CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT VÀ QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG GPS TRACKING
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO MÔN HỌC GIAO THÔNG THÔNG MINH Tên đề tài: CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT VÀ QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG GPS TRACKING GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PHÙNG VĂN ỔN SINH VIÊN THỰC HIỆN: BÙI TUẤN ĐẠT NGÔ TRÀ GIANG LÊ HƯƠNG QUỲNH DƯƠNG TIẾN THƯỞNG VŨ XUÂN TIỆP LỚP: 66DCHT21 HÀ NỘI 2017 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS I – LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN II – CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPS .3 Phần không gian (space segment) Phần điều khiển (control segment) Phần người sử dụng III – CÁC THẾ HỆ VỆ TINH VÀ MẠNG LƯỚI VỆ TINH GPS HIỆN TẠI Các hệ vệ tinh Mạng lưới vệ tinh GPS IV – CẤU TRÚC TÍN HIỆU GPS Tần số Các thông tin điều biến Các loại sóng tải hệ thống GPS Các thông báo vệ tinh .8 Độ xác dự báo đo khoảng cách (URE) V – CÁC TRỊ ĐO GPS CHƯƠNG II – CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VÀ GIÁM SÁT PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG GPS TRACKING 10 I – CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG GPS TRACKING 10 Mơ hình hệ thống GPS tracking 10 Các chức 11 II – CÁC PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GPS TRACKING 12 Hoạt động offline 12 Hoạt động online 12 III – MÁY THU ĐỊNH VỊ VỆ TINH GPS 13 Phân loại .13 Cấu trúc hoạt động 13 IV – HỆ THỐNG GPS TRACKING KẾT HỢP KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN BẰNG SÓNG RADIO VHF/UHF 15 Mơ hình hệ thống 15 Cấu hình hoạt động 15 Chức .16 V – HỆ THỐNG GPS TRACKING KẾT HỢP THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 17 Mơ hình hệ thống 17 Cấu hình hoạt động 18 Các thiết bị 19 CHƯƠNG III - ỨNG DỤNG GPS VÀO VIỆT NAM 23 I – MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG 23 II – ƯU THẾ 24 KẾT LUẬN 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 LỜI NÓI ĐẦU Trong lịch sử ngành vận tải giới, việc tìm giải pháp quản lý trao đổi thông tin xe, tài xế với trung tâm điều hành chưa công việc dễ dàng Hiện nhờ có phát triển công nghệ thông tin với bước tiến mạnh mẽ ngành viễn thơng giúp đơn giản hóa nhiều khó khăn thơng qua hệ thống định vị toàn cầu GPS Cùng với thời gian cơng nghệ GPS ngày phát triển hồn thiện theo chiều hướng xác, hiệu thuận tiện Với mục đích nghiên cứu nhánh phát triển công nghệ GPS lĩnh vực giám sát quản lý phương tiện giao thông, chúng em đề xuất phép nghiên cứu đề tài “Công nghệ giám sát quản lý phương tiện giao thông GPS tracking” Hiện nay, hệ thống bắt đầu xuất Việt Nam với giải pháp GPS Tracking Hệ thống GPS Tracking cho phép người sử dụng thông qua máy tính điện thoại di động quan sát gần trực tuyến thông số đội xe di chuyển đường vị trí, vận tốc, hướng di chuyển, tình trạng tốc độ, nhiệt độ, đường nguy hiểm phía trước… đồ số chi tiết 64 tỉnh thành ngồi hành trình xe lưu lại để mô lại sau tạo lập báo cáo phân tích thống kê, phục vụ cho công tác giám sát quản lý phương tiện giao thông chủ doanh nghiệp CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS I – LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Hệ thống định vị toàn cầu GPS (NAVSTAR GPS – Navigation Satellite Timing and Ranging Global Poritioning System) hệ thống vệ tinh có khả xác định vị trí tồn cầu với độ xác cao phát triển quốc phòng Hoa Kỳ khoảng đầu 1970 Đầu tiên, GPS xây dựng để phục vụ cho mục đích quân sự, nhiên sau cho phép sử dụng lĩnh vực dân Hiện nay, hệ thống truy nhập hai lĩnh vực quân dân GPS bao gồm mạng lưới 24 vệ tinh hoạt động Mạng lưới thức hồn thành vào ngày 08/12/1993 Để đảm bảo vùng phủ sóng liên tục tồn giới, vệ tinh GPS xếp cho vệ tinh nằm mặt phẳng quỹ đạo Với cách xếp có đến 10 vệ tinh nhìn thấy điểm trái đất với góc ngẩng 100 thực tế cần vệ tinh cung cấp đầy đủ thơng tin vị trí Các quỹ đạo vệ tinh GPS đường vòng, có dạng elip với độ lệch tâm cực đại 0.01, nghiêng khoảng 550 so với đường xích đạo Độ cao vệ tinh so với bề mặt trái đất khoảng 20.200 km, chu kỳ quỹ đạo vệ tinh GPS khoảng 12 (11 58 phút) Hệ thống GPS thức tuyên bố có khả vào hoạt động vào ngày 17/07/1995 với việc đảm bảo có tối thiểu 24 vệ tinh hoạt động Trong thực tế, để GPS có khả hoạt động tốt, số lượng vệ tinh mạng lưới GPS phải luôn nhiều 24 vệ tinh II – CẤU TRÚC HỆ THỐNG GPS GPS gồm phân vùng: Phần không gian (space segment) Phần điều khiển (control segment) Phần người sử dụng (user segment) Mơ hình ba thành phần GPS hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ liên quan ba phần GNSS (GPS) Phần không gian (space segment) Phần không gian GPS bao gồm 24 vệ tinh nhân tạo (được gọi satellite vehicle, tính đến thời điểm 1995) Quỹ đạo chuyển động vệ tinh nhân tạo xung quanh trái đất quỹ đạo elip, 24 vệ tinh nhân tạo chuyển động mặt phẳng quỹ đạo Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh GPS nghiêng so với mặt phẳng xích đạo góc 55º Quỹ đạo vệ tinh gần hình tròn, độ cao 20.200 km, chu kỳ 718 phút, thời hạn sử dụng 7,5 năm Hình1.2 minh họa chuyển động vệ tinh xung quanh Trái Đất Hình 1.2 Chuyển động vệ tinh nhân tạo xung quanh Trái Đất Từ phóng vệ tinh GPS phóng vào năm 1978, đến hệ vệ tinh khác Thế hệ vệ tinh Block I, hệ thứ hai Block II, hệ thứ ba Block IIA hệ gần Block IIR Thế hệ cuối vệ tinh Block IIR gọi Block IIR-M Những vệ tinh hệ sau trang bị thiết bị đại hơn, có độ tin cậy cao hơn, thời gian hoạt động lâu Phần điều khiển (control segment) Phần điều khiển để trì hoạt động tồn hệ thống GPS hiệu chỉnh tín hiệu thơng tin vệ tinh hệ thống GPS Phần điều khiển có trạm quan sát có nhiệm vụ sau: Giám sát điều khiển hệ thống vệ tinh liên tục Quy định thời gian hệ thống GPS Dự đoán liệu lịch thiên văn hoạt động đồng hồ vệ tinh Cập nhật định kỳ thông tin dẫn đường cho vệ tinh cụ thể Có trạm điều khiển (Master Control Station) Colorado Springs bang Colarado Mỹ có trạm giám sát (monitor stations) trạm angten mặt đất dùng để cung cấp liệu cho vệ tinh GPS Bản đồ Hình 1.3 cho biết vị trí trạm điều khiển giám sát hệ thống GPS Gần có thêm trạm phụ Cape Cañaveral (bang Florida, Mỹ) mạng quân phụ (NIMA) sử dụng để đánh giá đặc tính liệu thời gian thực Hình 1.3 Vị trí trạm điều khiển giám sát hệ thống GPS Phần người sử dụng Phần người sử dụng bao gồm máy thu tín hiệu vệ tinh phần mềm xử lý tính tốn số liệu, máy tính thu tín hiệu GPS đặt cố định mặt đất hay gắn phương tiện chuyển động ô tô, máy bay, tàu biển, tên lửa, vệ tinh nhân tạo… tuỳ theo mục đích ứng dụng mà máy thu GPS có thiết kế cấu tạo khác với phần mềm xử lý quy trình thao tác thu thập số liệu thực địa III – CÁC THẾ HỆ VỆ TINH VÀ MẠNG LƯỚI VỆ TINH GPS HIỆN TẠI Các hệ vệ tinh Việc hình thành mạng lưới vệ tinh GPS bắt đầu với loạt 11 vệ tinh gọi Block I Vệ tinh vệ tinh (và hệ thống GPS) phóng vào ngày 22/02/1978, vệ tinh cuối phóng vào ngày 09/10/1985 Vệ tinh Block I phóng với mục đích chủ yếu để thử nghiệm Góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh so với đường xích đạo 63º (góc nghiêng thay đổi hệ vệ tinh kế tiếp) Mặc dù thời gian tồn thiết kế vệ tinh Block I 4,5 năm số vệ tinh tồn 10 năm Vệ tinh Block I cuối chấm dứt hoạt động vào ngày 18/11/1995 Thế hệ thứ hai vệ tinh GPS gọi vệ tinh Block II/IIA Block IIA phiên nâng cấp vệ tinh Block II với việc tăng cường khả lưu trữ liệu (thông điệp dẫn đường) từ 14 ngày Block II lên 180 ngày Block IIA Điều có nghĩa vệ tinh Block II/IIA hoạt động liên tục mà không cần hỗ trợ từ mặt đất khoảng thời gian từ 14 ngày (Block II) đến 180 ngày (Block IIA) Có tổng cộng 28 vệ tinh Block II/IIA phóng khoảng thời gian từ tháng 2/1989 đến tháng 11/1997 Không giống Block I, mặt phẳng quỹ đạo Block II/IIA nghiêng 55º so với đường xích đạo Thời gian tồn vệ tinh Block II/IIA theo thiết kế 7,5 năm Để đảm bảo tính bảo mật, số tính bảo mật gọi Selective Availability (SA) antispoofing thêm vào vệ tinh Block II/IIA Một hệ vệ tinh GPS gọi Block IIR phóng Các vệ tinh bổ sung có tính tương thích ngược với Block II/IIA, nghĩa thay đổi hoàn toàn suốt user Block IIR gồm 21 vệ tinh với thời gian tồn theo thiết kế 10 năm Ngoài đạt độ xác cao mong đợi, vệ tinh Block IIR có khả vận hành tự động tối thiểu 180 ngày mà không cần hiệu chỉnh từ mặt đất khơng làm giảm độ xác Thêm vào đó, liệu đồng hồ lịch thiên văn dự báo trước 210 ngày upload từ phân vùng điều khiển mặt đất để hỗ trợ cho việc vận hành tự động Hình 1.4 Các hệ vệ tinh Một hệ nối tiếp Block IIR gọi Block IIF, bao gồm 33 vệ tinh Thời gian tồn vệ tinh 15 năm Vệ tinh Block IIF có nhiều khả thơng qua chương trình đại hóa GPS nhằm cải thiện vượt bậc độ xác việc định vị GPS tự động Vệ tinh Block IIF phóng vào năm 2007 Mạng lưới vệ tinh GPS Mạng lưới GPS (kể từ tháng 7/2001) bao gồm vệ tinh Block II, 18 vệ tinh Block IIA vệ tinh Block IIR Điều làm tổng số vệ tinh mạng lưới lên 29, vượt mạng lưới 24 vệ tinh theo chuẩn vệ tinh Tất vệ tinh Block II khơng hoạt động Các vệ tinh GPS nằm mặt phẳng quỹ đạo, đặt tên từ A đến F Do mạng lưới có 24 vệ tinh nên mặt phẳng quỹ đạo chứa vệ tinh IV – CẤU TRÚC TÍN HIỆU GPS Một thành phần quan trọng hệ thống GPS tín hiệu phát từ vệ tinh đến máy thu Việc phát thu tín hiệu sở cho việc đo đạc hệ thống GPS, tín hiệu GPS có cấu trúc nào? Tín hiệu vệ tinh sóng điện từ Sóng điện từ dùng cho mục đích đo đạc có thơng số đặc trưng, nghiên cứu, thử nghiệm đảm bảo yêu cầu nghiêm ngặt độ xác, tính ổn định yêu cần kỹ thuật khác Về mặt vật lý, tín hiệu vệ tinh có thơng số bước sóng, tần số mã điều biến sóng tải Thành phần Tần số chuẩn Tần số MHz f0 Sóng tải L1 154 f0 1575,42MHz 19,0cm Sóng tải L2 120 f0 1227,60MHz 24,4cm P-Code f0 10,23MHz C/A-Code f0 1,023MHz 10 W-Code f0 0,5115MHz 20 Thông tin đạo hàng f0 5.105 MHz 204600 Tần số Tần số song truyền tín hiệu vệ tinh hệ thống GPS f0 10,23MHz Các thông tin điều biến Việc sử dụng tín hiệu mã hóa cho phép vệ tinh GPS hoạt động mà không bị nhiễu, vệ tinh phát mã giả ngẫu nhiên riêng biệt Máy thu GPS nhận dạng tín hiệu vệ tinh nhiễu không xác định khơng gian bao quanh trạm đó, điều cho phép tín hiệu GPS khơng đòi hỏi cơng suất lớn máy thu GPS sử dụng Anten nhỏ hơn, kinh tế Có loại mã điều biến song tải : C/A-Code, P-Code, Y-Code a) C/A-Code (Coarse/Acquisite-Code) C/A-Code mã nhiễu giả ngẫu nhiên (Pseudo Random Noise code, PRN 1 code) thứ phát với tần số 1,023MHz f Mã chuỗi chữ số 10 giây Mỗi vệ tinh 1000 gán C/A-Code riêng biệt C/A-Code điều biến sóng tải L1 xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên lặp lại với tần suất b) P-Code (Precise-Code) P-Code mã nhiễu giả ngẫu nhiên (PNR) thứ hai, phát với tần số f0 10,23MHz Mã tạo nhiều chữ số xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên Tín hiệu lặp lại với tần suất 267 ngày Chu kỳ 267 ngày chia thành 38 đoạn ngày, đoạn dành riêng cho mục đích vận hành Mỗi đoạn ngày lại gán mã phân biệt cho vệ tinh P-Code sử dụng cho mục đích ứng dụng đo đạc qn có độ xác cao c) Y-Code Y-Code mã bảo mật P-Code, việc giải mã Y-Code thuộc người có thẩm , kích hoạt Y-Code người dùng khơng có khả sử dụng P-Code lẫn Y-Code Việc sử dụng Y-Code coi mã bảo mật người chủ hệ thống Các loại sóng tải hệ thống GPS Tín hiệu phục vụ cho việc đo đạc hệ thống GPS điều biến sóng tải có độ dài buớc sóng khác Đó thơng tin thời gian vị trí vệ tinh Mỗi vệ tinh có mã phát tần số tải: Sóng tải L1 có bước sóng 1 19,0cm với tần số 154 f0 1575,42MHz Sóng tải L2 có bước sóng 24,4cm với tần số 120 f0 1227,60MHz Mã C/A-Code điều biến sóng tải L1 Mã P-Code điều biến sóng tải L1 L2 Các thông báo vệ tinh Thông báo dẫn đường vệ tinh phát tần số thấp 50Hz, thông báo chứa liệu trạng thái vệ tinh vị trí chúng Máy thu GPS giải mã thơng báo để có vị trí trạng thái hoạt động vệ tinh, số liệu giải mã gọi Ephemeris Thông báo dẫn đường điều biến hai tần số sóng tải, Nó chia thành đoạn: Ephemeris, Almanac, mơ hình khí quyển, số hiệu chỉnh đồng