Đồ án Nghiên cầu hệ thống thông tin địa lý GIS

Ĉ͛ án t͙t nghi͏p NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 1 LӠI NÓI ĈҪU Qua năm năm hӑc tұp và rèn luyӋn tҥi ÿҥi hӑc Bách Khoa Hà Nӝi, vӟi ÿӗ án tӕt nghiӋp, chúng em thӵc sӵ muӕn vұn dөng nhӳng kiӃn thӭc mình ÿѭӧc hӑc ÿӇ giҧi quyӃt mӝt bài toán thӵc tӃ. Vӟi sӵ ÿӏnh hѭӟng cӫa thҫy giáo hѭӟng dүn, chúng em chӑn ÿӅ tài quҧn lý phѭѫng tiӋn giao thông là trӑng tâm. Trong quá trình hoàn thành ÿӗ án, không nhӳng vұn dөng kiӃn thӭc mình ÿѭӧc hӑc vào thӵc tӃ, chúng em ÿã hӑc ÿѭӧc thêm nhiӅu kӻ năng cҫn thiӃt trong công viӋc và cuӝc sӕng. Khҧ năng làm viӋc theo nhóm, hӑc hӓi ÿӇ giҧi quyӃt các bài toán cө thӇ là nhӳng ÿiӅu chúng em ÿѭӧc rèn luyӋn rҩt nhiӅu. Thêm vào ÿó là tѭ duy cӫa mӝt nhà kӻ thuұt, tѭ duy thӵc nghiӋm là ÿiӅu chúng em tӵ hào khi hӑc ÿѭӧc tӯ các thҫy, các anh chӏ và bҥn bè. ĈӇ hoàn thành ÿѭӧc ÿӗ án này, chúng em ÿã nhұn ÿѭӧc sӵ quan tâm, giúp ÿӥ cӫa rҩt nhiӅu ngѭӡi. Trѭӟc hӃt, chúng em xin gӱi lӡi cҧm ѫn chân thành tӟi các thҫy giáo hѭӟng dүn là thҫy giáo VNJ Văn Yêm và thҫy giáo NguyӉn Xuân QuyӅn, các thҫy ÿã chӍ dүn cho chúng em rҩt nhiӅu vӅ mһt kiӃn thӭc, kӻ thuұt ÿӗng thӡi ÿѭa ra cho chúng em nhiӅu ÿӏnh hѭӟng, ý tѭӣng và tҥo mӑi ÿiӅu kiӋn tӕt nhҩt vӅ mһt thiӃt bӏ, ÿӏa ÿiӇm giúp em làm viӋc. Thêm vào ÿó là các anh chӏ có nhiӅu kinh nghiӋm trong các lƭnh vӵc có liên quan: anh Bùi Huy Tuҩn, anh Vѭѫng Hҧi Tú, anh NguyӉn Minh Hҧi, anh Ĉào ViӋt Hùng. Các bҥn cùng khóa cNJng giúp ÿӥ chúng em rҩt nhiӅu nhѭ bҥn Trҫn Ĉӭc Khoa, NguyӉn Ĉӭc ViӋt. Hà Nӝi, tháng 5 năm 2010 Sinh viên thӵc hiӋn Nguy͍n Hoài Linh Nguy͍n Trung Kiên Ĉ͛ án t͙t nghi͏p NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 2 BҦNG PHÂN CHIA CÔNG VIӊC NguyӉn Hoài Linh NguyӉn Trung Kiên ThiӃt kӃ và chӃ tҥo phҫn cӭng. ThiӃt kӃ và xây dӵng phҫn mӅmquҧn lý trung tâm. Lұp trình vi ÿiӅu khiӇn. Lұp trình vi ÿiӅu khiӇn. Xây dӵng và thӱ nghiӋm thuұt toán ÿa truy nhұp. Nghiên cӭu vӅ hӋ thông tin ÿӏa lý GIS và phҫn mӅm mã nguӗn mӣ MapServer. Nghiên cӭu phѭѫng pháp ÿiӅu chӃ sӕ GMSK. Xây dӵng và thӱ nghiӋm thuұt toán ÿa truy nhұp Xây dӵng hӋ thӕng Nghiên cӭu vӅ hӋ thӕng ÿӏnh vӏ toàn cҫu GPS, module GPS. Nghiên cӭu phѭѫng pháp ÿiӅu chӃ GMSK. ViӃt ÿӗ án Chѭѫng 1, chѭѫng 2, chѭѫng 3, phҫn kӃt luұn. Chѭѫng 2, chѭѫng 4, chѭѫng 5, phҫn mӣ ÿҫu Ĉ͛ án t͙t nghi͏p NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 3 TÓM TҲT ĈӖ ÁN Ĉӗ án tұp trung ÿѭa ra giҧi pháp, xây dӵng hӋ thӕng phөc vө bài toán quҧn lý, dүn ÿѭӡng cho phѭѫng tiӋn giao thông nhѭ quҧn lý taxi, quҧn lý tҫu cá cӥ nhӓ…bҵng viӋc nghiên cӭu hӋ thӕng thông tin ÿӏa lý GIS, công nghӋ ÿӏnh vӏ toàn cҫu GPS và kӻ thuұt ÿiӅu chӃ sӕ GMSK. HӋ thӕng ÿҧm bҧo liên lҥc hai chiӅu giӳa trung tâm và phѭѫng tiӋn nhӡ bӝ ÿàm làm viӋc ӣ băng tҫn VHF. Các thông tin cӫa phѭѫng tiӋn ÿѭӧc thu nhұn nhӡ module GPS, các cҧm biӃn... và ÿѭӧc ÿóng gói vào mӝt bҧn tin, truyӅn vӅ trung tâm. Tҥi ÿây, thông tin cӫa phѭѫng tiӋn ÿѭӧc xӱ lý bӣi phҫn mӅm bҧn ÿӗ sӕ viӃt bҵng ngôn ngӳ C# trên hӋ ÿiӅu hành MS Windows. Thông qua giao diӋn trӵc quan và dӉ sӱ dөng, trung tâm có thӇ gӱi các thông tin quҧn lý trӣ lҥi cho phѭѫng tiӋn. HӋ thӕng ÿѭӧc thӱ nghiӋm vӟi bài toán cө thӇ là quҧn lý xe taxi trong ÿӏa bàn thành phӕ Hà Nӝi. Qua ÿó, bѭӟc ÿҫu ÿã ÿѭa ra ÿѭӧc thuұt toán chia sҿ kênh truyӅn, tiӃn hành thӱ nghiӋm vӟi 3 user, ÿánh giá ÿѭӧc tӹ lӋ lӛi bit khi truyӅn ӣ khoҧng cách xa. ABSTRACT This thesis concentrates to give the solution and build a system for management and navigation problem for vehicle as well as taxi management, small ship management... by studying of Geographic Information System, Global Positioning System and GMSK modulation technique. The system insures mutual communicating information between supervising centre and mobile vehicles by walkie-talkie which operates on VHF band. The information of vehicle is received by GPS module, sensors... then packaged into a message and transmitted forward to the centre. Here the information of vehicle is processed by digital map software which written by C# programming in MS Windows OS. Through friendly interface, easy to use, centre operator can send the management information backward to vehicles. System was implemented with taxi management problem in Ha Noi City. Through it, we also presented the channel sharing algorithm, performed implementing three users, and valuated bit error ratio when transmitting at long distance. Mͭc lͭc NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 4 MӨC LӨC LӠI NÓI ĈҪU............................................................................................................................ 1 BҦNG PHÂN CHIA CÔNG VIӊC............................................................................................ 2 TÓM TҲT ĈӖ ÁN ..................................................................................................................... 3 MӨC LӨC .................................................................................................................................. 4 DANH SÁCH HÌNH VӀ ............................................................................................................ 7 DANH SÁCH BҦNG BIӆU..................................................................................................... 10 DANH SÁCH CÁC TӮ VIӂT TҲT......................................................................................... 11 PHҪN MӢ ĈҪU ...................................................................................................................... 12 Ý tѭӣng vӅ ÿӅ tài................................................................................................................... 12 Xác ÿӏnh phҥm vi ӭng dөng cӫa ÿӅ tài ................................................................................. 13 Mөc tiêu cӫa ÿӅ tài................................................................................................................ 13 Cҩu trúc ÿӅ tài ....................................................................................................................... 14 CHѬѪNG I. Hӊ THӔNG THÔNG TIN ĈӎA LÝ GIS VÀ Hӊ THӔNG Vӊ TINH ĈӎNH Vӎ TOÀN CҪU GNSS................................................................................................................... 15 1.1 HӋ thӕng thông tin ÿӏa lý GIS (Geographic Information System).................................. 15 1.1.1 Lӏch sӱ phát triӇn ..................................................................................................... 15 1.1.2 Phҫn mӅm GIS ......................................................................................................... 17 1.1.3 NӅn tҧng................................................................................................................... 17 1.1.4 Xây dӵng dӳ liӋu ..................................................................................................... 18 1.1.5 Thu thұp dӳ liӋu....................................................................................................... 18 1.1.6 Dӳ liӋu ÿӏa lý ........................................................................................................... 19 1.1.7 Dӳ liӋu phi không gian ............................................................................................ 19 1.1.8 BiӇu diӉn dӳ liӋu...................................................................................................... 19 1.1.9 Biên dӏch Raster sang Vector................................................................................... 22 1.1.10 ChiӃu bҧn ÿӗ và các hӋ tӑa ÿӝ ............................................................................... 23 1.1.11 Mã hóa ÿӏa lý các ÿӏa chӍ ....................................................................................... 24 1.1.12 Thӕng kê ................................................................................................................ 24 1.1.13 Bӝ ÿӑc GIS............................................................................................................. 25 1.1.14 Web API ................................................................................................................ 25 1.1.15 Phҫn mӅm GIS mã nguӗn mӣ và miӉn phí ............................................................ 25 1.1.16 Các thành phҫn cӫa GIS......................................................................................... 26 1.2 HӋ thӕng vӋ tinh ÿӏnh vӏ toàn cҫu GNSS........................................................................ 27 1.2.1 Phân hӋ không gian.................................................................................................. 29 1.2.2 Phân hӋ Ngѭӡi sӱ dөng........................................................................................... 29 1.2.3 Phân hӋ ĈiӅu khiӇn ................................................................................................. 30 1.2.4 Cҩu trúc tín hiӋu GPS ............................................................................................. 31 1.2.5 Các hӋ thӡi gian ...................................................................................................... 33 1.2.6 Các nguӗn gây lӛi và sai lӋch vӏ trí trong GPS....................................................... 34 Mͭc lͭc NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 5 1.2.6.1 Lӛi lӏch thiên văn .............................................................................................. 35 1.2.6.2 Khҧ năng chӑn lӑc ............................................................................................ 35 1.2.6.3 Lӛi ÿӗng hӗ vӋ tinh và máy thu ........................................................................ 37 1.2.6.4 Lӛi ÿa ÿѭӡng..................................................................................................... 38 1.2.6.5 BiӃn ÿәi tâm pha anten ..................................................................................... 40 1.2.6.6 NhiӉu ÿo lѭӡng máy thu ................................................................................... 40 1.2.6.7 TrӉ tҫng ÿiӋn ly ................................................................................................. 41 1.2.6.8 TrӉ tҫng ÿӕi lѭu................................................................................................. 43 1.2.6.9 Sai sӕ khoҧng cách tѭѫng ÿѭѫng ...................................................................... 44 1.2.7 Khӕi thu GPS........................................................................................................... 45 1.2.7.1 Sѫ lѭӧc vӅ NMEA 0183 ................................................................................... 45 1.2.7.2 Ĉӏnh dҥng chung cӫa bҧn tin ............................................................................ 46 1.2.7.3 IC thu tín hiӋu GPS GPM1315 ......................................................................... 48 CHѬѪNG II. THIӂT Kӂ Hӊ THӔNG .................................................................................... 51 2.1 Sѫ ÿӗ hӋ thӕng tәng quát ................................................................................................ 51 2.2 Cҩu trúc và chӭc năng hӋ thӕng...................................................................................... 52 2.3 Thuұt toán ÿiӅu khiӇn ..................................................................................................... 54 2.3.1 Giҧi thuұt chia sҿ kênh truyӅn.................................................................................. 54 2.3.2 Hoҥt ÿӝng................................................................................................................. 55 2.3.2 Lѭu ÿӗ thuұt toán..................................................................................................... 56 2.3.3 Thuұt toán truyӅn ÿӗng bӝ ....................................................................................... 57 CHѬѪNG III. THIӂT Kӂ CÁC MODULE ĈҪU CUӔI ........................................................ 61 3.1 ThiӃt kӃ trҥm di ÿӝng MS (Mobile Station) ................................................................... 61 3.1.1 Vi ÿiӅu khiӇn............................................................................................................ 62 3.1.1.1 Lӵa chӑn vi ÿiӅu khiӇn ..................................................................................... 62 3.1.1.2 Giӟi thiӋu Vi ÿiӅu khiӇn AVR Atmega128 ...................................................... 62 3.1.1.3 Giao tiӃp USART.............................................................................................. 64 3.1.2 Khӕi ÿiӅu chӃ và giҧi ÿiӅu chӃ GMSK .................................................................... 71 3.1.2.1 Phѭѫng pháp ÿiӅu chӃ sӕ khoá dӏch pha tӕi thiӇu GMSK................................ 71 3.1.1.2 Bӝ phát GMSK ................................................................................................. 75 3.1.2.3 IC ÿiӅu chӃ và giҧi ÿiӅu chӃ GMSK ................................................................. 77 3.1.3 Khӕi khuӃch ÿҥi RF ................................................................................................. 81 3.1.4 ThiӃt bӏ thu phát FM ................................................................................................ 83 3.1.5 Các khӕi phө khác.................................................................................................... 88 3.1.5.1 Khӕi hiӇn thӏ ..................................................................................................... 88 3.1.5.2 Khӕi ÿӑc thҿ tӯ ................................................................................................. 90 3.1.5.3 Khӕi cҧm biӃn................................................................................................... 91 3.1.6 Nguӗn nuôi hӋ thӕng................................................................................................ 91 3.2 ThiӃt kӃ trҥm trung tâm BS (Base Station)..................................................................... 92 3.3 ChӃ tҥo các module phҫn cӭng ....................................................................................... 95 3.4 Phҫn mӅm vi ÿiӅu khiӇn.................................................................................................. 96 3.4 Tәng kӃt .......................................................................................................................... 99 CHѬѪNG IV. THIӂT Kӂ PHҪN MӄM QUҦN LÝ TRUNG TÂM .................................... 100 4.1 Xӱ lý, hiӇn thӏ dӳ liӋu bҧn ÿӗ ....................................................................................... 100 4.1.1 HӋ quy chiӃu trҳc ÿӏa ............................................................................................. 100 Mͭc lͭc NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 6 4.1.2 Phҫn mӅm GIS ....................................................................................................... 102 4.1.3 MapServer.............................................................................................................. 103 4.1.4 Thӵc hiӋn giҧi pháp ............................................................................................... 105 4.2. BiӇu diӉn vӏ trí không gian trên bҧn ÿӗ ....................................................................... 107 4.2.1 Xác ÿӏnh vӏ trí các phѭѫng tiӋn.............................................................................. 107 4.2.2 BiӇu diӉn vӏ trí và thông tin chi tiӃt cӫa phѭѫng tiӋn ............................................ 108 4.3. Xây dӵng cѫ sӣ dӳ liӋu................................................................................................ 109 4.3.1 ThiӃt kӃ cѫ sӣ dӳ liӋu và sѫ ÿӗ quan hӋ ................................................................ 109 4.3.2 Thӫ tөc quҧn lý các phѭѫng tiӋn và lái xe ............................................................. 111 4.4 Quҧn lý kӃt nӕi truyӅn thông nӕi tiӃp (COM) .............................................................. 111 4.4.1 Cài ÿһt và ÿiӅu khiӇn kӃt nӕi ................................................................................. 111 4.4.2 TruyӅn và nhұn dӳ liӋu .......................................................................................... 112 4.5. Cұp nhұt thông tin ÿӏnh vӏ........................................................................................... 112 4.6 Chӭc năng tìm kiӃm...................................................................................................... 113 4.7 Chӭc năng gӱi thông tin ÿӃn xe.................................................................................... 113 CHѬѪNG V. KӂT QUҦ THӰ NGHIӊM VÀ HѬӞNG PHÁT TRIӆN TRONG TѬѪNG LAI ................................................................................................................................................ 114 5.1 Ҧnh hѭӣng nguӗn nhiӉu tӯ anten ................................................................................. 114 5.2 Xây dӵng và thӱ nghiӋm hӋ thӕng................................................................................ 115 5.2.1 Thӱ nghiӋm hӋ thӕng............................................................................................. 115 5.2.3 Thӱ nghiӋm hӋ thӕng truy cұp nhiӅu user ............................................................. 121 5.3 Hѭӟng phát triӇn ÿӅ tài ................................................................................................. 121 KӂT LUҰN............................................................................................................................. 124 TÀI LIӊU THAM KHҦO ...................................................................................................... 126 PHӨ LӨC 1. SѪ ĈӖ MҤCH THIӂT Kӂ............................................................................... 127 PHӨ LӨC 2. HÌNH ҦNH SҦN PHҬM PHҪN CӬNG......................................................... 132 PHӨ LӨC 3. QUYӂT ĈӎNH SӔ 05/2007/QĈ-BTNMT NGÀY 27 THÁNG 2 NĂM 2007 – SӰ DӨNG Hӊ THӔNG THAM SӔ TÍNH CHUYӆN GIӲA Hӊ TӐA ĈӜ QUӔC Tӂ WGS- 84 VÀ Hӊ TӐA ĈӜ QUӔC GIA VN-2000........................................................................... 134 Danh sách hình vͅ, b̫ng bi͋u và các tͳ vi͇t t̷t NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 7 DANH SÁCH HÌNH VӀ Hình 1.1 BiӇu diӉn dӳ liӋu trong GIS.................................................................................... 20 Hình 1.2 Các thành phҫn cӫa mӝt hӋ thӕng thông tin ÿӏa lý GIS ...................................... 26 Hình 1.3 HӋ thӕng vӋ tinh ÿӏnh vӏ toàn cҫu GNSS............................................................... 27 Hình 1.4 Các thành phҫn cӫa GPS........................................................................................ 28 Hình 1.5 Phân hӋ không gian ................................................................................................. 29 Hình 1.6 Phân hӋ ngѭӡi sӱ dөng ........................................................................................... 30 Hình 1.7 Phân hӋ ÿiӅu khiӇn .................................................................................................. 31 Hình 1.8 Nguӗn gây lӛi và sai lӋch vӏ trí GPS....................................................................... 34 Hình 1.9 Sӵ thay ÿәi vӏ trí cӫa máy thu GPS ÿӭng yên khi có SA..................................... 36 Hình 1.10 Sӵ thay ÿәi vӏ trí cӫa máy thu GPS ÿӭng yên sau khi chҩm dӭt SA ............... 37 Hình 1.11 Ҧnh hѭӣng cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng ..................................................................... 39 Hình 1.12 IC thu GPS GPM1315 .......................................................................................... 48 Hình 2.1 Sѫ ÿӗ hӋ thӕng tәng quát ........................................................................................ 51 Hình 2.2 Sѫ ÿӗ khӕi hӋ thӕng (trҥm MS).............................................................................. 52 Hình 2.3 Sѫ ÿӗ khӕi hӋ thӕng (trҥm BS)............................................................................... 53 Hình 2.4 Lѭu ÿӗ thuұt toán trҥm MS ................................................................................... 56 Hình 2.5 Lѭu ÿӗ thuұt toán trҥm BS .................................................................................... 57 Hình 2.6 Giao tiӃp giӳa vi ÿiӅu khiӇn và GMSK modem.................................................... 58 Hình 2.7 BiӇu ÿӗ thӡi gian ÿӗng bӝ ....................................................................................... 58 Hình 2.8 Test lӛi ÿѭӡng truyӅn.............................................................................................. 59 Hình 2.9 Khung dӳ liӋu tәng quát......................................................................................... 60 Hình 3.1 Sѫ ÿӗ khӕi trҥm MS ................................................................................................ 61 Hình 3.2 Vi ÿiӅu khiӇn Atmega128........................................................................................ 63 Hình 3.3 Sѫ ÿӗ khӕi bӝ USART............................................................................................. 65 Hình 3.4 Thanh ghi dӳ liӋu vào/ra UDR............................................................................... 66 Hình 3.5 Thanh ghi UCSRnA ................................................................................................ 67 Hình 3.6 Thanh ghi UCSRnB ................................................................................................ 68 Hình 3.7 Thanh ghi UCSRnC ................................................................................................ 69 Hình 3.8 Các thanh ghi UBRRnL và UBRRnH ................................................................... 70 Danh sách hình vͅ, b̫ng bi͋u và các tͳ vi͇t t̷t NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 8 Hình 3.9 Ĉáp ӭng xung bӝ lӑc Gaussian vӟi BT=0.3 và BT=0.5 ........................................ 72 Hình 3.10 Mұt ÿӝ phә cӫa MSK và GMSK.......................................................................... 73 Hình 3.11 Mұt ÿӝ phә công suҩt cӫa tín hiӋu GMSK.......................................................... 74 Hình 3.12 Bӝ ÿiӅu chӃ GMSK sӱ dөng trӵc tiӃp máy phát FM ......................................... 75 Hình 3.13 Sѫ ÿӗ khӕi ÿiӅu chӃ hai ÿiӇm................................................................................ 76 Hình 3.14 Sѫ ÿӗ khӕi cӫa ÿiӅu chӃ I và Q............................................................................. 77 Hình 3.15 Sѫ ÿӗ chân và mҥch ngoҥi vi cho CMX589A...................................................... 78 Hình 3.16 IC khuӃch ÿҥi thuұt toán LM358 ........................................................................ 81 Hình 3.17 Mҥch khuӃch ÿҥi thuұn và lһp ÿiӋn áp (khuӃch ÿҥi ÿӋm)................................. 81 Hình 3.18 Mҥch cӝng ÿiӋn áp ................................................................................................ 82 Hình 3.19 Bӝ ÿàm KENWOOD TM271A ............................................................................ 84 Hình 3.20 Mһt trong bӝ ÿàm KENWOOD TM271A ......................................................... 86 Hình 3.21 Màn hình LCD 16x2.............................................................................................. 88 Hình 3.22 Mҥch ghép LCD vӟi vi ÿiӅu khiӇn ....................................................................... 89 Hình 3.23 Module quét thҿ tӯ chuҭn giao tiӃp USB ............................................................ 90 Hình 3.24 Mӝt sӕ cҧm biӃn hӗng ngoҥi thông dөng ............................................................ 91 Hình 3.25 Sѫ ÿӗ khӕi trҥm BS ............................................................................................... 92 Hình 3.26 Vi ÿiӅu khiӇn Atmega16........................................................................................ 93 Hình 3.27 Mҥch ÿҫu cuӕi tҥi phѭѫng tiӋn MS ÿang ÿӑc dӳ liӋu GPS ............................... 95 Hình 3.28 Mҥch ÿҫu cuӕi tҥi phѭѫng tiӋn MS nhұn dӳ liӋu GPS thành công .................. 95 Hình 3.29 Mҥch trung tâm BS ............................................................................................... 96 Hình 3.30 Tín hiӋu sau module ÿiӅu chӃ GMSK.................................................................. 96 Hình 4.1 BiӇu diӉn toҥ ÿӝ trên bҧn ÿӗ ................................................................................ 107 Hình 4.2 Cұp nhұt xe lên bҧn ÿӗ ......................................................................................... 109 Hình 4.3 Cѫ sӣ dӳ liӋu .......................................................................................................... 110 Hình 4.4 Giao diӋn quҧn lý nhân viên................................................................................. 111 Hình 4.5 Giao diӋn thiӃt lұp cәng COM ............................................................................. 112 Hình 4.6 Chӭc năng tìm kiӃm và gӱi thông tin .................................................................. 113 Hình 5.1 Tҫn sӕ thӱ nghiӋm................................................................................................. 114 Hình 5.2 Tín hiӋu ÿiӅu chӃ GMSK bӏ nhiӉu do tҫn sӕ cao ................................................ 114 Hình 5.3 Ĉӏa ÿiӇm ÿһt mҥch MS ......................................................................................... 115 Danh sách hình vͅ, b̫ng bi͋u và các tͳ vi͇t t̷t NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 9 Hình 5.4. Các thiӃt bӏ tҥi trҥm MS ...................................................................................... 116 Hình 5.5 ThiӃt bӏ trung tâm ÿang xӱ lí dӳ liӋu và chuyӇn ÿi............................................ 116 Hình 5.6 Tín hiӋu GMSK ÿiӅu chӃ trѭӟc khi ÿѭӧc ÿѭa vào bӝ ÿàm ............................... 117 Hình 5.7 Bӝ ÿàm ÿàm ӣ chӃ ÿӝ hoҥt ÿӝng.......................................................................... 117 Hình 5.8 Vӏ trí ÿһt khӕi trung tâm BS ................................................................................ 118 Hình 5.9 Tín hiӋu thu vӅ tҥi khӕi xӱ lý trung tâm ............................................................. 118 Hình 5.10 Các thiӃt bӏ ӣ khӕi quҧn lý trung tâm ............................................................... 119 Hình 5.11 Module xӱ lý các dӳ liӋu ӣ trung tâm trѭӟc khi ÿѭa lên máy tính ................ 119 Hình 5.12 Cұp nhұt vӏ trí xe lên bҧn ÿӗ .............................................................................. 120 Hình 5.13 Gӱi lӋnh ÿiӅu khiӇn ÿӃn phѭѫng tiӋn ................................................................ 120 Hình 5.14 Ӭng dөng cӫa bҧn ÿӗ sӕ Google Earth ............................................................. 122 Hình 5.15 Module GMSK ÿѭӧc tách riêng khӓi bo mҥch ................................................ 122 Hình 5.16 ViӋc phân kênh theo thӡi gian giӳa nhiӅu user ................................................ 123 Danh sách hình vͅ, b̫ng bi͋u và các tͳ vi͇t t̷t NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 10 DANH SÁCH BҦNG BIӆU Bҧng 1.1 Cҩu trúc bҧn tin NMEA0183 ................................................................................. 47 Bҧng 1.2 Thông sӕ các chân GPM1315................................................................................. 49 Bҧng 1.3 Các thông sӕ kӻ thuұt ............................................................................................. 50 Bҧng 3.1 Thông sӕ hoҥt ÿӝng cӫa CMX589A ...................................................................... 78 Bҧng 3.2 Tín hiӋu ÿiӅu khiӇn mҥch thu phát sóng cӫa CMX589A .................................... 80 Bҧng 3.3 Mӝt sӕ thông sӕ kӻ thuұt cӫa TM271A ................................................................. 84 Bҧng 3.4 Các cәng thông tin cӫa TM271A ........................................................................ 855 Bҧng 3.5 Mӭc vào/ra cӫa ÿҫu cuӕi dӳ liӋu ........................................................................... 87 Bҧng 3.6 Mô tҧ các chân LCD ............................................................................................... 89 Bҧng 3.7 Các thông sӕ trong bҧn tin RMC.......................................................................... 97 Bҧng 3.8 Cҩu trúc gói tin gӱi tӯ trҥm MS ............................................................................ 98 Danh sách hình vͅ, b̫ng bi͋u và các tͳ vi͇t t̷t NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 11 DANH SÁCH CÁC TӮ VIӂT TҲT Thuұt ngӳ Tӯ gӕc Ý nghƭa API Application Programming Interface Giao diӋn lұp trình ӭng dөng BS Base Station Trҥm trung tâm DGPS Differential GPS GPS vi sai FSK Frequency Shift Keying ĈiӅu chӃ khóa dӏch tҫn GIS Geography International System HӋ thông tin ÿӏa lý quӕc tӃ GMSK Gaussian Minimum Shift Keying ĈiӅu chӃ khóa dӏch pha tӕithiӇu Gauss GNSS Global Navigation Satellite System HӋ thӕng vӋ tinh ÿӏnh vӏ toàn cҫu GPS Global Positioning System HӋ thӕng ÿӏnh vӏ toàn cҫu IDE Integrated Development Environment Môi trѭӡng phát triӇn tích hӧp ISI Inter-Symbol Interference NhiӉu liên ký hiӋu ITU International Telecommunication Union HiӋp hӝi viӉn thông quӕc tӃ LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thӇ lӓng MS Mobile Station Trҥm di ÿӝng MSK Minimum Shift Keying ĈiӅu chӃ khóa dӏch pha tӕithiӇu NASA National Aeronautics and Space Administration Cөc Quҧn trӏ Hàng không và Không gian Quӕc gia NMEA National Marine Electronics Association Liên minh ÿiӋn tӱ hàng hҧiquӕc gia NRZ Non-Return-To-Zero Mӝt loҥi mã ÿѭӡng dây SA Selective availability Khҧ năng lӵa chӑn SARSAT Search And Rescue Satellite Aided Tracking Giám sát ÿѭӧc trӧ giúp bӣi vӋ tinh tìm kiӃm và cӭu hӝ TTL Transistor-Transistor Logic Logic transistor-transistor UERE User Equivalent Range Error Sai sӕ khoҧng cách tѭѫngÿѭѫng USART Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter Bӝ thu/ phát ÿӗng bӝ/ không ÿӗng bӝ UTC Coordinated Universal Time Thӡi gian chuҭn phӕi hӧp VHF Very high frequency Siêu cao tҫn VCO Voltage Controled Oscillator Dao ÿӝng ÿiӅu khiӇn bӣi ÿiӋnáp Mͧ ÿ̯u NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 12 PHҪN MӢ ĈҪU Ý tѭӣng vӅ ÿӅ tài HiӋn nay, trong nѭӟc ÿã có nhiӅu công trình nghiên cӭu liên quan ÿӃn công nghӋ ÿӏnh vӏ vӋ tinh phөc vө quҧn lý các trang thiӃt bӏ, phѭѫng tiӋn thѭӡng xuyên di chuyӇn. Ví dө các hӋ thӕng quҧn lý taxi, quҧn lý tàu cá loҥi nhӓ, các ÿӝi xe vұn tҧi, xe vұn chuyӇn bѭu chính... Các ӭng dөng nói trên dӵa trên cѫ sӣ các thiӃt bӏ ÿӏnh vӏ vӋ tinh (GPS), các công nghӋ cҧm biӃn( nhѭ cҧm biӃn gia tӕc, cҧm biӃn rung ÿӝng…) ÿӇ ÿӑc thông tin và xӱ lý tҥi chӛ. Khi cҫn xӱ lý tұp trung, thông tin ÿѭӧc truyӅn vӅ mӝt trung tâm xӱ lý ÿӇ tә chӭc quҧn lý, ÿiӅu hành (hӋ thӕng quҧn lý taxi, xe bѭu chính), viӋc truyӅn nhұn thông tin chӫ yӃu ÿѭӧc thӵc hiӋn thông qua hӋ thӕng thông tin di ÿӝng toàn quӕc, ÿiӅu này này giӟi hҥn phҥm vi hoҥt ÿӝng cNJng nhѭ tăng chi phí vұn hành cӫa hӋ thӕng. Tҥi trung tâm, các phҫn mӅm ӭng dөng hӋ thông tin ÿӏa lý cùng vӟi viӋc sӕ hóa dӳ liӋu ÿӏa lý chѭa thӵc sӵ ÿѭӧc ӭng dөng sâu sҳc và hiӋu quҧ. Rҩt nhiӅu ӭng dөng ÿѭӧc phát triӇn trên các dӏch vө miӉn phí rҩt phә biӃn và tiӋn lӧi nhѭ Google Earth. Tuy nhiên, chính vì thӃ, viӋc chӫ ÿӝng cho các thông tin ÿӏa lý mang tính ÿһc thù nhѭ các vùng biӇn, vùng núi, các ÿӏa phѭѫng cө thӇ là không nhiӅu vì phө thuӝc vào nhà cung cҩp. ĈӅ tài tұp trung ÿѭa ra và thӱ nghiӋm 1 giҧi pháp thông tin cho hӋ thӕng quҧn lý phѭѫng tiӋn. Thӭ nhҩt, ӣ mӭc vұt lý, các dӳ liӋu ÿѭӧc thu thұp tӯ các cҧm biӃn, tӯ module GPS ÿѭӧc ÿóng vào 1 khung bҧn tin 60 bytes, ÿѭӧc ÿiӅu chӃ theo phѭѫng pháp ÿiӅu chӃ sӕ GMSK. Tín hiӋu này ÿѭӧc ÿѭa vào bӝ ÿàm, ÿiӅu tҫn ÿӇ phát ÿi. Ӣ nѫi nhұn, dӳ liӋu ÿѭӧc giҧi ÿiӅu chӃ, ÿѭa vào vi ÿiӅu khiӇn ÿӇ xӱ lý. Thӭ 2, ӣ mӭc liên kӃt dӳ liӋu, xây dӵng thuұt toán chia sҿ kênh truyӅn cho nhiӅu user hoҥt ÿӝng cùng lúc, ÿánh giá ÿѭӧc hiӋu quҧ sӱ dөng thuұt toán. Thӭ 3, xây dӵng phҫn mӅm quҧn lý phѭѫng tiӋn tҥi trung tâm ÿҧm bҧo các chӭc năng hiӇn thӏ và ÿiӅu khiӇn phѭѫng tiӋn, quҧn lý dӳ liӋu. Bӕ cөc cӫa ÿӗ án ÿѭӧc trình bày nhѭ sau: Mͧ ÿ̯u NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 13 Xác ÿӏnh phҥm vi ӭng dөng cӫa ÿӅ tài Vӟi nhӳng phân tích vӅ tình hình nghiên cӭu nhѭ trên, viӋc xác ÿӏnh phҥm vi ӭng dөng cӫa ÿӅ tài là rҩt quan trӑng ÿӕi vӟi tính khҧ thi cӫa giҧi pháp ÿѭa ra. ĈӅ tài hѭӟng ÿӃn các ӭng dөng trong các vùng ÿӏa lý có ÿһc thù riêng biӋt nhѭ vùng núi, vùng biӇn, các khu vӵc mà mҥng thông tin di ÿӝng chѭa thӵc sӵ phát triӇn. Tҥi ÿó, các dӳ liӋu bҧn ÿӗ Google Earth không hӛ trӧ nhiӅu. Ví dө nhѭ, ӣ vùng biӇn, có các thông tin vӅ ÿҧo, vùng cá, tâm bão, vùng danh giӟi quӕc gia, danh giӟi thӅm lөc ÿӏa… Các dӳ liӋu này, chҳc chҳn cҫn ÿѭӧc xây dӵng 1 cách quy mô và chuyên biӋt. Mһt khác, ӭng dөng mà ÿӅ tài hѭӟng ÿӃn sӁ là nhӳng ӭng dөng cҫn có sӵ chuyên biӋt rõ ràng, nhѭ hoҥt ÿӝng cӫa nhà nѭӟc, cӫa quân ÿӝi hay các công ty. Trong ÿó, các ӭng dөng này không có tính an toàn và chӫ ÿӝng cao vӟi các công cө miӉn phí nhѭ Google Earth. Bên cҥnh ÿó, mҧng dӏch vө rӝng rãi nhѭ ӭng dөng Web, Google Earth cNJng khó có thӇ bӓ qua, vì vұy, hѭӟng phát triӇn cӫa ÿӅ tài là chҥy song song cùng vӟi các hӋ thӕng tích hӧp trên mҥng di ÿӝng và các ӭng dөng miӉn phí ÿӇ tăng thêm ý nghƭa thӵc tiӉn cho ÿӅ tài. Mөc tiêu cӫa ÿӅ tài  Ĉҧm bҧo thông tin ӣ mӭc vұt lý: ƒ Hoàn thiӋn các thiӃt bӏ phҫn cӭng. ƒ Thu thұp ÿѭӧc thông tin vӅ vӏ trí, tӕc ÿӝ cӫa phѭѫng tiӋn thông qua Module GPS. ƒ Hoàn thiӋn module ÿiӅu chӃ sӕ GMSK. Tín hiӋu ÿiӅu chӃ әn ÿӏnh và ÿiӅu khiӇn linh hoҥt. ƒ ĈiӅu khiӇn bӝ ÿàm ӣ chӃ ÿӝ truyӅn dӳ liӋu bán song công. Lӵa chӑn tҫn sӕ hoҥt ÿӝng hiӋu quҧ.  Ĉҧm bҧo thông tin ӣ mӭc liên kӃt dӳ liӋu. ƒ Ĉѭa ra và thӱ nghiӋm giҧi pháp thông tin nhiӅu user. ƒ Ĉѭa ra giҧi pháp ÿӇ tҥo ÿiӅu kiӋn cho các giҧi pháp bҧo mұt, xӱ lý lӛi. Mͧ ÿ̯u NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 14  Xây dӵng phҫn mӅm vӟi giao diӋn thân thiӋn, ӭng dөng các kiӃn thӭc cӫa hӋ thông tin ÿӏa lý GIS, ÿҧm bҧo hoҥt ÿӝng quҧn lý phѭѫng tiӋn.  Các chӭc năng khác: Các cәng giao tiӃp vӟi các thiӃt bӏ khác nhѭ máy tính, ÿҫu ÿӑc thҿ, thiӃt bӏ nhұn dҥng… Cҩu trúc ÿӅ tài Chѭѫng 1: Trình bày tәng quan vӅ hӋ thông tin ÿӏa lý GIS và hӋ thӕng ÿӏnh vӏ toàn cҫu GPS là cѫ sӣ cho nhӳng ӭng dөng cӫa ÿӗ án. Chѭѫng 2: Trình bày tәng quan vӅ thiӃt kӃ hӋ thӕng cNJng nhѭ các thuұt toán sӱ dөng trong hӋ thӕng. Chѭѫng 3: Trình bày vӅ nhӳng thiӃt kӃ vӅ ÿҫu cuӕi phҫn cӭng. Chѭѫng 4: Trình bày vӅ nhӳng thiӃt kӃ phҫn mӅm tҥi trung tâm. Chѭѫng 5: Trình bày vӅ các kӃt quҧ ÿҥt ÿѭӧc vӅ sҧn phҭm và kӃt quҧ thӱ nghiӋm, qua ÿó ÿѭa ra ÿánh giá và ÿӏnh hѭӟng phát triӅn trong tѭѫng lai Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 15 CHѬѪNG I. Hӊ THӔNG THÔNG TIN ĈӎA LÝ GIS VÀ Hӊ THӔNG Vӊ TINH ĈӎNH Vӎ TOÀN CҪU GNSS Chѭѫng I ÿѭa ra cái nhìn tәng quan vӅ hӋ thӕng thông tin ÿӏa lý và hӋ thӕng thông tin vӋ tinh ÿӏnh vӏ toàn cҫu, cNJng nhѭ các ӭng dөng hӃt sӭc ÿa dҥng cӫa hai hӋ thӕng này trong thӵc tiӉn. Tӯ ÿó thành lұp ý tѭӣng thiӃt kӃ hӋ thӕng quҧn lý phѭѫng tiӋn giao thông. 1.1 HӋ thӕng thông tin ÿӏa lý GIS (Geographic Information System) Công nghӋ GIS ÿѭӧc ӭng dөng trong các ÿiӅu tra nghiên cӭu khoa hӑc, quҧn lý tài nguyên, ÿҩt ÿai, ÿánh giá các tác ÿӝng cӫa môi trѭӡng, quy hoҥch ÿô thӏ, lӏch sӱ ÿӏa lý, khoa hӑc bҧn ÿӗ, marketing, vұn tҧi …ví dө nhѭ GIS có thӇ ÿѭӧc ӭng dөng ÿӇ quҧn lý các vùng ÿҩt ÿai và nѭӟc bӏ ô nhiӉm, hӛ trӧ các nhà hoҥch ÿӏnh, chuyên gia ra quyӃt ÿӏnh kӏp thӡi và ÿúng ÿҳn trên vùng bӏ ô nhiӉm. GIS cNJng có thӇ dùng ÿӇ thӕng kê, phân tích, lұp bҧn ÿӗ phân bӕ khách hàng, các vӏ trí kinh doanh hay hӋ thӕng bán hàng ÿӇ hӛ trӧ viӋc ra các quyӃt ÿӏnh kinh doanh. 1.1.1 Lӏch sӱ phát triӇn Ngѭӡi ta ÿã phát hiӋn trên các bӭc tѭӡng cӫa hang ÿӝng gҫn Lascaux – Pháp, cách ÿây khoҧng 15.500 năm, nhӳng ngѭӡi thӧ săn Cro-Magnon ÿã vӁ nhӳng hình ҧnh cӫa các con vұt mà hӑ săn ÿѭӧc, liên kӃt các hình vӁ và gҳn nhãn cho chúng ÿӇ mô tҧ ÿѭӡng di chuyӇn cӫa các con vұt. So sánh vӟi hӋ thӕng GIS hiӋn ÿҥi ngày nay, chúng ta thҩy rҵng cách làm ÿѫn giҧn này ÿã chӭa ÿӵng mӝt cҩu trúc hình ҧnh – thông tin, liên kӃt hình ҧnh, vӏ trí vӟi các thuӝc tính thông tin, ÿó là mӝt ÿiӇm cӕt lõi trong GIS. Năm 1954, John Snow ÿã mô tҧ mӝt ә dӏch bӋnh tҧ ӣ Luân-ÿôn bҵng cách sӱ dөng các ÿiӇm ÿҥi diӋn cho vӏ trí cӫa mӝt sӕ ngѭӡi bӋnh, lҫn ÿҫu tiên sӱ dөng phѭѫng pháp ÿӏa lý. Ông nghiên cӭu sӵ phân bӕ cӫa dӏch bӋnh tҧ ÿӇ tìm ra nguӗn gӕc lây lan Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 16 cӫa nó và ngăn chһn bӋnh dӏch. Bҧn ÿӗ bӋnh dӏch cӫa John Snow không chӍ mô tҧ mà còn phân tích các hiӋn tѭӧng phө thuӝc liên kӃt vӟi vӏ trí ÿӏa lý. Năm 1962 ÿánh dҩu sӵ phát triӇn ÿҫu tiên cӫa thӃ giӟi vӅ ӭng dөng cӫa GIS tҥi Ottawa, Ontario, Canada do Cөc Lâm nghiӋp và phát triӇn nông thôn liên bang tiӃn hành. Là công trình ÿѭӧc phát triӇn cӫa TiӃn sƭ Roger Tomlinson, nó ÿѭӧc gӑi tên là HӋ thӕng thông tin ÿӏa lý Canada (viӃt tҳt là CGIS) và ÿã ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ lѭu trӳ, phân tích và vұn dөng các dӳ liӋu thu thұp ÿѭӧc cho Trung tâm quҧn lý ÿҩt Cananda (CLI), mӝt sáng kiӃn ÿӇ xác ÿӏnh khҧ năng ÿҩt ÿai sӱ dөng cho nông nghiӋp bҵng cách lұp bҧn ÿӗ thông tin vӅ ÿҩt, nông nghiӋp, ÿӝng vұt nuôi, ÿӝng vұt hoang dã, tài nguyên nѭӟc, rӯng và bҧn ÿӗ sӱ dөng ÿҩt vӟi tӹ lӋ 1:50.000. Mӝt yӃu tӕ ÿѭӧc ÿánh giá, phân loҥi ÿѭӧc thêm vào cho phép thӵc hiӋn phân tích trên bҧn ÿӗ. CGIS là “hӋ thӕng” ÿҫu tiên trên thӃ giӟi và ÿѭӧc cҧi tiӃn hѫn các ӭng dөng bҧn ÿӗ là nó có khҧ năng che phӫ, ÿo ÿҥc, sӕ hóa/quét. Nó hӛ trӧ mӝt hӋ thӕng tӑa ÿӝ quӕc gia liên kӃt các châu lөc và lѭu các thông tin vӏ trí và thuӝc tính trong các tӋp dӳ liӋu riêng biӋt. Vӟi kӃt quҧ này, Tomlinson ÿѭӧc biӃt ÿӃn nhѭ cha ÿҿ cӫa GIS, ÿһc biӋt là viӋc sӱ dөng phép che phӫ cӫa ông trong viӋc xúc tiӃn viӋc phân tích không gian trên dӳ liӋu ÿӏa lý hӝi tө. CGIS tӗn tҥi ÿӃn nhӳng năm 1990 và xây dӵng ÿѭӧc cѫ sӣ dӳ liӋu sӕ hóa tài nguyên ÿҩt lӟn nhҩt cӫa Canada. Nó ÿã ÿѭӧc phát triӇn nhѭ mӝt khung hӋ thӕng cѫ sӣ trong viӋc hӛ trӧ chính phӫ liên bang và các tӍnh quҧn lý và hoҥch ÿӏnh tài nguyên. Sӭc mҥnh cӫa nó là sӵ phân tích các dӳ liӋu phӭc tҥp toàn châu lөc. CGIS không bao giӡ xuҩt hiӋn dѭӟi mӝt hình thӭc thѭѫng mҥi. Năm 1964, các Howard T Fisher thành lұp phòng thí nghiӋm cho Ĉӗ hӑa máy tính và Phân tích không gian tҥi trѭӡng ÿҥi hӑc thiӃt kӃ Harvard, nѫi mà mӝt sӕ khái niӋm lý thuyӃt quan trӑng vӅ xӱ lý dӳ liӋu không gian, và vào nhӳng năm 1970 ÿã phân phӕi mã phҫn mӅm cѫ sӣ và các hӋ thӕng nhѭ “SYMAP”, “GRID” và “ODYSSEY”, tӯng là nguӗn cҧm hӭng cho sӵ phát triӇn các ӭng dөng thѭѫng mҥi, tӟi các trѭӡng ÿҥi hӑc, trung tâm nghiên cӭu và các tұp ÿoàn toàn cҫu. Ĉҫu nhӳng năm 1980, công ty ÿiӋn toán M&S (M&S computing, sau này là Intergraph), viӋn nghiên cӭu hӋ thӕng môi trѭӡng (ESRI – Environmental Systems Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 17 Research Institute) và CARIS (hӋ thӕng tài nguyên thông tin trӧ giúp bҵng máy tính) nәi lên nhѭ các nhà cung cҩp thѭѫng mҥi các phҫn mӅm GIS, hӧp nhҩt thành công nhiӅu tính năng cӫa CGIS, kӃt hӧp cách tiӃp cұn sѫ khai là phân tách thông tin thuӝc tính và tӑa ÿӝ không gian vӟi cách tiӃp cұn mӟi là tә chӭc các dӳ liӋu thuӝc tính bҵng cҩu trúc dӳ liӋu. Cuӕi nhӳng năm 1890 và 1990, sӵ tăng trѭӣng cӫa công nghiӋp ÿѭӧc thúc ÿҭy bӣi ӭng dөng rӝng rãi GIS trên các máy trҥm Unix và máy tính cá nhân. Cuӕi thӃ kӹ 20, sӵ phát triӇn nhanh chóng trong các hӋ thӕng khác nhau ÿѭӧc thӕng nhҩt và chuҭn hóa trên nӅn tҧng tѭѫng ÿӕi hҽp và ngѭӡi sӱ dөng bҳt ÿҫu có khái niӋm xem dӳ liӋu GIS trên Internet, yêu cҫu các tiêu chuҭn vӅ chuyӇn ÿәi và ÿӏnh dҥng dӳ liӋu. Gҫn ÿây, có mӝt sӵ gia tăng sӕ lѭӧng các gói phҫn mӅm GIS mã nguӗn mӣ hoһc miӉn phí, chҥy trên nhiӅu hӋ ÿiӅu hành khác nhau và có thӇ tùy biӃn cho phù hӧp vӟi tӯng nhiӋm vө cө thӇ. 1.1.2 Phҫn mӅm GIS Thông tin ÿӏa lý có thӇ ÿѭӧc truy xuҩt, truyӅn tҧi, chuyӇn ÿәi, và hiӇn thӏ bҵng nhiӅu ӭng dөng phҫn mӅm. Trong công nghiӋp, các sҧn phҭm thѭѫng mҥi tӯ các công ty nhѭ SmallWorld, Manifold System, ESRI, Intergraph, Mapinfo và AutoDesk giӳ ѭu thӃ vӟi các bӝ công cө toàn diӋn. Chính phӫ và các cѫ quan an ninh, quân ÿӝi thѭӡng sӱ dөng các phҫn mӅm riêng, các sҧn phҭm mã nguӗn mӣ nhѭ GRASS và nhiӅu sҧn phҭm riêng biӋt khác ÿáp ӭng tӕt các nhu cҫu cө thӇ. Các công cө miӉn phí ÿӇ xem tұp dӳ liӋu GIS, truy cұp công cӝng các thông tin ÿӏa lý ÿѭӧc thӕng trӏ bӣi các nguӗn tài nguyên trӵc tuyӃn nhѭ Google Earth và bҧn ÿӗ web tѭѫng tác. 1.1.3 NӅn tҧng Tӯ khi ra ÿӡi cho tӟi cuӕi nhӳng 1990, khi dӳ liӋu GIS hҫu hӃt dӵa trên các máy tính lӟn và sӱ dөng ÿӇ bҧo trì các bҧn ghi bên trong, phҫn mӅm là các sҧn phҭm ÿӝc lұp. Tuy nhiên vӟi truy cұp gia tăng vào mҥng và internet, và nhu cҫu phân phӕi các dӳ liӋu ÿӏa lý tăng, phҫn mӅm GIS dҫn dҫn thay ÿәi toàn bӝ giao diӋn cӫa nó ÿӇ cho phép Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 18 chia sҿ dӳ liӋu qua mҥng. Phҫn mӅm GIS hiӋn nay thѭӡng ÿѭӧc giӟi thiӋu nhѭ sӵ kӃt hӧp cӫa các ӭng dөng tѭѫng tác và các API (giao diӋn lұp trình ӭng dөng). 1.1.4 Xây dӵng dӳ liӋu Các công nghӋ GIS hiӋn ÿҥi sӱ dөng các thông tin sӕ, vӟi nhiӅu phѭѫng pháp ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ tҥo ra các dӳ liӋu sӕ hóa khác nhau. Phѭѫng pháp chính ÿӇ xây dӵng dӳ liӋu là sӕ hóa, ӣ ÿó mӝt bҧn ÿӗ giҩy hay mӝt bҧn vӁ trҳc ÿӏa ÿѭӧc chuyӇn ÿәi vӅ dҥng sӕ trung gian bҵng các sӱ dөng mӝt chѭѫng trình thiӃt kӃ hӛ trӧ bӣi máy tính (CAD) và khҧ năng tham chiӃu ÿӏa lý. 1.1.5 Thu thұp dӳ liӋu Thu thұp dӳ liӋu là viӋc ÿѭa thông tin vào hӋ thӕng, tiêu tӕn khá nhiӅu thӡi gian cӫa nhӳng ngѭӡi thӵc hiӋn. Có nhiӅu phѭѫng pháp khác nhau ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ ÿӇ ÿѭa thông tin vào mӝt hӋ thӕng thông tin ÿӏa lý, mà ӣ ÿó nó ÿѭӧc lѭu giӳ dѭӟi dҥng sӕ. Các dӳ liӋu bҧn ÿӗ ÿã ÿѭӧc in trên giҩy hay phim, có thӇ ÿѭӧc sӕ hóa hay quét ÿӇ tҥo ra dӳ liӋu sӕ. Mӝt công cө sӕ hóa tҥo ra dӳ liӋu vector nhѭ mӝt hoҥt ÿӝng vӁ các ÿiӇm, ÿѭӡng, ÿa ÿѭӡng, ÿѭӡng bao tӯ mӝt bҧn ÿӗ. Quét mӝt bҧn ÿӗ cho kӃt quҧ là dӳ liӋu raster và có thӇ tiӃp tөc xӱ lý ÿӇ có ÿѭӧc dӳ liӋu vector. Các dӳ liӋu ÿiӅu tra có thӇ ÿѭӧc ÿѭa trӵc tiӃp vào GIS tӯ các hӋ thӕng thu thұp dӳ liӋu sӕ trên các thiӃt bӏ thu thұp sӱ dөng mӝt kӻ thuұt gӑi là Hình hӑc tӑa ÿӝ (COGO). Các vӏ trí tӯ HӋ thӕng ÿӏnh vӏ toàn cҫu (GPS) hay mӝt công cө thu thұp khác cNJng có thӇ ÿѭӧc ÿѭa trӵc tiӃp vào GIS Các cҧm biӃn dӳ liӋu tӯ xa cNJng giӳ vai trò quan trӑng trong thu thұp giӳ liӋu, bao gӗm các cҧm biӃn (nhѭ máy quay phim, máy quét sӕ…) gҳn trên các máy bay, vӋ tinh hay tàu vNJ trө. Sau khi ÿѭa dӳ liӋu vào GIS, dӳ liӋu thѭӡng yêu cҫu ÿѭӧc chӍnh sӱa, loҥi bӓ lӛi và thӵc hiӋn các phép xӱ lý sâu hѫn. Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 19 1.1.6 Dӳ liӋu ÿӏa lý Mӝt dӳ liӋu ÿӏa lý là mӝt cѫ sӣ dӳ liӋu vӟi các phҫn mӣ rӝng cho viӋc lѭu trӳ, ÿánh chӍ mөc, truy vҩn và thao tác trên thông tin ÿӏa lý và dӳ liӋu không gian. Trong khi mӝt vài cѫ sӣ dӳ liӋu ÿӏa lý có nhӳng chӭc năng ÿѭӧc thiӃt kӃ cho phép thӵc hiӋn viӋc xӱ lý ÿӏa lý thì lӧi ích chính cӫa mӝt cѫ sӣ dӳ liӋu ÿӏa lý nҵm ӣ khҧ năng "kiӇu cѫ sӣ dӳ liӋu" mà nó có thӇ ÿѭa ÿӃn cho các dӳ liӋu không gian. Mӝt vài trong sӕ các khҧ năng này bao gӗm dӉ truy cұp, sӱ dөng các trình ÿiӅu khiӇn cѫ sӣ dӳ liӋu tiêu chuҭn nhѭ ODBC, khҧ năng liên kӃt và tұp hӧp các bҧng dӳ liӋu, cNJng nhѭ khҧ năng ÿánh chӍ mөc, nhóm các tұp dӳ liӋu không gian ÿӝc lұp vӟi nӅn tҧng cӫa phҫn mӅm. 1.1.7 Dӳ liӋu phi không gian Dӳ liӋu phi không gian bә sung cNJng có thӇ ÿѭӧc lѭu trӳ cùng vӟi các dӳ liӋu không gian ÿѭӧc biӇu diӉn vӟi tӑa ÿӝ cӫa mӝt vector hình hӑc hay vӏ trí cӫa mӝt ô raster. Trong dӳ liӋu raster, mӝt ô có thӇ chӭa các thông tin thuӝc tính, nhѭng nõ cNJng có thӇ ÿѭӧc sӱ dөng nhѭ mӝt ký hiӋu nhұn dҥng mà có thӇ liên kӃt tӟi các bҧn ghi trong mӝt bҧng khác. CNJng có nhӳng phҫn mӅm ÿѭӧc phát triӇn ÿӇ hӛ trӧ cҧ viӋc ra quyӃt ÿӏnh không gian và phi không gian. Trong phҫn mӅm này, các giҧi pháp cӫa các vҩn ÿӅ không gian ÿѭӧc tích hӧp vӟi các giҧi pháp cӫa các vҩn ÿӅ phi không gian. 1.1.8 BiӇu diӉn dӳ liӋu Phҫn mӅm xӱ lý GIS ÿѭӧc dùng cho các nhiӋm vө chuҭn bӏ dӳ liӋu ÿӇ sӱ dөng cho GIS. Sӵ chuyӇn ÿәi các dӳ liӋu ÿӏa lý thô sang ÿӏnh dҥng tѭѫng thích vӟi các sҧn phҭm GIS. Dӳ liӋu GIS biӇu diӉn các ÿӕi tѭӧng cӫa thӃ giӟi thӵc (ÿѭӡng, sӱ dөng ÿҩt, ÿӝ cao) vӟi dӳ liӋu sӕ. Các ÿӕi tѭӧng này có thӇ ÿѭӧc chia làm hai khái niӋm trӯu tѭӧng: các vұt thӇ rӡi rҥc (nhà) và các trѭӡng liên tөc (lѭӧng mѭa hay ÿӝ cao). Có hai phѭѫng pháp ÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi ÿӇ lѭu trӳ dӳ liӋu GIS, cho cҧ hai ÿӕi tѭӧng trên là: Raster và Vector. Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 20 Hình 1.1 BiӇu diӉn dӳ liӋu trong GIS x Raster: mӝt dҥng dӳ liӋu Raster vӅ cѫ bҧn là bҩt kǤ dҥng ҧnh sӕ nào biӇu diӉn dѭӟi dҥng lѭӟi. Bҩt kǤ ngѭӡi nào ÿã quen thuӝc vӟi ҧnh sӕ sӁ nhұn ra rҵng pixel là ÿѫn vӏ nhӓ nhҩt cӫa mӝt bӭc ҧnh. Sӵ kӃt hӧp cӫa nhiӅu pixel tҥo thành ҧnh, khác biӋt vӟi các dҥng ÿӗ hӑa vector có tӹ lӋ thѭӡng ÿѭӧc sӱ dөng dӵa trên nӅn tҧng là mô hình vector. Trong khi mӝt bӭc ҧnh sӕ ÿӅ cұp tӟi ÿҫu ra nhѭ là sӵ miêu tҧ thӃ giӟi thӵc, thì mӝt bӭc ҧnh hay bҧn vӁ ÿѭӧc gӱi tӟi máy tính sӁ phҧn ҧnh mӝt trӯu tѭӧng hóa cӫa thӃ giӟi thӵc. Các bӭc ҧnh chөp tӯ trên không thѭӡng là các ÿӏnh dҥng ÿѭӧc sӱ dөng chính cӫa dӳ liӋu Raster, vӟi chӍ mӝt mөc ÿích, là hiӇn thӏ mӝt bӭc ҧnh chi tiӃt trên bҧn ÿӗ hay cho mөc ÿích sӕ hóa. Dҥng dӳ liӋu Raster có chӭa các hàng và cӝt cӫa các ô, vӟi mӛi ô chӭa mӝt giá trӏ ÿѫn. Dӳ liӋu Raster có thӇ là các bӭc ҧnh (ҧnh raster), vӟi mӛi pixel (hay ô) có chӭa mӝt giá trӏ màu. Các giá trӏ khác ÿѭӧc ghi cho mӛi ô có thӇ là mӝt giá trӏ rӡi rҥc nhѭ tình trҥng sӱ dөng ÿҩt, hay mӝt giá trӏ liên tөc nhѭ nhiӋt ÿӝ, hay giá trӏ rӛng (null) nӃu không có dӳ liӋu. Trong khi mӝt ô raster lѭu trӳ mӝt giá trӏ ÿѫn, nó có thӇ ÿѭӧc mӣ rӝng bҵng cách sӱ dөng các dҧi raster ÿӇ biӇu diӉn các màu RGB Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 21 hay các bҧng thuӝc tính mӣ rӝng vӟi mӝt hàng cho mӛi giá trӏ duy nhҩt cӫa ô. Ĉӝ phân giҧi cӫa tұp dӳ liӋu raster là kích thѭӟc các ô cӫa nó. Dӳ liӋu Raster ÿѭӧc lѭu trӳ bҵng các ÿӏnh dҥng khác nhau, tӯ mӝt cҩu trúc dӵa trên các tӋp dӳ liӋu chuҭn nhѭ TIF, JPEG… tӟi dӳ liӋu ÿӕi tѭӧng nhӏ phân lӟn (BLOB) ÿѭӧc lѭu trӳ trӵc tiӃp trong hӋ thӕng quҧ trӏ cѫ sӣ dӳ liӋu quan hӋ (RDBMS). Không gian lѭu trӳ cѫ sӣ dӳ liӋu, khi ÿѭӧc ÿánh chӍ mөc sӁ cho phép tìm kiӃm và truy xuҩt nhanh hѫn tuy nhiên nó ÿòi hӓi mӝt không gian lѭu trӳ ÿáng kӇ vӟi hàng triӋu bҧn ghi. x Vector: trong GIS, các ÿӕi tѭӧng ÿӏa lý thѭӡng ÿѭӧc biӇu diӉn dѭӟi dҥng vector, xem xét các ÿӕi tѭӧng này nhѭ các ÿѭӡng hình hӑc. Các ÿӕi tѭӧng khác nhau ÿѭӧc biӇu diӉn bӣi các dҥng ÿѭӡng hình hӑc khác nhau: Ĉi͋m: Các ÿiӇm có kích thѭӟc bҵng 0, ÿѭӧc sӱ dөng cho các ÿӕi tѭӧng ÿӏa lý mà có thӇ diӉn tҧ bӣi mӝt ÿiӇm ÿѫn, hay nói cách khác là vӏ trí ÿѫn. Ví dө các ÿiӇm có ÿӝ cao lӟn nhҩt, ÿӝ cao nhӓ nhҩt, các ÿӕi tѭӧng quan tâm trên bҧn ÿӗi. Các ÿiӇm truyӅn ÿҥt hàm lѭӧng thông tin tӕi thiӇu cӫa dҥng dӳ liