Các dịch vụ LBS trong GPS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  - PHAN VĂN HÒA CÁC DỊCH VỤ LBS TRONG GPS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Người hướng dẫn: TS NGUYỄN VIẾT NGUYÊN Hà Nội – 2012 Các dịch vụ LBS GPS MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GPS Error! Bookmark not defined 1.1 Khái niệm GPS Error! Bookmark not defined 1.2 Các thành phần GPS Error! Bookmark not defined 1.3 Các hệ vệ tinh GPS Error! Bookmark not defined 1.4 Cấu trúc tín hiệu vệ tinh GPS Error! Bookmark not defined 1.5 Các vị trí điều khiển GPS Error! Bookmark not defined 1.6 Các loại dịch vụ định vị GPS Error! Bookmark not defined 1.7 Ứng dụng GPS Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: DATUM, HỆ THỐNG TỌA ĐỘ Error! Bookmark not defined VÀ PHÉP CHIẾU BẢN ĐỒ Error! Bookmark not defined 2.1 Khái niệm datum Error! Bookmark not defined 2.2 Sự biến đổi datum Error! Bookmark not defined 2.3 Hệ thống tọa độ Error! Bookmark not defined 2.4 Các phép chiếu đồ Error! Bookmark not defined 2.4.1.Phép chiếu Mercator ngang Error! Bookmark not defined 2.4.2.Phép chiếu Mercator ngang toàn cầu(UTM) Error! Bookmark not defined 2.4.3.Phép chiếu Mercator ngang cải tiến(MTM) Error! Bookmark not defined 2.4.4 Phép chiếu hình nón Lambert Error! Bookmark not defined 2.4.5.Phép chiếu lập thể kép Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: CƠ SỞ DỮ LIỆU KHÔNG GIAN Error! Bookmark not defined Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa Các dịch vụ LBS GPS 3.1 Các hệ thống dẫn đường Error! Bookmark not defined 3.1.1.Máy chủ sở liệu không gian Error! Bookmark not defined 3.1.2 Các dịch vụ vị trí mở máy chủ GeoMobility Error! Bookmark not defined 3.1.3.Các hệ thống thông tin Error! Bookmark not defined 3.1.4 Khách hàng Error! Bookmark not defined 3.2 Các sở liệu không gian Error! Bookmark not defined 3.2.1.Bản đồ số Error! Bookmark not defined 3.2.2.Mơ hình liệu đồ số Error! Bookmark not defined 3.3 Dịch vụ cổng Error! Bookmark not defined 3.3.1 Các hệ thống định vị độc lập Error! Bookmark not defined 3.3.2 Hệ thống định vị vệ tinh Error! Bookmark not defined 3.3.3 Các hệ thống định vị dựa sóng vơ tuyến điện mặt đất Error! Bookmark not defined 3.4 Dịch vụ tiện ích định vị Error! Bookmark not defined 3.4.1 Mã hóa địa lý Error! Bookmark not defined 3.4.2.Mã hóa địa lý ngược Error! Bookmark not defined 3.5 Các dịch vụ danh bạ Error! Bookmark not defined 3.5.1 Truy vấn điểm (PQ) Error! Bookmark not defined 3.5.2.Truy vấn khoảng cách (RQ) Error! Bookmark not defined 3.5.3 Truy vấn hàng xóm gần (NNQ) Error! Bookmark not defined 3.6 Dịch vụ xác định tuyến Error! Bookmark not defined 3.7 Dịch vụ trình diễn Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 4: CÁC NỘI DUNG CỦA LBS Error! Bookmark not defined 4.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 4.2 Các vấn đề khó khăn Error! Bookmark not defined 4.3 Mơ hình hóa nội dung Error! Bookmark not defined 4.3.1 Hiển thị dựa cột km Error! Bookmark not defined 4.3.2 Hiển thị đồ hình Error! Bookmark not defined 4.3.3 Tham chiếu địa lý Error! Bookmark not defined 4.3.4 Hiển thị sở hạ tầng bên Error! Bookmark not defined Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa Các dịch vụ LBS GPS 4.4 Quản lý cập nhật thông tin Error! Bookmark not defined 4.4.1.Cập nhật thay đổi rời rạc Error! Bookmark not defined 4.4.2.Cập nhật thay đổi liên tục Error! Bookmark not defined 4.4.3.Cache lưu trữ phía client Error! Bookmark not defined 4.5 Tham chiếu tuyến tính Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC A A1 A.1 Nhiễu GPS…………………………………………………………… A1 A.2 Lỗi GPS ……………………………………………………………….A1 A.2.1 Lỗi tầng điện ly…………………………………………………………….A2 A.2.2 Lỗi tầng đối lưu……………………………………………………………A3 A.2.3 Lỗi đồng hồ vệ tinh……………………………………………………… A4 PHỤ LỤC B B1 B.1 Main Mfile B1 B.2 Error_Satellite_Clock_Offset .B3 B.3 Error_Satellite_Clock_Relavastic B4 B.4 Error_Ionospheric_Klobuchar B5 B.5 Error_Tropospheric_Hopfield B8 B.6 Gen_G_DX_XYZ_B B9 B.7 plot_Orbit B10 B.8 Main B13 Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa Các dịch vụ LBS GPS DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT AP C/A DR GIS Access Point Coarse/Acquisition Deduced Reckoning Geographical Information System Điểm truy cập Mã C/A – Mã kém/mã tín hiệu Sự ước lượng suy diễn Hệ thống thông tin địa lý GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu LBS Location-based Service Dịch vụ dựa vị trí MBR Minimum Bounding Rectangle Khung giới hạn nhỏ MTM Modified Transverse Mercator Phép chiếu Mercator ngang cải tiến NAD North American Datum Datum Bắc Mỹ NNQ Nearest Neighbor Query Truy vấn hàng xóm gần Point Of Interest Điểm quan tâm PPS Precise Position Service Dịch vụ vị trí xác PQ Point Query Truy vấn điểm RQ Range Query Truy vấn khoảng cách SDS Spatial Database Server Máy chủ sở liệu không gian SPS Standard Position Service Dịch vụ vị trí chuẩn UTM Universal Transverse Mercator Phép chiếu ngang toàn cầu WGS World Geodetic System Hệ thống trắc địa giới POI Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa Các dịch vụ LBS GPS DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Ví dụ hệ thống tham chiếu ellipsoid liên quan 17 Bảng 3.1 Các nguồn đồ số 31 Bảng 5.1 Vị trí vệ tinh 61 Bảng 5.2 Kết lặp cho  x 62 Bảng 5.3 Vị trí lặp cho thiết bị thu GPS 62 Bảng 5.4 Các thông số quan trọng ma trận hệ số 65 Bảng 5.5 Thông số quan trong ma trận hệ số 65 Bảng 5.6 Thông số quan trọng ma trận hệ số 65 Bảng 5.7 Thông số quan trọng ma trận hệ số 66 Bảng 5.8 Thông số quan trọng ma trận hệ số 66 Bảng 5.9 Các hàm dùng mô 67 Bảng A.1 Lỗi GPS .A1 Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa Các dịch vụ LBS GPS DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1-1 Nhóm vệ tinh GPS Hình 1-2 Các phần hệ thống GPS Hình 1-3 Các hệ vệ tinh GPS Hình 1-4 Cấu trúc tín hiệu vệ tinh Hình 1-5 Các vị trí điều khiển Hình 2-1-a Mối quan hệ bề mặt vật lý trái đất, thể địa cầu ellipsoid 14 Hình 2-1-b Các thơng số ellipsoid 14 Hình 2-2 Datum trái đất địa phương 15 Hình 2-3 Biến đổi datum 16 Hình 2-4 Hệ thống tọa độ 3-D 16 Hình 2-5-a Tọa độ trái đất 18 Hình 2-5-b Tọa độ trái đất đề 18 Hình 2-6 Khái niệm chiếu đồ 19 Hình 2-7 Phép chiếu Mercator ngang 20 Hình 2-8 Phép chiếu UTM 21 Hình 2-9 Vùng UTM 22 Hình 2-10 Phép chiếu MTM 23 Hình 2-11 Phép chiếu hình nón Lambert 24 Hình 2-12 Phép chiếu lập thể kép 25 Hình 3-1 Kiến trúc hệ thống dẫn đường đại 27 Hình 3-2 Các kỹ thuật khớp đồ địa lý 35 Hình 3-3 Ví dụ truy vấn hàng xóm gần 38 Hình 3-4 Phương pháp tìm hàng xóm gần hệ thống đường 39 Hình 4-1 Đoạn đường 337 48 Hình 4-2 Các đoạn đường cột km 49 Hình 4-3 Các chi tiết kết nối 49 Hình 4-4 Hiển thị đồ hình thay 50 Hình 4-5 Bám vị trí 55 Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa Các dịch vụ LBS GPS Hình 4-6 Các nhân tố tuyến tính 58 Hình 4-7 Các kiện điểm tuyến tính 59 Hình - Các phương pháp tham chiếu tuyến tính 59 Hình 5-1 Phương pháp lặp định vị 60 Hình 5-2 Vệ tinh GPS vị trí thiết bị thu 61 Hình 5-3 Phương pháp lặp định vị GPS-  x 63 Hình 5-4 Phương pháp lặp định vị GPS để tìm vị trí 63 Hình 5-5 Phương pháp lặp định vị GPS-lỗi tiêu chuẩn 64 Hình 5-6 Phương pháp lặp định vị GPS - Lỗi đồng hồ thiết bị thu………….64 Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa Các dịch vụ LBS GPS MỞ ĐẦU Hệ thống định vị toàn cầu GPS sử dụng phổ biến mở đường cho hàng loạt ứng dụng yêu cầu độ xác cao LBS - dịch vụ cung cấp nội dung dựa vị trí tận dụng ưu điểm GPS, cung cấp cho người sử dụng nhiều loại tiện ích khác GPS sử dụng hệ thống định vị chủ chốt mang lại nhiều lợi ích có hiệu cao Cùng với GPS, để dịch vụ thực có giá trị thực tiễn, phương pháp hiển thị đồ, mơ hình hóa vị trí, tọa độ, lưu trữ liệu, hiển thị thông tin đến người sử dụng nhận thông tin người sử dụng nghiên cứu sử dụng Vấn đề xác định xác vị trí đối tượng gồm vệ tinh người sử dụng đóng vai trị quan trọng việc triển khai dịch vụ Nội dung luận văn bao gồm chương sau: Chương Trình bày tổng quan thành phần, cấu trúc tín hiệu vệ tinh GPS loại dịch vụ ứng dụng GPS Chương Trình bày khái niệm datum, biến đổi datum, hệ thống tọa độ đặc biệt sâu vào phép chiếu đồ Chương Trình bày sở liệu khơng gian nêu lên hệ thống dẫn đường, dịch vụ cổng, dịch vụ tiện ích định vị, dịch vụ danh bạ dịch vụ xác định tuyến trình diễn Chương Trình bày nội dung dịch vụ dựa vị trí LBS tập trung vào vấn đề mơ hình hóa nội dung quản lý cập nhật thông tin Chương Trình bày kết mơ qua Matlab để phân tích liệu từ tín hiệu thu từ vệ tinh, xác định vị trí người sử dụng vệ tinh sau tách lọc khung liệu cần thiết Trong trình thực luận văn, nhận nhiều giúp đỡ nhiệt tình từ gia đình, thầy giáo, bè bạn, đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy T.S Nguyễn Viết Nguyên Tôi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy T.S Nguyễn Viết Nguyên, thầy cô, bạn bè dành cho suốt thời gian thực luận văn Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa Các dịch vụ LBS GPS CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GPS 1.1 Khái niệm GPS Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) hệ thống định vị dựa vệ tinh phát triển Bộ Quốc phòng Mỹ vào đầu năm 1970 Ban đầu, GPS phát triển hệ thống quân để đáp ứng nhu cầu cần thiết cho quân đội Mỹ Tuy nhiên sau sử dụng cho dân sự, GPS sử dụng cho dân quân GPS cung cấp thơng tin vị trí thời gian cách liên tục, nơi đâu giới, điều kiện thời tiết Nó phục vụ số người dùng khơng giới hạn hệ thống chiều có nghĩa người sử dụng nhận tín hiệu từ vệ tinh Trên danh nghĩa GPS gồm có nhóm 24 vệ tinh chức Nhóm vệ tinh biết dung lượng hoạt động ban đầu (IOC), hồn thành vào tháng 7/1993 Tuy nhiên, thơng báo thức IOC vào 8/12/1993 Để đảm bảo phủ sóng liên tục tồn giới, vệ tinh GPS xếp cho vệ tinh đặt vào mặt phẳng quỹ đạo (Hình 1-1) Với kết cấu hình học này, ln có đến 10 vệ tinh GPS hữu nơi đâu giới, góc ngẩng 10 Chỉ cần vệ tinh đủ để cung cấp vị trí địa điểm, thông tin Các quỹ đạo vệ tinh GPS gần tròn (dạng elip với độ lệch tâm tối đa 0.01), với độ nghiêng khoảng 55 xích đạo Trục phụ quỹ đạo GPS khoảng 26560km (VD: độ cao vệ tinh khoảng 20200km so với bề mặt trái đất) Chu kỳ quỹ đạo GPS tương ứng khoảng 12 (11h, 50 phút) Hệ thống GPS đạt khả hoạt động đầy đủ (FOC) vào 17/7/1995, đảm bảo khả làm việc 24 vệ tinh GPS chức Vì GPS đạt FOC nên số lượng vệ tinh nhóm GPS luôn lớn 24 vệ tinh chức Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa Các dịch vụ LBS GPS %Initialization Parameter Iter=1; Pos_Rcv_N{Iter}=[Pos_Rcv]; %Constrain for convergence B1=1; END_LOOP=100; while (END_LOOP > B1) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% B.2 Error_Satellite_Clock_Offset %*************************************************** *********************** %*************************************************** *********************** %Ofset Model: %dTclk_Ofset=af0+af1*(T-Toc)+af2*(T-Toc)^2+ %af:(1/Sec^i)=>Matrix of Coeeficient for satellite offset %Ttr:(Sec) => Time of transmission %Toc:(Sec) => Sv Clock refernce time %dTclk_Ofset:(Sec)=> Sv Clock offset time * %*************************************************** *********************** function dTclk_Offset=Error_Satellite_Clock_Offset(af,Ttr,Toc ); Dim1=size(af); Order_Coef=Dim1(2); No_SV=length(Toc); Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa B3 Các dịch vụ LBS GPS for j=1:No_SV dTclk_Ofset=0; T(j)=Ttr(j)-Toc(j); if T(j)>302400 T(j)=T(j)-604800; else if T(j)Rel correction constant %ec:(Meter) =>Ecentricity %A:(Meter) =>Orbit Semi major axis %E:(Rad) =>Orbit Eccentric Anomaly %Tgd:(Sec) =>Group Delay %*************************************************** *********************** %*************************************************** *********************** function dTclk_Rel=Error_Satellite_Clock_Relavastic(F,ec,A,E, Tgd); No_SV=length(A); Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa B4 Các dịch vụ LBS GPS for i=1:No_SV dTclk_Rel(i)=F*ec(i)*sqrt(A(i))*sin(E(i))Tgd(i); end B.4 Error_Ionospheric_Klobuchar ==================================================== %Input: %Pos_Rcv:XYZ position of reciever %Pos_SV (m) : XYZ matrix position of GPS satellites(m) %GPS_Time:Time of Week % Alfa(4) (s) :The coefficients of a cubic equation % representing the amplitude of the vertical % dalay (4 coefficients - bits each) * %Beta(4): The coefficients of a cubic equation %representing the period of the model * % (4 coefficients - bits each) * %Output: %Delta_I: Ionospheric slant range correction for % the L1 frequency (Sec) % ==================================================== function [Delta_I]=Error_Ionospheric_Klobuchar(Pos_Rcv,Pos_SV ,Alpha,Beta,GPS_Time) GPS_Rcv = ECEF2GPS(Pos_Rcv); Lat=GPS_Rcv(1)/pi;Lon=GPS_Rcv(2)/pi; unit Lattitdue and Longitude S=size(Pos_SV); m=S(1);n=S(2); for i=1:m Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa B5 % semicircles Các dịch vụ LBS GPS [El,A0]=Calc_Azimuth_Elevation(Pos_Rcv,Pos_SV(i,:)); E(i)=El/pi; %SemiCircle Elevation A(i)=A0; %SemiCircle Azimoth % Calculate the Earth-Centered angle, Psi Psi(i)=0.0137/(E(i)+.11)-0.022; %SemiCircle %Compute the Subionospheric lattitude, Phi_L Phi_L(i)=Lat+Psi(i)*cos(A(i)); %SemiCircle if Phi_L(i)>0.416 Phi_L(i)=0.416; elseif Phi_L(i)86400 t(i)=t(i)-86400; elseif t(i)