hồ, thơng báo trạng thái Thông báo vệ tinh sưr dụng chương trình lập lịch đo tính tốn xử lý kết đo Các tham số thông báo trạng thái vệ tinh bao gồm: vệ tinh khỏe không khỏe, vệ tinh hoạt động không hoạt động a) Vệ tinh khỏe không khỏe (Healthy or Unhealthy) Các vệ tinh thường phát thông báo trạng thái khoẻ hay khơng khoẻ tín hiệu Máy thu GPS tránh sử dụng vệ tinh không khoẻ Thông thường vệ tinh bị trạm theo dõi coi khơng khoẻ lý sau: Vệ tinh phóng lên quỹ đạo, lúc đầu phải thực thao tác kiểm tra quỹ đạo vệ tinh trạng thái đồng hồ Vệ tinh bảo trì định kỳ chuyển động quỹ đạo, bảo trì đồng hồ Vệ tinh kiểm tra chuyên môn, vệ tinh bị điều khiển hoạt động theo cách gây sai số lớ Khi vệ tinh sửa chữa hoạt động trạng thái bất thường, hoạt động sai chức Bộ quốc phòng quân đội Mỹ người công bố đặt vệ tinh vào trạng thái không khoẻ Thông tin có sẵn qua số dịch vụ thơng báo điện tử, như: Trimble BBS hàng Trimble Trạng thái khoẻ tất vệ tinh thông báo thông số Almânc vệ tinh phát Số liệu Alphanac DoD cập nhật hàng ngày vệ tinh phát quãng đường chừng 12,5 phút lần b) Vệ tinh hoạt động không hoạt động Trong máy thu GPS, tất vệ tinh mặc định hoạt động Có nghĩa chúng kể đến phép tính (với điều kiện vệ tinh khoẻ) Một số máy thu cho tuỳ chọn khơng kích hoạt vệ tinh khoẻ khiến cho máy thu bỏ qua vệ tinh Hãng Trimble khuyến nghị người dùng kích hoạt sử dụng tất vệ tinh Độ xác dự báo đo khoảng cách (URE) Giá trị URE có tín hiệu vệ tinh, giá trị dự báo độ xác trị đo đến vệ tinh định URE vệ tinh xem hình máy thu Vị trí vệ tinh có thơng tin quỹ đạo ephemerit Do vị trí anten máy thu xác định biết tọa độ vệ tinh khoảng cách tương ứng đến máy thu cách tính giao hội nghịch khơng gian, tọa độ điểm xác định, điểm hoàn toàn so với nguyên tắc đo đạc truyền thống V – CÁC TRỊ ĐO GPS Trị đo GPS số liệu máy thu GPS nhận từ tín hiệu vệ tinh truyền tới, vệ tinh GPS phát thông số dùng cho việc đo đạc chia thành nhóm bao gồm: Nhóm trị đo Code: C/A-Code, P-Code Nhóm trị đo pha: L1 Carrie, L2 Carrie, tổ hợp L1/L2 Các trị đo sử dụng riêng biệt kết hợp để xác định khoảng cách đến vệ tinh II – CÁC PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GPS TRACKING Thiết bị định vị GPS giấm sát hoạt động phương tiện giao thông chế độ online offline tùy theo có kết hợp với hệ thống viễn thơng hay khơng (Hình 3.2) Hình 3.2 Các phương thức hoạt động hệ thống GPS tracking Hoạt động offline Hệ thống gồm máy thu GPS thiết bị ghi có chức hộp đen, tự động thu thập thông tin vị trí, tốc độ phương tiện giao thơng suốt hành trình Sau kết thúc hành trình, người quản lý lấy số liệu để quản lý kiểm tra xem xe có chạy, đỗ hành trình với tốc độ quy định hay không Hoạt động online Có nhiều phương án khác nhau, tùy theo kết hợp với hệ thống viễn thông a) Máy thu GPS vệ tinh Là kết hợp đồ số GIS công nghệ định vị GPS với kỹ thuật truyền dẫn số liệu qua vệ tinh, tất thông tin phương tiện giao thông thể hệ thống theo dõi, giúp cho việc định vị giám sát chuyển động phương tiện giao thơng thời gian thực Do hệ thống đòi hỏi phải có vệ tinh đẻ truyền dẫn liệu kết hợp với đài điều khiển mặt đất nên thích hợp cho định vị giám sát hệ thống giao thông hàng hải b) Máy thu GPS sóng radio VHF/UHF Hệ thống kết hợp cơng nghệ định vị vệ tinh GPS với kỹ thuật truyền dẫn số liệu Vô tuyến Đa truy nhập Băng hẹp băng tần VHF UHF Trung tâm điều hành trang bị thiết bị giải mã, với hỗ trợ đồ số GIS Google Map giúp cho việc định vị giàm sát phương tiện giao thông cách liên tục thời gian thực Do sử dụng sở viễn thông mạng vơ tuyến đàm nên hệ thống thích hợp cho giám sát điều hành phương tiện giao thông công cộng xe taxi xe buýt 12 c) Máy thu GPS sóng di động GSM Đây giải pháp giới (chỉ thực vòng 1, năm trở lại đây), cho phép tận dụng hạ tầng mạng viễn thông sẵn có mà khơng phải xây dựng hệ thống thơng tin riêng có chi phí cao Hoạt động hệ thống kết hợp công nghệ định vị vệ tinh GPS với thông tin di động GSM qua chế SMS GPRS III – MÁY THU ĐỊNH VỊ VỆ TINH GPS Phân loại Các máy thu GPS chia làm loại: Máy thu tần số máy thu tần số Máy thu tần số nhận mã phát với sóng mang L1 Các máy thu tần số nhận hai loại song mang L1 L2 Phân loại theo chức sử dụng gồm: Dùng cho định vị, dẫn đường (độ xác thấp): Đơn kênh, mã C/A, độ xác < 100m Dùng cho vẽ đồ, dẫn đường (chính xác cao): - Đơn tần, đa kênh (từ ~ 12 kênh), mã C/A, độ xác < 100m (khơng có hỗ trợ) ~ 5m (DGPS) - Đơn tần, đa kênh (từ ~ 12 kênh), mã C/A, độ xác < 100m (khơng có hỗ trợ) < 1m (DGPS) Dùng cho công tác cứu hộ, lập đồ (độ xác cao): - Đơn tần, đa kênh (6 ~ 12 kênh), kiểu pha sóng mang, độ xác < 30cm (DGPS) - tần số, đa kênh (8 ~ 12 kênh), sóng mang L1 / L2, độ xác tới cỡ milimet (DGPS) Cấu trúc hoạt động Hình 3.3 minh họa máy thu GPS tổng quát Các chức phần sau: Antenna tiền khuếch đại: Anten dùng cho máy thu GPS có đặc tính tia khơng phải hướng phía nguồn tín hiệu anten parabol thu TV vệ tinh Anten gọn nhẹ có nhiều loại thiết kế khác Có khuynh hướng tích hợp anten với cấu điện tử máy thu Bộ tần số vô tuyến vi xử lý: Bộ tần số vô tuyến gồm cấu điện tử xử lý tín hiệu Các loại máy thu khác kỹ thuật xử lý tín hiệu Có xử lý mạnh thục việc tính tốn giải mã mã C/A mã C/A P; xác định độ cao / phương vị vệ tinh… mà số trường hợp thực xử lý tín hiệu số Hình 3.4 cho biết nhiệm vụ tần số vô tuyến vi xử lý 13 Hình 3.3 Cấu trúc máy thu GPS Hình 3.4 Nhiệm vụ tần số vô tuyến vi xử lý Gồm khối: - Data bit demodulation and Code control: Giải điều chế bit liệu mã điều khiển - C/A code Generator: Bộ tạo dao động mã C/A - Navigation Messaage: Các thông tin đạo hàng - C/A Code Measurement: Đại lương đo mã C/A Time Measurement: Thông tin thời gian Data Bit Alignment: Hiệu chỉnh bit liệu Data Parity: Dữ liệu chẵn lẻ Data Decoding: Giải mã liệu Satellite Positions Corrections: Cải tọa độ vệ tinh Pseudo-Ranges: Giả định vị Receiver Position,Velocky, and Time Comoutations: Bộ phận định vị Preamplifier and Down Converter: Tiền khuếch đại đổi tần 14 Giao diện điều khiển: Bộ điều khiển cho phép người vận hành giao tiếp với vi xử lý Kích thước kiểu loại khác máy thu khác Thường có hình LCD để hiển thị chức sử dụng Bộ nhớ liệu: Trường hợp máy thu GPS dùng cho mục đích chun mơn đo đạc liệu, liệu đo phải lưu vào nhớ theo cách để xử lý liệu sau Trong trường hợp ứng dụng để định vị dẫn đường cần ghi lại tọa độ vận tốc đo từ GPS Bộ cấp nguồn: Ngày máy thu GPS di động cần nguồn điện áp thấp Xu hướng áp dụng sử dụng sử dụng pin Lithium gắn trong, ác quy bên ngồi ác quy xe tơ nguồn điện lưới IV – HỆ THỐNG GPS TRACKING KẾT HỢP KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN BẰNG SĨNG RADIO VHF/UHF Mơ hình hệ thống Hình 3.5 mơ tả thành phần hệ thống GPS tracking kết hợp với kỹ thuật truyền dẫn sóng radio VHF/UHF dùng riêng (G.LinkRadio) mạng vơ tuyến đàm (Radio Trunking) Hình 3.5 Mơ hình hệ thống Cấu hình hoạt động Trên xe Ơtơ - Taxi, trang bị máy Bộ đàm thơng dụng (băng sóng nghiệp vụ Lưu động - Cố định VHF/UHF) Một thiết bị Xử lý số liệu có tên RPLink tích hợp với Board mạch Máy thu GPS 15 Theo điều khiển Trung tâm, Thiết bị RPLink luân phiên gửi thông tin sau Trung tâm điều hành: Vị trí, Hướng di chuyển, vận tốc trạng thái Phương tiện lưu thông như: Xe có khách, Xe gặp tình khẩn cấp… Các thơng số nói truyền trung tâm điều hành qua Mạng số liệu Vô tuyến (G.LinkRadio/ Radio Trunking) Trung tâm điều hành trang bị thiết bị giải mã RPLink-Master, với hỗ trợ Phần mềm hiển thị đồ số G.MAP sử dụng liệu GIS hãng phần mềm chuyên nghành Phần mềm quản lý Mạng G.CONTROL Hình 3.6 Cơ chế hoạt động Các modul gắn phương tiện giao thơng gồm: (Hình 3.7) Bộ thu phát vô tuyến: trao đổi liệu, âm với trung tâm Sử dụng mạng vô tuyến (G.LinkRadio/ Radio Trunking), hoạt động tần số UHF VHF Thiết bị thu GPS: thường chip GPS receiver, có chức xử lý tín hiệu vệ tinh thu qua anten, tính tốn tọa độ định vị máy thu Đầu chip GPS tích hợp vào datalogger kết nối với thiết bị đầu cuối vô tuyến truyền trung tâm điều hành Chức Hệ thống đảm nhận chức sau: Định vị giám sát hoạt động phương tiện Kiểm soát Vận tốc phương tiện; Thống kê Các trạng thái Phương tiện như: xe có khách, xe khơng chở khách, tình khẩn Tìm kiếm, xem lại Hành trình Phương tiện khứ… Thời gian cập nhật điều chỉnh theo yêu cầu 16 Hình 3.7 Modul gắn xe Do hệ thống xây dựng tản thiết bị Bộ đàm Vơ tuyến nên thích hợp cho hệ thống xe taxi xe buýt (vẫn trì phương thức liên lạc thoại trước đây), nên người sử dụng hồn tồn chủ động việc xây dựng trạm phủ sóng nhằm mục đích tăng phạm vi Giám sát phương tiện giao thông cách dễ dàng Hệ thống áp dụng cho ngành Đường Sắt để điều tiết Tàu hỏa kiểm soát vận tốc tàu cung đường V – HỆ THỐNG GPS TRACKING KẾT HỢP THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM Ở công nghệ định vị GPS kết hợp với kỹ thuật truyền dẫn số liệu qua mạng điện thoại di động GSM/SMS/GPRS, tất thông tin xe thể hệ thống theo dõi, giúp cho việc giám sát chuyển động hành vi xe thời gian thực Kết phần mềm tùy biến đa dạng như: hình ảnh chuyển động thời gian thực xe, hệ thống thông tin quản lý xe, hệ thống xây dựng lịch trình tối ưu hóa hành trình liệu GIS Mơ hình hệ thống 17 Cấu hình hoạt động Với phương án thành phần hệ thống cách thức hoạt động phụ thuộc vào phương thức quản lý: Quản lý trực tuyến (online) quản lý không trực tuyến (offline) a) Quản lý theo phương thức trực tuyến Quản lý theo phương thức trực tuyến nghĩa trung tâm điều hành phương tiện giao thông liên lạc trực tuyến, trao đổi liệu với Để quản lý xe theo phương thức trực tuyến cần phải có phương tiện hệ thống sau: Tại trung tâm điều khiển - Màn hình thị đồ số khu vực địa lý (bản đồ GIS Google Map) - Máy chủ máy trạm tùy theo nhu cầu quản lý với hệ thống thông tin quản lý GIS (Geographic Information System) phần mềm chuyên dụng Tại phương tiện giao thông - Modul GPS - Thiết bị thu thập truyền liệu GPS thông qua phương thức SMS nhờ Modem GSM/GPRS Nguyên tắc hoạt động hệ thống: Kênh liên lạc phương tiện giao thơng trung tâm điều khiển hoạt động số chế độ sau: - Duy trì kết nối liên tục: kết nối ln sẵn sàng phục vụ việc truyền liệu vị trí thời gian - Thiết lập kết nối tự động: kênh liên lạc tự động thiết lập bên có liệu cần truyền - Thiết lập kết nối tay: người điều hành lái xe tự thực thao tác khởi tạo liên kết cần gửi thông điệp b) Quản lý theo phương thức không trực tuyến Quản lý khơng trực tuyến (offline) có nghĩa sau ca làm việc trung tâm cập nhật liệu hành trình phương tiện giao thơng ca làm việc để lưu lại xử lý tự động phục vụ cho công tác quản lý Về mặt thiết bị, quản lý theo phương thức không trực tuyến khác với phương thức quản lý trực tuyến thiết bị xe khơng có modem GSM/GPRS, mạch vi xử lý thu thập lưu lại liệu vị trí xe trả liệu trung tâm hết ca làm việc Tại trung tâm phải có hệ thống thơng tin để xử lý liệu phục vụ cho mục đích quản lý Phương thức khơng trực tuyến có rẻ tiền khơng cần đến modem GSM/GPRS khơng cước phí liên lạc SMS có hạn chế không quản lý trực tuyến đến xe vận chuyển 18 Các thiết bị a) Modul GPS Sử dụng modul GPS có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ vệ tinh, xử lý tín hiệu đưa kết bao gồm thông tin sau: Tọa độ kinh tuyến, vĩ tuyến xe chiều cao so mặt nước biển Thời gian theo GMT Tốc độ hướng chuyển động xe Số vệ tinh nhận tín hiệu Các thơng số thể dạng tin định dạng chuẩn NMEA-183 toàn giới với khung tin theo vi xử lý chuẩn Modul GPS trả tin sau: $GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598,*10 Sau diễn giải tin: Ví dụ Tên Đơn vị Mơ tả Message ID $GPRMC Giao thức header RMC (RMC protocol header) Thời gian (UTC Time) 161229.487 Giờ phút giây (% giây) hhmmss.sss Tình trạng A A: liệu hợp lệ; V: liệu không hợp lệ Vĩ độ (Latitude) 3723.2475 ddmm.mmmm Chỉ dẫn Nam Bắc (N/S Indicator) N N = Bắc S = Nam Kinh độ (Longitude) 12158.3416 dddmm.mmmm Chỉ dẫn Đông Tây W E = Đông W = Tây Tốc độ mặt đất 0.13 Knots Hướng bám mặt đất 309.62 Độ Ngày tháng 120598 ddmmyy Kiểm tra (Checksum) *10 Kiểm tra mã truyền