Nghiên cứu triển khai công nghệ gps trong hành chình trên biển kết hợp hệ thống hải đồ điện tử enc

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học mỏ - địa chất Trần Văn Hiếu Nghiên cứu triển khai công nghệ GPS hành trình biển kết hợp hệ thống hải đồ điện tử ENC Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa Mà số: 60.52.85 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học GS.TSKH Phạm Hoàng Lân Hà nội - 2010 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết luận văn trung thực cha đợc công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Ngời cam đoan Trần Văn Hiếu Mục lục Lời cam đoan Danh mục chữ viết tắt - Danh mục bảng - Danh mục hình vẽ Mở đầu - 11 Ch−¬ng 1: Thực trạng vấn đề đảm bảo hành trình biển nớc ta xu giới - 15 1.1 Lịch sử hệ thống dẫn đờng hàng hải - 15 1.2.Tổ chức hàng hải quốc tế IMO 21 1.3 Tổ chức Thủy văn quốc tÕ IHO 24 1.4 Thùc trạng trang thiết bị hàng hải Việt Nam 35 1.5 Hiện trạng t liệu công nghệ thành lập đồ biển - 35 1.6 Xu thÕ trªn thÕ giíi 43 Chơng 2: Nguyên lý khả triển khai hệ thống định vị GPS - 45 2.1 Lý chÕ tạo hệ thống định vị toàn cầu lịch sử chÕ t¹o - 45 2.2 Các hệ thống vệ tinh bản. 56 2.3 C¸c hƯ thèng vệ tinh hỗ trợ 66 2.4 Hệ thống hỗ trợ mặt đất 74 2.5 Khả ứng dụng hệ thống định vị dÉn ®−êng - 77 Chơng 3: Cơ sở liệu hải đồ điện tử số phần mềm sản xuất hải đồ ®iƯn tư 80 3.1 Nguyên tắc chuẩn hoá liệu ENC theo tiêu chuẩn IHO-S57 - 80 3.2 Mét sè phÇn mềm sản xuất liệu hải đồ điện tử thÕ giíi 83 Ch−¬ng 4:Thực nghiệm biên tập hải đồ enc ứng dụng dẫn đờng hàng hải kết hợp định vị gps 95 4.1 Xây dựng hệ thống hải ®å ®iƯn tư. - 95 4.2 KÕt hỵp hƯ thèng GPS víi d÷ liƯu ENC - 102 4.3 Mét sè hÖ thèng ECDIS cã tÝnh −u viƯt cao trªn thÕ giíi. - 107 4.4 Thực nghiệm công nghệ GPS để dẫn đờng kết hợp ENC - 112 Kết luận kiến nghị 120 Tài liệu tham khảo - 122 Phụ lục 1: Đối tợng thuộc tính đối tợng theo tiêu chuẩn S57 - 124 Phụ lục 2: Thông tin thuộc tính đối tợng theo tiêu chuẩn S57 - 137 Danh mục chữ viết tắt Viết tắt AMDS Tiếng anh Giải thích Amplitude Modulated Data Hệ thống liệu đợc điều biến System biên độ (Sử dụng đài phát sóng AM) APRGP Asia And Pacific Regional Dựa án trắc địa khu vực châu - Geodetic Project Thái Bình dơng Continuosly Operating Trạm qui chiếu (GPS) hoạt động Reference Station liên tục CS Commercial Service Dịch vụ trả tiền Galileo CIGNET Cooperative International GPS Mạng lới GPS hợp tác quốc tế CORS Network CNSS DGNSS Compass Navigation Satellite HƯ thèng vƯ tinh dÉn ®−êng System Compass (Trung quèc) Differential Global Navigation Kü thuËt ®o ph©n sai GNSS Satellite System DGPS Differential Global Positioning Kü thuật đo phân sai GPS System DGPS/RTK Differential Global Positioning Cung cấp liệu phân sai thời System/ Real-Time Kinematic gian thực DNC Design Navigation Chat Hải đồ hàng hải dạng vector ECDIS Electronic Chat Display Hệ thống hiển thị thông tin hải đồ Information System điện tử ECS Electronic Chat System Hệ thống hiển thị hải đồ điện tử EGNOS European Geostationary HƯ thèng dÉn ®−êng b»ng vƯ tinh Navigation Overlay Service địa tĩnh châu âu ENCs Electronic Navigation Chat Hệ thống hải đồ điện tử EPN Permanent GPS Network Mạng trạm GPS thờng trực ESA European Space Agency Cơ quan vũ trụ châu Âu ETRS-89 European Terrestrial Reference Hệ qui chiếu mặt đất châu Âu (qui System 1989 chiếu năm 1989) EUPOS European Position Determination Hệ thống xác định vị trí châu Âu System EUREF European Reference Frame Khung qui chiếu châu Âu FANS Future Air Navigation System Hệ thống dẫn đờng hàng không tơng lai FGCC FKP Federal Geodetic Control đy ban kiĨm tra trắc địa Liên Comitte bang Flachen-Korrektur-Parameter Tham số hiệu chỉnh mặt GAGAN Hệ thống hỗ trợ vệ tinh ấn độ GEO Geostationary Địa tĩnh GLONASS Global Navigation Satellte Hệ thống vệ tinh dẫn đờng toàn System cầu Nga GNSS Implimentation Team Nhãm thùc thi hÖ thèng vÖ tinh GIT dẫn đờng toàn cầu GNSS Global Navigation Satellte Tên chung hệ thống định vị System dẫn đờng toàn cầu GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tun gãi tỉng hỵp GPS Global Positioning System HƯ thèng định vị toàn cầu GBAS Ground Based Augmentation Hệ thống bổ sung mặt đất (hạ tầng System sở hỗ trợ mặt đất) GSC Ground Control Segment Hệ kiểm tra mặt đất GMS Ground Monitoring Station Trạm giám sát mặt đất HTTP Hypertext Tranfer Protocol Giao thức truyền siêu văn IDS Integrity Determination System Hệ thống xác định tính nguyên trạng IGS IMO International GPS Service (for Dịch vụ GPS quốc tế (trong lĩnh Geodenamics) vực địa động lực) International Maritime Tổ chức hàng hải quốc tế Organization IHO International Hydrographic Tổ chức thủy văn quốc tế Organization IHO S-52 IHO S-52 Specifications for Yêu cầu kỹ thuật IHO S-52 chart content and display aspects chức hiển thị ECDIS for ECDIS IHO S-57 IHO S-61 IHO S-57 Transfer standard for Tiêu chuẩn IHO S-57 chuyển digital hydrographic data tải liệu thủy văn số hóa IHO S-61 Product Specifications u cầu thơng số sản phẩm IH0 for RNCs S-61 cho hải đồ RNCs ILS Instrument Landing System HƯ thèng tiÕp ®Êt nhãm I ICAO International Civil Aviation Cơ quan hàng không dân dụng Organization giới LEO Low Earth Orbit Quĩ đạo thÊp ITRF International Terrestrial Khung qui chiÕu quèc tÕ Reference Frame MCC Master Control Center Trung t©m kiĨm tra chÝnh MSC Master Control Station Tr¹m kiĨm tra chÝnh MRS Monitoring and Ranging Station Trạm kiểm tra đo khoảng cách MSAS Satellite Based Augmentation Dịch vụ hỗ trợ dẫn đờng b»ng vƯ System tinh (NhËt b¶n) MEO Mean Earth Orbiting Quĩ đạo trung bình mặt đất MTSAT Multi-funtion Transport Satellite Vệ tinh giao thông đa chức NLES Navigation Land Earth Station Trạm dẫn dờng mặt đất NMEA The National Maritime HiƯp héi ®iƯn tư biĨn qc tÕ Electronics Association OS Open Service DÞch vơ më (cđa Galileo) OCS Operational Control System Hệ thống kiểm tra hoạt động OTF Inicializalas Đo khởi đầu (trong kỹ thuật đo dộng thời gian thực RTK) PCV Phase Center Variation Biến đổi tâm pha PCGIAP Permanent Committee on the đy ban th−êng trùc h¹ tầng sở GIS Infrastructure for AP GIS châu -Thái bình dơng PRS Public Regulated Service Dịch vụ qui định cho cộng đồng PPP Precise Point Positioning Xác định vị trí điểm xác NTRIP Network Transport of RTCM via Trun d÷ liƯu chn RTCM RINEX RIMS Internet Protocol giao thøc m¹ng Receiver Independent Exchange ChuÈn d¹ng trao đổi liệu độc Format lập máy thu Ranging and Integrity Trạm đo giám sát nguyên trạng Monitoring Station RTCM Radio Technical Commission for ñy ban kü thuËt vô tuyến cho Maritime Service dịch vụ biển RDS Radio Data System Hệ thống liệu vô tuyến RNCs Raster Navigation Charts Hải đồ điện tử chụp (¶nh) RTK Real-Time Kinematic Động thời gian thực (kỹ thuật đo phân sai sử dụng trị đo pha độ xác cm) SDCM SSM Russian System for differential HÖ thèng hiÖu chØnh phân sai correction and monitoring giám sát Nga State Space Modeling Mô hình hoá không gian trạng thái SSR State Space Representation Miêu tả không gian trạng thái SCC System Control Center Trung t©m kiĨm tra hƯ thèng SA Selective Availability Truy cËp h¹n chÕ SAR Seach And Rescue Dịch vụ tìm kiếm cứu nạn hệ thống Glonass Galileo SBAS Satellte Based Augmentation Hệ thống hỗ trợ vệ tinh System SARSAT Seach And Rescue Satellite- Dịch vụ tìm kiếm cứu nạn vệ Aided Tracking tinh SINEX Solution Inđêpnent Exchange Chuyển đổi liệu dộc lập lời giải SNAS Satellite Navigation Hệ thống hỗ trợ vệ tinh cña Trung Augmentation System quèc Safety of Life Service Dịch vụ liên quan đến an toàn SOL sống (của Galileo) UNAVCO University NAVSTAR Tổ chức trờng đại häc sư Consortium dơng GPS VBS Virtual Base Station Trạm sở ảo VLBI Very Long Baseline Giao thoa cạnh dài (phơng pháp Interferometry đo khoảng cách giao thoa sãng v« tun) VLR Very low frequency TÝn hiƯu tần số thấp VRS Virtural Reference Station Trạm qui chiếu ảo (giải pháp cung cấp liệu hiệu chỉnh mạng CORS Trimble phát triển) WAAS Wide Area Augmentation Hệ thống hỗ trợ diện rộng (Mỹ) System WADGPS Wide Area Differentinal GPS GPS ph©n sai diƯn réng WGS World Geodetic System Hệ trắc địa giới (hệ qui chiếu vệ tinh GPS liên quan đến thời điểm định, vÝ dơ WGS84 WRS Wide-Area Reference Station Tr¹m qui chiÕu diện rộng WMS Wide-Ârea Master Station Trạm qui chiếu diện rộng ZD Zero Difference Xử lý liệu không tạo hiệu Z(T)D Zenith (Troperiosphc) Delay Trễ (tầng đối lu) hớng zenit Danh mục bảng Bng 1.1 Bng 1.2 Bảng 2.1 B¶ng 2.2 B¶ng 2.3 B¶ng 4.1 B¶ng 4.2 Các quốc gia thành viên IHO Các quốc gia cha thành viên IHO Cỏc trm phỏt súng OMEGA Niên biểu phát triển hệ thống GPS Độ xác xác định vị trí theo thiết kế Galileo Bảng tổng hợp sai số nắn ảnh Tuyến hành trình độ xác hành trình tuyến 26 30 46 49 65 98 116 Danh môc hình vẽ Hình 1.1 La bàn từ sextant 17 Hình 1.2 Thời kế 18 Hình 1.3 La bàn điện tàu đại 19 Hình 1.4 Các nớc tham gia Tổ chức IHO 26 Hình 2.1 Sơ đồ trạm phát sóng OMEGA 46 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống trạm phát LORAN-C 48 Hình 2.3 Hệ thống trạm theo dõi mặt đất GPS 57 Hình 2.4 Mô hình hệ thống GPS 58 Hình2.5 Mạng lới thu phát tín hiệu hệ thống GLONASS 61 Hình2.6 Mô hình hiệu chỉnh phân sai giám sát SDCM 62 Hình 2.7 Mô hình hệ thống Galileo 63 Hình 2.8 CÊu tróc hƯ thèng WAAS 68 H×nh 2.9 CÊu tróc hƯ thèng EGNOS 69 H×nh 2.10 CÊu tróc hƯ thèng MSAS 70 Hình 2.11 Vùng phủ sóng dịch vụ SBAS 72 Hình 2.12 Hệ thống trạm CORS OmniStar 73 H×nh 2.13 Vïng phđ sãng cđa StarFire 74 H×nh 3.1 Mô hình liệu S-57 Composer 83 Hình 3.2 mục tiêu SevenCs 86 Hình 3.3 Quy trình sản xuất quản lý ENC ENC Tool 87 Hình 3.4 Hiển thị nội dung xem thuộc tính đối tợng 88 Hình 3.5 Chức kiểm tra liệu 89 Hình 3.6 Chức tối u hoá liệu 90 Hình 3.7 Chức biên tập ENC dKart Editor 92 Hình 3.8 Modul kiểm tra liệu dKart Inspector 93 Hình 3.9 Chuyển đổi liƯu tõ sè sang giÊy cđa dKart Publisher 94 H×nh 4.1 Cơ sở toán học ENC 97 Hình 4.2 Cell Meta Data 99 Hình 4.3 Nội dung ENC đợc số hoá hiển thị chế độ Geomatry Mode 100 Hình 4.4 Nội dung ENC đợc số hoá hiển thị chế độ Combi Mode 100 Hình 4.5 Nội dung ENC đợc số hoá hiển thị chế độ ECDIS Mode 101 Hình 4.6 Kiểm tra néi dung ENC 102 H×nh 4.7 CÊu h×nh hƯ thèng ECDIS với ENC thiết bị 106 ... đề: Nghiên cứu triển khai công nghệ GPS hành trình biển kết hợp hệ thống hải đồ điện tử ENC lấy làm đề tài cho luận văn thạc sĩ kỹ thuật Mục đích nhiệm vụ a Mục đích Trên sở phân tích đánh giá hệ. .. liệu hải đồ điện tử giới 83 Chơng 4:Thực nghiệm biên tập hải đồ enc ứng dụng dẫn đờng hàng hải kết hợp định vị gps 95 4.1 Xây dựng hệ thống hải đồ điện tử. ... Nguyên lý khả triển khai hệ thống định vị GPS, lựa chọn phơng pháp định vị phù hợp với sở liệu ENCs hệ thống hiển thị ECDIS - Nghiên cứu phơng pháp xây dựng hệ thống hải đồ điện tử, ứng dụng sản