HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÀ CẢNH BÁO UYET LƠ BẰNG GPS
LOGO THỐNG KÊ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT MÔI TR ƯỜNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÀ CẢNH BÁO CÁC TUYẾN ĐƯỜNG LỞ TUYẾT TẠI THỜI GIAN THỰC BẰNG GPS GVHD: HVTH: NỘI DUNG GIỚI THIỆU BÀI BÁO GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ 44 MÔ TẢ THỰC NGHIỆM – CHUẨN BỊ DỮ LIỆU CÁC LỖI HỆ THỐNG KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM KẾT LUẬN GIỚI THIỆU BÀI BÁO MỤC TIÊU BÀI BÁO Nghiên cứu trình bày phát triển ứng dụng HT đưa tin nhắn văn tin việc thực ứng dụng thiết bị GPS nhắn thoại khác cảnh báo cho du cầm tay để xem đồ, định vị, theo dõi thông báo khách tùy thuộc vào vị trí du cho người dùng vị trí có nguy lở tuyết gần khách vị trí tuyến đường có nguy c s t lở GIỚI THIỆU BÀI BÁO KHU VỰC NGHIÊN CỨU Hình Tổng quan khu vực đồ với hình ảnh v ệ tinh Cartosat-1 c khu v ực nghiên c ứu, ến đ ường v ị trí s ạt l ghi nhận TN Khu vực khảo sát phần đường cao tốc Manali Dhundi Himachal Pradesh, Ấn Đ ộ (15/2/2012 25/2/2012) GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS hệ thống cung cấp khả xác định vị trí người dùng nơi bề mặt trái đất Có hai hệ thống: hệ thống NAVSTAR GLONASS Hệ thống NAVSTAR HT Mỹ sở hữu Bộ Quốc phòng Mỹ giám sát Hệ thống GLONASS hệ thống thuộc quyền sở hữu Nga Cả hai hệ thống hệ thống định vị toàn cầu NAVSTAR thường đề cập với tên gọi GPS hệ thống tồn trước GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ CƠ SỞ ĐỊNH VỊ TRONG HỆ THỐNG GPS GPS sử dụng tập điểm biết trước toạ độ để tính tọa độ điểm cần xác định GPS sử dụng phương pháp khác biệt Máy thu đo khoảng cách từ đến vệ tinh sử dụng thông tin để xác định vị trí Hình Nguyên lý định vị vệ tinh GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS cấu thành từ mảng: CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPS Mảng vệ tinh không gian nhận thông tin từ trạm điều khiển mặt đất phát tín hiệu vô tuyến có tần số 1.5 Ghz Mảng trạm điều khiển mặt đất quan trắc vệ tinh, tính toán thông số quỹ đạo, thông số hiệu ch ỉnh đồng hồ phát thông tin cập nhật lệnh điều khiển tới vệ tinh Mảng máy thu thu thập liệu từ vệ tinh để tính toạ độ Hình Cấu trúc hệ thống GPS GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DÀNH CHO NGƯỜI ĐI BỘ Các hệ thống định vị biết đến nhiều nhất: hệ thống định vị xe Tuy nhiên, hệ thống định vị cho người (PNSs) tiến thực nhiều nghiên cứu, đạt số thành tựu bật bên cạnh có khó khăn: Khó khăn hệ thống phát triển PNS để hướng dẫn người dân khu vực khác nhau, đ ặc biệt vùng đồi núi phủ tuyết Sự khác biệt hệ thống định vị xe PNS mức độ di chuyển chuyển động ng ười có mức độ tự cao chuyển động xe Một điểm khác biệt sẵn có liệu cho định vị Hệ thống định vị xe có liệu mạng lưới đường có độ phân giải tốt có đồ để định vị PNS không MÔ TẢ THỰC NGHIỆM – CHUẨN BỊ DỮ LIỆU CHUẨN BỊ DỮ LIỆU Bảng Các vị trí sạt lở khu vực nghiên cứu với tất thuộc tính (Báo cáo SASE đề án giảm nhẹ rủi ro s ạt lở, 2010) Avalanche Length of Formation Zone Road-affected Past occurrences site avalanche path Area (ha) Length (m) (number of times) (m) Avl Site 1610 5.7 600 Avl Site 889 3.0 50 Data not available Avl Site 130 42.2 100 Tất vị trí lập thành đồ việc sử dụng phương pháp kết hợp Hầu hết vụ lở tuyết Avl Site 783 8.6 500 Avl Site 1530 19.4 350 khu vực thường xuyên xảy bị kích hoạt năm MÔ TẢ THỰC NGHIỆM – CHUẨN BỊ DỮ LIỆU CHUẨN BỊ DỮ LIỆU Trong