tin Đúng (True) Kết thúc tin b) Mạch vi xử lý thu thập liệu GPS Mạch vi xử lý thiết kế để xử lý liệu thu thập từ modul GPS lưu trữ liệu theo mục đích sử dụng Trên mạch vi xử lý có modul truyền liệu thơng qua cổng COM, mạch vi xử lý sử dụng nguồn 12V phương tiện giao thơng 19 Hình 3.8 Sơ đồ khối mạch vi xử lý xe Ở sử dụng họ vi điều khiển có khả lập trình PSoC (Programable Systems on Chip) để thực việc lưu trữ truyền liệu thời gian toạ độ thu nhận từ modul GPS, tin PSoC gia công truyền trung tâm theo phương thức truyền SMS thông qua modem GSM/GPRS Hoàn toàn liệu đặt phương tiện giao thơng hiển thị xe người lái xe biết lộ trình, thời gian nhận số lệnh trực tuyến từ trung tâm điều khiển biết xe đội xe Hình 3.9 Thiết bị đặt xe c) Hệ thống quản lý trung tâm điều khiển: Hệ thống quản lý trung tâm điều khiển có chức cập nhật liệu nhận từ thiết bị thu thập GPS đặt xe, tích hợp với đồ số để làm nhiệm vụ: Cập nhật, hiển thị trực tuyến xe cần giám sát hình huy Thơng báo tình trạng lộ trình xe Đưa thông báo nhiên liệu, thời gian vận hành xe… Giám sát cố xe 20 Hình 3.10 Xác định tọa độ xe qua tin nhắn SMS Hình 3.11 Giám sát hành trình xe Hình 3.10 Chương trình quản lý liệu xe 21 Với thiết bị hệ thống thơng tin quản lý trên, quy trình quản lý phương tiện giao thông thể sau: Quản lý theo phương thức trực tuyến - Các xe bắt đầu hoạt động, kích hoạt thiết bị thu thập GPS hoạt động - Trong suốt trình vận chuyển liệu GPS xe gửi liên tục trung tâm theo phương thức nhắn tin SMS với tần suất gửi tin quy định - Trung tâm nhận liệu hiển thị hình huy hệ thống thơng tin quản lý GIS Khi cần trung tâm yêu cầu số thông tin từ xe - Cập nhật liệu gửi để lưu thành file quản lý trung tâm Quản lý theo phương thức không trực tuyến - Các xe bắt đầu hoạt động, kích hoạt thiết bị thu thập GPS hoạt động - Trong suốt trình vận chuyển liệu GPS xe lưu lại nhớ mạch vi xử lý xe - Khi hết ca làm việc, xe trở gara, gara có thiết bị thu thập liệu truyền trung tâm huy, trung tâm nhận liệu hiển thị hình giám sát hệ thống thông tin quản lý GIS - Cập nhật liệu gửi để lưu thành file quản lý trung tâm 22 CHƯƠNG III - ỨNG DỤNG GPS VÀO VIỆT NAM Xuất phát từ yêu cầu phải tuân thủ quy định Nhà nước: Theo Nghị định số 91/2009/NĐ-CP Chính Phủ “Kinh doanh điều kiện kinh doanh vận tải xe ô tô” quy định nhóm đối tượng bắt buộc phải lắp đặt thiết bị giám sát hành trình (hộp đen ơtơ) từ ngày 01 tháng 07 năm 2012, gồm đối tượng vận tải hành khách tuyến cố định, xe buýt, hợp đồng Việc lắp đặt thiết bị giám sát hành trình vơ hình chung trở thành “tấm giấy thơng hành” cho xe phép hoạt động bình thường, đăng kiểm, kiểm định cấp phù hiệu vận tải theo quy định Bộ Giao thơng Khơng có vậy, mục đích ban đầu triển khai lắp đặt thiết bị giám sát hành trình đơn vị kinh doanh vận tải đơn giản để tránh bị xử phạt vi phạm pháp luật, kết thực tế đem lại qua trình khai thác sử dụng tính mà Thiết bị giám sát hành trình đồng hành với hệ thống phần mềm quản lý, giám sát trực tuyến xe, hệ thống báo cáo giúp doanh nghiệp kinh doanh vận tải hành khách thấy lợi ích sử dụng thiết bị này, thừa nhận giải pháp có độ tin cậy cao, mang lại lợi ích bền vững, đồng thời phát triển thương hiệu cho doanh nghiệp thân họ nhận thức quy định Nhà nước không xa rời với thực tiễn I – MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG Thiết bị định vị ôtô, xe máy thường gắn kín vào vị trí khó phát xe, xe cài đặt thiết bị này, thông số vị trí, tốc độ, quãng đường, thời gian dừng đỗ… gửi máy chủ thông qua GPRS Lắp thiết bị định vị GPS có mục đích chính: Bộ Giao thơng vận tải u cầu đơn vị kinh doanh vận tải phải gắn thiết bị giám sát hành trình nên đơn vị cần lắp để đăng kiểm định kỳ tháng / lần Trước đơn vị có xu hướng lắp chống đối cần có giấy tờ đầy đủ hợp chuẩn, hợp quy Bộ Giao thông vận tải mà không cần đến chất lượng sản phẩm năm chất lượng sản phẩm phải đặt lên hàng đầu có u cầu kiểm tra bắt buộc thiết bị phải hoạt động in giữ liệu hành trình thơng báo thơng