GPS hệ thống định vị toàn cầu

[lamtecco2 856]

Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được toạ độ của vị trí đó. GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhưng chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch.

Mục đích sử dụng ban đầu của GPS dùng trong lĩnh vực quân sự (chế tạo ra các loại tên lửa thông minh), nhưng ngày nay GPS ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều các lĩnh vực đặc biệt trong thời đại công nghệ số phát triển như hiện nay

Các nước trong Liên minh châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có tính năng giống như GPS của Hoa Kỳ, dự tính sẽ bắt đầu hoạt động năm 2011-12.

Phân loại

Hệ Định vị Toàn cầu GPS của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh (Thực tế chỉ có 21 vệ tinh hoạt động, còn 3 vệ tinh dự phòng) được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.

Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện. Được biết nhiều nhất là các hệ thống có tên gọi LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không dân dụng.

Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS. Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo.

Chú ý rằng cả GPS và GLONAS đều được phát triển trước hết cho mục đích quân sự. Nên mặc dù chúng có cho dùng dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác. Vì thế chúng không thoả mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó. Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự.

GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS.

Sự hoạt động của GPS

Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một 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 ở 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 quả 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 ba 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, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.

Độ chính xác của GPS

Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng. Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh chóng khoá vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì chắc chắn liên hệ này, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng. Tình trạng nhất định của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của máy thu GPS. Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét.

Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Hệ Tăng Vùng Rộng, Wide Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét. Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của WAAS. Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS Vi sai (Differential GPS, DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét. Cục Phòng vệ Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này. Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu. Để thu được tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để dùng với máy thu GPS của họ.

Hệ thống vệ tinh GPS

24 quả vệ tinh làm nên vùng không gian GPS trên quỹ đạo 12 nghìn dặm cách mặt đất. Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ. Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ.

Các vệ tinh được nuôi bằng năng lượng Mặt Trời. Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời. Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.

Dưới đây là một số thông tin đáng chú ý về các vệ tinh GPS (còn gọi là NAVSTAR, tên gọi chính thức của Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS):

* Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978.

* Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994.

* Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm.

* Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 bộ (5 m) với các tấm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m²).

* Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts.

Tín hiệu GPS

Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp giải L1 và L2. (Giải L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz). GPS dân sự dùng tần số L1 575,42 MHz trong giải UHF. Tín hiệu truyền trực thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà.

Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã giả ngẫu nhiên, dữ liệu thiên văn và dữ liệu lịch. Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định danh để xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào. Có thể nhìn số hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó nhận được tín hiệu của quả nào.

Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo ở mỗi thời điểm trong ngày. Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra thông tin quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.

Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin quan trọng về trạng thái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại. Phần này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra vị trí.

Nguồn lỗi của tín hiệu GPS

Những điều có thể làm giảm tín hiệu GPS và vì thế ảnh hưởng tới chính xác bao gồm:

* Giữ chậm của tầng đối lưu và tầng ion – Tín hiệu vệ tinh bị chậm đi khi xuyên qua tầng khí quyển.

* Tín hiệu đi nhiều đường – Điều này xảy ra khi tín hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác trước khi tới máy thu.

* Lỗi đồng hồ máy thu – Đồng hồ có trong máy thu không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS.

* Lỗi quỹ đạo – Cũng được biết như lỗi thiên văn, do vệ tinh thông báo vị trí không chính xác.

* Số lượng vệ tinh nhìn thấy – Càng nhiều quả vệ tinh được máy thu GPS nhìn thấy thì càng chính xác. Nhà cao tầng, địa hình, nhiễu loạn điện tử hoặc đôi khi thậm chí tán lá dầy có thể chặn thu nhận tín hiệu, gây lỗi định vị hoặc không định vị được. Nói chung máy thu GPS không làm việc trong nhà, dưới nước hoặc dưới đất.

* Hình học che khuất – Điều này liên quan tới vị trí tương đối của các vệ tinh ở thời điểm bất kì. Phân bố vệ tinh lí tưởng là khi các quả vệ tinh ở vị trí góc rộng với nhau. Phân bố xấu xảy ra khi các quả vệ tinh ở trên một đường thẳng hoặc cụm thành nhóm.

* Sự giảm có chủ tâm tín hiệu vệ tinh – Là sự làm giảm tín hiệu cố ý do sự áp đặt của Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chống lại việc đối thủ quân sự dùng tín hiệu GPS chính xác cao. Chính phủ Mỹ đã ngừng việc này từ tháng 5 năm 2000, làm tăng đáng kể độ chính xác của máy thu GPS dân sự. (Tuy nhiên biện pháp này hoàn toàn có thể được sử dụng lại trong những điều kiện cụ thể để đảm bảo gậy ông không đập lưng ông. Chính điều này là tiềm ẩn hạn chế an toàn cho dẫn đường và định vị dân sự.)

Ứng dụng của GPS

Sử dụng PDA để tìm vị trí, dẫn đường.

Các nhà khoa học dựa vào tính năng chính xác của GPS để thiết lập các bản đồ, khảo sát các công trình, tuyến kênh, tuyến đường, xác định vị trí chính xác của các trụ điện, đường dây tải điện, quản lý các tuyến xe… Các xe hơi hiện nay đều có xu hướng cài đặt hệ thống dẫn đường (Navigation).

Qua đó, các thông tin về vị trí, tọa độ của xe sẽ được hiển thị ngay trên màn hình, người lái có thể chủ động tìm kiếm và thay đổi lộ trình phù hợp trong thời gian ngắn nhất. Một ứng dụng nữa của GPS chính là việc quản lý thú hoang dã bằng cách gắn lên chúng những con chip đã tích hợp GPS. Tất cả hoạt động của chúng sẽ được kiểm soát chặt chẽ. Việt Nam cũng đang tiến hành thử nghiệm để áp dụng vào việc quản lý đàn sếu đầu đỏ ở miền Tây.

Ứng dụng phổ biến của GPS được các bạn trẻ quan tâm nhất hiện nay chính là việc sử dụng các thiết bị tích hợp GPS (PDA) cho việc du lịch, thám hiểm. Tọa độ và hướng di chuyển sẽ hiển thị rõ trên màn hình. Trong trường hợp khẩn cấp, người sử dụng có thể bắn tín hiệu về trung tâm để báo vị trí của mình và chờ giúp đỡ.

GPS cũng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành viễn thông do thám ,thăm dò địa chất ... và các lĩnh vực khác của trắc địa

Riêng đối với TPHCM, việc ứng dụng GPS trong việc quản lý các tuyến xe buýt hiện nay đang được triển khai. Cơ sở hạ tầng đã được xây dựng hoàn chỉnh, các doanh nghiệp vận tải chỉ cần trang bị các đầu thu (giá khoảng 30 - 60 USD/đầu thu) cho mỗi xe để quản lý phương tiện của mình.

Tình trạng xe buýt bỏ trạm, chạy quá tốc độ, đi sai tuyến hay bất cứ thái độ nào của nhân viên cũng được phát hiện dễ dàng bằng cách nắm bắt tọa độ của từng xe, qua đó kiểm tra hộp đen lưu trữ thông tin (Black box).

Chất lượng phục vụ trên xe buýt qua đó sẽ ngày càng hiệu quả hơn, thu hút người dân sử dụng phương tiện vận chuyển công cộng, giảm bớt tiền trợ giá hàng năm cho các phương tiện vận chuyển hành khách công cộng.

Các thiết bị ứng dụng GPS

1. Điện thoại di động tích hợp GPS:

* Nokia N82

* Nokia N95

* Nokia N96

* Nokia E90

* Nokia 6110

* Nokia 6124 Classic

* Nokia 6220 Classic

* HTC P3300

* HTC P3600

* HTC Avantage

* HTC 8925 (Kaiser)

* HTC Touch Cruise

* O2 Orbit

* Dopod U1000

* Sony Ericsson Paris

* LG Glimmer

* BlackBerry 9000

* BlackBerry Pearl 8110

* BlackBerry 8310

* BlackBerry 8820

* BlackBerry 7520

* MWG Atom V (MWG Do bộ phận O2 châu Á tách ra thành lập)

* Samsung G810

* Sony Ericsson Xperia X1

* HP iPaq 912

* HP iPaq 6500

* HP iPaq 6900

* i-mate Ultimate 9502

* E-ten X600

* E-ten X800

* GIGA-BYTE GSmart i350

* ASUS P535

* ........và còn rất nhiều nữa

2. Đối với các điện thoại không tích hợp, muốn dùng GPS cần phải mua thêm thiết bị nhận tính hiệu từ vệ tinh (Bluetooth GPS receiver).kết nối khá nhanh chóng, bởi đây là một thiết bị chuyên dụng bắt sóng GPS, không cần cập nhật vị trí vệ tinh qua mạng.

3. Tìm phần mềm bản đồ cho điện thoại :

Có phần cứng rồi bạn cần thêm phần mềm là bản đồ số :

1 số bản đồ số thông dụng (tùy theo hệ điều hành của điện thoại mà bạn chọn bản đồ số phù hợp nhé).

* Vietmap (Tư Triều )

* OziExplorer

* Kingmap 2007 ( Đã có dữ liệu Cần thơ, Đà Nẵng, Hải Phòng, Hà nội, TP HCM )

* Vietmap R12 ( Dữ liệu toàn quốc)

* TomTom Navigator

* Google Maps (Điện thoại phải kết nối internet qua GPRS để load bản đồ)

* MASPware GPSmeter Professional Edition

* GPS Tuner

* Handmap V3.6

* iGO My Way 2006 Plus PDA

* Route66 Navigate

*.......và nhiều nữa.......các phần mềm kể trên chủ yếu chạy trên nền Windows Mobile.

Thông thường thì có phần mềm đọc bản đồ rồi phải có dữ liệu cho nó đọc nữa (trừ google maps lấy dữ liệu qua internet). Một số trong các phần mềm kể trên có dữ liệu để dùng ở Việt nam .

 

( Tổng hợp từ nhiều tài liệu)

[lamtecco2 856]

hiiiiiiiiiiiiiii

Thanks Pác Lâm nhiều lắm. Pác là người có vẻ thích tìm hiểu khoa học kĩ thuật mới. (Cái này thuộc về ngành Viễn Thông nhiều hơn)

Pác có tài liệu về GIS (Geographic Infomation System) cho em xin tý - hi hí :s_big:

http://www.nea.gov.vn/html/gis_web/khainiem.html

Nếu bạn có nhu cầu tìm hiểu kỹ tôi nghĩ cần tham khảo thêm các tài liệu bên ngoài sẽ trực quan và chuyên sâu hơn , Have fun!

[dat.le 0]

Bác Lâm TECCO 2 siêu thật, nhưng cũng đúng thôi. Bác làm ở đấy thì được tiếp xúc nhiều, sử dụng nhiều máy móc thiết bị tiên tiến nhất mà. Em hỏi khí không phải thì bác làm ở vị trí nào vậy. Em làm bên công ty Thắng Lợi (Victory) là đại diện độc quyền của hãng TOPCON. Nhưng em còn gà mờ lắm, cũng muốn tìm hiểu thêm không chỉ là về TOPCON mà còn về các hãng khác, mong được chỉ giáo nhiều. Thank you bác. Have fun

(http://www.tecco2.net/gioithieuchung.html)