Nghiên cứu kiến trúc hướng mô hình kết hợp với RealTime UML-MARTE trong thiết kế hệ thống điều khiển cho phương tiện không người lái tự hành trên mặt nước

4 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Phương tiện tự hành trên mặt nước/phương tiện tự hành hành dưới nước (ASV/AUV) đã và đang tiếp tục được nghiên cứu và có bước phát triển vượt bậc trong thập kỷ qua, được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng quân sự và dân sự [8], [14], [52], [53], [69], trong tương lai sẽ được sử dụng rộng rãi cho các giám sát môi trường, sinh học của các nguồn tài nguyên biển, thảm họa sóng thần và cảnh báo thiên tai, ví dụ: rô bốt tự hành, tàu thủy tự hành, ngư lôi, tàu ngầm,... do nguồn tài nguyên trên đất liền ngày càng cạn kiệt dần và nhu cầu thiết yếu cho cuộc sống của con người ngày càng tăng cao. Đặc biệt do các đặc tính cơ bản về an toàn và hiệu quả chi phí khi so sánh với phương tiện có người lái nên phương tiện biển không người lái hoặc tự hành đang ngày càng được sử dụng để khai thác dân sự và quốc phòng cho các nhiệm vụ phức tạp và nguy hiểm: vì các phương tiện không yêu cầu điều hành trực tiếp của con người do đó hoạt động tốt trong các điều kiện khắc nghiệt và nguy hiểm trong môi trường dưới nước, hiệu quả chi phí về cả thời gian và tài chính đạt được là do phương tiện tự hành được thiết kế nhỏ, gọn vì nó không chứa các hệ thống cần thiết để duy trì cuộc sống trong khi dưới nước cũng như các cơ cấu truyền động nhỏ hơn so với một phương tiện có người lái, cũng như qui mô cần thiết cho việc thực hiện bảo trì thường xuyên sẽ nhỏ hơn nhằm duy trì cho một phương tiện hoạt động. Với các đặc trưng nổi bật như trên, các loại phương tiện biển không người lái hoặc tự hành đã được sử dụng thành công và hiệu quả trong ngành công nghệ hàng hải cho cả mục đích dân sự và quân sự ở các nước phát triển và một số nước đang phát triển. Bên cạnh đó, trong quá trình phát triển các hệ thống điều khiển công nghiệp nói chung cũng như các hệ thống điều khiển các phương tiện tự hành nói riêng, việc tùy biến và tái sử dụng các mô đun điều khiển đã phát triển được áp dụng cho hệ thống ứng dụng mới là rất quan trọng nhằm giảm chi phí, thời gian và nhân công sản xuất. Hơn thế nữa, là một quốc gia với bờ biển dài trên 3.260 km, hơn 1 triệu km 2 vùng đặc quyền kinh tế, với gần 3.000 đảo ven bờ, Việt Nam có nguồn tài nguyên đặc biệt về biển, từ tài nguyên sinh vật, tài nguyên phi sinh vật đến tài nguyên vị thế. Việc khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường biển một cách bền vững, hiệu quả, cùng với bảo vệ, giữ vững chủ quyền, an ninh biển đảo Việt Nam là những nhiệm vụ vừa cấp bách và vừa lâu dài. Trong mấy năm gần đây, Đảng và Nhà nước ta đã đề ra những chủ trương, biện pháp quan trọng nhằm quản lý, bảo vệ và khai thác biển. Hoạt động kinh tế biển và an ninh quốc phòng trên vùng đặc quyền kinh tế của Việt Nam ngày càng sôi động, kể cả khi tình hình trên Biển Đông xuất hiện những vấn đề nhạy cảm và phức tạp. Do vậy, việc phát triển các phương tiện tự hành trên mặt nước/phương tiện tự hành hành dưới nước (ASV/AUV) rất cần thiết và hữu hiệu trong việc phục vụ các ngành công nghiệp như: xây dựng công trình biển, khảo sát nghiên cứu biển, hải dương học, tìm kiếm cứu hộ, kinh tế biển và quốc phòng-an ninh ở trong nước. Ở trong nước đã có nhiều đề tài nghiên cứu về điều khiển các phương tiện tự hành hoặc bán tự hành dưới nước tại các trường đại học và viện nghiên cứu ở nước ta; ví dụ: tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cũng đã nghiên cứu và chế tạo một số hệ thống điều khiển cho phương tiện biển tự hành hoặc bán tự hành, nhưng chưa có đủ điều kiện tích hợp công nghệ để chuyển giao sản xuất hàng loạt ở trong nước. Ngoài ra, tính tùy biến và tái sử dụng các mô đun điều khiển đã phát triển nhằm giảm chi phí, thời gian, nhân công sản xuất trong các ứng dụng mới chưa được quan tâm tới [ 1]. Thậm chí nhiều đơn vị và tổ chức nghiên cứu trong nước đã phải nhập khẩu từ nước ngoài nhiều thiết bị điều khiển, như thế chi phí cho sản xuất một phương tiện tự hành sẽ rất cao và đặc biệt là bị lệ thuộc vào bí mật công nghệ.