KHAI THÁC THƯ VIỆN ỨNG DỤNG GPS TRÊN ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH (HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID)

Hệ thống định vị toàn cầu GPS được thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý bởi Bộ quốc phòng Hoa Kỳ. Nhưng kể từ năm 1980, chính phủ Hoa Kỳ đã cho phép sử dụng hệ thống GPS vào mục đích dân sự. Và cho đến nay, lợi ích của hệ thống GPS mang lại là vô cùng to lớn. GPS không chỉ được dùng trong lĩnh vực khai thác mỏ, địa chất, vẽ bản đồ mà còn được dùng đế điều khiển giao thông và đặc biệt là sử dụng để định vị và dẫn đường trong ngành hàng không. Và với sự phát triển vượt bậc của công nghệ, ngay cả nhũng chiếc điện thoại ngày nay cũng được trang bị hệ thống GPS. Đa số những nhà sản xuất điện thoại đều tích hợp sẵn một loại bản đồ số kèm theo hệ thống GPS trên điện thoại. Một số ít còn lại không có sẵn bản đồ số tích hợp sẵn mà người dùng phải mua một phần mềm bản đồ từ bên thứ ba. Một số phần mềm bản đồ trên thị trường có thể nhắc đến như: Vietmap, Mapking, OziExplorer.Từ đó trong đề tài này em muốn giới thiệu về ứng dụng GPS trên điện thoại thông minh: xây dựng hệ thống định vị, giám sát đa nền dựa trên những smartphone ( hệ điều hành android ) có tích hợp sẵn GPS. Vớì hệ thống này, chỉ việc cài một phần mềm trên smartphone sử dụng hệ điều hành android và cho nó chạy, smartphone đó sẽ đăng nhập vào một webservice do em tự thiết kế là đã có thể biết chính xác vị trí của mình trên bản đồ ,thêm nữa phần mềm còn có chức năng giám sát tức là khi người khác cũng sử dụng phần mềm này và cho chương trình hoạt động thì em sẽ biết được chiếc smartphone người sử dụng đang ở đâu.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Vũ Văn Trọng

KHAI THÁC THƯ VIỆN ỨNG DỤNG GPS TRÊN ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH (HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử

HÀ NỘI - 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Vũ Văn Trọng

KHAI THÁC THƯ VIỆN ỨNG DỤNG GPS TRÊN ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH (HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử

Cán bộ hướng dẫn: TS : Seung Chul Jung

Cán bộ đồng hướng dẫn: PGS.TS: Phạm Mạnh Thắng

KHAI THÁC THƯ VIỆN ỨNG DỤNG GPS TRÊN ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH (HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID)

Vũ Văn Trọng

Khóa QH-2011-I/CQ, ngành Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử

Tóm tắt khóa luận tốt nghiệp:

Hệ thống định vị toàn cầu GPS được thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý bởi

Bộ quốc phòng Hoa Kỳ Nhưng kể từ năm 1980, chính phủ Hoa Kỳ đã cho phép sửdụng hệ thống GPS vào mục đích dân sự Và cho đến nay, lợi ích của hệ thống GPSmang lại là vô cùng to lớn GPS không chỉ được dùng trong lĩnh vực khai thác mỏ, địachất, vẽ bản đồ mà còn được dùng đế điều khiển giao thông và đặc biệt là sử dụng đểđịnh vị và dẫn đường trong ngành hàng không Và với sự phát triển vượt bậc của côngnghệ, ngay cả nhũng chiếc điện thoại ngày nay cũng được trang bị hệ thống GPS Đa

số những nhà sản xuất điện thoại đều tích hợp sẵn một loại bản đồ số kèm theo hệthống GPS trên điện thoại Một số ít còn lại không có sẵn bản đồ số tích hợp sẵn màngười dùng phải mua một phần mềm bản đồ từ bên thứ ba Một số phần mềm bản đồtrên thị trường có thể nhắc đến như: Vietmap, Mapking, OziExplorer

Từ đó trong đề tài này em muốn giới thiệu về ứng dụng GPS trên điện thoạithông minh: xây dựng hệ thống định vị, giám sát đa nền dựa trên những smartphone( hệ điều hành android ) có tích hợp sẵn GPS Vớì hệ thống này, chỉ việc cài một phầnmềm trên smartphone sử dụng hệ điều hành android và cho nó chạy, smartphone đó sẽđăng nhập vào một webservice do em tự thiết kế là đã có thể biết chính xác vị trí củamình trên bản đồ ,thêm nữa phần mềm còn có chức năng giám sát tức là khi ngườikhác cũng sử dụng phần mềm này và cho chương trình hoạt động thì em sẽ biết đượcchiếc smartphone người sử dụng đang ở đâu

Từ khóa: Giám sát, GPS,hệ thống định vị.

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan khóa luận “Khai thác thư viện ứng dụng GPS trên điện thoạithông minh (hệ điều hành android) ” là đề tài nghiên cứu của em dưới sự hướng dẫnkhoa học của TS Seung Chul Jung , PGS.TS.Phạm Mạnh Thắng , tham khảo cácnguồn tài liệu đã được chỉ rõ trong trích dẫn và danh mục tài liệu tham khảo Các nộidung công bố và kết quả trình bày trong khóa luận này là trung thực

Em xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Hà Nội, Ngày 6 Tháng 5 Năm 2015

Sinh viên

Vũ Văn Trọng

LỜI CẢM ƠN

Em chân thành cảm ơn Khoa Cơ Học Kỹ Thuật và Tự Động Hóa, trường Đại họcCông Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quátrình học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Em xin nói lên lòng biết ơn sâu sắc đối với TS.Seung Chul Jung ,PGS.TS PhạmMạnh Thắng Em xin chân thành cám ơn thầy đã luôn quan tâm, tận tình hướng dẫn

em trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa Cơ Học Kỹ Thuật và TựĐộng Hóa đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong suốtquá trình học tập và thực hiện đề tài Em cũng xin gửi lòng biết ơn đến thầy cô và bạn

bè trong lớp đã giúp đỡ, động viên tinh thần chúng em rất nhiều trong suốt quá trìnhthực hiện khóa luận này

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành khóa luận trong phạm vi và khả năng cho phépnhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được sự góp ý

và tận tình chỉ bảo của quý Thầy Cô và các bạn

Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn và mong luôn nhận được những tình cảmchân thành của tất cả mọi người

Hà nội, Ngày 6 tháng 5 năm 2015

Sinh viên

Vũ Văn Trọng

MỤC LỤC

TÓM TẮT………

LỜI CAM ĐOAN……….…

LỜI CẢM ƠN………

MỤC LỤC………

DANH SÁCH HÌNH ẢNH………

DANH SÁCH BẢNG BIỂU………

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GPS 3

1.1 Tổng quan về hệ thống định vị GPS 3

1.2 Các thành phần của hệ thống định vị GPS 3

1.2.1 Bộ phận không gian…… ……… 4

1.2.3 Bộ phận điều khiển 4

1.2.3 Bộ phận người sử dụng 5

1.3 Hoạt động của hệ thống GPS 7

1.3.1 Quỹ đạo vệ tinh GPS 7

1.3.2 Tín hiệu GPS 8

1.3.3 Thông tin trong bản tin dẫn đường 8

1.3.4 Nguyên lý định vị GPS 9

1.3.5 Cấp chính xác của hệ thống GPS 10

1.3.6 GPS vi phân 11

1.4 Nguồn lỗi của tín hiệu GPS 12

1.5 Ứng dụng GPS trong một số lĩnh vực 14

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 15

2.1 Giới thiệu chung về hệ điều hành android 15

2.2 Kiến trúc hệ điều hành Android 16

2.2.1 Tầng hạt nhân Linux (Linux Kemel layer) 17

2.2.2 Tầng Library và android runtime 18

2.2.3 Tầng Application Framework 18

2.2.4 Tầng Aplication 19

2.3 Hệ thống tập tin trên hệ điều hành Android 19

2.3.1 Tổng quan về hệ thống file trên Android 19

2.3.2 Các kiểu file trên Android 20

2.4 Cây thư mục trên hệ điều hành Android 20

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG GPS 22

3.1 Tổng quan 22

3.2 Sơ đồ khối hệ thống 22

3.3 Sơ đồ giải thuật cho hệ thống 23

3.4 Vận hành 24

3.5 Ứng dụng gps trên điện thoại Smartphone 24

3.6 Một số dịch vụ dựa trên vị trí 25

CHƯƠNG 4 NỀN TẢNG CHO HỖ TRỢ LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG TRÊN HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 26

