NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ GIẢI MÃ CÁC TIN NHẮN TRỊ ĐOTHEO GIAO THỨC NMEA-0183 TRONG ĐỊNH VỊ GNSS/CORS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BÁO CÁO HỌC THUẬT HỌC KỲ NĂM HỌC 2019 – 2020 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ GIẢI MÃ CÁC TIN NHẮN TRỊ ĐO THEO GIAO THỨC NMEA-0183 TRONG ĐỊNH VỊ GNSS/CORS Người báo cáo: PGS.TS Phạm Công Khải Đơn vị : Bộ môn Trắc địa mỏ Khoa Trắc địa – Bản đồ Quản lý đất đai Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BÁO CÁO HỌC THUẬT HỌC KỲ NĂM HỌC 2019 – 2020 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ GIẢI MÃ CÁC TIN NHẮN TRỊ ĐO THEO GIAO THỨC NMEA-0183 TRONG ĐỊNH VỊ GNSS/CORS Phịng KHCN Bộ mơn Trắc địa mỏ Người báo cáo PGS TS Phạm Công Khải Hà Nội - 2019 MỤC LỤC Nội dung Trang Mở đầu Nguyên lý hoạt động hệ thống quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình theo thời gian thực Các thành phần hệ thống quan trắc Thiết bị thu nhận truyền dẫn số liệu GNSS Tín hiệu NMEA Mơ tả chuẩn đầu NMEA 11 12 14 Phần mềm xử lý số liệu theo định dạng NMEA Giải mã dạng tin nhắn NMEA Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU 21 27 28 NMEA 0183 tiêu chuẩn kỹ thuật cho giao tiếp kết hợp điện với tín hiệu thơng tin liên lạc cho thiết bị hàng hải echo sounder, máy dò ngang, máy đo gió, gyrocompass, autopilot, thiết bị thu GPS Tiêu chuẩn xây dựng Hiệp hội Điện tử Hàng Hải Quốc gia Mỹ (National Marine Electronics Association) Tiêu chuẩn thay cho tiêu chuẩn trước NMEA 0180 NMEA 0182 Sắp tới thay tiêu chuẩn NMEA 2000 Tuy nhiên, tiêu chuẩn nâng cấp thường xuyên Phiên v4.10 công bố vào đầu tháng năm 2012 Tiêu chuẩn điện sử dụng EIA-422, hầu hết phần cứng với NMEA0183 kết nối qua cổng EIA-232 NMEA 0183 sử dụng ASCII, giao thức truyền thông nối tiếp đơn giản mà liệu đường truyền "câu" theo cách "người nói" cho nhiều "người nghe" thời điểm Một "người nói" có trò chuyện theo hướng với số không giới hạn "người nghe", sử dụng ghép kênh, nhiều cảm biến "nói chuyện" với cổng máy tính Trong quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình theo thời gian thực liệu thu nhận truyền dẫn theo giao thức NMEA Báo cáo: “Nghiên cứu cấu trúc giải mã tin nhắn trị đo theo giao thức nmea-0183 định vị GNSS/CORS ” tác giả nghiên cứu thực thời gian qua đạt kết khả quan công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình Ngun lý hoạt động hệ thống quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình theo thời gian thực Hệ thống quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình theo thời gian thực định nghĩa hệ thống làm việc liên tục với mục đích theo dõi, giám sát dịch chuyển biến dạng cơng trình cách liên tục tức thời Như địi hỏi hệ thống phải có phần cứng tốt phần mềm tối ưu hóa cho làm việc liên tục 24/7 Nguyên lý hoạt động hệ thống trạm quan trắc liên tục dịch chuyển biến dạng cơng trình xây dựa ngun lý hoạt động hệ thống GNSS/CORS (hình 1) Hình1 Nguyên lý hoạt động hệ thống quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình cơng nghệ GNSS/CORS Tín hiệu vệ tinh GNSS ăngten (1) thu nhận, truyền thu GNSS thông qua dây cáp chuyên dụng, tín hiệu vệ tinh giải mã qua modem (3) máy tính chủ (4) Thơng qua máy tính chủ kết nối với đường truyền Internet với địa IP tĩnh cố định, phân cấp quản lý, tùy theo đối tượng người sử dụng hai phần mềm kèm: NRS-Station (phục vụ tính tốn số liệu, phân bổ số liệu trạm thu tĩnh) NRS-Server cung cấp thông tin sai phân cho điểm đo di động, xử lý số liệu mạng lưới đo động RTK, đồng thời hiệu chỉnh số nguyên đa trị toàn mạng, thiết lập mơ hình cải (gồm cải sai số tầng đối lưu, tầng điện ly, quỹ đạo vệ tinh) Các số liệu trạm CORS thu liên tục với tần suất giây, 15 giây 30 giây tùy vào yêu cầu người sử dụng thiết đặt phần mềm NRS-Station Số liệu lưu trữ thư mục định máy chủ theo chuẩn định dạng tệp RINEX Cơ chế truyền dẫn số liệu cải RTCM thơng tin trị đo NMEA thực theo giao thức NTRIP (Network Transport of RTCM via Internet Protocol) mạng IP (Hình 2) Hình Cơ chế truyền dẫn số liệu trạm CORS theo giao thức NTRIP Tín hiệu vệ tinh GNSS ăng ten thu nhận sau truyền đến thu thơng qua cáp truyền liệu (NTRIP Source), liệu từ thu truyền đến máy chủ qua modem đường truyền internet (NTRIP Server), modem máy chủ trung tâm mở sẵn cổng vào đặt địa IP để số liệu từ trạm CORS truyền (NTRIP Caster) Modem máy chủ trung tâm phải mở tất cổng trùng với cổng trạm CORS Máy chủ trung tâm có nhiệm vụ truyền số liệu cải đến cho trạm động Rover NTRIP Client Các thành phần hệ thống quan trắc Hệ thống quan trắc liên tục chuyển dịch biến dạng cơng trình nghiên cứu phát triển dựa công nghệ GNSS/CORS Tồn hệ thống gồm có hai phần Phần thứ hệ thống trạm CORS (Continuously Operating Reference Station) phần thứ hai hệ thống trạm quan trắc CMSS (Continuously Monitoring Station System) 2.1 Hệ thống trạm CORS Hệ thống trạm CORS hệ thống đặt nơi cách xa cơng trình, hệ thống mốc cố định chắn khoan sâu xuống tầng đá gốc khác với trạm CORS bình thường Hệ thống tích hợp máy thu tín hiệu GNSS, giải mã tín hiệu máy tính Server hoạt động 24/24h có nhiệm vụ thu tín hiệu sau tính số cải để truyền Rover dạng thức truyền thơng TCP/IP Tồn hệ thống kết nối với mạng lưới IGS mạng lưới nội tương tự Sơ đồ hệ thống trạm CORS thể (hình 3) Hình Sơ đồ hệ thống trạm CORS Hệ thống trạm CORS bao gồm thành phần sau: + Ăng ten thu tín hiệu vệ tinh GNSS + Bộ thu nhận giải mã tín hiệu vệ tinh CORS recever + Hệ thống máy chủ Server + Hệ thống mạng truyền thông + Nguồn cấp điện + Hệ thống ổn định lưu trữ điện + Dây kết nối + Hệ thống chống Sét + Một số hệ thống khác… Chức hệ thống trạm CORS thu tín hiệu vệ tinh GNSS, tính tốn truyền số liệu cải cho trạm Rover Khi tích hợp chức quan trắc cho hệ thống hệ thống trạm CORS định nghĩa lại với vai trò máy chủ trung tâm có chức thu nhận tín hiệu số liệu từ Rover hoạt động liên tục nhằm mục đích tính tốn thơng số để xác định vị trí xác Rover cách liên tục theo thời gian Không xác định mặt tọa độ, hệ thống CORS cịn phân tích số yếu tố khác hướng gió, nhiệt độ cơng trình, tốc độ gió… để đưa cách xác thay đổi quan trọng cơng trình từ chương trình trạm CORS tính tốn xử lý thơng tin để đưa thơng số, dự báo cho tịa nhà Cung cấp liệu cần thiết cho khí tượng số ngành khoa học khác Một hệ thống trạm CORS hồn chỉnh thể hình Hình Hệ thống trạm CORS 2.2 Hệ thống trạm quan trắc Hệ thống trạm quan trắc hoạt động liên tục hệ thống đặt trực tiếp cơng trình 24/24h kết nối với trạm CORS thơng qua giao thức TCP/IP Chức hệ thống trạm quan trắc thu tín hiệu vệ tinh GNSS truyền tồn thơng tin thu nhận máy chủ hệ thống trạm CORS Hệ thống trạm quan trắc bao gồm thành phần sau: + Ăng ten thu tín hiệu vệ tinh GNSS + Bộ thu nhận truyền dẫn số liệu quan trắc + Modem internet không dây + Ắcquy 12 v + Tấm pin lượng mặt trời + USB 3G (DCOM 3G) 4G có gắn Sim đăng ký dịch vụ nhà mạng cung cấp dịch vụ + Cáp nối máy thu GNSS với thu nhận truyền dẫn số liệu GNSS + Dây nối nguồn từ ắc quy từ pin lượng mặt trời đến thu nhận truyền dẫn số liệu GNSS + Dây internet có hạt Một hệ thống trạm quan trắc liên tục chuyển dịch biến dạng cơng trình dựa công nghệ GNSS/CORS thiết kế, phát triển thể hình Hình Hệ thống trạm quan trắc liên tục chuyển dịch biến dạng công trình Thiết bị thu nhận truyền dẫn số liệu GNSS Thu nhận truyền dẫn số liệu từ trạm quan trắc máy chủ trạm CORS thực liên tục nhằm cung cấp vị trí khơng gian điểm quan trắc theo thời gian thực Thiết bị thu nhận truyền dẫn số liệu GNSS nghiên cứu, thiết kế phát triển gồm có module hình 1.6 Hình Một số module phần cứng để phát triển thiết bị thu nhận truyền dẫn số liệu GNSS Tên module để phát triển thiết bị thu nhận truyền dẫn số liệu GNSS thể bảng Bảng Tên module để phát triển thiết bị thu nhận truyền dẫn số liệu GNSS TT Tên module Module xử lý tín hiệu vệ tinh GNSS Module Bluetooth Module thu nhận tín hiệu Max232 Module xử lý liệu Arduino UNO R3 Module thời gian thực Module Ethernet Shield W5100 3.1 Module xử lý tín hiệu vệ tinh GNSS Bo mạch thu nhận tín hiệu vệ tinh GNSS lựa chọn để thiết phát triển hệ thống quan trắc hãng Trimble dịng sản phẩm BD970 (hình 7) Hình Bo mạch thu nhận tín hiệu vệ tinh GNSS Bo mạch gồm có cổng, cổng nối với ăng ten thu tín hiệu vệ tinh GNSS, cổng vào để nhận sơ liệu cải RTCM nhận từ trạm CORS, cổng truyền số liệu đo cải định dạng NMEA máy tính chủ 3.2 Module thu nhận tín hiệu Max232 Module thu nhận tín hiệu Max232 biết đến thiết bị chuyển tín hiệu RS232 (Recommeded Standard 232) thành tín hiệu logic TTL (TransistorTransistor Logic) Để tạo giao tiếp thiết bị dùng chuẩn RS232 thiết bị dùng chuẩn TTL Đặc điểm module có độ xác cao, độ tin cậy hồn thiện liệu cao Cấu tạo Module thu nhận tín hiệu Max232 (hình 8) bao gồm: + Cổng com RS232 + Chíp giao tiếp IC Max 232 + Tụ, trở pin nối + Pin nối vào zack cắm chân chuẩn RS232 Các pin nối bao gồm VCC(+5V), GND, RXD, TXD 10 Giải mã dạng tin nhắn NMEA 6.1 Tin nhắn GGA – Global Positioning System Fix Data – Dữ liệu cải hệ thống định vị tồn cầu Thời gian, vị trí sửa chữa liệu liên quan cho máy thu GPS Định dạng: $-GGA,hhmmss.ss,llll.lll,a,yyyyy.yyy,a,x,uu,v.v,w.w,M,x.x,M,,zzzz*hh Các thông tin tin nhắn GGA thể bảng Bảng Các thông tin tin nhắn GGA Trường hhmmss.ss llll.lll A yyyyy.yyy A x uu v.v w.w Tên Thời gian UTC Mơ tả Thời gian UTC vị trí định dạng hhmmss.sss,(000000.000235959.999) Vĩ độ Vĩ độ định dạng ddmm.mmmm Hàng đầu có số chèn vào phần độ có chữ số dd phần độ mm phần phút mmmm phần lẻ phút Chỉ số biểu thị cường độ 'N' = Bắc, 'S' = Nam tương đối tín hiệu (N/S) Kinh độ Kinh độ định dạng dddmm.mmmm Hàng đầu số chèn vào dd phần độ mm phần phút mmmm phần lẻ phút Chỉ báo đông tây E /W 'E' = Đông, 'W' = Tây Chỉ số báo chất lượng Chỉ báo chất lượng GPS GPS 0: sửa chữa vị trí 1: sửa chữa vị trí hợp lệ, chế độ SPS 2: sửa chữa vị trí hợp lệ, chế độ GPS sai phân Vệ tinh sử dụng Số vệ tinh sử dụng, (00 - 24) HDOP Độ suy giảm độ xác mặt bằng, (00.0 - 99.9) Độ cao Độ cao so với mực nước biển trung 16 x.x zzzz Sự phân tách mặt Geoid Chỉ số trạm DGPS hh Checksum bình (-9999,9 - 17999,9) ( mét) Mét Chỉ số trạm tham chiếu vi phân, 0000 – 1023 NULL DGPS khơng sử dụng Kiểm tra tính tồn vẹn tin nhắn Các thơng tin tin nhắn trị đo GGA giải mã (bảng 5) Bảng Giải mã dòng tin nhắn trị đo GGA $GPGGA,170002.000,2104.4617310,N,10545.8333454,E,4,13,0.8,10.428,M,-24.900,M,,0000*40 Thời gian 17:00:02.000 UTC Fix quality: = invalid = GPS fix = DGPS fix = PPS fix = RTK fix = Float RTK Vĩ độ: 21o 04.4617310’ (Bắc) Số vệ tinh sử dụng Kinh độ: 105o 45.8333454’ (Đông) HDOP Độ suy giảm độ xác mặt Độ cao Ăng ten so với mực nước biển (m) Độ chênh Elipsoid Geoid (m) CheckSum (tổng kiểm tra tin nhắn) 6.2.Tin nhắn GLL – Geographic Position – Latitude/Longitude (vị trí địa lý – Vĩ độ/Kinh độ) Vĩ độ kinh độ vị trí vệ tinh, thời gian hiệu chỉnh vị trí trạng thái Định dạng: $ GLL,llll.lll,a,yyyyy.yyy,b,hhmmss.sss,A,a*hh Các thông tin tin nhắn GLL thể bảng Bảng Các thông tin tin nhắn GLL Trường llll.lll A Tên Mô tả Vĩ độ Vĩ độ định dạng ddmm.mmmm Hàng đầu có số chèn vào phần độ có chữ số Chỉ số biểu thị 'N' = Bắc, 'S' = Nam cường độ tương đối tín hiệu (N/S) 17 yyyyy.yyy Kinh độ Kinh độ định dạng dddmm.mmmm Hàng đầu số chèn vào B Chỉ báo đông /tây 'E' = Đông, 'W' = Tây (E/W) hhmmss.sss Thời gian UTC Thời gian UTC vị trí định dạng hhmmss.sss, (000000.000 - 235959.999) A Trạng thái A = liệu hợp lệ, V = Dữ liệu không hợp lệ hh Checksum Kiểm tra tính tồn vẹn tin nhắn Các thông tin tin nhắn trị đo GLL giải mã (bảng 7) Bảng Giải mã dòng tin nhắn trị đo GLL $GPGLL,2104.4617310,N,10545.8333454,E,170002.000,A,R*44 Vĩ độ: 21o 04.4617310’ (Bắc) Kinh độ: 105o 45.8333454’ (Đông) Thời gian 17:00:02.00 UTC A-Dữ liệu hợp lệ V-Dữ liệu không hợp lệ CheckSum (tổng kiểm tra tin nhắn) 6.3.Tin nhắn GSA – GNSS DOP and Active Satellites (GSA – GNSS DOP vệ tinh hoạt động) Chế độ hoạt động thu GPS, vệ tinh sử dụng giải pháp dẫn đường báo cáo câu lệnh GGA