2.2.2.1 Phân loại
Hiện nay trên thế giới có 3 hệ thống định vị toàn cầu GPS:
Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ (Global Posioning System] GPS) Mục đích chính của hệ thống được dùng trong quân đội,
Hệ thống định vị của Nga (GLonass)
Hệ thống định vị của Liên minh Châu Âu (GaLileo)
Cả GPS và GLONAS đều được phát triển trước hết cho mục đích quân sự. Nên mặc dù được sử dụng trong dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác. Vì thế chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó. Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự.
2.2.2.2 Hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống GPS gồm 3 thành phần chính : Hệ thống GPS gồm 3 thành phần chính :
Phần vũ trụ (Space Segment) Phần điều khiển(Control Segment) Phần sử dụng (Use Segment)
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
Hình 2.2. Sơ đồ mối quan hệ giữa các thành phần GPS Phần vũ trụ
Gồm 24 vệ tinh quay xung quanh trái đất 2 lần trong ngày trong quỹ đạo rất chính xác. Độ cao của vệ tinh so với mặt đất là 20.183 Km, chu kỳ quay quanh trái đất là 1 giờ 57’58’’.
Phần vũ trụ sẽ đảm bảo cho bất kỳ vị trí nào trên quả đất đều có thể quan sát được 4 vệ tinh ở góc trên 15 độ (Nếu góc ở ngưỡng 10 độ thì có thể quan sát được 10 vệ tinh và ở góc ngưỡng 5 độ thì có thể quan sát thấy 12 vệ tinh ).
Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời. Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời. Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.
Nhiệm vụ chủ yếu của các vệ tinh
Ghi nhận và lưu trữ các thông tin được truyền đi từ phần điều khiển. Xử lý dữ liệu có chọn lọc trên vệ tinh.
Duy trì độ chính xác cao về thời gian bằng các đồng hồ nguyên tử. Chuyển tiếp thông tin đến người sử dụng.
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD Phần điều khiển
Gồm 1 trạm điều khiển chính, 5 trạm thu dữ liệu và 3 trạm truyền dữ liệu
Trạm điều khiển chính : Đặt tại Colorado Springs (Mỹ) có nhiệm vụ thu thập các dữ liệu theo dõi vệ tinh từ các trạm thu dữ liệu để xử lý.
Công nghệ xử lý gồm : Tính lịch thiên văn, tính và hiệu chỉnh đồng hồ, hiệu chỉnh quỹ đạo điều chỉnh, thay thế các vệ tinh ngừng hoạt động bằng các vệ tinh dự phòng.
Năm trạm thu dữ liệu : Được đặt tại Hawai, Colorado Springs, Ascension (Nam Đại Tây Dương), Diago Garia ( Ấn Độ Dương), Kwayalein (Nam Thái Bình Dương). Có nhiệm vụ theo dõi các tín hiệu vệ tinh để kiểm soát và dự đoán quỹ đạo của chúng. Mỗi trạm được trang bị những máy thu P] code để thu nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm. Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với hai anten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh.
Ba trạm truyền số liệu : Đặt tại Ascension, Diago Garia, Kwayalein làm nhiệm vụ chuyển dữ liệu lên vệ tinh gồm lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ, các thông điệp cần phát, các lệnh điều khiển từ xa
Phần sử dụng Phần sử dụng bao gồm :
Những máy thu tín hiệu GPS có ăngten riêng (Máy định vị).
Máy thu GPS tính toán đơn vị với tần suất mỗi giây 1 vị trí và cho độ chính xác từ dưới 1m – 5m. Khi ta di chuyển hay dừng tại chỗ, máy thu GPS nhận tín hiệu từ vệ tinh rồi tính toán định vị. Kết quả tính được là toạ độ hiển thị trên màn hình bộ ghi số liệu.
Các thiết bị tự ghi (bộ ghi số liệu).
Bộ ghi số liệu là máy cầm tay, có phần mềm thu thập số liệu. Bộ ghi số liệu có thể ghi vị trí hoặc gắn thông tin thuộc tính với vị trí.
