I. Mở đầu:….
Trên thế giới thì
khái niệm GPS đã tồn tại khá lâu và áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực quân sự lẫn
dân sự.Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ thông tin và viễn
thông thì chúng ta có thể nói rằng đa số mọi nơi trên trái đất đều có thể tìm
ra.Sở dĩ nói như vậy là do khi ta chụp nhiều bức ảnh ở nhiều nơi khác nhau mà
ta không nhớ rõ vị trí được chụp ở đâu.Thì đã có tính năng Geotagging, cho phép
tab vị trí tự động.Thiết bị đó được kết nối với GPS để xác định tọa độ chỉ là
những con số,sau đó kết hợp với dữ liệu bản đồ có sẵn để đưa ra vị trí chính
xác của bức ảnh.Ngoài ra,ta
có thể biết được đường đi,tốc độ phương tiện,nơi nào có trạm thu phí,đường hầm,…tất
các điều kỳ diệu trên điều là nhờ công nghệ định vị GPS.
Ngày
nay,thì GPS không còn xa lạ tại Việt Nam bởi đã lần lượt phóng lên vũ trụ một số
vệ tinh như Vinasat-1,Vinasat-2, VNREDSat-1.Nó giúp ích rất nhiều lĩnh vực
trong đời
sống nên việc tìm hiểu ứng dụng công nghệ này tại Việt
Nam là rất thiết thực.Vì vậy chúng ta sẽ đi tìm hiểu cơ bản về GPS và các ứng dụng
của chúng.Qua đó ta thấy được tầm quan trọng của GPS và tiềm năng của nó trong
tương lai.
Mặc dù có tìm hiểu từ nhiều
nguồn tư liệu khác nhau và biên soạn lại
nhưng vẫn không tránh khỏi những sai sót rất mong sự thông cảm góp ý để hoàn
thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!.
II. Chương I:Giới thiệu về công nghệ định vị toàn cầu GPS:
1.Nguồn gốc và phát triển:
Hệ
thống định vị GPS(viết tắt là:Global
Positioning System) tạm dịch gọi là hệ thống định vị toàn cầu để xác định
vị trí với độ chính xác cao được phát triển bởi bộ quốc phòng Hoa Kỳ vào năm
1970 để phục vụ vì mục đích quân sự.Thấy được nhiều lợi ích mang lại nên GPS
ngày càng áp dụng vào các lĩnh vực dân sự.
GPS
là một mạng lưới gồm có tất cả 27 vệ tinh trong đó chỉ có 24 vệ
tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng khi sự cố.Và chính thức hoàn thành mạng lưới
vào ngày 8/12/1993 và tuyên bố chính thức đi vào hoạt động là ngày 17/7/1995.Vì
thế được sắp xếp 4 vệ tinh trên 1 trong 6 mặt phẳng quỹ đạo nên có ít nhất có 4
vệ tinh ở bất kì nơi nào trên trái đất được “nhìn thấy”.Tuy nhiên chỉ cần 4 vệ
tinh thì ta đủ có thể xác định chính xác vị trị ta đứng.
2.Sơ lược về cấu trúc hệ thống:
·
Phần không gian: (Space segment).
·
Phần điều khiển: (Control segment).
·
Phần người sử dụng: (user segment).
Sơ đồ liên quan giữa ba phần
GPS
2.1.Phần không gian:
_Bao
gồm 24 vệ tinh nhân tạo và quỹ đạo GPS là đường vòng tròn dạng elip và nghiêng
khoảng 550 so với đường xích
đạo.Độ cao của các vệ tinh so với bền mặt trái đất khoảng 20,200km,chu kỳ quỹ đạo
là khoảng 12 giờ.Vệ tinh đầu tiên được phóng vào không gian là vào năm 1978.
Hình
ảnh chuyể động của về tinh trong không gian.
2.2.Phần điều khiển (The control segment):
_Là
để duy trì hoạt động toàn bộ hệ thống và
hiệu chỉnh tín hiêu thông tin của vệ tinh hệ thống GPS.Phần điều khiển có 5 trạm
giám sát chuyên dụng ( monitor station), 4 ăng ten mặt đất chuyên dụng (ground antenna ) và
1 trạm điều khiển chính (Master control station) có nhiệm vụ sau:
+Giám sát và điều khiển
toàn bộ hệ thống vệ tinh liên tục.
+Cập nhật định kỳ thông
tin dẫn đường cho từng vệ tinh cụ thể.
+Quy định thời gian hệ thống
của GPS.
2.3.Phần người sử dụng : (User segment)
_Bao
gồm máy thu tín hiệu vệ tinh và phần mền xử lý tính toán số liệu được thiết kế
cấu tạo khác nhau tùy vào mục đích của các ứng dụng.Máy thu tín hiệu GPS có thể
gắn cố định tại mặt đất hay gắn trên các phương tiện chuyển động như: các
phương tiện giao thông,vệ tinh nhân tạo,…
3.Sơ lược về cấu trúc tín hiệu:
_Đây
là thành phần quan trọng của hệ thống tín hiệu GPS là tín hiệu phát từ vệ tính
đến các máy thu là cơ sở để đo đạc hệ thống GPS.
_Tín
hiệu vệ tinh là các sóng điện từ có những thông số đặc trưng đó là các bước
sóng,tần số và các các mã điều biến trên sóng tải.Được nghiên cứu thử nghiệm với
các yêu cầu nghiêm ngặt về độ chính xác tính ổn định và các yêu cầu kỹ thuật
khác.
Các
thành phần của tín hiệu và tần số tương ứng.
3.1.Tần số cơ bản
_ Tần số cơ bản của sóng truyền tín hiệu vệ
tinh của hệ thống GPS là fo=10.23 MHz.
3.2.Các thông tin điều biến:
_Sử dụng tín hiệu
mã hóa cho phép các vệ tinh GPS cùng hoạt động mà không bị nhiễu, mỗi vệ tinh
phát đi một mã giả ngẫu nhiên riêng biệt. Máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu của
từng vệ tinh trên nền nhiễu không xác định của không gian bao quanh trạm đó, điều
đó cho phép tín hiệu GPS không đòi hỏi công suất lớn và máy thu GPS có thể sử dụng
Anten nhỏ hơn, kinh tế hơn. Có 3 loại mã điều biến trên sóng tải đó là : C/A.
Code, P.Code và Y.Code.
+ C/A Code (mã
sơ bộ ):
Mã này là chuỗi chữ số 0 và 1 sắp xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên lặp lại với
tần suất 1/1000 giây,mỗi vệ tinh được gán một mã. Mã C/A.Code chỉ điều biến
trên sóng tải L1.
+ P.Code ( mã
chính xác):
Mã này tạo bởi nhiều chữ số 0 và 1 sắp xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên. Tín hiệu
lặp lại với tần suất 267 ngày. Chu kỳ 267 ngày chia thành 38 đoạn 7 ngày, trong
đó 6 đoạn dành riêng cho mục đích vận hành.Mỗi một đoạn 7 ngày còn lại được gán
mã phân biệt cho từng vệ tinh. P.Code cũng sử dụng cho mục đích ứng dụng đo đạc
quân sự có độ chính xác cao.
+ Y.Code :Y.Code là mã bảo mật
của P.Code, việc giải mã Y.Code chỉ thuộc về người có thẩm quyển , vì vậy
khi kích hoạt Y.Code thì người dùng sẽ không có khả năng sử dụng cả
P.Code lẫn Y.code. Việc sử dụng Y.Code được coi là mã bảo mật của người
chủ hệ thống.
3.3.Các loại sóng tải của hệ thống GPS:
_Mỗi vệ tinh có mã
phát trên 2 tần số tải:
+Sóng tải có bước sóng L1 = 19cm
với tần số 54*fo = 1575,42MHz.
+ Sóng tải có bước sóng L2=24,4cm với tần số 120*fo = 1227,60MHz.
3.4.Các thông báo báo vệ tinh:
_Vệ tinh sẽ thông báo cho máy thu GPS các thông tin của vệ tinh như:thông tin dẫn đường,cho biết
vệ tinh đó khỏe hay không.
Ø Thông báo dẫn đường:
+Được vệ tinh phát ở tần số thấp khoảng 50Hz,sau đó máy thu GPS thực hiện
giải mã này để biết được vị trí và trạng thái hoạt động của vệ tinh đó,số liệu
đã giải mã này được gọi Ephemeric.
+Thông báo dẫn đường được điều biến trên 2 tâng số sóng tải.Được chia
thành 5 đoạn :
Ephemeris, Almanac, mô hình khí quyển, các số hiệu chỉnh
đồng hồ, thông báo
trạng thái.Thông báo vệ tinh được sử dụng trong chương trình lập lịch đo và xử
lý kết quả đo.
Ø Thông báo vệ tinh
khỏe hay không:
+Mỗi vệ tinh phát tín hiệu khỏe hay không khỏe trong tín hiệu của nó,để
trạm tránh sử dụng những vệ tinh không khỏe.Bị trạm thu GPS xem là không khỏe bởi
các lý do :
· Vệ tinh vừa mới phóng lên,nên ban đầu còn phải kiểm tra quỹ đạo vệ tinh
và đồng hồ.
· Đang trong bảo trì chuyển động định kỳ quỹ đạo chuyển động,bảo trì
đồng hồ.
· Khi vệ tinh điều khiển hoạt động theo cách sai số lớn nên đang được
kiểm tra
chuyên môn.
· Khi vệ tinh có những hoạt động bất thường hay sai chức năng nên đang
trong sửa
chữa.
4. Các trị đo GPS:
_Các máy thu GPS nhận các
trị đo là khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh với các thông số cơ bản.Được chia
làm 2 nhóm chính:
+ Giả cự ly:là
nguyên tắc đo xung với xung.Đó là P code và C/A code.
Nhược:
độ chính xác thấp.
Ưu:thể hiện trực tiếp
khoảng cách hình học từ máy thu đến vệ tinh.
+ Trị
đo pha:sử dụng bước sóng rất ngắn.Đó là:L1-Carrie,L2 Carrie,Tổ hợp L1/L2.
Nhược:Để
xử lý trị đo cần phải có phần mền chuyên dụng cho mục đích trắc địa.
Ưu:Độ
chính xác rất cao.
_Các trị đo này được sử dụng
cho mục đích chuyên biệt hoặc kết hợp để
xác định khoảng cách đến từng vệ tinh.
5.Các thế hệ vệ tinh và mạng lưới vệ tịnh hiện tại:
5.1.Các thế hệ vệ tinh:
_Năm 1978:vệ
tinh đầu tiên với tên gọi BlockI được phóng lên với mục đích chủ yếu là thử
nghiệm.Góc nghiên mặt quỹ đạo so với xích đạo là 630.
_Từ năm 1989-1997:có
tổng cộng là 28 vệ tinh BlockII /IIA.Phiên bản IIA là phiên bản nâng cấp của
II.Góc nghiên mặt quỹ đạo của chúng là 550.Ưu điểm là: khả năng lưu
trữ dữ liệu (thông điệp dẫn đường) đối với Block II là 14 ngày còn đối với
Block IIA là 180 ngày.Chính vì vậy chúng hoạt động liên tục không cần sự hỗ trợ
từ mặt đất trong khoảng thời gian trên.
_Từ năm 1997-2009: Block IIR được phóng lên.Có độ
chính xác cao,tự vận hành hoạt động tối thiểu là 180 ngày và không làm giảm độ
chính xác.Ngoài ra,dữ liệu đồng hồ và lịch thiên văn được dự báo trước 210 ngày
được upload từ phân vùng điều khiển ở mặt đất để hỗ trợ cho việc vận hành tự động.
5.2.Mạng lưới vệ tinh của Việt Nam hiện nay:
_Cùng việc chạy đua công nghệ định vị,Việt Nam không ngừng tập trung
ngừng nghiên cứu phóng vệ tinh lên vụ trụ phụ vục cho nhiều lĩnh vực.Lần lượt,các
vệ tinh của Việt Nam được phóng lên:
+Vinasat-1: Vệ tinh vào vũ trụ năm 2008 từ bãi phóng
Kourou, Guyana thuộc Pháp.Đây là vệ tinh viễn thông
địa tĩnh đầu tiên của Việt Nam.(Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh mà ta quan sát nó từ
Trái đất dường như nó đứng im trên không.Có mặt phẳng quỹ đạo của nó nằm trong
mặt phẳng xích đạo của Trái đất).Chiều cao 4m,nặng 2.600kg,tuổi thọ 15-20 năm.
+Vinasat-2:Vào
ngày 16/5/2012 Vinasat-2 được phóng lên quỹ đạo từ
tên lửa đẩy Ariane 5 tại bãi phóng Kourou ở Guyana.Là vệ tinh viễn
thông địa tĩnh của Việt Nam.
+VNREDSat-1:Vào
ngày 7/5/2013 vệ tinh quan sát trái đất đầu tiên của
Việt Nam VNREDSat-1 đã được phóng vào vũ trụ bằng tên lửa đẩy VEGA từ bãi phóng
Kourou, Guyana thuộc .Vệ
tinh có khả năng có khả năng chụp ảnh toàn bộ các khu vực trên bề mặt trái đất.
VNREDSat-1 do công ty do Công ty EADS Astrium, Pháp, thiết kế và chế tạo.
III. Chương II:Nguyên lí hoạt động của định vị GPS:
1.Nguyên lí định vị:
Nguyên lý xác định toạ độ của hệ thống GPS và
Glonass dựa trên công thức: quãng đường =
vận tốc x thời gian. Vệ tinh phát ra các tín hiệu bao gồm vị trí của chúng,
thời điểm phát tín hiệu. Máy thu tính toán được khoảng cách từ các vệ tinh,
giao điểm của các mặt cầu có tâm là các vệ tinh, bán kính là thời gian tín hiệu
đi từ vệ tinh đến máy thu x vận tốc sóng điện từ là toạ độ điểm cần định vị.
Giả sử,ta ở bất kì một nơi nào đó trên trái đất và như ta đã nói
ở trên thì tại đó cũng “nhìn thấy” ít
nhất 4 vệ tinh vì vậy đủ cho ta xác định được một nơi duy nhất trên trái
đất.Bằng hình vẽ trực quan sau đây sẽ giải thích rõ điều đó. Mặc dù chỉ cần ít nhất 3 vệ tinh khác nhau thì giải ra được
toạ độ máy thu. Nhưng do đồng hồ của máy thu luôn có sai số nên phát sinh thêm
một ẩn số nữa và do vậy cần có từ 4 vệ tinh trở lên.
Dựa
vào đặc điểm cụ thể của việc xác định tọa độ người ta chia thành 2 loại định vị
cơ bản:
2.Định vị tuyệt đối:
Trong đó:
Xs, Ys, Zs : tọa độ thực của vệ tinh (đã biết), trong
hệ trục tọa độ Oxyz.
(i = 1,2,3,…)
X, Y, Z : tọa độ thực của máy thu (chưa biết), trong hệ
trục tọa độ
Oxyz.
ρi : khoảng cách đo được từ vệ tinh đến máy thu.
Oxyz : hệ tọa độ chuẩn để xác định vị trí của máy phát
và máy
thu.Trong GPS thì đó là hệ tọa độ ECEF.
_ Xét trên mặt một trục thời gian xác định (system
time), giả sử cứ tại một thời điểm xác định (Ts), máy phát sẽ phát tín hiệu đi,
thời điểm đó được
máy phát nhận biết
bằng giá trị hiện thời của đồng hồ trên máy phát (Tt), về
mặt lý tưởng thì
Ts = Tt (như vậy có nghĩa là trên thực tế thì cứ tại thời điểm
Tt máy phát mới
phát tín hiệu đi).
Bên máy thu khi
thu được tín hiệu nó sẽ xem thời gian thu được tín
hiệu là bao nhiêu
được xác định nhờ đồng hồ máy thu (Tr), ta giả sử đồng hồ
máy thu đồng bộ với
bên máy phát, khi đó khoảng cách giữa 2 máy phát và
máy thu sẽ được
xác định bằng:
ρ = v.(Tr – Ts)
Trong đó:
v : là vận tốc truyền tín hiệu.
ρ : là khoảng cách giữa máy phát và máy thu.
Khi đó, việc xác định vị trí của máy dựa vào
hệ phương trình tọa độ máy thu:
Trên thực tế thì sẽ
tồn tại sai số Δtt giữa Ts và Tt; đồng hồ máy thu
không đồng bộ với
đồng hồ máy phát nên gây sai lệnh.Trị
đo chứa nhiều sai số dẫn đến toạ độ của máy thu có thể sai từ vài mét đến vài
chục mét.
v
Các nguyên nhân gây sai số trong kỹ thuật định vị tuyệt
đối:
Ø
Do vệ tinh:chiếm ¾ nguyên
nhân,tức là sai số đồng hồ vệ tinh
và các nhiễu trong công nghệ vệ tinh.
Ø
Do trạm điều khiển: là sai số trong việc dự đoán và tính toán
quỹ đạo của vệ tinh. Thông tin này sẽ được truyền lên vệ tinh để mã hóa vào tín
hiệu và truyền xuống cho máy thu.
Ø
Do quá trình truyền tín hiệu: cụ thể là sai số do tầng điện ly, do tầng
đối lưu, sai số do việc tín hiệu bị phản xạ (hiện tượng đa đường) và nhiễu gây
ra do việc truyền phát các tín hiệu khác.
Ø
Do máy thu:
ví dụ như do nhiễu tại máy thu hay sai số đồng hồ của máy thu.
_Các máy thu GPS cầm tay có thể tạo ra sai số định vị > 5m trong điều kiện bình thường.Chỉ có các máy thu GPS đắt tiền,
có khả năng đặc biệt mới có thể cho độ chính xác định vị cấp mm.
3. Định vị tương đối:
_Định vị tuyệt đối với mức độ sai số quá nhiều,nên đòi
hỏi định vị khác một cách chính xác hơn vậy nên dùng phép định vị tương đối.
Phương pháp định vị tương đối.
_Định vị tương đối
là đặt hai ăng ten cùng với hai máy thu tương ứng được đặt tại hai đầu quan trắc
với một số lượng vệ tinh chung và làm việc đồng thời. Sở dĩ có thể đạt được độ chính
xác cao trong kiểu đo này là vì một số sai số tích lũy trong các cự ly quan trắc
thường đồng nhất với nhau hoặc tối thiểu cũng tương tự nhau tại hai đầu của đường
đáy. Các sai số này có thể được loại trừ hoặc ít nhất cũng giảm một cách đáng kể
khi xác định trị số định vị tương đối.
_Phép định vị này
sử dụng trị đo pha sóng tải và để đạt được độ chính xác cao trong vị trí tương
đối người ta tạo ra sai phân.Dựa trên sự đồng ảnh hưởng của các đại lượng,nguồn
sai số đến các điểm cần xác định trong bài toán định vị tuyệt đối.Phương pháp ở
đây là lấy trị đo trực tiếp để tạo ra trị đo mới( các sai phân)để giảm bớt hoặc
loại trừ các sai số kể trên.
4.Định vị động:
_Là
trường hợp máy thu không đứng yên 1 chỗ mà là chuyển động nên gọi là định vị động.Và
cũng có 2 kiểu là định vị tương đối và tuyệt đối nhưng định vị tương đối được
dùng chủ yếu vì có độ chính xác cao hơn.
_ Định vị động sẽ
cho kết quả kém chính xác hơn so với định vị tĩnh (máy thu đứng yên) nhưng đây
được áp dụng cho nhiều ứng dụng trong thực tế như :định vị tàu trên biển,xe,…
Định vị động tương đối.
_Trong trường hợp
này một máy thu đặt cố định tại 1 điểm đã biết trước tọa độ và máy thú thứ hai
được gắn trên đối tượng chuyển động (còn gọi là rover).
5.Các nguồn sai số trong kết quả đo và cách giải quyết:
5.1.Sai số do đồng hồ:
_Là do sai số đồng hồ
trên vệ tinh,đồng hồ trên máy thu và sự không đồng bộ của chúng.
_Khi trạm điều khiển theo
dõi và phát hiện sai lệch đồng hồ trên vệ tinh thì sẽ phát tín hiệu báo số cải
chính cho máy thu GPS biết để xử lý.Và để giảm ảnh hưởng sai số giữa đồng hồ của
vệ tinh và máy thu,người ta hiệu chỉnh các trị đo của vệ tinh cũng như giữa các
trạm quan sát.
5.2Sai số quỹ đạo vệ tinh:
_Tọa độ đo GPS đươc tính
toán dựa vào vị trí đã biết của vệ tinh.Nên phải sử dụng lịch thông báo tọa độ
vệ tinh mà theo lich tọa độ của vệ tinh thì có thể sai số.
_Có hai phương pháp giải
quyết:
+Sử dụng những trạm tại mặt
đất có vị trí chính xác làm điểm chuẩn để tinh chỉnh vệ tinh dành cho công tác
đặc biệt.
+Thu nhận lịch vệ tinh
chính xác từ dịch vụ Địa học GPS Quốc tế (IGS: sử dụng 70 trạm theo dõi tinh chỉnh
vệ tinh còn lịch vệ tinh thông báo của GPS chỉ có 5 trạm theo dõi vệ tinh).
