Hệ thống định vị toàn cầu GPS

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Như biết, việc sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS phổ biến, phát triển xung quanh Tại Việt Nam, hệ thống định vị toàn cầu GPS từ lâu ứng dụng cho công việc kiểm lâm, cứu nạn,… Ngày nay, đa số tàu thuyền trang bị máy thu GPS ngày hay đêm nhìn vào đồ máy thu biết tàu thuyền vị trí mặt biển (kinh độ - vĩ độ) Ôtô có GPS có người dẫn đường thành thạo đi,… Trên giới, hệ Bộ Quốc Phòng Mỹ lập năm 1976, ban đầu để phục vụ cho quân đội Mỹ Đến năm 1980 Mỹ định hệ có phần dành cho quân đội, có phần mở rộng cho dân phổ biến toàn cầu Ở nơi trái đất, ngày lẫn đêm nhận tín hiệu từ hệ GPS Như chiến Irắc năm 2003, quân Mỹ dùng bom điều khiển GPS để bom ném xuống đến mục tiêu với độ xác cao, hay viễn thông Hàn Quốc dùng để quảng cáo di động,… Ngoài ra, việc sử dụng công nghệ GPRS, DGPS (là công nghệ đầy triển vọng) góp phần quan trọng vào công phát triển xây dựng ngành công nghệ viễn thông toàn giới Trên sở giúp hiểu củng cố kiến thức lý thuyết hệ thống định vị toàn cầu GPS Chính lý mà chọn đề tài “Hệ thống định vị toàn cầu GPS” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu Nắm nguyên tắc hoạt động ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS Trần Thị Tin K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan hệ thống định vị toàn cầu GPS - Một số ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS - Tìm hiểu tổng quan hệ thống định vị toàn cầu GPRS, DGPS - Một số ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPRS, DGPS Đối tượng nghiên cứu Hệ thống định vị toàn cầu GPS, GPRS, DGPS Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan lý thuyết số ứng dụng hệ thống thực tế Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Hiểu lịch sử phát triển, lý thuyết chung, hệ tọa độ quán tính, GPS xác nào, nguyên tắc hoạt động, số ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết Cấu trúc khóa luận Chương Hệ thống định vị toàn cầu GPS Chương giúp tìm hiểu lịch sử phát triển, lý thuyết chung, hệ tọa độ quán tính, GPS xác nào, nguyên tắc hoạt động số ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS Chương Hệ thống định vị toàn cầu GPRS, DGPS Chương tìm hiểu tổng quan hệ thống số ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPRS, DGPS Trần Thị Tin K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý NỘI DUNG CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 1.1 Tổng quan đề tài 1.1.1 Vài nét lịch sử phát triển công nghệ GPS Từ năm 60 kỷ 20, quan hàng không vũ trụ (NASA) với Quân đội Hoa Kỳ tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ thống dẫn đường định vị xác vệ tinh nhân tạo Hệ thống định vị dẫn đường vệ tinh hệ hệ thống TRANSIT có vệ tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler, sử dụng thương mại vào năm 1967 Sau hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh hệ thứ hai đời có tên NAVSTAR - GPS (Navigtion Satellite Timing And Ranging Global Positioning System) gọi tắt GPS Hệ thống ban đầu 24 vệ tinh triển khai sáu quỹ đạo nghiêng 550 so với mặt xích đạo trái đất với chu kỳ gần 12 độ cao xấp xỉ 12600 dặm (12200 km) So với hệ thống TRANSIT độ xác định vị hệ thống nâng cao, thời gian quan trắc rút ngắn Cho đến có 32 vệ tinh hệ thống GPS hoạt động quỹ đạo Cùng có tính tương tự với hệ thống GPS hoạt động có hệ thống GLONASS Nga (nhưng không thương mại hóa rộng rãi) hệ thống tương lai cạnh tranh thị trường với hệ thống GPS hệ thống GALILEO cộng đồng Châu Âu Ở Việt Nam, phương pháp định vị vệ tinh ứng dụng từ năm đầu thập kỷ 90 Với máy thu vệ tinh loại Trimble ban đầu, sau thời gian ngắn lập xong lưới khống chế vùng đặc biệt khó khăn mà từ trước đến chưa có lưới khống chế Những năm sau công nghệ Trần Thị Tin K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý GPS đóng vai trò định việc đo lưới cấp “0” lập hệ quy chiếu Quốc gia việc lập lưới địa sở hạng ba phủ trùm lãnh thổ nhiều lưới khống chế cho công trình dân dụng khác 1.1.2 GPS gì? GPS hệ thống định vị toàn cầu cấu tạo chòm (có nghĩa cấu tạo nhóm hay hệ thống) quỹ đạo vệ tinh mà kết hợp với thiết bị mặt đất, cho phép người sử dụng định vị trí xác họ lúc bề mặt trái đất thời gian Có 24 vệ tinh quỹ đạo bay 1.1.3 Hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu dịch từ tiếng Anh Global Positioning System, gọi tắt GPS, việc sử dụng hệ GPS phổ biến xung quanh ta Trước đây, tàu thuyền biển mênh mông phải nhờ la bàn (la bàn nam châm, la bàn quay) biết phương hướng Ngày đa số tàu thuyền trang bị máy thu GPS, ngày hay đêm nhìn vào đồ máy thu ta biết tàu thuyền vị trí mặt biển (kinh độ - vĩ độ) Ôtô có GPS có người dẫn đường thành thạo Với đồ điện tử máy GPS, người lái biết ôtô vị trí hay muốn đến địa này, địa đồ, cần rẽ phải hay rẽ trái, km đến nơi,… Gắn chíp điện tử có GPS vào rùa thả xuống sông, xuống biển lúc biết rùa bò đến đâu di cư theo hướng nào? Thời gian theo dõi đến năm bảy năm, tùy thuộc vào tuổi thọ pin gắn vào máy GPS Viễn thông Hàn Quốc quảng cáo điện thoại di động có gắn GPS dùng cho trẻ học Không cần hỏi, chờ trả lời lúc bấm máy di động biết đâu, miễn có mang theo điện thoại di động người Trần Thị Tin K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Trong triển lãm Telecom Hà Nội từ 9-12 tháng 11 năm 2004 tập đoàn Champion Communication Services (Mỹ) giới thiệu công nghệ giúp định vị quản lý ôtô dựa GPS Mỗi xe ôtô có gắn máy thu GPS to sách con, máy thường xuyên cung cấp thông tin vị trí ôtô Công nghệ GSM/GPRS tập đoàn dùng để tải thông tin trung tâm xử lý liệu tải lên internet Chủ hãng xe ô tô qua internet biết xe đâu, chạy theo hướng nào, chí theo dõi trước nhiều ngày xe đến vị trí nào, vào thời gian Bước đầu giá máy gắn vào xe 500 USD chi phí phục vụ dịch vụ 25 USD/tháng Nói sang lĩnh vực quân sự, chiến Irắc năm 2003, Mỹ dùng bom điều khiển GPS, để bom ném xuống mục tiêu với độ xác cỡ mét So với bom điều khiển laze loại năm 1971 Mỹ dùng để ném phá ga Hàng Cỏ cầu Long Biên Hà Nội, loại bom điều khiển theo GPS không sợ ảnh hưởng thời tiết, không cần trợ giúp ném bom GPS cài bom luôn cho biết bom vị trí nào, theo điều khiển cho bom rơi xuống vị trí dự định cài đặt sẵn trước nén bom (ở bom điều khiển laze, bom sau ném tự động điều khiển cho rơi xuống nơi có chùm tia laze chiếu đến Vì bên cạnh máy bay ném bom, cần có máy bay chiếu tia laze xuống mục tiêu để điểm Nếu trời mây mù tia laze không chiếu đến được, viên phi công làm nhiệm vụ chiếu laze bị công hoảng loạn chiếu sai, việc điều khiển tự động đến mục tiêu bị tác dụng) Khó nói hết công dụng GPS Hệ thống cải tiến nhằm mục đích xác định vị trí ngày xác.[1] Trần Thị Tin K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý 1.1.4 Tổng quan xu hướng ứng dụng hệ thống dẫn đường quán tính (INS) có hiệu chỉnh hệ thống định vị vệ tinh (GPS) 1.1.4.1 Giới thiệu hệ thống dẫn đường quán tính Hệ thống dẫn đường quán tính (HTDĐQT) dựa nguyên lý tính quãng đường qua để xác định tham số chuyển động (tịnh tiến, quay) đối tượng so với hệ tọa độ Ưu điểm HTDĐQT xác định đồng thời tham số chuyển động tâm khối (véc tơ gia tốc, vận tốc) đối tượng, chuyển động quay xung quanh tâm khối (véc tơ vận tốc góc, góc) Các tham số xác định hoàn toàn độc lập từ cảm biến quán tính (con quay gia tốc kế…) lắp khoang mặt nguyên tắc không cần thông tin từ bên đảm bảo tính độc lập cao HTDĐQT hệ thống điều khiển thiết bị bay giải nhiệm vụ: định vị góc dẫn đường điều khiển quỹ đạo Hệ thống dẫn đường quán tính hệ thống dẫn đường độc lập dựa nguyên tắc tính toán quãng đường phương pháp tích phân hai lần gia tốc đo hệ tọa độ xác định nhờ trợ giúp gia tốc kế Ưu điểm hệ thống dẫn đường quán tính: + Làm việc độc lập tất vĩ độ + Hoàn toàn không chịu ảnh hưởng điều kiện thời tiết thời gian ngày hay năm, có tính chống nhiễu tuyệt đối + Đưa tức liên tục thông tin vị trí tốc độ vật bay, hướng bay định hướng vật bay Nhược điểm hệ thống dẫn đường quán tính sai số xác định vị trí ngày tăng theo thời gian Các hệ thống dẫn đường quán tính cấp xác trung bình có sai số xác định vị trí bình phương trung bình vào khoảng  10 km vòng bay Để giảm sai số thống dẫn đường quán tính chất lượng cao, tăng độ xác thành phần Trần Thị Tin K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý cảm biến thông dẫn đường quán tính - quay, gia tốc kế Tuy nhiên hệ thống dẫn đường quán tính đắt tiền Ngày nay, với tiến khoa học công nghệ, đặc biệt công nghệ vật liệu công nghệ vi chế tạo tạo cảm biến vi có kích thước nhỏ (cỡ centimet), hoạt động hiệu quả, tiêu thụ lượng đặc biệt giá thành hạ, điều mở khả rộng lớn cho việc ứng dụng cảm biến vi nhiều lĩnh vực đời sống Một khối vi IMU cấu tạo từ cảm biến vi cơ, thường cảm biến gia tốc quay, cảm biến gia tốc chiều kết hợp với quay Các cảm biến vi kết cấu hỗ trợ với theo cấu trúc gắn liền, xác định thành phần chuyển động quay tịnh tiến vật thể 1.1.4.2 Hệ thống dẫn đường quán tính có hiệu chỉnh tín hiệu định vị vệ tinh toàn cầu (GPS) Ngày nay, hướng để hoàn thiện hệ thống dẫn đường quán tích hợp hệ thống