Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu hệ thống dẫn đường dgps và ứng dụng trong điều khiển giao thông

Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông LỜI MỞ ĐẦU Giao thông vận tải lĩnh quan trọng, huyết mạch kinh tế quốc dân Ngày với phát triển xã hội, nhu cầu vận tải ngày đòi hỏi tăng số lượng chất lượng Do phát triển giao thông vận tải ưu tiên hàng đầu nước toàn giới Với Việt Nam, nước phát triển, vấn đề sở hạ tầng có giao thơng vận tải trọng phát triển Trong giao thơng vận tải, ngồi việc cã sở hạ tầng đường xá, bến bãi hay phương tiện tốt việc quản lý, điều hành, giám sát điều khiển phương tiện mang mét ý nghĩa quan trọng, góp phần khơng nhỏ vào thành cơng giao thơng Với loại hình giao thơng khác việc quản lý, giám sát điều khiển khác nhau, nguyên lý chung việc giám sát, quản lý điều khiển phương tiện vận tải phải định vị phương tiện Việc định vị phương tiện qua nhiều phương pháp khác nhau, với khả định xác, an tồn, tồn cầu linh hoạt, DGPS trở thành công cụ định vị hiệu ứng dông để dẫn đường giao thông nhiều quốc gia giới Với ưu điểm diện phủ sóng vệ tinh rộng khắp, đé xác cao, giá thành thấp, DGPS lùa chọn hợp lý để giải tốn dẫn đường giao thơng vận tải Với lý trên, hướng dẫn tận tình Trịnh Thị Hương – Giảng viên Bộ mơn Tín hiệu giao thơng thầy, khoa Điện Điện tử trường Đại học Giao thông vận tải, em mạnh dạn chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông” làm đề tài tốt nghiệp Qua em xin chân thành cảm ơn cô Trịnh Thị Hương – Giảng viên Bộ mơn Tín hiệu giao thơng thầy cô khoa Điện - Điện tử trường Đại Líp: Tín hiệu giao thơng K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông học Giao thông vận tải tận tình hướng dẫn giúp đỡ em trình học tập trình tìm tài liệu tham khảo để hoàn thành đồ án Em còng xin chân thành cảm ơn bạn nhiệt tình giúp đỡ em thời gian hồn thành đồ án Do thời gian, tài liệu kiến thức hạn chế, đồ án em không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý quý thầy cô tất bạn để đồ án hoàn thiện Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2009 Sinh viên thực Líp: Tín hiệu giao thông K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG 1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG 1.1.1 KHÁI NIỆM DẪN ĐƯỜNG Nh chóng ta biết chuyển động chóng ta hay vật điều ln hướng tới đích đến cụ thể Để đến đích cần sù định hướng rõ ràng Trong thực tế sống hàng ngày, di chuyển hai điểm thường định trước, di chuyển cịng theo hướng định để đến đích Để có nhìn khái qt dẫn đường ta đưa định nghĩa sau: “Dẫn đường môn khoa học nghiên cứu phương pháp thiết bị thu nhận thông tin xác định vị trí chuyển động đối tượng bị điều khiển.” Nh vậy, từ định nghĩa ta thấy hai nghiệm vụ mà dẫn đường đặt là:  Nghiên cứu phương pháp dẫn đường  Nghiên cứu thiết bị dẫn đường Sau giới thiệu chung phương pháp dẫn đường sâu nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS 1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHỮNG PHƯƠNG PHÁP DẪN ĐƯỜNG Người ta phân loại phương pháp dẫn đường dùa việc sử dụng kỹ thuật (kỹ thuật sử dụng thiết bị dẫn đường) khác 1.2.1 DẪN ĐƯỜNG BẰNG MỤC TIÊU Phương pháp dẫn đường mục tiêu phương pháp dẫn đường xác định vị trí đối tượng bị điều khiển mục tiêu nhìn thấy Phương pháp dẫn đường phương pháp cổ xưa đơn giản Phương pháp dẫn đường mục tiêu chịu ảnh hưởng lớn điều kiện tự nhiên, thời tiết Phương pháp có độ xác khơng cao có tính định tính Líp: Tín hiệu giao thơng K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thơng 1.2.2 DẪN ĐƯỜNG BẰNG DỰ ĐỐN Phương pháp dẫn đường dự đoán phương pháp dẫn đường dùa vào vị trí xuất phát ban đầu, tốc độ di chuyển hướng di chuyển để dự đốn vị trí phương tiện Dùa vào thơng số đó, người ta tính tốn hướng cịng nh vị trí Nhưng phương pháp dẫn đường lại chịu tác động ngoại cảnh nh dịng chảy, gió… độ xác phương pháp không cao quan trọng không ổn định 1.2.3 DẪN ĐƯỜNG THIÊN VĂN HỌC Dẫn đường thiên văn học dùa vào việc quan sát thiên thể biết bầu trời mặt trời, mặt trăng sao, sử dụng sextant (kính lục phân) để đo độ cao góc độ thiên thể, dùng đồng hồ (thời kế) để đo thời gian dùng lịch thiên văn để tính tốn vị trí tàu Phương pháp dẫn đường thiên văn học phương pháp dẫn đường có độ xác tương đối cao sử rộng rãi ngành hàng hải, bị hạn chế sử dụng điều kiện thời tiết xấu hay vào ban ngày mà quan sát mặt trăng hay 1.2.4 DẪN ĐƯỜNG QUÁN TÍNH Phương pháp dẫn đường quán tính dựa hiểu biết vị trí, vận tốc động thái ban đầu phương tiện, từ đo tốc độ động thái gia tốc dùng phương pháp tích phân để tính tốn vị trí phương tiện Đây phương pháp dẫn đường khơng dựa vào nguồn tham khảo bên ngồi Nếu phương pháp dẫn đường vô tuyến chịu ảnh hưởng sóng vơ tuyến điện khơng sử dụng khu vực khơng có sóng phương pháp dẫn đường qn tính khắc phục Phương pháp có độ chÝnh xác tương đối cao, lại chịu sai sè chu trình Líp: Tín hiệu giao thông K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông 1.2.5 DẪN ĐƯỜNG VƠ TUYẾN ĐIỆN (RADIO NAVIGATION) Dẫn đường vơ tuyến điện phương pháp sử dụng sóng vơ tuyến từ trạm phát sóng cố định có vị trí biết, điểm thu sãng máy thu tính tốn thời gian, khoảng cách kết thu vị trí máy thu sóng vơ tuyến điện Một số hệ thống dẫn đường vơ tuyến mặt đất cịn đến ngày Một hạn chế phương pháp sử dụng sóng vơ tuyến điện phát mặt đất có hai lựa chọn: 1) hệ thống xác khơng bao phủ phạm vi rộng lớn; 2) hệ thống bao phủ phạm vi rộng lớn lại khơng xác Sóng vơ tuyến tần số cao cung cấp vị trí xác cã thể bao phủ vùng nhỏ hẹp Sóng vơ tuyến tần số thấp (như sãng đài FM, frequency modulation, sãng điều tần) bao phủ vùng rộng lớn lại khơng cho chóng ta vị trí xác Chính vậy, nhà khoa học nghĩ cách bao phủ sóng toàn bé giới đặt trạm phát sóng vơ tuyến điện cao tần khơng gian phát sóng xuống trái đất Một trạm phát sóng vơ tuyến điện nằm phía khơng gian trái đất phát sóng vơ tuyến điện cao tần tín hiệu mã hóa đặc biệt bao phủ khu vực rộng lớn mà tới trái đất với mức lượng hữu Ých cho phÐp tái tạo lại thơng tin xác định vị trí Đây ý tưởng ban đầu GPS, ý tưởng đúc kết lại 2000 năm tiến khoa học dẫn đường cách tạo “những hải đăng vũ trụ” (space-based lighthouse) GPS cho chóng ta biết vị trí nơi bề mặt trái đất, điều kiện thời tiết liên tục 24 ngày Líp: Tín hiệu giao thơng K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông 1.2.6 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG GPS GPS tên tiếng Anh viết tắt từ “Global Positioning System” có nghĩa “Hệ thống định vị toàn cầu” Hệ thống định vị toàn cầu GPS sử dụng thơng tin vệ tinh, có khả xác định vị trí nơi bề mặt Trái đất với độ ổn định, độ xác tương đối cao ngày với công nghệ ngày đại, hệ thống GPS ngày trở nên xác đặc biệt giá thành sử dụng hạ đáng kể Phương pháp dẫn đường sử dụng GPS coi phương pháp dẫn đường vô tuyến điện, vệ tinh hệ thống định vị toàn cầu coi trạm phát vô tuyến điện, hay nói xác “những trạm phát vơ tuyến điện vũ trụ” (space-based radio wave transmitters), trạm thu máy thu mặt đất thu tín hiệu từ vệ tinh Ngồi ra, mặt đất cịn có trạm thu phát tín hiệu nhằm điều khiển hoạt động hệ thống Ngày nay, Thế giới việc sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS trở nên phổ biến mang lại nhiều thành định Hệ thống GPS ứng dụng để phục vụ cho giao thông vận tải đóng vai trị quan trọng việc dẫn đường hàng không, đường thuỷ, đường đường sắt 1.3 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG GPS Cho đến ngày nay, tồn bàn luận xung quanh vấn đề độ xác hệ thống GPS đem lại Hầu hết người sử dụng ln có nhìn đánh giá tốt hệ thống, đặc biệt sư dụng điều kiện mà hệ thống khác khơng khó làm Có thể nói ưu điểm trội GPS Tuy nhiên, yếu tố khiến ngày GPS lại trở nên phổ biến nh vậy, yếu tố cịn lại độ xác hệ thống GPS Líp: Tín hiệu giao thơng K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông Trong lĩnh vực khác nhau, việc yêu cầu vệ độ xác khác Do vậy, việc đặt yêu cầu cụ thể độ xác cho lĩnh vực ln điều cần thiết Do đó, tùy vào lĩnh vực mà người ta lại lùa chọn “mức độ” khác độ xác GPS Từ lĩnh vực khơng cần đến độ xác q cao mà đáp ứng đầy đủ yêu cầu người sử dông lĩnh vực quản lý động vật hoang dã (theo dõi di cư, cư trú, tuổi thọ hay khả sinh sản…), khí tượng thuỷ văn (theo dõi xác định di chuyển khối khơng khí, áp thấp nhiệt đới, bão…), quản lý tài nguyên môi trường… đến lĩnh vực địi hỏi độ xác cao dẫn đường giao thông vận tải, địa chất, thiết lập đồ… hệ thống GPS đáp ứng tốt yêu cầu công việc đề Trên thực tế, chóng ta hình dung ngày giới khó có mét máy bay, mét tàu hay phương tiện thám hiểm lại khơng lắp đặt thiết bị thu GPS Thậm chí xe hay đơn giản thiết bị cầm tay nh điện thoại di động, PDA,… điều trang bị máy thu GPS Từ ta có nhìn tổng quan hệ thống GPS, cộng nghệ có khả ứng dụng tốt nhiều lĩnh vực đời sống Đó giới, cịn Việt Nam liệu hệ thống GPS ứng dụng chưa? Vẫn phải khẳng định vấn đề nhiều tranh luận thực GPS “xâm nhập” vào Việt Nam Tính ngày nay, tồn lãnh thổ Việt Nam có số trạm GPS hoạt động, gần trạm GPS ven biển Bình Dương với cơng suất có khả hoạt động phạm vi 1000 km, với trạm ven biển khác trạm Đồ Sơn (phạm vi khoảng 450 km) trạm Vũng Tàu 1000 km) xây dựng, có tác dụng hỗ trợ lớn việc điều tra tài nguyên biển, đảm bảo hàng hải, dẫn đường, cứu hộ cứu nạn biển, nghiên cứu khoa học bảo vệ tài nguyên biển Không có ứng dụng biển mà đất liền chúng Líp: Tín hiệu giao thơng K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thơng có nhiều ứng dơng nh điều tra đất đai, đo đạc thiết lập đồ, quản lý tài nguyên rừng… Sắp tới Bộ Tài nguyên Môi trường xây dựng thêm trạm GPS Quảng Nam đảm bảo hồn thành việc phủ sóng tồn ven biển Việt Nam Ngoài ra, số trạm GPS lắp đặt số nơi Hà Giang (phô vô cho an ninh quốc phòng biên giới cắm mốc biên giới Việt Nam – Trung Quốc, trạm Cao Bằng (phục vụ cho công điều tra phân giới cắm mốc biên giới Việt Nam – Trung Quốc, công tác thăm dị tình hình biên giới phía Bắc vùng lân cận, đo đạc thiết lập đồ địa chính, thăm dò tài nguyên địa chất, thuỷ văn…) Trong ngành giao thơng vận tải nói chung, việc sử dụng GPS để biết xác phương tiện đâu giúp Ých nhiều trình định vị, giám sát, điều khiển quản lý phương tiện vận tải Vì vậy, nhiều nước giới sử dụng GPS để ứng dụng ngành giao thông vận tải Líp: Tín hiệu giao thơng K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông CHƯƠNG II: HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG GPS VÀ NGUYÊN LÝ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ, SAI SÈ CỦA HỆ THỐNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 2.1 2.1.1 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG GPS GIỚI THIỆU CHUNG Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) Mỹ – có tên gọi đầy đủ lúc đầu Navstar GPS (Navigation signal with time and ranging Global positioning system – Hệ thống định vị toàn cầu sử dụng tín hiệu dẫn đường thời gian khoảng cách), mét hệ thống định vị sử dụng giao thông, sử dụng nguyên lý đo thời gian khoảng cách truyền sóng để xác định mục tiêu Năm 1978, nhằm phục vụ mục đích thu thập thông tin toạ độ (kinh độ vĩ độ), độ cao tốc độ cao hành quân hải lục không quân, hưỡng dẫn máy bay, pháo binh hạm đội Bộ quốc phòng Mỹ phóng lên quỹ đạo trái đất vệ tinh nhằm cung cấp thông tin định vị tồn cầu Hệ thống bao gồm 24 vệ tinh tính đền năm 1994 bổ sung thành 28 vệ tinh (vào năm 2000), chuyển động mặt phẳng quỹ đạo khác (các mặt phẳng quỹ đạo nghiêng so với mặt phẳng xích đạo) xung quanh trái đất, độ cao trung bình vệ tinh so với trái đất vào khoảng 20.200 km Líp: Tín hiệu giao thông K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thơng Hình 1: Độ nghiêng Mặt phẳng vệ tinh so với Mặt phẳng quỹ đạo Cấu trúc hệ thống GPS gồm có phân đoạn (nh hình 2) Phần không gian – Space segement Phần điều khiển – Control segement Phần người sử dông – User segement Líp: Tín hiệu giao thơng K45 10 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thơng trọng Do đó, cần xây dung hệ thống điều khiển giao thông đường hợp lý đủ khả điều khiển giao thông giê cao điểm Hiện nay, việc điều khiển giao thông đường hầu hết dùa vào hệ thống báo hiệu giao thông Hệ thống báo hiệu giao thông đường bao gồm: hệ thống đèn tín hiệu đường bộ, hệ thống biển báo, hệ thống cọc tiêu, hàng rào, vạch kẻ đường điều khiển cảnh sát giao thơng Trong hệ thống đèn tín hiệu giao thơng có vai trị quan trọng chủ chốt việc điều khiển giao thông Để điều khiển chu kỳ đèn tín hiệu cần phải thu thập liệu đầu vào nh: lưu lượng, loại phương tiện tham gia giao thơng, đặc điểm mặt nót giao thông, tốc độ tối đa cho phép,… Nh phương tiện tham gia đường gắn máy thu GPS có khả truyền liệu trung tâm việc xác định thơng số đầu vào điều khiển đèn hiệu giả Nhưng điều khơng khả thi lẽ để làm điều khó khơng phải phương tiện đủ chi phí để lắp thiết bị việc xác định thơng số có khả thực cách đơn gian với công nghệ ngày công nghệ xử lý ảnh để đếm phân loại, xác định tốc độ phương tiện tham gia giao thông hay việc sử dụng cảm biến đếm xe … Vậy GPS ứng dụng vào đâu? ta hướng tới hệ thống giao thông công cộng nh việc quản lý xe buýt, quản lý tacxi, quản lý xe vận chuyển, giao nhận hàng hoá, … Sau ta xem xét kỹ Nh ta biết, hệ thống giao thông công cộng xe buýt phát triển giảm ô nhiễm môi trường, giảm tắc nghẽn giao thông giảm chi phí lại cho người dân Do vậy, phát triển giao thơng xe bt địi hỏi thiết thành phố với mục đích cải thiện tình trạng ùn tắc giao đặt lên hàng đầu Để nâng cao hiệu chất lượng phục vụ hành khách cần trọng đến công tác quản lý vận hành xe buýt Mét việc quản lý vận hành tuyến xe buýt quản lý, theo dõi lé trình xe bt Líp: Tín hiệu giao thông K45 80 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông Thực tế nước ta cho thấy, việc quản lý vận hành xe buýt gặp nhiều bất cập tài xế bỏ bến khơng đón trả khách, phóng nhanh vượt Èu dừng đỗ khơng nơi qui định, chạy sai lé trình,… gây nhiều xúc cho hành khách Theo thống kê, Hà Nội quản lý khoảng 60 tuyến xe buýt thực vận hành khoảng 12.000 chuyến xe ngày, số với thành phố HCM 89 tuyến 15.000 chuyến Để thực việc giám sát, trung tâm (Hà Nội) phải bố trí khoảng 150 nhân viên điều hành 80 vị trí đầu cuối bến Nhưng giải pháp tạm thời không hiệu khơng thể giám sát việc chạy đón khách tài xế Dùa công nghệ GPS, xây dựng hệ thống giám sát, điều hành xe buýt mang lại hiệu kinh tế chất lượng phục vụ đáng kể Hệ thống bao gồm hai thành phần:  Thành phần di động: thành phần lắp đặt phương tiện Nó có chức xác định vị trí, tốc độ phương tiện, gửi thơng tin tốc độ vị trí trung tầm điều khiển, đưa cảnh báo dẫn cần thiết  Trung tâm điều khiển: Chức trung tâm thu liệu từ phương tiện gửi về, giám sát xác nhận vận hành tuyến xe buýt, đưa dẫn cảnh báo cần thiết Sơ đồ khối hệ thống thể nh hình 38 Líp: Tín hiệu giao thơng K45 81 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thơng Hình 38: Sơ đồ khối thiết hệ thống quản lý điều khiển xe buýt Hệ thống có nguyên tắc hoạt động tương tù nh việc ứng dụng đường sắt Máy thu DGPS lắp đặt phương tiện thu tín hiệu từ vệ tinh DGPS tín hiệu hiệu chỉnh từ trạm DGPS quốc gia để hiệu chỉnh vị trí tốc độ Thơng tin định vị khối điều khiển so sánh với liệu đồ chứa khối sở liệu (khối sở liệu bao gồm lịch trình tuyến xe bt, điểm đón trả hành khách, thơng tin tốc độ tối đa cho phép đoạn đường tuyến xe buýt đó, điểm đầu bến, cuối bến, thông tin tuyến xe buýt khác điểm điểm đón trả hành khách) Trong q trình vận hành, vị trí phương tiện khối điều khiển so sánh với liệu đồ để xác định vị trí điểm dừng đón trả khách Khi xác định xe buýt chuẩn bị đến điểm đó, khối điều khiển kích hoạt khối cảnh báo, thơng báo cho tài xế hành khách biết tuyến xe buýt chuẩn bị đến điểm dừng thông tin điểm hàng khách bắt tuyến xe buýt Khi khối điều khiển xác định phương tiện chạy tốc độ cho phép, chạy sai lé trình, dừng đỗ khơng Líp: Tín hiệu giao thơng K45 82 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thơng vị trí điểm đỗ khơng dừng đỗ khối điều khiển kích hoạt khối cảnh báo cảnh báo tài xế Với thông tin giúp cho tài xế tập trung đến việc điều khiển phương tiện, dừng đón trả khách nơi chỗ, giảm bớt trường hợp vượt tốc độ, chạy sai lé trình,… đồng thời giúp cho hành khách biết thông tin tuyến xe buýt cách đầy đủ tiện lợi Thơng tin vị trí xe buýt truyền đến khối điều khiển thông qua khối truyền thông vô tuyến Để sử dụng cách hiệu cịng nh tính kinh tế, việc truyền thơng vô tuyến trung tâm điều khiển phương tiện, ta tận dụng mạng truyền thơng di động GSM Với sở hạ tầng sẵn có, việc tận dụng mạng GSM giải pháp hữu hiệu cho việc truyền thông Tại trung tâm điều khiển thơng tin vị trí tốc so sánh với liệu khối sở liệu, vị trí tốc độ tất tuyến xe trung tâm giám sát hiển thị giao diện điều khiển (giao diện hình nót bấm điều khiển cần thiết Khi phương tiện liên tục bỏ bến tốc độ phương tiện vượt nhiều so với tốc độ cho phép chạy sai lé trình hay liên tục dừng đỗ khơng điểm đón trả khách trung tâm phát tín hiệu cảnh báo đến phương tiện Bộ ghi kiện ghi lại toàn lỗi mà phương tiện mắc phải trình vận hành Khi phương tiện chạy hết hành trình tuyến (đến điểm đầu, điểm cuối tuyến) khối điều khiển trung tâm xác nhận ghi lại Với hệ thống tương tù nh ta ứng dụng cho dịch vụ quản lý tacxi, xe khách xí nghiệp vận tải hay với đơn vị vận chuyển hàng hoá, hành khách,… Ngày nay, GPS tiếp tục nghiên cứu phát triển để ứng dụng sâu lĩnh vữc đường Một số kể đến hệ thống Líp: Tín hiệu giao thơng K45 83 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông giao thông thông minh, hệ thống mà GPS thành phần thiết yêu việc thu thập số liệu đầu vào để điều khiển cách linh hoạt hay ứng dụng việc trắc đạc tuyến đường cao tốc nhằm theo dõi phát hư hại chúng 3.3 ỨNG DỤNG DGPS TRONG ĐIỀU KHIỂN GIAO THƠNG HÀNG KHƠNG Ta phân tích ứng dụng DGPS đường sắt đường bộ, ta thấy rằng, với đặc thù hai ngành đường sắt đường giao thông mặt đất tín hiệu GPS tín hiệu hiệu chỉnh trạm DGPS dễ bị chịu ảnh hưởng bị chặn nhà cao tầng, day núi,… bị lỗi tín hiệu tín hiệu đa đường truyền (một loại lỗi trình bày phần trên) Ngược lại với đặc thù ngành giao thông hàng không chủ yếu di chuyển xảy không trung việc thu tín hiệu tốt tránh số lỗi hệ thống, việc ứng dụng DGPS giao thông hàng không nhiều nước giới nghiên cứu ứng dụng Với việc ứng dụng DGPS hàng không mang lại nhiều lợi Ých nh:  Liên tục, đáng tin cậy thơng tin vị trí xác cho tất chuyến bay toàn cầu  An tồn, linh hoạt trình sử dụng nhiên liệu hiệu lé trình xác định xác  Cảnh báo tai hoạ tiềm giảm thiểu chi phí dùa khả hệ thống, dịch vụ phương tiện dẫn đường  Tăng cường độ an tồn khả cung cấp nhiều thơng tin, kịp thời liên tục giúp người điều khiển phán đồn trược tình hình Líp: Tín hiệu giao thông K45 84 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông  Giảm thiểu trì hỗn trễ chuyến bay dùa khả định vị liên tục điều kiện thời tiết xấu, khắc nghiệt Ngày nay, ngành hàng khơng tồn Thế giới sử dụng rộng rãi hệ thống định vị toàn cầu (GPS) để gia tăng độ an toàn hiệu cho chuyến bay Với độ xác, liên tục khả định vị tồn cầu nó, GPS cung cấp dịch vụ dẫn đường vệ tinh thoả mãn u cầu người sử dụng hàng khơng Nó có khả định vị khơng gian ba chiều cho tất giai đoạn chuyến bay từ cất cánh, bay không hạ cánh, tới dẫn đường sân bay Trong trường hợp, chuyến bay phải bay qua khu vực địa lý rộng qua đại dương, xa mạc nơi có điều kiện thời tiết xấu, với hệ thống dẫn đường vô tuyến thông thường việc tiếp nhận thông tin định vị khó khăn gây tốn Với việc ứng dụng DGPS việc định vị trường hợp khắc phục đem lại cho hệ thống an tồn hơn, cho phép bay lé trình thuận lợi có hiệu hơn, tiết kiệm thời gian, nhiên liệu Theo thống kê, tai nạn hàng không xảy chủ yếu máy bay thay đổi trạng thái, hay cụ thể trình cất cánh hạ cánh Việc sử dụng DGPS cải thiện trình hạ cánh để giảm thiểu lỗi trình đặc biệt trường hợp thời tiết xấu, tầm nhìn phi cơng bị hạn chế khơng thể nhìn đường băng, với việc cung cấp thơng tin xác toạ độ máy bay đường băng hỗ trợ đáng kể cho phi cơng Đảm bảo an tồn điều khiển, nâng cao hiệu làm việc Líp: Tín hiệu giao thơng K45 85 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông Với lợi Ých to lớn mà DGPS đem lại điều khiển hàng khơng Rất nhiều quốc gia giới ứng dụng thành công phương pháp dẫn đường vào việc dẫn đường Hiện nay, tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng xâu rộng hơn, đảm bảo an toàn hơn, nâng cao hiệu quả, chất lượng 3.4 ỨNG DÔNG DGPS TRONG GIAO THÔNG ĐƯỜNG THUỶ Giao thơng đường thuỷ nói chung (bao gồm đường thuỷ nội địa hàng hải) có vai trị quan trọng kinh tế quốc dân Đặc biệt với nước ta quốc gia có nhiều sông suối hàng triệu km2 đường biển, hàng năm giao thơng vận tải đường thuỷ đóng góp phần lớn vào việc vận chuyển hàng hoá hành khách, đặc biệt ngành hàng hải Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ nhằm cải tiến giao thông đường biển yêu cầu nhằm đảm bảo đáp ứng tốt nhu cầu vận tải ngày tăng số lượng chất lượng Mặc dù giao thông hàng hải xảy không hàng khơng có thuận lợi việc thu tín hiệu giao thơng hàng không mặt biển tàu thuỷ thu tín hiệu cách tốt so với đất liền nơi mà tầm nhìn thẳng bị che chắn nhà cao tầng hay dãy nói Ứng dơng DGPS hàng hải đem lợi Ých thiết thực:  Sự định vị liên tục, xác, đáng tin cậy phạm vi định vị toàn cầu  Đảm bảo định vị điều kiện thời tiết xấu  Định vị cách linh hoạt, giảm thiểu trễ tàu Líp: Tín hiệu giao thơng K45 86 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông  Việc tổ chức giám sát, cảnh báo, điều khiển tàu dễ dàng từ trung tầm điều khiển (trung tâm quản lý hàng hải), đem lại hiệu kinh tế cao, kịp thời cứu hộ cần thiêt Với việc ứng dụng DGPS vào ngành đường thuỷ giúp việc quản lý giám phương tiện cách đơn giản Nước ta nước có tài nguyên biển rào, việc khai thác hải sản hàng năm đem lại nguồn thu lớn cho đất nước hàng triệu ngư dân Tuy nhiên, vị trí địa lý nước ta thuộc khu vực nhiệt đới nên thường phải gảnh chịu tai họa thiên nhiên đặc biệt bão Để đảm bảo an toàn cho phương tiện khai thác hải sản quản lý chặt chẽ việc khai thác tài nguyên biển cần phải nắm bắt số lượng phương tiện đánh bắt vị trÝ khai thác phương tiện Vì vậy, việc ứng dụng DGPS việc giám sát, quản lý phương tiện biển mang lại lợi Ých to lớn Để giám sát, quản lý phương tiện lắp đặt máy thu DGPS máy phát vơ tuyến để truyền thơng với trung tâm Ngồi việc máy thu DGPS công cụ dẫn đường xác vơ hữu hiệu với người biển cịn giúp trung tâm giám sát, quản lý cách liên tục Máy thu DGPS phương tiện thu tín hiệu để định vị, thơng tin định vị mặt người điều khiển phương tiện sử dụng việc dẫn đường, mặt khác truyền trung tâm điều khiển Tại trung tâm việc giám sát phương tiện thực Giả sử xảy bão, trung tâm phát tín hiệu thơng báo cho phương tiện vị trí, hướng di chuyển, mức độ ảnh hưởng bão cho phương tiện biết Ngược lại, phương tiện phát tín hiệu thơng báo tình trạng khẩn cấp, cần trợ cứu đến trung tâm cần thiết Với cách định vị trao đổi thông tin nh vậy, khơng người biển Líp: Tín hiệu giao thông K45 87 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông an tâm việc điều khiển phương tiện mà giúp trung tâm quản lý, giám sát tồn phương tiện tài nguyên biển nhằm bảo vệ an tồn cho phương tiện, quản lý để có biện pháp khai thác hợp lý Tương tự, việc ứng dông nh hồn tồn áp dơng cho tàu hàng hố hành khách Với phân tích nhá nh ta thấy rõ lợi Ých việc ứng dụng DGPS vào ngành đường thuỷ nên việc tiếp tục nghiên cứu nhằm ứng dụng vào nước ta cần thiết Líp: Tín hiệu giao thông K45 88 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đồ án tôt nghiệp thực nội dung sau: Nghiên cứu hệ thống dẫn đuờng DGPS về: cấu tạo, nguyên lý hoạt động, sai số hệ thống, tín hiệu DGPS Nghiên cứu nguyên lý định vị hệ thống dẫn đường DGPS để ứng dụng điều khiển giao thông Phân tích số ứng dụng cụ thể DGPS việc dẫn đường ngành giao thông KIẾN NGHỊ Cần tiếp tục nghiên cứu tiến hành đo lường thử nghiệm tín hiệu vệ tinh GPS để xây dựng hệ thống dẫn đường cách an toàn, xác, ổn định trước đưa vào sử dụng Do đặc điểm địa lý nước ta phức tạp, nhiều rừng, núi nên thiết kê hệ thống DGPS cần phải tính tốn lường trước yếu tố để nâng cao tính hiệu hệ thống Cần có chương trình đào tạo nguồn nhân lực phục vụ cho kế hoạch triển khai hệ thống dẫn đường GPS Bên cạnh cần trọng phát triển phần mềm chuyên dụng phục vụ cho công tác dẫn đường Líp: Tín hiệu giao thơng K45 89 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thơng Líp: Tín hiệu giao thơng K45 90 SA cản Rào Sele ctiv e Ava ilabi lity SA CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ ĐỐI CHIẾU Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Sổ tay định v ton cu, Davids Well, Sổ tay định vị toàn cÇu, Davids Well, Canada 1986 [2]Giáo trình Cơ sở kỹ thuật định vị dẫn đường điện tử – Phạm Vn Tuõn, NXB Bỏch Khoa 1999 Giáo trình Cơ sở kỹ thuật định vị dẫn đờng điện tử Phạm Văn Tuân, NXB Bách Khoa 1999 [3]Trang thụng tin điện tử Bộ giao thơng vận tải Trang th«ng tin điện tử Bộ giao thông vận tải [4]Trang thụng tin in t B quc phũng Trang thông tin điện tử Bé qc phßng Hoa Kỳ [5]Trang thơng tin điện tử trng i hc Trang thông tin điện tử trờng Đại häc Colorado, Hoa Kỳ [6] Bách khoa toàn thư mở Wikipedia [7]Hệ thống tín hiệu ga F1, Hệ thống tín hiệu ga F2 – Kiều Xn Đường, Bộ mơn Tín hiệu giao thông, trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội HÖ thèng tÝn hiÖu ga F1, HÖ thèng tín hiệu ga F2 Kiều Xuân Đờng, Bộ môn Tín hiệu giao thông, trờng Đại học Giao thông vận tải Hà Nội [8] iu l ng ngang 2006, Bộ giao thông vận tải [9] Hệ thống thông tin vệ tinh tập 1, tập 2, NXB Bưu Điện HÖ thèng th«ng tin vƯ tinh tËp 1, tËp 2, NXB Bu §iÖn [10]Hệ thống vệ tinh – kỹ thuật – ứng dụng, NXB Bưu Điện tinh – kü thuËt – øng dơng, NXB Bu §iƯn Líp: Tín hiệu giao thơng K45 91 HÖ thèng vÖ Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG 1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG 1.1.1 KHÁI NIỆM DẪN ĐƯỜNG 1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHỮNG PHƯƠNG PHÁP DẪN ĐƯỜNG 1.2.1 DẪN ĐƯỜNG BẰNG MỤC TIÊU 1.2.2 DẪN ĐƯỜNG BẰNG DỰ ĐOÁN 1.2.3 DẪN ĐƯỜNG THIÊN VĂN HỌC 1.2.4 DẪN ĐƯỜNG QUÁN TÍNH 1.2.5 DẪN ĐƯỜNG VÔ TUYẾN ĐIỆN (RADIO NAVIGATION) .5 1.2.6 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG GPS 1.3 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG GPS .6 CHƯƠNG II: HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG GPS VÀ NGUYÊN LÝ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ, SAI SỐ CỦA HỆ THỐNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 2.1 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG GPS .9 2.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2.1.2 PHẦN KHÔNG GIAN 10 2.1.3 PHẦN ĐIỀU KHIỂN .13 2.1.4 PHẦN NGƯỜI SỬ DỤNG 15 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG GPS .17 2.2.1 NGUYÊN LÝ CHUNG ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ 17 2.3 TÍN HIỆU GPS 21 2.3.1 CẤU TRÚC TÍN HIỆU GPS 21 Líp: Tín hiệu giao thông K45 92 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông 2.3.2 CẤU TRÚC DỮ LIỆU GPS 26 2.4 TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH CHÍNH XÁC MỤC TIÊU 29 2.4.1 TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ MÁY THU 29 2.4.2 TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH VẬN TỐC MÁY THU .32 2.5 CÁC SAI SỐ (LỖI) THƯỜNG GẶP CỦA HỆ THỐNG .33 2.5.1 SAI SÈ DO RÀO CẢN “SA” (SELECTIVE AVAILABILITY ERRORS) 33 2.5.2 SAI SỐ TRUYỀN TRONG TẦNG ĐIỆN LY (IONOSPHERIC PROPAGATION ERRORS) 34 2.5.3 SAI SÈ DO TẦNG ĐỐI LƯU (TROPOSPHERIC PROPAGATION ERRORS) 36 2.5.4 SAI SÈ DO SỰ ĐA ĐƯỜNG TRUYỀN (MULTI PATH ERRORS) 38 2.5.5 SAI SÈ DO DỮ LIỆU LỊCH THIÊN VĂN (EPHEMERIS DATA ERROS) .40 2.5.6 SAI SÈ DO ĐỒNG HỒ MÁY THU (RECEIVER CLOCK ERROS) 40 2.6 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG DGPS 43 2.6.1 DGPS LÀ GÌ? 43 2.6.2 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG DGPS .44 2.6.2.1 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG DGPS 45 2.6.2.2 PHÂN LOẠI DGPS 46 2.6.2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA DGPS .46 2.6.3 CẤU TRÚC DỮ LIỆU DGPS 48 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG DGPS TRONG ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG .52 3.1 ỨNG DÔNG DGPS TRONG NGÀNH ĐƯỜNG SẮT 52 3.1.1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ TÍN HIỆU ĐƯỜNG SẮT 52 3.1.2 ỨNG DỤNG DGPS TRONG GIAO THÔNG ĐƯỜNG SẮT .54 3.1.2.1 ỨNG DỤNG DGPS TRONG VIỆC TỰ ĐỘNG CẢNH BÁO TỐC ĐỘ ĐOÀN TÀU .56 3.1.2.2 ỨNG DÔNG TRONG VIỆC TỰ ĐỘNG CẢNH BÁO TỚI GẦN ĐƯỜNG NGANG .60 3.1.2.3 ỨNG DỤNG DGPS TRONG VIỆC XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN ĐOÀN TÀU .66 3.1.2.4 ỨNG DỤNG DGPS TRONG VIỆC TẬP TRUNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐOÀN TÀU 68 3.1.2.5 ỨNG DỤNG DGPS TRONG HỆ THỐNG OCC 70 3.2 ỨNG DỤNG DGPS TRONG GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ .74 3.3 ỨNG DỤNG DGPS TRONG ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG HÀNG KHÔNG 78 3.4 ỨNG DỤNG DGPS TRONG GIAO THÔNG ĐƯỜNG THUỶ 80 Líp: Tín hiệu giao thơng K45 93 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ ĐỐI CHIẾU 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO .86 Líp: Tín hiệu giao thông K45 94 ... hiệu giao thơng K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG 1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG 1.1.1 KHÁI NIỆM DẪN ĐƯỜNG... sử dụng GPS để ứng dụng ngành giao thông vận tải Líp: Tín hiệu giao thơng K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông CHƯƠNG II: HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG GPS VÀ NGUYÊN LÝ XÁC... Líp: Tín hiệu giao thơng K45 Nghiên cứu hệ thống dẫn đường DGPS ứng dụng điều khiển giao thông 1.2.2 DẪN ĐƯỜNG BẰNG DỰ ĐỐN Phương pháp dẫn đường dự đốn phương pháp dẫn đường dùa vào vị trí xuất