Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị giám sát phương tiện sử dụng công nghệ gps,luận văn thạc sĩ chuyên ngành tự động hóa

Sự khác của phương pháp định vị này là ở chỗ phải sử dụng tối thiểu 2 máy thu tín hiệu vệ tinh đồng thời và kết quả của phương pháp là các thành phần số gia toạ độ X, Y, Z hoặc B, L, H c

LÊ TRẦM TUỆ SỸ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ

GIÁM SÁT PHƯƠNG TIỆN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TP Hồ Chí Minh - 2011

LÊ TRẦM TUỆ SỸ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ

GIÁM SÁT PHƯƠNG TIỆN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải – Cơ Sở 2, Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, Khoa Điện-Điện Tử Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất đến Thầy TS Nguyễn Thanh Hải – người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài: “ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ GIÁM SÁT PHƯƠNG TIỆN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ GPS”

Xin được cảm ơn và chia sẻ niềm vui này với gia đình, bạn bè – những người luôn giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi để được học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn này

Dù đã rất nhiều cố gắng, song luận văn này chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế Mong nhận được những chia sẻ, đóng góp ý kiến quý báu của quí Thầy và các bạn

Tác giả

Lê Trầm Tuệ Sỹ

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật công nghệ đã khiến cuộc sống của con người ngày càng trở nên tiện nghi hơn, nhu cầu về những dịch vụ tiện ích cũng trở nên phát triển Hơn nữa, theo tinh thần của Nghị định 91/2009/NĐ-CP: Đến ngày 1/7/2011, xe ôtô kinh doanh vận tải hành khách theo tuyến cố định có cự ly từ 500km trở lên, xe kinh doanh vận chuyển khách du lịch, xe ôtô kinh doanh vận tải hàng hóa bằng container phải gắn thiết bị giám sát hành trình; Đến ngày 1/1/2012, xe ôtô kinh doanh vận tải hành khách trên tuyến cố định có cự ly từ 300km trở lên, xe buýt, xe kinh doanh vận tải hành khách hợp đồng phải gắn thiết bị giám sát hành trình Đến ngày 1/7/2012, các xe ôtô của đơn vị kinh doanh vận tải hành khách bằng xe ôtô theo tuyến cố định, xe buýt, kinh doanh vận tải hành khách theo hợp đồng phải lắp đặt thiết bị giám sát hành trình và duy trì tình trạng kỹ thuật tốt của thiết bị giám sát hành trình của xe

Để đáp ứng được những nhu cầu đó, việc ứng dụng công nghệ GPS trong bài toán quản lý phương tiện đang là một vấn đề cấp thiết Đặc biệt

là tình trạng giao thông diễn biến phức tạp hiện nay, cùng với việc cắt giảm chi phí cho xã hội, doanh nghiệp và giảm thiểu các vấn đề về an ninh Hoạt động của phương tiện nằm trong tầm kiểm soát của trung tâm (trên toàn lãnh thổ Việt Nam)

Đây là một dịch vụ mang lại giá trị gia tăng cao dựa trên công nghệ GPS (hệ thống định vị toàn cầu) kết hợp phương thức truyền dữ liệu bằng công nghệ GPRS của các mạng di động GSM và công nghệ GIS (bản đồ số) giúp quản lý xe theo thời gian thực

Đề tài này sử dụng lý thuyết hệ thống định vị toàn cầu GPS, phương pháp thực hiện dữ liệu trên bản đồ số GIS, phương pháp truyền dữ liệu từ thiết bị về trung tâm

II Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

• Nghiên cứu tổng quan định vị GPS, nghiên cứu bản đồ số và phương pháp thực hiện dữ liệu trên bản đồ số, nghiên cứu phương pháp truyền dữ liệu từ thiết bị về trung tâm

• Thiết kế, chế tạo thiết bị giám sát hành trình

III Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thiết

bị giám sát phương tiện sử dụng công nghệ GPS Với các chức năng của thiết bị như sau:

- Lưu trữ thông tin về xe và lái xe: số VIN, biển số xe, tên tài xế, số giấy phép lái xe

- Lưu trữ và cho phép thay đổi các thông số hoạt động của thiết bị thông qua điện thoại di động

- Giám sát hành trình xe theo thời gian thực

- Cảnh báo số lần xe chạy quá tốc độ cho phép

- Giám sát vận tốc xe

- Đếm số lần và thời gian đóng mở cửa

- Đếm số lần và thời gian dừng

- Tính thời gian chạy trong ngày của xe

- Tính số km chạy trong ngày của xe

- Nút nhấn khẩn cấp trong trường hợp cần sự trợ giúp nhanh

- Chế độ chống trộm khi trạng thái xe off

- Kiểm tra tài khoản trong Sim tự động

IV Phạm vi nghiên cứu

Đề tài được thực hiện ở cấp Thạc sỹ, thời gian nghiên cứu, chế tạo là 6 tháng Đối tượng nghiên cứu là nghiên cứu,thiết kế, chế tạo thiết bị giám sát phương tiện sử dụng công nghệ GPS

Đề tài hoàn thành dưới dạng lý thuyết và sản phẩm mô hình ứng dụng thực tế

V Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu cho luận văn là nghiên cứu tài liệu và thiết kế, chế tạo thiết bị

• Các tài liệu gồm:

- Tài liệu về công nghệ GPS

- Tài liệu về bản đồ số

- Tài liệu về phương pháp truyền dữ liệu

- Tài liệu hướng dẫn lập trình C cho PIC sử dụng phần mềm CCS

- Tài liệu về PIC (Programmable Intelligent Computer)

- Các tài liệu về thiết bị giám sát đã có trên thị trường

• Thiết kế, chế tạo thiết bị:

- Tham khảo các mô hình, thiết bị có sẵn ngoài thị trường

VI Cấu trúc luận văn:

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

3 Đối tượng nghiên cứu

4 Phạm vi nghiên cứu

5 Phương pháp nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan định vị GPS

Chương 2 Nghiên cứu về bản đồ số và phương pháp thực hiện dữ liệu trên bản đồ số GIS

Chương 3 Nghiên cứu về phương pháp truyền dữ liệu từ thiết bị về trung tâm

Chương 4 Thiết kế, chế tạo thiết bị giám sát hành trình

Kết luận và kiến nghị

1 Kết luận

2 Kiến nghị

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ĐỊNH VỊ GPS

1.1 Lý thuyết chung về hệ thống GPS

Khi công nghệ GPS ra đời đã thiết lập được một hệ quy chiếu toàn cầu

về không gian và cả thời gian, mà theo đó tại một vị trí bất kỳ trên trái đất ở một thời điểm bất kỳ với máy thu GPS trong tay ta có ngay toạ độ điểm đánh dấu vị trí và thời điểm đang đứng Khi máy thu GPS sẽ di chuyển theo địa vật trên thực địa để thu thập thông tin định vị thì nó hoạt động tương tự như một thiết bị số hoá (digitizer) ngay tại thực địa Và như vậy công nghệ GPS đã mở

ra một khả năng ứng dụng thu thập thông tin mô tả tự nhiên một cách khoa học, thuận tiện, chính xác Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong công tác thành lập bản đồ là nghiên cứu vấn đề đổi mới kỹ thuật đo vẽ bản đồ truyền thống

1.1.1 Vài nét về lịch sử phát triển công nghệ GPS

Từ những năm 60 của thế kỷ 20, Cơ quan Hàng Không và Vũ Trụ (NASA) cùng với Quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ thống dẫn đường và định vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo Hệ thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ thống TRANSIT

có 6 vệ tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler, được sử dụng trong thương mại vào năm 1967

Sau hệ thốngTRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh thế hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing And Ranging – Global Positioning System) gọi tắt là GPS Hệ thống này ban đầu bao gồm 24 vệ tinh triển khai trên 6 quĩ đạo nghiêng 5500 so với mặt phẳng xích đạo trái đất với chu kỳ gần 12 giờ ở độ cao xấp xỉ 12.600 dặm ( 20.200 km) So với hệ thống TRANSIT, độ chính xác định vị bằng hệ thống này được nâng cao, thời gian quan trắc vệ tinh được rút ngắn Cho đến nay đã có 32 vệ tinh của hệ thống GPS đang hoạt động trên quỹ đạo

Cùng có tính năng tương tự với hệ thống GPS đang hoạt động còn có hệ thống GLONASS của Nga (nhưng không thương mại hoá rộng rãi) và một hệ thống tương lai sẽ cạnh thị trường với hệ thống GPS là hệ thống GALILEO của Cộng Đồng Châu Âu

Hình 1.1 Hệ thống vệ tinh GPS

Ở Việt Nam, phương pháp định vị vệ tinh đã được ứng dụng từ những năm đầu thập kỷ 90 Với 5 máy thu vệ tinh loại Trimble ban đầu, sau một thời gian ngắn đã lập xong lưới khống chế ở những vùng đặc biệt khó khăn mà từ trước đến nay chưa có lưới khống Những năm sau đó công nghệ GPS đã đóng vai trò quyết định trong việc đo lưới cấp “0″ lập hệ quy chiếu Quốc gia mới cũng như việc lập lưới địa chính cơ sở hạng III phủ trùm lãnh thổ và nhiều lưới khống chế cho các công trình dân dụng khác

1.1.2 Cấu trúc hệ thống GPS

Theo sự phân bố không gian người ta chia hệ thống GPS thành 3 phần: Phần không gian (Space Segment); Phần điều khiển (Control Segment); Phần người sử dụng (User)

Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống GPS

Đoạn người sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu vệ tinh và phần mềm

xử lý tính toán số liệu Máy thu tín hiệu GPS có thể đặt cố định trên mặt đất hay gắn trên các phương tiện chuyển động

1.1.3 Các trị đo GPS

Trị đo GPS là những số liệu mà máy thu GPS nhận được từ tín hiệu của

vệ tinh truyền tới dùng cho việc tính toạ độ điểm đo, bao gồm: trị đo Code (Code measurement) và trị đo pha (Phase measurement)

1.1.4 Nguyên lý định vị GPS

Định vị là việc xác định vị trí điểm cần đo (vị trí tâm pha của anten) Tuỳ thuộc vào đặc điểm cụ thể của việc xác định toạ độ người ta chia thành 2 loại hình định vị cơ bản: định vị tuyệt đối và định vị tương đối

1.1.4.1 Định vị tuyệt đối (point positioning)

Khi đặt máy ở điểm bất kỳ thu tín hiệu từ các vệ tinh, khoảng cách tương ứng từ máy thu đến các vệ tinh được xác định và toạ độ của điểm đo được xác định Đây là bài toán giao hội nghịch không gian khi biết toạ độ của các vệ tinh và khoảng cách tương ứng đến máy thu

1.1.4.2 Định vị tương đối (relative positioning)

Một phương án định vị khác cho phép sử dụng hệ thống GPS trong đo đạc trắc địa có độ chính xác cao đó là định vị tương đối Sự khác của phương pháp định vị này là ở chỗ phải sử dụng tối thiểu 2 máy thu tín hiệu vệ tinh đồng thời và kết quả của phương pháp là các thành phần số gia toạ độ X, Y, Z (hoặc B, L, H) của 2 điểm trong hệ toạ độ không gian Độ chính xác định vị tương đối đạt cỡ cm và chủ yếu áp dụng trong lập lưới khống chế trắc địa

1.1.5 Các nguồn sai số trong đo GPS

Cũng như bất kỳ một phương pháp đo đạc khác, việc định vị bằng hệ thống GPS chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau

1.1.5.1 Sai số quỹ đạo vệ tinh

Toạ độ điểm đo GPS được tính dựa vào vị trí đã biết của vệ tinh Người

sử dụng phải dựa vào lịch thông báo toạ vệ tinh mà theo lịch toạ độ vệ tinh có thể bị sai số Do vậy nếu sử dụng quỹ đạo vệ tinh chính xác có thể đạt kết quả định vị tốt hơn

1.1.5.2 Ảnh hưởng của tầng ion

Tầng ion là lớp chứa các hạt tích điện trong bầu khí quyển ở độ cao từ 50 – 1000 km, tầng ion có tính chất khúc xạ đối với sóng điện từ, chiết suất của tầng ion tỷ lệ với tần số sóng điện từ truyền qua nó Với máy thu 2 tần số ảnh hưởng tầng ion, trị đo giải trừ do đó việc định vị có độ chính xác cao hơn, nhất là đối với việc đo cạnh dài

1.1.5.3 Ảnh hưởng của tầng đối lưu

Tầng đối lưu có độ cao đến 8 km so với mặt đất là tầng làm khúc xạ đối với tín hiệu GPS do chiết suất biến đổi Chiết suất của tầng đối lưu sinh ra độ chậm pha tín hiệu Do vậy số cải chính mô hình khí quyển phải được áp dụng đối với trị đo của máy một tần số và cả máy hai tần số

1.1.5.4 Hiện tượng đa tuyến (multipath)

Đó là hiện tượng khi 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 anten máy thu Hiện nay với công nghệ Everest, máy thu loại được các trị do có ảnh hưởng của Multipath

1.1.5.5 Sự suy giảm độ chính xác do đồ hình các vệ tinh

Định vị GPS là việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa vào điểm gốc là các vệ tinh và các khoảng cách tương ứng đến máy thu Trường hợp tối ưu khi thu tín hiệu vệ tinh GPS là vệ tinh có sự phân bố hình học cân đối trên bầu trời xung quanh điểm đo Chỉ số mô tả đồ hình vệ tinh gọi là chỉ

số phân tán độ chính xác DOP (Delution of Precision)

1.1.6 Những kỹ thuật đo GPS

1.1.6.1 Đo GPS tuyệt đối

Là kỹ thuật xác định toạ độ của điểm đặt máy thu tín hiệu vệ tinh trong

hệ toạ độ toàn cầu WGS-84 sử dụng nguyên lý định vị tuyệt đối Do nhiều nguồn sai số nên độ chính xác vị trí điểm thấp (cỡ 10m), chủ yếu cho việc dẫn đường, và các mục đích đạc có yêu cầu độ chính xác không cao Đối với phương pháp này chỉ sử dụng 1 máy thu tín hiệu vệ tinh