4.1 Google Maps API 26

4.1.1 Giới thiệu về Google Maps API 26

4.1.2 Ưu điểm và khuyết điểm của Google Maps API 26

4.1.3 Giải pháp và ứng dụng của Google Maps API 27

4.1.4 Cách thức sử dụng Google Maps API 27

4.2 Webservices 31

4.2.1 Định nghĩa Webservices 31

4.2.2 Ưu nhược điểm của Webservices 32

CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG HỆ THỐNG WEBSERVICE CHO ỨNG DỤNG 33

5.1 Tổng quan về Net Framework 33

5.1.1 Giới thiệu về Net Framework 33

a Giới thiệu 33

b Ưu nhược điểm 35

5.1.2 Ngôn ngữ lập trình C# 35

a Tổng quan C Sharp 35

b Ưu và nhược điểm của C Sharp 37

c Ứng dụng C Sharp xây dựng Webservice 38

5.2 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server 2008 41

5.2.1 Giới thiệu về SQL Server 2008 41

5.2.2 Cách tạo 1 CSDL trong SQL Server: 41

5.3 Cách viết net Webservice để tương tác với CSDL 43

CHƯƠNG 6 TÌM HIỂU LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG TRÊN HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 47

6.1 Phát triển phần mềm lập trình cho Android: 47

6.1.1 Chương trình eclipse 47

6.1.2 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình Java 47

6.1.3 Một số đặc điểm nổi bật của ngôn ngữ lập trình Java 47

6.2 Hướng dẫn lập trình ứng dụng Android bằng Eclipse 49

6.3 Giao diện Smartphone sau khi lập trình 54

CHƯƠNG 7 LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG VÀ DEMO KẾT QUẢ 55

7.1 Lập trình tạo webservice cho chương trình 55

7.2 Lập trình chương trình định vị giám sát cho ứng dụng trên hệ điều hành android 57

7.3 Demo kết quả 58

7.3.1 Webservice 58

7.3.2 Hệ thống ứng dụng 59

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc của hệ thống định vị GPS 3

Hình 1.2 Vị trí các trạm điêu khiên của hệ thông GPS 5

Hình 1.3 Thiêt bị thu tín hiệu GPS 6

Hình 1.4 Sơ đồ khối máy thu tin hiệu GPS 6

Hình 1.5 Nguyên lí xác định vị trí trong hệ thống GPS 10

Hình 2.1 Kiến trúc hệ điều hành android 17

Hình 2.2 Cấu trúc cây thư mục hệ điều hành Android 21

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 22

Hình 3.2 Sơ đồ giải thuật cho hệ thống 23

Hình 3.3 Mô hình kết hợp Mobile,GPS,DigitalMap 24

Hình 4.1 Giao diện của google map trên Web 26

Hình 4.2 Các thành phần của Google Maps 27

Hình 4.3 Giao diện lấy SHA1 29

Hình 4.4 Giao diện cấp quyền Google Maps Android API v2 29

Hình 4.5 Giao diện Android Key APIv2 30

Hình 4.6 Giao diện gán địa chỉ SHA1 30

Hình 4.7 Giao diện API v2 Key 31

Hình 4.8 Mô hình Web Services 31

Hình 5.1 Kiến trúc của Net Framework 33

Hình 5.2 Giao diện tạo 1 project webservice 39

Hình 5.3 Giao diện tạo 1 project khi được tạo 39

Hình 5.4 Giao diện tạo để viết một trương trình cho webservice 40

Hình 5.5 Giao diện viết các phương thức cho các tập tin webservice 40

Hình 5.6 Giao diện webservice được tạo 41

Hinh 5.7 Giao diện tạo một CSDL mới 42

Hình 5.8 Giao diện tạo Table 42

Hình 5.9 Mối quan hệ giữa hai Table 43

Hinh 5.10 Giao diện hoàn thành việc tạo một cơ sở dữ liệu 43

Hình 5.11 Giao diện kết nôi CSDL với Webservice 44

Hình 5.12 Giao diện việc nhập địa chỉ để kết nối CSDL 45

Hình 5.13 Giao diện sau khi CSDL được kết nối 45

Hình 5.14 Giao diện tạo một LINQ to SQL Classes 46

Hình 6.1 Giao diện khởi tạo 1 projet mới 49

Hình 6.2 Giao diện chọn hệ điều hành 50

Hình 6.3 Giao diện và cửa sổ thuộc tính ứng dụng trên Eclipse 50

Hình 6.4 Thiết kế Buttom trong giao diện 51

Hình 6.5 Thiết kế Edit Text, Text View, List View trong giao diện 52

Hình 6.6 Code sinh ra trong layout thiết kế giao diện 52

Hình 6.7 Cấu trúc mã code lập trình ứng dụng Eclipse 53

Hình 6.8 Giao diện chạy chương trình 53

Hình 6.9 Giao diện máy ảo Emulator 54

Hình 6.10 Giao diện sau khi lập trình 54

Hình 7.1 Giao diện webservice 58

Hình 7.2 Giao diện màn hình đầu tiên của ứng dụng 59

Hình 7.3 Giao diện khi Click Button “GIỚI THIỆU” 59

Hình 7.4 Giao diện khi Click button “VỊ TRÍ CỦA TÔI” 60

Hình 7.5 Giao diện khi Click button “DANH BẠ” 60

Hình 7.6 Giao diện hiển thị bạn bè trên bản đồ 61

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Bảng so sánh một số thông số kĩ thuật của ba hệ thống vệ tinh dẫn đườngtoàn cầu 13Bảng 2-1 Bảng liệt kê một sổ kiểu file trong Linux 20

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

API Giao diện lập trình ứng dụng (Application Programming

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài.

Trong những năm gần đây công nghệ GPS đã được ứng dụng rộng rãi trongnhiều lĩnh vực, đây là công nghệ tiên tiến, rất thuận lợi trong công tác xây dựng cácmạng lưới bản đồ Công nghệ GPS có nhiều tiềm năng để thành lập mạng lưới giámsát chuyên dùng trong nhiều lĩnh vực phát triển xây dựng kinh tế đất nước

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các hệ thống GPS cũng được pháttriến và được ứng dụng tại Việt Nam, phục vụ cho các mục đích định vị đối tượngtrong các ngành khác nhau như quân sự, hàng hải, địa lý, thủy văn, xây dựng, nông-lâm nghiệp, du lịch, nghiên cứu về động vật

Chính vì vậy đề tài “Khai thác thư viện ứng dụng GPS trên điện thoại thông minh( hệ điều hành android )” được đặt ra nhằm xác định các luận cứ khoa học và thực tiễncủa việc ứng dụng công nghệ GPS trong hệ thống định vị và giám sát

Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển và hoàn thiện ứng dụng công nghệ GPS

cho mục đích định vị và giám sát của hệ thống

Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để giám sát,

nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực ở Việt Nam như giáo dục , môi trường, tài nguyênthiên nhiên

Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.

