SAR quét hết khu vực này vớitổng thời gian tìm kiếm ngắn nhất.2. Dự đoán khu vực tìm cứu và các yếu tố ảnh hưởng tới công tác tìm cứuCông tác tìm kiếm phương tiện bị nạn trên biển có thể chia làm hai giai đoạn chính: giai đoạndự đoán khu vực tìm cứu và giai đoạn chạy tàu SAR từ vị trí trực ban đến rồi quét hết khu vực tìmcứu. Khu vực tìm cứu phụ thuộc vào loại phương tiện bị nạn và phụ thuộc nhiều và thông tin thờitiết, dòng chảy. Việc tính toán tuyến đường chạy tàu SAR thì phụ thuộc đặc tính của tàu SAR vàđiều kiện thời tiết, dòng chảy.2.1. Thông tin thời tiết, dòng chảyTheo nghiên cứu [4], [5], tác giả đã tổng hợp, phân tích, đánh giá độ chính xác và lựa chọncác nguồn thông tin thời tiết và dòng chảy từ các bản tin gió dạng Grib file của Trường Đại học Kyoto- Nhật Bản và dữ liệu dòng chảy OSCAR của Trung tâm nghiên cứu Trái đất và Vũ trụ theo thời gianthực trên khu vực biển Ninh Thuận đến Kiên Giang để sử dụng cho mục đích dự đoán sự trôi dạtcủa phương tiện bị nạn trên biển.2.2. Ảnh hưởng của thời tiết tới tốc độ của tàu SARẢnh hưởng của gió tới tốc độ mỗi tàu rất khó xác định và cần thực nghiệm. Thông thường,khi có gió nhẹ, tốc độ tàu bị giảm nếu tàu đi ngược gió hoặc tăng lên chút ít trong trường hợp tàu đixuôi gió. Khi tốc độ gió lớn, tàu sẽ bị giảm tốc độ bất kể việc đi ngược hay đi xuôi gió do ảnh hưởngcủa sóng gây ra bởi chính gió này. Trong nghiên cứu này, tính ảnh hưởng gió đến tốc độ tàu SARtheo phương pháp vecto. Theo đó, mức độ tăng, giảm tính theo phần trăm của tốc độ tàu được tínhcho từng hướng gió (tương đối), tốc độ gió và được sử dụng trong tính toán.2.3. Xác định khu vực tìm kiếmTrong nghiên cứu này, phương pháp Monte-Carlo [2] được sử dụng để dự đoán khu vực trôidạt của phương tiện bị nạn. Đối với một tàu cá có vị trí phát hiện cuối cùng (LKP) 13000N - 114000E,với dữ liệu thời tiết như phần 2.1, phương pháp Monte-Carlo sử dụng 10.000 mẫu ngẫu nhiên chokết quả mô phỏng vùng trôi dạt sau 72 giờ, theo dữ liệu thời tiết tháng 1 và tháng 7 năm 2017 đượcTạp chí khoa học Công nghệ Hàng hảiSố 57 - 01/201931CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019thể hiện như trong Hình 1(a); 2(a). Tuy nhiên, do đặc điểm phương pháp mô phỏng ngẫu nhiênMonte-Carlo với số mẫu hữu hạn, tồn tại nhiễu đốm trong kết quả tính toán, và có các ô nằm hoàntoàn trong vùng cần tìm kiếm bị bỏ sót. Vì vậy, tác giả sử dụng bộ lọc Median-Filter để loại bỏ nhiễu,xác định khu vực tìm kiếm phù hợp. Vùng xác suất vị trí tàu sau khi áp dụng Median-Filtering thểhiện như trong Hình 1(b); 2(b). Speckle-Noise đã được loại trừ, vùng tìm kiếm có biên liền mạch,liên tục và rõ nét.a. Mô phỏng chưa xử lý nhiễub. Mô phỏng sử dụng lọc Median-FilterHình 1. Khu vực tìm kiếm tàu cá ngày 15/1/20173. Tính toán phương án tìm cứu tối ưu bằng thuật toán vi khuẩn ...