Nhờ đặc điểm của GPS cú thể xỏc định được chớnh xỏc vị trớ và thời gian của đối tượng nờn ngày nay nú đợc ứng dụng hầu hết trong mọi lĩnh vực của đời sống xó hội:
1. Quõn sự
Cả hai hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS và GLONASS đều được xõy dựng với mục đớch đầu tiờn là hỗ trợ cỏc hoạt động quõn sự của Mỹ và Nga. Khả năng định vị được vị trớ của mỡnh cũng như của phớa đối phương là rất quan trọng trong quõn sự. Ứng dụng của GPS và GLONASS đó được phỏt triển mạnh mẽ, với độ chớnh xỏc cao trong định vị mỏy bay chiến đấu, mỏy bay dõn dụng, nhảy dự, tàu chiến cũng như định vị và điều khiển tờn lửa và ngắm bắn mục tiờu. Ngoài ra, cỏc thiết bị thăm dũ, theo dừi và thiết bị tấn cụng cú khả năng di chuyển khụng người lỏi cũng đều dựa trờn khả năng định vị được đối phương.
2 Trắc địa, bản đồ, đo đạc địa chấn
Một trong cỏc ứng dụng dõn sự đầu tiờn của hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu là ứng dụng trong ngành đo đạc trắc địa và bản đồ, với cỏc mỏy định vị chất lượng cao. Ứng dụng trong lĩnh vực này thường bao gồm việc xõy dựng tọa độ cho cỏc điểm mốc trong trắc địa với độ chớnh xỏc tới milimột. Ngoài ra, kỹ thuật định vị cũn được dựng rất phổ biến trong việc xõy dựng hệ thống thụng tin địa lý (GIS), vớ dụ như tạo dựng dữ liệu về hệ thống đường giao thụng và vị trớ của cỏc nơi cụng cộng quan trọng như bệnh viện, trường học, cỏc danh lam thắng cảnh, dịch vụ vui chơi, giải trớ, v.v...
Định vị nhờ vệ tinh cũng đúng vai trũ quan trọng trong giỏm sỏt chấn động, độ dịch chuyển của mặt đất và của cỏc cấu trỳc hạ tầng như đập thủy điện, cầu, nhà hay thỏp cao. Khả năng này được đỏnh giỏ rất cao trong dự đoỏn động đất hay giỏm sỏt chất lượng của cỏc cụng trỡnh xõy dựng.
3. Giao thụng, vận tải
Hỡnh 3.12: Ứng dụng GPS trong ngành vận tải
Ngay sau khi ra đời, hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu đó chiếm vai trũ quan trọng trong ngành giao thụng vận tải, đặc biệt là trong hàng khụng và hàng hải. Trong ngành hàng khụng, việc điều khiển mỏy bay hạ cỏnh, cất cỏnh cũng như dẫn đường trong khụng
gian ba chiều yờu cầu khả năng định vị chớnh xỏc tới vài một. Trong một vài năm gần đõy, việc ứng dụng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu trong ngành đường sắt đó trở nờn phổ biến trờn thế giới. Một trong cỏc nhu cầu cần thiết nhất trong ngành đường sắt là quản lý và điều khiển tàu.
Hỡnh 3.14: Thiết bị dẫn đường
Ứng dụng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu cho xe hơi đó được nhắc đến từ lõu và đó gặt hỏi được những thành quả nhất định. Dựa trờn thụng tin về vị trớ của mỡnh, người điều khiển xe cú thể nối trực tiếp với trạm điều khiển và yờu cầu một số thụng tin cú ớch, vớ dụ như tỡnh trạng tắc nghẽn giao thụng ở đoạn đường phớa trước, cũng như tỡnh trạng đường xỏ và ảnh hưởng của thời tiết trong thời gian thực. Dựa trờn cỏc thư viện thụng tin về hệ thống giao thụng và cỏc quy định đi kốm theo với mỗi đường (vớ dụ tố độ giới hạn) và thụng tin về vị trớ hiện tại, cỏc phần mềm cú thể được xõy dựng để dẫn đường cho lỏi xe, tỡm cỏch đi ngắn nhất từ điểm A đến điểm B và cung cấp chỉ dẫn bằng chữ hiển thị lờn màn hỡnh hoặc bằng giọng núi. Dịch vụ này cũng cú thể cung cấp cỏc cảnh bỏo trong trường hợp xe vượt quỏ tốc độ giới hạn, hoặc thậm chớ trong cỏc trường hợp xe cú xu hướng đi lệch làn xe và đố lờn vạch phõn cỏch giữa hai chiều trong một thời gian dài. Trong những thập kỷ sắp tới, những chiếc xe hơi tự lỏi cú thể sẽ trở thành hiện thực và khi đú cụng nghệ định vị sẽ trở thành một phần khụng thể thiếu được, mặc dự đũi hỏi phải định vị với chất lượng cao. Hơn nữa, thụng tin về vị trớ chớnh xỏc của một chiếc xe hơi sẽ là rất cần thiết trong hỗ trợ tỡnh trạng khẩn cấp như tai nạn hoặc hỏng xe, hoặc xe bị đỏnh cắp.
.
Hỡnh 3.15 : Thiết bị định vị và dẫn đường MapQuest PND cho xe hơi
4 Dịch vụ cung cấp thụng tin dựa trờn vị trớ khỏch hàng (LBS)
Hỡnh 3.16: Hệ thống dịch vụ LBS
Dịch vụ cung cấp thụng tin dựa trờn vị trớ của khỏch hàng (Location-Based Services - LBS), nú cung cấp cỏc thụng tin cần thiết theo yờu cầu của khỏch hàng dựa
Trạm thu phỏt tớn hiệu vụ tuyến Trạm thu phỏt tớn hiệu vụ tuyến Vị trớ ước lượng hkỏch hành WML WML Trạm thu RF SMS, GPRS, Internet HTML GIS Trung tõm dịch vụ API API API mỏy thu GPS Trạm thu RF A-GPS A-GPS ? ? ?
trờn một thư viện dữ liệu về cơ sở hạ tầng của một thành phố và khả năng tự định vị của người sử dụng, thụng qua điện thoại di động hoặc PDA (Personal Digital Assistances). Cỏc dịch vụ LBS này nhằm cung cấp thụng tin chớnh xỏc và cụ thể cho khỏch hàng dựa trờn vị trớ của họ tại bất kỳ thời điểm nào. Loại hỡnh dịch vụ này được xem là một giải phỏp hiệu quả, nú cung cấp thụng tin cho người sử dụng tại thời điểm và vị trớ cần thiết. Nú hứa hẹn đem lại sự thuận tiện, thoải mỏi và nhiều khi tiết kiệm được rất nhiều thời gian cho người sử dụng. Đồng thời, mọi lợi nhuận khổng lồ mà kiểu dịch vụ này đang hứa hẹn đó hấp dẫn khụng chỉ cỏc nhà đầu tư trong cụng nghệ thụng tin và cỏc thiết bị điện tử, mà cả trong ngành vui chơi giải trớ, trong tỡm kiếm cứu hộ và nghiờn cứu xó hội.
Kết cấu của hệ thống được mụ tả ở hỡnh 3.16, trong đú yờu cầu của khỏch hàng được ký hiệu bằng dấu hỏi và thường được lập trỡnh bằng WML (Wireless Mobile Language) và được truyền đi với mạng Internet vụ tuyến.
5.Tỡm kiếm và cứu hộ
Cỏc dịch vụ tỡm kiếm và cứu hộ thường xuyờn phải đối mặt với cỏc cuộc gọi kờu cứu, mà khi đú từng giõy trụi qua cú thể liờn quan tới tớnh mạng con người. Nhiều trường hợp đó xảy ra, trong đú người kờu cứu bị lạc đường trong vựng rừng nỳi bao la, hoặc trờn cỏc sườn nỳi phủ đầy tuyết. Khả năng tự định vị được của cỏc điện thoại di động khi dựng dịch vụ cấp cứu cú thể hỗ trợ tỡm kiếm nạn nhõn một cỏch nhanh chúng.
6. Thể thao và giải trớ
Một số cỏc hoạt động giải trớ và tập luyện thể thao sẽ trở nờn thỳ vị hơn nhiều nếu người chơi cú thể xỏc định được vị trớ của mỡnh, và cú thể theo dừi sự chuyển động. Một vài vớ dụ điển hỡnh cú thể nờu ra là trong: việc chơi kinh khớ cầu, mụn thể thao thuyền buồm,mụn thể thao leo nỳi và đi bộ đường dài, mụn thể thao điền kinh....
7 .Nụng nghiệp
Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu mới chỉ được nhắc đến và được ỏp dụng tại cỏc nước tiờn tiến với cỏc trang trại nụng nghiệp rộng lớn. Khả năng ứng dụng của nú vẫn cũn nhiều hạn chế ở cỏc nước đang phỏt triển, do điều kiện cụng nghệ chưa cao và quymụ cụng nghiệp húa nụng nghiệp vẫn cũn thấp. Trong ngành này, hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu được ỏp dụng khi dựng cỏc mỏy bay phun rải phõn bún và thuốc trừ sõu,
rộng lớn. Hơn nữa, dữ liệu thụng tin về vựng diện tớch cho năng suất cao hay thấp cũng cú thể được hỡnh thành và phõn tớch bằng cỏc phần mềm tương ứng với sự trợ giỳp của cụng nghệ định vị sau đú, người sản xuất cú thể dựa trờn kết quả phõn tớch tỡm ra phương phỏp năng suất thớch hợp.
3.2 Hệ thống thụng tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt là GIS)
3.2.1 GIS là gỡ?
Hệ thống thụng tin địa lý ( bản đồ số) là hệ thống quản lý, phõn tớch và hiển thị tri thức địa lý, tri thức này được thể hiện qua cỏc tập ( tầng)thụng tin [19]:
- Cỏc bản đồ: giao diện trực tuyến với dữ liệu địa lý để tra cứu, trỡnh bày kết quả và sử dụng như là một nền thao tỏc với thế giới thực
- Cỏc tập thụng tin địa lý: thụng tin địa lý dạng file và dạng cơ sở dữ liệu gồm cỏc yếu tố, mạng lưới, topology, địa hỡnh, thuộc tớnh
- Cỏc mụ hỡnh xử lý: tập hợp cỏc quy trỡnh xử lý để phõn tớch tự động - Cỏc mụ hỡnh dữ liệu: GIS cung cấp cụng cụ mạnh hơn là một cơ sở dữ liệu thụng thường bao gồm quy tắc và sự toàn vẹn giống như cỏc hệ thụng tin khỏc. Lược đồ, quy tắc và sự toàn vẹn của dữ liệu địa lý đúng vai trũ quan trọng
- Metadata: hay tài liệu miờu tả dữ liệu, cho phộp người sử dụng tổ chức, tỡm hiểu và truy nhập được tới tri thức địa lý.
3.2.2 Đặc điểm của GIS
Hệ thống thụng tin địa lý (GIS) sử dụng cơ sở dữ liệu địa lý (geodatabase) làm dữ liệu của mỡnh.Cỏc thành phần của cơ sở dữ liệu khụng gian bao gồm:
Tập hợp cỏc dữ liệu dạng vector (tập cỏc điểm, đường và vựng), hỡnh 3.17.
Tập hợp cỏc dữ liệu dạng raster (dạng mụ hỡnh DEM hoặc ảnh) .
Tập hợp cỏc dữ liệu dạng mạng lưới (vớ dụ như đường giao thụng, lưới cấp thoỏt nước, lưới điện ...) xem hỡnh 3.18 .
Tập hợp cỏc dữ liệu địa hỡnh 3 chiều và bề mặt khỏc.
Dữ liệu đo đạc .
Dữ liệu dạng địa chỉ .
Cỏc bảng dữ liệu là thành phần quan trọng của cơ sở dữ liệu khụng gian, được liờn kết với cỏc thành phần đồ họa với nhiều kiểu liờn kết khỏc nhau.
Hỡnh 3.17: Xõy dựng bản đồ số trờn cơ sở chia thành cỏc tập điển, tập đường.
Về khớa cạnh cộng nghệ, hỡnh thể, vị trớ khụng gian của cỏc đối tượng cần quản lý, được miờu tả bằng cỏc dữ liệu đồ hoạ. Trong khi đú, tớnh chất cỏc đối tượng này được miờu tả bằng cỏc dữ liệu thuộc tớnh, xem hỡnh 3.19 a,b.
Trong hỡnh 3.18 ta thấy bản đồ thành phố Hà nội cú thể được xếp chồng từ nhiều lớp bản đồ khỏc nhau, mỗi một lớp mang một khớa canh thụng tin khỏc nhau như: lớp đường (Hanoi_Duong), lớp sụng (Ha noi_song), lớp mặt bằng, lớp cõy xanh (thuc phu), ranh giới...
Mụ hỡnh cơ sở dữ liệu khụng gian khụng những quy định mụ hỡnh dữ liệu với cỏc đối tượng đồ hoạ, đối tượng thuộc tớnh mà cũn quy định liờn kết giữa chỳng thụng qua mụ hỡnh quan hệ và định nghĩa hướng đối tượng bao gồm cỏc tớnh chất như thừa kế
(inherit), đúng gúi (encapsulation) và đa hỡnh (polymorphism).
Cỏc hệ GIS hiện đại cú nhiều cụng cụ phõn tớch hiệu quả, trong đú cú hai cụng cụ quan trọng đặc biệt là phõn tớch liền kề và phõn tớch chồng xếp. Nhúm này tạo nờn ứng dụng quan trọng đối với nhiều ứng dụng mang tớnh phõn tớch. Quỏ trỡnh chồng xếp sử dụng một số bản đồ để sinh ra thụng tin mới và cỏc đối tượng mới. Trong nhiều trường hợp topology mới sẽ được tạo lại. Chồng xếp là quỏ trỡnh tớch hợp cỏc lớp thụng tin khỏc nhau xem hỡnh 3.18. Cỏc thao tỏc phõn tớch đũi hỏi một hoặc nhiều lớp dữ liệu phải được liờn kết vật lý. Sự chồng xếp này, hay liờn kết khụng gian, cú thể là sự kết hợp dữ liệu về đất, độ dốc, thảm thực vật, sở hữu đất, cụng trỡnh kiến trỳc ...
3.2.3 Bản đồ số
Bản đồ số thực chất là một GIS, tuỳ thuộc vào yờu cầu của người sử dụng mà bản đồ được cấu tạo từ nhiều lớp bản đồ (thụng tin) khỏc nhau, mỗi lớp cú một ứng dụng riờng.
Vớ dụ như ở hỡnh 31.8 đú là đồ số của thành phố Hà nội, bản đồ được hỡnh thành nhờ chồng xếp nhiều lớp bản bản dồ khỏc nhau gồm: lớp đường, lớp sụng, lớp thực vật, lớp tờn đường, lớp ranh giới, lớp mặt bằng. Ta cú thể tỏch riờng từng lớp như ở hỡnh 3.17b,c. Khi xộp chồng cỏc lớp cho ta bản đồ hoàn chỉnh cung cấp cỏc thụng tin tương ứng với mỗi lớp. Nếu như khi ta muốn mở rộng thụng tin của bản đồ như : hệ thống khỏch sạn, địa điểm danh lam thắng cảnh, quản lý nhà đất...thỡ ta cú thể xõy dựng thờm cỏc lớp này. Đồng thời cú thể mở rộng thờm cỏc thụng tin cho mỗi đối tượng trờn bản đồ, vớ dụ như thụng tin về mỗi khỏch sạn ( số phũng, mún ăn, nhõn viờn, cỏc dịch vụ...), dang lam...Và khi ta lựa chọn đối tương nào thỡ bảng thụng tin về đối tượng đú được đưa ra, cú thể mở rộng cụng nghệ để cỏc bản tin đú được cập nhập thường xuyờn đem lại cỏc thụng tin thực cho người sử dụng.
Như phần trờn đó giới thiệu, khi số húa một bản đồ thỡ người ta chia bản đồ ra thành cỏc đoạn (thường là cỏc đoạn thẳng, cỏc đoạnthẳng cú độ dài càng nhỏ thỡ độ chớnh xỏc càng cao ) cỏc điểm. Mỗi một đoạn thẳng trờn bản đồ được số hoỏ và lưu trữ bằng dữ liệu số về vị trớ toạ độ của hai đầu đoạn thẳng, mỗi một điểm thỡ bằng toạ độ và thường vị trớ toạ độ bao gồm ba thụng số : kinh độ, vĩ độ và độ cao tương ứng với vị
trớ thực trong hệ toạ độ trỏi đất, xem phụ lục 2.
Những đặc điểm vừa nờu là đặc điểm ưu việt nhất của bản đồ số khi ứng dụng trong cụng nghệ định vị. Khi đó cú thụng số về đường, điểm cụng việc cuối cựng chỉ là tạo màu cho cỏc đường, hoặc tạo màu giữa cỏc đường (màu xanh giữa hai đường bờ sụng cho ta hỡnh ảnh dũng sụng), cho điểm ta sẽ cú một bản đồ số, xem phần phụ lục 2. Như vậy nếu cú một bản đũ số của thành phố Hà nội, mọt thiết bị thu tớn hiệu GPS, một phần mềm thụng dịch giữa vị trớ thu được từ thiết bị thu GPS với vị trớ trờn bản đồ số sẽ cho ta biết ta đang ở đõu.
3.3 Sự phỏt triển ứng dụng GPS và GIS trong tương lai
Theo dự đoỏn cho thị trường ứng dụng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu vào năm 2015, cỏc dịch vụ thụng tin liờn lạc dựa trờn vị trớ của khỏch hàng sẽ chiếm 33%, trong
khi định vị xe hơi sẽ vẫn đúng vai trũ chủ đạo với 41% thị trường [12]. Vai trũ của định vị trong cỏc ngành dịch vụ gúp phần cải thiện chất lượng sống của con người như giải trớ, giao thụng cụng cộng, an ninh xó hội sẽ tăng cao. Mặc dự chiếm một tỷ lệ nhỏ, nhưng ứng dụng của định vị trong thụng tin địa lý (GIS) bao gồm đo đạc bản đồ, trắc địa, quản lý đụ thị... vẫn rất quan trọng.
Cỏc dịch vụ GPS nhằm cung cấp thụng tin chớnh xỏc và cụ thể cho khỏch hàng dựa trờn vị trớ của họ tại bất kỳ thời điểm nào. Cỏc loại hỡnh dịch vụ này được xem là một giải phỏp hiệu quả, nú cung cấp thụng tin cho người sử dụng tại thời điểm và vị trớ cần thiết. Nú hứa hẹn đem lại sự thuận tiện, thoải mỏi và nhiều khi tiết kiệm được rất nhiều thời gian cho người sử dụng. Đồng thời, mọi lợi nhuận khổng lồ mà kiểu dịch vụ này đang hứa hẹn đó hấp dẫn khụng chỉ cỏc nhà đầu tư trong cụng nghệ thụng tin và cỏc thiết bị điện tử, mà cả trong ngành vui chơi giải trớ, trong tỡm kiếm cứu hộ và nghiờn cứu xó hội.
Về phương diện kỹ thuật, ngành dịch vụ này yờu cầu sự hợp tỏc phỏt triển của nhiều ngành kỹ thuật, bao gồm cụng nghệ vi tớnh, vi điện tử, cụng nghệ thụng tin liờn lạc vụ tuyến và GIS. Cỏc cụng nghệ khỏc nhau này sẽ được kết hợp tạo thành một mạng lưới hoạt động dựng liờn lạc vụ tuyến, để trao đổi dữ liệu và thụng tin giữa người sử dụng dịch vụ và trung tõm cung cấp dịch vụ.
Hạn chế lớn nhất đối với việc ứng dụng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu chớnh là khả năng thu nhận được cỏc tớn hiệu định vị vụ cựng yếu từ vệ tinh, đặc biệt là trong cỏc khu đụ thị sầm uất, nơi mà nhu cầu của loại dịchvụ này thường cao. Trong phần lớn cỏc