Mục đích nghiên cứu : ứng dụng công nghệ GPS để định vị giám sát mộtsmartphone sử dụng hệ điều hành android trên bản đồ

Đối tượng nghiên cứu : là các smartphone sử dụng hệ điều hành android, trong

đó đi sâu nghiên cứu về hệ thống định vị GPS của smartphone

Phương pháp nghiên cứu của khóa luận bao gồm: Phân tích lý thuyết, lập trìnhthực nghiệm ứng dụng GPS để định vị giám sát một smartphone sử dụng hệ điều hànhandroid

Công cụ nghiên cứu.

Sử dụng phần mềm Visual Studio để tạo webservice

Sử dụng SQL sever 2008 để tạo cơ sở dữ liệu cho webservice

Sử dụng phần mềm Eclipse để lập trình cho chương trình trên hệ điều hànhandroid.

Nội dung nghiên cứu.

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khóa luận được trình bày trong 7 chương với 61trang thuyết minh, hình vẽ, bảng biểu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GPS.

1.1 Tổng quan về hệ thống định vị GPS

GPS hay còn được gọi là NAVSTAR là hệ thống dẫn đường vệ tinh dùng đểcung cấp thông tin về vị tri, tốc độ và thời gian cho các máy thu GPS ở khắp nơi trêntrái đất trong mọi thời điểm và mọi điều kiện thời tiết

GPS được nghiên cứu và phát triển bởi chính phủ Hoa Kỳ và được quản lý bởiKhông lực Hoa Kỳ (U.S Air Force) với sự giám sát của ủy ban định vị - dẫn đường

Bộ Quốc Phòng Mỹ Ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980chính phủ Mỹ đã cho phép sử dụng cho dân sự

Hệ thống GPS có thể xác định vị trí với sai số từ vài trăm mét đến vài milimet.Tất nhiên với độ chính xác càng cao thì cấu tạo của máy thu tín hiệu GPS càng phứctạp và giá thành càng cao Hệ thống GPS được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế như

sử dụng GPS để xác định vị trí tàu trên biển, cứu hộ, Ngoài ra GPS còn được sửdụng trong lĩnh vực khai thác mỏ, địa chất, vẽ bản đồ (hệ thống GIS), quy hoạch đôthị, điều khiển giao thông và đặc biệt là được sử dụng để định vị và dẫn đường trongngành hàng không

1.2 Các thành phần của hệ thống định vị GPS.

Hệ thống GPS bao gồm ba thành phần: Bộ phận không gian (Space Segment), bộphận điều khiển (Control Segment) và bộ phận người sử dụng (User Segment)

Hình 1.1 Cấu trúc của hệ thống định vị GPS

1.2.1 Bộ phận không gian.

Năm 1978, nhằm mục đích thu thập các thông tin về tọa độ (kinh độ và vĩ độ), độcao và tốc độ của các cuộc hành quân, hướng dẫn cho pháo binh và các hạm đội BộQuốc Phòng Mỹ đã phóng lên quỹ đạo trái đất những vệ tinh GPS đầu tiên Những vệtinh trị giá nhiều tỷ USD này bay phía trên trái đất ở độ cao 19.200 km, với tốc độchừng 11.200 km/h Bộ phận không gian của GPS bao gồm 24 vệ tinh (tính đến năm1994), đã được bổ sung thành 28 vệ tinh (vào năm 2000), chuyển động trong 6 mặtphẳng quỹ đạo (nghiêng 55 độ so với mặt phẳng xích đạo) xung quanh trái đất với bánkính 26.560 km, hay nói cách khác độ cao trung bình của vệ tinh GPS so với mặt đấtvào khoảng 20.200 km Các vệ tinh nhân tạo liên tục phát tín hiệu quảng bá khắp toàncầu và được ví như trái tim của toàn hệ thống Các vệ tinh được cấp nguồn hoạt độngbới các tấm pin mặt trời và được thiết kế đế hoạt động trong vòng gần 8 năm Nếu cáctấm pin mặt trời bị hỏng thì vệ tinh sẽ hoạt động nhờ các ắc quy dự phòng được gắnsẵn trên vệ tinh Ngoài ra trên vệ tinh còn có một hệ thống tên lửa nhỏ để hiệu chỉnhquỹ đạo bay của vệ tinh

Ngoài hệ thống NAVSTAR của Mỹ còn có hệ thống GLONASS của Nga pháttriển và tồn tại song song GLONASS gồm 24 vệ tinh, 8 vệ tinh cho một quỹ đạo baygồm 3 quỹ đạo Các vệ tinh hoạt động với quỹ đạo có độ cao 19,100 km orbits ở gócnghiêng 64.8 độ và 11 giờ 15 phút/quỹ đạo GLONASS cũng giống như GPS đượcphát triển trước hết cho mục đích quân sự Nên mặc dù đã cho phép được dùng dân sựnhưng không thể nào đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác

Và đặc biệt là gần đây thì các nước Liên Minh Châu Âu đã cho xây dựng hệthong định vị GALILEO GALILEO cũng là một hệ thống định vị vệ tinh toàn cầunhưng khác với GPS của Hoa Kỳ và GLONASS của Liên bang Nga ở chỗ nó là một

hệ thống định vị được điều hành và quản lý bới các tổ chức dân dụng, phi quân sự.Galileo hoạt động vào năm 2011 -12, muộn 3-4 năm so với kế hoạch ban đầu

1.2.2 Bộ phận điều khiển.

Bộ phận điều khiển là các trạm điều khiển các vệ tinh đặt trên trái đất Bộ phậnđiều khiển gồm: 1 trạm điều khiển chính, 5 trạm thu số liệu, 3 trạm truyền số liệu

Hình 1.2 Vị trí các trạm điều khiển của hệ thống GPS.

• Trạm truyền số liệu:

Đặt tại Ascension, Diago Garia, Kwayalein có khả năng chuyển số liệu lên vệtinh gồm lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ, các thông điệp cần phát, các lệnhđiều khiển từ xa

1.2.3 Bộ phận người sử dụng

Bộ phận người sử dụng là người sử dụng và thiết bị ghi nhận GPS Thiết bị ghinhận GPS là một máy thu tín hiệu sóng vô tuyến đặc biệt Nó được thiết kế để nghe tín

hiệu sóng vô tuyến được truyền từ các vệ tinh và tính toán vị trí dựa trên thông tin đó.Thiết bị ghi nhận GPS có nhiều kích cỡ khác nhau, hình dáng và giá cả khác nhau.

Hình 1.3 Thiết bị thu tín hiệu GPS

Nguyên lý hoạt động của máy thu hoạt động theo sơ đồ khối :

Hình 1.4 Sơ đồ khối máy thu tin hiệu GPS

Tín hiệu GPS từ vệ tinh phát xuống được máy thu GPS thu nhận qua anten sau

đó đưa qua bộ lọc dải thông để thu được tín hiệu có dải thông cần thiết Vì công suấtthu được tại anten là rất nhỏ do đó tín hiệu được đưa qua được đưa qua bộ khuếch đại

RF Sau khi tín hiệu được khuếch đại ở tầng RF thì được đưa tới khối trung tần đế đổixuống tần sổ thấp hơn là tần số trung tần Sau đó tín hiệu được số hoá và được đưa tớikhối tiền xử lý Khối này có chức năng thu và bám mã, thu và bám sóng mang, đồng

bộ các bit bản tin, giải điều chế dữ liệu bản tin dẫn đường, đo khoảng cách giả theo mã

và pha, đo khoảng cách giả ∆, xử lý tín hiệu H/W và S/W Tín hiệu sau khi được xử lýtại khối này được đưa tới khối xử lý dẫn đường đế đưa ra các thông tin về vị trí, vậntốc, thời gian của thuê bao