GNS giá trị DOP Định dạng: $ GSA,a,x,xx,xx,xx,xx,xx,xx,xx,xx,xx,xx,xx,xx,u.u,v.v,z.z*hh Thông tin tin nhắn GSA thể bảng Bảng Các thông tin Trường Tên a Chế độ tin nhắn GSA Mô tả Chế độ 'M' = Manual, buộc phải hoạt động chế độ 2D 3D x Chế độ 'A' = Tự động, cho phép tự động chuyển đổi 2D/ 3D Kiểu cải 18 xx’s u.u v.v z.z hh = Khơng cải = Cải 2D = Cải 3D Chỉ số vệ 01 - 32 dành cho GPS; 33 - 64 dành cho SBAS tinh (PRN trừ 87); 65 - 96 cho GLONASS (64 cộng với số khe); 193 - 197 cho QZSS; 01 - 37 dành cho Beidou (BD PRN) Vệ tinh GPS Beidou phân biệt tiền tố GP BD Tối đa 12 vệ tinh bao gồm câu GSA PDOP Độ suy giảm độ xác vị trí (00.0 đến 99.9) HDOP Độ suy giảm độ xác mặt (từ 00.0 đến 99.9) VDOP Độ suy giảm độ xác độ cao (từ 00.0 đến 99.9) Checksum Kiểm tra tính tồn vẹn tin nhắn Các thông tin tin nhắn trị đo GSA giải mã (bảng 9) Bảng Giải mã dòng tin nhắn trị đo GSA $GPGSA,A, 3,27,07,23,09,11,18,08,,,,,,1.8,0.8,1.6*3F Chế độ tự động cải Chế độ cải 3D Chỉ số vệ tinh PDOP HDOP VDOP CheckSum (tổng kiểm tra tin nhắn) 6.4.Tin nhắn GSV – GNSS Satellites in View (GSV – vệ tinh GNSS nhìn thấy) Số lượng vệ tinh (SV) chế độ xem, số hiệu vệ tinh, độ cao, góc phương vị, giá trị SNR Bốn vệ tinh tối đa cho quỹ đạo Định dạng: $ GSV,x,u,xx,uu,vv,zzz,ss,uu,vv,zzz,ss, ,uu,vv,zzz,ss*hh Thông tin tin nhắn GSV thể bảng 10 Bảng 10 Các thông tin tin nhắn GSV Trường x Tên Số lượng tin nhắn u xx Số thứ tự Vệ tinh quan sát Mô tả Tổng số tin nhắn GSV truyền (13) Số thứ tự thông báo GSV Tổng số vệ tinh quan sát (0 - 12) 19 uu Số hiệu vệ tinh 01 - 32 dành cho GPS; 33 - 64 dành cho SBAS (PRN trừ 87); 65 - 96 cho GLONASS (64 cộng với số khe); 193 197 dành cho QZSS; 01 ~ 37 dành cho Beidou (BD PRN) Vệ tinh GPS Beidou phân biệt tiền tố GP BD Tối đa vệ tinh bao gồm câu GSV vv Độ cao Góc cao vệ tinh tính độ, (0o – 90o ) Zzz Góc phương vị Góc phương vị vệ tinh tính theo độ, (0o – 359o ) ss SNR (Signal-toC / Không dB (00 - 99) Noise Ratio) Null khơng theo dõi hh Checksum Kiểm tra tính tồn vẹn tin nhắn Các thông tin tin nhắn trị đo GSV giải mã (bảng 11) Bảng 11 Giải mã dòng tin nhắn trị đo GSV $GPGSV, ,1,14,08,79,009,55,41,54,229,50,23,51,221,51,09,50,267,52*76 Số tin nhắn GSV truyền Số thứ tự tin nhắn GSV Tổng số vệ tinh quan sát Số hiệu vệ tinh quan sát Góc phương vị vệ tinh Góc cao vệ tinh CheckSum Kiểm tra tính tồn vẹn tin nhắn 6.5 Tin nhắn RMC – Recommended Minimum Specific GNSS Data (số liệu GNSS rõ ràng) 20 Thời gian, ngày tháng, vị trí, hướng tốc độ liệu cung cấp tiếp nhận dẫn đường GNSS Định dạng: $ RMC,hhmmss.sss,x,llll.lll,a,yyyyy.yyy,a,x.x,u.u,xxxxxx,,,v*hh Thông tin tin nhắn RMC thể bảng 12 Bảng 12 Các thông tin tin nhắn RMC Trường Tên hhmmss.sss Thời gian UTC x llll.lll A yyyyy.yyy A x.x u.u xxxxxx v hh Mô tả Thời gian UTC định dạng hhmmss.sss (000000.000 - 235959.999) Trạng thái Trạng thái 'V' = Cảnh báo người nhận danh mục 'A' = Dữ liệu hợp lệ Vĩ độ Vĩ độ định dạng dddmm.mmmm Hàng đầu số chèn vào Chỉ số bắc /nam N '= Bắc; 'S' = Nam (N/S) Kinh độ Kinh độ định dạng dddmm.mmmm Hàng đầu số chèn vào Chỉ số đông/ tây 'E' = Đông; 'W' = Tây (E/W) Tốc độ mặt Tốc độ mặt đất tính hải lý (000,0 đất - 999,9) Hướng mặt Hướng mặt đất tính theo độ (000,0 đất - 359,9) Ngày UTC Ngày cải vị trí UTC, định dạng ddmmyy Chỉ báo chế độ Chỉ báo chế độ 'N' = Dữ liệu không hợp lệ 'A' = Chế độ tự trị 'D' = Phương thức sai lệch 'E' = Chế độ ước tính checksum Kiểm tra tính tồn vẹn tin nhắn Các thơng tin tin nhắn trị đo RMC giải mã (bảng 13) $GPRMC,170007.000,A,2104.4617292,N,10545.8333507,E,000.00,000.00,311018,,,R*70 Bảng 13 Giải mã dòng tin nhắn trị đo RMC $GPRMC,170007.000,A,2104.4617292,N,10545.8333507,E,000.00,000.00,311018,,,R*70 Thời gian 17:00:07 000 UTC A-Dữ liệu hợp lệ V-Dữ liệu không hợp lệ 21o 04.4617292’ Vĩ độ bắc 105o 45.8333507’ Kinh độ đông 21 Tốc độ mặt đất Hướng mặt đất 31:10:2018 Ngày tháng năm cải vị trí 6.6 Tin nhắn VTG – Course Over Ground and Ground Speed –(Hướng tốc độ mặt đất) Hướng thực tế tốc độ tương đối so với mặt đất Định dạng: $ VTG,x.x,T,y.y,M,u.u,N,v.v,K,m*hh Tin nhắn VTG giải mã bảng 14 Bảng 14 Giải mã tin nhắn VTG Trường x.x y.y u.u v.v m Tên Hướng Hướng Tốc độ Tốc độ Chế độ Mô tả Hướng thực mặt đất, độ (000,0 - 359,9) Hướng theo la bàn mặt đất, độ (000.0 ~ 359.9) Tốc độ mặt đất tính theo hải lý (000,0-999,9) Tốc độ mặt đất km/giờ (0000,0 ~ 1800,0) Chỉ báo chế độ 'N' = không hợp lệ 'A' = Chế độ tự trị 'D' = Phương thức sai phân 'E' = Chế độ ước tính hh checksum Kiểm tra tính tồn vẹn tin nhắn 6.7 Tin nhắn ZDA – Time and Date (Ngày thời gian) UTC, ngày, tháng, năm múi địa phương Định dạng: $ ZDA,hhmmss.sss,dd,mm,yyyy,xx,yy*hh Tin nhắn ZDA giải mã bảng 15 Bảng 15 Giải mã tin nhắn ZDA Trường hhmmss.sss Tên Giờ UTC dd mm yyyy xx Ngày UTC Tháng UTC Năm UTC Múi khu vực Mô tả Thời gian UTC định dạng hhmmss.sss (000000.000~ 235959,99) 01 đến 31 01 đến 12 Số năm bốn chữ số 00 đến +-13 22 yy hh Phút khu vực checksum 00 đến +59 Kiểm tra tính tồn vẹn tin nhắn 7.Phần mềm xử lý số liệu theo định dạng NMEA Có hai phần mềm thiết kế xây dựng SERVER GNSS CORS WDM GNSS CORS WDM có chức thu nhận, xử lý, phân tích, cảnh báo, tổng hợp báo cáo kết quan trắc Phần mềm SERVER GNSS CORS WDM Phần mềm có chức thu nhận truyền dẫn số liệu quan trắc từ Rover đặt trạm quan trắc gửi máy chủ, có khả thu nhận xử lý số liệu đồng thời 24 trạm quan trắc, phần mềm có tính chủ yếu như: -Các chức thao tác tệp số liệu đo -Cài đặt cổng truyền số liệu cho Rover -Các tiện ích - Thơng tin phần mềm Giao diện phần mềm SERVER GNSS CORS WDM thể (hình 14) Hình 14 Giao diện phần mềm SERVER GNSS CORS WDM Phần mềm SERVER GNSS CORS WDM có module như: Module theo dõi tình trạng vệ tinh GNSS (hình 15) 23 Hình 15 Module theo dõi tình trạng vệ tinh GNSS Module tách lọc tin nhắn trị đo (hình 16) Hình 16 Module lọc tách tin nhắn trị đo Module có chức kiểm tra tính tồn vẹn tin nhắn trị đo nút chọn “CheckSum” tách tin nhắn chứa thông tin tọa độ điểm đo hiệu chỉnh (trị đo Fixed) nút