Máy tính (phần mềm xử lý số liệu).
Máy tính, phần mềm xử lý số liệu : Hệ thống GPS có kèm theo phần mềm xử lý số liệu. Sau khi thu thập số liệu ở thực địa, phần mềm chuyển số liệu vị trí và thông tin
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
thuộc tính sang máy tính (PC) sau đó phần mềm sẽ nâng cao độ chính xác (bằng kỹ thuật sai phân).
Phần mềm xử lý số liệu GPS còn có chức năng biên tập hoặc vẽ, phần mềm này cũng hỗ trợ thu thập các yếu tố địa lý và thông tin thuộc tính cho GPS hoặc các cơ sở dữ liệu khác.
2.2.3 Quy trình làm việc của hệ thống
Mỗi vệ tinh truyền liên tục dữ liệu quỹ đạo cho tất cả các chòm sao vệ tinh cộng thêm dữ liệu đến kịp thời và thông tin khác. Do đó, mỗi thiết bị thu tín hiệu (GPS receiver) liên tục truy cập dữ liệu quỹ đạo chính xác của tất cả các vệ tinh mà nó có thể bắt sóng để tính toán bằng các bộ xử lý có trên GPS reciever . Từ đó tín hiệu hoặc sóng vô tuyến di chuyển ở vận tốc hằng số, GPS receiver có thể tính toán khoảng cách tương đối từ thiết bị đến các vệ tinh được bắt sóng bằng cách so sánh khoảng thời gian truyền tín hiệu.
Một thiết bị định vị GPS phải thu được tín hiệu đến từ ít nhất ba vệ tinh. Một tọa độ 2 chiều (gồm vĩ độ và kinh độ) và vệt chuyển động sẽ được xác định. Với bốn vệ tinh hoặc nhiều hơn, thiết bị có thể xác định tọa độ 3 chiều (vĩ độ, kinh độ và độ cao).
2.2.4 Tín hiệu và độ chính xác của LBS
Các thiết bị định vị GPS ngày nay vô cùng chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh vô tuyến cùng hoạt động song song. Thiết bị của hãng Garmin gồm có 12 bộ thu song song sẽ nhanh chóng bắt sóng vệ tinh ngay khi được bật lên và duy trì các kênh tín hiệu khá tốt, thậm chí trong tán lá cây dày đặc hay trong những tòa nhà cao tầng. Yếu tố khí quyển và những điều kiện khác có thể gây ra lỗi nhất định ảnh hưởng đến sự chính xác của thiết bị GPS
S/A Dithering (Nhiễu)
Độ chính xác bị giới hạn bởi quá trình Selective Availability (S/A) và gọi chung là nhiễu ("dithering"). Điều này xảy ra bởi dữ liệu thời gian truyền bởi vệ tinh có sai số ở mức độ nhỏ. Vì vậy kết quả tính toán vị trí dao động xung quanh sai số nhỏ này.
Cao độ (Elevation)
Thông tin chính xác về cao độ cung cấp bởi GPS là thông tin vị trí trên bề mặt (toạ độ kinh vĩ độ). Điều này tuỳ thuộc vào địa hình tới vệ tinh, khi các vệ tinh thường ít hoặc
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD nhiều hơn trên bầu trời, góc thu nhận dốc đứng.
Vận tốc (Speed)
Ở vận tốc dưới 2 dặm/giờ, ảnh hưởng nhiễu là ảnh hưởng đo vận tốc cung cấp bở GPS tuy nhiên, ở vận tốc nhanh hơn, ảnh hưởng của nhiễu thì không đáng kể khi nhiễu dần dần rời rạc.
2.2.5 Nguồn lỗi tín hiệu GPS
Những điều 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 xuyên qua tầng khí quyển. GPS hệ thống sử dụng một xen kẽ mô hình mà tính toán một số lượng trung bình của sự trì hoãn để từng phần sửa chữa cho kiểu này của lỗi.
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. Điều này tăng thời gian di chuyển của tín hiệu, do đó gây ra những lỗi
Lỗi đồng hồ máy thu : Đồng hồ có trong máy thu không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS.