1.3 Hoạt động của hệ thống GPS.

1.3.1 Quỹ đạo vệ tinh GPS.

Hệ thống GPS bao gồm 24 vệ tinh địa tĩnh, trong đó có 03 vệ tinh dành cho dựphòng, trong tương lai Mỹ sẽ tiếp tục phóng thêm 04 vệ tinh GPS nữa lên quỹ đạo đểbảo đảm dự phòng 1:3 cho toàn bộ hệ thống Vệ tinh GPS bay theo sáu quỹ đạo, mỗiquỹ đạo có 04 vệ tinh, mặt phẳng quỹ đạo bay nghiêng 55° so với mặt phẳng xích đạotrái đất và các góc xuân phân của quỹ đạo lệch nhau số lần nguyên của 60° Vệ tinhGPS bay quanh trái đất với quỷ đạo tròn, có tâm trùng với tâm của trái đất với bánkính 26.500km và quay hết một vòng quanh trái đất trong nửa ngày thiên văn (tươngđương 11,96 giờ)

Tất cả các vệ tinh GPS thế hệ I (Block I) bắt đầu được phóng lên quỹ đạo từnhững năm 1978 đến nay không còn hoạt động nữa Đến năm 1985 Mỹ bắt đầu phóng

vệ tinh GPS thế hệ II (Block II) bằng phi thuyền con thoi và tên lửa đẩy Delta II Cácthông số chính của vệ tinh thế hệ thứ II như sau:

- Khối lượng trên quỹ đạo: 930Kg

- Đường kính: 5,1 m

- Tốc độ bay: 4km/s

- Tần số sóng mang “đường xuống” băng Ll : 1575,42MHz; băng L2: 1227,6MHz

- Tần số sóng mang “đường lên” 1783,74MHz

- Đồng hồ: 02 đồng hồ nguyên tử Cesium; 02 đồng hồ nguyên tử Rubidium

- Thời gian hoạt động trên quỹ đạo: 7-8 năm

Về lý thuyết một máy thu GPS tại bất cứ một địa điểm nào trên trái đất và trongmọi điều kiện thời tiết đều có thể “nhìn thấy” ít nhất 3 vệ tinh GPS và khi phát hiện

được vệ tinh thứ tư là hoàn toàn có thể xác định được vị trí của mình nhờ các phép đokhoảng cách từ vệ tinh đến máy thu.

1.3.2 Tín hiệu GPS.

Mỗi vệ tinh GPS thế hệ II đều có mang theo hai loại đồng hồ nguyên tử để đưathông tin thời gian vào trong tín hiệu phát Vệ tinh GPS sử dụng tín hiệu đường xuốngbăng L và được chia thành hai băng con đó là L1 và L2 với tần số sóng mang tươngứng là f1=1575,42MHz và f2=1227,6MHz Với tần số cơ sở f0=l,023MHz, người ta tạo

ra các tần sổ sóng mang bằng các bộ nhân tần: f1=1540f0; f2=1200f0

Tín hiệu L1 từ mỗi vệ tinh sử dụng khoá dịch pha nhị phân (BPSK - BinaryPhase Shift Keying) được điều chế bởi hai mã giải tạp ngẫu nhiên PRN Thành phầnđồng pha được gọi là “mã kém” hay mã C/A (Coarse/Acquistion Code) được đùng chomục đích dân sự Thành phần trực pha (dịch pha 90°) được gọi là “mã chính xác” hay

mã P (Precision Code) được sử dụng trong quân đội Mỹ và các nước đồng minh với

Mỹ Tín hiệu băng L2 cũng là tín hiệu BPSK được điều chế bằng mã P

Khi biêt mã giả tạp ngẫu nhiên PRN, chúng ta có thể độc lập truy nhập đếnnhững tín hiệu từ nhiều vệ tinh GPS trong cùng một tần số sóng mang Tín hiệu đượctruyền bởi mỗi về tinh GPS sẽ được tách ở mỗi máy thu bằng cách tạo mà PRN tươngứng Sau đó ghép hoặc tương quan hoá mã PRN này với tín hiệu thu được từ vệ tinh,chúng ta sẽ có được thông tin dẫn đường Tất cả các mã PRN đều đã được biết từtrước, nó được tạo hoặc lưu trong máy thu GPS

1.3.3 Thông tin trong bản tin dẫn đường

Bản tin dẫn đường (Navigation Message) tách từ dòng dữ liệu tốc độ 50bps đượcphát xuống từ vệ tinh GPS mang các thông tin cơ bản như sau:

Lịch thư (Satellite Almanac Data):

Dữ liệu này chứa thông tin về quỹ đạo tương đối của tất cả 4 vệ tinh Mỗi lịchthư có giá trị trong bốn tháng và sẽ được hiệu chỉnh bốn tháng một lần tại trạm chủ đặttại Hoa Kỳ Máy thu GPS sẽ thu và lưu lại tín hiệu này Sau đó mang ra sử dụng để dòtìm vệ tinh khi bắt đầu bật máy thu bởi nó có thể cho ta biết khu vực vệ tinh đang bay

Lịch sao (Satellite Ephemeris Data):

Đây là dữ liệu chính xác về vị trí của vệ tinh để máy thu có thể đo chính xáckhoảng cách đến vệ tinh nhằm phục vụ cho tính toán dẫn đường, Mỗi vệ tinh chỉ phátlịch sao của chính nó

Dữ liệu thời gian (Satellite Timing Data):

Dữ liệu này được sử dụng để tính thời gian tín hiệu truyền tử vệ tinh này đếnmáy thu và từ đó có thể xác định cự ly bằng phép nhân thời gian truyền với tốc độ lantruyền sóng điện từ (c = 3.108 km/s) Vì khoảng cách này khi đo sẽ có sai số nên đượcgọi là tựa cự ly

Trễ truyền sóng tầng điện ly (Inospheric Delay Data):

Dữ liệu này mang thông tin được tính toán ước lệ về trễ truyền sóng tín hiệu từ

vệ tinh khi đi qua tầng điện ly Đây là tầng khí quyển có trễ truyền sóng cao nhất

Trạng thái vệ tinh (Satellite Health Message):

Bản tin dẫn đường còn chứa thông tin về trạng thái của vệ tinh khi đang truyềntin Nếu vệ tinh hoạt động sai quy cách thì máy thu sẽ nhận được thông báo “vệ tinhđang ốm” để từ đó máy thu loại bỏ tất cả các thông tin phát xuống từ vệ tinh này

1.3.4 Nguyên lý định vị GPS

Dựa trên cơ sở hình học, nếu ta biết được khoảng cách và toạ độ của ít nhất 4điểm đến một điếm bất kỳ thì vị trí của điếm đó có thể xác định được một cách chínhxác Giả sử rằng khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ nhất là d1, điều ấy cỏ nghĩa làmáy thu nằm ở đâu đó trên mặt cầu có tâm là vệ tinh thứ nhất và bán kính mặt cầu đó

là d1 Tương tự nếu ta biết khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ hai là d2 thì vị trímáy thu được xác định nằm trên đường tròn giao tiếp của hai mặt cầu Nếu biết đượckhoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ 3 thì ta có thể xác định được vị trí máy thu làmột trong hai giao điểm của của đường tròn trên với mặt cầu thứ 3 (trong 1 điểm là vịtrí của máy thu trên mặt đất,điểm giao cắt thứ hai là một nơi nào đó lơ lửng trongkhông gian, cách xa trái đất hàng ngàn km nên có thể bỏ qua ) Tuy nhiên nếu ta lạibiết được khoảng cách từ máy thu đến một vệ tinh thứ 4 thì ta có thể hoàn toàn xácđịnh chính ác vị trí của máy thu

Để xác định khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh ta sử dụng công thức sau:

d V t  Trong đó :

V: Là vận tốc lan truyền sóng điện từ và được tính bằng tốc độ ánh sáng  : Là thời gian sóng điện từ đi từ máy phát đến máy thu.t

Hình 1.5 Nguyên lí xác định vị trí trong hệ thống GPS.

