Xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát xe Bus tại trung tâm vận hành

Thông qua việc tích hợp cac công nghệ định vị vào thiết bị di động cho phép cac nha khai thác cung cấp rất nhiêu cac ứng dụng khac nhau cho khach hang khi đã xac định được vị trí củ

LỜI CẢM ƠN

Em sẽ không hoàn thành khóa luậ n này nếu không co sự hướng dẫn

và chỉ bảo của thầ y PGS TS Lê Huy Thậ p Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầ y.

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của tất cả các bạn trong quá trình thực hiện khóa luận.

Là sinh viên lần đầu nghiên cứu khoa học chắc chắn khoa luận của em không tránh khỏi những thiếu sot, vì vậy em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn để khóa luận của em được hoàn thiện hơn Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn công lao dạy dỗ chỉ bảo của các thầy giáo,

cô giáo Kính chúc quý thầy cô giáo mạnh khỏe, tiếp tục đạt được nhiều thắng lợi trong nghiên cứu khoa học và sự nghiệp trồng người.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Hòa

Tên tôi là : Nguyễ n Minh Hò

a

LỜ I CAM ĐOAN

Sinh viên lớ p: K34 - CNTT - Trườ ng ĐHSP Hà Nộ i 2

Tôi xin cam đoan:

1 Luậ n văn tố t nghiệ p : “Xây dự ng hệ thố ng hỗ trợ giá m sá t xe bus tại trung tâm vận hành ” la công trình nghiên c ứu của bản thân tôi dưới

sự dẫ n củ a thầ y PGS TS Lê Huy Thậ p va tham khảo một sô tai liệu khac

2 Luậ n văn không sao ché p từ bất kỳ tai liệu co sẵn nao

3 Kế t quả nghiên cứ u của tôi không trù ng vớ i cac tac giả

khac Tôi xin chị u trá ch nhiệ m về lờ i cam đoan nà y

Ha Nội, ngày 8 tháng 5 năm 2012

Ngườ i cam đoan

Nguyễ n Minh Hò a

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

L Ơ ̀ I CA M Đ O A N 2

MU ̣ C LU ̣ C 3

MỞ ĐẦU 6

DANH MU ̣ C HÌNH ẢNH 9

DANH MU ̣ C TỪ VIẾT TẮT 11

C HƯƠN G 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

1.1 Tìm hiểu vê GPS 12

1.1.1 Cac phương phap định vị 12

1.1.2 Hệ thông thông tin địa lý - Geographic Information System 16

1.1.3 Hệ thống định vị dựa trên vị trí 21

1.2 Cac công nghệ định vị 24

1.2.1 Cac hệ thống phat tín hiệu 24

1.2.1.1 Cac vệ tinh 24

1.2.1.2 .2 Cac trạm thu phat (Base station) 26

1.2.2 Cac thiết bị co tính năng định vị 27

1.2.3 Cac cach thức định vị khac ngoài GPS 28

1.2.3.1 1 Cell ID 29

1.2.3.2 Phương pháp định vị từ nhiêu phía (Multilateration) 31

1.2.3.2.1.Time difference of arrival (TDOA) 31

1.2.3.2.2.Time of Arrival (TOA) 31

1.2.3.2.3.Angle of arrival (AOA) 32

1.2.3.2.4 Enhanced Observed Time Difference (EOTD) 32

1.2.4.Assisted GPS (A-GPS) 33

1.3 G i ơ ́ i thi ê ̣ u v ê ̀ M a p I n f o 34

1.4 Giới thiệu vê Visual C# 35

1.5 Giới thiệu vê Visual Stadio va SDK MapXtreme 2008 36

1.5.1 Visual Stadio 36

1.5.2 SDK MapXtreme 2008 36

C hương 2 : P H Â N T I ́ C H H Ê ̣ TH Ô ́ N G 38

2.1 Khảo sát hệ thông 38

2.1.1 Khảo sát hiện trạng 38

2.1.2 Hướng giải quyết yêu cầu đặt ra của bai toan 38

2.1.3 Yêu cầu hệ thống mới 39

2.2 P h â n t i ́ c h h ê ̣ th ô ́ ng 40

2.2.1 Sơ đồ chứ c năng 40

2.2.1.1 Chức năng hiển thị 40

2.2.1.2 Chức năng theo dõi 41

2.2.1.3 Chức năng xem lại lộ trình 41

2.2.2 Biể u đồ luồ ng dữ liệ u 42

2.2.2.1 Biể u đồ luồ ng dữ liệ u mứ c khung cả nh 42

2.2.2.2 Phân tích cac yêu cầu chức năng 43

C HƯƠ N G 3 : THIẾT KẾ H Ê ̣ TH Ô ́ N G 45

3.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu 45

3.2 Thiế t kế chức năng 46

3.2.1 Chức năng hiển thị 46

3.2.2 Chức năng theo dõi 47

3.2.3 Thiết kế cài đặt chức năng quản lý 48

3.2.4 Chức năng xem lại lộ trình 49

3.2.5.năng thống kê vi phạm 50

3.3 hiT ê ́ t k ê ́ gi a o di ê ̣ n 50

3.3.1.Hiê ̉ n thị vị trí xe 51

3.3.2 h e o dõi vi phT a ̣ m 52

3.3.3 xem lại lộ trình 54

3.4 Thử nghiệ m kị ch bả n 55

3.4.1 i ê ̉ n thị vị tH r í xe 55

3.4.2 Theo dõi lộ trình xe 57

3.4.3 Xem lại lộ trình xe 57

KẾT LUẬN VÀ HƯỚ NG PHÁ T TRIỂ N 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

1 Mục đích, lý do chọn đề

tài

MỞ ĐẦU

Hệ thống dịch vụ dựa trên vị trí va cac tiêm năng của no đã được đê cập va quan tâm đến trong một khoảng thời gian dai trước đây Ngay nay, với

sự tập trung phát triển ngay cang tăng của cac ứng dụng di động va sự xâm nhập của GPS trên cac thiết bị di động đã lam cho sự quan tâm đến cac dịch

vụ dựa trên vị trí ngay cang trở nên nong hổi Thông qua việc tích hợp cac công nghệ định vị vào thiết bị di động cho phép cac nha khai thác cung cấp rất nhiêu cac ứng dụng khac nhau cho khach hang khi đã xac định được vị trí của họ, chúng được gọi la các dịch vụ dựa trên định vị (Location Based Service) Loại dịch vụ nay tuy ra đời sau nhưng đã được hỗ trợ kèm theo hầu hết cac thiết bị di động ngay nay; trong đo phổ biến nhất la cac dịch vụ vê bản

đồ sô, định vị va dẫn đường Cho đến nay, đã co rất nhiều công nghệ định vị được phat triển với mục đích tăng cường sự chính xác càng nhiều càng tốt, giảm chi phí truyên dữ liệu

Chính vì vậy, em đã chọ n đề tà i “ Xây dự ng hệ thố ng hỗ trợ giá

m sá t xe bus tạ i trung tâm vậ n hà nh” lam khoa luận tôt nghiệp của mình.

2 Nhiệm vụ, yêu cầu

- Nhiệm vụ:

Nhiệm vụ của khoa luận la xây dựng hệ thông hỗ trợ giam sat xe bus tạitrung tâm vận hanh Đây la một hệ thông con trong một hệ thống lớn giam sat

va quản lý xe bus

- Yêu cầu:

Do những nhiệm vụ đã nêu trên, luận văn phải thực hiện được nhữngyêu cầu sau:

- Tìm hiểu vê LBS va cac ứng dụng của no

- Xây dựng hệ thống hỗ trợ giam sat xe bus với cac chức năng hiển thị,theo dõi va xem lại lộ trình

- Xây dựng ứng dụng nhận dạng biên với cac kỹ thuật khac nhau dựatrên ngôn ngữ Visual C#.

3 Phương pháp nghiên cứu

a Phương pháp nghiên cứu lý luận

Nghiên cứu qua việc đọc sach, báo va các tài liệu liên quan nhằm xâydựng cơ sở lý thuyết của đê tai va cac biện pháp cần thiết để giải quyết cacvấn đê của đê tai

b Phương pháp chuyên gia

Tham khảo ý kiến của cac chuyên gia để co thể thiết kế chương trình phùhợp với yêu cầu thực tiễn, nội dung xử lý nhanh đáp ứng được yêu cầu ngaycang cao của người sử dụng

c Phương pháp thực nghiệm

Thông qua quan sát thực tế, yêu cầu của cơ sở, những lý luận đượcnghiên cứu va kết quả đạt được qua những phương pháp trên

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu

Hệ thông hỗ trợ giam sat xe bus với cac chức năng hiển thị, theo dõi vaxem lại lộ trình

b Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi luận văn của em dừng lại ở việc nghiên cứu va phat triển mộtphần nhỏ ứng dụng trong việc xây dựng hệ thông hỗ trợ giam sat xe bus vớicac chức năng hiển thị, theo dõi va xem lại lộ trình

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Nếu đê tai “Xây dự ng hệ thố ng hỗ trợ giá m sá t xe bus tạ i trung tâm vậ n hà nh” đượ c đưa và o sử dụ ng trong thự c tế thì nó sẽ

gó p phầ n đá ng kể trong việ c giảm b ớt vê sứ c ngườ i và chi phí cho việ c

phương tiệ n giao thông khá c hiệ n nay

6 Cấu trúc luận văn

Ngoài mở đầu va kết luận, khoa luận bao gồm 3 chương:

- Chương 1: Cơ sở lý thuyết

- Chương 2: Phân tích hệ thống

- Chương3: Thiết kế hệ thông

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Thành phần không gian của hệ thống GPS 12

Hình 1.2: Vị trí các trạm của thành phần điều khiển hệ thống GPS 13

Hình 1.3: Nguyên lý định vị không gian 4 điểm 15

Hình 1.4: Biểu thị kết quả bản đồ dưới dạng raster 18

Hình 1.5: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm 19

Hình 1.6: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng đường 20

Hình 1.7: Số liệu vector biểu thị dưới dạng vùng 20

Hình 1.8: Dữ liệu vectơ kết hợp với dữ liệu không thưa khác 21

Hình 1.9: Nền tảng của LBS là GNSS và GIS 22

Hình 1.10: LBS co ứng dụng rất rộng rãi trong giao thông 23

Hình 1.11: Cell ID 30

Hình 1.12: TDOA 31

Hình 1.13: TOA 32

Hình 1.14: AOA 32

Hình 1.15: Biể u tượ ng MapInfo 34

Hình 2.1: Sơ đồ chức năng của hệ thống giám sát xe bus 40

Hình 2.2: Biểu đồ mứ c khung cả nh 43

Hình 3.1: Sơ đồ liên kết giữa các bảng trong cơ sở dữ liệu 45

Hình 3.2: Sơ đồ thuật toán hiển thị vị trí xe 46

Hình 3.3: Sơ đồ thuật toán của hàm SavePosition() 47

Hình 3.4: Sơ đồ thuật toán chức năng theo dõi lộ trình xe 48

Hình 3.5: Sơ đồ thuật toán chức năng xem lại lộ trình xe 49

Hình 3.6: From giao diện ban đầu của hệ thống hỗ trợ theo dõi lộ trình xe bus 50

Hình 3.7: Form kết quả hiển thị vị trí các xe đang hoạt động 51

Hình 3.8: Kết quả lưu thông tin lộ trình trong bảng LOTRINH 51

Hình 3.9: Form kết quả giám sát lộ trình của xe (Chiều đi) 52

Hình 3.10: Thông báo khi đã lưu xong vi phạm 53

Hình 3.11: Kết quả lưu vi phạm trong bảng VIPHAM 53

Hình 3.12: Lựa chọn thông tin xe cần xem lại lộ trình 54

Hình 3.13: Lộ trình của xe được xem lại (Chiều đi, co vi phạm) 54

Hình 3.14: Lộ trình của xe được xem lại (Chiều về, không vi phạm) 54

Bảng sắp xếp kịch bản lộ trình của xe 56

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

LBS: Location based service

GPS: Global Position System

GIS: Geographic Information system

GNSS: Global Navigation Satellite System

SDK: Software Development Kit

IDE: Integrated Development Environment

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tìm hiểu về GPS

1.1.1 Các phương pháp định vị

Thiết bị dẫn đường GPS dựa trên nguyên lý của hệ thống định vị toàn cầu(Global Position System - GPS) hay tên gọi mới phổ biến hơn la hệ thông vệtinh dẫn đường toan cầu (Global Navigation Satellite System – GNSS) Hệthống vệ tinh dẫn đường toàn cầu được nhiều người biết đến nhất hiên nay la

GPS do Mĩ chế tạo va hoạt động từ năm 1994, GLONASS (GLobal Orbiting

Navigation Satellite System) do Nga chế tạo va hoạt động từ năm 1995, va hệ

thống GALILEO do Liên hiệp Âu Châu (EU) chế tạo va sẽ được đưa vào sử

dụng trong tương lai (2013) Ngoai ra còn co các hệ thông khac mang tính địa

phương như BeiDou (BeiDou Navigation System) của Trung Quôc, QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) của Nhật Bản, DORIS (Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite) của Pháp, IRNSS

(Indian Regional Navigational Satellite System) của Nhật Bản [10]

Hệ thống vệ tinh dẫn đường toan cầu được ứng dụng đa dạng trong nhiềulĩnh vực va ngay cang chứng minh được tính hữu dụng của no

Hệ thông GPS gồm 3 thành phần [1]:

a Thành phần không gian

Hình 1.1: Thành phần không gian của hệ thống GPS

Thanh phần nay bao gồm cac vệ tinh GPS bay trên quĩ đạo Như ta đãbiết ở phần trên thì vao năm 1978, Mỹ đã phóng cac vệ tinh GPS lên trên quĩđạo cach trái đất khoảng 19.200 km, với tôc độ chừng 11.200 km/h, co nhiệm

vụ truyên đi các tín hiệu radio tần sô thấp tới cac thiết bị thu nhận

b Thành phần điều khiển

Phần điêu khiển la cac trạm điêu khiển cac vệ tinh đặt trên trái đất.Phần điều khiển gồm: 1 trạm điêu khiển chính, 5 trạm thu sô liệu, 3 trạmtruyên sô liệu

Hình 1.2: Vị trí các trạm của thành phần điều khiển hệ thống GPS

- Một trạm điêu khiển chính:

Đặt tại Colorade Springs (Mỹ) co nhiệm vụ thu thập cac dữ liệu theo dõi

vệ tinh từ cac trạm thu sô liệu để xử lý

Công nghệ xử lý gồm: Tính lịch thiên văn, tính va hiệu chỉnh đồng hồ,hiệu chỉnh quỹ đạo điêu khiển, thay thế các vệ tinh ngừng họat động bằng cac

vệ tinh dự phòng

- 5 trạm thu sô liệu:

Được đặt tại Hawai, Colorade Springs, Ascension (Nam Đại Tây Dương),Diago Garia (Ấn Độ Dương), Kwayalein (Nam Thai Bình Dương) Co nhiệm

vụ theo dõi các tín hiệu vệ tinh để kiểm soat va dự đoan quỹ đạo của chúng.Mỗi trạm được trang bị những máy thu P-code để thu cac tín hiệu của vệ tinh,sau đo truyên vê trạm điều khiển chính.

- 3 trạm truyên sô liệu:

Đặt tại Ascension, Diago Garia, Kwayalein co khả năng chuyển sô liệu lên

vệ tinh gồm lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ, cac thông điệp cần phát,cac lệnh điều khiển từ xa

c Thành phần người sử dụng

Thanh phần người sử dụng gồm cac thanh phần:

- Những máy thu tín hiệu GPS co Ăngten riêng (máy định vị)

- Cac thiết bị tự ghi (bộ ghi sô liệu)

- May tính (phần mềm xử lý sô liệu)

- May định vị: Khi ta di chuyển hay dừng tại chỗ, máy thu GPS nhận tínhiệu từ vệ tinh rồi tính toán định vị Kết quả tính được la tọa độ hiển thị trênman hình bộ ghi sô liệu

- Bộ ghi sô liệu: Bộ ghi sô liệu la máy cầm tay, co phần mềm thu thập sôliệu Bộ ghi sô liệu co thể ghi vị trí hoặc gắn thông tin thuộc tính với vị trí

- May tính, phần mêm xử lý sô liệu: Hệ thống GPS co kèm theo phầnmềm xử lý sô liệu Sau khi thu thập sô liệu ở thực địa, phần mềm chuyển sôliệu vị trí va thông tin thuộc tính sang may tính (PC), sau đo phần mềm sẽnâng cao độ chính xác (bằng kỹ thuật phân sai)

Phần mềm xử lý sô liệu GPS còn co chức năng biên tập hoặc vẽ Phầnmềm nay cũng hỗ trợ thu thập cac yếu tô địa lý va thông tin thuộc tính choGPS hoặc cac cơ sở dữ liệu khac

GPS hoạt động dựa trên nguyên lý định vị không gian 4 điểm [4]:

Hình 1.3: Nguyên lý định vị không gian 4 điểm

Một vệ tinh co thể truyên tín hiệu radio ở nhiều mức tần sô thấp khacnhau, được gọi la L1, L2 Những thiết bị nhận tín hiệu GPS thông thườngbắt sóng L1, ở dải tần sô UHF 575,42 Mhz Một đai phát thanh FM thườngcần co công suất chừng 100.000W để phát song, nhưng một vệ tinh định vịtoàn cầu chỉ đòi hỏi 20-50W để đưa tín hiệu đi xa 19.200 km Tần sô L1 chứađựng 2 tín hiệu sô (mã hoa bằng kỹ thuật sô), được gọi la P-code va C/A-code Mã P nhằm bảo vệ thông tin khỏi những sự truy nhập trai phép Tuynhiên, mục đích chính của các tín hiệu mã hoa la nhằm tính toán thời gian cầnthiết để thông tin truyên từ vệ tinh tới một thiết bị thu nhận trên mặt đất

Thông thường trong không gian, để xac định vị trí của một điểm chỉ cầntìm giao điểm của 3 hình cầu (trai đất la hình cầu thứ 4) Tuy nhiên nếu đồng

hồ của thiết bị không chính xac tuyệt đôi thì sai sô của vị trí ước lượng được

sẽ rất lớn do dùng công thức:

Quãng đường = thời gian x vận tốc

Trong đo vận tốc la vận tôc truyên của tín hiệu từ vệ tinh đến thiết bị,cũng chính la vận tôc anh sáng - một hằng sô lớn

Vì chế tạo thiết bị đo đếm thời gian chính xac tuyệt đối kha kho khăn (chiphí đắt đỏ, kích thước lớn) nên thường các thiết bị GPS chỉ hoạt động khi cothể nhận tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh - 3 vệ tinh để xac định vị trí va 1 để

đồng bộ đồng hồ Cũng bằng cách nay bất kì thiết bị nào cần tính toan thờigian một cach chính xac đều co thể sử dụng GPS lam đồng hồ (thời gian hệthống của NAVSTAR GPS được cung cấp bởi đồng hồ nguyên tử của Việncac chuẩn va công nghệ Hoa Kỳ - NIST).

Hoạt động của GPS co thể bị ảnh hưởng bởi cac yếu tô sau:

- Khi cac vệ tinh ở qua gần nhau, chúng sẽ khiến cho việc xác định một

vị trí chính xac trở nên kho khăn hơn

- Vì tín hiệu radio đi từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly va tầng đối lưu,tôc độ cần thiết để tín hiệu truyên tới thiết bị nhận sẽ bị chậm đi Hệ thốngGPS co dự phòng điêu đo bằng cach tính thêm khoảng thời gian chậm trễtrung bình, nhưng cũng không được hoan toàn chính xac

- Chướng ngại lớn như các dãy núi hay cac toa nha cao tầng cũng lamcho thông tin bị sai lệch

- Giữa thiết bị nhận (nhất la của người dùng ca nhân) với vệ tinh, co thểkhông hoàn toàn trùng khớp vê mặt thời gian va các vệ tinh đôi khi chạy lệchkhỏi quỹ đạo

1.1.2 Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System

a Khái niệm về GIS

Hệ thống thông tin địa lý, GIS, la một loại hệ thông thông tin quản lýcac thông tin vê các sự vật (things), sự kiện (events) va cac họat động(activities) dựa trên vị trí của chúng

Hệ thông thông tin địa lý bao gồm cac thanh phần:

- Thanh phần phần cứng: cac thiết bị bao gồm máy vi tính, máy in, ban

sô hóa, thiết bị quét ảnh, các phương tiện lưu trữ dữ liệu

- Thành phần phần mềm: Co thể la một hoặc một tổ hợp cac phần mềmmáy tính Các phần mềm nay co cac tính năng cơ bản như: nhập va kiểm tra

dữ liệu, lưu trữ va quản lý cơ sở dữ liệu, xuất dữ liệu, biến đổi dữ liệu, tương tac với người dùng.

Cac phần mềm tiêu chuẩn va được sử dụng phổ biến trong khu vựcChâu Á la: ARCGIS, MAPINFO, WINGIS…

Sô liệu được sử dụng trong GIS không chỉ la sô liệu địa lý referenced data) riêng lẻ ma còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu(database) Những thông tin địa lý co nghĩa la sẽ bao gồm cac dữ kiện vê vị tríđịa lý, thuộc tính (attributes) của thông tin, môi liên hệ không gian (spatialrelationships) của cac thông tin, va thời gian

(geo-b Dữ liệu cho GIS

Dữ liệu cho GIS thường kha lớn, liên kết nhiều loại dữ liệu khac nhau:

dữ liệu co thể được nhập bằng tay, bằng các thiết bị hỗ trợ với tính năng GPS,

từ ảnh scan v.v… Để co thể chuyển nhiêu loại dữ liệu thô khac nhau naythành dữ liệu luận lý phục vụ cho việc xử lý đòi hỏi sự kết hợp của kha nhiềucông nghệ; trong đo co:

- Định vị: hỗ trợ việc vẽ bản đồ va thu thập dữ liệu Giờ đây cacphương tiện co thiết bị định vị co thể giúp điêu chỉnh độ chính xac của cacbản đồ, thu thập dữ liệu hình ảnh

- Xử lý ảnh: Tuy để co dữ liệu tôt nhất cần phải đầu tư cho khâu thuthập dữ liệu nhưng dữ liệu thu thập được sẽ kho co thể hoàn hảo trong mọiđiều kiện: hình ảnh chụp được từ vệ tinh hoặc cac thiết bị khảo sat khac co thể

co độ nét không cao, bị lỗi (bụi, mờ, mây che v.v…) hoặc chỉ biểu diễn mộtmặt nao đo của dữ liệu cần thu thập (như chỉ chụp phần xanh để lập bản đồrừng ma không chụp nha cửa của cư dân trong vùng) Do đo, cần co cac côngnghệ xử lý ảnh để kết hợp thông tin từ nhiêu lần khảo sat khác nhau hoặc sửachữa sai sot giữa cac lần khảo sat của cùng một khu vực, từ đo xây dựng được

dữ liệu với độ chính xac tương đối

- Nhận dạng: trước khi cac hệ thống thông tin địa lý kỹ thuật sô ra đời,

do nhu cầu của công việc hoặc cuộc sống nên đã co kha nhiều dữ liệu địa lýđược tạo ra dưới dạng bản đồ trên giấy hoặc các dữ liệu khảo sat của vùng/miên Việc nhập tay lượng dữ liệu cực kỳ lớn nay đòi hỏi qua nhiều nhân lực

so với việc xây dựng toàn bộ hệ thông GIS Với công nghệ nhận dạng giờ đâycac bản đồ co thể được scan, cac vùng khac nhau trên bản đồ được tự độngnhận dạng va chuyển thành dạng vector, dữ liệu chữ va sô được đưa vào cơ sở

dữ liệu một cach hoàn toàn tự động

Để lưu trữ dữ liệu được hiệu quả va đáp ứng nhu cầu xử lý (nhanh vachính xac) của cac ứng dụng GIS, việc thiết kế cơ sở dữ liệu cũng cần đượcchú ý Hiện co kha nhiều kiểu dữ liệu được ứng dụng trong GIS va được phânthành 2 loại chính [2]:

- Dữ liệu dạng raster: Thường được chia nhiều dòng va cột, mỗi “ô”trong dữ liệu chứa một gia trị nào đo Dữ liệu raster thông dụng nhất la ảnh kĩthuật sô, trong đo mỗi điểm trên ảnh mang gia trị la mau của điểm đo Dữ liệuraster co thể được lưu vao file hoặc hệ quản trị cơ sở dữ liệu, tuy nhiên việctìm kiếm trên dữ liệu nay kha kho khăn vì mỗi bản ghi thường co kích thướckha lớn

Hình 1.4: Biểu thị kết quả bản đồ dưới dạng raster

- Dữ liệu dạng vector: la cách tôt nhất để biểu diễn các yếu tô địa lýnhư sông, hồ Vector co thể biểu diễn dưới dạng toan học (tọa độ 2 đầu củamột đường thẳng) thay vì nhiêu điểm liên tục như dữ liệu dạng raster (lưu tọađộ của tất cả cac điểm trên đường) nên thường nhỏ hơn va dễ tìm kiếm hơn,

va vì không phải la một mảng như raster nên dữ liệu vector co thể biểu diễnnhiều thành phần khác nhau nằm cach xa nhau - noi một cach khac la cac đôitượng rời rạc (discrete) va thưa (spatial) Dữ liệu vector thường la sự kết hợpcủa nhiều đôi tượng hình học đơn giản như:

+ Điểm: Thường dùng để chỉ một vị trí nào đo hoặc một vùng nao đo trêncac bản đồ tỉ lệ lớn Điểm thường được biểu diễn dưới dạng tọa độ trong một

hệ tọa độ được quy ước

Hình 1.5: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm

+ Đường: Thường dùng để biểu diễn những thứ liên tục như đường, sôngngòi, mạch nước hoặc cac đường độ cao Từ dữ liệu dạng đường thường cothể suy ra độ dài của đường Dữ liệu vector co thể biểu diễn cac đường congkhông chính xac vì thường phải xấp xỉ bằng cac đường thẳng

Hình 1.6: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng đường

+ Đa giac: Thường dùng để biểu diễn một vùng hoặc một bê mặt nào đonhư ranh giới tỉnh, khuôn viên một công trình, một mặt hồ… Dữ liệu dạngnay co thể dùng để suy ra diện tích va chu vi của đối tượng

Hình 1.7: Số liệu vector biểu thị dưới dạng vùng

- Cac dữ liệu không thưa (non - spatial) khac: Thường được lưu trữ kếthợp với cac kiểu dữ liệu trên để phục vụ việc xử lý va ra quyết định Ví dụhình ảnh vệ tinh của một quận (raster) co thể đi kèm với bản đồ đường(vector) va cac chỉ tiêu phat triển xã hội như sô dân, mật độ dân sô, thànhphần dân sô…

Hình 1.8: Dữ liệu vectơ kết hợp với dữ liệu không thưa khác

1.1.3 Hệ thống định vị dựa trên vị trí

a Khái niệm về LBS

Khai niệm vị trí (location) ở đây được hiểu la vị trí không gian (spatiallocation) Chính vì vậy, cac dịch vụ dựa trên vị trí la cac dịch vụ cung cấpthông tin tiện ích cho người sử dụng dựa trên việc lưu trữ, quản lý va phânttích vị trí của các đôi tượng được theo dõi[5]

Như vậy, để xây dựng được một dịch vụ dựa trên vị trí, ta cần hai thànhphần sau:

- Một hệ thống thông tin địa lý để lưu trữ, quản lý va phân tích cac thông

tin vê cac đối tượng cô định, cac đôi tượng di động va cac vị trí của chúngtheo thời gian

- Một hệ thống định vị để cung cấp nguồn thông tin vị trí của cac đối

tượng Bao gồm đôi tượng di động va cô định; định vị yêu cầu thời gian thực

va định vị yêu cầu độ chính xác cao

Hình 1.9: Nền tảng của LBS là GNSS và GIS

b Các ứng dụng của LBS [6]

- Dịch vụ cung cấp thông tin dựa trên vị trí (Location based information

services) Một ví dụ tiêu biểu cho dịch vụ nay la hệ thông định vị dẫn đường.tùy vao thiết bị của người sử dụng va nguyên tắc hoạt động của hệ thống maqua trình khai thác dịch vụ co thể được thực hiện theo 2 cach la: ứng dụngweb, client/server

- Tính cước dịch vụ theo vị trí (Location sensitive billing) Hệ thống

cần xac định vị trí của khách hàng để tính cước cho dịch vụ ma họ sẽ cungcấp (dịch vụ mua hàng từ xa, dịch vụ vận chuyển)

- Dịch vụ hỗ trợ khẩn cấp (Emergency services) Trong sinh hoạt hàng

ngay, đôi khi ta không tránh khỏi cac tai nạn hay cac tình huống nguy hiểm

Hệ thông hỗ trợ khẩn cấp hoạt động trên nguyên tắc: nha cung cấp dịch vụnhận tín hiệu yêu cầu hỗ trợ từ khach hàng, khi đã xac định được vị trí củangười yêu cầu, nha cung cấp dịch vụ sẽ gửi cac trang thiết bị kỹ thuật, nhânlực cần thiết đến hiện trường để giải quyết sự cô

- Dịch vụ quản lý giám sat (Tracking) Để bảo vệ các tai sản co gia trị

người ta co thể gắn vào no cac thiết bị giam sat, khi được kích hoạt thiết bịnay co nhiệm vụ gửi vê máy tính của nha cung cấp dịch vụ vị trí hiện tại củamình Dữ liệu vị trí được sử dụng để vẽ lại vệt di chuyển của thiết bị trên bản

đồ, khach hàng co thể căn cứ vào vệt di chuyển của thiết bị để tìm ra tài sản

Ta còn gặp cac dịch vụ giam sat dưới dạng các hệ thông quản lý, điều hanh (hệ thông quản lý điều hanh mạng lưới taxi, mạng lưới xe bus…).

Hình 1.10: LBS co ứng dụng rất rộng rãi trong giao thông

c Ứng dụng LBS ở Việt Nam

Ở cac nước tiên tiến, LBS đã được ứng dụng vào thực tế từ rất lâu Tuynhiên, ở Việt Nam, do điêu kiện cơ sở hạ tầng chưa phat triển nên ứng dụngLBS còn tương đối ít với những lý do sau:

- Độ chính xác định vị chưa cao: Hiện nay, theo thí nghiệm tại Việt

Nam với chip GPS phổ dụng, với điều kiện trời quang, vị trí không bị che lấpbởi cây côi, nha cao tầng thì độ chính xac định vị khoảng 5-7 m Còn vớinhững điểm không thuận lợi (như dưới nha cao tầng, cây cối, vật cản) độchính xác trở nên rất thấp

- Độ chính xác của bản đồ chưa cao: Hiện nay, hầu hết cac ứng dụng

đã triển khai đều sử dụng bản đồ miễn phí (phổ biến nhất la Google Map)chưa đảm bảo vê mặt độ chính xác va độ chi tiết dữ liệu

- Độ mềm dẻo trong tích hợp: Đôi với bộ thu la một khôi tích hợp, cac

chức năng chưa mềm dẻo (thiếu cac chức năng thu thập thông tin va điềukhiển) Bản đồ chưa thể tích hợp nhiều nghiệp vụ

1.2 Các công nghệ định vị

Việc định vị la cốt lõi của khả năng cung cấp cac dịch vụ dựa theo vị trí(Location-based service, từ đây gọi la LBS) Chỉ khi xac định được vị trí củangười dùng hoặc thiết bị thì hệ thống mới co thể đưa ra nội dung hoặc quyếtđịnh dựa theo thông tin vị trí ấy

Để co thể định vị được thiết bị, cần co sự kết hợp giữa nhiều yếu tô như

hệ thông phat va thu Cơ sở hạ tầng cho cac hệ thông nay rất đa dạng: từ vệtinh, trạm thu phát cho đến các thiết bị cầm tay

Cac hệ thống định vị thường bao gồm:

- Một hệ thông phát tín hiệu được phân tán trên diện rộng, chẳng hạn như

vệ tinh hoặc cac trạm thu phát sóng Các hệ thống nay thường phát tín hiệumột cach tự động va liên tục, bất kỳ thiết bị nao trong vùng phủ song đều cothể nhận được

- Cac đầu thu dựa vao tín hiệu nhận được co thể tính toán ra vị trí củamình một cach chủ động

Tuy nhiên vẫn co những hệ thống hoạt động theo cach khac (thiết bịchủ động gửi tín hiệu đến cac hệ thông lớn hơn) nhưng không phat triển mạnhvì chi phí cho thiết bị co khả năng phát sóng thường kha lớn

1.2.1 Các hệ thống phát tín hiệu

1.2.1.1 Các vệ tinh

Vệ tinh hiện la loại hệ thông được sử dụng rộng rãi nhất vì cac ưu điểmcủa no như tầm bao phủ rộng va co độ chính xac tương đôi, đap ứng được hầuhết cac nhu cầu thông thường Tuy nhiên phương pháp nay không phải không

co khuyết điểm:

Cac hệ thống đang hoạt động đều được xây dựng cho mục đích quân

sự, cac tổ chức kiểm soát cac hệ thống nay co quyên hạn chế truy cập củangười dùng dân sự vào bất cứ lúc nao

Chất lượng tín hiệu phụ thuộc nhiều vào thời tiết Cac hoạt động thờitiết thông thường như giông bão co thể gây nhiễu một cach đáng kể vì vệ tinh

ở qua xa so người nhận so với nơi hình thành nhiễu

Phải co tầm nhìn tới vệ tinh: không nên co vật cản giữa thiết bị nhận va

vệ tinh vì tín hiệu co tính xuyên thấu kém

Đồng hồ của thiết bị bị lệch dù ít cũng co thể gây ảnh hưởng lớn đếnkết quả, co thể đòi hỏi chi phí sản xuất lớn để tạo ra đồng hồ độ chính xáccao

Tuy nhiên, vệ tinh vẫn co rất nhiều ứng dụng trong viễn thông nhưtruyên dẫn, phát hay khảo sat

Co nhiêu hệ thống vệ tinh được sử dụng để định vị như là:

- Hệ thông NAVSTAR GPS la hệ thống vệ tinh phát tín hiệu định vị được sửdụng nhiều nhất hiện nay NAVSTAR GPS được triển khai bởi quân đội Mỹ,bắt đầu hoạt động hoan chỉnh từ năm 1993 NAVSTAR GPS la sản phẩm kếthừa của hệ thông định vị bằng vệ tinh trước đo của Mỹ: Transit

- Hệ thông GLONASS được Liên bang Xô Viết cũ xây dựng từ 1976 va đạtđộ phủ toàn cầu năm 1991 Từ sau sự sụp đổ của Liên bang Xô Viết, hệ thốngnay không còn được duy trì tốt Chỉ đến năm 2001, khi tổng thống Nga lúcbấy giờ la Vladimir Putin kí sắc lệnh duy trì thì cac lỗ hổng trong hệ thốngmới được khắc phục va hệ thống được nâng cấp để sử dụng thêm nhiều tần sô

va kéo dài tuổi đời vệ tinh

- Hệ thống Galilleo được đặt tên theo nha thiên văn học nổi danh người Ý;Galilleo hiện vẫn ở giai đoạn lập kế hoạch Tuy nhiên Galilleo khac biệt vớiNAVSTAR GPS va GLONASS ở cac điểm:

Co thể dùng để tăng cường độ chính xac cho việc định vị dựa vàoNAVSTAR GPS va GLONASS: từ vai chục mét xuông vài cm; đồng thời cokhả năng hoạt động độc lập khi hai hệ thông trên co vấn đê

La dự an co sự hợp tac của nhiêu quôc gia trong Liên minh châu Âu vamột sô nước khac.

Được xây dựng cho mục đích dân sự, mọi đối tượng đêu co thể sử dụngmiễn phí; qua trình quản lý sẽ minh bạch hơn do co sự tham gia của nhiềuquôc gia

1.2.1.2 Các trạm thu phát (Base station)

Cac trạm thu phat la nền tảng của truyên thông di động hiện đại, với ưuđiểm cung cấp tín hiệu tốt trong cac vùng đô thị, chi phí thấp va dễ lắp đặthơn so với vệ tinh, ta co thể thấy cac trạm thu phat ở hầu như mọi nơi

Trạm thu phát la những điểm truyên / nhận sóng vô tuyến tới cac thiết

bị di động, thường chỉ hoạt động trong một phạm vi nhất định Thêm nữa, cacdịch vụ di động chỉ co thể dùng một sô tần sô đã được cấp phép (sô lượng tần

sô nay co hạn) Do đo, để co thể cung cấp dịch vụ một cach xuyên suốt chongười dùng, cac trạm thu phát thường co vùng phủ sóng chồng lên nhau Mậtđộ trạm thu phát cũng tùy vùng ma thay đổi:

Ở cac vùng đô thị mật độ trạm phải cao vì:

- Co nhiêu kiến trúc kiên cô, sóng vô tuyến không dễ xuyên qua

- Lượng người dùng tập trung lớn trong khi sô kênh thu phat lại phụthuộc vao sô tần sô được cac tổ chức quản lý cho phép dùng nên cũng bị giớihạn, cac trạm buộc phải dùng lại cùng một kênh tại cùng một thời điểm makhông lam ảnh hưởng lẫn nhau

Ở cac vùng nông thôn thì mật độ trạm lại thấp vì lượng người dùng ít,cac công trình xây dựng thường không cao ma tầm phủ song của cac trạm lạikha rộng

Vì cac trạm thu phat la cô định, nên nếu biết được người dùng thiết bị

di động đang ở trạm thu phát nào gần nhất thì co thể suy ra được vị trí tương

đối của người dùng Tuy nhiên sai sô sẽ lớn ở cac vùng nông thôn do mật độtrạm thưa va tầm phủ song của một trạm co thể lên đến hang kilômét.

Điện thoại di động co thể dựa vào mã sô trạm, mã mạng va mã nước đểtruy vấn cac cơ sở dữ liệu vị trí trạm như OpenCellID, từ đo suy ra vị trí củamình

1.2.2 Các thiết bị có tính năng định vị

Với công nghệ sản xuất ngay cang hiện đại, việc tích hợp khả năngđịnh vị vào cac thiết bị khac nhau cũng trở nên dễ dàng hơn; trao cho ngườidùng quyên quyết định chọn sản phẩm nao thích hợp với nhu cầu của mìnhnhất

- Bộ định vị: Ban đầu được thiết kế cho cac mục đích quân sự, cac thiết

bị nay từ chỗ chỉ hiển thị tọa độ để bổ sung cho cac phương tiện định vị khacnhư bản đồ va la bàn thì giờ đã bắt đầu thân thiện với người dùng hơn va bắtđầu giống cac thiết bị di động như điện thoại hoặc dashtop hơn Cac bộ định

vị không co cac tính năng bổ sung hiện vẫn được ban trên thị trường với giathấp cho những ai không co điều kiện sử dụng các thiết bị hiện đại hơn hoặcđặt nặng độ chính xác hơn tính tiện dụng

- PDA/Điện thoại cầm tay: Cac thiết bị nay ban đầu được phát triển chomục đích liên lạc dân sự (truyên âm thanh, sô liệu), dần dần được tích hợpnhiều tính năng hơn, trong đo co khả năng xử lý thông tin Đây cũng la cácthiết bị co nhiêu người sử dụng nhất (đồng thời co thị phần lớn) nên cac dịch

vụ được cung cấp kha đa dạng va phong phú Giờ đây cac thiết bị nay đangdần được tích hợp thêm khả năng định vị để cac dịch vụ dựa theo vị trí củangười dùng co thể phat triển

- Dashtop: la một loại thiết bị kha mới, ra đời để bổ sung cho khiếmkhuyết của cac thiết bị di động: thời gian hoạt động phụ thuộc vao nguồnđiện Cac thiết bị Dashtop thường được trang bị cho các xe hơi hạng sang với

va kết hợp cả hai Các nhom nay co cac ưu / khuyết khac nhau trên nhiều mặtnhư độ chính xac hay tôc độ.

Định vị trên hệ thông mạng lưới la kết hợp với việc định vị các thiết bịcủa mạng để chỉ ra vị trí của thiết bị di động,ví dụ cho giải phap nay la AOA,TOA, TDOA, Cell ID [3]

Định vị trên thiết bị di động vì chính thiết bị di động sẽ chỉ ra vị trí củangười sử dụng, cac thiết bị di động được cung cấp các tính năng định vị sẽ

đo lượng dữ liệu va sử dụng cac thuật toan để xac định ví trí, ví dụ cho giảiphap nay la EOTD

Ứng dụng tìm kiếm dựa theo vị trí co thể không cần thông tin vị tríchính xac tuyệt đối của người dùng để co thể đưa ra các kết quả tương ứng ởchung quanh Chẳng hạn như tìm một nha hang thì chỉ cần biết người dùngđang ở quận nào

Ngược lại, để xac định vị trí của một trường hợp khẩn cấp trong mộtthành phô lớn lại cần độ chính xác cao vì co thể đối tượng ở trong một ngõhẻm độc đạo, việc xác định đường đi đến đối tượng cần phải chính xác để cothể lên kế hoạch điều phối một cach nhanh nhất

Hiểu biết vê cach thức hoạt động của từng cach thức định vị sẽ giúpngười phát triển đưa ra lựa chọn thích hợp cho ứng dụng của mình

1.2.3.1 Cell ID

Cell-ID được sử dụng trong mạng GSM, GPRS va WCDMA, đây lacach xac định vị trí thuê bao đơn giản nhất Phương pháp nay yêu cầu mạngxac định vị trí của BTS ma MS đang trực thuộc, nếu co được thông tin nay thì

vị trí của MS cũng chính la vị trí của BTS đo Tuy nhiên, do MS co thể ở mọi

vị trí bất kỳ trong cell nên độ chính xac của phương pháp nay phụ thuộc vàokích cỡ cell Nếu MS thuộc vùng đô thị, mật độ đông thì kích cỡ cỡ cell bénên độ chính xac cao hơn, vùng ngoại ô kích cỡ cell lớn hơn nhiêu nên sailệch vê vị trí co thể lên tới chục kilômé t