Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 243

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ WEB GIS NHẰM DỰ BÁO QUỸ ĐẠO VẬT
THỂ TRÔI PHỤC VỤ TÌM KIẾM CỨU NẠN TRÊN BIỂN
Đàm Duy Hùng, Dương Hồng Sơn, Trần Thùy Nhung, Lê Văn Quy
Trung tâm Nghiên cứu Môi trường
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

Nghiên cứu này trình bày các kỹ thuật và phương pháp ứng dụng công nghệ Web GIS
nhằm dự báo quỹ đạo vật thể trôi phục tìm kiếm cứu nạn trên vùng Biển Đông Việt Nam dựa
vào dự báo trường dòng chảy từ mô hình Hoàn lưu Đại dương Khu vực ROMS (Regional
Ocean Model System). Kết quả mô phỏng dòng chảy, nhiệt độ và quỹ đạo vật thể trôi được
hiển thị thông qua môi trường Web GIS: Google Map và MapServer.
Ngữ lập trình Python và một hệ quản trị nội dung Plone được sử dụng cho mô-đun dự
báo quỹ đạo vật thể trôi hoạt động trên môi trường Website. Hệ thống này cho phép người
dùng từ xa có thể thực hiện một mô phỏng quỹ đạo vật thể trôi trên khu vực Biển Đông của
Việt Nam. Nghiên cứu đưa ra giả thiết dự báo cho người trôi trong nước (Person in water –
PIW) trên cơ sở vị trí (kinh, vĩ độ) và thời gian ban đầu đã biết.
Kết quả cho thấy việc mô phỏng quỹ đạo vật thể trôi đã được thực hiện và hiển thị khá
tốt trên bản đồ Web GIS. Điều này cho thấy các ứng dụng Web GIS tương tự là hoàn toàn có
tính khả thi và chủ động về mặt công nghệ. Mặc dù đây là kết quả ban đầu, nhưng nó cho
thấy khả năng hỗ trợ lực lượng tìm kiếm cứu nạn trên biển có thể chạy một mô phỏng dự báo
quỹ đạo vật thể trôi và giới hạn được vùng tìm kiếm để tìm kiếm hiệu quả hơn.

1. Giới thiệu
Hàng năm trên vùng biển nước ta có hàng nghìn vụ tai nạn hàng hải do các
hiểm họa thiên nhiên như bão, áp thấp nhiệt đới, gió mùa, sóng thần và do các nguyên
nhân chủ quan của con người. Việc tìm kiếm cứu nạn là một việc cực kỳ cần thiết

) (kinh độ, vĩ độ);
trường dòng chảy U(i,j), V(i,j); i=0,n; j=0,m. Sau thời gian t=t
0
+Δt (ở đây lấy Δt=1
giờ) vị trí của vật thể sẽ là (x
t
, y
t
).
Trường dòng chảy từ mô hình
ROMS là trường dòng chảy theo hệ
tọa độ theo địa hình sigma (terrain-
following σ-coordinates). Véc tơ dòng
chảy được sử dụng trong nghiên cứu
này là ở độ sâu 0,3m.
Từ những giả thiết đơn giản
hóa, chúng tôi tính nội suy vận tốc
dòng chảy u
c
tại vị trí ban đầu x
0
từ
vận tốc các tại các nút lưới tọa độ
kinh vĩ. Với bước thời gian 1 giờ ta
tính được khoảng cách từ vị trí đó tới
vị trí sau 1 giờ và từ khoảng cách này
ta tính được tọa độ tại vị trí 1 giờ.
Hình1. Sơ đồ dự báo quỹ đạo vật thể trôi
2.2. Công nghệ WebGIS và ứng dụng trong bài toán dự báo quỹ đạo vật thể trôi
WebGIS là xu hướng phố biến thông tin mạnh mẽ trên Internet không chỉ dưới

ra file dữ liệu tọa độ các điểm vị trí và
tạo thành một trajectory và lưu vào file
driftobject_trajectory.xml. Tiếp theo là
gán dữ liệu đọc được vào hàm
JavaScript bởi vì hiển thị Google Map
hoàn toàn được thực hiện nhờ
JavaScript.
Với hàm thiết lập điểm
(setpoint(latlng)) được định nghĩa từ
trước có nhiệm vụ đọc file *.xml như
trên và thiết lập điểm vào bản đồ.

Hình 2. Kiểu bản đồ dạng điểm, đường và
vùng trên Google Map
b) Mapsever
Mapserver là một môi trường
mã nguồn mở cho phép việc xây
dựng những ứng dụng xử lý dữ liệu
không gian trên internet. Nó có thể
được chạy như 1 chương trình CGI
hoặc thông qua Mapscript (hỗ trợ
nhiều ngôn ngữ lập trình như Perl,
Python …). Mapserver không phải là
1 hệ thống có đầy đủ các đặc tính của
hệ thống thông tin địa lý (GIS), và
cũng không phát triển theo định
hướng đó, mapserver tốt nhất ở điểm
sinh ra dữ liệu không gian như (bản
đồ, hình ảnh, dữ liệu vector …) trên
môi trường web. Ngoài việc giúp định

Với các kết quả tính toán quỹ đạo như trên nhận thấy rằng những ảnh hưởng
của dòng chảy tác động làm biến đổi rất lớn quỹ đạo của vật thể. Với các trường hợp
khác nhau, khi mà ảnh hưởng của gió và dòng chảy là khác nhau thì kết quả có sự biến
đổi về cả hướng và quãng đường đi được. Để có thể đưa ra những dự báo tốt cần có
những nghiên cứu và kiểm nghiệm thực tế để tính được những ảnh hưởng của gió và
Điểm đầu
Điểm đầu

Hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Môi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVI

Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 247

dòng chảy đến vật thể trong từng trường hợp vật thể khác nhau với độ nổi khác nhau
để có thể đưa ra những hệ số tốt về ảnh hưởng của thành phần gió và dòng chảy đối
với quỹ đạo vật thể.
Xây dựng thành phần trang web dự báo quỹ đạo vật thể trôi
Hệ thống dự yêu cầu đưa ra cho trang web là phải đọc được dữ liệu dạng
NetCDF và truy xuất dữ liệu để đưa vào mô hình tính toán quỹ đạo vật thể trôi và hiển
thị kết quả dự báo trên nền bản đồ GIS trên trang web.
Dữ liệu đầu vào là sản phẩm từ mô hình ROMS dưới dạng NetCDF (Network
Common Data Format) sau khi sử dụng công cụ đọc NetCDF từ trên Web, dữ liệu sẽ
đưa vào module của Python để tính toán quỹ đạo vật thể trôi. Sau khi có các tập tin
hình ảnh ta cần xử lý dữ liệu đó để tạo ra các tập tin hình ảnh là quỹ đạo vật thể trôi
đưa lên Web GIS (google Map) và hiển thị trên Web (Plone 4.0).
Thành phần website chạy dự báo
Tại trang chủ của hệ thống cho phép người dùng đăng nhập vào hệ thống. Tại
đây người dùng xác định vị trí tọa độ ban đầu của vật thể.
Sau khi có được vị trí ban
đầu của vật thể trôi, hệ thống sẽ
xác định vị trí đó thuộc khu vực

ảnh khi người dùng yêu cầu.
4. Kết luận
Nghiên cứu này đã ứng dụng được công nghệ WebGIS trong dự báo quỹ đạo
vật thể trôi để đưa kết quả dưới dạng bản đồ trực quan, sinh động.
Từ kết quả cho thấy có thể dùng hai công nghệ WebGIS trong dự báo quỹ đạo vật
thể trôi và dự báo hải văn đó là:
Công nghệ WebGIS dùng bản đồ nền và giao diện lập trình ứng dụng của
Google Map.
Công nghệ WebGIS dùng MapServer mã nguồn mở do Đại học Minnesota phát
triển. Đây là một phương án thay thế công nghệ của Google Map và nó là một biện
pháp cho phép chủ động về công nghệ mà không lệ thuộc vào bên thứ ba như Google
Map.
Các công nghệ WebGIS dùng Google Map kết hợp tốt với Python và Plone và
phù hợp với không chỉ khoa học Hải dương học mà còn với các nghiên cứu khoa học
Trái đất khác.
Hệ thống dự báo quỹ đạo vật thể trôi đã xây dựng được cho phép mô phỏng quỹ
đạo vật thể trôi và như vậy xác định được vùng tìm kiếm. Mô phỏng trong thời gian
chạy khoảng 3-5 phút/1 trường hợp.
Tuy nhiên, đây là nghiên cứu ban đầu và là nghiên cứu nghiêng về lý thuyết
nhiều hơn nên cần có những nghiên cứu kiểm nghiệm cụ thể ngoài hiện trường.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Abi-Zeid, Irene, Frost, John R. 2005. SARPlan: a decision support system for
Canadian search and rescue operations. European Journal of Operational Research
2. Breivik, O., Allen, A. (2008). An Operational Search and Rescue Model for the
Norwegian Sea and the North Sea. Journal of Marine Systems, 69(1/2), 15.
3. Dương Hồng Sơn, Nguyễn Tài Hợi, “Dự báo hạn ngắn trường dòng chảy và nhiệt
độ Biển Đông”, Đề tài Xây dựng mô hình dự báo các trường khí tượng thuỷ văn
vùng biển đông – KC.09.04.
4. Hodgins, D.O., Hodgins, S.L.M, 1998. Phase II Leeway Dynamics Program:

Ocean Model System).As the results of simulation of current, temperature and drift object
trajectory are displayed throughout the Web GIS environment: Google Map and MapServer.
We also used a free programming language – Python, and a web framework, Plone, as
a basement for the drift object trajectory forecast module to operate on web environment. The
web system enables remote users can conduct a simulation run to forecast trajectory of
floating object in the East Sea of Vietnam. This initial research we hypothesize that we only
forecast for a floating object such as a person in water (PIW), the latest time and position
(latitude and longitude) are known.
The result shows that the simulation of drift object trajectory forecast is well
performed and displayed on the Web GIS map. This shows the similar applications of Web
GIS are feasible and active in aspects of technology. Although this is initial result, it shows an
ability to support marine search and rescue forces can run a simulation for drift object
trajectory forecast, then help them to limit the size of search area and the search is more
efficient.
Keywords: drift object, search and rescue, ROMS, web GIS, ocean forecast