Tuy nhiên qua cách tính trên ta mới xác định được vị trí của máy thu trong khônggian, đế biết được vị trí của máy thu so với mặt đất chúng ta cần phải sử dụng cácthông tin khác

Các vệ tinh GPS được đặt trên quỹ đạo rất chính xác và bay quanh trái đất mộtvòng trong 11 giờ 58 phút nghĩa là các vệ tinh GPS bay qua các trạm kiểm soát 2 lầntrong một ngày Các trạm kiểm soát được trang bị các thiết bị để tính toán chính xáctốc độ, vị trí, độ cao của các vệ tinh và truyền trở lại vệ tinh các thông tin đó Khi một

vệ tinh đi qua trạm kiểm soát thì bất kỳ sự thay đổi nào trên quỹ đạo cũng có thể xácđịnh được Những nguyên nhân đó chính là sức hút của mặt trời, mặt trăng, áp suấtbức xạ mặt trời Vệ tinh sẽ truyền các thông tin về vị trí của nó đối với tâm trái đất đếncác máy thu GPS (cùng với các tín hiệu về thời gian) Các máy thu GPS sẽ sử dụngcác thông tin này vào trong tính toán đế xác định vị trí, toạ độ của nó theo các kinh độ

và vĩ độ của trái đất Mô hình toán học của trái đất được dùng trong hệ thống GPSđược gọi là hệ trắc địa toàn cầu WGS-84 (World Geodetic System 1984)

1.3.5 Cấp chính xác của hệ thống GPS

Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã sử dụng rào chắn SA (Selective Availability) nhằmlàm giảm độ chính xác của những người sử dụng máy thu GPS phi quân sự Đây là ràochắn được xây dựng bằng sự kết hợp của các phương thức điểu chế, các cấu hình khácnhau và chia GPS thành 3 cấp dịch vụ với độ chính xác khác nhau: dịch vụ định vịchính xác (PPS - Precise Positioning Service), dịch vụ định vị chuẩn không rào chắn

( SPS without SA - Standard Positioning Service without SA) và dịch vụ định vị chuẩn

có rào chắn (SPS with SA)

PPS là dịch vụ có độ chính xác cao nhất Dịch vụ này chỉ được cung cấp choquân đội Mỹ và quân đội các nước đồng minh thân cận của Mỹ Dịch vụ này có khảnăng truy nhập mã P và được dỡ bở tất cả các rào chắn SA Các dịch vụ định vị chuẩnSPS có độ chính xác thấp hơn và chi truy nhập tới mã C/A ở băng tần L1

1.3.6 GPS vi phân

GPS vi phân (DGPS) là một kỹ thuật nhằm giảm sai lỗi trong khi định vị bằngcách thu thêm tín hiệu được phát ra từ một trạm chuẩn đặt ở một vị trí biết trước Khitrạm chuẩn thu đuợc tín hiệu từ vệ tinh, nó sẽ tự động tính toán vị trí và thời gian theotín hiệu vệ tinh Vị trí và thời gian này được so sánh với vị trí và thời gian thực, từ đóbiết được sai lệch do môi trường truyền sóng và sai lệch do hiệu ứng rào chắn SA Sau

đó, sai lệch này được chuyển thành thông tin hiệu chỉnh đưa đến máy thu này với độchính xác cao hơn GPS thông thường

Có hai loại GPS vi phân: GPS cục bộ (LADGPS - Local Area Differential GPS)

và GPS diện rộng (WADGPS - Wide Area Differential GPS)

GPS cục bộ là GPS vi phân có máy thu GPS nhận thông tin hiệu chỉnh tựa cự ly

và pha sóng mang từ một trạm chuẩn được đặt trong tầm nhìn thẳng Chính vì đặcđiểm hạn chế này nên máy thu GPS chỉ có thể thu tín hiệu khi ở trong khu vực gầntrạm chuẩn, do đó phương thức này có tên gọi là GPS cục bộ Thông tin hiệu chỉnhbao gồm: hiệu chỉnh quỹ đạo thu được từ vệ tinh, lỗi đồng hồ (có kể thêm hiệu ứng ràochắn SA) và trễ truyền sóng

GPS diện rộng sử dụng một mạng lưới các trạm chuẩn được phân bố ở một vùngrộng lớn Nhờ hệ thống này người ta có thể xác định riêng rẽ từng lỗi như: lỗi đồng hồ,trễ truyền sóng, lỗi quỹ đạo Những thông này sẽ được tính toán và gửi đến cho máythu GPS thông qua các vệ tinh viễn thông hay mạng thông tin di động mặt đất

1.4 Nguồn lỗi của tín hiệu GPS.

Giữ chậm của tầng đối lưu và tầng ion - Tín hiệu vệ tinh bị chậm đi khi xuyên

qua tầng khí quyển.

Tín hiệu đa đường (multi path) - Điều này xảy ra khi tín hiệu phản xạ từ nhà haycác đối tượng khác trước khi tới máy thu, do đó tại máy thu tín hiệu sẽ bị thăng giángrất mạnh

Lỗi đồng hồ máy thu - Đồng hồ có trong máy thu không chính xác như đồng hồnguyên tử trên các vệ tinh GPS

Lỗi quỹ đạo - Cũng được biết như lỗi thiên văn, do vệ tinh thông báo vị trí khôngchính xác

Số lượng vệ tinh nhìn thấy - Càng nhiều quả vệ tinh được máy thu GPS nhìn thấythì càng chính xác Nhà cao tầng, địa hình, nhiễu loạn điện tử hoặc đôi khi thậm chítán lá dầy có thế chặn thu nhận tín hiệu, gây lỗi định vị hoặc không định vị được Nóichung máy thu GPS không làm việc trong nhà, dưới nước hoặc dưới

Hình học che khuất - Điều này liên quan tới vị trí tương đối của các vệ tinh ở thờiđiểm bất kì Phân bố vệ tinh lí tưởng là khi các quả vệ tinh ở vị trí góc rộng với nhau.Phân bố xấu xảy ra khi các quả vệ tinh ở trên một đường thắng hoặc cụm thành nhóm

Sự giảm có chủ tâm tín hiệu vệ tinh - Là sự làm giảm tín hiệu cố ý do sự áp đặtcủa Bộ Ọuốc phòng Mỹ, nhằm chống lại việc đối thủ quân sự dùng tín hiệu GPS chínhxác cao Chính phủ Mỹ đà ngừng việc này từ tháng 5 năm 2000, làm tăng đáng kê độchính xác của máy thu GPS dân sự (Tuy nhiên biện pháp này hoàn toàn có thể được

sử dụng lại trong những điều kiện cụ thể để đảm bảo gậy ông không đập lưng ông.Chính điều này là tiềm ẩn hạn chế an toàn cho dẫn đường và định vị dân sự.)

Bảng 1-1 Bảng so sánh một số thông số kĩ thuật của ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu

G1:1602+ Kx0.5625

MHzG2:1246+ Kx0.5625

MHzK= -7~24G2 = Glx7/9

El: 1589.742MHzE2: 1561.098MHzE5: 1202 025MHzE6: 1278.75 MHzCl: 5019.86 MHz

0.511 Mcps5.11 Mcps

E1,E2 :2.046 McpsE5:10.23/1.023Mcp

sE6 :20.46 Mcps

1.5 Ứng dụng GPS trong một số lĩnh vực.