5.3.Ảnh hưởng của tầng ion:
_Tín
hiệu trước khi đến máy thu phải xuyên qua môi trường không gian nhiều tầng khác
nhau.Tầng ion chứa các hạt điện tích trong bầu khí quyển ở độ cao 50-1000km,và
có tính chất khúc xạ với sóng điện từ.Chiết suất của tầng ion tỷ lệ với tầng số
sóng điện từ truyền qua nó.
_Vì
vậy cách giải quyết là đặt hai máy thu gần nhau.Vì máy thu tầng số L1 phải dựa
vào tham số mô hình phát đi trong thông báo vệ tinh nên chỉ giảm được 50% ảnh
hưởng của tầng ion.Còn đối 2 tầng số thì trị đọ được giải trừ nên kết quả chính
xác hơn.
5.4.Ảnh hưởng của tâng đối lưu:
_Là
tầng làm khúc xạ đối với tín hiệu GPS do chiết suất biến đổi.Bị ảnh hưởng chia
làm hai phần :phần khô(trên cao) và ảnh hưởng phần ướt (phía dưới).
_Để
khắc phục ảnh hưởng của tầng đối lưu,nghiên ta nghiên cứu xây dựng mô hình khí
quyển,ảnh hưởng của chiết suất khô được tạo thành mô hình loại trừ ảnh hưởng của
chiết suất ướt, để dựa vào đó tính toán hiệu chỉnh trị đo để loại bỏ hoặc giảm
thiểu nguồn sai số.
5.5.Tầm nhìn vệ tinh và trượt chu kỳ:
_Điểm
quan trọng khi thu GPS là phải thu tín hiệu ít nhất từ 4 vệ tinh.Tín hiệu GPS
là sóng cực ngắn có thể truyền qua mây mù nhưng không thể truyền qua được các
tán cây hay vật cản che chắn.Cho nên tầm nhìn thông thoáng là rất quan trọng
trong công tác đo GPS.
5.6.Hiện tượng đa truyền:
_Đó
là những tín hiệu từ vệ tinh không đến thẳng anten máy thu mà đập vào bề mặt phản
xạ nào đó xung quanh rồi mới đến máy thu như vậy kết quả đo không đúng,để tránh
hiện tượng này anten phải có tầm nhìn vệ tinh thông thoáng với góc ngẩng hơn 150.
_Các anten GPS gắn bản dạng
phẳng,tròn che chắn tín hiệu phản xạ từ dưới mặt đất lên.
IV. Chương III: Các ứng dụng công nghệ định vị GPS:
1.Các ứng dụng GPS trong thực tiễn:
Ø Trong việc quản lý tài sản cá nhân và
giám sát người thân:
_Cùng với sự phát
triển công nghệ thì thiết bị định vị GPS ngày càng nhỏ gọn và giá thành giảm được
tích hợp trên điện thoại thông minh,khóa chống trộm xe máy,… có thể điều khiển
thiết bị từ xa như tắt xe máy,đổ chung cảnh báo,định vị,xác định tốc độ di chuyển,…nên
nâng cao hiệu quả quản lý tài sản.
_Ngoài ra GPS còn
được tích hợp trên bộ quần áo ,đồng phục học sinh giúp giám sát bọn trẻ,người
thân và giúp đỡ khi có yêu cầu.
Ø Trong trắc địa và bản đồ mặt đất:
_Độ chính xác cao của
các trị số đo Phase sóng mang GPS cùng với thuật toán bình sai xấp xỉ cung cấp
các nhiệm vụ khác nhau trong trắc địa như:
_Đo
đạc địa chính:Sử dụng cách quan trắc GPS.
_Lập
lưới khống chế trắc địa:Là những lưới trắc địa có
độ chính xác cao.Bằng cách xử lý sau các trị đo phase sóng mang GPS bằng phần mềm
tiêu chuẩn.Các cấp hạng khống chế thấp hơn như lưới đo vẽ bản đồ có thể bằng
phương pháp GPS.
_Theo
dõi độ biến dạng cục bộ:Độ chính xác cao từ 1mm đến
1 cm trên cự ly tới vài km được sử dụng
trong việc kiểm tra lún do khai thác mỏ hay biến dạng công trình.Nhưng có thể bị
hạn chế bởi sự biến đổi của các tấm vi trong ăng ten GPS,sự sai lệnh về tín hiệu
do môi trường phản xạ đặt ăng ten.Ngoài
ra khả năng nhìn thấy vệ tinh bị giới hạn bởi
hiên tượng bóng tối trong môi trường
công nghiệp tiêu biểu.
_Theo
dõi dộ biến dạng toàn bộ:Được dùng trong hoạt động kiến tạo của địa tầng.Và
sự khác nhau cơ bản giữa theo dõi toàn bộ so với các ứng dụng trên là:cần phải
có mô hình phức tạp về quỹ đạo vệ tinh GPS,các trị thời trễ khi truyền tín hiệu
qua tầng khí quyển và các độ chênh lệch khác.
Ø Trong giao thông và thông tin trên mặt
đất:
_Trong
việc xác định các hành trình trên mặt đất,một màng hình tự động hiện lên vị trí
của phương tiện ( được xác định GPS) trên một bản đồ điện tử và có thể thay thế
so sánh với các vật thể xung quanh phương tiện trong bản đồ truyền thống.Đòi hỏi
phương tiện được trang bị máy phát chuyển tiếp tự động để hỗ trợ máy thu GPS.Vị
trí được xác định bằng máy thu và xử lý GPS có thể được truyền đến trung tâm được
thể hiện trên màng hình.
_Và
thực tế hiện nay không thể không nhắc tới hệ thống định vị GPS Tracking system.Ứng
dụng GPS phục vụ đắt lực trong giao thông,thông tin mặt đất ta thường thấy
như:biết được tốc độ duy chuyển của phương tiện,biết được đường đi được phép đi
hay vận tốc bắt buộc của phương tiện đó,…hoặc hình ảnh ta cần biết một nơi nào
đó,…Từ đó giúp ta chấp hành tốt các quy định luật pháp,thuận tiện trong việc
duy chuyển,phụ vụ cho công tác cứu hộ tìm kiếm.
Ø Trong trắc địa và bản đồ trên biển:
_Với độ chính xác
cao và thời gian cần thiết để đo một vị trí chỉ định ngắn thì GPS đặc biệt phù
hợp với định vị ven bờ hay ngoài khơi.Các ứng dụng trên biển bao gồm đo vẽ bản
đồ,các chướng ngại dẫn đường tàu thuyền,đo vẽ các cầu tàu,bến cảng,đo địa chấn(yêu
cầu định vị trong thám hiểm địa lý đáy biển).
_Trong trắc địa biển
(địa hình đáy biển,trường trọng lực của trái đất,…) đều có thể dùng công cụ GPS
làm định vị.
Ø Trong giao thông hải dương học trên
biển:
_GPS là công cụ dẫn
đường hàng hải trên biển lý tưởng.Yêu cầu độ chính xác dẫn hướng đi trên biển
thay đổi trong khoảng từ vài mét đến vài trăm mét.Độ chính xác nhờ sử dụng cả
phép đo giả ngẫu nhiên và phép đo phase sóng mang có thể dẫn đường cho các tàu
biển không cần đến phao nổi,nên công tác tìm kiếm và cứu hộ ngoài khơi xa có hiệu
quả hơn.
_Nhu cầu định vị và
công tác dã ngoại trong vật lý đại dương cũng có thể được đáp ứng nhờ hệ thống
GPS.Phép đo phase của sóng mang bổ túc cho ta biết được tốc độ tàu thuyền và điều
kiện cần thiết để nghiên cứu tốc độ dòng chảy.
Ø Trong trắc địa và bản đồ hàng không:
_Định vị GPS cung cấp
kỹ thuật dẫn đường bay và xác định tâm chính ảnh từ việc vẽ bản đồ từ máy ảnh
máy bay.
_Phép lật mặt cắt địa
hình bằng laze hàng không có thể được đùng để đo vẽ trực tiếp từ bản đồ số địa
hình nếu vị trí bộ cảm biến laze được biết đến độ chính xác khoảng 0.5-1 m về độ
cao và vài mét về bề mặt ngang.Và người ta trông đợi hệ GPS có độ chính xác cao hơn sau khi xử lý
kết quả sau khi đo.
_Phép đo trọng lực
hàng không cũng đòi hỏi một kiểu định vị tương tự như vậy.Trong lĩnh vực
này,các số đo GPS cho phép xác định thêm tốc độ bộ cảm biến cần thiết cho phép
quy EOTVOS dữ liệu trọng lực.Phép đo sâu laze hàng không và phép xạ ảnh rada
đòi hỏi độ chính xác định vị bộ cảm biến không cao nên có thể thực hiện dễ dàng
bằng các số đo GPS.
Ø Trong giao thông hàng không:
_Hầu hết các hãng
hàng không quốc tế đã sử dụng GPS làm hệ thống dẫn đường bay.Tổ chức hàng không
dân dụng quốc tế (ICAO) quy định sử dụng hệ thống GPS trong dẫn đường,cất và hạ
cánh.
_Sử dụng hệ thống
GPS vào trong các ứng dụng trong thám hiểm không gian như việc định hướng bay
và định vị các phương tiện không gian khác những máy thu phát địa lý và trắc địa.Thông
thường các vệ tinh có quỹ đạo thấp vì vậy áp dụng nguyên lý hình học của các
phép đo tương tự như áp dụng đối với mặt đất.Điển hình trong lĩnh vực ứng dụng
này là phép đo viễn thám bằng vệ tinh và phép độ cao bằng rada.Vị trí tọa độ mà
các vệ tinh nhận được từ GPS có thể được dùng cải tiến hay đơn giản hóa những
tính toán quỹ đạo của các phương tiện này trong không gian và có thể thay thế định
vị liên tục bằng phép định vị rời rạc trong định vị bay.
Ø Trong quân đội:
_Không thể thiếu
trong quân đội,giúp định vị điểm theo thời gian thực như hướng dẫn hàng
không,hàng hải và trên bộ.Hệ thống định vị GPS được coi là độc lập và là một bộ
phận hệ thống dẫn đường tích hợp.Ngoài ra,thì GPS còn mang theo các bộ thu phát
giúp khám phá và hiển thị các vụ nổ hạt nhân.
V. Chương IV:Hệ thống định vị trên thiết bị di động.
Hầu
hết các nhà sản xuất smartphone hiện nay đều cố gắng trang bị cho thiết bị những
ứng dụng giúp người dùng có thể xác định được vị trí của chúng phòng khi thất lạc.Khi
bật tính năng này,người dùng có thể thõi dõi được vị trí của thiết bị dù ở bất
kì đâu miễn sao chúng vẫn có thể kết nối internet thông qua 3G hay Wifi.Hơn nữa,ứng
dụng này cho phép chủ nhân của thiết bị có thể gởi tin nhắn,bật âm báo hiệu,khóa
hay xóa toàn bộ dữ liệu từ xa.Tuy nhiên,cũng đừng chủ quan để chiếc thoại của
mình bị đánh cắp bởi thực tế nó chỉ có hiệu quả tìm lại chúng khi bị thất lạc bởi
khi bị đánh cắp chúng có thể vô hiệu hóa một cách dễ dàng.
_Là sao lưu tất cả vị
trí của điện thoại và thông báo cho chúng ta biết.Trong một khoảng thời gian nhất
định thì phần mềm sẽ lấy vị trí một lần và gởi đi.Việc định vị GPS là bắt buộc
vì phần mềm lấy những dữ liệu này từ hệ thống định vị toàn cầu GPS trong điện
thoại chứ nó không tự phát ra tín hiệu định vị.Khi điện thoại không được kết nối
internet nhưng vẫn bật định vị vị trí thì những dữ liệu được ghi vào bộ nhớ tạm
và được gởi đi khi có kết nối internet.
_Viết bằng ngôn ngữ java trên android.
_Điều kiện chạy máy ảo
android trên eclipse thì trước tiên ta phải import google play services
bằng cách mở Android SDK Manager
và cài đặt hoặc update trong phần Extras.
_Đầu tiên khai báo một số biến toàn cục kiểm tra trạng thái GPS,mạng,kinh độ và vĩ độ,thời
gian tối thiểu cập nhật vị trí mới
là 1 giây
public class GPSTracker extends Service implements
LocationListener {
private final Context mContext;
//
flag kiểm tra trạng thái GPS
boolean isGPSEnabled = false;
//
flag kiểm tra trạng thái kết nối mạng
boolean isNetworkEnabled = false;
boolean canGetLocation = false;
Location
location; // Vị trí
double latitude; // vĩ độ
double longitude; // kinh độ
//
khoảng cách tối thiểu cập nhật là 5 mét.
private
static final long MIN_DISTANCE_CHANGE_FOR_UPDATES = 5; // 5 meters
//
thời gian tối thiểu để cập nhật vị trí là 1 giây
private static final long
MIN_TIME_BW_UPDATES = 1000 * 1;
//
Khai báo vị trí.
protected LocationManager
locationManager;
public GPSTracker(Context context) {
this.mContext =
context;
getLocation();
}
if (isGPSEnabled) {
if
(location == null) {
locationManager.requestLocationUpdates(LocationManager.GPS_PROVIDER,MIN_TIME_BW_UPDATES,MIN_DISTANCE_CHANGE_FOR_UPDATES, this);
Log.d("GPS Enabled", "GPS Enabled");
if
(locationManager != null) {
location = locationManager .getLastKnownLocation(LocationManager.GPS_PROVIDER);
if
(location != null) {
latitude
= location.getLatitude();
longitude
= location.getLongitude();
}
}
}
}
+Trong đó:
_Để theo dõi sự duy
chuyển ta sử dụng phương thức requestLocationUpdates để cập nhật bất kỳ một vị trí khi vị
trí hiên tại thay đổi sử dụng LocationManager.GPS_PROVIDER để nhận thông
tin , thường xuyên cập nhật trong khoảng thời gian cập nhật tối thiểu MIN_TIME_BW_UPDATES và trong phạm vi tối thiểu MIN_DISTANCE_CHANGE_FOR_UPDATES
_Sau đó người dùng nhận được vị trí hiện tại là
tọa độ gồm kinh độ và vĩ độ thông qua hàm sau:
latitude = location.getLatitude();//lấy vị trí vĩ độ.
longitude
= location.getLongitude();//lấy vị trí
kinh độ.
_Ngoài ra,có thể thêm xem GPS đã bật hay chưa nếu chưa
thì hiện ra thông báo bật tin.
public void showSettingsAlert(){
AlertDialog.Builder
alertDialog = new AlertDialog.Builder(mContext);
//
Cài đặt tên tiêu đề.
alertDialog.setTitle("GPS is settings");
//
Cài đặt tin nhắn hiển thị với nội dung.
alertDialog.setMessage("GPS is not enabled. Do you want to go to
settings menu?");
//
Mở nút cài đặt
alertDialog.setPositiveButton("Settings",
new DialogInterface.OnClickListener() {
public
void onClick(DialogInterface dialog,int which) {
Intent
intent = new Intent(Settings.ACTION_LOCATION_SOURCE_SETTINGS);
mContext.startActivity(intent);
}
});
//
thiết lập nút hủy
alertDialog.setNegativeButton("Cancel",
new DialogInterface.OnClickListener() {
public
void onClick(DialogInterface dialog, int which) {
dialog.cancel();
}
});
//
Hiển thị hộp tin nhắn.
alertDialog.show();
}
_Cập nhật vị trí với Emulator Location Providers bằng
cách dùng Location Control có sẵn DDMS để thay đổi trực tiếp vị trí thử nghiệm GPS_PROVIDER.
Trong đó có các tab Manual,KML và GPX với Manual cho chúng ta xác định kinh độ (longitude) và vĩ độ (Latitude).