1.1.6.2 Đo GPS tương đối (Carrier-phase-based Relative GPS)

Thực chất của phương pháp đo là xác định hiệu toạ độ không gian của 2 điểm đo đồng thời đặt trên 2 đầu của khoảng cách cần đo (Baseline) sử dụng nguyên lý định vị tương đối Do bản chất của phương pháp, cần tối thiểu 2

máy thu vệ tinh trong 1 thời điểm đo Phụ thuộc vào quan hệ của các trạm đo trong thời gian đo mà người ta chia thành các dạng đo tương đối sau:

• Đo GPS tĩnh (Static)

Đây là phương pháp chính xác nhất sử dụng 2 hoặc nhiều máy thu đặt cố định thu tín hiệu GPS tại các điểm cần đo toạ độ trong khoảng thời gian thông thường từ 1 giờ trở lên

• Đo GPS động (Kinematic GPS)

Phương pháp dựa trên nguyên lý định vị tương đối, được tiến hành với 1 máy đặt cố định (base station) và một hoặc nhiều các máy khác (rover stations) di động đến các điểm cần đo với thời gian rất ngắn, độ chính xác cỡ

- Đo GPS động xử lý sau (Post Procesed Kinematic GPS)

Giống như phương pháp GPS RTK, phương pháp này đo một loạt điểm với thời gian đo ngắn 2 (trị đo) Tọa độ của các điểm đo có được sau khi xử lý số liệu trong phòng

1.1.6.3 Đo cải chính phân sai DGPS (Code-based Differential GPS)

Là phương pháp đo GPS sử dụng nguyên lý định vị tuyệt đối sử dụng trị

đo code và cả trị đo pha có độ chính xác đo toạ độ 1 – 3m, sử dụng 2 máy thu tín hiệu vệ tinh trong đó 1 tại trạm gốc (Base station) có toạ độ biết trước và 1 trạm đo tại các điểm cần đo toạ độ (Rover station) Trên cơ sở độ lệch về toạ

độ đo so với toạ độ thực của trạm gốc để hiệu chỉnh vào kết quả đo tại các trạm động theo nguyên tắc đồng ảnh hưởng

1.1.7 Tọa độ và hệ quy chiếu

Ellipsoid được chọn làm hệ toạ độ định vị toàn cầu là GRS-80 (Geodetic Reference System 1980), mặt quy chiếu này được hệ định vị GPS sử dụng

1984 gọi là Hệ Trắc Địa Thế Giới (WGS-84) Hệ toạ độ này dùng ellipsoid xác định bởi bán trục lớn a= 6378137.0 m và nghịch đảo độ dẹt 1/f = 298.257223563 Đây là hệ toạ độ địa tâm có 3 trục XYZ trong đó gốc toạ độ

là địa tâm, trục X nằm trong mặt phẳng Xích Đạo đi qua kinh tuyến gốc và địa tâm; trục Y nằm trong mặt phẳng Xích Đạo và vuông góc trục X tại địa tâm; trục Z vuông góc với mặt phẳng Xích Đạo tại địa tâm có hướng Bắc và

đi qua điểm cực BắcTrung bình Do mỗi quốc gia lựa chọn một hệ toạ độ riêng nên khi đo GPS kết quả đo cần được tính chuyển về hệ toạ độ địa phương theo các tham số tính chuyển riêng

1.1.8 Cơ sở lý thuyết và các giải pháp kỹ thuật cải chính phân sai trị

đo GPS

1.1.8.1 Cơ sở lý thuyết cải chính phân sai trị đo GPS (DGPS)

DGPS là phương pháp kiểm tra tín hiệu vệ tinh GPS và cung cấp số cải chính phân sai cho máy thu GPS (máy động) nhằm nâng cao độ chính xác định vị Bảng sau cho thấy sự ảnh hưởng của các nguồn sai số đến kết quả định vị Nguồn sai số Đo GPS tuyệt đối (m) Đo DGPS (m)

Đa tuyến 0.6 0.6

Việc cải chính phân sai có thể tiến hành theo hai phương pháp sau đây:

- Phương pháp cải chính toạ độ: Theo phương pháp này số cải chính

phân sai là hiệu số toạ độ (hiệu kinh độ, vĩ độ và độ cao:B, Lvà H) đã biết và toạ độ tính được theo trị đo GPS tại trạm Base

- Phương pháp cải chính cự ly: Số cải chính phân sai là hiệu khoảng

cách thật từ vệ tinh đến tâm điểm anten của máy thu GPS tại trạm Base

và khoảng cách tính được từ các trị đo tại trạm Base tới các vệ tinh Tùy theo thời điểm cải chính (cải chính tọa độ hoặc cải chính cự ly), có hai phương pháp đo DGPS như sau:

* Phương pháp DGPS xử lý sau (Post processed): Theo phương

pháp này, số liệu đồng thời thu tín hiệu các vệ tinh giống nhau, trong cùng một khoảng thời gian tại trạm Base và trạm Rover được lưu lại và

số cải chính phân sai cùng với toạ độ đã được cải chính của trạm Rover chỉ có được sau khi xử lý số liệu đo thực địa trong phòng

* Phương pháp DGPS thời gian thực (Realtime DGPS): Theo

phương pháp này, tại trạm Base số cải chính phân sai liên tục được tính toán và được truyền tới các GPS và tín hiệu cải chính phân sai phát từ trạm Base để tính ra tọa độ chính xác (đã được cải chính phân sai)

Các trạm này được gọi là trạm GPS dẫn đường (Beacon Control GPS Station) Nhiều trạm Beacon Control GPS Station cùng hoạt động dưới sự điều khiển chung, được gọi là Beacon Control GPS System Cấu hình thiết bị của các trạm Beacon Control rất linh động và phụ thuộc vào quy mô trạm, quy mô của hệ thống cũng như yêu cầu của đối tượng phục vụ.Tín hiệu cải chính phân sai được phát vào không gian qua hệ thống anten phát

• Phương pháp DGPS diện rộng

Các trạm Beacon Control thường chỉ có tầm phủ sóng khoảng 1000km Để có thể hoạt động trên khu vực rộng lớn hơn, người ta áp dụng

500-phương pháp DGPS diện rộng – WADGPS (Wide Area Differenfial GPS) Về

nguyên lý phương pháp WADGPS như phương pháp MKS – Beacon DGPS song phương thức truyền tín hiệu cải chính tới các máy thu DGPS là truyền gián tiếp thông qua vệ tinh truyền thông (Communication Satellite) Các máy GPS động nằm trong tầm khống chế của vệ tinh truyền thông đều nhận được tín hiệu cải chính phân sai Mỗi hệ thống WDGPS gồm nhiều trạm Reference, một vài Trung tâm kiểm tra và khoảng 3 – 4 vệ tinh truyền thông Hiện nay,

có 3 hệ thống WDGPS: Hệ thống Omnistar và Starfix của hãng Fugro và hệ thống Skyfix của hãng Racal

• Phương pháp DGPS xử lý sau (Post Processed DGPS)

Về bản chất nguyên tắc xử lý số liệu cũng giống như các phương pháp trên song sự khác nhau cơ bản ở đây là thời điểm xử lý số liệu Với phương pháp này số liệu đo thực địa của trạm tĩnh và trạm động được ghi lại và kết hợp xử lý trong phòng sau thực địa với độ chính xác tương đương Một ưu thế quan trọng của phương pháp này là khá cơ động do không phụ thuộc vào tầm phủ sóng cải chính của trạm gốc Tầm hoạt động của trạm động so với trạm gốc đến 500 km số cải chính vẫn phù hợp, vẫn đảm bảo đạt độ chính xác

1.1.9 Nghiên cứu các nguyên nhân gây sai số

Các nguyên nhân gây sai số GPS và cách giải quyết

Nói chung có thể phân chia sai số đo GPS thành các loại như sau:

™ Do độ lệch của vệ tinh

™ Do độ lệch của các trạm đo

™ Do phương pháp đo

Nguyên nhân sai số do độ lệch của vệ tinh bao gồm sai lệch trong lịch

thiên văn của vệ tinh và sai lệch trong mô hình đồng hồ vệ tinh được cung cấp trong các thông điệp phát sóng Sai lệch trong lịch thiên văn của vệ tinh nghĩa

là vệ tinh không ở đúng vị trí do thông điệp dữ liệu phát sóng được truyền đi Sai lệch trong mô hình đồng hồ vệ tinh tức là độ lệch của các đồng hồ vệ tinh,

kể cả các độ lệch mô hình thông điệp phát sóng không hoàn toàn đồng bộ với thời gian GPS

Nguyên nhân gây sai số do độ lệch của các trạm đo bao gồm sai lệch

đồng hồ máy thu và sai số toạ độ của các điểm mốc định vị trong các phép định vị vi sai

Nguyên nhân sai số do phương pháp đo bao gồm những sai lệch trong

việc phát tín hiệu, sai lệch của kiểu đo (như sai số do trị nhập nhằng trong các giá trị đo pha sóng mang)

Để giảm thiểu những nguyên nhân gây sai số này, nguyên tắc cần thực hiện là phải tiến hành lập mô hình các sai số với các đối số như thời gian, vị trí, nhiệt độ…

Ngoài ra, độ chính xác của toạ độ và thời gian thu nhận qua hệ GPS còn phụ thuộc vào một số yếu tố ngoài Hai trong số đó là cường độ hình của cấu hình vệ tinh được sử dụng và các sai số ảnh hưởng tới chính các số đo cộng với tàn dư của các sai lệch sau khi các ảnh hưởng chính đã được mô hình hoá Sau đây là một số nguyên nhân gây sai số

1.1.9.1 Sai lệch đồng hồ khi đo thời gian

Các số đo GPS liên quan mật thiết với các phép đo thời gian chính xác Các vệ tinh GPS sẽ truyền đi thời gian bắt đầu phát thông điệp đã được mã hoá riêng của chúng Máy thu đo thời gian chính xác khi thu mỗi tín hiệu, vì vậy, ngừơi ta có thể tính được số đo của cự ly tới vệ tinh nhờ thời gian trôi qua kể từ lúc phát sóng đến lúc thu sóng tín hiệu vệ tinh Nhưng điều này được thực hiện theo giả thiết là cả hai đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu là chạy cùng theo một mốc thời gian Bất kỳ giá trị chênh lệch về thời gian giữa hai đồng hồ cũng sẽ tạo ra sai số cự ly do người sử dụng Ví dụ như chỉ với độ lệch 1 micrô giây giữa hai đồng hồ cũng sẽ tạo ra một sai số cự ly là 300m Các vệ tinh được trang bị cả hai loại chuẩn tần số nguyên tử rubidium và cesium Môi trường không gian rất tốt với đồng hồ nhưng đồng hồ được chạy một cách tự nhiên và lệch ra khỏi hệ thống thời gian GPS tiêu chuẩn Tổng số thời gian lệch được yêu cầu dưới 1 micrô giây Tổng số thời gian sai lệch thường được xác định khá chính xác và được chứa trong thông điệp phát sóng dưới dạng các hệ số của một đa thức:

dt = a0 + a1(t-t0)+ a2(t-t0)2 (1.1) Trong đó t0 là thời điểm thời gian tham chiếu, a0 là hằng số chênh lệch thời gian của đồng hồ vệ tinh, a1 là hệ số chênh lệch tần số thành phần và a2 là

hệ số trôi giạt tần số thành phần Tính đồng bộ giữa các đồng hồ vệ tinh được giữ trong khoảng 20 nano giây bằng cách hiệu chỉnh thời gian phát sóng còn thời gian GPS thì được đồng bộ với thời gian UTC trong khoảng 100 nano giây Hiện nay, đa phần các máy thu GPS đều được trang bị các đồng hồ tinh thể thạch anh chất lượng cao với độ chính xác lên tới 1 phần 1010 và do đó sai lệch do nguyên nhân đồng hồ cũng được giảm thiểu đi khá nhiều

1.1.9.2 Sai lệch quĩ đạo vệ tinh

Các sai lệch về lịch thiên văn của vệ tinh là một vấn đề gây khó khăn nhất Những sai số lịch thiên văn đòi hỏi phải có một ước lượng chính xác hơn về quĩ đạo vệ tinh Quá trình chỉnh lý lịch thiên văn thường gặp khó khăn

do thiếu hiểu biết về các lực tác động lên vệ tinh (do không thể đo trực tiếp và đầy đủ) Hiện nay, nếu sử dụng các số liệu quĩ đạo do các lịch thiên văn phát sóng cung cấp thì vị trí lệch tối đa của vệ tinh khỏi quĩ đạo là khoảng 5 đến 10m

Biện pháp chính để giải quyết sai lệch quĩ đạo vệ tinh là xây dựng mô hình môi trường quanh vệ tinh với các tham số có mức ảnh hưởng lớn để xác định các sai lệch của lịch thiên văn

Các số liệu về quĩ đạo chính xác rất cần thiết cho việc tính toán các giá trị quan trắc do máy thu nhận được để tìm ra toạ độ vị trí của người sử dụng Trong trường hợp tính toán vị trí một điểm, ta sẽ thấy ngay là bất cứ một sai

số trong lịch thiên văn nào cũng sẽ làm gia tăng sai số về khoảng cách tương đương và sẽ làm sai lệch các kết quả vị trí điểm cuối cùng

Đối với phép định vị tương đối, ảnh hưởng của sai lệch về quĩ đạo vệ tinh đến vị trí toạ độ cuối cùng có thể được giảm nhẹ bởi vì với một khoảng cách giữa hai điểm thường luôn nhỏ hơn nhiều lần so với khoảng cách từ các điểm này đến vệ tinh, theo lý thuyết đường đáy ngắn, ta có thể bỏ qua sai số

quĩ đạo vệ tinh Công thức để tính véc tơ sai số db của véc tơ đường đáy b dưới dạng một hàm của các véc tơ sai số dri tại vị trí vệ tinh i được dùng để xác định b là:

dbΣi eiρi = b Σi dri (1.2) Trong đó:

