TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU TUYẾN HÀNG HẢI LUỒNG HẢI PHÒNG TRONG ĐIỀU KHIỂN TÀU BIỂN (SIMULATION AND OPTIMIZATION OF MARITIME ROUTES FOR SHIP NAVIGATION IN HAI PHONG CHANNEL)

Tóm tắt

Bài báo đề xuất một mô hình tối ưu hóa lộ trình tàu biển nhằm đồng thời giảm tiêu thụ nhiên liệu và bảo đảm an toàn hàng hải. Cách tiếp cận được xây dựng dựa trên việc tích hợp dữ liệu Hệ thống nhận dạng tự động (AIS) và thông tin hải văn - khí tượng (metocean) để mô phỏng điều kiện hoạt động thực tế. Mức tiêu hao nhiên liệu được ước lượng từ quan hệ giữa tốc độ, lực cản thủy động và điều kiện môi trường, trong khi rủi ro hàng hải được đánh giá dựa trên mật độ giao thông và khu vực nguy hiểm. Bài toán tối ưu đa mục tiêu được giải bằng thuật toán di truyền không trội NSGA-II, cho phép tìm ra tập nghiệm Pareto thể hiện sự đánh đổi giữa thời gian hành trình, tiêu thụ nhiên liệu và mức độ rủi ro. Nghiên cứu được kiểm chứng trên kịch bản mô phỏng tàu hành hải qua luồng Hải Phòng, cho thấy mô hình có thể đề xuất các lộ trình thay thế với chi phí nhiên liệu giảm đáng kể mà vẫn duy trì mức an toàn cao. Kết quả góp phần cung cấp công cụ hỗ trợ ra quyết định cho sỹ quan điều khiển tàu biển và quản lý giao thông biển.

Abstract

This paper proposes a ship route optimization model that simultaneously minimizes fuel consumption and ensures maritime safety. The approach integrates Automatic Identification System (AIS) data with metocean information to simulate realistic operating conditions. Fuel consumption is estimated from the relationship between vessel speed, hydrodynamic resistance, and environmental conditions, while maritime risk is assessed based on traffic density and hazardous zones. The multi-objective optimization problem is solved using the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II), yielding a Pareto set that represents trade-offs between voyage time, fuel consumption, and risk level. The proposed method is validated through a simulated scenario of a cargo vessel navigating the Hai Phong channel, demonstrating its capability to suggest alternative routes that significantly reduce fuel costs while maintaining high safety standards. The results provide a valuable decision-support tool for bridge officers and operational managers.

Keywords: Route optimization, NSGA-II, fuel consumption, maritime safety, AIS data, metocean data, Hai Phong channels.