trình thử nghiệm, hầu hết diện tích nghiên cứu phủ tuyết, ết dày 2-3 m nhiệt đ ộ không khí h ầu h ết 0°C Hệ thống sử dụng thiết bị GPS cầm tay (GIS eXplorist Pro 10 GPS) theo dõi vị trí, thực ứng dụng để phân tích chế độ thời gian thực hiển thị kết dạng vị trí tình trạng đường Hình (a) Thiết bị GPS cầm tay sử dụng đ ể xác đ ịnh vị trí, ch ạy ứng d ụng hi ển th ị k ết qu ả (b) Hình ảnh đ ịnh v ị th nghi ệm th ực t ế c hệ thống đề xuất CÁC LỖI HỆ THỐNG LỖI TRONG VIỆC XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ σUERE = (2) Trong đó: σclock độ lệch chuẩn từ lỗi đồng hồ vệ tinh σephemeris độ lệch chuẩn từ lỗi thiên văn vệ tinh σiono độ lệch chuẩn từ cản trở tầng điện ly σtropo độ lệch chuẩn từ cản trở tầng đối lưu σrec-noise độ lệch chuẩn từ tiếng ồn tiếp nhận σmultipath độ lệch chuẩn từ nhiều đường truyền CÁC LỖI HỆ THỐNG LỖI TRONG VIỆC XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ GDOP = (3) PDOP = (4) HDOP = (5) VDOP = TDOP = (6) (7) Trong đó, σx, σy σz độ lệch chuẩn lỗi tương ứng thành phần trục x, trục y z σ t độ lệch chuẩn sai số thời gian ghi nhận Các HDOP tham số phù hợp ứng dụng hành vị trí hai chiều (2-D) du khách CÁC LỖI HỆ THỐNG LỖI TRONG VIỆC XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ Căn bậc khoảng cách (DRMS) DRMS = (8) 2DRMS = x DRMS (9) Xác suất sai số dạng đường tròn (CEP) CEP = ( (10) CEP đề cập đến bán kính đường tròn 50% phép đo thực đ ược Tương tự nh vậy, DRMS 2DRMS đề cập đến khu vực có tương ứng 65% 95% phép đo thực CÁC LỖI HỆ THỐNG LỖI TRONG HỆ CSDL GIS Trong ứng dụng này, độ xác 2-D (trong mặt phẳng XY) đ ược mong mu ốn, v ậy hình ảnh đ ược ều ch ỉnh sáu v ị trí GCP biết đến Hình ảnh sử dụng làm đồ sở để định vị, lỗi hình ảnh không ảnh hưởng trực tiếp đến việc định vị Định vị thực liệu tuyến đường lở tuyết báo cáo trước đó, l ỗi d ữ liệu ến đ ường ết lở làm suy giảm hiệu suất hệ thống CÁC LỖI HỆ THỐNG LỖI DO TỐC ĐỘ CẬP NHẬT CỦA HT VÀ TỐC ĐỘ DI CHUYỂN CỦA NGƯỜI DÙNG Nếu khoảng thời gian cập nhật hệ thống ∆t (s) tốc đ ộ du khách v (m/s), l ỗi c ập nh ật t ối đa (MaxUPER) đưa theo phương trình: MaxUPER = v x ∆t (11) Các lỗi MaxUPER cao du khách di chuyển tốc đ ộ nhanh h ơn t ốc đ ộ c ập nh ật h ệ th ống, so v ới l ỗi đo đ ạc v ị trí GPS Điều tăng tổng lỗi vượt giới hạn làm cho hệ thống không sử dụng Phân tích tối thiểu hóa MaxUPER cần thiết cho hiệu su ất tốt h ơn h ệ th ống có th ể s d ụng đ ược Trong nghiên cứu này, nhiều Δt (1s, 5s, 10s, 15s, 20s, 25s 30s) đ ược thử nghiệm với tốc đ ộ theo dõi khác (0.2m/s – 12m/s) để phân tích MaxUPER KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM Quỹ đạo theo đường tham chiếu (hình 5) - Tất thử nghiệm theo đường phạm vi 0.5 – 2.5m dọc theo phần đường thẳng hay đường phẳng - Tốc độ du khách thử nghiệm khác (0.25 m/s đến 1.4 m/s) tốc độ cập nhật hệ thống 5s Hình Quỹ đạo định vị toàn ến đường nghiên cứu đ ược đ ịnh v ị th nghiệm 10 12 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM Để phân tích độ xác vị trí GPS, số vị trí cố định thu thập khu vực khoảng 5h sử dụng GPS đề xuất CEP tập liệu 1.48 m DRMS 2DRMS tương ứng 1.83 3.66 Điều cho thấy 95% phép đo vị trí nằm 3.66 m so với vị trí cố định Hình Đồ thị phân tán vị trí điểm riêng lẻ vùng c ố đ ịnh m ột khu v ực m với CEP (xác suất 50%), DRMS (xác su ất 65%) 2DRMS (xác su ất 95%) KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM Hình 10 Phân tích thống kê phép đo l ỗi s ự ph ụ thu ộc c chúng vào s ố l ượng v ệ tinh có s ẵn đ ể ước tính v ị trí t ốc đ ộ c du khách (a) (b) liệu thử nghiệm HDOP VDOP; (c) (d) s ự dao đ ộng trung bình ph ạm vi c HDOP VDOP v ới s ố l ượng v ệ tinh có s ẵn; (e) (f) s ự dao động trung bình phạm vi HDOP VDOP v ới t ốc đ ộ c du khách KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM Hình 11 cho thấy thay đổi UPER với tốc độ di chuyển khác tốc độ cập nhật khác (t) để HT sử dụng được, tốc độ di chuyển tốc độ cập nhật nên điều chỉnh để MaxUPER ≤ 2m Hình 11 Sự thay đổi lỗi tốc độ cập nhật (UPER) với tốc đ ộ cập nh ật khác (t) c HT t ốc đ ộ c du khách KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM Sau phân tích vị trí đo từ GPS, quỹ đ ạo khác c th nghi ệm MaxUPER, hi ệu su ất c h ệ th ống đ ược phân tích để xác định vị trí sạt lở thời gian th ực tin nhắn văn tin nhắn thoại khác (d ựa 10 vùng đa giác sạt lở vùng đệm khu vực nghiên cứu thực báo cáo SASE) HT tạo cảnh báo tình trạng ‘bên tuyến đ ường sạc lở’ Khoảng cách trung bình khoảng cách tối thiểu điểm th ực t ế ểm đ ược tiên đoán c vùng s ạt l khoảng tương ứng từ m - m m - m Vùng đệm m xung quanh vùng đa giác tuyết lở đ ược sử dụng thay vùng đ ệm m, đ ể mà c ảnh báo tình tr ạng ‘đang tiến vào vùng sạc lở’ tạo hệ thống trước vào khu vực sạt lở KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM Hình 12 (a) Cập nhật trạng thái “con đường an toàn” ghi nhận hệ thống; (b) Cảnh báo trạng thái “đang tiến vào vùng tuyết lở” với chi tiết vùng tuyết lở; (c) Cảnh báo trạng thái “đang đường tuyết lở” với chi tiết vùng tuyết lở; (d) Cập nhật trạng thái “ra khỏi đường tuyết lở” với chi tiết vùng tuyết lở KẾT LUẬN Bài báo đề xuất thiết kế phát triển cảnh báo sạt l h ệ th ống ều h ướng b ằng cách th ực hi ện ứng dụng tùy chỉnh cầm tay GPS (eXplorist Pro 10) Các hoạt động GPS tình trạng tuyến đường khác xem xét Sự phụ thuộc HDOP VDOP vào số lượng vệ tinh có s ẵn đ ể d ự toán v ị trí đ ược giám sát V ới s ố l ượng v ệ tinh ngày tăng, giá trị phép đo lại giảm, phép đo với sáu nhiều vệ tinh phù h ợp xác h ơn Tốc độ du khách không tác động đáng kể lên độ xác định vị GPS Ảnh hưởng UPER tính xác tổng thể hệ thống phân tích T ốc đ ộ cập nh ật t ốc đ ộ du khách y ếu t ố r ất quan trọng việc xác định ảnh hưởng UPER Trong nhiều thử nghiệm, hệ thống xác định vùng đa giác tuyết l với sai số trung bình từ 2-3 m sai s ố tối đa 5-7 m Vì vậy, cách lấy kích thước vùng đệm thích h ợp, h ệ th ống có th ể h ướng d ẫn du khách t ại khu v ực mi ền núi nh m ột công c ụ cảnh báo điều hướng KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Sanjay Kumar Dewali, Jagdish Chandra Joshi, Ashwagosha Ganju & Snehmani, A GPS-based real-time avalanche path warning and navigation system, 2013 Kaplan, Elliott D, Understanding GPS: principles and applications, 2005 THANKS FOR YOUR ATTENTION!!! ... độ Hình Cấu trúc hệ thống GPS GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DÀNH CHO NGƯỜI ĐI BỘ Các hệ thống định vị biết đến nhiều nhất: hệ thống định vị xe Tuy nhiên, hệ thống định vị cho... Mỹ giám sát Hệ thống GLONASS hệ thống thuộc quyền sở hữu Nga Cả hai hệ thống hệ thống định vị toàn cầu NAVSTAR thường đề cập với tên gọi GPS hệ thống tồn trước GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ... VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS hệ thống cung cấp khả xác định vị trí người dùng nơi bề mặt trái đất Có hai hệ thống: hệ thống NAVSTAR GLONASS Hệ thống NAVSTAR HT Mỹ sở hữu Bộ Quốc phòng Mỹ giám sát Hệ