ρi là khoảng cách tới vệ tinh thứ i

ei là véc tơ đơn vị tới vệ tinh thứ i

Qua công thức trên ta thấy, db không chỉ phụ thuộc vào độ lớn của ρi , b

và dr mà còn phụ thuộc vào hướng của các véc tơ này Nghiệm của đường

đáy phụ thuộc vào các số đo nhận được từ nhiều vệ tinh trong một khoảng

thời gian nhất định cũng khác nhau Công thức xác định ảnh hưởng của sai số

vị trí vệ tinh drk tới nghiệm này như sau:

Ta có thể sử dụng một công thức kinh nghiệm trong định vị điểm và định

vị tương đối Qui tắc kinh nghiệm được nêu ra là một cận trên của sai số

đường đáy //db// được coi như là một hàm của sai số lịch thiên văn quĩ đạo vệ

tinh Rõ ràng sai số quĩ đạo ảnh hưởng đến những đường đáy có độ dài một

vài chục kilômét Nhưng với những đường đáy lớn hơn, khoảng một vài trăm

kilômét thì ảnh hưởng sai số này có thể tăng lên và không thể bỏ qua được

Bảng 1.1 Tra sai số đường đáy theo sai số vị trí vệ tinh

Các tính toán thực sự về vị trí GPS đòi hỏi phải có thông tin về quĩ đạo

chính xác một số công việc khác liên quan đến việc sử dụng GPS cũng đòi

hỏi các tri thức về vị trí của vệ tinh nhưng với độ chính xác thấp hơn nhiều,

có thể chỉ cần trong phạm vi một vài trăm kilômét Một công việc loại này chính là thu tín hiệu vệ tinh

Nếu không biết thông tin gì về vệ tinh thì cần phải tiến hành thao tác khởi động lạnh Đó là việc máy thu sẽ theo dõi tất cả không gian có thể để tìm các vệ tinh Công việc này liên quan đến việc lựa chọn từng mã trong số 32

mã C/A có thể có và khi dự định chốt tại một tín hiệu bất kỳ trong số những tín hiệu vệ tinh thì phải lướt qua tất cả các tần số đã bị dịch chuyển Doppler

có thể có đối với mỗi tín hiệu Thời gian tìm kiếm này sẽ được rút bớt đi nhiều nếu máy thu biết trước có thể nhìn thấy được những vệ tinh nào để hạn chế số lượng theo dõi xuống chỉ còn vài mã trong số 32 mã C/A này Trong trường hợp đã biết trước vị trí của vệ tinh thì người ta có thể dự đoán được trị dịch chuyển Doppler của nó, do đó hạn chế được dải tần trong phạm vi cần phải theo dõi Bằng cách này có thể rút ngắn thời gian theo dõi xuống chỉ còn vài phút

Một khi đã thu được tín hiệu vệ tinh thì thông điệp của vệ tinh sẽ cung cấp cho máy thu vị trí gần đúng của tất cả các vệ tinh GPS khác, nhờ đó có thể thu được tín hiệu của chúng một cách nhanh chóng

Người ta gọi những tọa độ vệ tinh gần đúng được dùng để lập kế hoạch

và hỗ trợ máy thu là những thông báo vệ tinh Để phục vụ các mục đích lập

kế hoạch, người ta có thể có nhiều phương pháp trình bày sơ đồ hữu ích khác nhau:

™ Sơ đồ tuyến tính về cao độ và phương vị của từng vệ tinh theo thời gian ứng với một vị trí được biết trước

™ Sơ đồ cực về cao độ và phương vị của từng vệ tinh quan sát được tại một vị trí được chỉ định dưới dạng hàm theo thời gian

™ Sơ đồ lộ trình thể hiện trên bản đồ đường đi của các giao điểm của

bề mặt trái đất với bán kính địa tâm hướng tới vệ tinh

™ Sơ đồ quan sát theo thời gian trong ngày của một số vệ tinh được nhìn thấy từ một điểm chỉ định hoặc của một khoảng thời gian mà mỗi vệ tinh đều có thể được nhìn thấy từ một vị trí chỉ định

™ Sơ đồ suy giảm độ chính xác theo thời gian trong ngày, thể hiện sự thay đổi cường độ hình học của chòm vệ tinh GPS nhìn thấy

1.1.9.3 Sai số do trị nhập nhằng của pha sóng mang

Các số đo pha sóng mang cho khả năng có thể có những thông tin chính xác cao nhất về cự ly từ máy thu tới vệ tinh Tuy nhiên trong đó có một vấn

đề cần giải quyết, đó là trị nhập nhằng của chu kỳ Việc xác định một cách chính xác số lượng đúng chu kỳ của sóng mang được sử dụng trong phép đo pha là một việc cực kỳ khó Các máy thu GPS có thể cung cấp các số đo pha với độ chính xác tích hợp khoảng chừng 1 đến 3 mm, với độ chính xác tổng thể của các số đo này vào khoảng 1 đến 4 cm Tuy nhiên, việc có thể đạt độ chính xác định vị của các số đo pha sóng mang còn tuỳ thuộc vào khả năng có giải được trị nhập nhằng chu kỳ hay không

Ngoài ra, vấn đề này còn bị phức tạp vì thêm sự có mặt thường trực của trị số trượt chu kỳ Một khi các giá trị trượt của chu kỳ đã được phát hiện và được hiệu chỉnh trước khi ước lượng các tham số cuối cùng thì thông thường

có thể ước lượng được trị nhập nhằng chu kỳ cùng các tham số chưa biết còn lại

Nhờ đã biết trước về phương trình tạo ra mã điều biến giả ngẫu nhiên nên người ta có thể loại trừ giá trị nhập nhằng này bằng kỹ thuật dựa trên cơ

sở tổ hợp hiệp đồng giữa các số đo giả cự ly và số đo pha sóng mang hướng tới cùng một vệ tinh Kết quả, giá trị ước lượng trị nhập nhằng trung bình nằm trong khoảng 1 đến 3 chu kỳ

1.1.9.4 Ảnh hưởng của cấu hình vệ tinh đến sai số

Theo số lượng vệ tinh phân bố trên các quĩ đạo hiện nay thì tại bất kỳ một vị trí nào trên trái đất và tại bất kỳ thời điểm nào ta cũng có thể quan sát thấy ít nhất là 6 vệ tinh Vấn đề được đặt ra là làm thế nào để chọn lựa những

vệ tinh tốt nhất cho việc định vị điểm Theo lý thuyết thì người ta sẽ phải chọn các vệ tinh này sao cho có thể nhận được độ chính xác định vị điểm của máy thu là cao nhất Một giá trị đo thường được dùng để đo lường mức độ chính xác có khả năng đạt được trên vị trí điểm là hệ số độ suy giảm về độ chính xác DOP thích hợp Vì vậy vấn đề lựa chọn vệ tinh được qui về vấn đề tìm kiếm những vệ tinh cho giá trị DOP nhỏ nhất

