Tìm hiểu GPS và ứng dụng

Từ thời xa xưa, con người đã sử dụng thiên văn, la bàn và bản đồ để xác định vị trí và tìm đường trong các chuyến thám hiểm khai phá các miền đất lạ. Tuy nhiên phải đến năm 1995, khi các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS của Mỹ và GLONASS của Nga chính thức đi vào hoạt động, nhu cầu định vị dẫn đường mới được giải quyết một cách cơ bản.Ngoài mục tiêu quân sự như ý tưởng thiết kế ban đầu, các hệ thống vệ tinh định vị đã được ứng dụng rộng rãi và hiệu quả trong nhiều lĩnh vực dân sự. Ngày nay, công nghệ định vị toàn cầu đã trở thành một ngành công nghiệp có doanh số hàng chục tỷ USD/năm và đang được phát triển mạnh mẽ.

Đề Tài

GVHD: ThS TRẦN HẬU VƯƠNG

1.MAI THỊ LAN

2.LÊ THỊ HỒNG

3.PHAN THỊ THU HIỀN

4.NGUYỄN THỊ TUYẾT HUỆ 5.PHAN THỊ THANH HƯƠNG 6.NGUYỄN TẤN HÙNG

7.NGUYỄN VĂN HÒA

8.PHẠM QUANG HƯNG

9.HỒ THỊ LÀI

10.PHAN THI THÙY LINH

11.ĐỖ DIỆU HY

I.LỜI MỞ ĐẦU

Từ thời xa xưa, con người đã sử dụng thiên văn,

la bàn và bản đồ để xác định vị trí và tìm đường trong các chuyến thám hiểm khai phá các miền

đất lạ Tuy nhiên phải đến năm 1995, khi các hệ

thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS của Mỹ và

GLONASS của Nga chính thức đi vào hoạt động, nhu cầu định vị dẫn đường mới được giải quyết một cách cơ bản.

Ngoài mục tiêu quân sự như ý tưởng thiết kế ban đầu, các hệ thống vệ tinh định vị đã được ứng

dụng rộng rãi và hiệu quả trong nhiều lĩnh vực

dân sự Ngày nay, công nghệ định vị toàn cầu đã trở thành một ngành công nghiệp có doanh số hàng chục tỷ USD/năm và đang được phát triển mạnh mẽ

II.TỔNG QUAN VỀ GPS

II.1 GPS LÀ GÌ ?

GPS (Global Positioning System – Hệ thống định vị

toàn cầu) là hệ thống dựa vào các vệ tinh toàn cầu để xác định vị trí trên trái đất Vị trí cần được xác định

được ghi nhận bởi thiết bị có tích hợp chip định vị GPS bất kì

Thiết bị này liên tục truyền nhận thông tin với hệ

thống vệ tinh quanh trái đất và từ đó tính toán ra vị trí tại thời điểm ghi nhận thông tin Vị trí chính xác

trên thực tế được tính toán bởi một phép đo tam giác, dựa vào khoảng cách từ điểm cần xác định đến 3 vệ tinh khác nhau chứ không phải chỉ 1 vệ tinh riêng lẻ.

Hình 1 : Hình ảnh trái đất nhìn từ vệ tinh.

Nó có nhiều ưu điểm sau:

· Độ chính xác định vị cao, từ decamet đến milimet

· Có sẵn cho người sử dụng bất cứ đâu trên trái đất

· Hoạt động liên tục 24h/ngày, trong mọi

điều kiện thời tiết

GPS trước tiên là một hệ thống hàng hải

phục vụ cho mục đích quân sự Nó được thiết

kế, hỗ trợ tài chính, khai thác và điều khiển bởi Bộ quốc phòng Mỹ Tuy nhiên GPS được cung cấp miễn phí cho người sử dụng dân sự

ở một mức độ giới hạn

Việc xây dựng thành công GPS là nhờ vào những thành tựu khoa học và kỹ

GPS là một hệ thống gồm 27 vệ tinh (kể cả 3 cái sơ cua) chuyển động trên các quĩ đạo chung quanh trái đất.

Mỗi vệ tinh nặng khoảng 2 tấn, sử dụng năng lượng mặt trời, chuyển động cách mặt đất khoảng 19300km Mỗi vệ tinh quay quanh trái đất 2 vòng một ngày đêm Quỹ đạo của các vệ tinh được tính toán sao cho ở bất

kỳ nơi nào trên trái đất, vào bất kỳ thời điểm nào,

cũng có thể “nhìn thấy” tối thiểu 4 vệ tinh

Công việc của một máy thu GPS là xác định vị trí của 4 vệ tinh hay hơn nữa, tính toán khoảng cách

từ các vệ tinh và sử dụng các thông tin đó để xác định

vị trí của chính nó Quá trình này dựa trên một nguyên

lý toán học đơn giản.

Bên cạnh đó GPS cần phải biết khoảng cách từ các vệ tinh đến vị trí cần xác định trên mặt đất, bằng công thức:

là một sự thật thú vị, nhưng chưa thật sự có ích bạn có thể ở bất

kỳ đâu trên vòng tròn có tâm là Vũng tàu, bán kính 45 km

Bạn hỏi một người khác và cô ta cho biết bạn đang cách Biên Hoà 40 km Bây giờ bạn đã khá hơn Nếu bạn tổng hợp hai thông tin, bạn sẽ có hai vòng tròn giao nhau Vị trí của bạn là một trong hai giao điểm của hai đường tròn

Người thứ ba cho bạn biết vị trí của bạn cách Sài gòn 30 km Bây giờ thì bạn đã biết mình đang ở đâu

Để thực hiện tính toán này, máy thu GPS phải biết hai thứ tối thiểu:

• Vị trí của ít nhất ba vệ tinh bên trên nó

• Khoảng cách giữa máy thu GPS đến từng vệ tinh nói trên

Bằng cách phân tích sóng điện từ tần số cao, công suất cực thấp từ các vệ tinh, máy thu

GPS tính toán ra được hai thứ trên

Sóng radio chuyển động với vận tốc ánh sáng, tức là 300 ngàn km/giây trong chân không

Máy thu có thể tính toán được khoảng cách

dựa vào thời gian cần thiết để tín hiệu đến

được máy thu

II.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA GPS

Hệ thống GPS được chia làm 3 mảng:

· Mảng không gian: bao gồm các vệ tinh,

chúng truyền những tín hiệu cần thiết cho hệ tống hoạt động

· Mảng điều khiển: Các tiện ích trên mặt đất thực hiện nhiệm vụ theo dõi vệ tinh, tính toán quĩ đạo cần thiết cho sự quản lý mảng không gian

· Mảng người sử dụng: toàn thể các thiết bị thu và kỹ thuật tính toán để cung cấp cho

người sử dụng thông tin về vị trí

Hình 3 Vệ tinh GPS

Hình 4 Cấu trúc tín hiệu GPS

II.4 GPS CÓ THỂ ĐO NHỮNG GÌ

Các máy thu GPS cung cấp các trị đo là khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh Tuy nhiên các trị đo này bao gồm hai loại sau:

Giả cự ly (pseudo-range): là trị đo dựa trên

nguyên tắc đo xung với xung là mã P hay mã

C/A Đặc điểm của trị đo này là độ chính xác thấp (0.3 m cho mã P và 3m cho C/A) nhưng nó thể

hiện trực tiếp khoảng cách hình học từ máy thu đến vệ tinh Vì mã đo khoảng cách P được truyền trên hai tần số L1 và L2 nên tương ứng cho hai trị

đo P1 và P2 Trong khi đó mã C/A chỉ hiện diện trên L1 nên chỉ có trị đo duy nhất C1

CÁC KIỂU ĐỊNH VỊ GPS

Độ chính xác định vị GPS không những chỉ phụ thuộc vào loại trị đo dùng trong xử lý mà còn phụ thuộc

đáng kể vào kiểu định vị

1.ĐỊNH VỊ TUYỆT ĐỐI

2.ĐỊNH VỊ TƯƠNG ĐỐI

3.ĐỊNH VỊ ĐỘNG

4.ĐỊNH CHÍNH XÁC ĐỊNH VỊ GPS

Nguồn lỗi của tín hiệu GPS

Những yếu tố có thể làm giảm tín hiệu GPS và vì thế ảnh hưởng tới chính xác bao gồm:

