HỆ thống đỊnh vị toàn cầU (Global Positioning System-gps)



tải về 1.74 Mb.
trang15/15
Chuyển đổi dữ liệu28.05.2018
Kích1.74 Mb.
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   15

VIII.2/ DGPS trên diện rộng (WADGPS)


Hệ thống DGPS trên diện rộng (Wide Area DGPS - WADGPS) áp dụng kỹ thuật DGPS trên một vùng diện tích rộng lớn, dưa trên dữ liệu thu được từ nhiều máy thu mốc đặt rải rác trong vùng. Một mạng lưới các máy thu mốc (reference stations) sẽ thường xuyên thu thập dữ liệu và xác định giá trị hiệu chỉnh sai số theo cả thời gian và không gian tại vị trí của nó. Các dữ liệu này sẽ được thu thập và phân tích tại trạm điều khiển trung tâm (wide erea master station), và sau đó sẽ được truyền lên các vệ tinh liên lạc của hệ thống WADGPS. Các vệ tinh này sẽ mã hóa tín hiệu với sóng mang L1 và truyền xuống mặt đất cho các máy thu có đăng ký quyền thu nhận tín hiệu của hệ thống. Các máy thu này sẽ dùng tín hiệu WADGPS như là những phép đo bổ sung, cùng với các giá trị đo tín hiệu định vị khác để xác định vị trí của mình.

Hệ thống WADGPS đầu tiên được xây dựng với quy mô lớn nhất là hệ thống WASS (Wide Area Augmentation System) của Mỹ, do US – FAA (US Federal Aviation Admistration) điều hành. Hệ thống này được xây dựng với mục đích để đảm bảo các yêu cầu về an toàn trong định vị cho ngành hàng không dân dụng của Mỹ, bao gồm 25 trạm thu GPS mốc đặt rải rác khắp nước Mỹ.

Tương tự như WASS, hệ thống EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) đã được xây dựng ở Châu Âu; và giúp cải thiện độ chính xác, độ tin cậy và khả năng định vị trên gần như toàn bộ châu lục. Hai hệ thống WADGPS khác cũng được nhắc đến là hệ thống MSAS (Multifuntional Transportation Satellite – Based Augmentation System) ở Nhật và hệ thống GAGAN (GPS And Augmented Navigation) ở Ấn Độ.

  1. Ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu


Ý tưởng xây dựng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu được hình thành vào thập kỷ 70 của thế kỷ XX, chủ yếu nhằm phục vụ cho các mục đích quân sự của hai cường quốc về công nghệ vũ trụ là Mỹ và Nga. Tuy nhiên, các hệ thống này đã trở nên phổ biến và nhanh chóng chiếm được thị trường cho các ứng dụng dân sự và đem lại nguồn lợi nhuận khổng lồ. Theo thống kê, nếu như lợi nhuận toàn cầu mà ngành công nghiệp định vị nhờ vệ tinh đem lại là khoảng 1 tỷ USD vào năm 1995 thì con số này đã lên tới 7 tỷ USD vào năm 2001. Trong số các châu lục thì Mỹ và Châu Âu chiếm tỷ lệ lợi nhuận cao hơn cả.

Năm 1999, thị trường lớn nhất của công nghiệp định vị nhờ vệ tinh là thị trường định vị xe hơi (car navigation) chiếm 73%. Các loại hình dịch vụ khác chiếm tỷ lệ tương đối nhỏ (khoảng 5% mỗi loại), bao gồm ngành hàng không, quản lý giao thông tàu bè, đo đạc trắc địa và giải trí.

Theo thống kê của năm 2005, ứng dụng chủ đạo của công nghiệp định vị nhờ vệ tinh là trong điện thoại di động (73%). Thị trường định vị cho xe hơi đứng thứ 2 với tỷ lệ 22%. Các ứng dụng khác vẫn chiếm tỷ lệ nhỏ (1% mỗi loại). Sự phát triển nhanh chóng của nhu cầu định vị cho điện thoại di động bắt nguồn từ yêu cầu của US FCC (US Federal Communications Commission) đối với các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động phải xác định được vị trí của người gọi dịch vụ cấp cứu E – 911 tại Mỹ và E – 112 tại Châu Âu qua điện thoại di động vào cuối thế kỷ XX. Yêu cầu cho độ chính xác tối thiểu là trong vòng bán kính 50m nếu sử dụng công nghệ định vị gắn vào thiết bị di động (handset – based solutions) và 150m nếu sử dụng công nghệ định vị dựa vào mạng liên lạc (network – based solutions). Định vị cho các thiết bị di động dùng hệ thống vệ tinh GPS trở thành một đáp án chiếm ưu thế, vì khả năng bao phủ toàn cầu của tín hiệu vệ tinh và giá thành thấp. Kéo theo việc thỏa mãn yêu cầu này, một loạt các dịch vụ dựa trên thông tin về vị trí của khách hàng của các dịch vụ di động (location – based services) đã được ra đời. Năm 2003 thống kê lợi nhuận đạt được từ các dịch vụ này lên tới 0,3 tỷ USD.

IX.1/ Quân sự


Ứng dụng của GPS đã được phát triển mạnh mẽ, với độ chính xác cao trong định vị máy bay chiến đấu, máy bay dân dụng, nhảy dù, tàu chiến cũng như định vị và điều khiển tên lửa và ngắm bắn mục tiêu. Ngoài ra, các thiết bị thăm dò, theo dõi và thiết bị tấn công có khả năng di chuyển không người lái cũng đều dựa trên khả năng định vị được đối phương.

Ví dụ, trước khi thả bom, máy bay dùng máy thu tín hiệu GPS đặt trên máy bay để định vị máy bay và mục tiêu dưới mặt đất. Khi sắp thả bom, máy tính của máy bay cung cấp cho máy tính của bom tọa độ của máy bay và tọa độ của mục tiêu. Trong quá trình bom rơi, máy tính của bom sử lý tín hiệu thu được từ hệ thống GPS để cập nhật tọa độ và hệ điều khiển đặt ở phần đuôi của bom sẽ đưa bom đến mục tiêu với độ chính xác dưới 13m.




IX.2/ Trắc địa, bản đồ, đo đạc địa chấn


Một trong các ứng dụng dân sự đầu tiên của hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu là ứng dụng trong ngành đo đạc trắc địa và bản đồ, với các máy định vị chất lượng cao. Ứng dụng trong lĩnh vực này thường bao gồm việc xây dựng tọa độ cho các điểm mốc trong trắc địa với độ chính xác tới mm. Ngoài ra, kỹ thuật định vị còn được dùng rất phổ biến trong xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS), ví dụ như tạo dữ liệu về hệ thống đường giao thông và vị trí của các nơi công cộng quan trọng như bệnh viện, trường học, các danh lam thắng cảnh, dịch vụ vui chơi, giải trí…

Định vị nhờ vệ tinh cũng đóng vai trò quan trọng trong giám sát chấn động, độ dịch chuyển của mặt đất và các cấu trúc hạ tầng như đập thủy điện, cầu, nhà hay tháp cao. Khả năng này được đánh giá rất cao trong dự đoán động đất hay giám sát chất lượng của các công trình xây dựng.


IX.3/ Giao thông, vân tải


Ngay sau khi ra đời, hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu đã chiếm vai trò quan trọng trong ngành giao thông vận tải, đặc biệt là trong hàng không và hàng hải. Trong ngành hàng không, việc điều khiển máy bay hạ cánh, cất cánh cũng như dẫn đường trong không gian ba chiều yêu cầu khả năng định vị chính xác tới vài m. Trong ngành hàng không dân dụng có liên quan đến tính mạng của hàng trăm hành khách, khả năng định vị yêu cầu không những phải thỏa mãn được độ chính xác đã đặt ra mà còn phải thỏa mãn độ tin cậy và khả năng cảnh báo khi hệ thống định vị cho kết quả không chính xác. Hệ thống định vị thường được sử dụng song song với các sensor định hướng (MEMS) để cung cấp độ chính xác và tin cậy cao hơn.

Nhu cầu định vị cho ngành hàng hải cũng rất cao, ngày nay hầu hết các tàu thuyền thương mại đều có gắn máy thu và anten thu tín hiệu định vị, cho độ chính xác tới vài m. Đối với các tàu thuyền cập cảng, hoặc đi qua các kênh rạch nhỏ, khả năng định vị với độ chính xác dưới 1 m là cần thiết. Trong các trường hợp này, việc sử dụng kỹ thuật DGPS là cần thiết.

Đối với hệ thống tàu điện, cũng như hệ thống xe buýt trong thành phố, hệ thống định vị toàn cầu có thể trợ giúp đắc lực trong việc quản lý và giúp nâng cao một cách đáng kể chất lượng phục vụ và tính hiệu quả của hệ thống. Hệ thống các máy thu GPS lắp đặt trên các xe và tàu được kết nối với một hệ thống máy tính dùng liên lạc vô tuyến hai chiều. Dữ liệu được thu thập và phân tích tại các trạm điều khiển trung tâm nhằm đưa ra vị trí chính xác hiện tại của các tàu, xe. Thông tin này không những giúp trạm điều khiển trung tâm có thể quản lý hệ thống một cách hiệu quả mà còn có thể giúp tăng chất lượng phục vụ, ví dụ như cập nhật bảng thông báo điện tử tại các ga tàu nếu có bất kỳ sự chậm trễ nào. Hơn nữa, trạm điều khiển trung tâm cũng có thể thông báo vị trí của tàu hoặc xe buýt cho hành khách đang chờ để họ có thể lên kế hoạch về thời gian một cách chính xác thông qua dịch vụ trả lời điện thoại tự động. Khách hàng sẽ phải trả một khoảng cước phí nhất định khi dùng dịch vụ này.

Tương tự, hệ thống taxi cũng cần phải được quản lý nghiêm ngặt, và để đảm bảo tính hiệu quả cũng như chất lượng phục vụ khách hàng. Một công ty taxi lớn ở các thành phố lớn có thể có tới vài trăm hoặc thậm chí vài nghìn xe taxi. Nhu cầu xác định vị trí của chúng khi đang hoạt động cũng như trong gara trở nên cấp thiết. Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu cung cấp một giải pháp hợp lý, thông qua thông tin về vị trí của các taxi, trạm điều khiển trung tâm có thể điều phối chúng hiệu quả khi có yêu cầu dịch vụ của khách hàng. Hơn thế nữa, thông tin về vị trí hiện tại của xe cùng với dữ liệu bản đồ số của thành phố được cài đặt trên xe hoặc tại trạm điều khiển có thể trợ giúp đắc lực trong việc dẫn đường và chỉ đường đi ngắn nhất cho lái xe. Ngoài ra, trên phương diện đảm bảo an toàn cho lái xe, các hệ thống định vị với thông tin chính xác về vị trí cũng có thể giúp trạm điều khiển trợ giúp khi lái xe gặp rủi ro. Mỗi khi xe được đưa về gara cất giữ, thông tin định vị có thể trợ giúp đắc lực trong việc đếm đầu xe cũng như giúp cho lái xe xác định được xe của mình ở đâu và tìm được xe nhanh chóng.

Ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu cho xe hơi đã được nhắc đến từ lâu và đã gặt hái được những thành quả nhất định. Ngày nay, thiết bị định vị nhờ vệ tinh được lắp đặt trong hầu hết các xe hơi hạng sang của các hãng xe hơi nổi tiếng. Dựa trên thông tin về vị trí của mình, người điều khiển xe có thể kết nối trực tiếp với trạm điều khiển và yêu cầu một số thông tin có ích, ví dụ như tình trạng tắc nghẽn giao thông ở đoạn đường phía trước, cũng như tình trạng đường xá và ảnh hưởng của thời tiết trong thời gian thực. Dựa trên các thư viện thông tin về hệ thống giao thông và các quy định đi kèm theo với mỗi đường (ví dụ tốc độ giới hạn) và thông tin về vị trí hiện tại, các phần mềm có thể được xây dựng để dẫn đường cho lái xe, tìm cách đi ngắn nhất từ điểm A đến điểm B và cung cấp chỉ dẫn bằng chữ hiển thị trên màn hình hoặc bằng giọng nói. Dịch vụ này cũng có thể cung cấp các cảnh báo trong trường hợp xe vượt quá tốc độ giới hạn, hoặc thậm chí trong các trường hợp xe có xu hướng đi lệch làn xe và đè lên vạch phân cách giữa hai chiều trong một thời gian dài.

IX.4/ Dịch vụ cung cấp thông tin dựa trên vị trí khách hàng


Dịch vụ cung cấp thông tin dựa trên vị trí khách hàng (Location – based Services - LBS), nó cung cấp các thông tin cần thiết theo yêu cầu của khách hàng dựa trên một thư viện dữ liệu về cơ sở hạ tầng của một thành phố và khả năng tự định vị của người sử dụng, thông qua điện thoại di động hoặc PDAs (Personal Digital Assistances). Các dịch vụ LBS này nhằm cung cấp thông tin chính xác và cụ thể cho khách hàng dựa trên vị trí của họ tại bất kỳ thời điểm nào.

Về phương diện kỹ thuật, ngành dịch vụ này yêu cầu sự hợp tác phát triển của nhiều ngành kỹ thuật, bao gồm công nghệ vi tính, vi điện tử, công nghệ thông tin liên lạc vô tuyến và hệ thống thông tin địa lý. Các công nghệ khác nhau này sẽ được kết hợp tạo thành một mạng lưới hoạt động dùng liên lạc vô tuyến, để trao đổi dữ liệu và thông tin giữa người sử dụng dịch vụ và trung tâm cung cấp dịch vụ (báo xe hỏng, tìm kiếm trạm rút tiền, nhà hát, rạp chiếu phim, nơi đỗ xe…)

Hạn chế lớn nhất đối với việc ứng dụng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu trong các dịch vụ LBS chính là khả năng thu nhận được các tín hiệu định vị vô tuyến vô cùng yếu từ vệ tinh, đặc biệt là trong các khu đô thị sầm uất, nơi mà nhu cầu của loại hình dịch vụ này thường cao. Trong phần lớn các trường hợp, tín hiệu vệ tinh dễ dàng bị mất, hoặc bị yếu đi rất nhiều khi khách hàng đi vào nhà, hoặc đi dưới tán cây rậm rạp. Trong khu đô thị, hiện tượng đa đường truyền cũng gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng dịch vụ.

IX.5/ Tìm kiếm và cứu hộ


Các dịch vụ tìm kiếm và cứu hộ thường xuyên phải đối mặt với các cuộc gọi kêu cứu, trong khi từng giây trôi qua có thể liên quan đến tính mạng của con người. Nhiều trường hợp đã xảy ra, trong đó người kêu cứu bị lạc đường trong vùng rừng núi bao la, hoặc trên các sườn núi phủ tuyết. Khả năng tự định vị được của các điện thoại di động khi dùng dịch vụ cấp cứu có thể hỗ trợ tìm kiếm nạn nhân một cách nhanh chóng.

IX.6/ Thể thao và giải trí


Một số hoạt động giải trí và tập luyện thể thao sẽ trở nên thú vị hơn nếu người chơi có thể xác định được vị trí của mình, và có thể theo dõi sự chuyển động. Ví dụ trong việc chơi kinh khí cầu, khi vận hành, các thông tin về độ cao, và tốc độ của kinh khí cầu cũng có thể giúp cho người điều khiển có thể điều chỉnh một cách hợp lý.

Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu cũng được nhắc đến trong môn thể thao thuyền buồm. Tại hầu hết các cuộc đua thuền buồm trên thế giới ngày nay, máy thu tín hiệu vệ tinh định vị đã được lắp đặt trên thuyền. Việc này cho phép những người điều khiển thuyền có thể theo dõi vị trí, đường đi và tốc dộ của mình. Ngoài ra, các thông tin này còn được truyền về máy theo dõi của ban giám khảo, và thậm chí các khán giả có thể theo dõi cũng như đánh giá và chấm điểm cho các thí sinh.

Tương tự như vậy, trong môn thể thao leo núi và đi bộ đường dài, khả năng tự xác định được vị trí và độ cao của mình, các vận động viên không những có thể giúp cung cấp các thông tin có ích về hành trình đã trải qua mà còn giúp cho họ yên tâm hơn trong những lúc bị lạc hoặc gặp nạn.

Đặc biệt trong môn thể thao điền kinh, hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu với các chức năng đơn giản nhất có thể được dùng trong quá trình tập luyện. Nhờ vào công nghệ này, thông tin về vận tốc và hành trình tập luyện tương ứng có thể được nghiên cứu sau mỗi lần tập luyện, và từ đó các phương pháp và chế độ tập luyện thích hợp hơn có thể được dùng.


IX.7/ Nông nghiệp


Hệ thống định vị toàn cầu mới chỉ được nhắc đến và được áp dụng tại các nước tiên tiến với các trang trại nông nghiệp rông lớn. Khả năng ứng dụng của nó vẫn còn nhiều hạn chế ở các nước đang phát triển, do điều kiện công nghệ chưa cao và quy mô công nghiệp hóa nông nghiệp vẫn còn thấp. Trong ngành này, hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu được áp dụng khi dùng các máy bay phun rải phân bón và thuốc trừ sâu, hoặc trong quá trình reo rắc hạt trồng, yêu cầu tính hiệu quả cao trên một vùng diện tích rộng lớn. Hơn nữa, dữ liệu thông tin về vùng diện tích cho năng suất cao hay thấp cũng có thể được hình thành và phân tích bằng các phần mềm tương ứng với sự trợ giúp của công nghệ định vị. Sau đó người sản xuất có thể dựa trên kết quả phân tích tìm ra phương pháp tăng năng suất thích hợp.

IX.8/ Tích hợp GPS


Trường đại học Stanford (Mỹ) vừa xây dựng mô hình mẫu của thiết bị hỗ trợ người cao tuổi mắt kém di chuyển. Thiết bị thông minh này được nhúng thiết bị cảm biến, hệ thống nhận dạng giọng nói và hệ thống định vị toàn cầu GPS.

Thiết bị này thực sự có ích cho những người cao tuổi, sức yếu khi không có người trợ giúp. Ví dụ như, khi người sử dụng chỉ cần nói “phòng ngủ”, hệ thống GPS sẽ kết hợp các cảm biến bên trong ngôi nhà, sẽ thông báo cho người sử dụng đang ở đâu và đưa ra đường đi tối ưu tới phòng ngủ. Tiếp đó, sẽ thông báo những chỉ dẫn tránh nguy cơ bị vấp ngã như cầu thang, đồ đạc thấp…hoặc đồ đạc vương vãi trên sàn nhà.


IX.9/ Ứng dụng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu tại Việt Nam


Tại Việt Nam, hệ thống định vị toàn cầu đã được nhắc đến nhiều trong vòng vài năm trở lại đây. Vai trò quan trọng của công nghệ này tại Việt Nam đã và đang được hình thành theo xu hướng phát triển toàn cầu. Các chương trình cũng đã được giảng dạy tại một số các trường đại học như Đại học Mỏ địa chất Hà Nội, Đại học Bách Khoa Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Quốc Gia Hà Nội…

Một loạt các ứng dụng của công nghệ định vị đã được thực hiện tại Việt Nam trong vòng vài năm trở lại đây. Ứng dụng đầu tiên phải kể đến là trong ngành đo đạc trắc địa bản đồ. Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS có chất lượng cao đã được dùng để xây dựng mạng lưới các điểm chuẩn mốc trong trắc địa và xây dựng bản đồ. Công nghệ GPS với các máy thu chất lượng cao cũng được được dùng để đánh giá các chấn động của mặt đất và của các cơ sở hạ tầng quan trọng như đập thủy điện Hòa Bình. Một số các trạm thu tín hiệu vệ tinh GPS mốc đã được lắp đặt ở một số nơi, nhằm cung cấp dịch vụ DGPS trên một vùng địa phương nhất định và tiến tới là trên phạm vi cả nước. Biên giới của Việt Nam với các nước láng giềng, đặc biệt là Trung Quốc cũng thường xuyên được giám sát bằng công nghệ định vị nhờ vệ tinh có độ chính xác cao.

Ngày nay tại Việt Nam, nhiều cá nhân và đơn vị đã rất quen thuộc với loại máy thu GPS cầm tay có độ chính xác thấp, trong khoảng từ 10 đến 30 cm, tùy thuộc điều kiện sử dụng. Các máy định vị này hỗ trợ đắc lực trong các chuyến đi thực địa trong ngành viễn thám. Chúng cũng được sử dụng rông rãi để bước đầu xây dựng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) với độ chính xác thấp cho các thành phố lớn của Việt Nam như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh.

Các loại hình dịch vụ LBS cũng thường xuyên được nhắc đến và có kế hoạc triển khai xây dựng tại các công ty viễn thông hàng đầu quốc gia, như dịch vụ định vị cho điện thoại di động và dịch vụ định vị cho xe taxi. Ứng dụng đầu tiên của GPS trong việc kiểm soát tốc độ của tàu tốc hành cũng được được xây dựng thành công tại Việt Nam.



Mặc dù hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu đang được phát triển một cách rộng rãi trên thế giới trong nhiều lĩnh vực, nó lại đang gặp phải một số khó khăn tại thị trường Việt Nam. Chúng ta đều biết, thông tin về vị trí của một đối tượng đơn thuần riêng lẻ không đem lại nhiều giá trị. Thông tin ấy sẽ chỉ có giá trị khi được đặt trong mối liên hệ với nhiều đối tượng khác, giới chuyên môn vẫn gọi là Hệ thống thông tin địa lý (GIS), bao gồm nhiều tầng thông tin khác nhau về giao thông, sông ngòi, nàh ở, khu đô thị, giải trí…Ở Việt Nam, mặc dù đã có nhiều cố gắng, việc xây dựng cơ sở thông tin địa lý vẫn còn gặp nhiều khó khăn và chưa hình thành được một hệ thống hiệu quả. Công việc này chủ yếu được thực hiện thông qua số hóa các bản đồ mà độ chính xác còn bị hạn chế hoặc do bản đồ đã cũ, hoặc có độ chính xác thấp. Các dịch vụ LBS trong đô thị sẽ cần sự hỗ trợ của hệ thống GIS hoàn chỉnh, đầy ắp dữ liệu chính xác và có hệ thống để có thể đảm bảo cung cấp thông tin đáng tin cậy cho người sử dụng. Ngoài ra, một số các yếu tố khác như nguồn vốn, nhân lực chuyên môn cũng còn đang thiếu thốn khi muốn phát triển dịch vụ này tại Việt Nam. Tuy nhiên, với tốc độ tăng trưởng kinh tế và phát triển của khoa học kỹ thuật như ngày nay, trong tương lai không xa, các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu sẽ tìm được một thị trường hấp dẫn tại Việt Nam.
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   15


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2016
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương