nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị định vị vệ tinh phục vụ giám sát, quản lý phương tiện giao thông đường bộ, đường sắt

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.06/06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị định vị vệ tinh phục vụ giám sát, quản lý phương tiện giao thông đường bộ, đường sắt Mã số: KC.06.02/06-10 Cơ quan chủ trì đề tài: Trường đại học GTVT Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Thanh Hải 8183 Hà Nội - 2010 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.06/06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị định vị vệ tinh phục vụ giám sát, quản lý phương tiện giao thông đường bộ, đường sắt Mã số: KC.06.02/06-10 Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài TS Nguyễn Thanh Hải Ban chủ nhiệm chương trình Bộ Khoa học Cơng nghệ Hà Nội - 2010 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BSS Base Station Subsystem CGW Charging Gateway CDMA Code Division Multiple Access CTS Command Tracking Stations DCM Direction Cosine Matrix EIR Equipment Identity Register FDMA Frequency Division Multiple Access GPRS General Packet Radio Service GGSN Gateway GPRS Support Node GPS Global Positioning System GNSS Global Navigation Satellite System GLONASS Russian GLOlal NAVigation Satellite System GCC Ground-based Control Complex INS Inertial Navigation System HLR Home Location Register NED North – East - Down MT Mobile Terminal SMS Short Message Service SCC System Control Center SINS Strapdown Inertial Navigation System TE Terminal Equipment VLR Visitor Location Register WGS Geodetic Reference System -9- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các đặc tính Bảng 1.2: Các đặc tính vệ tinh hệ GLONASS GPS Bảng 1.3: Bảng tóm lược đặc tính Bảng 1.4 So sánh số đặc tính hệ thống GPS GLONASS: Bảng 1.5 Dải tần làm việc tín hiệu định vị Galileo Bảng 2.1 So sánh mơ hình tích hợp INS/GPS tập trung phân tán Bảng 2.2 Mô tả chức chân thiết bị Bảng 3.1 Cấu trúc vùng nhớ Chip GSC3f/LP Bảng 3.2 Lựa chọn nhớ sử dụng Bảng 6.1 Tra sai số đường đáy theo sai số vị trí vệ tinh Bảng 7.1 Thuộc tính liệu Bảng 7.2 Thuộc tính lớp đồ Bảng 8.1 Bảng mã lắp đặt xe phân xưởng Bảng 8.2 Khung truyền số liệu Bảng 8.3 Dữ liệu nhận máy tính - 10 - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống định vị vệ tinh GPS Hình 1.2 Hệ GPS hệ tọa độ địa tâm Hình 1.3 Phép định vị GPS với vệ tinh Hình 1.4 Cách định vị GPS khơng gian Hình 1.5 Q trình tạo tín hiệu GPS Hình 1.6 Thời gian truyền thơng tin phương pháp dị tương quan Hình 1.7 Sơ đồ khối máy thu GPS Hình 1.8 Phép định vị tương hai máy thu GPS Hình 1.9 Phép định vị nhiều máy thu Hình 1.10 Phép định vị động tương đối Hình 1.11: Thiết bị thu Gnonass Hình1.12: Phân bố vệ tinh GLONASS quỹ đạo Hình 1.13: Phân bố tần số hệ GPS băng tần L1 hệ GLONASS Hình 1.14: Hai vệ tinh GLONASS vị trí đối điểm quỹ đạo Hình 1.15: Giao diện vệ tinh/máy thu hệ GLONASS Hình 1.16: Vệ tinh GLONASS-M Hình 1.17: Vệ tinh GLONASS-K Hình 1.18: Chương trình triển khai hệ thống GLONASS Hình 1.19: Cấu trúc hệ thống định vị vệ tinh GALILEO Hình 1.20: Băng tần dùng hệ thống định vị GALILEO Hình 1.21: Băng tần dùng hệ thống định vị GALILEO Hình 2.1: Hệ toạ độ qn tính Hình 2.1: Hệ toạ độ trái đất hệ toạ độ dẫn đường Hình 2.2: Hệ toạ độ vật thể Hình 2.4: Sơ đồ khối hệ đo gia tốc Hình 2.5: dạng chuyển động mà gia