Lỗi quỹ đạo : Cũng được biết như lỗi thiên văn, do vệ tinh thông báo vị trí không chính xác.
Số lượng vệ tinh nhìn thấy : Càng nhiều vệ tinh được máy thu GPS nhìn thấy thì càng chính xác. Nhà cao tầng, địa hình, nhiễu loạn điện tử hoặc đôi khi thậm chí tán lá dầy có thể chặn thu nhận tín hiệu, gây lỗi định vị hoặc không định vị được. Nói chung máy thu GPS không làm việc trong nhà, dưới nước hoặc dưới đất.
Che khuất về hình học : Điều này liên quan tới vị trí tương đối của các vệ tinh ở thời điểm bất kì. Phân bố vệ tinh lí tưởng là khi các quả vệ tinh ở vị trí tạo các góc rộng với nhau. Phân bố xấu xảy ra khi các quả vệ tinh ở trên một đường thẳng hoặc cụm thành nhóm.
Sự giảm có chủ tâm tín hiệu vệ tinh : Làm giảm tín hiệu cố ý do sự áp đặt của Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chống lại việc đối thủ quân sự dùng tín hiệu GPS chính xác cao. Chính phủ Mỹ đã ngừng việc này từ tháng 5 năm 2000, làm tăng đáng kể độ chính xác của máy thu GPS dân sự. (Tuy nhiên biện pháp này hoàn toàn có thể được sử
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
dụng lại trong những điều kiện cụ thể để đảm bảo gậy ông không đập lưng ông. Chính điều này là tiềm ẩn hạn chế an toàn cho dẫn đường và định vị dân sự.)
Hình học/ đánh bóng Vệ tinh : Điều này tham chiếu tới vị trí tương đối của những Vệ tinh vào bất kỳ thời gian đã cho nào. Hình học vệ tinh Lý tưởng tồn tại khi những vệ tinh được định vị tại những góc rộng tương đối nhau.
2.2.6 Ứng dụng của GPS
Mặc dù hệ thống GPS chỉ mới được hoàn thành vào năm 1994 nhưng nó đã thực sự tự khẳng định mình trong những ứng dụng quân sự.
Ngày nay, GPS đã trở thành một yếu tố quan trọng của hầu như tất cả các chiến dịch quân sự và tất cả các hệ thống vũ khí. Ngoài ra, GPS còn được sử dụng trên các vệ tinh để đạt được các dữ liệu quỹ đạo có độ chính xác cao và để điều khiển hướng bay của các con tầu vũ trụ.
Ngoài mục đích ứng dụng trong quân sự GPS dần được triển khai phát triển trong dân sự và đặc biệt được triển khai trên các thiết bị di động. Chức năng định vị toàn cầu (GPS – Global Position System) giờ đây không còn xa lạ trên những chiếc điện thoại cao cấp… Các sản phẩm có chức năng GPS hầu như được tích hợp trên các dòng điện thoại đời cao của các hãng nổi tiếng như Nokia, BlackBerry, PDA… Đáp ứng xu hướng phát triển của công nghệ, mức giá của những chiếc điện thoại này cũng hợp lý hơn, tiện dụng hơn cho người sử dụng.
A. Tại Việt Nam các ứng dụng khai thác từ hệ thống định vị toàn cầu GPS còn mới mẻ. Đã có một số ứng dụng triển khai từ những tiện ích của GPS :
Ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu GPS trong bài toán quản lý xe của ngành Bưu Chính Viễn Thông.
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
Hình 2.3. Mô hình hệ thống quản lý xe Bưu Chính
Tại Thành phố Hồ Chí Minh Sở giao thông công chính đã công bố dự án thí điểm ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS trong quản lý hoạt động xe buýt.
Bước đầu các tuyến lắp thử nghiệm gồm tuyến số 27, tuyến số 1, tuyến số 6. Quản lý xe buýt bằng hệ thống GPS sẽ cho phép trung tâm quản lý được tài xế, tốc độ xe, lộ trình xe chạy trên đường, chất lượng dịch vụ hành khách, thời gian chạy, số chuyến của xe.
Tại Hà nội Sở giao thông cũng ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS trong quản lý xe buýt, bước đầu lắp thử tuyến xe 02 cho phép trung tâm quản lý được tài xế, tốc độ xe, lộ trình xe chạy trên đường, chất lượng dịch vụ hành khách, thời gian chạy, số chuyến của xe.
Ngoài những chiếc Nokia được các nhà phân phối chính hãng ra, các sản phẩm của BlackBerry nhiều tính năng hỗ trợ cho doanh nhân, dân văn phòng, rất được ưa chuộng hiện nay cũng có khả năng sử dụng GPS khá tốt như BB8800 hay BB8300 sử dụng bàn phím Qwerty.
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
Đã có 1 trang web phát triển các ứng dụng sử dụng công nghệ định vị toàn cầu GPS.
Công Ty TNHH Ứng Dụng Bản Đồ Việt ( VietMap Co., Ltd) được thành lập năm 2006 trên cơ sở hợp tác giữa các thành viên là chuyên gia nhiều năm kinh nghiệm và thành công trong lĩnh vực ứng dụng GIS và Công Nghệ Thông Tin.
+ VietMap Co., Ltd là Công ty chuyên về:
Xây dựng bản đồ số và nội dung bản đồ cho các ứng dụng GPS/GIS. Tư vấn và cung cấp các giải pháp ứng dụng bản đồ số vào cho các Doanh Nghiệp, Cơ quan Nhà Nước và cá nhân.
Cung cấp thiết bị/hệ thống/dịch vụ ứng dụng GPS cho bản đồ Việt Nam.
VietMap Co., Ltd là Công ty hàng đầu trong lĩnh vực bản đồ số và giải pháp ứng dụng tại Việt Nam.
+ Các sản phẩm và giải pháp ứng dụng của VietMap Co.,Ltd
Thiết bị GPS dẫn đường với bản đồ chi tiết 63 tỉnh thành Việt Nam. Hệ thống GPS quản lý xe trực tuyến ứng dụng cho giám sát xe Cá nhân, Quản lý đội xe và Điều phối xe.
Navigation Engine (Phần mềm dẫn đường có Dữ liệu bản đồ Việt Nam) cho thiết bị GPS dẫn đường.
Phần mềm dẫn đường cho Pocket PC và điện thoại chạy Hệ Điều Hành Symbian.
Bản đồ số chi tiết và cập nhật thường xuyên toàn bộ Việt Nam. Các giải pháp ứng dụng bản đồ số vào công tác quản lý.
Tên trang web : http://www.vietmap.vn/Introduction.aspx 2.3 Mạng điện thoại di động
2.3.1 Mạng GSM
2.3.1.1 Giới thiệu mạng GSM
Vào đầu những năm 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực. Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hoá bởi
Sinh viên TH : Nguyễn Nho Bình – Lớp 49PM2 ĐHXD
(CEPT : European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) và tạo ra Groupe Spécial Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu.
Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi nhà khai thác Radiolinja ở Finland.
Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được chuyển cho viện viễn thông châu Âu (European Telecommunications Standards Institute (ETSI)), các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990. Đến cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia.
Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là tin nhắn SMS.
Đây là một trong những công nghệ về mạng điện thoại di động phổ biến nhất trên thế giới. Cho đến nay công nghệ này có gần 2 tỷ thuê bao sử dụng trên phạm vi 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Do hầu như có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu
2.3.1.2 Cấu trúc mạng GSM
Cấu trúc của mạng GSM có thể được chia thành ba phần.
Trạm di động (Mobile Station) được người thuê bao mang theo.
Hệ thống trạm gốc ( Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến với trạm di động.
Hệ thống mạng (Network Subsystem), với bộ phận chính là Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC), thực hiện việc chuyển mạch cuộc gọi giữa các thuê bao di động và giữa các thuê bao di động với thuê bao của mạng cố định. MSC cũng thực hiện