tin lái xe, điện thoại lái xe, tốc độ, vị trí, thời gian đóng mở cửa xe, đóng mở điều hồ… Các chủ phương tiện lắp thiết bị định vị để quản lý giám sát theo dõi xe Với đối tượng chất lượng sản phẩm đặt lên vị trí cao mục đích họ muốn giám sát xe, đội xe họ, chống gian lận công việc - Đối với hãng taxi xe tự lái họ cần kiểm sốt có khách hay khơng, thời điểm dừng đỗ đón khách, trả khách, thời gian chờ… 23 - Với dòng xe ben, xe cơng trình… mục đích cao quản lý xăng dầu, chống hút trộm xăng dầu, giám sát nổ máy, bắt đầu làm việc thực tế… - Và nhiều loại xe khác có nhu cầu quản lý giám sát quản lý thiết bị định vị xe vận tải hành khách, xe đưa đón học sinh, xe máy… II – ƯU THẾ Nhằm đáp ứng tốt nhu cầu mong muốn người tiêu dùng nước để sánh kịp phát triển với nước giới, công ty Việt Nam nghiên cứu cho đời loại thiết bị định vị mang thương hiệu Việt Nam Mặc dù mặt cơng nghệ Việt Nam thua nhiều quốc gia song thiết bị GPS Việt Nam mang ưu đủ để cạnh tranh với sản phẩm nhập khẩu, ưu sau: Phù hợp với khí hậu Việt Nam: Như biết khí hậu nước ta thường xuyên thay đổi thất thường, điều ảnh hưởng trực tiếp đến việc sử dụng thiết bị định vị GPS Các thiết bị Việt Nam sản xuất nghiên cứu thử nghiệm nhiều lần điều kiện khí hậu Việt Nam, mà sản phẩm tạo thích nghi với điều kiện thời tiết nước ta so với sản phẩm nhập Sản phẩm phù hợp với sở hạ tầng: nhà sản xuất thiết bị GPS Việt Nam nghiên cứu tối ưu háo thiết bị để phù hợp với sở hạ tầng điều kiện mạng viễn thông Việt Nam Điều làm cho thiết bị sản xuất nước ta có khả hoạt động tốt so với thiết bị nhập Trợ giúp khách hàng nhanh chóng tận tình: thiết bị định vị GPS nhập người sử dụng gặp vấn đề gọi điện lên nhờ trợ giúp nhà phân phối, nhà phân phối lúc bị phụ thuộc vào vào nhà cung cấp việc giải cho người sử dụng bị chậm không giải Ngược lại thiết bị Việt Nam việc giải vấn đề người sử dụng nhanh chóng giảm thiểu thời gian kết nối giải 24 KẾT LUẬN Với tính ưu việt hệ thống định vị toàn cầu, với phát triển công nghệ thông tin viễn thông việc đưa cơng nghệ GPS vào ứng dụng giao thông đô thị việc làm mang lại nhiều lợi ích lợi cho nay, ngồi ích lợi kinh tế khẳng định phát triển, chỗ đứng vững vàng Viễn thông Việt Nam trường quốc tế Việt nam bắt đầu ứng dụng cơng nghệ thơng tin (sóng điện thoại di động GSM, GPRS, 3G, Internet…) để điều hành Xét hiệu đầu tư giải pháp rẻ hiệu hơn, đến nước ta có nhiều doanh nghiệp kinh doanh vận tải dùng xử lý thơng qua tín hiệu từ vệ tinh sóng GPRS để kiểm sốt đội xe vận tải hàng hóa Qua chúng em nghiên cứu đề tải chúng em có số kiến nghị sau: Với tình hình giao thông đô thị phức tạp nước ta việc cần thiết Khơng ngừng phát triển hoàn thiện sở hạ tầng Cần phổ biến cơng nghệ GPS rộng rãi tồn khu vực Thị trường GPS Việt Nam chưa thể với nước mà GPS phát triển (Nhật, Hàn, Bắc Mỹ, Châu Âu…) chưa có nhiều đơn vị ngồi nước muốn tham gia Vì cần phải phát triển mạnh hệ thống dẫn đường cho nhu cầu hoạt động giao thông ngày đa dạng Hy vọng thời gian tới công nghệ giám sát quản lý phương tiện giao thông GPS Tracking có chỗ đứng xứng đáng quy trình quản lý phương tiện giao thơng Việt Nam 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu GPS đo đạc đồ - Trần Bạch Giang, Phan Ngọc Minh GPS Theory, Algorithms and Applications - Gou Chang Xu GPS the global positiong system http://gpsvn.wordpress.com/ 26 ... II – CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VÀ GIÁM SÁT PHƯƠNG TIỆN GIAO THƠNG GPS TRACKING Cơng nghệ định vị sóng GPS kết hợp với hạ tầng hệ thống viễn thông đại tạo hệ thống giám sát quản lý phương tiện giao thông. .. nhu cầu hoạt động giao thông ngày đa dạng Hy vọng thời gian tới công nghệ giám sát quản lý phương tiện giao thơng GPS Tracking có chỗ đứng xứng đáng quy trình quản lý phương tiện giao thơng Việt... phương tiện giao thông, chúng em đề xuất phép nghiên cứu đề tài Công nghệ giám sát quản lý phương tiện giao thông GPS tracking Hiện nay, hệ thống bắt đầu xuất Việt Nam với giải pháp GPS Tracking