Ứng dụng Mobile Gis trong xây dựng hệ thống quản lý điều hành mạng lưới BIDV

Sử dụng một thiết bị modem dạng tế bào, thiết bị di động của anh ta có thể xác định được vị trí đường ống trên bản đồ, và truy cập đến các tài liệu kỹ thuật liên quan và các thông tin dữ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

––––––––––oOo––––––––––

TRẦN ANH TÚ

ĐỀ TÀI

ỨNG DỤNG MOBILE GIS TRONG XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ

ĐIỀU HÀNH MẠNG LƯỚI BIDV

Ngành: Công nghệ thông tin

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN 5

LỜI CAM ĐOAN 6

DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ BẢN ĐỒ TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG 11

1.1 Giới thiệu 11

1.1.1 Thế nào là Mobile GIS? 11

1.1.2 Tại sao sử dụng Mobile GIS? 13

1.1.3 Tại sao Mobile GIS chưa được sử dụng nhiều? 13

1.1.4 Khuynh hướng thiết bị di động 14

1.2 Các vấn đề nghiên cứu khi phát triển một ứng dụng Mobile GIS 14 1.2.1 Lựa chọn kiểu kiến trúc phù hợp cho Mobile GIS 15

1.2.2 Lựa chọn mô hình dữ liệu không gian cho Mobile GIS 15

1.2.3 Cấu trúc dữ liệu cho hiển thị bản đồ trên thiết bị di động 15

1.2.4 Cách thức truy vấn thông tin đối tượng di động 16

1.3 Kiến trúc xây dựng một ứng dụng Mobile GIS 16

1.3.1 Kiến trúc 1: Stand-Alone Client 16

1.3.2 Kiến trúc 2: Client – Server 17

1.3.3 Kiến trúc 3: Distributed Client-Server 18

1.3.4 Kiến trúc 4: Services 19

1.3.5 Kiến trúc 5: Peer-to-Peer 20

1.4 Công cụ phát triển các ứng dụng Mobile GIS 21

1.4.1 Platform:J2ME 21

1.4.2 Platform: Net Compact Framework 23

1.4.3 Mobile GIS Software: ESRI ArcPad 23

1.4.4 Công nghệ WAP 24

CHƯƠNG 2: HỆ ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU 26

2.1 Khái quát về Hệ định vị toàn cầu (GPS): 26

2.2 Các thành phần của một hệ thống GPS: 28

2.2.1 Space segment: 28

2.2.2 Control segment: 29

2.2.3 User Segment: 30

2.3 Hoạt động của hệ định vị toàn cầu: 31

2.3.1 Hoạt động 31

2.3.2 Cách thức truyền nhận tín hiệu 32

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của GPS 34

2.4 Các kỹ thuật trong xây dựng ứng dụng GPS 34

2.4.1 Thiết bị nhận dữ liệu định vị - máy thu GPS 35

2.4.1.1 Máy thu giao tiếp qua cổng COM 35

2.4.1.2 Máy thu giao tiếp thông qua Bluetooth 36

2.4.1.3 Máy thu GPS kết hợp với GSM 36

2.4.2 Phương thức kết xuất và truyền dữ liệu 37

2.4.2.1 Tín hiệu thu do GPS kết xuất 37

2.4.2.2 Truyền dữ liệu qua sóng bộ đàm VHF/UHF 40

2.4.2.3 Truyền dữ liệu qua mạng điện thoại di động 40

2.5 Các ứng dụng của GPS 40

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MOBILE GIS TRONG CÔNG TÁC QUẢN LÝ ĐIỀU HÀNH MẠNG LƯỚI TẠI NGÂN HÀNG ĐẦU TƯ VÀ PHÁT TRIỂN VIỆT NAM 43

3.1 Phát biểu bài toán 43

3.2 Mô tả hệ thống quản lý điều hành mạng lưới BIDV 48

3.2.1 Kiến trúc hệ thống 48

3.2.2 Các thành phần của hệ thống 48

3.2.2.1 GIS Servers 48

3.2.2.2 BIDV Corebanking 50

3.2.2.3 Trung trâm điều hành BIDV 50

3.2.2.4 GIS Client 51

3.2.2.5 Các thiết bị di động 51

3.2.3 Mô hình khái niệm hệ thống 52

3.3 Giải pháp kỹ thuật trong kết xuất và truyền số liệu từ thiết bị GPS

3.5 Xây dựng ứng dụng mô phỏng Hệ thống quản lý điều hành mạng lưới BIDV 58

KẾT LUẬN 75TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

GIS Geographic Information System - Hệ thống thông tin địa

GSM Global System of Mobile communication – Công nghệ

truyền thông di động sử dụng kỹ thuật phân phối tần số thành những kênh nhỏ với mỗi thuê bao, rồi chia sẻ thời gian các kênh ấy cho thuê bao sử dụng

CDMA Code Division Multiple Access – Công nghệ truyền

thông di động cho phép các thuê bao di động chia sẻ cùng một giải tần Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên Các tín hiệu của các thuê bao khác nhau được mã hoá bằng các mã khác nhau

và chỉ được phục hồi ở thiết bị thuê bao với mã ngẫu nhiên tương ứng

GPRS General Packet Radio Service - Dịch vụ vô tuyến gói

tổng hợp cho phép cung cấp các dịch vụ nhắn tin đa phương tiện và dịch vụ truyền ảnh động

SMS Short Message Service - Dịch vụ gửi tin nhắn trên mạng

di động

WAP Wireless Application Protocol – Giao thức ứng dụng

không dây, cho phép các thiết bị di động cầm tay có thể kết nối đến server truy xuất thông tin và sử dụng dịch

vụ

VHF Very High Frequency – Sóng radio có dải tần rất cao UHF Ultra-High Frequency – Sóng radio có dải tần siêu cao

BIDV Bank for Investment and Development of Vietnam –

Ngân hàng Đầu tư và Phát triển Việt Nam

ATM Automated Teller Machine - là máy giao dịch tự động

của ngân hàng để chủ thẻ sử dụng rút tiền mặt và thực hiện các giao dịch khác

POS Point of Sale – là thiết bị chấp nhận thanh toán thẻ được

đặt tại các điểm chấp nhận thẻ của ngân hàng để giúp các khách hàng thực hiện thanh toán mà không cần dùng tới tiền mặt

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, những thay đổi công nghệ đã thay đổi cuộc sống của chúng ta, chúng ta sống và làm việc trên mạng Các cá nhân cũng như công ty đã sớm nhận ra những ưu điểm của việc sử dụng mạng Internet mang lại những lợi ích trong công việc của mình Khi con người trở lên phụ thuộc nhiều hơn vào thông tin trong thế giới di động này, họ tìm cách để kết nối với mạng Internet mà không cần quan tâm đến mình đang ở đâu Nhu cầu này đã thúc đẩy các sản phẩm truyền thông không dây sớm xuất hiện trên thị trường

Với việc ra nhập tổ chức thương mại thế giới, các doanh nghiệp Việt Nam đang bước vào một sân chơi mới với nhiều các cơ hội phát triển hơn, tuy nhiên cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro và sự cạnh tranh khốc liệt từ các doanh nghiệp trong nước và các doanh nghiệp nước ngoài Trong bối cảnh ấy,việc ứng dụng công nghệ khoa học vào việc quản lý điều hành cũng như tiếp cận khách hàng có tầm quan trọng đặc biệt, mang lại lợi thế cho các doanh nghiệp trong việc phát triển thị phần, thương hiệu

Luận văn “Ứng dụng Mobile GIS trong xây dựng hệ thống quản lý

điều hành mạng lưới BIDV” hướng đến việc ứng dụng lý thuyết về công

nghệ Mobile GIS, công nghệ GPS vào xây dựng mô hình hệ thống quản lý điều hành mạng lưới Ngân hàng Đầu tư và Phát triển Việt Nam, nơi học viên đang công tác Luận bao gồm ba chương:

Chương 1: Trong phần này, luận văn trình bầy những nghiên cứu lý thuyết

về Mobile GIS bao gồm kiến trúc, giải pháp và công cụ cần thiết cho việc phát triển một hệ thống Mobile GIS

Chương 2: Phần chương hai đề cập đến những vấn đề lý thuyết liên quan đến Hệ thống định vị toàn cầu - GPS Những lý thuyết được đề cập đến bao gồm các thành phần của hệ thống GPS; các thiết bị và những kỹ thuật trong thu tín hiệu định vị

Chương 3: Trong chương này học việc tập trung vào việc xây dựng mô hình

hệ thống quản lý điều hành mạng lưới Ngân hàng đầu tư và phát triển Việt

Nam dựa trên những lý thuyết tìm hiểu từ chương 1 và chương 2 Toàn bộ chương đề cập đến việc lựa chọn công nghệ, xây dựng kiến trúc cho hệ thống và phần chương trình mô phỏng hệ thống

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ BẢN ĐỒ TRÊN

THIẾT BỊ DI ĐỘNG

1.1 Giới thiệu

Sự bùng nổ của các thiết bị di động trong những năm gần đây làm gia tăng thêm những nhu cầu từ thực tế cuộc sống đối với các dịch vụ liên quan đến dữ liệu không gian được đặt ra nhiều hơn đối với các nhà nghiên cứu Hiện tại với thiết bị PDA, chúng ta có thể làm được nhiều các công việc (chẳng hạn như lập kế hoạch công tác, gửi và nhận thư điện tử, ) trong khi đang đi, trong khi chờ đợi, tại bất kỳ đâu Và sự phát triển của công nghệ cho phép chúng ta tích hợp GIS trên những thiết bị di động thông minh, nhỏ gọn Nhiều nhà nghiên cứu GIS và các công ty đã bắt đầu phát triển ứng dụng trong lĩnh vực này như MapInfo,ArcPad và việc tích hợp GIS trên mạng không dây đã trở thành lĩnh vực nghiên cứu mới được gọi là Mobile GIS

1.1.1 Thế nào là Mobile GIS?

Mobile GIS là gì? một định nghĩa hiển nhiên là: “GIS trên các thiết bị

di động” Tuy nhiên, thuật ngữ Mobile GIS cũng có thể bao gồm các thiết bị tại các trạm cố định giao tiếp với các thiết bị di động thông qua một mạng Một vài ví dụ về Mobile GIS:

- Gửi nhanh các yêu cầu công việc: một kỹ sư mỏ được yêu cầu xác định vị trí và đánh dấu mực nước trên một thiết bị di động với mạng của trung tâm mỗi ngày Trên thiết bị di động của anh ta, anh ta có thể nhìn thấy yêu cầu công việc của anh ta do trung tâm gửi mỗi ngày, ánh xạ các vị trí cần đánh dấu của mỗi yêu cầu công việc, đánh dấu mực nước và khoanh lại các yêu cầu công việc anh đã hoàn thành Khi thiết bị di động của anh đồng bộ lại, các vị trí anh đánh dấu mực nước và trạng thái của mỗi yêu cầu công việc được truyền đến mạng trung tâm và các yêu cầu công việc mới được tải về thiết bị di động của anh

- Thống kê đất đai: Một đại diện chính quyền thành phố sử dụng một thiết bị di động để tập hợp dữ liệu về đất đai thành phố Tại mỗi vị trí đất đai cần quản lý, anh ta có thể bổ sung các thông tin về mảnh đất

đó và sử dụng một thiết bị định vị kèm theo để đánh dấu vị trí một cách chính xác Thiết bị của anh ta sau đó sẽ truyền dữ liệu đến mạng thành phố khi anh ta đồng bộ

- Kiểm tra đường ống: Một kỹ sư đường ống kiểm tra các đường ống ở các vùng xa Sử dụng một thiết bị modem dạng tế bào, thiết bị di động của anh ta có thể xác định được vị trí đường ống trên bản đồ, và truy cập đến các tài liệu kỹ thuật liên quan và các thông tin dữ liệu của các lần kiểm tra trước đây Anh ta có thể ghi lại các thông tin mà anh ta kiểm tra và cập nhật chúng trên cơ sở dữ liệu chính theo thời gian thực

Mobile GIS có thể được xem như một phần nhỏ nằm trong lĩnh vực GIS Tuy nhiên, Mobile GIS có những đặc điểm riêng biệt cần được chú ý đến khi phát triển ứng dụng, đó là sự hạn chế về tài nguyên phần cứng, sự chuyển động của phía client, và cơ chế truyền nhận dữ liệu qua mạng không dây Để có thể thiết kế bản đồ cho việc hiển thị trên các thiết bị di động, một trong những yêu cầu quan trọng đòi hỏi người thiết kế phải hiểu được cách hiển thị bản đồ trên màn hình có kích thước nhỏ và hiểu được cách tương tác với bản đồ kỹ thuật số trên các thiết bị di động như PDAs (Personal Digital Assistants) và cell phone Mobile GIS cho phép người sử dụng phóng to, thu nhỏ, thêm và bỏ các tầng dữ liệu được hiển thị, để thay đổi sự xuất hiện của bản đồ trên màn hình hiển thị, và thậm chí có thể sửa đổi được bộ dữ liệu hiển thị Những khả năng mới trong việc hiển thị bản đồ trên thiết bị di động, từ khả năng tương tác với dữ liệu đến việc cập nhật các bộ dữ liệu phức tạp vào các vùng trên bản đồ, làm cho Mobile GIS trở lên linh hoạt hơn

1.1.2 Tại sao sử dụng Mobile GIS?

Chúng ta đã tìm hiểu thế nào là Mobile GIS, câu hỏi tiếp theo là tại sao lại sử dụng Mobile GIS, có rất nhiều lý do song một vài lý do chủ yếu nhất được đưa ra như sau:

- Có thể truy cập được dữ liệu địa lý trên những vùng rộng lớn

- Có khả năng lấy được dữ liệu trên những vùng rộng lớn và theo thời gian thực

- Có thể bổ sung thông tin vị trí vào cơ sở dữ liệu

- Thực hiện được các chức năng của GIS trên một phạm vi rộng lớn

Từ quan điểm tích hợp, Mobile GIS là một hệ thống ứng dụng tích hợp của

hệ thông tin địa lý với truyền thông di động bao gồm các thiết bị GPS, Wireless LBS, truyền thông di động (mạng GSM, GPRS, và CDMA .), mạng Internet không dây, Mobile GIS không chỉ được ứng dụng trong các lĩnh vực chuyên môn (dự báo thời tiết, quản lý thống kê tài nguyên, ) mà còn được ứng dụng rộng rãi hơn trong các dịch vụ công cộng như các dịch

vụ định vị, dịch vụ giám sát các đối tượng chuyển động

1.1.3 Tại sao Mobile GIS chƣa đƣợc sử dụng nhiều?

Nếu Mobile GIS thực sự hấp dẫn như vậy, tại sao nó không được triển khai một cách rộng rãi? Cũng có rất nhiều lý do:

- Tài nguyên phần cứng trên các thiết bị di động thường không thích hợp để chạy các ứng dụng GIS chuyên biệt

- Phần mềm - đặc biệt là các phần mềm GIS - thường không được hỗ trợ sẵn trên các thiết bị di động

- Thiết lập kết nối giữa các vùng thường rất thưa, tạo ra khó khăn trong kết nối thiết bị di động đến thiết bị di động khác hay mạng

- Thông thường chi phí cho các thiết bị di động tương đối lớn trong khi

nó chỉ phát huy được sức mạnh khi đối tượng sử dụng bao gồm cả những người thu nhập thấp

1.1.4 Khuynh hướng thiết bị di động

Thật may mắn, công nghệ di động gần đây đang được phát huy một cách hiệu quả Các thiết bị di động ngày nay đang phô diễn sức mạnh và bộ nhớ của nó tương ứng với bộ nhớ của máy Desktop Các nhà sản xuất phần cứng đang tìm cách nén hơn nữa kích thước màn hình vào các thiết bị di động nhỏ hơn và các nhà cung cấp phần mềm đã tạo ra giao diện người sử dụng làm tăng tối đa lợi ích trên các màn hình nhỏ ấy Các kết nối không dây đã trở lên sẵn sàng hơn trước đây, thậm chí chỉ cách khoảng vài năm khi

mà người dân thành phố ở nhiều vùng vẫn gặp khó khăn khi kết nối mạng không dây bởi vì không thiết lập được kết nối đến các trạm vệ tinh hay cellular

Mặc dù công nghệ di động không bị giới hạn về phần cứng, phần mềm và hệ điều hành cho các thiết bị di động cũng được phát triển chuyên biệt hơn Hệ điều hành mới nhất dành cho thiết bị di động, Microsoft Windows XP Tablet PC Edition, là một phiên bản đầy đủ của Windows XP Đây là một cuộc cách mạng cho các nhà phát triển ứng dụng trên thiết bị di động Các nhà phát triển có thể phát triển các ứng dụng giống như việc phát triển một ứng dụng trên máy Desktop bất kỳ Khuynh hướng phát triển thiết

bị di động quan trọng nhất là giảm giá thành phần cứng, cũng như các linh kiện

1.2 Các vấn đề nghiên cứu khi phát triển một ứng dụng Mobile GIS

Hơn tất cả, hệ thống ứng dụng Mobile GIS là một hệ thống dịch vụ với đầy đủ các chức năng cung cấp các thông tin về sự chuyển động trong không gian, nó được tích hợp nhiều các công nghệ của mạng không dây và quản lý dữ liệu không gian Sự phát triển của Mobile GIS có được từ sự phát triển của các công nghệ này Tuy nhiên, sẽ không có cách nào để xây dựng một hệ thống Mobile GIS nếu chúng ta chỉ đơn giản mang chúng đặt cạnh nhau Ví dụ, sự tích hợp của GIS, thiết bị di động đầu cuối, mạng di động và công nghệ mạng máy tính sẽ phải đối mặt với các vấn đề như làm thế nào để hiện thực hoá một hệ thống GIS nhỏ trên thiết bị di động có tài nguyên hạn chế trong khi không thể đưa công nghệ phát triển GIS trên máy tính cá nhân

vào nó Hơn nữa, để có thể xử lý được với tài nguyên phần cứng hạn chế trên thiết bị đầu cuối di động, mạng Internet không dây và công nghệ mạng máy chủ phải được sử dụng Do đó, việc tìm hiểu các vấn đề trên Mobile GIS cần phải được dựa trên các quan điểm hệ thống

1.2.1 Lựa chọn kiểu kiến trúc phù hợp cho Mobile GIS

Do khả năng giới hạn phần cứng của các thiết bị di động như dung lượng lưu trữ dữ liệu, tốc độ xử lý chậm , hệ điều hành trên các thiết bị di động cũng không thể linh hoạt như trên các máy tính cá nhân; nên để giải quyết được các vấn đề đặt ra, thiết bị di động đầu cuối cần kết nối với máy chủ qua mạng không dây để gửi các yêu cầu về phía máy chủ xử lý Với những đặc điểm hạn chế của mạng không dây, tuỳ thuộc vào từng ứng dụng

cụ thể mà người phát triển cần xây dựng một kiến trúc phù hợp cho hệ thống

1.2.2 Lựa chọn mô hình dữ liệu không gian cho Mobile GIS

Cách đây 30 năm, công nghệ GIS đã được phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên đối tượng nghiên của của GIS là các thực thể hình học tĩnh Làm thế nào để miêu tả một đối tượng chuyển động, và mối quan hệ giữa các đối tượng chuyển động với các thực thể hình học tĩnh là vấn đề cốt lõi trong Mobile GIS Các vấn đề nghiên cứu bao gồm mô hình khái niệm Mobile GIS, mô hình logic cũng như mô hình vật lý Mặt khác trong thực tế, mô hình dữ liệu được sử dụng chỉ cho các vấn đề đặc biêt; không có mô hình dữ liệu cho tất cả các vấn đề trong Mobile GIS Trong Mobile GIS, chúng ta phải xây dựng mô hình dữ liệu cho các vấn đề chuyên biệt Như chúng ta đã biết, Mobile GIS tích hợp công nghệ của các công nghệ như định vị trên mạng không dây, vị trí của một thiết bị đầu cuối di động sẽ được chỉ ra như một điểm di động, làm thế nào để mô tả sự di chuyển của đối tượng, lưu giữ, vấn tin đối tượng chuyển động là một vấn đề cốt lõi của hệ thống

1.2.3 Cấu trúc dữ liệu cho hiển thị bản đồ trên thiết bị di động

Có rất nhiều sự khác biệt giữa thiết bị di động với môt máy tính cá nhân, chẳng hạn như RAM, CPU, hệ điều hành .có ảnh hưởng đến việc

hiển thị dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu không gian Để hiển thị dữ liệu không gian trên các thiết bị di động, người phát triển ứng dụng cần nghiên cứu xây dựng một cấu trúc dữ liệu phù hợp

1.2.4 Cách thức truy vấn thông tin đối tƣợng di động

Như đã được đề cập, một trong những vấn đề cốt lõi trong Mobile GIS là mối liên hệ giữa các đối tượng di động và các thực thể không gian, đặc biệt trong các ứng dụng định vị hay giám sát Truy vấn thông tin đối tượng di động là vấn đề cần được đặt ra cho người phát triển hệ thống

1.3 Kiến trúc xây dựng một ứng dụng Mobile GIS

1.3.1 Kiến trúc 1: Stand-Alone Client

Mobile Device

GEODATA GIS SOFTWARE CUSTOM APPLICATIONS

Hình 1.3.1 Kiến trúc Stand-Alone Client

Một kiến trúc Mobile GIS đơn giản nhất là kiến trúc Stand-Alone Client Với kiểu kiến trúc này, toàn bộ ứng dụng GIS được cài đặt trên thiết

bị di động Thiết bị di động này lưu giữ dữ liệu không gian, cài đặt phần mềm GIS để biên dịch và hiển thị dữ liệu, và các tuỳ chọn ứng dụng khác, được xây dựng ở mức đỉnh của phần mềm GIS

Một tiếp cận khác là phát triển ứng dụng tuỳ chọn từ sự hỗn tạp và thực hiện biên dịch, hiển thị thông tin trực tiếp, loại bỏ những thứ không cần thiết cho một ứng dụng GIS Trong khi một vài ứng dụng đem lại lợi ích từ

cách tiếp cận này thì hầu hết các ứng dụng phát triển theo cách tiếp cận này mất thời gian nhiều nhất cho việc phát triển và kiểm thử

Bỏ qua việc tiếp cận, kiến trúc Mobile GIS này có một vài hạn chế chính: Thứ nhất, tài nguyên phần cứng của thiết bị di động giới hạn dung lượng dữ liệu không gian mà ứng dụng GIS có thể hỗ trợ Thứ hai, ứng dụng này không cho phép giao tiếp với bất kỳ các ứng dụng khác hay với người

cộng tác sử dụng cùng một ứng dụng

1.3.2 Kiến trúc 2: Client – Server

Để khắc phục những hạn chế từ mô hình Stand-Alone Client, mô hình Client –Server được xây dựng, trong đó phần dữ liệu không gian được đặt trên một máy tính riêng biệt và phục vụ client bởi phần mềm GIS phía server Các ứng dụng tuỳ chọn và phần mềm GIS phía client vẫn được cài đặt trên các thiết bị di động

Kiến trúc này có một vài ưu điểm so với kiến trúc Stand-Alone Client: Thứ nhất, dữ liệu không gian bây giờ được lưu không giới hạn về tài nguyên trên một máy chủ riêng biệt Thứ hai, nhiều thiết bị di động chạy cùng một ứng dụng có thể truy cập đến máy chủ đồng thời tạo ra kiến trúc nhiều người sử dụng (multi-user)

Không may, kiến trúc này cũng đưa ra một biến đổi mới: truyền thông Cái gì sẽ xảy ra khi thiết bị di động không thể giao tiếp với GIS Server do giới hạn giao thoa (nhiễu) hoặc các nhân tố ảnh hưởng khác? thì khi đó ứng dụng không thể truy cập đến cơ sở dữ liệu không gian và nó trở lên vô ích Bởi vì sự xung đột trong kết nối là một thuộc tính cố hữu, vấn đề chung trong các ứng dụng di động, vấn đề này cần phải được xem xét

Mobile Device

GIS SOFTWARE

CUSTOM APPLICATIONS GIS SERVER

CUSTOM APPLICATIONS

Hình 1.3.3: Kiến trúc Distributed Client -Server

Để giải quyết vấn đề mâu thuẫn trong kết nối, cần triển khai hệ thống phân tán đảm bảo được hai vấn đề sau: liên tục (persistence) và quản lý tài nguyên

- liên tục: khi thiết bị di động không thể kết nối đến máy chủ, nó liên tục thử kết nối lại

- Quản lý tài nguyên: khi một thiết bị di động không thể kết nối đến máy chủ, nó sử dụng một bộ nhớ nhỏ cache chứa dữ liệu nằm cục bộ trên thiết bị di động

Khi thiết bị di động có thể kết nối trở lại, nó đồng bộ dữ liệu của nó (bộ nhớ cache) với máy chủ Thành phần có thể thực hiện logic hai vấn đề liên tục và quản lý tài nguyên được gọi là khuôn dạng phân tán (distributed framework)

Kiến trúc này hỗ trợ được hầu hết các ứng dụng GIS di động một cách mạnh

mẽ, tin cậy, nhưng nó không hỗ trợ được các chức năng mở rộng cho các chương trình phụ trợ (back-end) – các chương trình ứng dụng phía sau Điều

gì sẽ xẩy ra nếu khi ứng dụng cần hỗ trợ các chức năng phụ trợ nhiều hơn nó sẵn có trên máy chủ GIS

1.3.4 Kiến trúc 4: Services

Mobile Device GEODATA

GIS SOFTWARE

DISTRIBUTED FRAMEWORK WEB SERVICES

CUSTOM APPLICATIONS

Hình 1.3.4: Kiến trúc Services

Để cung cấp khả năng mở rộng cho các chương trình phụ trợ, kiến trúc này xem GIS Server như một dịch vụ Web và cho phép các dịch vụ web khác cũng là một phần của ứng dụng Do các dịch vụ web sử dụng cùng môt giao thức truyền thông, các thiết bị di động có thể giao tiếp với tất cả các dịch vụ này Hơn thế nữa, các dịch vụ web cũng có thể giao tiếp với nhau Một giao thức truyền thông chung phù hợp được đưa ra là SOAP XML, chuẩn công nghiệp cho đóng gói các thông điệp giữa các thành phần phần mềm

Kiến trúc này hỗ trợ truyền thông một cách mạnh mẽ giữa một số lượng bất kỳ các thiết bị di động và các dịch vụ web nhưng nó có thể không phải là lý tưởng đối với một vài ứng dụng chẳng hạn như chúng được sử dụng thiết kế cho sự tác nghiệp trên các vùng xa nơi mà các kết nối đến máy chủ không thực hiện được

1.3.5 Kiến trúc 5: Peer-to-Peer

Trong hoàn cảnh ấy, kiến trúc Peer-to-Peer sẽ cho phép giao tiếp giữa các thiết bị di động trong khi Với kiến trúc này, không còn máy chủ sẵn sàng cho việc lưu trữ toàn bộ dữ liệu không gian nữa, dữ liệu phải được lưu giữ trên chính các thiết bị di động Nhưng mỗi một thiết bị di động không thể lưu trữ 100% dữ liệu (nếu không nó sẽ trở thành mô hình Standard Alone) Để cho phép nhiều dữ liệu được lưu giữ thông qua ứng dụng, mỗi một thiết bị di động lưu giữ một bộ con dữ liệu Khi thiết bị di động A cần

dữ liệu, nó dựa vào khuôn dạng quản lý tài nguyên phân tán của chính nó Nếu nó không có, nó sẽ thực hiện truy cập đến dữ liệu trên thiết bị di động

B Như ví dụ đã chỉ ra, kiến trúc này đòi hỏi phải sử dụng một khái niệm:

naming - nhận dạng duy nhất cho mỗi thiết bị và mối quan hệ logic giữa

chúng

Nhưng trong trường hợp B ở bên ngoài vùng kết nối của A? A không thể truy cập được cơ sở dữ liệu mà nó cần Để giải quyết vấn đề này, mô

hình kiến trúc peer-to-peer đưa ra khái niệm: redundancy – lưu trữ dữ liệu

trên một hoặc nhiều thiết bị khác nhau Vì vậy trong trường hợp này, bản

khuôn dạng phân tán (distributed framework) trên thiết bị di động A cho biết rằng dữ liệu mà nó cần cũng có thể tìm được ở thiết bị di động C

1.4 Công cụ phát triển các ứng dụng Mobile GIS

1.4.1 Platform:J2ME

J2ME được phát triển từ kiến trúc Java Card, Embeded Java và Personal Java của phiên bản Java 1.1 Đến sự ra đời của Java 2 thì Sun quyết định thay thế Personal Java và đươc gọi với tên mới là Java 2 Micro Edition, hay viết tắt là J2ME Đúng với tên gọi, J2ME là nền tảng cho các thiết bị có tính chất nhỏ, gọn (Micro có nghĩa là nhỏ trong tiếng Anh) Thị trường J2ME được mở rộng cho nhiều chủng loại thiết bị:

- Các loại thẻ cá nhân như Java Card

- Máy điện thoại di động

- Máy PDA

- Các hộp điều khiển dành cho tivi, thiết bị gia dụng

Để phát triển một ứng dụng J2ME, người phát triển phải lựa chọn một cấu hình; ứng dụng sau đó có thể phát triển sử dụng cấu hình đó Có 4 tuỳ chọn cấu hình:

- Connected Limited Device Configuration (CLDC): Đây là cấu hình

sử dụng KVM, một phiên bản cực kỳ nhẹ của Java Virtual Machine (JVM)

 Mobile Information Device Profile (MIDP): MIDP chỉ là một profile sẵn có cho CLDC và được sử dụng cho các thiết bị di động

có tài nguyên rất hạn chế, chẳng hạn như điện thoại di động

- Connected Device Configuration (CDC): cấu hình này sử dụng một JVM đầy đủ, nhưng profile của nó quyết định có bao nhiêu chức năng được hỗ trợ

 Foundation Profile (FP): như tên của nó đã chỉ ra, profile này chỉ cung cấp các lớp cơ sở

 Personal Foundation Profile (PFP): PFP cung cấp các lớp cơ sở

và bổ sung thêm các chức năng về đồ hoạ

 Personal Profile (PP): profile này là bộ chứa nhiều tính năng cấp cao so với PFP và cung cấp toàn bộ Advanced Windows Toolket (AWT) cho người phát triển

1.4.2 Platform: Net Compact Framework

.Net Compack Framework là một sản phẩm của Microsoft được dùng cho phát triển các ứng dụng trên thiết bị di động Những gì mà người phát triển có thể làm giống như việc phát triển một ứng dụng trên máy để bàn Mỗi lần người phát triển cấu hình thuộc tính được xây dựng trên IDE của anh ta để triển khai đến một thiết bị di động thay cho một máy để bàn, IDE của anh ta quan tâm đến sự thay đổi Do đó, việc phát triển ứng dụng di động với CF không đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm của chuyên gia trong lĩnh vực phát triển ứng dụng di động

1.4.3 Mobile GIS Software: ESRI ArcPad

Có thể không chính xác khi tuyên bố rằng ESRI ArcPad chỉ là phần mềm GIS dành cho thiết bị di động, nhưng khá chính xác khi ESRI tuyên

cho rằng ARCPad sẽ còn tiến xa và đi đầu trong lĩnh vực công nghiệp phần mềm Hiện tại phiên bản 6.0.2 cho phép kết nối trực tiếp đến dữ liệu không gian cục bộ hoặc kết nối từ xa đến máy chủ bản đồ của ESRI Thêm vào đó, giao diện tương tác của nó cung cấp nhiều công cụ GIS chuẩn như phóng to, thu nhỏ …

Người phát triển ứng dụng di động có thể tuỳ chọn hoá ArcPad sử dụng ArcPad Studio Studio cho phép tạo các thanh công cụ tuỳ chọn và các form tuỳ chọn được viết bằng VBScript Chúng có thể được biên dịch thành một “applet” (đoạn nhúng), chính là những ứng dụng rất nhỏ của ArcPad được lưu trên thiết bị di động như ArcPadXML Việc mở rộng ArcPad có thể được thực hiện sử dụng ngôn ngữ C/C++ với các thiết bị cài đật Windows CE

Do kiến trúc của WAP được thiết kế gần giống với web, nên nó cũng

kế thừa mô hình client-server được dùng trên Internet của Web Điểm khác

nhau chính đó là sự có mặt của WAP Gateway dùng cho việc chuyển đổi giữa HTTP và WAP [6]

Để truy cập vào một ứng dụng trên server, client khởi tạo một kết nối với WAP Gateway và gửi đi yêu cầu của mình Gateway sẽ chuyển đổi những yêu cầu này sang định dạng được dùng trên Internet (HTTP), và sau

đó chuyển đến server cung cấp dịch vụ Nội dung trả về được gửi từ server đến gateway, tại đây nó sẽ được chuyển sang định dạng WAP để sau đó gửi

về thiết bị di động Như vậy, gateway đã giứp Internet có thể giao tiếp với môi trường mạng không dây

Như đoạn trên đã minh hoạ, có nhiều tuỳ chọn sẵn có cho việc phát triển một ứng dụng GIS di động Việc lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng và kỹ năng của người phát triển

CHƯƠNG 2: HỆ ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

Công nghệ GPS bắt đầu được giới thiệu và ứng dụng vào Việt Nam

từ giữa những năm 1990 chủ yếu để phục vụ cho việc thu thập số liệu toạ độ chính xác của các điểm trắc địa gốc làm cơ sở phát triển các lưới trắc địa cấp thấp hơn, mà từ các điểm này công tác đo vẽ hiện trạng mặt đất sẽ được tiến hành Trong những năm gần đây, với việc xuất hiện các thiết bị đo GPS cầm tay đơn giản, rẻ tiền, việc ứng dụng công nghệ GPS vào công tác thu thập thông tin vị trí càng trở nên phổ biến trên thế giới Tuy nhiên, ở Việt Nam, việc phổ biến rộng rãi công nghệ GPS cầm tay vào thu thập dữ liệu hạ tầng

cơ sở đô thị vẫn còn nhiều hạn chế do một số nguyên nhân như sự phức tạp của công nghệ đo GPS, hiểu biết về công nghệ GPS còn hạn chế, hạn chế về

độ chính xác của thiết bị GPS cầm tay Nhằm phổ biến việc sử dụng các thiết bị GPS cầm tay vào công tác thu thập dữ liệu hạ tầng cơ sở đô thị ra ngoài thực tiễn sản xuất, đòi hỏi phải có sự nghiên cứu, đánh giá khả năng

sử dụng các thiết bị GPS cầm tay [2]

Do ưu điểm thu thập nhanh dữ liệu vị trí của các thiết bị GPS cầm tay, một khối lượng dữ liệu quan trọng và to lớn về vị trí hạ tầng đô thị có thể được tạo nên trong thời gian ngắn Do vậy, để có thể khai thác hiệu quả lượng dữ liệu to lớn này, đòi hỏi phải ứng dụng công nghệ GIS vào việc lưu trữ, xử lý, quản lý, truy cập và biểu diễn chung Quản lý thông tin vị trí hiệu quả chính là cơ sở cho việc quản lý hiệu quả thông tin đô thị về cơ sở hạ tầng, cấp thoát nước, xây dựng

Từ các phân tích trên có thể thấy rằng những nghiên cứu về việc ứng dụng kết hợp GPS cầm tay và GIS trong thu thập, phân tích, biểu diễn dữ liệu cho việc quản lý thông tin địa lý là hoàn toàn cần thiết

2.1 Khái quát về Hệ định vị toàn cầu (GPS):

Hệ định vị toàn cầu (GPS – Global Positioning System) là hệ thống định vị bao gồm các vệ tinh bay trên quỹ đạo, thu thập thông tin toàn cầu và các trạm điều khiển của chúng trên mặt đất Năm 1978, nhằm mục đích thu

thập các thông tin về tọa độ (vĩ độ và kinh độ), độ cao và tốc độ của các cuộc hành quân, hướng dẫn cho pháo binh và các hạm đội, Bộ Quốc phòng

Mỹ đã phóng lên quỹ đạo trái đất 24 vệ tinh Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ USD này bay phía trên trái đất ở độ cao 19.200 km, với tốc độ chừng 11.200 km/h, có nhiệm vụ truyền đi các tín hiệu radio tần số thấp tới các thiết bị thu nhận Các vệ tinh được bố trí sao cho các tín hiệu từ 6 trong số đó có thể được thu nhận gần như 100 phần trăm thời gian tại bất kỳ điểm nào trên trái đất Các tín hiệu radio được truyền đi thường không đủ mạnh để thâm nhập vào các tòa nhà kiên cố, các hầm ngầm và hay tới các địa điểm dưới nước Ngoài ra nó còn đòi hỏi tối thiểu 4 vệ tinh để đưa ra được thông tin chính xác về vị trí (bao gồm cả độ cao) và tốc độ của một vật Vì hoạt động trên quỹ đạo, các vệ tinh đảm bảo cung cấp vị trí tại bất kỳ điểm nào trên trái đất

Ảnh vệ tinh GPS IIR-M1

Từ khi phóng vệ tinh GPS đầu tiên được phóng vào năm 1978, đến nay đã có bốn thế hệ vệ tinh khác nhau Thế hệ đầu tiên là vệ tinh Block I, thế hệ thứ hai là Block II, thế hệ thứ ba là Block IIA và thế hệ gần đây nhất

là Block IIR Thế hệ cuối của vệ tinh Block IIR được gọi là Block IIR-M Những vệ tinh thế hệ sau được trang bị thiết bị hiện đại hơn, có độ tin cậy cao hơn, thời gian hoạt động lâu hơn Hình bêb trên là vệ tinh đầu tiên của thế hệ mới Block IIR-M1 (mới được phóng vào tháng 12 năm 2005)

(nếu góc ở ngưỡng 10o thì

có thể quan sát được 10 vệ tinh và ở ngưỡng 5o

thì có thể quan sát được 12

vệ tinh) Các vệ tinh bay với vận tốc 11.200 km/h và khoảng thời gian để vệ tinh bay xung quanh trái đất là 12h Các vệ tinh được cung cấp năng lượng bởi nguồn năng lượng mặt trời, và nếu như nguồn năng lượng mặt trời yếu

đi (như bị che khuất, ) thì chũng sẽ được hỗ trợ để vẫn tiếp tục hoạt động bởi nguồn năng lượng dự trữ trên tàu Quãng thời gian tồn tại của chúng vào khoảng 10 năm và chi phí cho mỗi lần thay thế lên tới hàng tỷ đô la Mỹ Nhiệm vụ chủ yếu của các vệ tinh là:

- Ghi nhận và lưu trữ các thông tin được truyền đi từ Control segment

- Xử lý dữ liệu có chọn lọc trên vệ tinh

- Duy trì chính xác cao của thời gian bằng các đồng hồ nguyên tử

- Chuyển tiếp thông tin đến người sử dụng

- Thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển từ mặt đất

Các lực có ảnh hưởng lớn đến sự chuyển động của các vệ tinh như:

Control segment là các trạm điều khiển vệ tinh từ mặt đất, bao gồm một trạm điều khiển chính, 5 trạm thu số liệu và 3 trạm truyền số liệu:

- Trạm điều khiển chính: trạm này được đặt tại Colorade Springs (Mỹ)

có nhiệm vụ thu thập các dữ liệu theo dõi vệ tinh từ các trạm thu số liệu để xử lý Công nghệ xử lý gồm tính lịch thiên văn, tính và hiệu chỉnh đồng hồ, hiệu chỉnh quỹ đạo điều khiển, thay thế các vệ tinh ngừng hoạt động bằng các vệ tinh dự phòng

- Năm trạm thu số liệu: các trạm này được đặt tại Hawai, Colorade Springs, Ascension (Nam Đại Tây Dương), Diago Garia (Ấn Độ Dương), Kwayalein (Nam Thái Bình Dương) có nhiệm vụ theo dõi các tín hiệu vệ tinh để kiểm soát và dự đoán các quỹ đạo của chúng Mỗi trạm được trang bị những máy thu P-code để thu các tín hiệu của

vệ tinh, sau đó truyền về trạm điều khiển chính

- Ba trạm truyền số liệu: đặt tại Ascension, Diago Garia, Kwaylein có khả năng truyền số liệu lên vệ tinh gồm lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ, các thông điệp cần phát, các lệnh điều khiển từ xa

2.2.3 User Segment:

Phần này bao gồm những máy thu tín hiệu GPS có anten riêng (thiết

bị định vị), các thiết bị tự ghi (bộ ghi số liệu), máy tính cài đặt phần mềm xử

lý số liệu

- Thiết bị định thực hiện tính toán đơn vị với tần suất mỗi giây một vị trí và cho độ chính xác trong khoảng 5m Khi ta di chuyển hay đứng tại chỗ, thiết bị định vị nhận tín hiệu từ vệ tinh rồi tính toán định vị Kết quả tính được là toạ độ hiển thị trên màn hình bộ ghi số liệu của thiết bị cầm tay

- Bộ ghi số liệu của thiết bị cầm tay có khả năng thu thập số liệu, ghi lại vị trí hay gắn thông tin thuộc tính với vị trí được xác định

- Máy tính cài đặt phần mềm xử lý số liệu: phần mềm này thực hiện chức năng của hệ GIS tiếp nhận thông tin từ bộ ghi số liệu để lưu trữ

xử lý và biên tập, gắn kết các dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính khác theo yêu cầu

2.3 Hoạt động của hệ định vị toàn cầu:

2.3.1 Hoạt động

Với GPS, các tín hiệu từ các vệ tinh sẽ đi tới các vị trí chính xác của người dùng và được đo theo phép tam giác đạc Để thực hiện phép tam giác đạc, GPS đo khoảng cách thông qua thời gian hành trình của bản tin vô tuyến từ vệ tinh tới một máy thu mặt đất Để đo thời gian hành trình, GPS sử dụng các đồng hồ rất chính xác trên các vệ tinh Một khi khoảng cách tới vệ tinh đã được đo thì việc biết trước về vị trí vệ tinh trong không gian sẽ được

sử dụng để hoàn thành tính toán Các máy thu GPS trên mặt đất có một

“cuốn niên giám” được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính của chúng để chỉ thị mỗi vệ tinh sẽ có mặt nơi nào trên bầu trời vào bất kỳ thời điểm nào Các máy thu GPS sẽ tính toán các thời gian trễ qua tầng đối lưu và khí quyển để tiếp tục làm chính xác hơn phép đo vị trí

Để bảo đảm chắc chắn vệ tinh và máy thu đồng bộ với nhau, mỗi vệ tinh có bốn đồng hồ nguyên tử chỉ thời gian chính xác tới 3 ns, tức ba phần

tỷ giây Nhằm tiết kiệm chi phí, các đồng hồ trong các máy thu dưới đất được làm ít chính xác hơn đôi chút Bù lại, một phép đo tầm hoạt động vệ tinh được trang bị thêm Phép đo lượng giác chỉ ra rằng, nếu ba số đo chính xác định vị được vị trí một điểm trong không gian ba chiều thì một phép đo thứ tư có thể loại bỏ mọi độ chênh lệch thời gian nào đó Phép đo thứ tư này chỉnh lại sự đồng bộ hoá không hoàn hảo của máy thu

Khối mặt đất thu nhận tín hiệu vệ tinh đi tới với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng Ngay như tại tốc độ như vậy tín hiệu cũng phải mất một lượng thời gian đáng kể mới tới được máy thu Sự chênh lệch giữa thời điểm tín hiệu được gửi đi và thời điểm tín hiệu được thu nhận với tốc độ ánh sáng cho phép máy thu tính được khoảng cách tới vệ tinh Để đo lường chính xác

độ cao, kinh độ và vĩ độ, máy thu đo thời gian các tín hiệu từ một số vệ tinh truyền tới máy thu

GPS sử dụng một hệ tọa độ gọi là Hệ thống Trắc địa học Toàn cầu

1984 (WGS-84 - Worldwide Geodetic System 1984) Hệ thống này tương tự như các đường kẻ kinh tuyến và vĩ tuyến quen thuộc thường thấy trên các bản đồ treo tường cỡ lớn Hệ thống WGS - 84 cung cấp một khung tham chiếu gắn sẵn tiêu chuẩn hoá, cho phép các máy thu của bất kỳ hãng sản xuất nào cũng cung cấp đúng cùng một thông tin định vị

2.3.2 Cách thức truyền nhận tín hiệu

Một vệ tinh có thể truyền tín hiệu radio ở nhiều mức tần số thấp khác nhau, được gọi là L1, L2 Những thiết bị nhận tín hiệu GPS thông thường bắt sóng L1, ở dải tần số UHF 575,42 Mhz Một đài phát thanh FM thường

cần có công suất chừng 100.000 watt để phát sóng, nhưng một vệ tinh định

vị toàn cầu chỉ đòi hỏi 20-50 watt để đưa tín hiệu đi xa 19.200 km

Tần số L1 chứa đựng 2 tín hiệu số (mã hoá bằng kỹ thuật số), được gọi là P-code và C/A-code Mã P nhằm bảo vệ thông tin khỏi những sự truy nhập trái phép Tuy nhiên, mục đích chính của các tín hiệu mã hóa là nhằm tính toán thời gian cần thiết để thông tin truyền từ vệ tinh tới một thiết bị thu nhận trên mặt đất Sau đó, khoảng cách giữa 2 bên được tính bằng cách nhân thời gian cần thiết để tín hiệu đến nơi với tốc độ của ánh sáng là 300.000 km/giây(khoảng cách = vận tốc x thời gian)

Tuy nhiên, tín hiệu có thể bị sai đôi chút khi đi qua bầu khí quyển Vì vậy, kèm theo thông điệp gửi tới các thiết bị nhận, các vệ tinh thường gửi kèm luôn thông tin về quỹ đạo và thời gian Việc sử dụng đồng hồ nguyên

tử sẽ đảm bảo chính xác về sự thống nhất thời gian giữa các thiết bị thu và phát

Để biết vị trí chính xác của các vệ tinh, thiết bị nhận GPS còn nhận thêm 2 loại tín hiệu mã hóa

- Loại thứ nhất (được gọi là Almanac data) được cập nhật định kỳ và cho biết vị trí gần đúng của các vệ tinh trên quỹ đạo Nó truyền đi liên tục và được lưu trữ trong bộ nhớ của thiết bị thu nhận khi các vệ tinh

di chuyển quanh quỹ đạo

- Tuy nhiên, phần lớn các vệ tinh có thể hơi di chuyển ra khỏi quỹ đạo chính của chúng Sự thay đổi này được ghi nhận bởi các trạm kiểm soát mặt đất Việc sửa chữa những sai số này là rất quan trọng và được đảm nhiệm bởi trạm chủ trên mặt đất, trước khi thông báo lại cho các vệ tinh biết vị trí mới của chúng Thông tin được sửa chữa này được gọi là Ephemeris data Kết hợp Almanac data và Ephemeris data, các thiết bị nhận GPS biết chính xác vị trí của mỗi vệ tinh

Hiện nay, nếu có bản đồ điện tử, nhiều thiết bị nhận GPS sẽ hiển thị

rõ ràng vị trí của bạn qua một màn hình, điều đó giúp cho việc định hướng trở nên cực kỳ thuận lợi Nhưng nếu tắt thiết bị nhận tín hiệu trong khoảng thời gian chừng 5 giờ đồng hồ, nó sẽ mất đi các Almanac data (hay không còn nhận biết chính xác các vệ tinh trên quỹ đạo trái đất) Khi hoạt động trở lại, thiết bị sẽ cần khoảng thời gian chừng 30 giây để nạp lại thông tin về vị trí của vệ tinh, trước khi cho biết hiện thời bạn đang ở đâu

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của GPS

Hoạt động của GPS có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

- Khi các vệ tinh ở quá gần nhau, chúng sẽ khiến cho việc xác định một

vị trí chính xác trở nên khó khăn hơn

- Vì tín hiệu radio đi từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu, tốc độ cần thiết để tín hiệu truyền tới thiết bị nhận sẽ bị chậm đi Hệ thống GPS có dự phòng điều đó bằng cách tính thêm khoảng thời gian chậm trễ trung bình, nhưng cũng không được hoàn toàn chính

2.4 Các kỹ thuật trong xây dựng ứng dụng GPS

Tính ưu việt của hệ GIS trong công tác quản lý dữ liệu vị trí cùng các thuộc tính của chúng đã được chứng minh trong rất nhiều dự án ứng dụng GIS trên thế giới cũng như ở Việt Nam Do dữ liệu đo GPS cũng là 1 loại dữ liệu vị trí, cho nên vấn đề quản lý dữ liệu đo GPS trong hệ thống GIS sẽ giống như quản lý các dữ liệu không gian thu thập bởi các hệ thống thu thập

dữ liệu khác Để xây dựng các ứng dụng GPS cũng như tích hợp GPS với GIS, các vấn đề cần được quan tâm ở đây bao gồm:

- Thiết bị nhận dữ liệu định vị từ vệ tinh được gắn cho các đối tượng theo dõi hay được sử dụng cho mục đích cung cấp dữ liệu đầu vào GIS

- Phương thức truyền dữ liệu định vị về trung tâm xử lý để hiển thị

- Thiết bị thực hiện việc gửi nhận thông tin

- Bản đồ hiển thị vị trí của đối tượng phải phù hợp với dữ liệu nhận được từ vệ tinh

- Thư viện giúp hiển thị được bản đồ trên ứng dụng

- Giao tiếp giữa phần mềm và thiết bị gửi nhận tin nhắn

- Kỹ thuật hỗ trợ xây dựng ứng dụng theo dõi đối tượng di động trên phần mềm tốt nhất

2.4.1 Thiết bị nhận dữ liệu định vị - máy thu GPS

Máy thu GPS hiện nay có khá nhiều loại với những chức năng đơn giản hay đa năng, ở đây có thể kể đến các thiết bị của hãng Garmin, Magenlan, Global Sat và nó còn được thiết kế thuận tiện bằng việc tích hợp với các thiết bị điện thoại di động, hay máy labtop Máy thu GPS hiện tại cũng không còn là phương tiện xa xỉ và được dùng nhiều hơn ở Việt Nam, đặc biệt với các bạn trẻ năng động Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào từng loại thiết

bị khác nhau mà độ chính xác và khả năng cung cấp thông tin của nó cũng khác nhau

2.4.1.1 Máy thu giao tiếp qua cổng COM

Các máy thu loại này giao tiếp thông qua cổng liên kết COM RS-232

Do đó, dễ dàng nối kết được với các loại máy PC Tuy nhiên, đối với các loại thiết bị cầm tay như: Pocket PC, PDA… cần phải có cable chuyên dụng

để nối kết với điều kiện các thiết bị cầm tay phải có cổng giao tiếp USB Tuy nhiên, loại dây cable chuyên dụng này hiện không có tại thị trường Việt Nam Máy thu tiếp nhận các chuỗi định vị: $GPGGA, $GPGSV, … Độ chính xác GPS tuyệt đối < 15 met

vd:

Máy thu GPS eTrex® Camo Garmin Máy thu Streetpilot III delux

2.4.1.2 Máy thu giao tiếp thông qua Bluetooth

Bluetooth là giao thức liên lạc không dây trong phạm vi ngắn Máy thu loại này cũng có các chức năng giống như máy thu giao tiếp thông qua cổng COM: eTrex® Camo Garmin, tuy nhiên máy thu giao tiếp thông qua Bluetooth Máy thu loại này rất thuận lợi khi nối kết với các thiết bị cầm tay như: Pocket PC, PDA…với điều kiện các thiết bị cấm tay phải có hỗ trợ giao thức Bluetooth Do giao tiếp thông qua Bluetooth, nên hai thiết bị này nối kết rất dễ dàng thuận lợi cho các mục đích sử dụng cá nhân

Máy thu GPS-Bluetooth

2.4.1.3 Máy thu GPS kết hợp với GSM

Đây là loại máy thu tiện lợi nhất trong các ứng dụng giải trí và trong các mục đích sử dụng cá nhân như: tìm người lớn tuổi và trẻ em, những ứng dụng theo dõi từ xa Loại máy thu này là thiết vị định vị cá nhân được xây dựng kết hợp GPS với GSM modem Nó không chỉ truyền dữ liệu vị trí đến điện thoại thông qua dịch vụ tin nhắn SMS mà còn có thể truyền dữ liệu vị

trí đến máy PC thông qua kết nối Internet của GPRS và sau đó hiển thị vị trí lên các phần mềm bản đồ

Máy thu GPS-GSM TR-102

Cách thức lắp SIM vào GPS-GSM modem

2.4.2 Phương thức kết xuất và truyền dữ liệu

Dựa trên mạng viễn thông sẵn có, phương thức truyền dữ liệu giữa trung tâm và thiết bị có các hướng tiếp cận như sau:

2.4.2.1 Tín hiệu thu do GPS kết xuất

Khi thiết bị thu GPS nhận được tín hiệu từ vệ tinh, nó sẽ tính thực hiện tính toán để đưa ra dữ liệu bao gồm vị trí, vận tốc và thời gian; các dữ liệu có thể khác nhau tuỳ thuộc vào từng loại thiết bị nhận và tuỳ theo quy định của từng nhà sản xuất Tuy nhiên, tất cả các dữ liệu do thiết bị thu GPS kết xuất được đều theo một chuẩn nhất định, đó là chuẩn NMEA (National Marine Electronics Association) hay còn được gọi là chuỗi NMEA Hiện nay, chuẩn NMEA 0183 đang là chuẩn được sử dụng phổ biến nhất

Hầu hết các máy tính lấy dữ liệu chuỗi NMEA từ thiết bị thu GPS thông qua cổng giao tiếp RS232 Chuỗi NMEA có hai tiền tố đầu tiên định nghĩa thiết

bị sử dụng chuỗi Ví dụ:

- GP: định nghĩa thiết bị sử dụng là thiết bị nhận GPS

Tiếp theo hai tiền tố đầu tiên là ba ký tự xác định ý nghĩa của chuỗi NMEA trả về Ví dụ:

- GGA: thông tin đã được chỉnh sửa với dữ liệu định hướng 3D

- GSV: dữ liệu vệ tinh chi tiết

Mỗi chuỗi NMEA bắt đầu bằng ký tự $ và kết thúc bằng một giá trị trả về; một chuỗi có thể dài hơn 80 ký tự, các thành phần trong chuỗi chính là dữ liệu thu được từ vệ tinh, ngăn cách nhau bằng dấu phẩy và được viết theo dạng mã ASCII Ví dụ:

$GPGSA Trong hệ thống ứng dụng công nghệ GPS cho các đối tượng di động, $GPGGA và $GPRMC là 2 chuỗi được sử dụng thường xuyên nhất

Mô tả chi tiết cho chuỗi $GPGGA và chuỗi $GPRMC:

$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,05,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47

Nhận dạng chuỗi $GPGGA Dữ liệu hệ thống đã được chỉnh sửa

Thời gian 123519 12 giờ 35 phút 19 giây theo giờ quốc tế

Vĩ độ 4807.038,N Thiết bị đang ở 48° 07 phút 038 giây

 1 = Dữ liệu được chỉnh sửa GPS

 2 = Dữ liệu được chỉnh sửa sai số GPS

Số vệ tinh 05 Có 5 vệ tinh quan sát thiết bị

HDOP 0.9 Horizontal Dilution Of Position (Sai số

theo chiều ngang)

Độ cao 545.4,M Độ cao 545.4, đơn vị mét so với mực nước

cập nhật DGPS cuối (rỗng) Không có lần cập nhật cuối

Id của DGPS station (rỗng) Không có id của DGPS Station

Tổng Checksum *47 Tổng kiểm tra lỗi dữ liệu truyền về, luôn

65 giây hướng Nam

Kinh độ 14507.36,E Thiết bị đang ở kinh độ 145° 07

phút 36 giây hướng Tây

Tốc độ trên mặt đất tại điểm

trung tâm 000.0 Tốc độ = 0

Course Made Good, True 360.0

Ngày hiệu chỉnh tín hiệu 130998 Ngày 13 / 09 / 1998

Magnetic Variation 011.3, E Magnetic Variation = 11.3° hướng Tây Kiểm tra tổng (Checksum) *62 Tổng kiểm tra lỗi dữ liệu truyền

về, luôn bắt đầu bằng dấu *

2.4.2.2 Truyền dữ liệu qua sóng bộ đàm VHF/UHF

Phương thức truyền dữ liệu qua VHF/UHF có thể triển khai cho các đội xe đặc chủng, tàu thuyền, các công ty Taxi và Xe tải (đã có sẵn bộ đàm UHF hoặc VHF), .Dịch vụ này có chi phí tương đối thấp so với các đường truyền dựa trên mạng điện thoại di động

2.4.2.3 Truyền dữ liệu qua mạng điện thoại di động

Đây là đường truyền có tầm phủ sóng rộng nhất so với các loại dịch vụ viễn thông khác trên mặt đất Tuy nhiên, phương thức này có một số yếu điểm như hiện tượng tắc nghẽn mạng làm cho dữ liệu không được truyền đi hay truyền đi với độ trễ; mặt khác, chi phí cho hoạt động truyền dữ liệu hơi cao

Dữ liệu có thể được truyền nhận qua dịch vụ:

- SMS (Short Message Service) trên mạng di động GSM, CDMA

- GPRS (General Packet Radio Service) trên mạng di động GSM, CDMA

2.5 Các ứng dụng của GPS

Ngày nay, GPS đã trở thành một yếu tố quan trọng của hầu như tất cả các chiến dịch quân sự và tất cả các hệ thống vũ khí Ngoài ra, GPS còn được sử dụng trên các vệ tinh để đạt được các dữ liệu quỹ đạo có độ chính xác cao và để điều khiển hướng bay của các con tầu vũ trụ

Mặc dù hệ thống GPS lúc ban đầu được triển khai để đáp ứng các yêu cầu của giới quân sự, nhưng người ta đang không ngừng tìm ra các cách thức mới để sử dụng những khả năng của nó, từ cao siêu đến bình dị Một trong số cách thức thứ nhất là sử dụng GPS cho công tác quản lý động vật hoang dã ở châu Phi, các máy thu GPS được sử dụng để giám sát các đường