Báo cáo môn học TỔNG QUAN VIỄN...

Nhóm 10: Báo cáo hệ thống định vị toàn cầu

Học viện công nghệ bưu chính viễn thông************

Báo cáo môn học

TỔNG QUAN VIỄN THÔNG

Tên đề tài: Hệ thống định vị toàn cầu

Nhóm 10: Trần Minh Phúc Hoàng Duy Phương Nguyễn Ngọc Hải Nguyễn Văn Việt

1


Lời mở đầu:

Từ thời xa xưa, con người đã biết sử dụng những kiến

thức về thiên văn học hay những dụng cụ thô sơ để có thể tự định hướng cho mình. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì công nghệ định vị toàn cầu đã phát triển và không còn xa lạ với chúng ta. Nhờ có công nghệ này mà việc xác định được vị trí cũng như chính xác tọa độ của bạn hay một đối tượng nào đó một cách đơn giản.Bản báo cáo này xin được giới thiệu và trình bày về lịch sử phát triển cũng như những công nghệ định vị từ trước cho tới giờ

2


Ch ng 1: Ph l cươ ụ ụ

GPS Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu do bộ quốc phòng Hoa Kỳ thành lập

UTC Coordinated Universal Time – Là một chuẩn quốc tế về ngày giờ thực hiện bằng phương pháp nguyên tử

USNO United States Naval Observatory – Cục hải quân Hoa KỳGALILEO Hệ thống định vị toàn cầu của liên minh khối EUGLONASS Hệ thống định vị toàn cầu của Liên Bang NgaCDMA Code Division Multiple Access - Đa truy nhập theo mãGNSS Global Navigation Satellite System - là tên dùng chung cho

các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh như GPS (Hoa Kỳ), Hệ thống định vị Galileo (Liên minh châu Âu) và GLONASS (Liên bang Nga).

SPS Standard Positioning Service – Dịch vụ tiêu chuẩn, chỉ cung cấp cho quân đội Hoa Kỳ

PPS Precise Positioning Service – Dịch vụ định vị chính xác dành cho người sử dụng trên toàn cầu với mục đích dân sự.

GIS Geographic information system – Hệ thống thông tin địa lýAS Anti spoofing – Chống giả mạo, là một cơ chế đánh bại các

mục đích làm lỗi hay làm nhiễu nhờ vào cách mã hóa quân sự.NUDETG Cục Hạt nhân Hoa KỳDeception jamming

Là một kỹ thuật mà trong đó kẻ thù sẽ giả mạo một hoặc nhiều vệ tinh khác nhau với mục đích làm nhiễu (VD: Giả mạo mã, tín hiệu điều hướng,dữ liệu,…)

Định luật Kepler I:

Các hành tinh chuyển động quanh mặt trời theo quỹ đạo hình elip, với mặt trời ở một trong 2 tiêu điểm của elip đó.

Định luật Kepler II:

Diện tích quét bởi vector bán kình của một hành tinh tỷ lệ thuận với thời gian. Hay nói một cách khác diện tích bán kính vector quét được trong một khoảng thời gian là như nhau

Định luật Kepler III:

Bình phương chu kỳ chuyển động của một hành tinh thì tỷ lệ với lập phương bán trục lớn của quỹ đạo elip của hành tinh đó. ( T2/a3 = const )

3

http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%87_th%E1%BB%91ng_%C4%91%E1%BB%8Bnh_v%E1%BB%8B_to%C3%A0n_c%E1%BA%A7u

http://vi.wikipedia.org/wiki/Li%C3%AAn_bang_Nga

http://vi.wikipedia.org/wiki/GLONASS

http://vi.wikipedia.org/wiki/Li%C3%AAn_minh_ch%C3%A2u_%C3%82u

http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%87_th%E1%BB%91ng_%C4%91%E1%BB%8Bnh_v%E1%BB%8B_Galileo

http://vi.wikipedia.org/wiki/Hoa_K%E1%BB%B3

http://vi.wikipedia.org/wiki/Hoa_K%E1%BB%B3

http://vi.wikipedia.org/wiki/GPS

http://vi.wikipedia.org/wiki/V%E1%BB%87_tinh


Chương 2: Giới thiệu tổng quát về hệ thống định vị toàn cầu

1. Lịch sử phát triển về hệ thống định vị toàn cầu:

Từ xa xưa con người đã biết sử dụng những kiến thức về thiên văn học để áp dụng vào việc tìm ra phương hướng. Để xác định con đường phải đi người cổ xưa phải xem xét vào rất nhiều các yếu tố như hướng mặt trời (vào lúc sáng) hay dựa vào vị trí của các chùm sao (vào lúc tối) để có thể định hướng được cho mình. Qua thời gian những vật dụng để xác định phương hướng ra đời như la bàn, tiếp đến với sự tiếp nối của khoa học kỹ thuật cho đến ngày nay đã có thành tựu cực kỳ to lớn nhờ sự phát triển của hệ thống định vị toàn cầu. Nhờ vào hệ thống định vị toàn cầu này mà việc xác định phương hướng hay vạch ra một lộ trình cho hành trình một cách dễ dàng.

Cho tới hiện nay trên thế giới có 3 hệ thống lớn gồm có GPS của Bộ quốc phòng Hoa Kỳ, Galileo của liên minh các khối châu âu và cuối cùng là Glonass của Liên Xô cũ và là Liên bang Nga bây giờ.

Trước đây các hệ thống này được sử dụng chỉ với mục đích quân sự hay phục vụ cho quốc gia, nhưng bây giờ các hệ thống này đã được đưa vào sử dụng cho toàn cầu và hoàn toàn miễn phí với người sử dụng. Tức là chỉ cần một máy thiết bị đầu cuối có tích hợp chip định vị GPS thì sẽ có thể sử dụng loại dịch vụ định vị này. ( Ví dụ như những chiếc máy GPS, máy PDA, hay những chiếc Smart phone trên thị trường hiện nay đều có chức năng định vị này)

Hình 2.1.1: Máy thuần định vị GPS

4


Hình 2.1.2: Máy điện thoại Smart phone có tích hợp chip GPS

Từ khi dịch vụ này được cung cấp thì GPS đã là một khái niệm được nhắc tới nhiều và được người dân trên toàn cầu sử dụng rộng rãi trên mọi lĩnh vực của cuộc sống chứ không nghiên về mục đích quân sự ban đầu.

2. Sơ lược về GPSGPS là hệ thống định vị của bộ quốc phòng mĩ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý. Với mục đích là phục vụ cho chiến tranh thế giới thứ 2. GPS bất đầu được phát triển vào

những năm 1940 , năm 1956 được áp dụng lý thuyết tương đối chính xác bằng cách sử dụng đồng hồ nguyên tử được đặt trong mỗi vệ tinh. Qua một thời gian dài phát triển hệ thống này trở nên hoàn thiện hơn với công nghệ cao hơn và chính xác hơn.

Vệ tinh đầu tiên được đưa lên quỹ đạo vào năm 1978 và hoạt động đầy đủ vào năm 1990.

GPS bao gồm 24 vệ tinh hoạt động chính trong quỹ đạo và 3 vệ tinh dự phòng. trong đó chúng chia thành 6 mặt phẳng quỹ đạo. Mỗi một mặt phẳng quỹ đạo có góc lệch với mặt phẳng kề ngay nó là 60 độ. Trong mỗi mặt phẳng có 4 vệ tinh. Các vệ tinh này sẽ nằm phân bố sao cho mọi nơi trên trái đất đều được phủ sóng và ít nhất một máy thiết bị cuối sẽ có 3 vệ tinh để định vị cho nó.

Để làm được điều này các vệ tinh GPS phải được theo dõi bởi một trạm gốc. Trạm gốc này có cơ sở chính đặt tại Colorado Spring, ngoài ra còn một số các trạm khác nằm ở các vị trí trên toàn cầu với mục đích cho các vệ tinh này bay đúng quỹ đạo mà nó được định sẵn. Như vậy

5


mạng này đảm bảo việc điều hướng và tải dữ liệu cho các vệ tinh hoạt động một cách chính xác tránh gây ra sai lệch.

3. Sơ lược về GLONASSGLONASS được liên xô phát triển và đưa vào quỹ đạo vào tháng 10 năm 1982 và ngày 24

tháng 9 năm 1993 được đưa vào sử dụng.Vệ tinh của GLONASS bay ở độ cao 19.100 kmBao gồm 24 vệ tinh với 3 mặt phẳng quỹ đạo, góc nghiên giữa chúng khoảng 64,8 độ.Về cơ bản GLONASS cũng giống GPS về cách hoạt động. Ngày nay thì GLONASS có 26 vệ

tinh gồm 21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh chuẩn bị đưa vào hoạt động và 2 dùng để thay thế và dự phòng.

Do đó GLONASS là hệ thống chưa được hoàn thiện lắm. vì để tạo thành một hệ thống định hướng thì phải cần tới tối thiểu là 24 vệ tinh cũng hoạt động một lúc.

Hiện tại thì độ bao phủ của GLONASS trên trái đất là 80% và trên lãnh thổ nga là 94%.Đồng nghĩa với việc gián đoạn về thời gian trên trái đất tối đa là 2,4 giờ và trên lãnh thổ nga

là 0,5 giờ.

4. Sơ lược về GALILEOLà hệ thống định vị toàn cầu được xây dựng bởi khối liên minh châu âu. Galileo khác với

GPS và GLONASS ở chỗ hệ thống định vị này đưuọc điểu hành và quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự . Galileo theo kế hoạch sẽ được chính thức hoạt động vào khoảng năm 2011-2012 (Muộn hơn 3 năm so với kế hoạch ban đầu). Hệ thống này được đặt tên theo nhà thiên văn học người ý nhằm tưởng nhớ những đóng góp của ông .

GALILEO gồm có 30 vệ tinh bay ở độ cao 23.222kmPhân bố trên 3 mặt phẳng quỹ đạo chính có góc nghiên 56 độ.

5. Hệ thống định vị toàn cầu GNSSGNSS là tên chung cho các hệ thống định vị trên toàn cầu sử dụng vệ tinh như GPS của Hoa

Kỳ, GALILEO của liên minh EU, GLONASS của Liên bang Nga.Trong lịch sử có 2 giai đoạn phát triển của GNSS đáng chú ý đó là GNSS1 và GNSS2GNSS1 : là hệ thống đầu tiên và là sự kết hợp của hai hệ thống định vị là GPS và GLONASSGNSS2 : là thế hệ thứ hai của hệ thống định vị toàn cầu cung cấp dịch vụ định vụ bao phủ

toàn cầu

6. Tổng kết về Dịch vụ định vị toàn cầu.Như vậy qua sơ lược về lịch sử phát triển của một số các hệ thống lớn về định vị chúng ta đã

có một cái nhìn bao quát về dịch vụ này. Ngoài những hệ thống đã kể trên hiện tại đang có những nước khác cũng đã và đang phát triển như Trung quốc, hứa hẹn sẽ mang lại một dịch vụ tốt hơn nữa cho cả thế giới. Ở những chương tiếp theo chúng ta sẽ đi sâu hơn về một số khái niệm và cách thức vận hành cũng như hoạt động của hệ thống (Chủ yếu là hệ thống GPS).

6


Chương 3: Đối tượng ,phân tầng hoạt động và dịch vụ của GNSS

1. Đối tượng của GNSSCũng giống với các loại hình dịch vụ khác dịch vụ GNSS cũng có các đối tượng là Khách

hàng, Nhà cung cấp dịch vụ và Nhà cung cấp mạng. Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiều về các đồi tượng này và mối liên hệ giữa chúng.

Đầu tiên là nhà cung cấp cơ sở hạ tầng bao gồm những quốc gia có vệ tinh góp phần định vị như (Hoa kỳ, LB Nga, Anh,..)

Tiếp tới là nhà cung cấp dịch vụ vẫn giống như nhà cung cấp hạ tầng.Khách hàng là tất cả người sử dụng có thiết bị đầu cuối tích hợp chip GPS.

2. Phân đoạn hoạt động của GNSS• Tầng không gian: Bao gồm có hệ thống các chòm sao vệ tinh định vị. Và để đưa vào hoạt

động thì bảo có ít nhất là 24 vệ tinh. Các vệ tinh được phân bổ trên các mặt phẳng được định vị sẵn. Các vệ tinh này phải nằm sao cho có thể bao phủ được hết toàn cầu. Vậy cần có một hệ thống khác điều khiển các vệ tinh làm được điều này.

• Phần điều khiển: Ở phần này sẽ bao gồm các trạm giám sát, trạm điều khiển,… những trạm này có trách nhiệm giám sát tải dữ liệu điều hướng cho vệ tinh bay đúng quỹ đạo đã định sẵn tránh xảy ra sai lệch.

• Phần người sử dụng: Người sử dụng dùng máy định vị để có thể xác định được vị trí của mình nhờ cách nhận tín hiệu từ vệ tinh. Theo đó sẽ có nhiều ứng dụng của GNSS như lĩnh vực quân sự, khảo sát nghiên cứu khoa học, dẫn đường của các phương tiện đường biển và đường không,…

3. Dịch vụ cung cấp và chất lượng• GPS: Cung cấp 2 loại hình dịch vụ cho mục đích quân sự (SPS) và cho mục đích dân sự

(PPS). Với SPS thì tất cả mọi người trên toàn cầu có thể sử dụng hoàn toàn miễn phí tuy nhiên nó bị hạn chế trong cách sử dụng. Nó cũng cung cấp một độ chính xác thấp hơn so với dịch vụ PPS, Chi tiết hơn SPS cung cấp độ dự đoán chính xác là khoảng 13m(95%) theo chiều ngang và 22m(95%) theo chiều đứng và thời gian UTC chuyển chính xác trong vòng 40 ns (95%). Dịch vụ PPS cung cấp cho bộ quốc phòng mĩ vơi độ chính xác cao, bảo mật tốt, chống nhiễu sóng và độ tin cậy lớn và tất nhiên PPS chỉ được sử dụng với sự cho phép của chính phủ Hoa Kỳ. PPS cung cấp độ dự đoán chính xác ít nhất là

7


22m theo chiều ngang(95%), và 27,7m theo phương đứng (95%). Thời gian UTC chuyển chính xác trong vòng 200ns (95%), tốc độ chính xác đo dược quy định vào khoảng 0,2 m/s (95%).

• GLONASS: Cũng giống như GPS là được sử dụng vào mục đích quân sự và mục đích dân sự. GLONASS cung cấp các tín hiệu xác định ở 2 tần số L1,L2 (1,2 GHz) với độ chính xác cao và với tần số L1 (1,6GHz). Độ chính xác dự đoán theo phương ngang là từ 50 – 70m (99,7%) theo phương đứng là 70m (99,7%), vector thành phần vận tốc chính xác vào khoảng 15 cm/s và độ chính xác thời gian là 0,7 mcs (99,7%)

• GALILEO: Cung cấp 4 loại hình dịch vụ Dịch vụ mở (open service): miễn phí với mọi đối tượng. Người dùng có thể sử

dụng 2 tần số L1 và E5A. Độ chính xác với máy thu 2 tần số là 4 m cho phương ngang và 8 m cho chiều thẳng đứng. Đối với máy thu 1 tần số (L1), độ chính xác là 15 m và 35 m, tương đương với GPS hiện thời.

Dịch vụ trả tiền (commercial service): dành cho các đối tượng cần có độ chính xác < 1 m với một khoản phí nhất định. Dịch vụ này sẽ được cung cấp thông qua tần số thứ 3 (E6).

Dịch vụ cứu hộ (safety of life service): dành riêng cho cứu hộ, độ bảo mật cao, chống gây nhiễu sóng.

Dịch vụ công cộng (public regulated service): dành riêng cho chính phủ và quân đội của các nước Liên minh châu Âu. Đặc biệt bảo mật, độ tin cậy cao.

Chương 4: Hệ thống GPSTrong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu chủ yếu về hệ thống định vị GPS.

1. CƠ BẢN VỀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM TRONG GPSMột máy thu GPS sẽ tính toán vị trí của nó bằng cách xác định chính xác thời gian tín hiệu gửi

bằng vệ tinh GPS ở ngoài không gian tới nó. Để làm được việc này thì máy thu GPS phải nhìn nhấy ít nhất 3 vệ tinh GPS và thực hiện tính toán xác định vị trí của mình bằng cách sử dụng các thông tin từ vệ tinh GPS. Quá trình này sẽ dựa trên một nguyên lý của toán học đơn giản. Bên cạnh đó GPS cần biết khoảng cách từ các vệ tinh đến vị trí cần xác định trên mặt đất nhờ công thức: S = v * t

Để thực hiện việc tính toán trên, các máy thu GPS phải biết hai thứ tối thiểu: vị trí của ít nhất 3 vệ tinh và khoảng cách giữa các máy thu GPS đến từng vệ tinh đó. Bằng cách phân tích sóng điện từ tần số aco, công sất cực thấp từ vệ tinh, máy thu GPS sẽ có thể tính toán ra được hai điều đó, hay máy thu có thể tính toán được khoảng cách dựa vào khoảng thời gian cần thiết để tín hiệu đến được máy thu.

Nhiều đơn vị tín hiệu GPS được thu nhận thì sẽ cho thấy các thông tin như hướng và tốc độ,.. bị thay đổi.

8


Theo nguyên tắc là chỉ cần 3 vệ tinh là đủ để xác định vị trí của máy thu GPS. Nhưng có những yếu tố khác làm ảnh hưởng tới chất lượng thu nhận tín hiệu của vệ tinh, do đó cần dùng từ 4 hoặc nhiều hơn thế nữa để có thể xác định được chính xác hơn về vị trí (với sai số nhở hơn).

2. Sơ qua về cách tính toàn:Giả sử máy thu GPS sử dụng dữ liệu từ 4 tín hiệu của 4 vệ tinh thu được, máy thu đó có thể

xác định thời gian gửi và vị trí của các vệ tinh đó. Với x,y,z là các thành phần về vị trí trong tọa độ và thời gian được gửi đi là t vậy ta có các

tập tín hiệu tới là:

[xi ,yi ,zi,ti] với i là chỉ số của một vệ tinh.

GPS tự xác định được thời gian tr là lúc nhận được tin nhắn của vệ tinh từ đó xác định được khoảng thời gian vận chuyển tin nhắn trong môi trường không gian là:

tr - ti

Giả sử các tin nhăn được truyền với tốc độ của tốc độ ánh sáng ( c = 300.000 Km/s) vậy khoảng cách giữa máy thu và vệ tinh được xác định là :

( tr - ti )c

Mỗi một vị trí của vệ tinh và khoảng cách của vệ tinh đó sẽ xác định được một hình cầu với tầm là vị trí của vệ tinh và bán kính là khoảng cách của vệ tinh tới máy thu. Khi đó với tín hiệu của 4 vệ tinh ta sẽ có 4 hình cầu tương ứng. Trong trường hợp lý tưởng và không có lỗi thì máy thu GPS sẽ được xác định nằm tại giao điểm của 4 mặt cầu đó.

Một ví dụ cho cách xác định: Giả sử bạn đang ở một nơi nào đó ở Vietnam, và bạn hoàn toàn không biết minh ở đâu, vì một lý do nào đó. Bạn gặp một người dân địa phương và hỏi một cách thân thiện: “làm ơn cho tôi biết tôi đang ở đâu ?” Anh ta trả lời: “bạn đang cách Vũng tàu 45 km”. Đây là một sự thật thú vị, nhưng chưa thật sự có ích. bạn có thể ở bất kỳ đâu trên vòng tròn có tâm là Vũng tàu, bán kính 45 km.

Bạn hỏi một người khác và cô ta cho biết bạn đang cách Biên Hoà 40 km. Bây giờ bạn đã khá hơn. Nếu bạn tổng hợp hai thông tin, bạn sẽ có hai vòng tròn giao nhau. Vị trí của bạn là một trong hai giao điểm của hai đường tròn.

Người thứ ba cho bạn biết vị trí của bạn cách Sài gòn 30 km. Bây giờ thì bạn đã biết mình đang ở đâu.

Áp dụng nguyên lý nay vào không gian 3 chiều, ta cũng có 3 mặt cầu thay vì 3 đường tròn, giao nhau tại một điểm. Về mặt nguyên lý thì không khác nhau nhiều lắm, nhưng khó tưởng tượng hoặc mô tả bằng hình vẽ hơn. Thay vì các đường tròn, bạn sẽ có các mặt cầu. Nếu bạn biết rằng minh đang ở cách vệ tinh A 20 km, bạn có thể ở bất kỳ nơi nào trên một mặt cầu khổng lồ có bán kính 20 km. Nếu bạn biết thêm rằng bạn đang ở cách vệ tinh B 30 km, giao

9


tuyến của hai mặt cầu này là một đường tròn V. Và nếu bạn biết thêm một khoảng cách nữa đến vệ tinh C, bạn sẽ có thêm một mặt cầu, mặt cầu này giao với đường tròn V tại hai điểm. Trái đất chính là mặt cầu thứ tư, một trong hai giao điểm sẽ nằm trên mặt đất, điểm thứ hai nằm lơ lửng đâu đó trong không gian và dễ dàng bị loại. Với việc giả sử trái đất là một mặt cầu, ta đã bỏ qua cao độ của bạn rồi. Do vậy để có cả tung độ, hoành độ và cao độ, bạn cần thêm một vệ tinh thứ tư nữa.

Phân tích sâu hơn một chút:Một vấn đề cần lưu ý nữa là khoảng thời gian trễ: Chiều dài khoảng thời gian trễ này chính là

thời gian truyền của tín hiệu từ vệ tinh. Máy thu nhận thời gian này với tốc độ ánh sáng để xác định quãng đường truyền tín hiệu. Giả sử rằng tín hiệu truyền trên đường thẳng, đây chính là khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu. Để thực hiện phép đo này, chúng ta phải chắc chắn là đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu phải đồng bộ với nhau. Một sai số 1 mili giây sẽ dẫn đến sai số là 300 ngàn mét, quá nhiều phải không các bạn. Do đó, độ chính các tối thiểu cho các máy thu phải là cỡ nano giây (10-9 ). Để có độ chính xác như vậy, phải trang bị đồng hồ nguyên tử cho không chỉ các vệ tinh mà còn máy thu của bạn nữa. Nhưng đồng hồ nguyên tử thì lại đắt, khoảng 50 đến 100 ngàn đô. Điều đó thì quá đắt và thật sự không thiết thực.

Để có thể đưa các ứng dụng GPS đến với chúng ta, các ký sư đã có một giải pháp thông minh và hiệu quả. Mỗi quả vệ tinh mang theo một cái đồng hồ nguyên tử, nhưng mỗi máy thu thì chỉ trang bị đồng hồ quartz thông thường. Các đồng hồ quartz này được điều chỉnh liên tục dựa vào tín hiệu được truyền đi từ các vệ tinh.

Trên lý thuyết thì 4 mặt cầu phải giao nhau tại 1 điểm. Nhưng do sai số đồng hồ quartz rẻ tiền, 4 mặt cầu đã không cho 1 giao điểm duy nhất. Biết rằng sai số này gây ra bởi đồng hồ trên máy thu là như nhau Δt, máy thu có thể dễ dàng loại trừ sai số này bằng cách tính toán ra lượng hiệu chỉnh cần thiết để 4 mặt cầu giao nhau tại một điểm. Dựa vào đó, máy thu tự động điều chỉnh đồng hồ cho đồng bộ với đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh. Nhờ đó mà đồng hồ trên máy thu có độ chính xác gần như tương đương với đồng hồ nguyên tử. Vậy là chuyện đo khoảng cách đã được giải quyết ổn thoả.

Biết khoảng cách rồi, chúng ta còn phải biết vị trí chính xác của các vệ tinh trên quĩ đạo. Điều này cũng không khó lắm vì các vệ tinh chuyển đông trên các quĩ đạo biết trước và có thể dự đoán được.Trong bộ nhớ của mỗi máy thu đều có chứa một bảng tra vị trí tính toán của tất cả các vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào gọi là Almanac.

10


3. Cơ cấu tổ chứcHiện nay GPS bao gồm 3 phân đoạn chính là phân đoạn về không gian (SS), phân đoạn kiểm soát (CS) và phân đoạn người dùng

Phần không gian:GPS là một hệ thống gồm 24 vệ tinh chuyển động trên các quỹ đạo chung quanh Trái Đất. Mỗi vệ tinh nặng khoảng 2 tấn,sử dụng năng lượng Mặt Trời,chuyển động cách mặt đất khoảng 19300km. Các vệ tinh này chuyển động vơí vận tốc 7000 dặm/h. Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất.Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng . Về bản chất ,máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng.Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS cách vệ tinh bao xa .Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.Máy thu GPS phải khoá được với tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động .Với bốn hay nhiều hơn số quả vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu có thể tính được vị trí 3 chiều(kinh độ vĩ độ và độ cao).Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác như tốc độ hướng chuyển động ,bám sát di chuyển quãng cách tới điểm đến,thời gian Mặt Trời mọc,lặn và nhiều thứ khác nữa

Hình 4.3.1: Mô phỏng vệ tinh GPS trong không gian

11


Phần kiểm soát(control segment(CS)):

Hình 4.3.2: Trạm theo dõi mặt đất được sử dụng 1984-2007

Phần kiểm soát chịu trách nhiệm định lượng,điều khiển,và điều khiển chòm sao vệ tinh GPS.Theo chức năng,thì CS điều khiển sẽ tải xuống tín hiệu điều hướng,cập nhật thông điệp điều hướng,giải quyết những vệ tinh bất thường.Ngoài ra,CS còn giám sát tình hình sức khoẻ của vệ tinh, nạp pin, điều khiển trọng lượng của vệ tinh.Kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác.Có tất cả 5 trạm kiểm soát được đặt rải rác trên Trái Đất.4 trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động ,và 1 trạm kiểm soát là trung tâm.4 trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm.Tại trạm kiểm soát trung tâm nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với 2 angten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh.

Phần sử dụng:Là thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng thiết bị này.Nói chung,GPS bao gồm các ăng ten,điều chỉnh đến tấn số truyền qua vệ tinh ,thu vi xử lý,và rất ổn định đồng hồ.Nó cũng có thể bao gồm một màn hình để cung cấp vị trí và tốc độ thông tin cho người dùng.Máy thu A thường được mô tả bởi số lượng các kênh: điều này nghĩa là bao nhiêu vệ tinh nó có thể theo dõi đồng thời.Ban đầu chỉ giới hạn bốn năm,rồi tăng dần lên,vào năm 2007 lên đến 12 đến 20 kênh. GPS nhận có thể bao gồm một đầu vào cho sửa sai bằng cách sử dụng RTCM SC-104 định dạng.Đây là dạng điển hình của một 232 RS cảng 4.800 bit/s tốc độ.Nhiều máy thu GPS có thể chuyển tiếp dữ liệu vị trí cho một máy tính hoặc thiết bị khác sử dụng NMEA 0183 giao thức.

4. Truyền thôngTin nhắn GPSMỗi một vệ tinh sẽ liên tục phát đi các thông điệp bao gồm các thông tin sau:

Thời gian mà tin nhắn được truyền.

12


Thông tin chính xác về quỹ đạo (Theo lịch thiên văn). Hệ thống niên giám và các quỹ đạo thô của tất cả các vệ tinh GPS.

GPS đ nh d ng tin nh nị ạ ắSubframes Mô tả1 V tinh đ ng h ,ệ ồ ồ

GPS th i gian m i quan hờ ố ệ23 L ch thiên vănị

(Chính xác qu đ o v tinh)ỹ ạ ệ45 Almanac thành ph nầ

(M ng l i v tinh tóm t t,ạ ướ ệ ắs a l i)ử ỗ

Hình 4.3.3: Bảng mô tả địn dạng tin nhắn GPS vệ tinh

Mỗi vệ tinh GPS liên tục phát đi một thông điệp chuyển hướng ở tốc độ 50 bit/s.Mỗi tin nhắn hoàn chỉnh bao gồm 30 khung hình thứ 2 và các nhóm đặc biết với 1500 bit thông tin. Mỗi khung được chia nhỏ thành 5 Subframes chiều dài 0,6s với 300 bit ,Mỗi Subframe chứa 10 từ của 30 bit với chiều dài 0,6s. Sau mỗi 30s khung bắt đầu chính xác vào thời điểm phút hoặc nửa phút như được chỉ ra bởi các đồng hồ nguyên tử trên mỗi vệ tinh.

Phần đầu của thông điệp mã hoá các số tuần và thời gian trong tuần ,cũng như các dữ liệu về sức khoẻ của các vệ tinh.Phần thứ 2 của tin nhắn,các Lịch thiên văn,cung cấp chính xác quỹ đạo cho các vệ tinh.Phần cuối cùng là các niên giám,có quỹ đạo thô và thông tin trạng thái cho tất cả các vệ tinh trong mạng cũng như các dữ liệu liên quan đến sửa chữa sai sót.

Tất cả các vệ tinh phát sóng tại cùng một tần số.Tín hiệu được mã hoá bằng cách sử dụng đa truy nhập phân chia mã(CDMA) cho phếp tin nhắn từ vệ tinh cá nhân dể được phân biết với nhau dựa trên mã duy nhất cho mỗi vệ tinh.Các lịch thiên văn được cập nhật thường xuyên 2h và thường có giá trị trong 4h,với quy định các bản cập nhật mỗi 6h hoặc lâu hơn trong điều kiện không đáng kể,niên giám thường cập nhật là 24h.

Tần số truyền sóng

T ng quan v t n s GPSổ ề ầ ốBăng T n sầ ố Mô tảL1 1575,42 MHz S d ng trong m c đích dân s và quân sử ụ ụ ự ựL2 1227,60 MHz Mã v i m c đích quân sớ ụ ựL3 1381,05 MHz Đ c s d ng đ phát hi n nh ng v n h t nhân ượ ử ụ ể ệ ữ ụ ổ ạL4 1379.913 MHz Đang đ c nghiên c u và b sung.ượ ứ ổL5 1176,45 MHz Đang đ c th c hi n , và m c đích vào vi c an toàn hàngượ ự ệ ụ ệ

không.Hình 4.3.4: Bảng các tần số tín hiệu vệ tinh

13


T t c các v tinh phát sóng t i cùng m t t n s , 1,57542 GHz (L1 tín hi u) và 1,2276ấ ả ệ ạ ộ ầ ố ệ GHz (L2 tín hi u).ệ Các m ng v tinh s d ng m t tr i ph CDMA k thu t thông đi p dạ ệ ử ụ ộ ả ổ ỹ ậ ệ ữ li u đ c mã hóa v i t c đ caoệ ượ ớ ố ộ gi i ng u nhiên(ả ẫ PRN) liên t c.ụ Ng i nh n ph i nh n th cườ ậ ả ậ ứ đ c các mã PRN ượ c a ủ m i v tinh đ tái t o l i thông đi p d li u th c t .ỗ ệ ể ạ ạ ệ ữ ệ ự ế Các mã C/A, sử d ngụ cho m c đích dân s , truy n d li u 1.023.000ụ ự ề ữ ệ ở xung nh pị m i giây, trong khi các mã P,ỗ đ s d ng quân đ i Hoa K , truy n t i 10.230.000 ể ử ụ ộ ỳ ề ạ xung nh p ị m i giây.ỗ T n sầ ố v n chuy nậ ể L1 đ c đi u ch b i c hai ượ ề ế ở ả mãC /A và mã P, t n s v n chuy n ầ ố ậ ể L2 ch ỉ ch b ng các mãế ằ P. Mã P có th đ c mã hóa nh ể ượ ư b ng ph ng th c ằ ươ ứ g i là P (Y) đ ọ ể sao cho ch có s n thi t bỉ ẵ ế ị quân s ự m i có th gi i mã đ c v i m t khóa thích h pớ ể ả ượ ớ ộ ợ .

Các tín hi u L3 m t t n s c a 1,38105 GHz đ c s d ng b iệ ở ộ ầ ố ủ ượ ử ụ ở C c H t Nhânụ ạ Hoa Kỳ (NUDET) H th ng phát hi n (USNDS) đ phát hi n, xác đ nh v trí, và báo cáo v n h tệ ố ệ ể ệ ị ị ụ ổ ạ nhân (NUDETs) trong đ t b u không khí ấ ầ t i ạ không gian g n.ầ M t ộ m c đích s ụ ử d ng là vi cụ ệ th c thi hi p c c m th h t nhân.ự ệ ướ ấ ử ạ

T n s L4 t i 1,379913 GHz đang đ c nghiên c u đ s a b sung.ầ ố ạ ượ ứ ể ử ổ

T n s L5 1,ầ ố 17645 GHZ đã đ c b sung trong quá trìnhượ ổ hi n đ i hoá GPSệ ạ . t n s này r iầ ố ơ vào ph m vi b o v hàng không qu c t đ đi u h ng,ạ ả ệ ố ế ể ề ướ

5. Các nguồn sai số kết quả đo

Sai số do đồng hồ.

Đây là sai số của đồng hồ trên vệ tinh, đồng hồ trên máy thu và sự không đồng bộ của chúng.

Đồng hồ trên vệ tinh được trạm điều khiển trên mặt đất theo dõi và do đó nếu phát hiện có sai

lệch trạm này sẽ phát tín hiệu chỉ thị thông báo số cải chính cho máy thu GPS biết để sử lý. Để

làm giảm ảnh hưởng sai số đồng hồ cả của vệ tinh và máy thu, người ta sử dụng hiệu các trị đo

giữa các vệ tinh cũng như giữa các trạm quan sát.

Sai số do quĩ đạo vệ tinh

Chuyển động của vệ tinh trên quĩ đạo không tuân thủ nghiêm ngặt định luật Kepler do có

nhiều tác động nhiễu như: Tính không đồng nhất của trọng trường trái đất, ảnh hưởng của sức

hút của mặt trăng, mặt trời và của các thiên thể khác, sức cản của khí quyển, áp lực của bức xạ

mặt trời,... Vị trí tức thời của vệ tinh chỉ có thể xác định theo mô hình chuyển động được xây

dựng trên cơ sở các số liệu quan sát từ các trạm có độ chính xác cao trên mặt đất thuộc phần

điều khiển của hệ thống GPS và đương nhiên có chứa sai số. Có hai loại ephemerit được xác

định từ kết quả hậu sử lý số liệu quan sát cho chính các thời điểm nằm trong khoảng thời gian

quan sát và ephemerit được ngoại suy từ các ephemerit nêu trên cho máy ngày tiếp theo, loại

14


ephemerit thứ nhất có độ chính xác ở mức 10 - 50 m, và chỉ được cung cấp khi được Chính phủ

Mỹ cho phép, còn loại thứ 2 ở mức 20 -100 m và cho phép khách hàng sử dụng. Sai số vị trí của

vệ tinh ảnh hưởng gần như trọn vẹn tới sai số xác định toạ độ của điểm quan trắc đơn riêng biệt,

nhưng lại được loại trừ đáng kể trong kết quả định vị tương đối giữa hai điểm.

Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu

Được phát đi từ vệ tinh ở độ cao 20 200 km xuống tới máy thu trên mặt đất, các tín hiệu vô

tuyến phải xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu. Tốc độ lan truyền tín hiệu tăng tỉ lệ thuận với

mật độ điện tử tự do trong tầng điện ly và tỉ lệ nghịch với bình phương tần số của tín hiệu. Ảnh

hưởng của tầng điện ly sẽ được loại trừ đáng kể bằng cách sử dụng hai tần số tải khác nhau.

Chính vì thế, để đảm bảo định vị với độ chính xác cao người ta sử dụng các máy thu GPS 2 tần

số. Xong khi 2 điểm quan sát ở gần nhau thì ảnh hưởng nhiễu xạ do 2 tần số kết hợp sẽ lớn hơn

so với 1 tần số và do vậy nên sử dụng máy thu 1 tần số cho trường hợp định vị ở khoảng cách

ngắn. Ảnh hưởng của tầng điện ly vào ban đêm sẽ nhỏ hơn tới 5-6 lần so với ban ngày.

Ảnh hưởng của tầng đối lưu có thể được mô hình hóa theo các yếu tố khí tượng là nhiệt

độ, áp suất và độ ẩm. Nó có thể được xem là gần như nhau đối với hai điểm quan sát ở cách nhau

không quá vài chục km và vì thế sẽ được loại trừ đáng kể trong hiệu trị đo giữa hai điểm quan

sát.

Để làm giảm ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu người ta quy định chỉ quan sát

vệ tinh ở độ cao từ 15o trở lên so với mặt phẳng chân trời.

Sai số do nhiễu tín hiệu:

Ăng ten của máy thu không chỉ thu tín hiệu đi thẳng từ vệ tinh tới mà còn nhận cả các tín

hiệu phản xạ từ mặt đất và môi trường xung quanh. Sai số do hiện tượng này gây ra được gọi là

sai số do nhiễu xạ của tín hiệu vệ tinh. Để làm giảm sai số này, các nhà chế tạo máy thu không

ngừng hoàn thiện cấu tạo của cả máy thu và ăng ten.

Tổng hợp ảnh hưởng của các nguồn sai số chủ yếu nêu trên cùng với nguồn sai số phụ

khác, khoảng cách từ vệ tinh đến các điểm quan sát phụ khác sẽ có sai số 13 m với xác suất 95%.

Nếu xét đến ảnh hưởng của chế độ C\A thì sai số này sẽ là 50 m. Song các giá trị này mới chỉ là

sai số của khoảng cách từ mỗi vệ tinh đến điểm quan sát, chứ không phải là sai số của bản thân

vị trí điểm quan sát. Do vị trí điểm quan sát được xác định bởi phép giao hội khoảng cách từ các

vệ tinh nên độ chính xác của nó phụ thuộc vào các góc giao hội, tức là phụ thuộc vào đồ hình

15


phân bố vệ tinh so với điểm quan sát. để có được sai số vị trí điểm quan sát ta phải đem sai số

khoảng cách giao hội nhân với một hệ số lớn hơn 1. Hệ số này đặc trưng cho đồ hình giao hội và

được gọi là hệ số phân tán độ chính xác (Dilution of Precision - DOP). Rõ ràng DOP càng nhỏ

thì vị trí điểm quan sát được xác định càng chính xác.

Hệ số DOP tổng hợp nhất là hệ số phân tán độ chính xác hình học - GDOP, vì nó đặc

trưng cho cả ba thành phần tọa độ không gian X, Y, Z và yếu tố thời gian t. Hệ số GDOP từ 2 - 4

được coi là tốt.

6. Nâng cao độ chính xác đo tính thông tin qua các biện pháp hạn chế sai

số đoTrong công nghệ GPS có một số nguồn sai số chủ yếu và các biện pháp khắc phục đã được áp

dụng như sau:

Sai số do quỹ đạo vệ tinh:

Đây là nguồn sai số khá lớn nhưng tác động chủ yếu vào toạ độ tuyệt đối xử lý theo phương

pháp PseudoRange. Vì vậy, thông thường toạ độ tuyệt đối trong hệ WGS-84 quốc tế chỉ có thể

xác định được với độ chính xác khoảng từ 10 m tới100 m. Toạ độ này có vai trò rất quan trọng

trong việc tính toán gia số toạ độ ∆X, ∆Y, ∆Z của các base line. Nếu độ chính xác toạ độ tuyệt

đối của một đầu base line tăng được từ 100m tới 2m thì độ chính xác của ∆X, ∆Y, ∆Z có thể tăng

thêm được 1 dm. Chính vì vậy người ta cần có toạ độ gần đúng trong hệ WGS-84 tới cỡ 2 m để

có được các base line có độ chính xác cao. Để khắc phục các sai số này người ta đã sử dụng các

biện pháp sau:

Có được lịch vệ tinh chính xác tại thời điểm đo: Lịch vệ tinh chính xác có thể có được nếu yêu

cầu NASA hoặc IGS cung cấp, nhưng cách này không tiện dùng vì phải chờ đợi trong thời gian

không ngắn.

Quan trắc liên tục trong 24 giờ: tức là 2 vòng quỹ đạo của 32 vệ tính có thể hiệu chỉnh được lịch

vệ tinh thông qua các phần mềm xử lý PseudoRange mới, độ chính xác đạt được tới 1 m. Độ

chính xác này đã được thử nghiệm tại Việt nam và đã so sánh kết quả đo toạ độ tuyệt đối với kết

quả lan truyền toạ độ theo các base line từ 1 điểm gốc toạ độ tuyệt đối cũng như với toạ độ đo

nối với lưới IGS quốc tế.

16


Sử dụng hệ thống DGPS toàn cầu do OMNI STAR cung cấp theo công nghệ RTCM với các số

hiệu chỉnh toạ độ được cung cấp từ hệ thống các trạm định vị cố định toàn cầu. Công nghệ này

cũng đã được thử nghiệm tại Việt nam và cho độ chính xác đạt tới 1 m như lý thuyết đã dự báo.

Sai số do môi trường truyền sóng

Môi trường chuyền sóng gây nên 3 loại sai số chủ yếu trong quá trình sóng mang chuyển từ

vệ tinh tới máy thu:

Sai số do tầng Ion gây ra: đây là sai số do hiện tượng khúc xạ tia sóng đi từ khoảng không vũ

trụ vào tầng đầu tiên của khí quyển. Sai số này không gây ảnh hưởng lớn tới kết quả đo trong

khoảng cách ngắn mà chỉ có ý nghĩa trên khoảng cách dài. Để khắc phục người ta đã sử dụng tần

số thứ hai khi đo đạc trên khoảng cách dài.

Sai số do tầng đối lưu gây ra: đây là hiện tượng khúc xạ tia sóng đi trong lớp khí quyển gần

mặt đất. Sai số này có tác động chủ yếu cho khoảng cách ngắn mà không đáng kể trên khoảng

cách dài. Trước đây người ta yêu cầu đo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm để tính số hiệu chỉnh. Đến nay

các phần mềm đã sử dụng số hiệu chỉnh theo mô hình tầng đối lưu tạo độ chính xác cao hơn sử

dụng các số hiệu chỉnh do nhiệt độ, áp suất, độ ẩm.

Sai số nhiễu tín hiệu do môi trường: sai số này có 2 nguồn gây ra: một là do các nguồn phát

sóng ngắn quanh máy thu gây ra như các đài truyền hình và hai là do sóng GPS phản xạ từ các

vật thể đặt quanh antenna. Để khắc phục sai số này người ta đã cải tiến các antenna có độ nhậy

cao hơn, có khả năng chống nhiễu và đặt thêm các bộ lọc trong phần mềm (cả firmware và

software).

Sai số do đồng hồ máy thu:

Độ chính xác đồng hồ và đồng bộ thời gian giữa đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu có ý

nghĩa rất quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác kết quả đo GPS. Tất nhiên cải tiến đồng

hồ máy thu là một việc có thể làm ngay được, ví dụ như lắp đặt các đồng hồ nguyên tử như trên

vệ tinh, nhưng như vậy không ai chấp nhận được giá thành máy thu. Người ta chỉ có thể cải tiến

các đồng hồ thạch anh trong máy thu để có khả năng ổn định hơn trong giai đoạn đã đồng bộ với

đồng hồ vệ tinh.

17


Đến nay các nguồn sai số nói trên đã được khắc phục đáng kể, tạo được các base line có độ

chính xác cao hơn nhiều so với giai đoạn 1990. Các trị đo GPS cạnh dài đã nâng được độ chính

xác từ cỡ 1/20.000.000 vào giai đoạn 1990 đến 1/200.000.000 như hiện nay đạt được.

Nâng cao độ chính xác tính toán nhờ các thuật toán mới:

Phương pháp xử lý số liệu góp phần rất quan trọng trong việc loại trừ các sai số đo. Người ta

tập trung vào 2 giải pháp sau đây:

Trong xử lý số liệu GPS người ta quan tâm tới hiệu các trị đo có thể có được để loại trừ sai

số, trong đó có hiệu bậc nhất là hiệu trị đo giữa các thời điểm thu tín hiệu của 1 vệ tinh, hiệu bậc

hai là hiệu trị đo giữa các vệ tinh và hiệu bậc 3 là hiệu trị đo giữa các điểm mặt đất. Sử dụng hiệu

bậc mấy để có một lời giải base line chứa sai số đo ít nhất là một quá trình đạt nhiều tiến bộ theo

thời gian. Hãng GPS hàng đầu TRIMBLE đã đưa ra phần mềm TRIMVEC+ cho xử lý các base

line trong giai đoạn 1990 - 1994, đến 1995 họ đã thay thế bằng phần mềm Wave Processor có

hiệu quả cao hơn nhiều.

Vấn đề lọc nhiễu là một kỹ thuật phức tạp trong xử lý số liệu vệ tinh, theo thời gian người ta

đã đưa ra các bộ lọc hoàn chỉnh hơn để sao cho trong trị đo chỉ còn nhiễu ngẫu nhiên. Trong

phần mềm mới GPSurvey của hãng TRIMBLE đã đưa được vào nhiều bộ lọc mới tạo hiệu quả

đáng kể trong xử lý các base line.

Nâng cao khả năng công nghệ của GPS:

Trong việc thành lập các lưới trắc địa chúng ta chỉ quan tâm tới phương pháp đo tĩnh. Như

trên giới thiệu, phương pháp này đã cho chúng ta một độ chính xác GPS hiện nay cao hơn tới 10

lần cho đo tương đối và 100 lần cho đo tuyệt đối so với độ chính xác đạt được trong khoảng 5

năm trước đây. Ngoài ra công nghệ GPS đã được phát triển cho nhiều loại hình đo đạc khác nữa

để áp dụng cho nhiêù mục tiêu khác nhau như:

• RTK cho đo động với thời gian thực giữa trạm tĩnh và trạm động đạt được độ chính

xác tới 1 cm cho mục tiêu lập bản đồ tỷ lệ lớn;

• RTCM cho đo động với số hiệu chỉnh toạ độ được gửi từ trạm tĩnh tới trạm động đạt

được độ chính xác cỡ 1 m cho mục tiêu lập bản đồ tỷ lệ trung bình;

• MSK cho đo động tương tự như RTK cho khoảng cách dài (tới 5000 km) đạt độ

chính xác cỡ 1 m;

18


Một số phương pháp Postprocessing Kinematic cho độ chính xác cỡ 1 dm

Chương 5: ỨNG DỤNG GPS

1. Ứng dụng GPS trong lĩnh vực quân sự : hoạch định đường đi cho các loại tên lửa bom thông minh hay máy bay, kiểm soát các hành

động qua vệ tinh…Một số ứng dụng cụ thể : +Tên lửa hành trình :

Hình 7.1.1: Tên lửa hành trình

+ Máy bay huấn luyện Mikoyan MiG-AT của Nga:

Hình 7.1.2: Máy bay huấn luyện+ Bom thông minh JDAM:

Hình 7.1.3: Bom thông minh

19

http://vi.wikipedia.org/wiki/Bom_th%C3%B4ng_minh_JDAM

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nga

http://vi.wikipedia.org/wiki/Mikoyan_MiG-AT


2. Ứng dụng GPS trong lĩnh vực dân sự : hiện nay GPS được ứng dụng khá phổ biến trong khá nhiều lĩnh vực.Trong lĩnh vực Giáo dục: Các chương trình thiết kế bản đồ và GIS Giáo dục sẽ giới thiệu mộ cách đơn giản và đa dạng, tạo điều kiện thuận lợi cho các tổ chức giáo dục có thể thực hiện giảng dậy.Ứng dụng trong lĩnh vực Dầu và Khí đốt: Ngày nay các công ty Dầu khí luôn bị đặt dưới áp lực lớn nhất, tuân thủ và phù phợ với những yêu cầu và quy định của quốc tế các công ty luôn phải có những số liệu cụ thể về hệ thống hạ tầng,.. do đó công nghệ định vị giúp họ có thể thu thập được những số liệu một cách đơn giản.Trong các cơ quan chính phủ: tạo điều kiện cho các cơ quan hoạt động một cách tốt hơn với các nhiệm vụ được giao. Là một công cụ hữu ích trong giao thông đường Thủy và đường Không.Và một số các ứng dụng khác trong cuộc sống hằng ngày như:Hướng dẫn đường đi trên khắp thế giới.Quản lý hệ thống ô tô: với các loại xe như xe taxi, xe tải, xe bus, xe khách, xe tự lái… với các tính năng

• Giám sát lộ trình đường đi theo thời gian thực.• Xác định vị trí xe chính xác,vận tốc,lộ trình của xe.• Lưu trữ lộ trình xe theo thời gian và vận tốc.• Chứ năng chống trộm.

+ Xác định vị trí tốc độ . + Khảo sát trắc địa, môi trường và một số các ngành khoa học khác.+ GPS còn được sử dụng phổ biên trong các thiết bị điện thoại di động

Cụ thể hơn: (Sưu tầm)a. Ứng dụng GPS trong Cơ quan chính phủ

Ngay từ những ngày đầu tiên phát triển công nghệ GPS, chính phủ vẫn luôn dẫn đầu trong việc khai thác và sử dụng. Từ cấp trung ương đến địa

phương, từ đô thị tới nông thôn, GPS và GIS tạo điều kiện thực sự thuận lợi giúp các cơ quan công quyền hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao.

20


Có thể bạn chỉ là người duy nhất trong bộ phận thành lập bản đồ của một tổ chức chính phủ chuyên trách về phòng cháy chữa cháy, hay bạn là thành viên của bộ lâm nghiệp chuyên quản lý rừng và các khu bảo tồn thiên nhiên rộng hàng nghìn héc ta, chúng tôi luôn có giải pháp tốt nhất dành cho bạn.

Những công nghệ thu thập số liệu Bản đồ và GPS/GIS của Trimble làm cho công việc của các cơ quan chính phủ trở nên đơn giản hơn rất nhiều mà không phụ thuộc vào kiểu, khối lượng số liệu được thu thập, lưu trữ, xử lý và phân tích cho dù đó có thể là một lượng số liệu không gian rất lớn. Các sản phẩm Bản đồ và GIS của Trimble đảm bảo cung cấp giải pháp hoàn chỉnh cho các cơ quan thành phố, các đơn vị quân sự, các cục bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và bất kỳ cơ quan chính phủ nào có nhu cầu quản lý số liệu nhằm mục đích hỗ trợ việc ra các quyết định nhanh chính xác nhất. Nếu bạn là nhân viên công quyền của chính phủ, không cần phải lo lắng, Trimble và chúng tôi có giải pháp công nghệ GPS và GIS dễ sử dụng, giá thành hợp lý dành riêng cho bạn.

b. Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Dầu & Khí đốt

Ngày nay, các công ty dầu và khí luôn bị đặt dưới áp lực lớn nhất, tuân thủ và phù hợp với những yêu cầu và quy định quốc tế các công ty luôn phải duy trì số liệu cụ thể về hệ thống hạ tầng ống dẫn vô cùng phức tạp của họ.

Hơn bao giờ hết, các công ty dầu và khí đốt luôn là các công ty đi đầu trong việc ứng dụng công nghệ GPS và GIS trong việc thành lập các bản đồ, thu thập giám sát và phân tích số liệu thực địa. Các giải pháp công nghệ không gian có thể làm đơn giản đi tất cả từ việc thành lập bản đồ các tài sản cố định như hệ thống đường ống và các đầu nối đường ống đến việc sử dụng chúng cho duy tu bảo dưỡng, để mở rộng hay triển khai các chương trình khắc phục khi có sự cố xảy ra. Các giải pháp của Trimble có độ chính xác tới một vài đềximét thực sự là những công cụ đắt giá và hiệu quả khi các công ty dầu khí muốn xây dựng bản đồ hay xác định vị trí của các tài sản ngầm.

21


Hầu hết các công ty dầu khí trên toàn thế giới đều đã lựa chọn sử dụng công nghệ và giải pháp GPS và GIS tiên tiến của Trimble để phục vụ cho việc đơn giản hoá các bước xử lý trong quá trình thu thập, lưu trữ và phân tích các dạng số liệu thực địa quan trọng. Với số liệu phân bố không gian các tài sản cố định rất chính xác, cho phép các công ty dầu khí hoạt động hiệu quả hơn, quản lý đơn giản hơn, giảm chi phí và ra tăng lợi nhuận.

22


c. Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Giáo dục

Chương trình thiết bị Bản đồ & GIS Giáo dục (Mapping & GIS Educator) giới thiệu những giải pháp đơn giản và

đa dạng, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho các tổ chức giáo dục, thực hiện việc giảng dạy về công nghệ GPS và GIS cho học viên dựa trên những công nghệ mới nhất của Trimble.

Chương trình hỗ trợ giáo dục được thiết kế với mục đích phục vụ cho các tổ chức giáo dục và đào tạo. Bằng cách cân đối nhu cầu giữa GPS/GIS các tổ chức này có thể được hưởng rất nhiều quyền lợi của chương trình, cũng như cơ hội lựa chọn thiết bị phần cứng và phần mềm với giá ưu đãi đặc biệt nhằm tiết kiệm nhất cho nguồn kinh phí đầu tư.

Đặc điểm chính của Chương trình thiết bị Bản đồ & GIS Giáo dục:

• Lựa chọn bản quyền sử dụng phần mềm cho từ 2 đến 100 học viên

• Nhiều giải pháp giảm giá thiết bị phần cứng

• Bộ thiết bị cầm tay Juno™ ST cho lớp học

• Dịch vụ hỗ trợ nhằm đảm bảo phần mềm luôn được cập nhật

• Đào tạo cấp chứng chỉ chuyên nghiệp theo hệ thống Trimble

d. Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Tài nguyên thiên nhiên

23


Thế giới chúng ta đang sống không ngừng thay đổi. Bảo vệ môi trường

và giữ gìn những nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày nay đang trở thành vấn đề quan trọng hơn bao giờ hết. Đây cũng chính là lý do tại sao rất nhiều các cơ quan tổ chức và cá nhân trên toàn thế giới lựa chọn sử dụng các công nghệ GPS và GIS tiên tiến của Trimble hàng ngày, để quản lý một cách có hiệu quả hơn nguồn tài nguyên thiên nhiên hiện có. Hơn 25 năm qua, những công nghệ GPS và GIS đã cho phép con người có thể quản lý một cách có hiệu quả hơn, chi tiết và cụ thể hơn những nguồn tài nguyên thiên nhiên mà con người đang sở hữu.

Từ việc quản lý bền vững hệ thống rừng đến các hoạt động tìm kiếm thăm dò khai thác mỏ, những giải pháp GPS và GIS của Trimble làm cho mọi hoạt động quản lý trở nên dễ dàng hơn, giúp những nhà quản lý tài nguyên thiên nhiên trong tất cả các công đoạn từ thu thập, lưu trữ, xử lý phân tích và ứng dụng những khối dữ liệu không gian lớn. Các lĩnh vực mà công nghệ GPS và GIS đã có những ảnh hưởng mạnh mẽ phải kể đến là quản lý môi trường, quản lý rừng, quy hoạch và phát triển nông nghiệp, điều tra và khai thác mỏ. Mỗi ngày, công nghệ GIS lại hỗ trợ đắc lực hơn cho con người trong việc giải quyết các vấn đề phức tạp như bảo tồn động vật hoang dã, quản lý năng suất nông nghiệp, kiểm soát chất lượng nguồn nước và không khí, dịch bệnh và sự di chuyển cũng như phát triển của các thảm hoạ tiềm tàng.

Không phụ thuộc vào lĩnh vực môi trường nào mà bạn đang nghiên cứu hay khu vực phân bố của chúng, những giải pháp của Trimble luôn đảm bảo giá trị gia tăng cho bạn thông qua các thiết bị đơn giản khi sử dụng, hiệu quả, giá thành hợp lý và phương thức ứng dụng sẽ giữ cho số liệu GIS của bạn luôn được cập nhật và có độ chính xác cao.

e. Ứng dụng GPS trong thu thập GIS di động

GIS Di động chính là việc sử dụng số liệu địa lý ngay trên thực địa bằng các thiết bị di động. Đây thực sự là bước thay đổi lớn trong việc làm thế nào để cơ sở dữ liệu địa lý được sử dụng và quản lý một cách hiệu quả trong mỗi cơ quan hay tổ chức. GIS Di động là sự kết

24


hợp hài hoà giữa ba hợp phần cơ bản: Hệ thống định vị vệ tinh GPS, máy tính cầm tay loại chắc chắn, và phần mềm GIS. Kết

hợp tất cả những công nghệ này sẽ tạo điều kiện cho những người làm việc ngoài thực địa có thể truy cập trực tiếp vào cơ sở dữ liệu của tổ chức đó bất kỳ khi nào và bất kỳ ở đâu khi có nhu cầu khai thác.

Khi những người lính cứu hoả hoặc nhân viên cứu trợ

khẩn cấp không thể kiểm soát được những ảnh hưởng từ thảm hoạ thiên nhiên họ sẽ cần đến những thông tin hiện trạng và chính xác để đưa ra chững quyết định quan trọng có liên quan đến mạng sống con người hay những nguồn tài nguyên. Đó chính là lý do mà việc ứng dụng GIS Di động ngày càng trở nên cấp bách; các nhóm làm việc trên thực địa được trang bị công nghệ GIS Di động bây giờ có thể ứng phó khi những điều kiện hiện trường thay đổi và ngay lập tức đưa ra được những quyết định hợp lý, thay đổi chiến thuật quản lý và điều khiển trên hiện trường, thông báo tình trạng cho tất cả các thành viên cũng như các nhóm làm việc khác – tất cả những thông tin và số liệu này được đảm bảo cập nhật tới từng phút.

Với những lợi thế vượt trội của công nghệ GIS Di động, nhân viên tìm kiếm cứu nạn, điều tra viên, các nhóm duy tu bảo dưỡng thiết bị, các đội kiểm tra đảm bảo hoạt động các trang thiết bị hạ tầng đô thị, và rất nhiều các nhóm ngành ứng dụng thực địa khác có khả năng truy cập vào cơ sở dữ liệu trong chế độ thời gian thực để đảm bảo thực thi nhiệm vụ được giao một cách hiệu quả, an toàn và tin cậy nhất, ngay trên thực địa.

f. Ứng dụng GPS trong thu thập GIS độ chính xác cao

Trong bước thu thập số liệu của một dự án, tối đa kết quả làm việc ngoài thực địa trong khi tối thiểu lỗi số liệu là yêu cầu hàng

đầu đối với những nhà quản lý, đặc biệt là các dự án mà số liệu có ảnh hưởng trực tiếp tới các dịch vụ gia tăng mà số đông người khai thác phụ thuộc vào nó.

25


Rất nhiều những quyết định xây dựng mô hình mạng cấp nước, hệ thống đường ống ngầm, và thành lập bản đồ công sản ở những khu vực đô thị có mật độ dân cư đông đúc phụ thuộc vào độ chính xác cao của các thiết bị định

vị cung cấp số liệu vị trí thành lập Bản đồ và GIS. Bởi các hệ thống phức tạp này được xây dựng trên cơ sở thông tin vị trí chính xác nên các quyết định được đưa ra luôn có độ chắc chắn và tính tin cậy rất cao. Trimble cung cấp hàng loạt các giải pháp GPS có độ chính xác cao để đảm bảo rằng người sử dụng hoàn toàn có thể tin tưởng vào kết quả mà các thiết bị này cung cấp.

K t lu n: ế ậVới sự phát triển lớn mạnh của Khoa học kỹ thuật. các công nghệ như GPS sẽ không còn là xa lạ với mọi người, và nó sẽ dần dần trở thành một công cụ hữu ích cho tự động hóa và từ đó sẽ giúp nâng cao chất lượng của cuộc sống. Với một tương lai không xa, GPS được kỳ vọng sẽ là một công nghệ giúp bảo vệ hòa bình trên trái đất.

26


M c l cụ ụ

27

Báo cáo môn học TỔNG QUAN VIỄN...

Documents

Transcript of Báo cáo môn học TỔNG QUAN VIỄN...