Công dụng phổ biến nhất của hệ thống GPS là để định vị điểm trong không gian bốn chiều (kinh độ, vĩ độ, cao độ và thời gian) Khi đó giá trị DOP thích hợp nhất là độ suy giảm về độ chính xác hình học GDOP Thực tế cho thấy rằng GDOP của các máy thu có khả năng theo dõi 4 vệ tinh cùng lúc có liên quan tới thể tích V của tứ diện tạo bởi các véc tơ đơn vị từ máy thu tới 4

vệ tinh Giá trị GDOP tỷ lệ nghịch với thể tích V, vì vậy các vệ tinh phải được lựa chọn sao cho có V cực đại tức là có GDOP cực tiểu Điều này đã cung cấp một thuật toán đơn giản để lựa chọn những vệ tinh tốt nhất trong số các vệ tinh đang được theo dõi Thuật toán này đơn giản tới mức có thể lập một chương trình tính cài đặt bên trong phần mềm của máy thu

Tuy vậy, đối với các máy thu có thể theo dõi nhiều hơn 4 vệ tinh đồng thời nhưng vẫn ít hơn số vệ tinh nhìn thấy được thì người ta lại không dùng chương trình tính này Tương tự như vậy, nếu GDOP không phải là giá trị thích hợp nhất đối với một ứng dụng GPS nào đó ví dụ như chỉ cần định vị trong mặt phẳng không gian hai chiều thì một lần nữa thuật toán đơn giản này cũng không nhất thiết mang lại sự lựa chọn vệ tinh tốt nhất Cuối cùng đối với phép định vị tương đối và những ứng dụng đo đạc lưới trắc địa thì vấn đề lựa chọn vệ tinh lại còn phức tạp hơn nhiều Người ta đã phát hiện ra rằng trong

trường hợp đường đáy ngắn, việc lựa chọn vệ tinh tối ưu để định vị tương đối cũng tức là những vệ tinh tối ưu để định vị tuyệt đối vị trí điểm Tuy nhiên, đối với các đường đáy dài khoảng trên 5000km thì điều này không còn đúng nữa

Việc lựa chọn vệ tinh tối ưu thay đổi theo thời gian vì vệ tinh luôn luôn mọc và lặn, do đó hình tứ diện không gian tạo bởi các vệ tinh này luôn thay đổi hình dáng Vấn đề chiến lược là phải chuyển đổi vệ tinh mỗi khi có một

sự lựa chọn tối ưu mới xuất hiện Tuy nhiên, còn có chỉ tiêu khác có thể quan trọng hơn, ví dụ như là cần phải đảm bảo theo dõi những vệ tinh giống nhau trong những giai đoạn thời gian dài hơn Trong trường hợp này, bài toán lựa chọn vệ tinh sẽ khá phức tạp Một ví dụ chỉ ra sự lựa chọn cấu hình vệ tinh tốt như mô tả ở Hình 1.3 và cấu hình vệ tinh tồi như mô tả ở Hình 1.4

Hình 1.3 Cấu hình vệ tinh tốt

Hình 1.4 Cấu hình vệ tính tồi

1.2 Bài toán giám sát hành trình phương tiện giao thông

Hiện khối lượng vận tải bằng đường bộ chiếm khoảng 52% tổng khối lượng của các hình thức vận tải Trong giai đoạn 2001-2006 khối lượng vận tải tăng bình quân là 9%/năm Năm 2007 đạt 260 triệu tấn tương ứng 13,8 tỷ Tkm, vượt xa mục tiêu đặt ra vào năm 2010 (mục tiêu là 186 triệu tấn, tương ứng với 9,2 tỉ Tkm) Khối lượng vận chuyển khách chiếm tới 86% tổng khối lượng vận tải Tăng trưởng trong giai đoạn 2001-2006 là 12%năm Năm

2007, khối lượng vận chuyển đạt 1.330 triệu lượt người, bằng 74% so với mục tiêu đặt ra năm 2010 Đến tháng 11 năm 2008 đã có 1.351.080 xe ô tô các loại Hiện có 3.256 tuyến vận tải khách liên tỉnh cố định với 586 bến xe khách được quản lý trong cả nước, những ngày bình thường có tổng số trên

15.000 chuyến xe xuất bến (theo giaothongvantai.com.vn) Do đó giám sát

hành trình phương tiện giao thông hiện nay là rất cần thiết, chính vì vậy mà mới đây Luật Giao thông đường bộ (sửa đổi) đưa ra một quy định hoàn toàn mới về Điều kiện kinh doanh vận tải, đó là “phương tiện kinh doanh vận tải phải gắn thiết bị giám sát hành trình của xe theo quy định của Chính phủ” (Mục b, Khoản 1, Điều 67) Dự thảo Nghị định của Chính phủ về vấn đề này cũng đã được xây dựng Theo Hiệp hội vận tải ôtô Việt Nam, thiết bị ứng

dụng cho giám sát hành trình chạy xe phải làm sao vừa giúp cho cơ quan quản

lý nhà nước và hỗ trợ được cho người lái xe và doanh nghiệp mới phát huy được tác dụng Và thiết bị ứng dụng cho giám sát hành trình chạy xe phải đáp ứng được những yêu cầu đó là hiển thị và lưu giữ các thông tin về hành trình, tốc độ vận hành, số lần và thời gian dừng đỗ, đóng hoặc mở cửa xe, thời gian lái xe

Dựa vào yêu cầu thực tế thì thiết bị giám sát hành trình phương tiện giao thông phải đáp ứng được toàn bộ về yêu cầu của thiết bị giám sát hành trình phương tiện giao thông như đã nêu trên Ngoài ra bài toán còn nên phải đưa ra hiển thị trực tuyến giúp người điều hành hoặc nhà quản lý có thể biết chính xác vị trí hiện thời của xe cũng như quảng đường xe chạy

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU BẢN ĐỒ SỐ VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN DỮ LIỆU

TRÊN BẢN ĐỒ SỐ GIS

2.1 Hệ thống kinh độ, vĩ độ

2.1.1 Giải pháp vị trí với hơn bốn vệ tinh

Khi hơn bốn vệ tinh có sẵn, một cách tiếp cận phổ biến hơn để giải quyết

vị trí của người dùng là sử dụng tất cả các vệ tinh Các giải pháp vị trí có thể thu được trong một cách tương tự như Nếu có n vệ tinh có sẵn trong đó n> 4, phương trình có thể được viết là

Phương trình (2.2) có thể được viết trong một hình thức đơn giản như

trong đó δρ và δx là vector, α là một ma trận Chúng có thể được viết là

Trong đó đại diện cho chuyển của một ma trận Kể từ khi không phải

là một ma trận vuông, nó không thể được đảo ngược trực tiếp Phương trình (2.2) vẫn còn là một phương trình tuyến tính Nếu có là phương trình nhiều hơn so với ẩn số trong một tập hợp các phương trình tuyến tính, ít nhất là hình vuông phương pháp tiếp cận có thể được sử dụng để tìm ra giải pháp Pseudoinverse của một có thể được sử dụng để có được những giải pháp Giải pháp là

(2.3)

(2.4)

(2.5)

(2.6)

Từ phương trình này, các giá trị của δxu, δyu, δzu, và δbu có thể được tìm thấy Nói chung, cách tiếp cận ít hình vuông tạo ra một giải pháp tốt hơn so với vị trí thu được từ chỉ có bốn vệ tinh, vì dữ liệu được sử dụng

Các bước sau đây tóm tắt các phương pháp trên:

A Chọn một vị trí danh nghĩa và đồng hồ của người sử dụng xu0, yu0, zu0,

bu0 đại diện với điều kiện ban đầu Ví dụ, vị trí có thể là trung tâm của trái đất và sai lệch đồng hồ không Nói cách khác, tất cả các giá trị ban đầu thiết lập để không

B Sử dụng phương trình để tính toán pseudorange ρi Giá trị ρi sẽ khác nhau từ giá trị đo Sự khác biệt giữa các giá trị đo và các giá trị tính toán là δρi

C Sử dụng ρi tính trong phương trình (2.3) để tính toán αi1, αi2, αi3

G Thêm những giá trị δxu, δyu, δzu, δbu vào vị trí được lựa chọn ban đầu

xu0, yu0, zu0, và sự sai số đồng hồ bu0, một tập hợp mới của vị trí và sai lệch đồng hồ có thể thu được và họ sẽ được thể hiện như xu1, yu1, zu1,

bu1 Những giá trị này sẽ được sử dụng như vị trí ban đầu và sai lệch đồng hồ trong những điều sau đây

H Lặp lại thủ tục từ A đến G, cho đến khi dv là ít hơn so với ngưỡng Các giải pháp cuối cùng có thể được coi là vị trí người sử dụng mong muốn

và sai số đồng hồ, mà có thể được thể hiện như xu, yu, zu, bu

Nói chung, các δυ tính toán trong phương pháp lặp đi lặp lại trên sẽ giảm bớt nhanh chóng Tùy thuộc vào ngưỡng được lựa chọn, phương pháp lặp đi lặp lại thường có thể đạt được mục tiêu mong muốn trong ít hơn 10 lần lặp lại

2.1.2 Vị trí sử dụng trong hệ thống phối hợp hình cầu

Vị trí người sử dụng được tính từ các cuộc thảo luận ở trên trong một hệ thống phối hợp Cartesian Nó thường là mong muốn để chuyển đổi một hệ thống và danh hiệu vị trí vĩ độ, kinh độ và độ cao, như các bản đồ hàng ngày

sử dụng các ký hiệu Vĩ độ của trái đất là từ - 90 đến 90 độ so với đường xích đạo ở 0 độ Kinh độ từ -180 đến 180 độ với Greenwich kinh tuyến ở 0 độ Chiều cao là chiều cao trên bề mặt của trái đất Nếu trái đất là một quả cầu hoàn hảo, vị trí người sử dụng có thể được tìm thấy dễ dàng như thể hiện trong hình 2.4 Từ con số này, khoảng cách từ trung tâm của trái đất người sử dụng là

Vĩ độ Lc là

Kinh độ l là

(2.7)

(2.8)

Hinh 2.1 Octet của trái đất hình cầu lý tưởng

Độ cao H

r e là bán kính của một trái đất hình cầu lý tưởng hoặc bán kính trung bình của trái đất Kể từ khi trái đất không phải là một khối cầu hoàn hảo, một số những phương trình này cần phải được sửa đổi

2.2 Xây dựng bản đồ số

2.2.1 Khái quát về công nghệ WEB GIS

(2.9)

(2.10)

WebGIS là gì?

Theo định nghĩa của Cartography[10]: WebGIS là hệ thống thông tin địa lý được phân bố qua môi trường mạng máy tính để tích hợp, phân phối và truyền tải thông tin địa lý thông qua WWW trên Internet

Hình 2.2 Mô hình WebGIS

NSD làm việc với hệ thống thông qua thành phần Client Yêu cầu của NSD được Client gửi đến WebServer Nếu yêu cầu có liên quan đến bản đồ, WebServer chuyển yêu cầu đó đến MapServer xử lý Kết quả sẽ được chuyển

về WebServer, WebServer tham chiếu đến tập tin mẫu (html template) để định dạng lại kết quả rồi gửi về Client để hiển thị

Lợi ích do WebGIS mang lại:

Khả năng phân phối thông tin địa lý rộng rãi trên toàn cầu

Người dùng Intenet có thể truy cập đến các ứng dụng GIS mà không phải mua phần mềm Điều này giúp cho chúng ta tiết kiệm được chi phí đối với một hệ thống GIS bởi các phần mềm GIS hiện nay có giá thành rất cao đặc biệt việc xây dựng CSDL GIS đòi hỏi nhiều công sức và thời gian

Đối với phần lớn người dùng không có kinh nghiệm về GIS thì việc sử dụng WebGIS sẽ đơn giản hơn là việc sử dụng các ứng dụng GIS loại khác

WebGIS cho phép thêm các chức năng GIS trong các ứng dụng chạy trên cơ sở mạng như thương mại, chính phủ, giáo dục Nhiều ứng dụng loại này chạy trên mạng cục bộ như một phương tiện phân phối và sử dụng dữ liệu địa lý không gian (geospatial data)

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều công nghệ về WebGIS như công nghệ MapServer, GeoServer, ESRI, MapInfo,…

2.2.2 Thiết kế kiến trúc tổng thể

Hình 2.3 Mô hình hệ thống LBS dưới dạng ứng dụng Web

Các thành phần chính trong hệ thống trên gồm có: Hệ thống định vị toàn cầu GPS được sử dụng để cung cấp dữ liệu vị trí của người dùng Đồng nghĩa với việc sử dụng hệ thống GPS các thiết bị di động (Smart Phone, PDA,

Mobile phone, black box) phải được tích hợp bộ xử lý tín hiệu GPS hoặc có khả năng kết nối với các thiết bị GPS để xác định vị trí hiện tại của mình Các kênh truyền thông di động được sử dụng trong hệ thống là GPRS và SMS, giao diện giữa kênh truyền thông di động SMS và mạng Internet là trạm SMS gateway Ngoài các thiết bị di động, người dùng còn có thể sử dụng máy tính

PC kết nối Internet để giám sát từ xa các thiết bị Ứng dụng web được cài đặt trên web server, dữ liệu của hệ thống được đặt tại Database server

Trong mô hình đang xét, có hai kênh trao đổi dữ liệu giữa thiết bị GPS

và hệ thống: Kênh thứ nhất dùng dịch vụ GPRS, kênh này cho phép trao đổi các gói dữ liệu lớn, tốc độ cao nên thích hợp cho các ứng dụng cần cập nhật

vị trí tức thời và liên tục ví dụ chức năng dẫn đường trực tuyến Kênh thứ 2 sử dụng dịch vụ SMS, mỗi tin nhắn SMS chỉ bao gồm tối đa 160 ký tự, độ trễ của một tin nhắn tương đối lớn nên dịch vụ này chỉ được sử dụng thay thế cho kênh GPRS khi thiết bị GPS di chuyển trong vùng không có tín hiệu GPRS Kênh SMS cũng có thể sử dụng trong các chức năng giám sát không yêu cầu phải cập nhật vị trí thường xuyên Nhiệm vụ của SMS Gateway trong kênh thứ 2 đơn giản là nhận các tin nhắn từ thiết bị di động sau đó gửi về web server bằng giao thức HTTP và ngược lại, nhận các lệnh điều hành của người dùng truyền đến bằng HTTP rồi chuyển thành các tin nhắn SMS gửi đến thiết

có thể sẵn sàng cung cấp khi được người dùng yêu cầu, ví dụ thông tin về

trạng thái hoạt động của hệ thống giao thông, thông tin về các dịch vụ tài chính - ngân hàng, nhà hàng, khách sạn v.v… để có được điều này đòi hỏi phải hợp tác chặt chẽ với các nhà cung cấp nội dung và dữ liệu

Web Server là ứng dụng web tích hợp công nghệ GIS (Web GIS), đây

là nơi diễn ra các quá trình thu thập, phân tích các yêu cầu từ người dùng, xử

lý dữ liệu, đảm bảo an toàn thông tin, quản lý quá trình tương tác giữa người dùng và hệ thống GIS qua Internet Trong quá trình hoạt động Web Server cần truy xuất dữ liệu trong Database Server và tương tác với các thiết bị GPS Ứng dụng web được thiết kế theo mô hình Client/Server

Client:

Là giao diện giữa hệ thống và người sử dụng, có nhiệm vụ thu nhận thông tin, dữ liệu, yêu cầu từ người dùng sau đó gửi về xử lý tại Server Kết thúc quá trình xử lý, Client làm nhiệm vụ hiển thị kết quả đáp ứng từ phía Server gửi về

Được tạo ra bằng các đoạn mã viết bằng ngôn ngữ Javascirpt và HTML

Sử dụng các trình duyệt Web và WAP (Internet Explorer, Firefox) Trình duyệt thực thi các đoạn mã Javascirpt và HTML tạo ra giao diện đồ họa tương tác với người dùng

Server: là nơi tiếp nhận yêu cầu từ Client, yêu cầu được phân tích để thu thập các thông tin cần thiết từ cơ sở dữ liệu GIS, các thông tin được này được xử lý kết hợp dữ liệu về vị trí của đối tượng cần giám sát Kết quả gửi

về Client bao gồm dữ liệu

Người sử dụng có thể dùng các thiết bị như máy tính PC, PDA, Smart Phone để kết nối vào hệ thống qua mạng Internet để khai thác các chức năng

của hệ thống Ví dụ ta có thể dùng máy tính PC kết nối Internet để giám sát và điều hành đội xe vận tải, xe bus Khi kết nối vào ứng dụng web ta có thể xác định được vị trí của các xe cần quản lý, biết được xe đang di chuyển hay đang

đỗ, xe có chạy quá tốc độ quy định hay không Nếu có chiếc PDA được tích hợp công nghệ GPS bên trong ta có thể kết nối vào ứng dụng web qua kênh GPRS để sử dụng chức năng dẫn đường trực tuyến nhờ đó ta tìm đường ngắn nhất đến đích hoặc tránh được một điểm ùn tắc ở phía trước

Trong một kiến trúc tổng quát thì các máy SMS Gateway, Database Server, Web Server có thể là 3 máy chủ độc lập được kết nối với nhau qua mạng LAN hoặc Internet Kiến trúc này cần cho một hệ thống có nhiều người dùng và nguồn dữ liệu phong phú Trong trường hợp số lượng người dùng ít

ta có thể sử dụng kiến trúc rút gọn, khi đó tất cả các chức năng SMS Gateway, Database Server, Web Server có thể được cài đặt trên một máy chủ duy nhất, trong phương án này yêu cầu máy chủ phải có cấu hình đủ mạnh để đồng thời thực hiện được cả 3 chức năng

2.2.3 Công nghệ WebGIS sử dụng trong hệ thống

• Công nghệ WebGIS của MapInfo: MapXTreme

Session

Maps Catalog

Layers Tables

Application logic that controls the flow of the application

Web Browser

Workspace Manager

MWS File DBMS

WMS

WFS Routing Server

MapMarker Java

Session

Dynamic Connect

Driving Direction Organized Layer/Table

Create/Edit Workspase

Load Workspase

HTML and JavaScript

is generated by the application and sent back to web browser to render the views of the application

User interacts with the application views and creates requests

to the application process for results

The results are HTML

Developer can use object pooling to preload a set of MapXtreme Session objects to speed up performance

Developer manages Session and user states via IIS state mansgement tools

Bao gồm 3 thành phần chính: Views, Model và Controller

Views đảm nhiệm chức năng tạo giao diện người dùng, tương tác với người dùng, trình diễn kết quả, HTML và JavaScript là các ngôn ngữ được sử dụng

để tạo lên các chức năng của thành phần Views

Model có nhiệm vụ tương tác với các nguồn dữ liệu và mô hình dữ liệu trong chương trình Quản lý không gian làm việc (Workspace Manager), truy

xuất cơ sở dữ liệu (DBMS), thực hiện các dịch vụ WMS (Web Map Service), WFS (Web Feature Service), thực hiện các giải thuật trên bản đồ

Controller được coi là thành phần điều phối hoạt động của chương trình, thành phần này cung cấp các công cụ cho phép người dùng tương tác với các chức năng của thành phần Model, các thao tác mà người dùng thường xuyên thực hiện trên bản đồ là phóng to, thu nhỏ, duyệt bản đồ (di chuyển bản

đồ trên màn hình để thay đổi vùng quan sát) hoặc truy vấn thông tin về một đối tượng trên bản đồ

• Công nghệ WebGIS của Google: Google Maps

Là công nghệ WebGIS được Google bắt đầu triển khai từ năm 2004 và phát triển với tốc độ rất nhanh Hiện tại Google Map đang là công nghệ WebGIS được sử dụng phổ biến nhất trên Internet Một trong số những lý do khiến Google Map nhanh chóng được nhiều người biết đến là nó cung cấp nhiều dịch vụ miễn phí cho người dùng cho mục đích phi thương mại Chỉ cần

có một máy tính kết nối internet là ta có thể sử dụng Google Maps để tìm đường, tra cứu thông tin địa lý trên bản đồ số Google Maps có nguồn dữ liệu bản đồ số rất lớn, bao phủ toàn bộ bề mặt trái đất, các bản đồ tồn tại ở cả hai kiểu định dạng vector và raster, trong đó bản đồ raster chủ yếu là các ảnh chụp từ vệ tinh

Không đơn giản chỉ cung cấp dịch vụ cho người dùng cuối, Google Maps cho phép các nhà phát triển nhúng bản đồ của Google vào một trang web khác bằng cách sử dụng giao diện lập trình ứng dụng (API) Tính năng này cho phép ta có thể phát triển ứng dụng cung cấp các dịch vụ mới dựa trên công nghệ WebGIS Google Maps API là tập hợp các hàm xây dùng bằng ngôn ngữ JavaScript cho phép ứng dụng web thao tác với nguồn dữ liệu bản

đồ của Google Muốn sử dụng Google Maps API người phát triển phải đăng