_Sau khi được cập nhật trên máy ảo ta click vào show
location thì sẽ hiện ra tọa độ hiện tại thông qua kết nối GPS.
_Ngoài ra với các con số tọa độ này thì không thể xác
định được vị trí cụ thể. Nếu muốn lấy được vị trí cụ thể thì ta phải đăng ký
API key của google để có được google map
và sau đó sẽ lấy tọa này gắn vào bản đồ có sẵn để xác định vị trí cụ thể. Do đó trên eclipse phải
cài thêm Google API.Trong Android SDK Manager cần phải cài đặt hoặc update
google service,Google APIs,và các gói Google **** system Image.
+Việc đăng ký google ADI key: https://console.developers.google.com/apis/library
để
đăng ký và kích hoạt nó. Sau đó tạo project mới và nhập key của vào trong AndroidManifest.xml.
<meta-data
android:name="com.google.android.maps.v2.API_KEY"
android:value="Nhâp
API Key tại đây" />
_Đồng
thời cấu hình cho xem vị trí,kết nối internet.
<uses-permission
android:name="android.permission.INTERNET"/>
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION"/>
_Việc xử lý google map:
private void onMyMapReady(GoogleMap
googleMap) {
//
Lấy đối tượng Google Map ra:
myMap
= googleMap;
//
Thiết lập sự kiện đã tải Map thành công
myMap.setOnMapLoadedCallback(new GoogleMap.OnMapLoadedCallback()
{
@Override
public void onMapLoaded()
{
//
Đã tải thành công thì tắt Dialog Progress đi
myProgress.dismiss();
//
Hiển thị vị trí người dùng.
askPermissionsAndShowMyLocation();
}
});
_Để hiển thị vị trí của người dùng:
private void askPermissionsAndShowMyLocation()
{
// Với API >= 23, bạn
phải hỏi người dùng cho phép xem vị trí của họ.
if (Build.VERSION.SDK_INT
>= 23) {
int accessCoarsePermission
=
ContextCompat.checkSelfPermission(this, Manifest.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION);
int accessFinePermission
=
ContextCompat.checkSelfPermission(this,
Manifest.permission.ACCESS_FINE_LOCATION)
if (accessCoarsePermission
!= PackageManager.PERMISSION_GRANTED
|| accessFinePermission !=
PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
//
Các quyền cần người dùng cho phép.
String[]
permissions = new String[]{Manifest.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION,
Manifest.permission.ACCESS_FINE_LOCATION};
//
Hiển thị một Dialog hỏi người dùng cho phép các quyền trên.
ActivityCompat.requestPermissions(this,
permissions,
REQUEST_ID_ACCESS_COURSE_FINE_LOCATION);
return;
}
}
// Hiển thị vị trí hiện
thời trên bản đồ.
this.showMyLocation();
}
_Và phương thức
showMyLocation() là dùng để lấy vị trí tọa độ gồm kinh độ và vĩ độ.
2.3.Ưu và nhược của phần mềm định vị trên thiết bị di động:
*Nhược:Đòi hỏi điện thoại phải
được kết nối internet,điện thoại smartphone.
Ưu:Đây là nền tảng để tìm
kiếm cứu hộ,tìm đường là yêu cầu cơ bản để phát triển các ứng dụng kiểm soát
các thiết bị.
2.4.Hướng dẫn sử dụng:
_Phần mềm chạy trên
máy ảo nên ta có thể khởi động trên máy ảo và click vào
_Ngoài ra
VI. Chương V:Ưu điểm của GPS:
_Định vị GPS giải
quyết rất nhiều lĩnh vực trong đời sống như tìm kiếm cứu hộ,giám sát,theo dõi,định
vị phương tiện cũng như điều khiển thiết bị từ xa trong lĩnh vực dân sự và quân
sự.
_Các vệ tinh có thể
quan sát trên một vùng lãnh thổ rộng lớn như quốc gia,lục địa trong khi đó các
phương pháp truyền thống thì chỉ giám sát trong khu vực nhỏ hẹp.
_Độ
chính xác rất cao và ngày càng cải thiện.
Kết luận:
Tài
liệu tham khảo :
_http://diahai.com.vn/nghien-cuu-khoa-hoc/179-cac-tin-hieu-moi-tu-nhung-ve-tinh-gps-the-he-moi.html
_ Introduction to GPS: The Global
Positioning System
By Ahmed El-Rabbany (https://books.google.com.vn/books?id=U2JmghrrB8cC&printsec=frontcover&source=gbs_vpt_buy#v=onepage&q&f=false)
_Các
hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu và ứng dụng .Tác giả:GS.Trần Mạnh Tuần,Ths.Đào
Thị Hồng Điệp.(
_ Báo Cáo đề
tài: “Tìm hiểu về
hệ thống định vị toàn cầu GPS” của sinh viên Đinh Tiến Đức-Lớp CNPM B-K47(http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tim-hieu-ve-he-thong-dinh-vi-toan-cau-gps-6546/).
_Báo
cáo đề tài : “Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS” của sinh viên Nguyễn
Thị Thanh Loan DT1001.pdf.
(http://lib.hpu.edu.vn/bitstream/handle/123456789/17979/18_NguyenThiThanhLoan_DT1001.pdf?sequence=1).
_Android GPS,quản lý vị trí tutorial.( http://www.androidhive.info/2012/07/android-gps-location-manager-tutorial/).
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét