NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN LỌC KALMAN TRONG HỆ THỐNG GIÁM SÁT GÓC NGHIÊNG TÀU BIỂN NHẰM ĐÁP ỨNG NGHỊ QUYẾT MỚI CỦA IMO – MSC.532

Tóm tắt

Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) gần đây đã ban hành Nghị quyết MSC.532, quy định các yêu cầu nghiêm ngặt hơn đối với việc giám sát và báo cáo các tham số ổn định của tàu trong quá trình hoạt động. Nghiên cứu này trình bày việc thiết kế và triển khai hệ thống giám sát góc nghiêng (roll) của tàu biển dựa trên thuật toán lọc Kalman nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn mới này. Hệ thống được đề xuất sử dụng cảm biến đo lường quán tính 9 trục (IMU), bao gồm cảm biến con quay hồi chuyển, gia tốc kế và từ kế để liên tục đo các góc nghiêng (roll), chúi (pitch) và hướng (heading) của tàu. Bộ lọc Kalman mở rộng được áp dụng để giảm nhiễu và độ trôi của tín hiệu cảm biến, cung cấp ước lượng chính xác và ổn định của góc nghiêng ngay cả trong điều kiện sóng và rung động mạnh. Kết quả thử nghiệm từ mô phỏng và thực nghiệm trên biển cho thấy bộ ước lượng dựa trên Kalman cải thiện độ chính xác của góc nghiêng hơn 40% so với phương pháp lọc thông thấp bậc 2 truyền thống (với tần số cắt fc = 0,5Hz). Hệ thống có thể dễ dàng tích hợp vào mạng giám sát tàu hiện có, mang lại giải pháp tin cậy và hiệu quả về chi phí nhằm đáp ứng Nghị quyết MSC.532 của IMO.

Abstract

The International Maritime Organization (IMO) has recently issued Resolution MSC.532, which specifies stricter requirements for monitoring and reporting ship stability parameters during operation. This study presents the design and implementation of a ship roll angle monitoring system based on the Kalman filter algorithm to meet these new standards. The proposed system utilizes a 9-axis Inertial Measurement Unit (IMU), consisting of a gyroscope, accelerometer, and magnetometer, to continuously measure the ship's roll, pitch, and heading angles. An Extended Kalman filter (EKF) is applied to effectively reduce sensor noise and drift, providing accurate and stable estimation of the roll angle even under strong wave and vibration conditions. Experimental results from both simulation and sea trials demonstrate that the Kalman-based estimator improves roll angle accuracy by more than 40% compared to the conventional second-order low-pass filtering method (with a cutoff frequency of fc = 0.5Hz). The system can be easily integrated into existing ship monitoring networks, providing a reliable and cost-effective solution to comply with IMO Resolution MSC.532.

Keywords: Kalman filter, ship roll monitoring; inertial measurement unit (IMU), attitude estimation, IMO Resolution MSC.532(107), IMO Resolution MSC.363(92).