dẫn đường khác để tăng độ xác, độ tin cậy tính chống nhiễm Các hệ thống dẫn đường sau sử dụng kết hợp với hệ thống dẫn đường quán tính để nâng cao độ xác độ tin cậy hệ thống dẫn đường: + Cảm biến đo tốc độ hiệu ứng Đôple + Hệ thống vô tuyến dẫn đường tầm gần + Hệ thống vô tuyến dẫn đường tầm xa + Hệ thống định vị vệ tinh (GPS) + Hệ thống tìm phương khoang dựa vật chuẩn mặt đất kiểu rađa kiểu quang học + Hệ thống tìm phương thiên văn học Trần Thị Tin K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Mỗi hệ thống sử dụng nguyên lý khác thông số dẫn đường đo khác Nhiệm vụ việc kết hợp hệ thống dẫn đường khác là: + Nâng cao độ xác việc xác định thông số dẫn đường phương pháp lọc thống kê + Tăng độ tin cậy phép đo nhờ trao đổi thông tin so sánh kết đo hệ thống cảm biến khác + Mở rộng vùng địa lý giới hạn làm việc hệ thống dẫn đường + Đảm bảo thông tin liên tục xác hệ thống dẫn đường theo thời gian Các hệ thống đo kết hợp luôn có chất lượng cao so với chất lượng cảm biến hệ thống Ngày nay, công nghệ sử dụng đồng thời hệ thống dẫn đường quán tính (HTDĐQT) định vị vệ tinh GPS phát triển mạnh GPS viết tắt The Global Positioning System, hệ thống định vị toàn cầu xây dựng Bộ Quốc Phòng Mỹ Ban đầu sử dụng cho mục đích quân Cho đến năm 1980 GPS mở rộng cho mục đích dân Hình 1.1 Quỹ đạo bay vệ tinh GPS Trần Thị Tin K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý GPS bao gồm thành phần chính: thành phần không gian bao gồm vệ tinh, thành phần điều khiển trạm mặt đất, thành phần người sử dụng gồm có người sử dụng thu tín hiệu GPS Thành phần không gian bao gồm tổng cộng 27 vệ tinh, 24 vệ tinh hoạt động thường trực vệ tinh hoạt động dự phòng Các vệ tinh chuyển động “quỹ đạo cao” cách mặt đất khoảng 19300 km 24 vệ tinh phát sóng phủ kín toàn bề mặt trái đất, điểm bề mặt trái đất có tối thiểu vệ tinh phát đến Các vệ tinh hoạt động lượng mặt trời có trang bị đồng hồ nguyên tử có độ xác đến nano giây Mỗi vệ tinh bay quanh trái đất vòng ngày, có tên lửa để điều chỉnh quỹ đạo Thành phần điều chỉnh có nhiệm vụ dõi theo vệ tinh cung cấp thông tin xác quỹ đạo thời gian Có tất trạm điều khiển toàn giới Bốn trạm làm trạm giám sát tự động trạm lại làm trạm chủ Bốn trạm nhận tự động đặn nhận liệu từ vệ tinh sau gửi thông tin đến trạm chủ Trạm chủ sau hiệu chỉnh thông tin vệ tinh với hai hệ thống dàn ăngten gửi trả lại thông tin cho vệ tinh Đối với hệ thống định vị vệ tinh có ưu điểm, khuyết điểm sau: Ưu điểm: + Độ xác xác định vị trí cao không phụ thuộc vào quãng đường đi, điều kiện khí tượng thời gian ngày hay năm + Sai số hệ thống định vị vệ tinh khoảng  10 m Nhược điểm: + Tính độc lập thấp, phụ thuộc vào trạm bên + Tính chống nhiễu thấp Trần Thị Tin K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Công nghệ GPS có hạn chế, đặc biệt ứng dụng mà tầm nhìn đến vệ tinh GPS bị hạn chế Dưới bảng so sánh ưu, nhược điểm HTDĐQT GPS: Hệ thống HTDĐQT Ưu điểm Nhược điểm Độc lập hoàn toàn Độ xác xác định Tần số đưa thông tin thông số dẫn đường không dẫn đường cao (20 Hz cao (đối với BINS cấp đến 200 Hz) xác trung bình Các sai số có đặc tính dao động thay đổi chậm với chu kỳ T = 84,4 phút  km làm việc) Các sai số hệ thống không bị ảnh hưởng dẫn đường quán tính yếu tố bên việc xác định tọa độ tích Có khả đo góc định hướng lũy theo thời gian HTD ĐQT - hệ thống điện phức tạp đắt tiền GPS Việc xác định tham số dẫn đường với độ xác cao (10-12 m chế độ thường, 10-20 m chế độ vi phân DGPS) Hệ thống không độc lập Tần số đưa thông tin dẫn đường thấp 1-10 Hz Độ xác phụ thuộc vào thời tiết tính nhìn Sai số xác định vị trí thẳng ăngten không không phụ thuộc vào thời tin cậy tình đặc gian biệt Kích thước gọn nhẹ Giá thành tương đối rẻ Trần Thị Tin 10 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Hiện GPS 20 năm qua, Liên minh Châu Âu tiến hành hệ thống định vị Galileo Hệ thống tổ chức phi Quân điều hành, dự định thức hoạt động vào tháng 12 năm 2011, cung cấp dịch vụ với độ xác khác tùy thuộc đối tượng khác Một hệ thống khác Liên Bang Nga GLONASS xây dựng lâu cho mục đích quân sự, nhiên vào thời điểm số lượng vệ tinh chưa dủ để bao phủ toàn bề mặt trái đất Tổng thông V.Putin yêu cầu hệ định vị toàn cầu phải hoàn tất vào năm 2010 Vào cuối năm 2006 Bộ trưởng Quốc Phòng Nga thông báo tương lai GLONASS ứng dụng dân 1.2.2 GPSmile chọn điểm đến giao lộ Nguyễn Thị Minh Khai Hai Bà Trưng Như GPS Mỹ hệ thống sử dụng phổ biến ôtô làm phương tiện dẫn đường nước Châu Âu, Châu Mỹ Úc Hệ thống dẫn đường ôtô sử dụng hình, thiết bị thu phát sóng, đồ số với đầy đủ thông tin liệu đường phố, nhà cửa, cầu đường, sông ngòi, rừng núi,… Xây dựng từ khảo sát thực tế kết hợp phấn mềm xử lý để thể sống động hình ảnh đường, giúp người sử dụng xác định vị trí xe đồ, biết lộ trình đường đến điểm chọn, thông báo rõ số km cách điểm đến, vận tốc vận tốc trung bình, báo đường cấm, đường chiều,… Thông qua trạm quản lý trung tâm lái xe thông báo điểm kẹt xe, có hỏa hoạn hay tai nạn gần tránh Hiện nay, hãng GM nghiên cứu phát triển hệ thống giao tiếp xe xe, sử dụng GPS để xe bắt tín hiệu với nhau, nhận biết có xe đến gần phạm vi Hệ thống hỗ trợ tốt cho xe chuyến đường, đỗ xe di chuyển nơi đông đúc để tránh va chạm Trần Thị Tin 29 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Hình 1.12 Vietmap ứng dụng GPS ô tô Việt Nam Cách năm, sinh viên khoa công nghệ thông tin trường ĐHBK Hà Nội, Nguyễn Tư Triều bắt tay xây dựng phần mềm đồ số ứng dụng máy PDA để làm đề tài tốt nghiệp Xuất phát từ mong muốn, Việt Nam phải có sản phẩm hữu ích người Việt làm ra, anh bỏ công sức tâm huyết cho đề tài tiếp tục phát triển sau trường Anh đưa toàn sản phẩm chia sẻ miễn phí mạng nhiều người quan tâm tìm hiểu Một phiên anh vào năm ngoái ứng dụng ôtô, việc tìm địa điểm, địa danh, tìm lộ trình ngắn đo vận tốc xe chạy chống trộm,… Cũng thời gian đó, công ty Vietmap kêu gọi người am hiểu cộng tác phát triển đồ số, với mục đích tạo nên thiết bị Car Navigator Việt Nam Họ xây dựng lực lượng kỹ thuật nhiệt tình xông pha khắp tuyến đường để ngày có tay đồ hoàn chỉnh 64 tỉnh thành Sau thời gian dài chịu đựng không lợi nhuận, tháng 12 năm 2006, công ty tung hai sản phẩm Vietmangười - GPSmile 52 (sử dụng cầm tay gắn ô tô) Vietmap - GPSr 12 (phần mềm cài đặt cho PPC) Tiếp tục vừa phát triển đồ điều kiện khó khăn hệ thống giao thông liên tục thay đổi, Vietmap có phiên Vietmap – GPSmile 53 Trần Thị Tin 30 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý sản phẩm Vietmap - GPSpro tích hợp phần mềm điều khiển bao gồm đồ số vào hình DVD có sẵn xe Các sản phẩm có chức định vị, tìm đường ngắn nhất, hướng dẫn lộ trình tự động tìm lại lộ trình sai đường, báo đường cấm, đường chiều, giúp tìm địa điểm nhà hàng, khách sạn, ngân hàng,…không thua sản phẩm có nước Hạn chế thiết bị chưa có trạm quản lý trung tâm bao quát tình hình giao thông toàn quốc thời điểm nên thông báo điểm kẹt xe, đoạn nguy hiểm đến Hình 1.13 GPS mile thông báo 110m đến đường Nguyễn Thị Nghĩa rẽ phải GPSmile gồm thiết bị thu sóng hiệu Holux có hình cảm ứng nhỏ 3.5 inch, giá đỡ, sạc điện nguồn sạc ô tô GPSpro gồm loa ngoài, điều khiển không dây hộp xử lý GPS sử dụng hình DVD có sẵn xe để hiển thị Trang web công ty (vietmap.vn) cập nhật phần mềm đồ cho khách hàng download, nhân viên bán hàng đến tận nơi cập nhật miễn phí cho khách hàng hàng tháng Giá bán GPSmile khoảng 450 USD GPSpro 500 USD mua đại lý công ty Vietmap Đối với xe đời Audi, Lexus, Mazda,BMW X5…đã lắp sẵn hình DVD Navigation bạn phải lắp thêm hộp giải mã (giá Trần Thị Tin 31 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý khoảng 300 USD) để dùng với GPSpro Cũng có số nơi chuyên sửa xe giải vấn đề mà không cần đến hộp giải mã Hiện nay, diễn đàn otosaigon.com nơi có nhiều phản hồi người sử dụng chất lượng GPS sử dụng thử Việt Nam Các thành viên làm chuyến xa kiểm tra khả tìm kiếm, dẫn đồ Kết có sai sót nơi xa trung tâm tỉnh, số nơi dẫn lộ trình dài chút so với thực tế, nhiên tọa độ tìm kiếm xác khả xác định lộ trình nhanh Bản đồ công ty hoàn thiện, sửa chữa điểm chưa xác cập nhật thông tin thay đổi đường cấm, đường chiều,hệ thống biển báo…Vietmap cố gắng hoàn thiện chương trình quảng cáo rộng rãi đến người dùng thực hài lòng sản phẩm Tuy nhiên ích lợi rõ ràng thiết bị thu hút nhiều người quan tâm sử dụng - Các khinh khí cầu có trang bị GPS giám sát lỗ hổng tầng ô-zôn vùng - cực chất lượng không khí giám sát nhà máy thu GPS Các phao theo dõi lượng dầu tràn lớn biển phát liệu cần thiết nhờ sử dụng GPS Các nhà khảo cổ học nhà thám hiểm sử dụng hệ thống để đánh dấu vị trí xa biển đất liền trước họ lập toán trang thiết bị kinh phí - Theo dõi phương tiện vận chuyển ứng dụng GPS phát triển nhanh Các đoàn tàu, hệ thống vận chuyển công cộng, đoàn xe tải, chuyến xe bưu chính…có trang bị máy thu GPS để giám sát vị trí chúng vào thời điểm - Công nghệ GPS chí sử dụng kết hợp với công nghệ mạng tế bào để cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng Với việc ấn phím bấm máy điện thoại di động mạng tế bào, đàm thoại với Trần Thị Tin 32 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý nhà cung cấp dịch vụ lúc báo hiệu tới dịch vụ điều phối trung tâm thông báo vị trí họ tình khẩn cấp hỏng hóc trang bị thiết bị Điều với khối định vị mạng tế bào nhắn tin khẩn hãng Motorola Thiết bị mở kỷ nguyên an toàn di động theo dõi đoàn xe va đoàn tàu biển - Do tính xác mình,GPS nhanh chóng trở thành phương pháp lựa chọn để thu thập số liệu chỗ cho nhiều ứng dụng thương mại, quyền quân GPS chắn trở thành phương pháp quan trọng có hiệu kinh tế cho việc định vị vô số mục tiêu mặt đất biển Mặc dù Bộ Quốc Phòng Mỹ cấp kinh phí ban đầu, xong việc truy nhập mạng GPS miễn phí người dùng Điều góp phần khuyến khích việc phát triển ứng dụng tạo thị trường khách hàng hoàn toàn mới, đặc biệt lĩnh vực định vị phương tiện giao thông điều hành xa lộ Trần Thị Tin 33 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPRS, DGPS 2.1 Hệ thống định vị toàn cầu GPRS 2.1.1 Tổng quan đề tài GPRS công nghệ đầy triển vọng Viện tiêu chuẩn Viễn Thông Châu Âu tiêu chuẩn hóa vào năm 1993, cho phép sử dụng máy điện thoại di động thông thường để truy cập internet Nhờ GPRS người sử dụng làm việc với điện tử mình, với server Web thông thường (chứ versions wap chuyên dụng)… Ưu mạng GPRS chỗ người sử dụng trả cho lượng thông tin phát/thu cho thời gian vào mạng Trước có tiêu chuẩn GPRS, thuê bao phải trả tiền cho toàn thời gian kết nối mà không phụ thuộc vào việc họ có sử dụng kênh truyền số liệu quy định hay không Nói cách khác, tài nguyên mạng phát huy hiệu lực thời gian truyền số liệu trực tiếp từ máy điện thoại Trong thời gian ngừng hoạt động, chẳng hạn duyệt thư điện tử, tài nguyên mạng giao cho thuê bao khác sử dụng Ngoài công nghệ GPRS giai đoạn trung gian để chuyển từ giai đoạn thứ hai (GMS) sang hệ thứ ba (UMTS - Universal Mobile Telecommunicatinos System) Trong GPRS, tốc độ truyền số liệu cao có 171,2 kbit/s nhanh gấp 12 lần so với truyền số liệu mạng GMS thông thường (9,6 kbit/s) Tuy nhiên, vào thời điểm người ta chưa cần tốc độ cao mà thường khoảng 30 – 40 kbit/s 2.1.2.GPRS gì? GPRS (General Packet Server - dịch vụ vô tuyến gói chung) dịch vụ truyền tải hệ thống GSM, áp dụng nguyên lý gói vô tuyến để truyền số liệu người sử dụng cách có hiệu máy điện thoại di động tới mạng truyền số liệu Trần Thị Tin 34 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Yêu cầu sử dụng dịch vụ: - Thuê bao phải cài đặt dịch vụ Data: GPRS, WAP tổng đài - Thuê bao phải có máy đầu cuối hỗ trợ GPRS (đối với dịch vụ nhắn tin đa phương tiện thuê bao cần phải có máy đầu cuối hỗ trợ MMS) - Máy đầu cuối phải cài đặt đủ thông số - Vị trí thuê bao phỉa nằm phạm vi vùng phủ sóng GPRS Tùy loại máy ứng dụng GPRS khác 2.2 Một số ứng dụng GPRS 2.2.1 Dịch vụ truy cập internet a) Truy cập gián tiếp: khách hàng dùng máy di động GPRS thay đường truy cập qua line điện thoại thông thường để truy cập internet từ máy tính xách tay thiết bị khác như: PDA, Pocket PC Việc kết nối thực qua cổng hồng ngoại máy tính máy di động Khách hàng cần phải tạo lập đường dial - up riêng chương trình Windows với số truy nhập riêng dịch vụ GPRS Trong trường hợp khách hàng máy di động GPRS máy tính để gửi nhận email, file liệu Tạm thời Vinaphone khóa dịch vụ thời gian thử nghiệm b) Truy cập trực tiếp hình máy điện thoại di động: Đối với máy di động có tính Web - browser (tương tự chương trình internet brown máy tính) khách hành truy nhập trực tiếp vào trang web hình máy di động thông qua đường kết nối GPRS Máy di động hoạt động máy tính thu nhỏ, khách hàng gửi nhận email, file liệu đồng thời tải trực tiếp hình ảnh, đoạn video máy di động Trần Thị Tin 35 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý 2.2.2 Truy cập WAP Khách hàng sử dụng đường kết nối GPRS để truy cập trực tiếp vào trang wap như: http:// wap.vinaphone.com.vn, http:// wap.gama.vn Với vận tốc cao nhiều lần so với truy nhập qua đường thoại (quay số 999) Đối với dịch vụ wap thông thường (VNN 999): gọi nhận gọi truy cập Người gọi nghe tín hiệu báo bận gọi đến Đối với dịch vụ wap qua GPRS: gọi nhận gọi truy cập, đồng thời tốc độ truy cập nhanh Ngoài việc tra cứu thông tin như: tin tức, kết xổ số, tỷ giá hối đoái, cổ phiếu, hàng không Việt Nam, thể thao,…về máy di động Hiện nay, trang chủ wap.vinaphone.com.vn cung cấp dịch vụ tra cứu từ điển trực tuyến Anh, Pháp, Việt với vốn từ phong phú khả hiển thị trực tiếp tiếng Việt hình điện thoại di động 2.2.3 Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện - MMS (Multimedia Message