tốc kế thường ứng dụng Hình 2.6: Một gia tốc kế đo chấn động điển hình - 11 - Hình 2.7: Sự bố trí gia tốc kế áp điện dạng nén Hình 2.8: Mơ hình đo gia tốc kiểu vịng mở Hình 2.9 Mơ hình tương đương cảm biến gia tốc vịng mở Hình 2.10: Sơ đồ tụ vi phân cảm biến Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý MEMS-ADIS16354 Hình 2.12 Phương pháp truyền thẳng (vịng lặp mở) Hình 2.13 Phương pháp phản hồi (vịng lặp đóng) Hình 2.14 Tích hợp lỏng GPS/INS Hình 2.15 Sơ đồ tích hợp INS/GPS tập trung (vịng mở) Hình 2.16 Sơ đồ tích hợp INS/GPS tập trung (vịng đóng) Hình 2.17 Sơ đồ tích hợp INS/GPS phân tán (vịng mở) Hình 2.18 Sơ đồ tích hợp INS/GPS phân tán (vịng đóng) Hình 2.19 Cảm biến qn tính Hình 2.20 Các khối chức cảm biến qn tính Hình 2.21 Đọc liệu Hình 2.22 Q trình tính tốn lọc Kalman Hình 2.13 Khoảng thời gian đo lường IMU GPS Hình 2.24 Ảnh hưởng cánh tay địn Hình 2.25 Kết nối hệ phát triển nhớ Hình 2.26 Bộ xử lý trung tâm 32bit Hình 2.27 Mạch cấp nguồn Hình 2.28 Giao diện phần mềm quản lý Hình 2.29 Mạch điện thiết kế Hình 3.1 Cấu trúc tổng quát Chip GSC3f/Lpx Hình 3.2 Sơ đồ khối chức khối bên Chip Hình 3.3 giao tiếp BUS Hình 3.4 Bảng trạng thái ngắt Hình 3.5 Cấu tạo thiết bị phục vụ lập trình Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc hệ phát triển Chip GPS Hình 3.9 Các thành phần mạch hệ phát triển Chip - 12 - Hình 3.10 Sơ đồ khối thiết bị Hình 3.11 Cấu tạo lọc Hình 3.12.Đặc tính tần số Hình 3.13 Cấu tạo khuếch đại Hình 3.14 Sơ đồ thiết kế khuếch đại Hình 3.15 Sơ đồ thiết kế mạch dao động Hình 3.16 Sơ đồ thiết kế khối Reset Hình 3.17 Sơ đồ kết nối UART Hình 3.18 Cổng giao tiếp máy tính Hình 3.19 Sơ đồ ghép nối mạch lõi GPS Hình 3.20 Sơ đồ phần vi xử lý ARM Hình 3.21 Sơ đồ phần cao tần khối thu GPS Hình 3.22 Sơ đồ thiết kế thu mạch Hình 3.23 Thiết bị chế tạo mẫu Hình 3.24 Cấu trúc phần mềm Hình 3.25 Các khối chương trình phần mềm Hình 3.26 Cấu trúc chương trình mã nguồn Hình 3.27 Màn hình lập trình Hình 3.28 Màn hình điều khiển Hình 3.29 Màn hình tham số Hình 3.30 Màn hình nạp trình Hình 3.31 Cấu trúc chương trình Hình 3.32 Giao thức người sử dụng Hình 4.1 Cấu trúc Chip GPS Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc bên Chip GPS Hình 4.3 Thiết bị thu phát Hình 4.4 Module GPS Hình 4.5 Sơ đồ cấu trúc Chip nhớ Hình 4.6 Đọc liệu Hình 4.7 Ghi liệu - 13 - Hình 4.8 Xóa liệu Hình 4.9 Sơ đồ khối chức Hình 4.10 Quá trình nhận liệu Hình 4.11 Giao tiếp truyền liệu Hình 4.12 Kiểm tra nhận dạng tin hiệu Hình 4.13 Điều khiển truyền nhận Hình 4.14 Cài đặt cấu hình Hình 4.15 Giản đồ thời gian cài đặt Hình 4.16 Sơ đồ cấp nguồn Hình 4.17 Sơ đồ khối Chip điều chế độ rộng xung Hình 4.18 Bản vẽ mạch in thiết bị trung tâm Hình 4.19 Bản vẽ mạch in thiết bị xe Hình 4.20 Bản vẽ thiết kế mạch điện thiết bị trung tâm Hình 4.21 Bản vẽ thiết kế mạch điện thiết bị xe Hình 4.22 Thiết bị giám sát hành trình khơng trực tuyến Hình 4.23 Dữ liệu nhận máy tính Hình 4.24 Sơ đồ thiết kết Chip PsoC Hình 4.25 Chương trình phần mềm Hình 5.1 Modem truyền thơng GSM Hình 5.2 Bản vẽ thiết kế mạch điện thiết bị xe Hình 5.3 Mạch in thiết bị xe Hình 5.4 Mơ hình WebGIS Hình 5.5 Mơ hình hệ thống LBS dạng ứng dụng Web Hình 5.6 Cấu trúc ứng dụng WEB GIS MapXTreme Hình 5.7 Bản đồ Hà Nội Google Maps Hình 5.8 Kiến trúc mạng GPRS Hình 5.9 Modem GSM kết nối trực tiếp với máy thu Hình 5.10 Modem GSM kết nối gián tiếp đến Web Server Hình 5.11 Máy thu GPS kết nối với Web Server qua GPRS Hình 5.12 Hệ thống định vị trực tuyến xây dụng đề tài - 14 - Hình 5.13 Các user case Hình 5.14 Use case tra cứu thơng tin địa lý Hình 5.15 Use case tìm đường điểm Hình 5.16 Use case giám sát đối tượng Hình 5.17 Use case dẫn đường Hình 5.18 Các lớp đối tượng chương trình Hình 5.19 Cập nhật liệu vị trí Hình 5.20 Tra cứu thơng tin địa lý Hình 5.21 Tìm đường điểm Hình 5.22 Giám sát vị trí đối tượng Hình 5.23 Dẫn đường Hình 5.24 Mơ hình Winged-edge Topology Hình 5.25 Topology cấp Hình 5.26 Topology cấp Hình 5.27 Topology cấp Hình 5.28 Cơ sở liệu hệ thống Hình 5.29 Cấu trúc gói liệu máy thu GPS gửi web server Hình 5.30 Giám sát vị trí xe Google Map Hình 5.31 Giám sát hành trình xe Google Map Hình 5.32 Phần mềm GPS Data Gateway Hình 6.1 Cấu hình vệ tinh tốt Hình 6.2 Cấu hình vệ tính tồi Hình 6.3 Mơ hình phân lớp GIS Hình 6.4 Mơ hình Vector – Rasstor Hình 6.5 Mối quan hệ liền kề Hình 6.6 Phân tích xếp chồng mơ hình phân lớp Hình 6.7 Cấu trúc phân lớp Hình 6.8 Kiến trúc client/thick server Hình 6.9 Kiến trúc thick client/thin server Hình 6.10 Kiến trúc Medium client/medium server - 15 - Hình 6.11 Mơ hình truy nhập CSDL Hình 6.12 Sử dụng LocalDataProviderRef Hình 6.13 Sử dụng MapXtremeDataProviderRef Hình 7.1 Mơ tả cấu trúc giao thơng đồ Hình 7.2 Mơ hình thực thuật tốn Hình 7.3 Quy trình thực thuật tốn Hình 7.4 Papago R5800 Hình 7.5 VIGO GPS Touch-Module Hình 7.6 VIETMAP GPS R12 Hình 7.7 Chiều dài, hướng rẽ tên đường hình Hình 7.8 Hệ dẫn đường Oziexplorer Hình 7.9 Hiển thị hệ dẫn đường Oziexplorer Hình 7.10 Giao diện ngơn ngữ lập trình C/C++ Hình 7.11 Cơng cụ mơ thiết bị di động Hình 7.12 MFC smart device application Hình 7.13 Khung chương trình thiết kê theo mơ hình document view Hình 7.14 Xây dựng chức Hình 7.15 Liên kết project chương trình Hình 7.16 Hình ảnh chuyển chế độ hiển thị thiết bị mobile Hình 7.17 Lưu đồ thuật tốn q trình xử lý Hình 7.18 Mơ hình danh sách liên kết mơ tả quản lý liệu đồ thị Hình 7.19 Giao diện chương trình PC Hình 7.20 Thuật tốn q trình thiết lập liệu Hình 7.21 Giao diện chương trình thiết bị di động Hình 7.22 Connect GPS device Hình 7.23 Start GPS Hình 7.24 Ví dụ kết chức tìm đường Hình 8.1 Ví dụ hành trình xe chở đất mỏ - 16 - 3.6 Hệ thống giám sát quản lý phương tiện vận tải mỏ khai thác lộ thiên • Chức nhiệm vụ Do đặc thù giám sát hành trình xe vận tải khai trường mỏ xe vận tải làm việc ca liên tục ngày thời gian giao ca vào thời điểm ca từ 15 đến giờ, ca từ 15 30 đến 16 ca từ 23 15 đến 24 thiết bị giám sát hành trình cần thực chức nhiệm vụ sau: - Ghi liệu kinh độ, vĩ độ, tốc độ thời gian với giãn thời gian giây lần Với giãn cách đảm bảo xác định xác điểm đỗ xe vào vị trị máy xúc vị trí đổ tải - Lưu trữ toàn liệu vào thẻ nhớ nhớ an toàn suốt hành trình xe Thời gian lưu trữ tối thiểu ngày làm việc tương ứng với ca làm việc xe Việc lựa chọn loại nhớ lưu trữ phải có tính an tồn cao tránh cố trường hợp rung sóc, nguồn điện khơng ổn định, có khả lưu liệu có cố nguồn cấp - Truyền liệu thiết bị trung tâm xe phân xưởng để giao ca Thời gian truyền liệu phải tối thiểu đảm bảo thời gian 30 phút truyền xong liệu cho 20 xe Việc truyền liệu thông qua đường truyền vô tuyến đảm bảo liệu truyền tin cậy khoảng cách 300 m Trong trình truyền liệu phải tiến hành kiểm tra tính đầy đủ xác tồn tin, trường hợp xuất lỗi đường truyền cần thực trình truyền lại Nếu trình truyền bị thông tin dẫn đến việc xác định số chuyến bị sai - Tại trung tâm có thiết bị thu nhận liệu xe, thiết bị thực chất trạm chủ có tác dụng quét liệu từ 20 thiết bị lắp đặt xe -10- Có khả liên kết với máy tính để lưu liệu vào ổ cứng đồng thời thực việc đồng hóa liệu nhận xe Đảm bảo thời gian nhận liệu tối đa vòng 30 phút với 20 xe - Xây dựng phầm mềm quản trị liệu tính chuyến cho xe ca sản xuất Hành trình xe hiển thị đồ số khai trường mỏ bao gồm vết xe chạy, thời gian hoạt động, số điểm dừng đỗ, điểm xúc điểm đổ tương ứng - Thiết bị sử dụng nguồn điện áp 24V từ điện ác quy xe, hệ thống nguồn thiết bị cần độ ổn định cao điều kiện vận hành khắc nhiệt Điện áp cấp từ xe thay đổi dải rộng có nhiều xung áp cao q trình khởi động xe, thiết bị cơng suất lớn xe hoạt động - Các đèn báo hiệu tình trạng thiết bị hoạt động trạng thái hoạt động thu tín hiệu vệ tinh GPS, kiểm tra hoạt động nhớ an toàn, qua trình thu phát liệu trung tâm • Thiết kế mạch điện thiết bị Mạch điện thiết kế theo hai công đoạn thiết kế mạch nguyên lý thiết kế mạch in Mạch điện thiết kế đảm bảo tính sau: * Phần nguồn cung cấp mức điện áp sau: - Điện áp 5V cấp cho module GPS truyền thông RS232 - Điện áp 3.3V cấp cho thiết bị lại bao gồm vi xử lý, thu phát RF, nhớ an toàn * Vi xử lý kết nối với thiết bị qua cổng truyền thông sau: -11- - Kết nối với máy tính (để gỡ rối truyền liệu) cổng RS232 với đường truyền TXD đường nhận RXD, tốc độ truyền 9600b/s - Kết nối với Module GPS để khởi tạo chế độ nhận liệu từ Module thông qua kênh truyền UART (1 đường truyền đường nhận) với tốc độ 4800b/s - Kết nối với Module RF thông qua kênh truyền SPI (Chế độ Slave – để truyền nhận liệu, chế độ Master- để cấu hình cho Module RF) Tốc độ truyền nhận liệu 38000b/s - Kết nối với Chip nhớ an toàn qua kênh SPI (chế độ Master) tốc độ ghi đọc đạt 1Mb/s - Điều kiển đèn Led thơng báo tình trạng hoạt động thiết bị - Các thiết bị khác Module GPS, Module RF, nhớ hoạt động đồng với vi xử lý chịu điều hành 3.7 Hệ thống giám sát đoàn tầu đường sắt phục vụ quản lý toa xe Cấu hình hệ thống quản lý toa xe hàng sau: • Hệ thống nhận dạng truyền liệu từ thiết bị gắn toa xe thiết bị gắn điểm vào ga Các yêu cầu với thiết bị sau: - Thiết bị gắn toa xe có kích thước gọn, nhỏ chịu được điều kiện khắc nhiệt rung lắc, nhiệt độ làm việc cao - Không cần nguồn cấp từ ngoài, yếu tố quan trọng toa xe hàng thơng thường khơng có loại nguồn điện cung cấp -12- - Cự ly truyền liệu thiết bị toa xe thiết bị đường phải hợp lý để nhận dạng xác tin cậy có toa xe qua theo hướng - Tốc độ truyền liệu phải đủ lớn để toa xe chạy với tốc độ cao hệ thống nhận dạng phân biệt • Hệ thống truyền liệu từ thiết bị điểm vào ga máy tính quản lý ga Các yêu cầu với thiết bị sau: - Khoảng cách truyền liệu từ thiết bị đặt hai đầu vào ga đến máy tính quản lý liệu phạm vi km - Tốc độ truyền khơng địi hỏi cao dung lượng thơng tin ít, lựa chọn tốc độ đường truyền 9600b/s • Hệ thống kết nối mạng máy tính từ ga máy chủ đặt trung tâm điều hành Các yêu cầu với thiết bị sau: - Xác định xác số lượng số hiệu toa tầu ga thời điểm - Truyền liệu trung tâm điều hành thông qua mạng thông tin di động GSM - Tại trung tâm điều hành có nhiệm vụ tiếp nhận liệu từ ga đưa bảng thống kê số lượng toa xe mã hiệu ga Trên sở đưa định điều hành phù hợp Các phương án lắp đặt thiết bị toa xe nhà ga Qua khảo sát ta thấy có số kiểu bố trí đường vào ga sau: - Tàu vào ga đầu khỏi ga đầu ga, - Tàu vào khỏi ga hướng, -13- Khoảng cách cho phép thu chíp phát mã RFID: 6m Thời gian lần thu phát: 100ms Để xác định chiều toa xe (ra ga hay vào ga) ta có phương án lắp đặt thiết bị sau: Đối với nhà ga có đường vào đường riêng ta cần lắp đặt đường thu mã RFID toa xe cần lắp Chip phát mã RFID Khi vào kiện thu đầu nhận mã RFID gắn toa xe ta xác định toa xe vào hay khỏi ga 3.8 Phương pháp đánh giá sai số thiết bị Để đánh giá thiết bị giám sát hành trình tiến hành theo bước sau: - Đặt thiết bị thu tọa độ xác định, bật điện nguồn cho thiết bị khởi động phút - Xác định số lượng vệ tinh thu sóng GPS, xác định biên độ sóng vệ tinh So sánh với thiết bị chuẩn đánh giá - Đánh giá độ di chuyển tọa độ thiết bị trạng thái tĩnh So sánh đánh giá với thiết bị chuẩn 3.9 Phần mềm điều khiển cho thu GPS từ Chip sở Chương trình xây dựng hệ điều hành thời gian thực (RTX) sở thẻ kiện (Task) trình lập lịch (Schedule) gồm khối sau: - Khối khởi tạo - Khối xử lý lõi GPS - Khối điều hành thẻ kiện - Khối giao tiếp - Giao tiếp với người sử dụng -14- - Khối điều khiển nhớ nhớ dùng lượng ác quy - Khối điều khiển truy nhập nhớ - Khối truyền thông UART 3.10 Phần mềm điều khiển cho thiết bị định vị kết hợp GPS/INS Phần mềm đảm nhiệm chức sau: - Đọc liệu từ Sensor INS/GPS - Hiệu chỉnh sơ độ trôi trung bình các giá trị gia tốc tốc độ góc - Tính tốn giá trị ma trận chuyển đổi - Xác định giá trị vận tốc tọa độ trục - Xác định mơ hình sai số thực thuật toán lọc Kalman - Đưa giá trị kết qua cổng RS232 3.11 Phần mềm điều khiển cho thiết bị giám sát không trực tuyến • Phần mềm thiết bị xe có nhiệm vụ sau: - Nhận liệu từ Module GPS theo chuẩn NMEA 0183, để giảm dung lượng truyền lưu trữ cần tách thông tin cần thiết gói tin bao gồm kinh độ (8 byte), vĩ độ (8 byte), thời gian (8 byte), ngày tháng năm (8 byte), tốc độ (5 byte), thông tin phụ trợ (12byte) - Khi xe hoạt động khai trường (ở phân xưởng) ghi liệu vào nhớ an toàn với dung lượng tối đa 512KByte Khi tràn nhớ tự động ghi đè liệu - Khi xe phân xưởng nhận tín hiệu phát từ trung tâm dừng q trình ghi liệu vào nhớ bắt đầu truyền liệu lưu nhớ an toàn Mỗi xe có mã nhận dạng (ID) tương ứng với mã thiết bị, nhận mã ID phù hợp tự động kích hoạt chế độ truyền Trong -15- trình truyền liệu ln xác nhận tính tồn vẹn thông tin để truyền lại phát lỗi • Phần mềm trung tâm có nhiệm vụ sau: - Kết nối nhận liệu qua kênh vô tuyến từ thiết bị xe - Kết nối truyền liệu máy tính ghi dạng file Trung trình truyền nhận phải đảm bảo độ tin cậy cao tránh tình trạng thơng tin 3.12 Phần mềm điều khiển cho thiết bị giám sát trực tuyến • Phần mềm thiết bị xe có nhiệm vụ sau: - Nhận liệu từ Module GPS theo chuẩn NMEA 0183, để giảm dung lượng truyền lưu trữ cần tách thông tin cần thiết gói tin bao gồm kinh độ (8 byte), vĩ độ (8 byte), thời gian (8 byte), ngày tháng năm (8 byte), tốc độ (5 byte), thông tin phụ trợ (12byte) - Khi xe hoạt động khai trường (ở phân xưởng) ghi liệu vào nhớ an toàn với dung lượng tối đa 512KByte Khi tràn nhớ tự động ghi đè liệu - Dữ liệu truyền trực tuyến trung tâm qua mạng Internet Tại thời điểm xem vị trí hành trình xe Mỗi xe có mã nhận dạng (ID) tương ứng với mã thiết bị • Phần mềm trung tâm điều hành có chức năng: - Mơ hình hệ thống theo dạng Server-Client Phần mềm Web Server xây dựng sở tích hợp công nghệ Web GIS MapInfo Google, công nghệ Web 2.0 Microsoft Phần mềm thiết kế để thực chức năng: Tra cứu thông tin địa danh, tra cứu thơng tin tuyến đường, tìm đường -16- điểm, định vị dẫn đường theo thời gian thực Mỗi chức có giao diện đồ họa riêng thiết kế đơn giản đảm bảo thuận tiện cho người dùng - Phần mềm GPS Data Gateway hỗ trợ thiết bị GPS khơng có khả kết nối Internet Chúng bao gồm thiết bị GPS gửi liệu tin nhắn SMS, thiết bị GPS cầm tay kết nối máy tính qua cổng COM cổng USB, Thiết bị GPS Offline lưu trữ liệu thẻ nhớ dạng file text Phần mềm GDG cài máy tính PC kết nối Internet, nhận liệu từ nguồn sau chuyển tiếp đến Web Server Tại Web Server module GPS DataReceiver có nhiệm vụ nhận liệu, tiền xử lý lưu trữ CSDL Web Server Trong trình hoạt động GDG sử dụng giao thức HTTP để trao đổi liệu với Web Server - Truyền nhận liệu qua kênh truyền GPRS mạng di động GSM Trao đổi liệu máy thu GPS với hệ thống: cung cấp kênh truyền thông tốc độ cao cho phép truyền trực tiếp, liên tục liệu từ máy thu GPS hệ thống qua Internet - Xây dụng sở liệu chương trình gồm nhóm thơng tin quản lý người dùng: bao gồm bảng right, user_right, user, user_group, user_device Các bảng lưu trữ thông tin quyền người dùng, cho biết người dùng khai thác chức gì, truy xuất thơng tin gì, có can thiệp vào hoạt động hệ thống hay khơng… Nhóm lưu trữ liệu GPS: bao gồm bảng GPS devices, GPS data, GPS Status, Satellite Status Nhóm lưu trữ thông tin kết định vị Nhóm lưu trữ thơng tin chế độ hoạt động phần mềm: gồm bảng Operate Mode Operate History Nhóm lưu trữ thơng tin Topo mạng lưới giao thơng bao gồm bảng cịn lại Nhóm lưu trữ thơng tin phục vụ chức tìm đường dẫn đường -17- 3.13 Phần mềm điều khiển cho thiết bị dẫn đường giao thơng • Phần mềm cho phương tiện dẫn đường - Xây dựng phương pháp hiển thị thông tin thiết bị dẫn đường - Chỉ dẫn người sử dụng hướng di chuyển Để thực việc dẫn hướng di chuyển cho phương tiện giao thơng u cầu chương trình phải quản lý xử lý thông tin đồ đường đi, tên phố tên tuyến đường - Thực tốn tìm đường ngắn từ vị trí định vị phương tiện giao thơng điểm đích cần đến đồ sở thuật tốn Dijkstra - Xây dựng thuật tốn thơng báo từ trung tâm điều hành 3.14 Phần mềm điều khiển cho thiết bị giám sát hành trình thu thập liệu trung tâm cho việc quản lý xe than - Kết nối nhận liệu qua kênh vô tuyến từ thiết bị xe - Kết nối truyền liệu máy tính ghi dạng file - Trung trình truyền nhận phải đảm bảo độ tin cậy cao tránh tình trạng thơng tin dẫn đến tính chuyến sai - Xác định số chuyến vận chuyển cung đường vân chuyển 3.15 Phần mềm quản lý toa xe hàng phục vụ ngành đường sắt Hệ thống quản lý toa xe hàng bao gồm thành phần sau: - Các toa xe hàng, - Các chíp phát mã RFID lắp đặt toa xe hàng, - Các thu mã RFID lắp đặt đường ray vào khỏi ga, - Module truyền thông kết nối với thu mã RFID có nhiệm vụ truyền liệu trung tâm qua kênh GPRS -18- - Phần mềm quản lý trung tâm: xây dựng dạng ứng dụng Web, có nhiệm vụ xác định vị trí toa xe hàng lập báo cáo hoạt động chúng - Người quản lý truy nhập vào hệ thống qua máy tính kết nối Internet để sử dụng chức hệ thống 3.16 Các vẽ thiết kế thiết bị - Bản vẽ thiết kế thiết bị giám sát hành trình khơng trực tuyến - Bản vẽ thiết kế thiết bị giám sát hành trình trực tuyến - Bản vẽ thiết kế thu GPS từ Chip sở - Bản vẽ thiết kế thiết bị dẫn đường kết hợp công nghệ INS GPS - Bản vẽ thiết kế hệ thống giám sát quản lý phương tiện vân tải mở khai thác lộ thiên - Bản vẽ thiết kế hệ thống giám sát đoàn tầu đường sắt phục vụ quản lý toa xe 3.17 Các số liệu thông kê sai số thiết bị Thể số liệu kiểm chuẩn Trung tâm đo lường báo cáo thẩm định sản phẩm khoa học công nghệ Sản phẩm Dạng III: Số TT Tên sản phẩm Các báo, báo cáo khoa học Số lượng, nơi cơng bố (Tạp chí, nhà xuất bản) Đang biên tập Sách chuyên khảo GPS Yêu cầu khoa học cần đạt Theo Thực tế kế hoạch đạt Các kết nghiên cứu đề tài -19- 01 báo cáo hội nghị đăng tạp chí quốc tế Int J Soc Mater Eng Resour, vol 17 N1, 2/2010 Japan 02 báo 01 báo cáo Tạp chí KHKT GTVT Hội nghị tồn quốc đo lường, 5/2010 Kết đào tạo: Số lượng Theo kế Thực tế đạt hoạch Số TT Cấp đào tạo, Chuyên ngành đào tạo Thạc sỹ 03 03 Tiến sỹ 02 02 Ghi (Thời gian kết thúc) 2009 01 bảo vệ cấp sở 01 thời gian kết thúc dự kiến 2011 IV ĐĂNG KÝ BẢO HỘ QUYỀN SỞ HỮU CÔNG NGHIỆP Số Tên sản phẩm TT đăng ký Kết Ghi Theo Thực tế (Thời gian kế hoạch đạt kết thúc) Thiết bị giám sát hành trình trực truyến sử dụng công Đang làm thủ tục nghệ định vị Bộ thu GPS tiêu chuẩn Đang làm thủ tục Thiết bị định vị tọa độ kết hợp công nghệ GPS hệ Đang làm thủ tục đo quán tính V TÁC ĐỘNG ĐỐI VỚI KINH TẾ, XÃ HỘI Hiệu khoa học công nghệ: -20- - Nắm vững nguyên lý lý thuyết hệ thống định vị dẫn đường công nghệ GPS INS Đánh giá sai số định vị tốc độ công nghệ - Nghiên cứu ứng dụng kết hợp hệ thống định vị dẫn đường công nghệ GPS INS để nâng cao khả ứng dụng độ xác định vị - Nghiên cứu thiết kế chế tạo thu GPS sở công nghệ Chip GPS hãng Sirf Làm chủ hoàn toàn lĩnh vực thiết kế thu GPS từ thiết kế mạch in mật độ cao (từ 2- đến lớp) đến xây dựng phần mềm cho ChipSet Thiết bị sản xuất nước có trình độ cơng nghệ cao Nhật bản, Trung quốc, Đài loan - Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị kiểm tra xóc lắc đường sắt dùng công nghệ INS phục vụ để kiểm tra đánh giá chất lượng cầu đường tuyến đường sắt thống - Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị kiếm soát tốc độ xe khách sở thiết bị giám sát hành trình trực tuyến Thiết bị cho phép giám sát từ xa nề công nghệ WEB đáp ứng theo yêu cầu khách hàng - Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị giám sát hành trình khơng trực tuyến định hướng ứng dụng để kiểm soát số chuyến vận chuyển khai trường mỏ than lô thiên - Thiết kế chế tạo hệ thống quản lý phương tiện vận tải Công ty Cổ phần Than Đèo nai - Nghiên cứu nắm vững cơng nghệ nhận dạng sóng vơ tuyến RFID để nhận dạng phương tiện giao thống - Thiết kế chế tạo hệ thống nhận dạng toa xe hàng phục vụ ngành đường sắt 5.2 Hiệu kinh tế xã hội: Tác động đề tài với kinh tế, xã hội, môi trường thể yếu tố sau: -21- - Giúp quan hoạch định sách quản lý an tồn giao thơng xây dựng văn kiểm định thiết bị giám sát hành trình phục vụ khống chế tốc độ phương tiện vận chuyển Hiện nhóm nghiên cứu đề tài phối hợp với đơn vị giao thông vận tải (Tổng cục Đường bộ, Cục đăng kiểm) để tiến hành thử nghiệm đánh giá xây đựng tiêu kỹ thuật cho thiết bị Đến năm 2011 theo thống kê số lượng phương tiện lắp thiết bị 100.000 xe - Là đơn vị Việt nam thiết kế chế tạo Module thu GPS cho phép hoàn toàn làm chủ việc chế tạo thiết bị giám sát hành trình với giá thành thấp - Các thiết bị chế tạo mẫu cho phép ứng dụng nhiều lĩnh vực từ giám sát quản lý điều