chọn “Tách tin nhắn GGA” tác thông tin tọa độ điểm đo hiệu chỉnh có sai số vị trí điểm nhỏ nút chọn “Tách tin nhắn GST” (hình 16) Phần mềm GNSS CORS WDM Phần mềm có chức phân tích, xử lý số liệu GNSS từ phần mềm SERVER GNSS CORS WDM gửi đến để xác định hiển thị đại lượng dịch chuyển biến dạng cơng trình Giao diện phần mềm thiết kế xây dựng thể (hình 17) 24 Hình17 Giao diện phần mềm GNSS CORS WDM Phần mềm GNSS CORS WDM có module như: Module xem thơng tin chung trạm quan trắc (hình 18) Hình 18 Module xem thông tin chung trạm quan trắc Module lập báo cáo kết quan trắc (hình 19) 25 Hình 19 Module lập báo cáo kết quan trắc Các phần mềm cài đặt máy tính chủ (Server) trạm CORS chạy có trạm quan trắc hoạt động Dữ liệu thu trạm quan trắc theo tiêu chuẩn NMEA 183 gửi liên tục từ trạm quan trắc máy chủ với tần suất giây tin nhắn Ở bảng 16 thể đoạn tệp số liệu theo tiêu chuẩn NMEA thu trạm quan trắc Bảng 16 Dữ liệu NMEA thu trạm quan trắc $GNGGK,164713.00,082518,2104.3054650,N,10546.4090182,E,1,23,1.7,EHT-1.331,M*72 $PTNL,GGK,164713.00,082518,2104.3054650,N,10546.4090182,E,1,23,1.1,EHT-1.331,M*57 $GNGGQ,164713.00,082518,2104.3054650,N,10546.4090182,E,1,23,1.000,-1.331,M*36 $GNGLL,2104.3054650,N,10546.4090182,E,164713.00,A,A*77 $GNGNS,164713.00,2104.3054650,N,10546.4090182,E,AANA,23,0.6,-1.331,,,*63 $GNGSA,A,3,03,10,14,16,22,26,29,31,,,,,1.1,0.6,0.9*2E $GNGSA,A,3,70,71,73,80,,,,,,,,,1.1,0.6,0.9*2E $GPGSV,3,1,10,03,12,320,41,10,28,166,44,14,57,029,49,16,37,203,46*75 $GPGSV,3,2,10,22,30,307,46,25,16,038,,26,69,200,51,29,14,084,41*7D $GPGSV,3,3,10,31,50,356,51,32,51,077,50,,,,,,,,*7B $GLGSV,1,1,04,70,68,348,45,71,17,333,43,73,49,267,50,80,45,003,45*66 $GAGSV,2,1,06,04,48,123,49,05,21,322,43,09,70,352,52,24,59,251,51*6F Từ tệp liệu thu theo chuẩn NMEA loại tin nhắn GPGGA GPGST thu để xử lý lọc trị đo tốt nhất, trình xử lý tiến hành qua bước sau: Bước thứ nhất, kiểm tra tính tồn vẹn tin nhắn tệp liệu NMEA 26 Khi tin nhắn theo định dạng NMEA nhận từ Rover, cần phải kiểm tra tính tồn vẹn (đầy đủ) tin nhắn tệp liệu này, dịng tin nhắn thiếu hay thừa thơng tin không sử dụng tin nhắn để lấy số liệu Việc kiểm tra tính tồn vẹn liệu thực cách phân tích tất ký tự khoảng từ $ đến * chuỗi tin nhắn NMEA thành chuỗi Sau đó, cần thực thuật toán thao tác bit XOR ký tự với ký tự tiếp theo, kết thúc chuỗi Bước thứ hai, lọc tin nhắn có tọa độ hiệu chỉnh vị trí (Fixed) Trong chuỗi tin nhắn GNGGA GPGGA, sau ký tự “E” số trị đo được hiệu chỉnh lọc gia trị Nếu sau ký tự “E” số 0, 1, 2, hay khơng lấy trị đo này, (bảng 3.2) thể đoạn tin nhắn lọc để lấy tọa độ hiệu chỉnh vị trí Bước thứ ba, lọc tin nhắn có tọa độ hiệu chỉnh vị trí có sai số vị trí nhỏ Trong số tin nhắn có tọa độ hiệu chỉnh sai số vị trí khác nhau, để nâng cao độ xác định vị cần lọc tin nhắn có sai số vị trí điểm nhỏ Việc lọc tọa độ có sai số nhỏ thực cách phân tích chuỗi tin nhắn GPGST GNGST Bảng 17 Dữ liệu GNGGA theo chuẩn định dạng NMEA 0183 $GNGGA,070309.00,2104.29999960,N,10546.41406609,E,4,22,0.7,23.698,M,-28.333,M,1.0,4095*4C $GNGGA,070310.00,2104.30000020,N,10546.41406564,E,4,22,0.7,23.699,M,-28.333,M,1.0,4095*41 $GNGGA,070311.00,2104.29999998,N,10546.41406593,E,4,22,0.7,23.703,M,-28.333,M,1.0,4095*41 $GNGGA,070312.00,2104.29999893,N,10546.41406725,E,4,22,0.7,23.700,M,-28.333,M,1.0,4095*44 $GNGGA,070313.00,2104.29999942,N,10546.41406699,E,4,22,0.7,23.701,M,-28.333,M,1.0,4095*4F $GNGGA,070314.00,2104.29999894,N,10546.41406737,E,4,22,0.7,23.701,M,-28.333,M,1.0,4095*47 $GNGGA,070315.00,2104.30000032,N,10546.41406652,E,4,22,0.7,23.689,M,-28.333,M,1.0,4095*40 $GNGGA,070316.00,2104.29999938,N,10546.41406966,E,4,22,0.7,23.699,M,-28.333,M,1.0,4095*48 $GNGGA,070317.00,2104.29999921,N,10546.41406725,E,4,22,0.7,23.698,M,-28.333,M,1.0,4095*49 $GNGGA,070318.00,2104.29999947,N,10546.41406839,E,4,22,0.7,23.701,M,-28.333,M,1.0,4095*45 $GNGGA,070319.00,2104.29999955,N,10546.41406849,E,4,22,0.7,23.696,M,-28.333,M,1.0,4095*4F $GNGGA,070320.00,2104.29999779,N,10546.41406726,E,4,22,0.7,23.699,M,-28.333,M,1.0,4095*4C 27 KẾT LUẬN 1.Hệ thống quan trắc chuyển dịch biến dạng cơng trình theo thời gian thực truyền dẫn liên tục từ trạm quan trắc trung tâm xử lý số liệu với định dạng liệu theo tiêu chuẩn NMEA 2.Các loại tin nhắn trị đo theo tiêu chuẩn NMEA giải mã nhằm giúp cho công tác xử lý số liệu thực liên tục nâng cao độ xác cơng tác quan trắc 3.Với tin nhắn trị đo giải mã, phần mềm thiết kế, xây dựng nhằm tự động hóa q trình xử lý với liệu lớn thời gian thực 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngô Văn Hợi nnk (2004), Nghiên cứu xây dựng phần mềm chuyên dụng TĐCT Ver 1.0, Báo cáo tổng kết đề tài cấp (Bộ Xây dựng), Mã số RD1003 Phạm Công Khải, Nguyễn Viết Nghĩa, “Phương pháp xác định tọa độ trạm CORS theo khung tham chiếu mặt đất quốc tế - ITRF phần mềm Bernese 5.0”, Tạp chí Khoa học đo đạc Bản đồ, số 18, 12-2013 Lei Wang, Wu-sheng Hu Study and Application in Road Survey on CORS Technique Procedia - Social and Behavioral Sciences, Volume 96, November 2013, Pages 1707-1711 Elena Giménez , Mattia Crespi, M Selmira Garrido, Antonio J Gil Multivariate outlier detection based on robust computation of Mahalanobis distances Application to positioning assisted by RTK GNSS Networks 29 International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, Volume 16, June 2012, Pages 94–100 Gao Jing-xiang, Hu Hong, Advanced GNSS technology of mining deformation monitoring The 6th International Conference on Mining Science & Technology Procedia Earth and Planetary Science (2009) 1081–1088 William Stone, The Evolution of the National Geodetic Survey’s Continuously Operating Reference Station Network and Online Positioning User Service National Oceanic and Atmospheric Administration – National Geodetic Survey, MSC01-11101 University of New Mexico Albuquerque, NM 87131 USA http://south.com.vn/SanPham/c-36/ Tram-CORS.html http://geodesy.noaa.gov/CORS/ http://holt.oso chalmers.se/loading/ 30