Tìm hiểu GPS và ứng dụng

Đề Tài GVHD: ThS TRẦN HẬU VƯƠNG 1.MAI THỊ LAN 2.LÊ THỊ HỒNG  3.PHAN THỊ THU HIỀN 4.NGUYỄN THỊ TUYẾT HUỆ 5.PHAN THỊ THANH HƯƠNG 6.NGUYỄN TẤN HÙNG 7.NGUYỄN VĂN HÒA 8.PHẠM QUANG HƯNG 9.HỒ THỊ LÀI 10.PHAN THI THÙY LINH 11.ĐỖ DIỆU HY I.LỜI MỞ ĐẦU Từ thời xa xưa, người sử dụng thiên văn, la bàn đồ để xác định vị trí tìm đường chuyến thám hiểm khai phá miền đất lạ Tuy nhiên phải đến năm 1995, hệ thống vệ tinh định vị tồn cầu GPS Mỹ GLONASS Nga thức vào hoạt động, nhu cầu định vị dẫn đường giải cách Ngoài mục tiêu quân ý tưởng thiết kế ban đầu, hệ thống vệ tinh định vị ứng dụng rộng rãi hiệu nhiều lĩnh vực dân Ngày nay, cơng nghệ định vị tồn cầu trở thành ngành cơng nghiệp có doanh số hàng chục tỷ USD/năm phát triển mạnh mẽ II.TỔNG QUAN VỀ GPS II.1 GPS LÀ GÌ ?  GPS (Global Positioning System – Hệ thống định vị  tồn cầu) là hệ thống dựa vào các vệ tinh tồn cầu để  xác định vị trí trên trái đất. Vị trí cần được xác định  được ghi nhận bởi thiết bị có tích hợp chip định vị GPS  bất kì.  Thiết bị này liên tục truyền nhận thơng tin với hệ thống  vệ tinh quanh trái đất và từ đó tính tốn ra vị trí tại thời  điểm ghi nhận thơng tin. Vị trí chính xác trên thực tế  được tính tốn bởi một phép đo tam giác, dựa vào  khoảng cách từ điểm cần xác định đến 3 vệ tinh khác  nhau chứ khơng phải chỉ 1 vệ tinh riêng lẻ Hình 1 : Hình ảnh trái đất nhìn từ vệ tinh Nó có nhiều ưu điểm sau: ∙ Độ chính xác định vị cao, từ decamet đến  milimet ∙ Có sẵn cho người sử dụng bất cứ đâu trên  trái đất ∙ Hoạt động liên tục 24h/ngày, trong mọi  điều kiện thời tiết GPS trước tiên là một hệ thống hàng hải  phục vụ cho mục đích qn sự. Nó được thiết  kế, hỗ trợ tài chính, khai thác và điều khiển  bởi Bộ quốc phịng Mỹ. Tuy nhiên GPS được  cung cấp miễn phí cho người sử dụng dân sự  ở một mức độ giới hạn  Việc xây dựng thành cơng GPS là nhờ  vào những thành tựu khoa học và kỹ  thuật sau: ∙ Độ tin cậy cao của hệ thống khơng  gian ∙ Cơng nghệ đồng hồ ngun tử độ  chính xác cao ∙ Khả năng xác định và theo dõi vệ tinh  một cách chính xác   GPS là một hệ thống gồm 27 vệ tinh (kể cả 3 cái sơ  cua) chuyển động trên các quĩ đạo chung quanh trái  đất Mỗi vệ tinh nặng khoảng 2 tấn, sử dụng năng lượng  mặt trời, chuyển động cách mặt đất khoảng 19300km.  Mỗi vệ tinh quay quanh trái đất 2 vịng một ngày đêm.  Quỹ đạo của các vệ tinh được tính tốn sao cho ở bất  kỳ nơi nào trên trái đất, vào bất kỳ thời điểm nào, cũng  có thể “nhìn thấy” tối thiểu 4 vệ tinh.            Cơng việc của một máy thu GPS là xác định vị trí  của 4 vệ tinh hay hơn nữa, tính tốn khoảng cách từ  các vệ tinh và sử dụng các thơng tin đó để xác định vị  trí của chính nó. Q trình này dựa trên một ngun lý  tốn học đơn giản.  Bên cạnh GPS cần phải biết khoảng cách từ vệ tinh đến vị trí cần xác định mặt đất, công thức: s=v*t S: QNG ĐƯỜNG V:VẬN TỐC T:THỜI GIAN VD:Giả sử bạn đang ở một nơi nào đó ở Vietnam, và bạn hồn tồn  khơng biết minh ở đâu, vì một lý do nào đó. Bạn gặp một người dân  địa phương và hỏi một cách thân thiện: “làm ơn cho tơi biết tơi đang ở  đâu ?” Anh ta trả lời: “bạn đang cách Vũng tàu 45 km”. Đây là một sự  thật thú vị, nhưng chưa thật sự có ích. bạn có thể ở bất kỳ đâu trên  vịng trịn có tâm là Vũng tàu, bán kính 45 km.          Bạn hỏi một người khác và cơ ta cho biết bạn đang cách Biên Hồ  40 km. Bây giờ bạn đã khá hơn. Nếu bạn tổng hợp hai thơng tin, bạn  sẽ có hai vịng trịn giao nhau. Vị trí của bạn là một trong hai giao  điểm của hai đường trịn.            Người thứ ba cho bạn biết vị trí của bạn cách Sài gịn 30 km. Bây  giờ thì bạn đã biết mình đang ở đâu Để thực hiện tính tốn này, máy thu GPS phải  biết hai thứ tối thiểu:  • Vị trí của ít nhất ba vệ tinh bên trên nó  • Khoảng cách giữa máy thu GPS đến từng vệ  tinh nói trên  Bằng cách phân tích sóng điện từ tần số cao,  cơng suất cực thấp từ các vệ tinh, máy thu  GPS tính tốn ra được hai thứ trên Sóng radio chuyển động với vận tốc ánh sáng,  tức là 300 ngàn km/giây trong chân khơng.  Máy thu có thể tính tốn được khoảng cách  dựa vào thời gian cần thiết để tín hiệu đến  được máy thu II.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA GPS Hệ thống GPS chia làm mảng: · Mảng không gian: bao gồm vệ tinh, chúng truyền tín hiệu cần thiết cho hệ tống hoạt động · Mảng điều khiển: Các tiện ích mặt đất thực nhiệm vụ theo dõi vệ tinh, tính tốn quĩ đạo cần thiết cho quản lý mảng không gian · Mảng người sử dụng: toàn thể thiết bị thu kỹ thuật tính tốn để cung cấp cho người sử dụng thơng tin vị trí Hình 3. Vệ tinh GPS Hình 4. Cấu trúc tín hiệu GPS II.4 GPS CĨ THỂ ĐO NHỮNG GÌ Các máy thu GPS cung cấp các trị đo là khoảng  cách từ máy thu đến vệ tinh. Tuy nhiên các trị đo  này bao gồm hai loại sau: Giả cự ly (pseudo­range): là trị đo dựa trên  ngun tắc đo xung với xung là mã P hay mã C/A.  Đặc điểm của trị đo này là độ chính xác thấp (0.3  m cho mã P và 3m cho C/A) nhưng nó thể hiện  trực tiếp khoảng cách hình học từ máy thu đến vệ  tinh. Vì mã đo khoảng cách P được truyền trên  hai tần số L1 và L2 nên tương ứng cho hai trị đo  P1 và P2. Trong khi đó mã C/A chỉ hiện diện trên  L1 nên chỉ có trị đo duy nhất C1 CÁC KIỂU ĐỊNH VỊ GPS Độ chính xác định vị GPS khơng những chỉ phụ  thuộc vào loại trị đo dùng trong xử lý mà cịn phụ  thuộc đáng kể vào kiểu định vị 1.ĐỊNH VỊ TUYỆT ĐỐI 2.ĐỊNH VỊ TƯƠNG ĐỐI  3.ĐỊNH VỊ ĐỘNG 4.ĐỊNH CHÍNH XÁC ĐỊNH VỊ GPS Nguồn lỗi của tín hiệu GPS Những yếu tố có thể làm giảm tín hiệu GPS và vì  thế ảnh hưởng tới chính xác bao gồm: Giữ chậm của tầng đối lưu và tầng ion– Tín hiệu  vệ tinh bị chậm đi khi xun qua tầng khí quyển.  Tín hiệu đi nhiều đường – Điều này xảy ra khi tín  hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác trước  khi tới máy thu.  Lỗi đồng hồ máy thu – Đồng hồ có trong máy thu  khơng chính xác như đồng hồ ngun tử trên các  vệ tinh GPS.  Lỗi quỹ đạo – Cũng được biết như lỗi thiên văn, do  vệ tinh thơng báo vị trí khơng chính xác.  ỨNG DỤNG CỦA GPS TRONG CÁC LĨNH VỰC  Mục đích sử dụng ban đầu của GPS dùng trong lĩnh vực  qn sự (chế tạo ra các loại tên lửa thơng minh), nhưng  ngày nay GPS ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Sau đây  là một số ứng dụng tiêu biểu: 1.Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Giáo dục Chương trình thiết bị Bản đồ & GIS Giáo dục (Mapping &  GIS Educator) giới thiệu những giải pháp đơn giản và đa  dạng, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho các tổ chức giáo dục,  thực hiện việc giảng dạy về cơng nghệ GPS và GIS cho  học viên dựa trên những cơng nghệ mới nhất của Trimble Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Dầu & Khí đốt Ngày nay, các cơng ty dầu và khí ln bị đặt  dưới áp lực lớn nhất, tn thủ và phù hợp với  những u cầu và quy định quốc tế các cơng ty  ln phải duy trì số liệu cụ thể về hệ thống hạ  tầng ống dẫn vơ cùng phức tạp của họ Hơn bao giờ hết, các cơng ty dầu và khí đốt  ln là các cơng ty đi đầu trong việc ứng dụng  cơng nghệ GPS và GIS trong việc thành lập  các bản đồ, thu thập giám sát và phân tích số  liệu thực địa.  Ứng dụng GPS trong Cơ quan chính phủ Ngay từ những ngày đầu tiên phát triển  cơng nghệ GPS, chính phủ vẫn ln dẫn  đầu trong việc khai thác và sử dụng. Từ  cấp trung ương đến địa phương, từ đơ thị  tới nơng thơn, GPS và GIS tạo điều kiện  thực sự thuận lợi giúp các cơ quan cơng  quyền hồn thành tốt nhiệm vụ được  giao ỨNG DỤNG GPS TRONG LĨNH VỰC MƠI  TRƯỜNG Nếu từ trước đến giờ cơ quan quản lý khơng  nắm được các xe bồn chở bao nhiêu mét khối  bùn thải, trên đường đi xe dừng lại ở đâu, bao  nhiêu phút, có đổ trộm bùn thải hay khơng thì  sau này việc đó sẽ khơng cịn. Mỗi chủ nguồn  thải đều được quản lý bằng chứng từ điện tử,  các chủ vận chuyển sẽ biết được xe của mình  ở đâu, làm gì thơng qua thẻ điện tử và hệ  thống định vị tồn cầu.  Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Tài ngun thiên nhiên Thế giới chúng ta đang sống khơng ngừng thay  đổi. Bảo vệ mơi trường và giữ gìn những nguồn  tài ngun thiên nhiên ngày nay đang trở thành  vấn đề quan trọng hơn bao giờ hết. Đây cũng  chính là lý do tại sao rất nhiều các cơ quan tổ  chức và cá nhân trên tồn thế giới lựa chọn sử  dụng các cơng nghệ GPS và GIS tiên tiến của  Trimble hàng ngày, để quản lý một cách có  hiệu quả hơn nguồn tài ngun thiên nhiên  hiện có.  III. KẾT LUẬN Do tính chính xác của mình, GPS đã nhanh chóng  trở thành phương pháp lựa chọn để thu thập số liệu  tại chỗ cho rất nhiều các ứng dụng thương mại,  chính quyền và qn sự. GPS chắc chắn trở thành  một phương pháp quan trọng và có hiệu quả kinh tế  cho việc định vị vơ số các mục tiêu trên mặt đất và  trên biển. Mặc dù được Bộ Quốc phịng Mỹ cấp kinh  phí ban đầu, song việc truy nhập mạng GPS là  miễn phí đối với mọi người dùng. Điều này góp  phần khuyến khích việc phát triển các ứng dụng và  tạo ra một thị trường khách hàng hồn tồn mới,  đặc biệt là trong lĩnh vực định vị các phương tiện  giao thơng và điều hành xa lộ.  ... Hơn bao giờ hết, các cơng ty dầu? ?và? ?khí đốt  ln là các cơng ty đi đầu trong việc? ?ứng? ?dụng? ? cơng nghệ? ?GPS? ?và? ?GIS trong việc thành lập  các bản đồ, thu thập giám sát? ?và? ?phân tích số  liệu thực địa.  Ứng? ?dụng? ?GPS? ?trong Cơ quan chính phủ... qn sự (chế tạo ra các loại tên lửa thơng minh), nhưng  ngày nay? ?GPS? ?ngày càng được? ?ứng? ?dụng? ?rộng rãi. Sau đây  là một số? ?ứng? ?dụng? ?tiêu biểu: 1 .Ứng? ?dụng? ?GPS? ?trong lĩnh vực Giáo dục Chương trình thiết bị Bản đồ & GIS Giáo dục (Mapping & ... khơng chính xác như đồng hồ ngun tử trên các  vệ tinh? ?GPS.   Lỗi quỹ đạo – Cũng được biết như lỗi thiên văn, do  vệ tinh thơng báo vị trí khơng chính xác.  ỨNG? ?DỤNG CỦA? ?GPS? ?TRONG CÁC LĨNH VỰC  Mục đích sử? ?dụng? ?ban đầu của? ?GPS? ?dùng trong lĩnh vực