Service) MMS dịch vụ cho phép khách hàng gửi nhận tin đa phương tiện (bao gồm text, hình ảnh, âm thanh,…) từ máy điện thoại di động đến máy điện thoại khác địa email Khi có máy hỗ trợ tính MMS, việc gửi tin MMS thông thường thực qua hai cách sau: Một là: Sử dụng kênh thoại thông thường thông qua đường truy nhập wap (quay số 999) với tốc độ hạn chế 9,6 kbps Hai là: Sử dụng truy nhập qua GPRS với tốc độ cao Gửi nhận MMS có trường hợp sau đây: Trần Thị Tin 36 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý + Gửi MMS từ máy điện thoại di động có hỗ trợ MMS đến máy điện thoại khác có hỗ trợ MMS + Gửi MMS từ máy điện thoại di động có hỗ trợ MMS đến máy điện thoại không hỗ trợ MMS Hệ thống nhắn tin SMS đến thuê bao nhận tin cung/trợ MMS Cấp địa trang web chứa nội dung tin MMS tên, mật truy nhập để khách hàng vào internet xem tin + Gửi MMS từ máy điện thoại di động tới địa email + Gửi MMS từ địa email đến máy điện thoại di động có hộ trợ MMS 2.2.4 Video - Xem đoạn video (offine video: Movie, news, sport,…) Từ máy điện thoại di động có hộ trợ chức video player, khách hàng thực bước sau: + Truy cập địa nhà cung cấp nội dung thông tin phim, tin tức, thời sự, thể thao,… + Xem lại toàn thông tin tải máy điện thoại di động - Xem video trực tuyến: Khách hàng sử dụng kết hợp với máy quay camera kết nối internet để xem hình ảnh động trực tiếp hình máy di động (giám sát từ xa) Với công nghệ GPRS, tốc độ đường truyền đạt tới 150 kbp/s, gấp tới 15 lần đường truyền (GSM đạt tốc độ 9,6 kbp/s) Người sử dụng truy cập từ điện thoại di động có tính wap để gửi tin nhắn hình ảnh âm chia sẻ kênh truyền liệu tốc độ cao ứng dụng đa phương tiện, truyền anh, truyền liệu tốc độ cao, thương mai điện tự… GPRS (General packet radio service) công nghệ chuyển mạch gói phát triển tảng công nghệ thông tin di động toàn cầu (GSM: Trần Thị Tin 37 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Global System for mobile) sử dụng truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA: Time Division Multiple Access) Những lợi ích GPRS dành riêng tài nguyên vô tuyến có liệu truyền làm gim độ tin cậy thành phần chuyển mạch kênh truyền thông Với chức tăng cường, GPRS làm giảm giá thành, tăng khẳ thâm nhập dịch vụ số liệu cho người dùng Hơn nữa, GPRS nâng cao dịch vụ liệu độ tin cậy đáp ứng đặc tính hỗ trợ Các ứng dụng phát triển với GPRS hấp dẫn hàng loạt thuê bao di động cho phép nhà khai thác đa dạng hóa dịch vụ Các dịch vụ làm tăng nhu cầu dung lượng đường truyền tài nguyên vô tuyến tiểu hệ thống sở Một phương pháp GPRS dùng để làm ghim bớt tác động đến dung lượng đường truyền chia sẻ tài nguyên radio trạm di động tế bào Hơn nữa, thành phần mạng cốt lõi triển khai để hộ trợ cho dịch vụ số liệu Để cung cấp dịch vụ cho người sử dụng điện thoại di động, GPRS bước quan trọng hội nhập tới mạng thông tin hệ (3G) GPRS cho phép nhà khai thác mạng triển khai cấu trúc cốt lõi dựa mạng IP cho ứng dụng số liệu tiếp túc sử dụng mở rộng cho dịch vụ 3G cho ứng dụng số liệu thoại tích hợp GPRS chứng tỏ phát triển dịch vụ ứng dụng dùng để phát triển dịch vụ 3G.[4] 2.3 Hệ thống định vị toàn cầu DGPS 2.3.1 Tổng quan đề tài Do phát triển kinh tế xã hội, hoạt động tượng tự nhiên gây biến động thường xuyên, liên tục đến trạng sử dụng đất Việc xác định, cập nhật biến động sử dụng đất có ý nghĩa lớn công tác quản lý cấp quyền Với vùng đô thị, đồng bằng, Trần Thị Tin 38 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý trung du, nơi mà việc sử dụng đất quản lý chặt chẽ hệ thống tài liệu địa việc cập nhật biến động sử dụng đất đơn giản, song khó khăn rừng núi Đồng thời, tổng cục địa (nay Bộ Tài Nguyên môi trường) tiến hành đo vẽ đồ địa sở tỷ lệ : 10000 phương pháp ảnh số 17 tỉnh miền núi, số vấn đề đặt cho địa phương - nơi sử dụng tài liệu phương pháp để chuyển hóa từ đồ địa sở 17 tỉnh miền núi, thực thụ với ranh giới sử dụng đất, quản lý sử dụng đất khu vực đất lâm nghiệp Chắc chắn sử dụng phương pháp truyền thống đo trực tiếp mặt đất không khả thi mặt kinh phí thời gian Với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin DGPS (Differen Tial GPS) với thiết bị không đắt tiền, sử dụng đơn giản, độ xác - m thực tế trở thành giải pháp hữu hiệu việc đo đạc thông tin nội dung cho đồ tỷ lệ trung bình (1:10000) đáp ứng cho yêu cầu nói 2.3.2 Công nghệ DGPS Về lý thuyết công nghệ DGPS nghiên cứu kỹ giới, trở thành công nghệ ứng dụng, thương mại hóa Ở Việt Nam, công nghệ DGPS áp dụng cho lĩnh vực đo đạc địa hình Công nghệ DGPS đòi hỏi người sử dụng chuyên môn trắc địa, đồ cần phải làm quen với việc đo đạc tự động với kết dạng số Ngày nay, cán kỹ thuật sở sản xuất trắc địa đồ hòa nhập với phát triển công nghệ thông tin với nhiều thiết bị phần cứng mạnh, phần mềm đồ họa đa dạng, đồ số sản phẩm quen thuộc, công nghệ GDPS có môi trường thuận lợi để phát triển Trần Thị Tin 39 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý 2.3.3 Một số ứng dụng DGPS Một số nguồn phát thiết bị thu DGPS sử dụng Viêt Nam phục vụ cho công tác đo đạc 2.3.3.1 Nguồn phát thiết bị thu DGPS sử dụng dải tần số cao UHF Việt Nam Công nghệ phát/thu tín hiệu DGPS sử dụng tần số cao UHF loại công nghệ cần đầu tư thấp, đơn giản, dễ sử dụng, cho độ xác tương đối cao Công nghệ đặc biệt phù hợp với việc phát/thu tín hiệu, phục vụ cho việc đo địa hình đáy sông, ven biển, hồ, đo vẽ mặt cắt lòng sông, tầm hoạt động hạn chế (nhỏ 10 km đất liền nhỏ 50 km biển), địa hình khu đo cần phẳng, không bị che khuất vật cao, nhà cao,… 2.3.3.2 Nguồn tín hiệu thiết bị thu DGPS sử dụng công nghệ MSK - BEACON System Để phục vụ công tác đo đạc diện tích rộng hơn, người ta sử dụng công nghệ MSK - DGPS Hiện nay, Việt Nam xây dựng trạm phát sóng BEACON MSK Đồ Sơn, Cao Bằng, Vũng tàu Trong năm 2003 năm sau xây dựng đưa vào hoạt động trạm BEACON khác Hà Giang, Lai Châu, Đà Nẵng Đặc điểm công nghệ cho phép phát/thu tín hiệu cải DGPS phạm vi rộng đến 500km biển với độ xác định vị đến đơn vị met 2.3.3.3 Nguồn tín hiệu thiết bị thu DGPS OMNISRTAR Đây nguồn tín hiệu cải mang tính chất thương mại toàn cầu hãng FUGRO cung cấp xây dựng từ năm 1995 Tại Việt Nam, FUGRO sử dụng trạm cải mặt đất đặt Vũng Tàu Việc sử dụng hệ thống sử dụng Việt Nam sau: - Bán cho thuê thiết bị DGPS động chuyên dụng Trần Thị Tin 40 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý - Cho thuê tín hiệu cải theo ngày, tuần, tháng năm - Cung cấp tín hiệu cải RTCH SC - 104 liên tục 24h/24h 2.3.3.4 Nguồn tín hiệu thiết bị thu DGPS - HP Về hệ thống cải DGPS - HP diện rộng độ xác cao có cấu trúc giống hệ thống DGPS thông thường khác biệt việc dụng thiết bị định vị hai tần số cho phép xử lý truyền đến máy thu người sử dụng số hiệu cải đảm bảo độ xác loại trừ sai số, ảnh hưởng tầng ion khí sai số Multi path để thu tọa độ điểm đo có độ xác cỡ deximet 2.3.3.5 Những đề xuất sử dụng nguồn phát thiết bị DGPS Đối với nguồn phát tín hiệu cải sử dụng hai nguồn phát là: - Nguồn tín hiệu cải DGPS sử dụng trạm BEACON mặt đất - Nguồn tín hiệu cải DGPS OMNISTAR OMNISTAR - HP - Sở dĩ đề tài đề nghị lựa chọn hai nguồn cải nêu để làm thực nghiệm xuất phát từ lý sau: + Các nguồn phát tín hiệu cải đầu tư + Các tín hiểu cải phát liên tục, ổn định 24h/24h ngày tất ngày năm Cho phép quan trắc liên tục + Đó hệ thống sử dụng công nghệ đại sử dụng nhiều giới khu vực ASEAN, Bắc Á… + Các máy đo đạc định vị di động sử dụng công nghệ cao, ổn định, nhỏ gọn, dễ sử dụng có dộ xác thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đo đạc phục vụ công tác đo vẽ đồ đến tỉ lệ trung bình (1:10000).[5] Trần Thị Tin 41 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý KẾT LUẬN CHUNG Ngày nay, hệ thống định vị toàn cầu GPS hệ thống định vị toàn cầu GPRS, DGPS phát triển Nó ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống, xã hội Khóa luận vào tìm hiểu tổng quan số ứng dụng thực tiễn Sau trình nghiên cứu hoàn thành khóa luận, thu số kết sau: - Nắm cách thức làm nghiên cứu khoa học - Nắm tổng quan hệ thống định vị toàn cầu GPS cụ thể là: lịch sử phát triển, GPS xác nào, hệ tọa độ quán tính, lý thuyết chung, nguyên tắc hoạt động, số ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS - Nắm tổng quan lý thuyết số ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPRS, DGPS Luận văn thực hữu ích bổ sung thêm phần thực nghiệm Cuối cùng, mong giúp đỡ đóng góp ý kiến để đề tài thực có ý nghĩa ứng dụng sống Trần Thị Tin 42 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Xuân Chánh (2005), Einstein khoa học công nghệ đại xung quanh ta, Nhà xuất Giáo dục [2] http:// khoahoc.com.vn [3] http:// Wikipedia.org (Wikipedia tiengviet) [4] http:// VnExprees.net/VietNam/The-gioi/Tu-lieu/2002 [5] http://vietsciences.free.fr Trần Thị Tin 43 K32D - SPKT [...]... độ địa lý  - vĩ độ địa lý 1.1.5.4 Hệ tọa độ dẫn đường Hệ tọa độ định vị được sử dụng để mô tả sự chuyển động của vật thể theo các hướng Bắc, Đông và hướng đi lên vuông góc bề mặt trái đất - hệ ENU Ngoài ra hệ định vị còn có thể định nghĩa trục hướng đi lên thành trục hướng đi xuống, tức là đi thẳng vào tâm trái đất - hệ NED Hình 1.5 Hệ tọa độ định vị Ưu điểm của hệ tọa độ NED là quay bên phải là chiều... việc xác định vị trí điểm cần đo (vị trí tâm pha của ăngten) Tùy thuộc vào đặc điểm cụ thể của việc xác định tọa độ, người ta chia thành hai loại hình định vị cơ bản: định vị tuyệt đối và định vị tương đối a) Định vị tuyệt đối (point positioning): Khi đặt máy ở điểm bất kỳ thu tín hiệu từ các vệ tinh, khoảng cách tương ứng từ máy thu đến các vệ tinh được xác định và tọa độ của điểm đó được xác định Đây... cung cấp bởi GPS Tuy nhiên, ở vận tốc nhanh hơn, ảnh hưởng của nhiễu là không đáng kể khi nhiễu dần dần rời rạc.[3] 1.1.8 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống này, do Bộ Quốc Phòng Mỹ lập ra năm 1976, ban đầu chỉ để phục vụ cho quân đội Mỹ Đến năm 1980 Mỹ quyết định đối với hệ này có phần dành cho quân đội, có phần mở rộng dùng cho dân sự và phổ biến trên toàn cầu Ở bất cứ... là trong lĩnh vực định vị các phương tiện giao thông và điều hành xa lộ Trần Thị Tin 33 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPRS, DGPS 2.1 Hệ thống định vị toàn cầu GPRS 2.1.1 Tổng quan về đề tài GPRS là một công nghệ mới đầy triển vọng được Viện tiêu chuẩn Viễn Thông Châu Âu tiêu chuẩn hóa vào năm 1993, cho phép sử dụng các máy điện thoại di động thông thường... công nghệ cao như công nghệ GPS, khi bấm máy biết ngay vị trí của mình với độ chính xác vào cỡ vài mét, bình tâm lại, ta thấy Eintein rất gần gũi với chúng ta Hiện nay, ngoài Mỹ ra một số nước khác cũng đã có và đang tạo ra hệ định vị theo vệ tinh kiểu như GPS Nước Nga có hệ thống tên là GLONASS nhưng chủ yếu là dùng cho riêng nước Nga Đặc biệt là các nước Châu Âu có kế hoạch làm một hệ định vị theo... Tin 27 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Hình 1.10 Bộ sản phẩm GPS Pro GPS là hệ thống định vị toàn cầu có thể xác định tọa độ bất cứ vị trí nào trên trái đất do Bộ Quốc Phòng Mỹ thiết kế cho mục đích quân sự Từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng GPS vào các lĩnh vực dân sự, miễn phí với bất kể quốc tịch nào Hệ thống này gồm 27 vệ tinh nhân tạo, chạy bằng năng lượng mặt trời, chuyển động... Định vị tương đối (Relative positioning): Một phương án định vị khác cho phép sử dụng hệ thống GPS trong đo đạc trắc địa có độ chính xác cao đó là định vị tương đối Sự khác của phương pháp định vị này là ở chỗ phải sử dụng tối thiểu hai máy thu tín hiệu vệ tinh đồng hồ và kết quả của phương pháp là các thành phần số gia tọa đô X,Y,Z (hay B,L,H) của hai điểm trong hệ tọa độ không gian Độ chính xác định. ..Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý Hệ thống định vị vệ tinh cho phép xác định tọa độ vị trí và tốc độ chuyển động của đối tượng với độ chính xác cao hơn HTDĐQT Vì lý do đó, trong trường hợp chung vai trò của HTDĐQT trong hệ thống dẫn đường kết hợp HTDĐQT /GPS là xác định các thông số dẫn đường trong các khoảng thời gian giữa các lần đo gần nhau của GPS, giải bài toán định hướng và đưa ra thông tin dẫn... ENU.[2] 1.1.6 Lý thuyết chung về hệ thống GPS Khi công nghệ GPS ra đời đã thiết lập được một hệ quy chiếu toàn cầu về không gian và cả thời gian, mà theo đó tại một vị trí bất kỳ trên trái đất ở Trần Thị Tin 17 K32D - SPKT Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật lý một thời điểm bất kỳ với máy thu GPS trong tay ta có ngay tọa độ điểm đánh dấu vị trí, thời điểm đang đứng Khi máy thu GPS sẽ di chuyển theo địa vật... Khoa Vật lý 1.1.5 Các hệ tọa độ dùng trong dẫn đường quán tính 1.1.5.1 Hệ tọa độ quán tính Hệ tọa độ quán tính là một hệ tọa độ tuân theo 3 định luật của Niu-tơn Gốc của hệ tọa độ quán tính và hướng của các trục là tùy ý Để cho thuận lợi, hệ tọa độ quán tính thường được định nghĩa trùng với tâm của trái đất Hệ tọa độ này cũng được gọi là hệ tọa độ thứ i để tránh nhầm lẫn với hệ tọa độ lý tưởng Tất ... quan hệ thống định vị toàn cầu GPS - Một số ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS - Tìm hiểu tổng quan hệ thống định vị toàn cầu GPRS, DGPS - Một số ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPRS, DGPS... Hệ thống định vị toàn cầu GPS Chương giúp tìm hiểu lịch sử phát triển, lý thuyết chung, hệ tọa độ quán tính, GPS xác nào, nguyên tắc hoạt động số ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS Chương Hệ. .. Có 24 vệ tinh quỹ đạo bay 1.1.3 Hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu dịch từ tiếng Anh Global Positioning System, gọi tắt GPS, việc sử dụng hệ GPS phổ biến xung quanh ta Trước