hành giao thông, đo tham số kết cấu đường sắt đến dịch vụ định vị ngành môi trường an ninh quốc phòng - Đào tạo đội ngũ cán khoa học trình độ cao lĩnh vực cơng nghệ dẫn đường VI KẾT LUẬN Sau thời gian hai năm nghiên cứu đề tài đạt kết sau: - Nghiên cứu đánh giá phương pháp định vị dựa hệ thống GPS, GLONASS, GALILEO hệ thống dẫn đường qn tính INS Trong tập trung vào vấn đề nguyên nhân gây sai số giải pháp khắc phục hệ thống định vị - Nghiên cứu thiết kế chế tạo module GPS lần Việt nam, nhóm tác giả sử dụng hệ phát triển công cụ hỗ trợ thiết kế hãng Sirf để chế tạo mạch điện xây dựng phần mềm lõi (firmware) cho Chip vi xử lý ARM DTMI bên Chip GSC3f/Lpx Việc nghiên cứu chế tạo module GPS cho phép làm chủ công ngệ GPS chủ động việc chế tạo thiết bị định vị dẫn đường với giá thành hợp lý -22- - Nghiên cứu hệ thống dẫn đường quán tính INS, kết nghiên cứu lần áp dụng cho ngành đường sắt Việt nam cho hệ thống kiểm tra chất lượng đường sắt thông qua đo tham số độ rung lắc theo trục dọc, ngang, đo lệch xoay ngàn, đo tốc độ độ dịch chuyển đoàn tầu trình vận hành đường sắt - Nghiên cứu xây dựng mơ hình hệ thống giám sát tốc độ phương tiện tuyến quốc lộ phục vụ việc xây dựng thông tư “Qui định việc kiểm tra chất lượng thiết bị giám sát hành trình xe tơ” Bộ giao thơng vận tải với mục đính làm giảm tai nạn giao thông - Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống giám sát quản lý phương tiện cho mỏ than lộ thiên phục vụ công tác quản lý chi phí vận hành khai trường mỏ Các kết ứng dụng công ty cổ phần than Đèo nai - Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống quản lý toa xe hàng Tổng công ty đường sắt Việt nam dưa công nghệ nhận dạng vô tuyến RFID - Phối hợp với Viện công nghệ thông tin nghiên cứu chế số mẫu thiết bị cho hệ thống cung cấp dịch vụ định vị LBS (Location Based Services) đo tham số môi trường, truyền liệu từ xa, xác định vị vị trí điểm đo đồ số VII KIẾN NGHỊ Trên sở kết nghiên cứu đề tài, nhóm nghiên cứu đề xuất dự án sản xuất thiết bị kiểm sốt hành trình phương tiện giao thơng ứng dụng cơng nghệ GPS vớ mục tiêu sau: - Đảm bảo sản phẩm đáp ứng đầy đủ yêu cầu công tác quản lý, giám sát phương tiện giao thơng Góp phần đảm bảo an tồn giao thông đường -23- nâng cao ý thức lái xe q trình tham gia giao thơng.Góp phần nâng cao hiệu công quản lý giám sát giao thông đường - Phù hợp với sở hạ tầng giao thông điều kiện vận hành VN - Làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị kiểm sốt hành trình, chủ động việc xây dựng, vận hành hệ thống quản lý-giám sát phương tiện giao thơng, chủ động cơng tác bảo trì, bảo dưỡng hệ thống Hệ thống áp dụng địa sau: - Các công ty vận tải - Các đội cảnh sát giao thông - Các phân khu quản lý đường - Các quan quản lý an tồn giao thơng -24- ... Trường đại học giao thông vận tải đề xuất triển khai đề tài ? ?Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị định vị vệ tinh phục vụ giám sát, quản lý phương tiện giao thông đường bộ, đường sắt? ?? với mục... TẠO CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.06/06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị định vị vệ tinh phục vụ giám sát, quản lý phương tiện giao. .. cơng nghệ chế tạo thiết bị trợ giúp giám sát, quản lý phương tiện giao thông đường bộ, đường sắt sở ứng dụng công nghệ đại định vị vệ tinh, vi điện tử phù hợp với điều kiện Việt Nam - Chế tạo sản