- Ứng dụng GPS trong lĩnh vực giáo dục

Chương trình thiết bị Bản đồ & GIS Giáo dục (Mapping & GIS Educator) giớithiệu những giải pháp đơn giản và đa dạng, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho các tổchức giáo dục, thực hiện việc giảng dạy về công nghệ GPS cho học viên dựa trênnhững công nghệ mới nhất của Trimble

- Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Dầu & Khí đốt

Ngày nay các công ty dầu và khí luôn bị đặt dưới áp lực lớn nhấtt, tuân thủ vàphù hợp với những yêu cầu và quy định quốc tế các công ty luôn phải duy trì số liệu cụthể về hệ thống hạ tầng ống dẫn vô cùng phức tạp của họ

Hơn bao giờ hết, các công ty dầu và khí đốt luôn là các công ty đi đầu trong việcứng dụng công nghệ GPS trong việc thành lập các bản đồ, thu thập giám sát và phântích số liệu thưc địa

- Ứng dụng GPS trong cơ quan chính phủ

Ngay từ những ngày đầu tiên phát triển công nghệ GPS, chính phủ vẫn luôn dẫnđầu trong việc khai thác và sử dụng Từ cấp trung ương đến địa phương, từ đô thị tớinông thôn, GPS tạo điều kiện thực sự thuận lợi giúp các cơ quan công quyền hoànthành tốt nhiệm vụ được giao

- Ứng dụng GPS trong lĩnh vực môi trường

Nếu từ trước đến giờ cơ quan quản lý không nắm được các xe bồn chở bao nhiêumét khối bùn thải, trên đường đi xe dừng lại ở đâu, bao nhiêu phút, có đổ trộm bùnthải hay không thì sau này việc đó sẽ không còn Môi chủ nguồn thải đều được quản lýbằng chứng từ điện tử, các chủ vận chuyển sẽ biết được xe của mình ở đâu, làm gìthông qua thẻ điện tử và hệ thống định vị toàn cầu

- Ứng dụng GPS trong lĩnh vực tài nguyên thiên nhiên

Thế giới chúng ta đang sống không ngừng thay đổi Bảo vệ môi trường và giữgìn những nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày nay đang trở thành vấn đề quan trọnghơn bao giờ hết Đây cũng chính là lý do tại sao rất nhiều các cơ quan tổ chức và cánhân trên toàn thế giới lựa chọn sử dụng các công nghệ GPS tiên tiến của Trimblehàng ngày, để quản lý một cách có hiệu quả hơn nguồn tài nguyên thiên nhiên hiện có

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID

2.1 Giới thiệu chung về hệ điều hành android

Android là một hệ điều hành di động dựa trên nền tảng linux phiên bản 2.6 dànhcho các dòng điện thoại SmartPhone Đầu tiên được ra đời bởi công ty liên hợpAndroid, sau đó được Google mua lại và phát triển từ năm 2005 và trở thành một hệđiều hành di động mã nguồn mở, miễn phí, mạnh mẽ và được ưa chuộng cao trên thếgiới.

Hệ điều hành android một hệ điều hành rất mạnh mạnh, có bảo mật cao, hỗ trợđược nhiều công nghệ tiên tiến như 3G, GPS, EDGE, Wifi., tương thích với nhiềuphần cứng, hỗ trợ nhiều loại bộ nhập dữ liệu như keyboard, touch và trackball.Android là hệ điều hành di động nên có khả năng kết nối cao với các mạng không dây

Hỗ trợ công nghệ OpenGL nên có khả năng chơi các phương tiện media, hoạt hìnhcũng như trình diễn các khả năng đồ họa khác cực tốt, là tiền đề để phát triển các ứngdụng có giao diện phức tạp chẳng hạn như là các trò chơi

Android liên tục được phát triển, mỗi bản cập nhật từ google là mỗi lần androidđược tối ưu hóa để hoạt động tốt hơn, nhanh và ổn định hơn, hỗ trợ thêm công nghệmới Chẳng hạn như theo một đánh giá thì android phiên bản 2.2 hoạt động nhanh hơnbản 2.1 tới 450% Hiện nay, phiên bản mới nhất 2.3 phát hành ngày 6/12/2010 và đangtiếp tục được cập nhật

Năm 2008, hệ điều hành android đã chính thức mở toàn bộ mã nguồn, điều đócho phép các hãng điện thoại có thể đem mã nguồn về tùy chỉnh, thiết kế lại sao chophù hợp với mỗi mẫu mã điện thoại của họ và điều quan trọng nữa là hệ điều hành mởnày hoàn toàn miễn phí, không phải trả tiền nên giúp họ tiết kiệm khá lớn chi phí pháttriển hệ điều hành Những điều đó là cực kỳ tốt không chỉ đối với các hãng sản xuấtđiện thoại nhỏ mà ngay cả với những hãng lớn như Samsung, HTC

Với Google, vì android hoàn toàn miễn phí, Google không thu tiền từ nhữnghãng sản xuất điện thoại, tuy không trực tiếp hưởng lợi từ android nhưng bù lại, nhữngdịch vụ của hãng như Google Search, Google Maps, nhờ có android mà có thể dễdàng xâm nhập nhanh vào thị trường di động vì mỗi chiếc điện thoại được sản xuất rađều được tích hợp hàng loạt dịch vụ của Google Từ đó hãng có thể kiếm bội, chủ yếu

là từ các nguồn quảng cáo trên các dịch vụ đó

Với các nhà phát triển ứng dụng (developers), việc hệ điều hành android được sửdụng phổ biến đồng nghĩa với việc họ có thể thoải mái phát triển ứng dụng trên nềnandroid với sự tin tưởng là ứng dụng đó sẻ có thể chạy được ngay trên nhiều dòng điệnthoại của các hãng khác nhau Họ ít phải quan tâm là đang phát triển cho điện thoạinào, phiên bản bao nhiêu vì nền tảng android là chung cho nhiều dòng máy, máy ảo

Java đã chịu trách nhiệm thực thi những ứng dụng phù hợp với mỗi dòng điện thoại

mà nó đang chạy Tất cả các chương trình ứng dụng được viết bằng ngôn ngữ Java kếthợp với XML nên có khả năng khả chuyển cao

Một số hãng sản xuất điện thoại có sử dụng hệ điều hành android tiêu biểu :

> HTC với các dòng Desire HD, Evo 4G, DROID ERIS, Desire z, Hero,Desire, Tattoo, Wildfire, Droid Incredible, Legend, Magic, GoogleNexus One, Dream, Aria, Paradise

> LG với các dòng GT540 optimus, optimus Chic E720, optimus OneP500, GW620, Optimus z, Optimus Q, KH5200 Andro-1, GW880,C710Aloha

> MOTOROLA với các dòng MILESTONE 2, BACKFLIP, DroidXTreme, MT710 ZHILING, MILESTONE, XT720 MOTOROI,A1680, XT800 ZHISHANG, DEFY, CHARM, XT806

> SAMSUNG với các dòng máy 19000 Galaxy s, Galaxy Tab, Epic 4G,Ì5510, 15500 Galaxy 5, 17500 Galaxy, 15800 Galaxy 3, M110SGalaxy s, I6500U Galaxy, Galaxy Q, 15700 Galaxy spica, 18520Galaxy Beam, 1909 Galaxy s

> SONY : XPERIA X10, XPERIA X10 mini, XPERIA X8

> ACER với các dòng máy beTouch T500, Liquid E, Stream, Liquid,beTouch Elio, beTouch E130, beTouch E400, beTouch E120, LiquidMetal

> Ngoài ra còn nhiều hãng điện thoại vừa và nhỏ khác nữa cũng sử dụng

hệ điều hành android trong sản phẩm của mình

2.2 Kiến trúc hệ điều hành Android

Hệ điều hành android có 4 tầng từ dưới lên trên là tầng hạt nhân Linux (Phiênbản 2.6), tầng Tầng Libraries & Android runtime , Tầng Application Framework và

trên cùng là tầng Application.

Hình 2.1 Kiến trúc hệ điều hành android

2.2.1 Tầng hạt nhân Linux (Linux Kemel layer)

Hệ điều hành android được phát trển dựa trên hạt nhân linux, cụ thể là hạt nhânlinux phiên bản 2.6, điều đó được thể hiện ở lóp dưới cùng này Tất cả mọi hoạt độngcủa điện thoại muốn thi hành được thì đều được thực hiện ở mức cấp thấp ở lớp nàybao gồm quản lý bộ nhớ (memory management), giao tiếp với phần cứng (drivermodel), thực hiện bảo mật (security), quản lý tiến trình (process)

Tuy được phát triển dựa vào nhân linux nhưng thực ra nhân linux đã được nângcấp và sửa đổi rất nhiều để phù hợp với tính chất của những thiết bị cầm tay như hạnchế về bộ vi xử lý, dung lượng bộ nhớ, kích thước màn hình, nhu cần kết nối mạngkhông dây

Tầng này có các thành phần chủ yếu :

> Display Driver : Điều khiển việc hiển thị lên màn hình cũng như thunhận những điều khiển của người dùng lên màn hình (di chuyển, cảmứng )

> Camera Driver : Điều kiến hoạt động của camera, nhận luồng dữ liệu

từ camera trả về

> Bluetooth Driver : Điều khiển thiết bị phát và thu sóng Bluetooth

> USB driver : Quản lý hoạt động của các cổng giao tiếp USB

> Keypad driver : Điều khiển bàn phím

> Wifi Driver : Chịu trách nhiệm về việc thu phát sóng wifi

> Audio Driver : điều khiển các bộ thu phát âm thanh, giải mã các tínhhiệu dạng audio thành tín hiệu số và ngược lại

> Binder IPC Driver : Chịu trách nhiệm về việc kết nối và liên lạc vớimạng vô tuyến như CDMA, GSM, 3G, 4G, E để đảm bảo những chứcnăng truyền thông được thực hiện

> M-System Driver : Quản lý việc đọc ghi lên các thiết bị nhớ như thẻ

SD, flash

> Power Madagement: Giám sát việc tiêu thụ điện năng

2.2.2 Tầng Library và android runtime

Phần này có 2 thành phần là phần Library và Android Runtime

a Phần Libraries Phần này có nhiều thư viện được viết bằng C/C++ để các phầnmềm có thể sử dụng, các thư viện đó được tập hợp thành một số nhóm như :

- Thư viện hệ thống (System c library) : thư viện dựa trên chuẩn c, được sửdụng chỉ bởi hệ điều hành

- Thư viện Media (Media Libraries) : Có nhiều codec để hỗ trợ việcphát vàghi các loại định dạng âm thanh, hình ảnh, video thông dụng

- Thư viện web (LibWebCore) : Đây là thành phần để xem nội dung trên web,được sử dụng để xây dựng phần mềm duyệt web (Android Browse) cũngnhư để các ứng dụng khác có thể nhúng vào Nó cực kỳ mạnh, hỗ trợ đượcnhiều công nghệ mạnh mẽ như HTML5, JavaScript, CSS, DOM, AJAX

- Thư viện SQLite : Hệ cơ sở dữ liệu để các ứng dụng có thể sử dụng

b Phần Android runtime

Phần này chứa các thư viện mà một chương trình viết bằng ngôn ngữ Java có thểhoạt động Phần này có 2 bộ phận tương tự như mô hình chạy Java trên máy tínhthường Thứ nhất là các thư viện lõi (Core Library) , chứa các lớp như JAVA 10,Collections, File Access Thứ hai là một máy ảo java (Dalvik Virtual Machine) Mặc

dù cũng được viết từ ngôn ngữ Java nhưng một ứng dụng Java của hệ điều hànhandroid không được chạy bang JRE của Sun (nay là Oracle) (JVM) mà là chạy bằngmáy ảo Dalvik do Google phát triển

2.2.3 Tầng Application Framework

Tầng này xây dựng bộ công cụ - các phần tử ở mức cao để các lập trình viên cóthể nhanh chóng xây dựng ứng dụng Nó được viết bằng Java, có khả năng sử dụngchung để tiết kiệm tài nguyên

Đây là một nền tảng mở, điều đó có 2 điều lợi:

- Với các hãng sản xuất điện thoại : Có thể tùy biến để phù hợp với cấu hình điệnthoại mà họ sản xuất cũng như để có nhiều mẫu mã, style hợp thị hiếu ngườidùng Vì thế nên tuy cùng chung nền tảng android mà điện thoại của Google cóthể khác hẳn với Motorola, HTC, T-Mobile, Samsung

- Với lập trình viên : Cho phép lập trình viên có thể sử dụng các API ở tầng trên

mà không cần phải hiểu rõ cấu trúc bên dưới, tạo điều kiện cho lập trình viên tự

do sáng tạo bởi vì chỉ cần quan tâm đến nội dung mà ứng dụng họ làm việc.Một tập hợp API rất hữu ích được xây dựng sẵn như hệ thống định vị, các dịch

vụ chạy nền, liên lạc giữa các ứng dụng, các thành phần giao diện cấp cao

2.2.4 Tầng Aplication

Đây là lớp ứng dụng giao tiếp với người dùng, bao gồm các ứng dụng như :

- Các ứng dụng cơ bản, được cài đặt đi liền với hệ điều hành là gọiđiện(phone), quản lý danh bạ(Contacts), duyệt web (Browser), nhắn tin (SMS),lịch làm việc (Calendar), đọc e-mail (Email-Client), bản đồ (Map), quay phimchụp ảnh (camera)

- Các ứng dụng được cài thêm như các phần mềm chứng khoán (Stock), cáctrò chơi (Game), từ điển

2.3 Hệ thống tập tin trên hệ điều hành Android

Trong phạm vi một bài tìm hiểu về hệ điều hành, em chỉ xin tìm hiểu rõ một vấn

đề của hệ điều hành android đó là vấn đề quản lý hệ thống tập tin Phần này có điểmthuận lợi để tìm hiểu đó là vì được phát triển từ nhân linux nên hệ thống tập tin trênandroid cực kỳ giống hệ thống tập tin trên linux như là về cách tổ chức, những quyềnhạn của người sử dụng lên file

2.3.1 Tổng quan về hệ thống file trên Android

- Trong android, các file được tổ chức thành các thư mục, theo mô hình phân cấp.Tham chiếu đến một file bằng tên và đường dẫn Các câu lệnh thao tác file cho phépthực hiện các chức năng như dịch chuyển, sao chép toàn bộ thư mục cùng với các thưmục con chứa trong nó

- Có thể sử dụng các ký tự, dấu gạch dưới, chữ số, dấu chấm và dấu phảy để đặttên file Không được bắt đầu một tên file bằng dấu chấm hay chữ số Những ký tựkhác như ‘/’, ‘?’, ‘*’là ký tự đặc biệt được dành riêng cho hệ thống Chiều dài của tênfile có thể tới 256 ký tự Trong hệ điều hành android có sự phân biệt tên file chữ hoa

và chữ thường, điều đó có nghĩa là trong cùng 1 thư mục có thể tồn tại những file cótên là File, FILE, file., và chúng là những file khác nhau

- Tất cả các file trong android có chung cấu trúc vật lý là chuỗi các byte (bytestream), cấu trúc thống nhất này cho phép android áp dụng khái niệm file cho mọithành phần dữ liệu trong hệ thống Thư mục cũng như các thiết bị được xem như file.Chính việc xem mọi thứ như các file cho phép android quản lý và chuyển đổi dữ liệumột cách dễ dàng Một thư mục chứa các thông tin về thư mục, được tổ chức theo mộtđịnh dạng đặc biệt Các thành phần được xem như các file, chúng được phân biệt dựatrên kiểu file: ordinary file, directory file, character device file, và block device file

2.3.2 Các kiểu file trên Android

- Trong nhiều hệ điều hành như window, người ta phân biệt rõ file (tập tin) vàfolder (hay directory : thư mục) là 2 thành phần khác hẳn nhau Tuy nhiên trên hệ điềuhành android (cũng như linux) thì coi directory cũng là file và nó là một loại file đặcbiệt Thực tế còn một số loại file nừa có thể liệt kê theo bảng sau :

Bảng 2-1 Bảng liệt kê một sổ kiểu file trong Linux

Chữ cái biêu diên Kiểu file

d Thư mục (Directory)

b File kiểu khối (block-type special file)

c File kiêu ký tự (character-type special file)

1 Liên kết tượng trưng (symbolic link)

p File đường ống (pipe)

- File bình thường (regular file)

2.4 Cây thư mục trên hệ điều hành Android.

Thư mục (hay có thể gọi là file) root là thư mục gốc của tất cả các file thư mụccòn lại Dưới nó có chứa một so file thư mục hệ thống Mỗi thư mục (trừ thư mục root)đều có một thư mục cha chứa nó, bản thân nó cũng có thể có nhiều file thư mục con.cấu trúc đó có thể mô tả bằng một cây thư mục có dạng như sau :

Hình 2.2 Cấu trúc cây thư mục hệ điều hành Android

Giới thiệu một vài thư mục tiêu biểu :

- /(root): Là thư mục gốc Là thư mục duy nhất không có thư mục cha

- /mnt: thư mục chứa thiết bị lưu động (removeable)

- /system : chứa những thành phần cơ bản nhất của hệ thống

- /ect: chứa những file cấu hình của hệ thống, nó cực kỳ quan trọng vì sự hoạtđộng của hệ thống đều bị chi phối ở những file cấu hình này

- /system/lost+found : chứa những tập tin bị mất lúc khởi động máy

- /system/font: chứa những font chữ hiển thị được

- /system/lib : chứa các thư viện để các phần mềm hoạt động (các phần mềm viết bằng ngôn ngữ java)

- /system/app : chứa các file apk của phần mềm (Các file cài đặt ứng dụng, kiểunhưMSI trong window hay dev trong Linux)

- /system/bin : Chứa các chương trình nội trú của hệ thống

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG GPS

3.1 Tổng quan.

Ý tưởng của khóa luận tốt nghiệp này là xây dựng một hệ thống giám sát cácthiết bị tích hợp GPS chạy trên nhiều hệ điều hành Android để lấy tọa độ GPS gửi vềWeb Server thông qua mạng di động bằng giao thức TCP/IP

Hoạt động của hệ thống quản lý chủ yếu dựa trên phần mềm được viết trên nềncủa thiết bị đó Với khóa luận này em thực hiện trên nền Android và thiết bị được sửdụng là smartphone cần có những tính năng sau:

• Smartphone có hỗ trợ GPS

• Smartphone phải chạy hệ điều hành Android 2.2 trở lên

• Smartphone đã đăng ký dịch vụ GPRS hay 3G của nhả cung cấp thông tin diđộng

3.2 Sơ đồ khối hệ thống.

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống

3.3 Sơ đồ giải thuật cho hệ thống

YES YES

NONO

Nhấn nút VỊTRÍ CỦA TÔI

Gửi dữ liệu về Sever

YES

GPS kíchhoạt

YES

Cập nhật vịtrí trên Server

Cập nhật vị trí trên bản đồ và hiển thị

Kết thúc

3.4 Vận hành

Quá trình vận hành của hệ thống có thế tóm tắt như sau:

• Đầu tiên, người giám sát phải cài một phần mềm được viết trên nền Android lênsmartphone Phần mềm được viết trên nền Android , nên tất cả các smartphone chạycác hệ điều hành này đều cài đặt thành công một cách dễ dàng

• Sau khi cài đặt xong, người dùng phải cho phần mềm này chạy trên smartphone.Với một giao diện trực quan, người giám sát sẽ sử dụng một cách dễ dàng.Cần chú ý

là smartphone đã được cài đặt thành công dịch vụ GPRS/3G Và một điểm hết sứcquan trọng là khi bật chương trình lên, người dùng phải đợi đến khi smartphone fixđược vị trí với các vệ tinh Khi đó các dữ liệu về tọa độ sẽ hiển thị trên màn hình

• Công đoạn cuối cùng ở smartphone là nhấn nút “THEM BAN”, nút này có chứcnăng liên tục gửi dữ liệu tọa độ hiển thị trên màn hình của smartphone về máy chủ

• Dữ liệu được chuyển về máy chủ thông qua dịch vụ vô tuyến GPRS/3G ở phíamáy chủ, dữ liệu sẽ được lưu lại vào cơ sở dữ liệu Do đó hệ thống cần mộtWebservice Trang Web này có chức năng truy cập vào cơ sở dữ liệu của máy chủ đếhiến thị cho người giám sát biết được vị trí của smartphone

• Người giám sát đơn giản chỉ cần một smartphone có kết nối với Internet là đã cóthể giám sát được vị trí của smartphone kia, hoặc người giám sát có thể sử dụng máytính có kết nối Internet bằng cách truy cập vào localhost của webservice sẽ biết đượcchính xác tọa độ của vị trí smartphone kia

3.5 Ứng dụng gps trên điện thoại Smartphone

Ngày nay các ứng dụng trên chiếc điện thoại di động nhỏ bé ngày càng lớn dần,

và phục vụ ngày càng nhiều nhu cầu phức tạp của con người Chỉ với một chiếcMobile đơn lẻ thì ta chỉ đơn giản là gọi điện, gửi tin, lướt web nhưng khi chúng takết hợp nó với các ứng dụng khác đặc biệt với hệ thống định vị toàn cầu GPS, vớicông nghệ của bán đồ số thì ứng dụng của nỏ có “sức mạnh” của nó tăng lên gấp bội

Sự kết hợp của 3 thành phần: Mobile, GPS, và Digital Map đã tạo ra các dịch vụ ứngđụng định vị LBS (Location Base Services) đầy tiềm năng

Hình 3.3 Mô hình kết hợp Mobile,GPS,DigitalMap

Công nghệ GIS (Geographic Information Systems) nói chung và công nghệ bản

đồ số nói riêng cùng các kỹ thuật định vị đang mở rộng các ứng đụng truyền thốngsang các ứng dụng dựa trên vị trí Thông qua việc tích hợp các công nghệ này vào thiết

bị di động cho phép các nhà khai thác cung cấp rất nhiều các ứng dụng khác nhau chokhách hàng khi đã xác định được vị trí của họ Hầu hết các dự báo về tiềm năng củaLBS cho rằng dịch vụ này sẽ thu lại khoảng 7 đến 8 triệu USD trong vòng 4 năm tới

Do vậy một số Các nhà khai thác dịch vụ di động rất quan tâm đến các vấn đề kinh tế,

kỹ thuật khi triển khai dịch vụ này trên mạng của họ

3.6 Một số dịch vụ dựa trên vị trí.

Chúng ta có thể điểm qua một số dịch vụ dựa trên vị trí LBS:

• Dịch vụ thông tin dựa trên vị trí (Location based information services)

• Tính cước theo vi tri địa lý (Location sensitive billing),

• Các dịch vụ khẩn cấp (Emergency services)

• Dịch vụ dò tìm (Tracking)