Giữ chậm của tầng đối lưu và tầng ion– Tín hiệu

vệ tinh bị chậm đi khi xuyên qua tầng khí quyển Tín hiệu đi nhiều đường – Điều này xảy ra khi tín hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác trước khi tới máy thu

Lỗi đồng hồ máy thu – Đồng hồ có trong máy thu không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các

vệ tinh GPS

Lỗi quỹ đạo – Cũng được biết như lỗi thiên văn, do

vệ tinh thông báo vị trí không chính xác

ỨNG DỤNG CỦA GPS TRONG CÁC LĨNH VỰC

Mục đích sử dụng ban đầu của GPS dùng trong lĩnh vực quân sự (chế tạo ra các loại tên lửa thông minh), nhưng ngày nay GPS ngày càng được ứng dụng rộng rãi Sau đây

là một số ứng dụng tiêu biểu:

1.Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Giáo dục

Chương trình thiết bị Bản đồ & GIS Giáo dục (Mapping & GIS Educator) giới thiệu những giải pháp đơn giản và đa dạng, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho các tổ chức giáo dục, thực hiện việc giảng dạy về công nghệ GPS và GIS cho học viên dựa trên những công nghệ mới nhất của

Trimble.

Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Dầu & Khí đốt

Ngày nay, các công ty dầu và khí luôn bị đặt dưới áp lực lớn nhất, tuân thủ và phù hợp với những yêu cầu và quy định quốc tế các công ty luôn phải duy trì số liệu cụ thể về hệ thống hạ

tầng ống dẫn vô cùng phức tạp của họ

Hơn bao giờ hết, các công ty dầu và khí đốt luôn là các công ty đi đầu trong việc ứng dụng công nghệ GPS và GIS trong việc thành lập các bản đồ, thu thập giám sát và phân tích số liệu

thực địa

Ứng dụng GPS trong Cơ quan chính phủ

Ngay từ những ngày đầu tiên phát triển công nghệ GPS, chính phủ vẫn luôn dẫn đầu trong việc khai thác và sử dụng Từ cấp trung ương đến địa phương, từ đô thị tới nông thôn, GPS và GIS tạo điều kiện thực sự thuận lợi giúp các cơ quan công quyền hoàn thành tốt nhiệm vụ

được giao

ỨNG DỤNG GPS TRONG LĨNH VỰC MÔI TRƯỜNG

Nếu từ trước đến giờ cơ quan quản lý không nắm được các xe bồn chở bao nhiêu mét khối bùn thải, trên đường đi xe dừng lại ở đâu, bao nhiêu phút, có đổ trộm bùn thải hay không thì sau này việc đó sẽ không còn Mỗi chủ nguồn thải đều được quản lý bằng chứng từ điện tử, các chủ vận chuyển sẽ biết được xe của mình

ở đâu, làm gì thông qua thẻ điện tử và hệ

thống định vị toàn cầu

Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Tài nguyên thiên nhiên

Thế giới chúng ta đang sống không ngừng

thay đổi Bảo vệ môi trường và giữ gìn những nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày nay đang trở thành vấn đề quan trọng hơn bao giờ hết Đây cũng chính là lý do tại sao rất nhiều các

cơ quan tổ chức và cá nhân trên toàn thế giới lựa chọn sử dụng các công nghệ GPS và GIS tiên tiến của Trimble hàng ngày, để quản lý một cách có hiệu quả hơn nguồn tài nguyên thiên nhiên hiện có

III KẾT LUẬN

Do tính chính xác của mình, GPS đã nhanh chóng trở thành phương pháp lựa chọn để thu thập số liệu tại chỗ cho rất nhiều các ứng dụng thương mại,

chính quyền và quân sự GPS chắc chắn trở thành một phương pháp quan trọng và có hiệu quả kinh

tế cho việc định vị vô số các mục tiêu trên mặt đất

và trên biển Mặc dù được Bộ Quốc phòng Mỹ cấp kinh phí ban đầu, song việc truy nhập mạng GPS là miễn phí đối với mọi người dùng Điều này góp

phần khuyến khích việc phát triển các ứng dụng và tạo ra một thị trường khách hàng hoàn toàn mới,

đặc biệt là trong lĩnh vực định vị các phương tiện

giao thông và điều hành xa lộ