ỨNG DỤNG CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN GOOGLE MAPS

1 ỨNG DỤNG CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN: GOOGLE MAPS I II Tổng quan: Cấu trúc: GPS: a Khái niệm: - GPS (Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu) hệ thống xác định vị trí dựa vị trí vệ tinh nhân tạo, Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành quản lý Trong thời điểm, tọa độ điểm mặt đất xác định xác định khoảng cách từ điểm đến ba vệ tinh - Chính phủ Hoa Kỳ cho phép người giới sử dụng số chức GPS miễn phí, quốc tịch b Phân loại: - Hệ thống định vị toàn cầu Mỹ hệ dẫn đường dựa mạng lưới 28 vệ tinh Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt quỹ đạo không gian - Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trạm phát tín hiệu vơ tuyến điện Được biết đến nhiều hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động giải tần 90100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ biến thể với độ xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không dân dụng - Gần đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô phát triển hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS Hiện Liên minh Châu Âu phát triển hệ dẫn đường vệ tinh mang tên Galileo Trung Quốc phát triển hệ thống định vị tồn cầu mang tên Bắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh 2 - Ban đầu, GPS GLONASS phát triển cho mục đích quân sự, nên chúng dùng cho dân không hệ đưa đảm bảo tồn liên tục độ xác Vì chúng khơng thỏa mãn yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân hàng không hàng hải, đặc biệt vùng thời điểm có hoạt động quân quốc gia sở hữu hệ thống Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang xây dựng) từ đầu đặt mục tiêu đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt dẫn đường định vị dân - GPS ban đầu dành cho mục đích quân sự, từ năm 1980 phủ Mỹ cho phép sử dụng dân GPS hoạt động điều kiện thời tiết, nơi Trái Đất, 24 ngày Khơng phí th bao tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS phải tốn tiền khơng rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu phần mềm nhúng hỗ trợ - c Nguyên lý hoạt động: - Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần ngày theo quỹ đạo xác phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất Các máy thu GPS nhận thơng tin phép tính lượng giác tính xác vị trí người dùng Về chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu phát từ vệ tinh với thời gian nhận chúng Sai lệch thời gian cho biết máy thu GPS cách vệ tinh bao xa Rồi với nhiều quãng cách đo tới nhiều vệ tinh máy thu tính vị trí người dùng hiển thị lên đồ điện tử máy - Máy thu phải nhận tín hiệu ba vệ tinh để tính vị trí hai chiều (kinh độ vĩ độ) để theo dõi chuyển động Khi nhận tín hiệu vệ tinh máy thu tính vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ độ cao) Một vị trí người dùng tính máy thu GPS tính thơng tin khác, tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn nhiều thứ khác d Cấu tạo GPS: - GPS gồm phần chính: phần khơng gian, kiểm sốt sử dụng Khơng qn Hoa Kỳ phát triển, bảo trì vận hành phần khơng gian kiểm sốt Các vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ khơng gian, máy thu GPS sử dụng tín hiệu để tính tốn vị trí khơng gian chiều (kinh độ, vĩ độ độ cao) thời gian tại.[ Phần không gian - Phần không gian gồm 28 vệ tinh nằm quỹ đạo xoay quanh trái đất Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km Chúng chuyển động ổn định vá quay hai vòng quỹ đạo khoảng thời gian gần 24 với vận tốc nghìn dặm Các vệ tinh quỹ đạo bố trí cho máy thu GPS mặt đất nhìn thấy tối thiểu vệ tinh vào thời điểm - Các vệ tinh cung cấp lượng Mặt Trời Chúng có nguồn pin dự phịng để trì hoạt động chạy khuất vào vùng khơng có ánh sáng Mặt Trời Các tên lửa nhỏ gắn vệ tinh giữ chúng bay quỹ đạo định Phần kiểm sốt - Mục đích phần kiểm sốt vệ tinh hướng theo quỹ đạo thông tin thời gian xác Có trạm kiểm sốt đặt rải rác trái đất Bốn trạm kiểm soát hoạt động cách tự động, trạm kiểm sốt trung tâm Bốn trạm nhận tín hiệu liên tục từ vệ tinh gửi thông tin đến trạm kiểm soát trung tâm Tại trạm kiểm sốt trung tâm, sửa lại liệu cho kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thơng tin cho vệ tinh Ngồi ra, cịn trạm kiểm sốt trung tâm dự phịng sáu trạm quan sát chuyên biệt - Trạm trung tâm truy cập từ ăng-ten mặt đất U.S Air Force Satellite Control Network (AFSCN) trạm quan sát NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) Các đường bay vệ tinh ghi nhận trạm quan sát chuyên dụng Không quân Hoa Kỳ đặt Hawaii, Kwajalein, Đảo Ascension, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado Cape Canaveral, với trạm quan sát NGA vận hành Anh, Argentina, Ecuador, Bahrain, Úc Washington DC Thông tin đường bay vệ tinh gởi đến Air Force Space Command's MCS Schriever Air Force Base 25 km đông đông nam Colorado Springs, 2nd Space Operations Squadron (2 SOPS) U.S Air Force vận hành Sau SOPS liên lạc thường xuyên với vệ tinh GPS thông qua việc cập nhật định vị sử dụng ăng-ten mặt đất chuyên dụng dùng chung (AFSCN)(các ăng-ten GPS mặt đất chuyên dụng đặt Kwajalein, đảo Ascension, Diego Garcia, Cape Canaveral) Các thông tin cập nhật đồng hóa với đồng hồ nguyên tử đặt vệ tinh vòng vài phần tỉ giây cho vệ tinh, hiệu chỉnh lịch thiên văn mô hình quỹ đạo bên vệ tinh Việc cập nhật tạo bở lọc Kalman sử dụng tín hiệu/thơng tin từ trạm quan sát mặt đất, thông tin thời tiết không gian, liệu khác Phần sử dụng - Phần sử dụng thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS người sử dụng thiết bị - Dưới số thông tin đáng ý vệ tinh GPS (cịn gọi NAVSTAR, tên gọi thức Bộ Quốc phịng Mỹ cho GPS): • Vệ tinh GPS phóng năm 1978 4 Hồn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994 • Mỗi vệ tinh làm để hoạt động tối đa 10 năm • Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg dài khoảng 17 feet (5 m) với lượng Mặt Trời mở (có độ rộng m²) • Cơng suất phát 50 watts e Ứng dụng GPS: Ngày hệ thống định vị toàn cầu ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực giao thông vận tải (lập đồ giao thông), thủy lợi (đường ống nước, đường nước thải, kênh mương nước…), xây dựng, điện, viễn thông (đường dây điện thoại…), nông lâm nghiệp, điều tra tài nguyên, bảo vệ môi trường… Đặc biệt ứng dụng công nghệ GIS cho việc tìm kiếm đường đi, định vị vị trí Google Maps • RS: a Giới thiệu: Viễn thám khoa học nghiên cứu phương pháp thu thập, đo lường phân tích thơng tin vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng Hình: Vệ tinh Landsat-1 Cơng nghệ viễn thám phần công nghệ vũ trụ, phát triển nhanh chóng áp dụng nhiều lĩnh vực phổ biến rộng rãi nước phát triển Công nghệ viễn thám trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên môi trường cấp độ nước, khu vực phạm vi tồn cầu Khả ứng dụng cơng nghệ viễn thám ngày nâng cao, lý dẫn đến tính phổ cập cơng nghệ Viễn thám khoa học thu nhận, xử lý suy giải hình ảnh thu nhận từ khơng trái đất để nhận biết thông tin đối tượng bề mặt trái đất mà không cần tiếp xúc b Ưu điểm: - Có khả giám sát biến đổi tài nguyên, môi trường trái đất chu kỳ quan trắc lặp liên tục đối tượng mặt đất máy thu viễn thám Khả cho phép công nghệ viễn thám ghi lại biến đổi tài nguyên, môi truờng giúp công tác giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên môi trường - Sử dụng dải phổ đặc biệt khác để quan trắc đối tượng (ghi nhận đối tượng), nhờ khả mà tư liệu viễn thám ứng dụng cho nhiều mục đích, có nghiên cứu khí hậu, nhiệt độ trái đất - Cung cấp nhanh tư liệu ảnh số có độ phân giải cao siêu cao, liệu cho việc thành lập chỉnh hệ thống đồ quốc gia hệ thống CSDL địa lý quốc gia Với ưu điểm trên, công nghệ viễn thám trở thành công nghệ chủ đạo cho quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên môi truờng nước ta c Nguyên lý hoạt động: Hình: Nguyên lý thu nhận ảnh vệ tinh A B C D E Năng lượng sóng điện từ xạ từ nguồn cung cấp Năng lượng tương tác với phân tử khí Khi đến mặt đất, lượng tương tác với bề mắt vật thể Năng lượng phản xạ tách ghi nhận cảm biến Giải đốn phân tích ảnh viễn thám 6 F Ứng dụng ảnh viễn thám vào lĩnh vực liên quan Sóng điện từ phản xạ xạ từ vật thể nguồn cung cấp thơng tin chủ yếu đặc tính đối tượng Ảnh viễn thám cung cáp thông tin vật thể tương ứng với lượng xạ ứng với bước sóng xác định Đo lường phân tích lượng phản xạ phổ ghi nhận ảnh viễn thám, cho phép tách thơng tin hữu ích loại lớp phủ mặt đất khác tương tác xạ điện từ vật thể Một thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay xạ từ vật thể gọi cảm biến Bộ cảm biến giữ nhiệm vụ thu nhận lượng xạ vật thể phản xạ từ nguồn cung cấp tự nhiên (mặt trời) nhân tạo (do vệ tinh phát) Năng lượng chuyển thành tín hiệu số (biến đổi quang thành điện chuyển đổi tín hiệu điện thành số nguyên hữu hạn gọi pixel) d Ứng dụng: Hình: Đám cháy rừng Quảng Ngãi 7 Phát cháy rừng, vụ cháy rừng máy bay trực thăng rơi vào phía đơng San Diago Hình: Hai tâm bão hình thành vùng biển Iceland tháng 11/2006 8 Hình: Bão Linhling bên bờ biển Việt Nam năm 2011 Chụp tâm bão, xác định hướng bão đến để đề phịng phịng tránh kịp thời 9 Hình: Đỉnh núi Phú Sĩ cao 3776m, đỉnh núi lửa cao Nhật Bản 10 Hình: Núi lửa Shiveluch (hay Sheveluch), số núi lửa lớn hoạt động mạnh Kamchatka, Nga Hình: Một ảnh vệ tinh DigitalGlobe cho thấy phun trào đỉnh núi Merapi Indonesia Nằm ngoại ô thành phố Yogyakarta, núi Merapi bắt đầu nhả luồng khí gas nóng, kèm với mây bụi nham thạch từ hai tuần trước; khiến 194 người tử vong 320.000 người phải di tản khỏi khu vực lân cận Chụp hình ảnh núi lửa phun trào 11 Hình: Hệ thống Sơng Hồng nước ta Hình: Hệ thống sơng Cửu Long nước ta Chụp hệ thống sơng ngịi nước ta 12 Cơng nghệ WEB GIS Google: Nói GIS ngoại trừ NASA wordwin (nguồn mở) google phải nói đại gia GIS mà cụ thể web GIS http://maps.google.com ứng dụng google Earth Làm mà google lại đưa liệu GIS lên web nhanh Dữ liệu giới bạn mở AcrGIS lên hay phần mềm GIS Desktop lên zoom full hẳn bạn phải ngồi chờ lâu Đầu tiên: Ta vẽ hình từ liệu vẽ trực tiếp lên web Công việc tốn khoảng thời gian phải chờ đợi Vả lại lần Zoom( phóng to , thu nhỏ) hay pan(kéo rê đồ) phải tạo ảnh Cách thời gian không cho phép phải truyền liệu môi trường Internet Vậy muốn nhanh phải làm nào?? Chắc chắn điều phải tạo ảnh trước zoom, pan việc đưa ảnh Vậy tạo ảnh cho đủ??? Tạo ảnh khổng lồ việc kéo rê zoom pan Làm để tạo ảnh khổng lồ vậy?? Có phần mềm GIS làm khơng?? Theo tơi test thử khơng có phần mềm làm điều đơn giản máy tính chưa cho phép sử dụng nhớ lớn Hoặc bạn tạo lớn có giới hạn cho phép Thêm vào giả sử ta tạo ảnh khổng lồ liệu website bạn có load lên liên tục nhanh khơng? Câu trả lời chậm, ảnh lớn web load lên lâu lại phải chờ Cách làm việc Google cắt nhỏ ráp lại theo thứ tự Google maps đưa đồ lên web nào? Đầu tiên, cắt đồ theo độ phóng to ,thu nhỏ (độ zoom) khác Mỗi mức độ cắt ảnh 256x256 chọn khác (512x512) chẳng hạn 13 Như độ zoom khác số lượng ảnh khác Và để đơn giản chọn tỉ lệ zoom lớn = lần tỉ lệ zoom nhở Tức đồ bạn kích thướt 1:50000 zoom in ( phóng to mức) tỉ lệ 1:25000 Giả sử zoom full toàn giới bạn có kích thướt 256x256 pixel (tức bạn có ảnh kích thướt 256x256 chứa hình ảnh đồ toàn giới) Vậy zoom in ( phóng to lên mức nữa) ảnh bạn to gấp đơi ( tức kích thướt 512x512 chứa full) Cứ bạn phóng to ảnh : 1024x1024, 2048x2048,…Và gọi mức (256x256) tơi có mức n có kích thướt 256.2nx256.2n Như cắt ảnh mức kích thướt 256x256 Thì mức thứ có ảnh (vì 512x512 cắt làm 256x256), mức n có 2n.2n ảnh nhỏ Và đưa lên web cần ráp ảnh theo độ zoom, pan mà người dùng thao tác xong III Demo Google maps: ... GIS Google: Nói GIS ngoại trừ NASA wordwin (nguồn mở) google phải nói đại gia GIS mà cụ thể web GIS http:/ /maps .google. com ứng dụng google Earth Làm mà google lại đưa liệu GIS lên web nhanh Dữ liệu. .. truyền tín hiệu từ khơng gian, máy thu GPS sử dụng tín hiệu để tính tốn vị trí khơng gian chiều (kinh độ, vĩ độ độ cao) thời gian tại.[ Phần không gian - Phần không gian gồm 28 vệ tinh nằm quỹ... lọc Kalman sử dụng tín hiệu/thơng tin từ trạm quan sát mặt đất, thông tin thời tiết không gian, liệu khác Phần sử dụng - Phần sử dụng thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS người sử dụng thiết bị