tìm hiểu về gps thế giới

Hệ thống định vị toàn cầu được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: quân sự, đo đạc trắc địa, thủy đạc, giao thông đường bộ, đường thủy, hàng không, cá nhân điện thoại di động, máy tính bảng,

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Câu 1: Các hệ thống định vị trên Trái Đất 2

1 GPS (Mỹ) 2

1.1 Cấu trúc 2

1.1.1 Phần không gian (space segment) 3

1.1.2 Phần điều khiển (control segment) 3

1.1.3 Phần sử dụng 4

1.2 Ưu, nhược điểm 5

1.2.1 Ưu điểm 5

1.3 Ứng dụng 6

2 GLONASS (Nga) 6

2.1 Cấu trúc 6

2.1.1 Phần không gian 7

2.1.2 Phần điều khiển 7

2.1.3 Phần sử dụng 8

2.2 Ưu, nhược điểm 8

2.3 Ứng dụng 9

3 GALILEO (Châu Âu) 10

3.1Cấu trúc 10

3.1.1 Phần không gian 10

3.1.2Phần điều khiển 11

3.1.3Phần người sử dụng 11

3.2 Ưu, nhược điểm 11

4 BEIDOU (Trung Quốc) 13

4.1 Cấu trúc 13

4.1.1 Đoạn không gian 13

4.1.2 Điều khiển 13

4.1.3 Đoạn sử dụng 14

4.2 Ưu, nhược điểm 14

Câu 2: Trình bày các ứng dụng GPS phù hợp với ngành khoa học môi trường 14

Câu 1: Các hệ thống định vị trên Trái Đất

Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu là tên gọi chung cho các hệ thống định vị trên thế giới, nó được biết đến với tên tiếng Anh là Global Navigation Satellite System thường được viết tắt là GNSS Hệ thống định vị toàn cầu được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: quân sự, đo đạc (trắc địa, thủy đạc), giao thông (đường bộ, đường thủy, hàng không), cá nhân (điện thoại di động, máy tính bảng, laptop,…) và những lĩnh vực khác

Hiện nay các hệ thống định vị trên thế giới gồm có : GPS (Mỹ), GLONASS (Nga), GALILEO (Châu Âu), IRNSS (Ấn Độ), BEIDOU của (Trung Quốc), QZSS (Nhật Bản)

1 GPS (Mỹ)

1.1 Cấu trúc

Mô hình ba thành phần của GPS như hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ liên quan giữa ba phần của GNSS (GPS)

1.1.1 Phần không gian (space segment)

Bao gồm các vệ tinh, chúng truyền những tín hiệu cần thiết cho hệ tống hoạt động Các chức năng chính của vệ tinh bao gồm:

 Thu nhận và lưu trữ dữ liệu được truyền từ mảng điều khiển

 Cung cấp thời gian chính xác bằng các chuẩn tần số nguyên tử đặt trên vệ tinh

 Truyền thông tin và tín hiệu đến người sử dụng trên một hay hai tần số

Tính đến 2003 trên quĩ đạo có 26 vệ tinh Block IIA và IIR Cấu hình quĩ đạo như sau:

Có 6 mặt phẳng quĩ đạo gần tròn

Trên mỗi mặt phẳng quĩ đạo có 4 đến 5 vệ tinh

Mặt phẳng quĩ đạo nghiêng so với xích đạo khoảng 55°

Độ cao bay trên mặt đất xấp xỉ 20.200km

1.1.2 Phần điều khiển (control segment)

Phần điều khiển

có 5 trạm quan sát có nhiệm vụ như sau:

• Giám sát và điều khiển hệ thống vệ tinh liên tục

Vệ tinh GPS

• Quy định thời gian hệ thống GPS

• Dự đoán dữ liệu lịch thiên văn và hoạt động của đồng hồ trên vệ tinh

• Cập nhật định kỳ thông tin dẫn đường cho từng vệ tinh cụ thể

1.1.3 Phần sử dụng

Phần sử dụng là thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng thiết bị này

Theo độ chính xác, có thể chia làm ba loại:

 Độ chính xác cao: đây là loại máy thu hai tần số đắt tiền nhất hiện nay được dùng trong trắc địa Thiết bị phần cứng phức tạp nên việc sử dụng khó khăn Ví

dụ như Trimble 4800, Topcon Legacy, Topcon Hiper Series, Topcon GB-500, Topcon GB-1000, Leica system 500,

 Độ chính xác thấp: cũng là loại máy thu một tần số nhưng có cấu tạo gọn nhẹ nhất (thường là máy thu cầm tay) và rẻ tiền nhất thường được dùng cho các mục đích định vị hàng hải, du lịch, … Ví dụ Lowrance 200, Garmin III+, Magenlan

1.2 Ưu, nhược điểm

1.2.1 Ưu điểm

Độ chính xác xác định vị trí rất cao, không phụ thuộc vào quãng dường

đi, điều kiện khí tượng trong ngày hay trong năm

Sai số của hệ thống định vị vệ tinh hiện nay khoảng 5:10m

Việc xác định tham số dẫn đường với độ chính xác cao( 10-12m ở chế độ bình thường, 10-20m ở chế độ vi phân DGPS)

Kích thước gọn nhẹ

Giá thành tương đối rẻ

1.2.2 Nhược điểm

Tính độc lập thấp phụ thuộc vào các trạm bên ngoài

Tính chống nhiễu thấp

Công nghệ GPS có những hạn chế, đặc biệt là tầm nhìn đến vệ tinh thì GPS bị hạn chế

Tần số đưa ra thông tin dẫn đường 1-10Hz

 Đôi khi GPS có thể thất bại vì những lý do nhất định và trong trường hợp đó bạn cần phải mang theo bản đồ sao lưu và hướng dẫn

 Nếu bạn đang sử dụng GPS trên một thiết bị hoạt động bằng pin, có thể có một

sự thất bại pin và bạn có thể cần một nguồn cung cấp điện bên ngoài mà không phải lúc nào cũng có thể

Máy thu GPS Topcon GB-1000 trong kỹ thuật đo RTK khi đo địa hình trên

1.3 Ứng dụng

 Các ứng dụng trong trắc địa và bản đồ mặt đất

 Các ứng dụng trong giao thông và thông tin trên mặt đất

 Các ứng dụng trong trắc địa và bản đồ trên biển:

 Các ứng dụng trong giao thông và hải dương học trên biển

 Các ứng dụng trong trắc địa và bản đồ, giao thông hàng không

 Các ứng dụng trong thám hiểm không gian

 Các ứng dụng trong quân đội

2 GLONASS (Nga)

Vệ tinh GLONASS của Nga 2.1 Cấu trúc

Glonass là từ viết tắt của cụm từ Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya

Sistema (hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu) GLONASS là hệ thống định vị vệ tinh do Lực lượng Phòng vệ Không gian của Nga điều hành Hệ thống GPS là sản phẩm của

Bộ Quốc phòng Mỹ xây dựng vào năm 1978, còn GLONASS ra sau và được coi là

hệ thống thay thế Glonass gồm 3 phân vùng:

2.1.1 Phần không gian

Các vệ tinh nằm trong quỹ đạo tròn trung ở mức 19.100 km (11.900 dặm) độ cao với một độ nghiêng 64,8 độ và một khoảng thời gian 11 giờ và 15 phút

Quỹ đạo GLONASS 'làm cho nó đặc biệt phù hợp để sử dụng trong các vĩ độ cao ( phía bắc hay phía nam), nơi nhận được một GPS tín hiệu có thể có vấn

đề Các chòm sao hoạt động trong ba mặt phẳng quỹ đạo, với tám vệ tinh đều nhau trên mỗi

Một chòm sao hoạt động đầy đủ với vùng phủ sóng toàn cầu bao gồm 24 vệ tinh , trong đó 18 vệ tinh cần thiết cho bao gồm các lãnh thổ của Nga Để có được một vị trí sửa chữa các máy thu phải nằm trong phạm vi ít nhất bốn vệ tinh

2.1.2 Phần điều khiển

Mảng điều khiển mặt đất của GLONASS được gần như hoàn toàn nằm trong phạm

vi lãnh thổ của Liên bang Xô viết, ngoại trừ cho một nhà ga ở Brasilia , Brazil Các tiêu chuẩn Thời gian Ground Control Center và được đặt tại Moscow và đo xa và các trạm theo dõi là ở Saint Petersburg , Ternopil , Eniseisk và Komsomolsk-na-Amure

2.1.3 Phần sử dụng

Trong nhà, hẻm núi đô thị hoặc các khu vực miền núi, độ chính xác có thể được cải thiện rất nhiều so với sử dụng GPS một mình Để sử dụng cả hai hệ thống định

vị đồng thời, độ chính xác của GLONASS định nghĩa hướng / GPS là 2,37-4,65 mét (7 ft 9 in-15 ft 3 in) với số lượng trung bình của NSV bằng 14-19 (phụ thuộc vào nhà ga)

2.2 Ưu, nhược điểm

Ưu điểm

 Tăng cường độ chính xác và độ tin cậy là ưu tiên hàng đầu Nếu có nhiều vệ tinh được quan sát và do đó sử dụng cả hai cùng một lúc các chòm sao trong những lợi thế chính là:

 Tiết kiệm trong thời gian mua lại

 Độ chính xác cao chính xác

 Giảm giá trị của PDOP và Gdop

 năng suất cao hơn trong giai đoạn cứu trợ đặc biệt là trong các trường hợp trong

đó các chướng ngại vật tự nhiên (cây cối, nhà cửa, vv) họ hạn chế việc mở cửa bầu trời và do đó việc tiếp nhận tín hiệu

Với một chương trình kế hoạch, sự sẵn có của các vệ tinh có thể được xác nhận

là GPS GLONASS, trong vòng cung của 24 giờ

 Đồng bộ các máy chủ thời gian:

 Trên toàn thế giới đồng bộ hóa dựa trên vệ tinh

 Độ chính xác cao lên đến +/- 20ns

 Tương đối không an toàn bởi 24 vệ tinh GLONASS

Nhược điểm

Nhược điểm của máy chủ thời gian GLONASS:

 Luôn luôn không bị cản trở "nhìn" vào bầu trời của ăng ten

 Chiều dài cáp cho L1 ăng ten GPS với tổn thất thấp chỉ khoảng 100m

 Phụ thuộc của một nhà điều hành (Liên bang Nga)

2.3 Ứng dụng

- Quản lý và điều hành xe

- Xác đinh được vị trí xe, hướng đi, quãng đường đích đến một cách chính xác

- Chống trộm cho ứng dụng thuê xe tự lái, theo dõi lộ trình của đoàn xe

- Xác định vị trí xe chính xác ở từng góc đường (vị trí xe được thể hiện qua tín hiệu nhấp nháy trên bản đồ), xác định vận tốc và thời gian xe dừng hay đang chạy, biết được lộ trình hiện tại xe đang đi (real time)

Sơ đồ hệ thống GLONASS hỗ trợ các thiết bị trên mặt đất, trên không

- Xem lại lộ trình xe theo thời gian và vận tốc di chuyển

- Báo cáo tổng số km bạn đi được trên bản đồ

- Cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn

- Chức năng chống trộm

3 GALILEO (Châu Âu)

Hệ thống Galileo

3.1Cấu trúc

3.1.1 Phần không gian

Tính đến năm 2012, Hệ thống được lên kế hoạch để đạt được hoạt động đầy

đủ vào năm 2020 với các thông số kỹ thuật sau đây:

 30 tàu vũ trụ trong quỹ đạo (24 phục vụ đầy đủ và 6 phụ tùng)

 Orbital độ cao: 23.222 km ( MEO )

 3 mặt phẳng quỹ đạo, 56 ° nghiêng, nút tăng dần tách ra bằng 120 ° kinh độ (8

vệ tinh hoạt động và 2 phụ tùng động mỗi mặt phẳng quỹ đạo)

 đời vệ tinh:> 12 năm

 hàng loạt vệ tinh: 675 kg

 kích thước cơ thể hình vệ tinh: 2,7 m × 1,2 m × 1,1 m

 Span của mảng năng lượng mặt trời: 18,7 m

 Sức mạnh của mảng năng lượng mặt trời: 1,5 kW (cuối cuộc đời)

3.1.2Phần điều khiển

Quỹ đạo và tín hiệu chính xác của hệ thống được điều khiển bởi một phân khúc đất bao gồm:

 1 trung tâm điều khiển mặt đất , nằm ở Oberpfaffenhofen

 1 trung tâm nhiệm vụ mặt đất , nằm trong Fucino

 5 trạm theo dõi, nằm ở Kiruna , Kourou , Noumea , Sainte-Maria, Réunion& Redu

 Một số trạm uplink

 Một số trạm cảm biến

 Một mạng lưới phổ biến dữ liệu giữa các trạm

3.1.3Phần người sử dụng

Hệ thống Galileo sẽ có năm dịch vụ chính:

 Chuyển hướng truy cập mở

Đây sẽ là có sẵn miễn phí để sử dụng bởi bất cứ ai với thiết bị hàng loạt thị trường phù hợp; thời gian đơn giản, và định vị xuống đến 1 mét

 Chuyển hướng thương mại (mã hóa)

độ chính xác cao cho cm; dịch vụ đảm bảo cho các nhà cung cấp dịch vụ sẽ tính phí

 An toàn hàng hải cuộc sống

Mở dịch vụ; cho các ứng dụng chính xác được bảo đảm là điều cần thiết thông điệp Liêm sẽ cảnh báo lỗi

3.2 Ưu, nhược điểm

Ưu điểm

 Một lợi thế sẽ là cuối cùng, rằng Galileo sẽ sử dụng một chòm sao, đó là cho phép phủ sóng tốt hơn của Trái đất, nhưng đòi hỏi nhiều vệ tinh

 Ngoài ra, nó sẽ bắt đầu với Hydrogen-Maser-đồng hồ, trong khi GPS đang dần loại bỏ dần công nghệ này vào hệ thống khi vệ tinh được thay thế

 Tiếp theo là Galileo sẽ cung cấp một bảo hiểm tốt hơn của các vùng cực, bởi

vì tất cả các vệ tinh hoạt động ở một độ nghiêng cao như GPS

Nhược điểm

 Nó không tương thích với GPS 100% và nó sẽ mất một thời gian cho đến khi nó đã sẵn sàng Nó cũng sẽ chi phí tiền bạc hơn các dịch vụ cơ bản, nhưng những dịch vụ chất lượng cao là khó khăn hơn để có được cho GPS

 Và bất lợi khác: Đó là chưa quyết định ai sẽ thực sự hoạt động của Galileo Trong trường hợp xấu nhất, nó là một tập đoàn châu Âu của những công ty những người đã chịu trách nhiệm cho việc trì hoãn chương trình

Ứng dụng

 Dịch vụ dựa trên vị trí

 Khẩn cấp, an ninh và dịch vụ nhân đạo

 Khoa học, môi trường, thời tiết

 Dịch vụ Galileo sẽ được sử dụng để thực hiện các nghiên cứu khoa học về khí tượng và địa chất, trong lĩnh vực trắc địa, để theo dõi các chất gây ô nhiễm, hàng nguy hiểm và các núi băng trôi, để ánh xạ các đại dương, thủy triều nghiên cứu, dòng chảy và mực nước biển

Các ứng dụng của hẹ thống GALILEO

 Vận chuyển

 Nông nghiệp

 Thủy sản

 Công trình dân dụng

 Một chức năng tham chiếu thời gian quan trọng

 Truyền thông

 Tài chính, ngân hàng, bảo hiểm

 Năng lượng

4 BEIDOU (Trung Quốc)

4.1 Cấu trúc

4.1.1 Đoạn không gian

Gồm 27 vệ tinh hoạt động ở quỹ đạo trung bình, 3 vệ tinh hoạt động quỹ đạo nghiêng, 5 vệ tinh địa tĩnh

- 5 vệ tinh địa tĩnh được phóng lên quỹ đạo tại kinh độ 800E; 110,50E; 1400E; 58,750E và 1600E

- 27 vệ tinh hoạt động ở quỹ đạo trung bình có độ cao 21550km và góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 550 với chu kỳ 12h50’

- 3 quỹ đạo nghiêng có bán kính quỹ đạo 42164km, có độ cao 36000km, góc nghiêng mặt phẳng là 550 và kinh độ của 3 quỹ đạo là 00, 1200, 2400

4.1.2 Điều khiển

Bao gồm 12 trạm quan trắc, trong đó có 7 trạm nằm trên lãnh thổ TQ

Nhiệm vụ của Trạm giám sát là theo dõi liên tục và giám sát hoạt động của các vệ tinh trên quỹ đạo, thu nhận tín hiệu dẫn đường, gửi dữ liệu quan sát đến trạm kiểm soát tổng thể các vệ tinh quỹ đạo đồng bộ hóa thời gian

4.1.3 Đoạn sử dụng

- Hiện nay chỉ có một số hãng chế tạo máy thu của TQ chế tạo máy thu này và một

số loại máy thu của các hãng khác sử dụng tích hợp loại vệ tinh này

- Theo kế hoạch 2020 hệ thống compass sẽ đi vào hoạt động hoàn chỉnh Hệ thống

sẽ phục vụ cho vùng châu Á tốt hơn các vùng khác

4.2 Ưu, nhược điểm

Ưu điểm

Có thể cấp phát tín hiệu cho 540000 vị trí cố định nhận tín hiệu trên mặt đất trong một giờ

- Cung cấp thời gian và thông tin về hệ thống định vị toàn cầu cho một số nước

- Mang lại những lợi nhuận khổng lồ về kinh tế bằng các dịch vụ về thiên văn học,

dự báo thời tiết-khí hậu, kiểm soát cháy rừng, dự báo thiên tai, nghiên cứu môi trường, cùng với những lĩnh vực khác

Có độ chính xác cao

Nhược điểm

Để xác định được vị trí của mình, bộ thu cần phải nhận được tín hiệu từ ít nhất 4 vệ tinh định vị và qua phép giao các mặt cầu với tâm là các vệ tinh để tìm ra vị trí của ăng-ten

Câu 2: Trình bày các ứng dụng GPS phù hợp với ngành khoa học môi trường

Ứng dụng 1: Để duy trì môi trường của trái đất trong khi cân bằng nhu cầu của

con người đòi hỏi phải có quyết định tốt hơn làm với nhiều thông tin up-to-date.Thu thập thông tin chính xác và kịp thời là một trong những thách thức lớn nhất đối với cả hai chính phủ và các tổ chức tư nhân phải thực hiện những quyết định Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) giúp giải quyết nhu cầu đó

Hệ thống thu thập dữ liệu cung cấp cho các nhà sản xuất quyết định với thông tin mô tả và dữ liệu vị trí chính xác về mặt hàng được trải rộng trên nhiều cây số

về địa hình Bằng cách kết nối thông tin vị trí với các loại dữ liệu khác, nó có thể phân tích nhiều vấn đề môi trường từ một góc nhìn mới Chức vụ dữ liệu thu thập thông qua GPS có thể được nhập vào hệ thống thông tin địa lý phần mềm (GIS), cho phép các khía cạnh không gian được phân tích với các thông tin khác để tạo ra một sự hiểu biết hoàn thiện hơn về một tình huống cụ thể hơn có thể là có thể thông qua phương tiện thông thường

Trước và sau khi hình ảnh của Amazon phá rừng

Các nghiên cứu trên không của một số vùng hoang dã bất khả xâm phạm nhất thế giới được tiến hành với sự trợ giúp của công nghệ GPS để đánh giá một khu vực hoang dã, địa hình và cơ sở hạ tầng của con người.Bằng cách gắn thẻ ảnh với tọa

độ GPS nó có thể đánh giá những nỗ lực bảo tồn và hỗ trợ trong việc lập kế hoạch chiến lược

Một số quốc gia thu thập và sử dụng thông tin bản đồ để quản lý các chương trình quản lý của mình như sự kiểm soát của tiền bản quyền từ các hoạt động khai thác khoáng sản, phân định biên giới, và việc quản lý khai thác gỗ trong rừng của họ công nghệ GPS hỗ trợ những nỗ lực để hiểu và thay đổi dự báo trong môi trường Bằng cách kết hợp các phép đo GPS vào phương pháp hoạt động được sử dụng bởi các nhà khí tượng, hàm lượng nước của khí quyển có thể được xác định, cải thiện tính chính xác của dự báo thời tiết Ngoài ra, sự gia tăng của các trang web theo dõi GPS thủy triều, và cải tiến trong việc ước tính các thành phần thẳng đứng của vị trí của một trang web từ các phép đo GPS, trình bày một cơ hội duy nhất để trực tiếp quan sát ảnh hưởng của thủy triều đại dương