6.2 NGUYEĐN LÝ HT ĐNG CụA ĐịNH Vị ĐNG
6.2.1 Câc mođ hình định vị đng
Bao goăm 2 nhĩm chính lă mođ hình định vị đng tuyt đơi vă mođ hình định vị đng tương đơi. Ứng với mi nhĩm, được chia thănh 4 lối phú thuc văo phĩp đo cụa chúng: khoạng câch giạ, pha, kít hợp vă tích hợp. Lối đaău tieđn chư dùng sơ đo khoạng câch giạ, lối thứ hai dùng toơ hợp tun tính câc sơ đo pha, lối thứ ba kít hợp giữa sơ đo khoạng câch giạ vă sơ đo pha vă lối thứ tư tích hợp sơ đo khoạng câch giạ, pha vă câc cạm biín ngoăi, thường lă sử dúng mê C/A hoaịc mê P.
Trong kieơu đo tuyt đơi, định vị khoạng câch giạ đng (pseudo-range kinematic positioning) dùng câc sơ đo khoạng câch giạ p hướng tới 4 v tinh đeơ xâc định được vị trí R cụa mây thu vă đ lch dT cụa đoăng hoă. Trong kieơu đo tương đơi, câc sơ đo được lđy
Pi
Pi+1
R
Ri+1 2
Quỹ đâo đường đi
Tađm trâi đđt
Pi+2 R
Định vị đng theo pha (phase kinematic positioning) cĩ bạn chđt lă mt phương phâp đo tương đơi. Trong đĩ, người ta dùng câc sơ đo pha tâi ít nhđt 4 v tinh từ 2 mây thu đeơ xâc định hiu sơ vị trí cụa mây thu chuyeơn đng với vị trí ban đaău vă chư sơ trượt đoăng hoă
T giữa 2 mây thu.
Định vị đng kít hợp (combined kinematic positioning) sử dúng ít nhđt lă 4 sơ đo khoạng câch giạ p vă 4 sơ đo pha P đeơ xâc định vị trí mây thu Ri và Ri+1, đ lch đoăng hoă mây thu dT vă trị sơ trượt dT. Định vị đng tích hợp (integrated kinematic positioning) boơ sung câc thănh phaăn đng văo trị sơ đo đeơ xâc định quỹ đâo lieđn túc tređn thực tí.
6.2.2 So sânh câc mođ hình đng
Tđt cạ câc mođ hình ngối trừ mođ hình tích hợp, đeău chư dùng câc sơ đo GPS. Đieău năy lăm cho h thơng đo trở neđn d dăng vă kinh tí. Tuy nhieđn so với mođ hình tích hợp nĩ văn kĩm đ chính xâc, đ tin caơy khođng cao.
Trong trường hợp đơn giạn nhđt, định vị khoạng câch giạ tuyt đơi (absolute pseudo- range positioning), chư caăn mt mây thu, Mt quỹ đâo sẽ được mođ hình hơ bởi câc đieơm đc lp. Câc phương tin chuyeơn đng khođng được xĩt đín vă sự đơn giạn hơ cho phĩp ni suy lă caăn thiít. Tređn cơ sở đ chính xâc đoăng nhđt tređn toăn thí giới vă đụ đeơ thoạ mên múc đích dăn đường. Tuy nhieđn khođng đâp ứng được nhieău ứng dúng veă traĩc địa vă địa lý. Như vy sự đơn giạn hĩa h thơng sơ đo phại trạ giâ baỉng đ chính xâc thđp vă đ tin cy kĩm. Mođ hình định vị tuyt đơi sẽ cho mt quỹ đâo trơn hơn nhưng đ chính xâc kĩm.
Đ chính xâc tơt hơn níu xĩt đín mođ hình định vị khoạng câch giạ tương đơi (relative pseudo-range positioning). Maịc dù kỹ thut mođ hình lă như nhau, nhưng vic lối trừ câc sai sơ đê lăm tng đ chính xâc cho kít quạ. Tuy nhieđn đ chính xâc bađy giờ phú thuc văo khoạng câch giữa mây thu tĩnh vă mây thu đng vă câc cđu hình đơn giạn nguyeđn thụy cũng được bỏ qua.
Mt phĩp định vị chính xâc tơt hơn lă định vị pha tương đơi. Hiu sơ pha sẽ cho phĩp đo trị thay đoơi vị trí cụa mây thu tâi mi thời đieơm đo. Vì nhiu cụa trị đo pha thđp hơn nhieău so với nhiu cụa trị đo khoạng câch giạ, neđn đ chính xâc cụa phĩp định vị năy tơt hơn, nhưng nĩ địi hỏi lă khođng cĩ sai sơ veă trượt chu kỳ (cycle slips).
Định vị tương đơi kít hợp lă kỹ thut tơt hơn cụa vic mođ hình hĩa vă câc hốt đng tin cy. Kít hợp sơ đo khoạng câch giạ vă pha baỉng cơ chí lĩc sẽ tìm ra được trị sơ chu kỳ trượt lớn khi chúng khođng tương quan với câc sai sơ trong sơ đo khoạng câch giạ.
Cuơi cùng, định vị tương đơi tích hợp cĩ khạ nng cung cđp đ chính xâc cao hơn, tng đ tin cy vă câc thođng tin veă đng lực chính xâc hơn, maịc dù đ phức tâp cao. Vic tng cường h thơng quân tính, chẳng hân, sẽ cho phĩp ni suy chính xâc hơn giữa câc đieơm chư định GPS, giúp ta lối bỏ sơ trị trượt chu kỳ, tng đ chính xâc định vị tương đơi, cung cđp thođng tin tơc đ chính xâc, nađng cao đ tin cy tređn toăn h thođng.
6.2.3 Xử lý thời gian thực vă xử lý sau
Xử lý thời gian thực thường được sử dúng cho câc ứng dúng dăn đường, trong khi đĩ xử lý sau thường hiu quạ cho câc ứng dúng định vị đng. Trong nhieău trường hợp, vic xem xĩt đín sự nađng cao đ chính xâc vă đ tin cy cĩ theơ được thiít lp baỉng câch sử dúng kít quạ cụa thời gian thực lăm đaău văo cho vic lăm trơn sau.
Phương phâp thời gian thực cĩ hai ưu đieơm. Nĩ cung cđp thođng tin ngay lp tức vă câch nĩn sơ liu tơt. Đieău năy hoăn toăn đúng, như phương phâp lĩc Kalman, với nĩn mt sơ lượng lớn câc dữ liu v tinh vă quân tính văo mt trâng thâi vector với mt sơ nhỏ câc thănh phaăn vă mt ma trn hip phương sai chứa câc thođng tin thơng keđ. Khođng cĩ những b lĩc chuyeđn dùng sẽ khĩ cĩ theơ xâc lp mt h thơng hốt đng vă nhu caău lưu trữ. Tuy nhieđn, ưu đieơm cụa phĩp xử lý thời gian thực sẽ lă nhược đieơm cụa xử lý sau. Bởi vì câc b lĩc thời gian chư cĩ theơ sử dúng câc sơ liu tâi thời đieơm lĩc, câc ước lượng cụa chúng chư tơi ưu đơi với tp con câc sơ liu tâi thời đieơm đĩ. Vì vy câc kít quạ tơt nhđt cụa phĩp xử lý sau chư cĩ theơ nhn được sau khi cĩ được toăn b sơ liu. Những đieău năy địi hỏi phại lưu trữ kít quạ trung gian, níu khođng lăm như vy phĩp xử lý thời gian thực sẽ lăm mđt đi câc thođng tin cĩ giâ trị cho vic xử lý sau. Những phađn tích như vy khođng chư quan trĩng theo quan đieơm đ chính xâc mă cịn caăn thiít cho vic phât hin những sai sơ lớn, như sai sơ trượt chu kỳ, mă rđt khĩ khn đeơ lối bỏ trong vic xử lý thời gian thực. Phĩp xử lý sau (postmission processing) lối bỏ haău hít những vđn đeă trong xử lý thời gian thực vă tng theđm mt đaịc tính cĩ lợi cho vic kieơm tra vă cại tiín mođ hình. Đieău năy cĩ theơ thực hin baỉng nhieău phương phâp, trong sơ đĩ phương phâp lăm trơn tơi ưu (optimal smoothing) cĩ vẹ lă tương đơi thích hợp. Đ chính xâc cao cụa kít quạ, đaịc bit trong trường hợp mođ hình đng được sử dúng, sẽ giúp cho vic phât hin câc li thođ trở neđn d dăng hơn. Ngoăi ra, câc sai sơ thaịng dư vă câc nguoăn sai sơ ngoăi mođ hình cĩ theơ được phađn tích vă nhn biít đaăy đụ.
Với khạ nng lưu trữ hin nay, những đaịc tính như nhu caău veă b nhớ lớn, nhược đieơm cụa phĩp xử lý sau, khođng cịn lă mt vđn đeă quan trĩng. Vì vy câc phĩp đo caăn sử dúng phĩp xử lý sau lăm phương phâp chuaơn cho tđt cạ câc trường hợp khođng yeđu caău thời gian thực.
6.2.4 Đ chính xâc vă thiít bị (Accuracy and Instrumentation)
Sự khâc nhau veă đ chính xâc giữa những kieơu định vị khâc nhau gaĩn lieăn với sự khâc nhau veă nhu caău trang thiít bị. Đơi với câc phương phâp định vị đng tuyt đơi, sự khâc nhau giữa câc kít quạ thời gian thực vă xử lý sau lă khođng quan trĩng, câc sơ liu tieđu bieơu đưa ra ở đađy lă đơi với kít quạ xử lý sau. Câc giâ trị đưa ra ở đađy tương đơi đúng so với thực nghim.
Kít lun quan trĩng đaău tieđn lă vic theđm văo câc thođng tin định vị tương đơi dưới dâng pha hoaịc vn tơc qn tính đeău khođng lăm thay đoơi đâng keơ đ chính xâc cụa định vị đng tuyt đơi. Lý do q rõ răng, nguoăn sai sơ chụ u trong định vị đng tuyt đơi lă sai sơ
thođng tin do pha sĩng mang hay h qn tính cđp, chứ khođng phại do vic lối trừ sai sơ nói tređn.
Vic nađng cao đ chính xâc (improvement in accuracy) baỉng phương phâp định vị đng tương đơi cho thđy khạ nng cụa phương phâp năy trong những ứng dúng traĩc địa. Đieău đâng chú ý lă khođng cĩ sự phađn bit giữa kít quạ mê C/A vă mê P. Câc ước lượng đ chính xâc cụa phĩp định vị đng kít hợp đê nhn được tređn cơ sở giạ thut câc trị sơ đo trượt chu kỳ cĩ theơ đïc lối bỏ phaăn lớn ra khỏi sơ liu đo. Cĩ theơ cĩ đ chính xâc cao hơn, những kít quạ ở đađy được rút ra từ những nghieđn cứu mođ hình định vị đng, caăn được nghieđn cứu sađu hơn.
Bạng 6.1. Đ chính xâc vă thiít bị.
Phương phâp định vị Đ chính xâc Yeđu caău thiít bị
Phương phâp
tuyt đơi Khoạng cách giạ 20-30(m) 1 máy thu mã C/A
15-20(m) 1 mây thu mê P
Kít hợp 15-20(m) 1 máy thu
Tích hợp 15-20(m) 1 máy thu cng với
h quân tính Phương phâp
tương đơi
Khoạng
cách giạ 5-10(m) 2 máy thu
Keđt hợp 0.5-1.5(m) 2 máy thu
Tích hợp 0.2-0.3(m) 2 mây thu cng với
h quân tính
6.2.5 Phâm vi ứng dúng
Maịc dù câc ứng dúng trong GPS mới chư xuđt hin trong những thp nieđn qua, nhưng hin nay, nhieău ứng dúng mới vă thú vị đang được nghieđn cứu vă trieơn khai ở nhieău nước. Phaăn giới thiu năy chưa tht hoăn chưnh, nĩ chư tp trung những cođng vic đang tiín trieơn ở Canada. Câc ứng dúng sẽ được chia lăm 3 nhĩm chính như sau:
Nhĩm đaău tieđn, câc ứng dúng đ chính xâc thđp từ 20m - 30m vă được thực hin baỉng phĩp định vị đng tuyt đơi.
Nhĩm thứ 2 lă câc ứng dúng cĩ đ chính xâc trung bình, được sử dúng khi yeđu caău định vị ở đ chính xâc từ 5m-10m vă cĩ theơ được thực hin baỉng mođ hình đng tương đơi khoạng câch giạ.
Nhĩm thứ 3 lă câc ứng dúng cĩ đ chính xâc cao sẽ đươc dùng khi yeđu caău định vị ở đ chính xâc khoạng từ 0.5m – 2.0m. Tùy thuc văo nhu caău sử dúng mă người ta cĩ theơ dùng phĩp định vị đng tương đơi theo pha, toơ hợp hay tích hợp.
Hình 6.3. Câc ứng dúng định vị đng theo cđp đ chính xâc cụa GPS.
Câc ứng dúng đ chính xâc thđp (low accuracy applications) sẽ rđt tơt cho haău hít câc tâc vú dăn đường trong hăng hại vă hăng khođng vă đơn giạn hĩa phaăn lớn câc phương phâp traĩc địa địa lý baỉng mây bay. Những ứng dúng mới đang xađm nhp văo trong lĩnh vực định vị câc phương tin giao thođng đường b chẳng hân, câc ứng dúng thú vị trong vic định vị vă dăn đường cho đoăn xe tại, xe cứu thương vă xe taxi. Câc ứng dúng năy sẽ rđt kinh tí khi giâ mây thu mể C/A giạm.
Các ứng dúng GPS đng với đ chính xâc trung bình (medium accuracy applications) haău heđt sẽ thay thí mt sơ h thơng quan sât thụy vn hin đang sử dúng. Định vị tređn câc tàu khi hâ thụy (launch positioning) vă đo sađu lă hai trong sơ đĩ. Do nhu caău phại cĩ kít quạ thời gian thực neđn vic duy trì lieđn lâc thođng st baỉng radio lă cực kỳ quan trĩng trong trường hợp năy.
Câc ứng dúng đ chính xâc cao (high accuracy applications) cụa GPS theo kieơu đo pha, kít hợp hoaịc tích hợp sẽ tâo ra nhieău h thơng chuyeđn dùng khâc nhau cho phĩp giại quyít câc vđn đeă khođng theơ giại quyít được baỉng phương phâp đo đâc coơ đieơn. Mt sơ h thơng ứng dúng quan trĩng lă tam giâc ạnh hăng khođng khođng caăn đieơm khơng chí maịt đđt, trĩng lực - trĩng sai hăng khođng vă những phương tin chuyeơn đng tređn maịt đđt cĩ theơ xâc định được trĩng lực vă đ cao Geoid. Ứng dúng đ chính xâc cao cịn được xúc tiín trong mt sơ ứng dúng mă kỹ thut traĩc địa hin hănh cịn bị hân chí chưa giại qut
Dùng trong haău hít câc ứng dúng dăn đường: định vị vă dăn đường xe tại, taxi, xe cứu thương, câc ứng dúng giám sát đơi tượng di đng tređn maịt đđt.
Câc ứng dúng đo đâc thuỷ vn
Ứng dúng tređn câc mây bay đo đ sađu đây bieơn
Khạo sât địa chđn 3-D
Phĩp đo đâc tam giâc baỉng mây bay H thơng xađy dựng bạn đoă vector trĩng lực Phađn tích trĩng trường baỉng mây bay Kít hợp định vị Laser tređn mây bay
1m
Đ chính xác (1)
10m 30m
6.3 CÂC ỨNG DÚNG TREĐN PHƯƠNG TIN ĐƯỜNG B
Câc phương tin giao thođng đường b sử dúng GPS ở hai nhĩm chính lă đ chính xâc thđp vă đ chính xâc cao. Mt văi ứng dúng cĩ theơ cĩ sẽ được mođ tạ mt câch ngaĩn gĩn ở đađy trước khi đưa ra câc kít quạ.
Hình 6.4. Câc ứng dúng với đ chính xâc thđp.
Trong câc ứng dúng đ chính xâc thđp (low accuracy applications), câc mây thu lă mt thănh phaăn cụa h thơng cĩ khạ nng tích hợp định vị thời gian thực cụa GPS với câc thođng tin được lưu trữ trong bạn đoă đeơ hieơn thị vị trí cụa phương tin đĩ tređn bạn đoă đin tử (electronic map) hoaịc đeơ hướng dăn phương tin đĩ đi baỉng con đường đi tơi ưu (optimized path). Khạ nảng trieơn khai những h thơng năy phú thuc văo giâ thănh mây thu vă hin tâi cĩ theơ âp dúng đơi với xe cứu thương, xe tại, taxi vă cĩ theơ lă ođtođ ray. Ứng dúng đ chính xâc cao (high accuracy applications) đeă cp ở đađy được dùng cho múc đích định vị chính xâc vă xâc định lực trĩng trường cụa trâi đđt. Ứng dúng thứ nhđt dùng GPS theo kieơu đo pha tương đơi. Câc thao tâc khạo sât cũng tương tự như những thao tâc dùng trong khạo sât quân tính, nghĩa lă từ mt vị trí biít trước cụa phương tin đường b, đi đín mt vị trí chưa biít vă dừng lâi đĩ mt thời gian ngaĩn roăi sau đĩ lâi đi đín mt đieơm chưa biít tiíp theo. Vic lp bạn đoă vector trĩng lực cĩ theơ thực hin baỉng câch sử dúng h quân tính INS hoaịc GPS. Trong những ứng dúng dâng năy, dâng tương đơi kít hợp cụa GPS được dùng đeơ cung cđp thođng tin định vị chính xâc đín INS. Khi đĩ câc b cạm biín quân tính cĩ theơ được dùng đeơ phât hin những thay đoơi trường trĩng lực vă đeơ vẽ mt maịt caĩt trĩng lực lieđn túc, câc trị cheđnh lch veă đ cao vă Geoid.
Vị trí hin tâi Đường đi tơi ưu
Bạn đoă sơ
Hình 6.5. Ứng dúng đ chính xâc cao.
6.4 CÂC ỨNG DÚNG TREĐN TĂU THUYEĂN
Câc ứng dúng veă bieơn yeđu caău thoạ mên cạ 3 cđp đ cụa đ chính xâc. Vđn đeă gaịp phại với câc ứng dúng tređn tău thuyeăn lă vic đït anten. Thođng thường anten luođn cao hơn trĩng tađm cụa phương tin đieău năy dăn đín gia tơc nten lớn vă cĩ những sai lch veă trị sơ trượt chu kỳ. Vì vy, trường hợp năy sử dúng phương phâp pha sẽ phú thuc văo vic giại băi tôn trượt chu kỳ. Maịt khâc, vic chuyeơn đng anten cũng lăm khĩ khn cho vic xâc định chính xâc quỹ đâo cụa phương tin di chuyeơn. Vì vy, đeơ đât được những đ chính xâc như câc phương tieđn tređn b vă tređn khođng thì phương tin đường thụy phại trang bị theđm mt sơ thiít bị khâc.
Câc ứng dúng cĩ đ chính xâc thđp lă câc ứng dúng GPS veă dăn đường tređn maịt nước. Thường dùng kieơu định vị tuyt đơi, sử dúng câc mây thu mê C/A giâ thănh thđp đeơ lăm tng đ kinh tí cho ứng dúng.
Câc ứng dúng cĩ đ chính xâc trung bình lă câc ứng dúng veă khạo sât thụy vn. Dùng phương phâp đo pha tương đơi theo thời gian thực. Đieău năy sẽ dăn đín câc vđn đeă veă nhiu vă trị sơ trược chu kỳ.
Câc ứng dúng cĩ đ chính xâc cao lă câc ứng dúng veă thâm hieơm địa vt lý, đ chính xâc yeđu caău từ 2-5 m với câc sơ đo địa chđn 3 chieău, vă tơc đoơ khoạng 10cm/s.
Bạng 6.2. Yeđu caău đ chính xâc cụa câc ứng dúng.
Ứng dúng Yeđu caău đ chính xâc
Dăn đường tređn bieơn 1 Km
Dăn đường dĩc bờ bieơn 50-100m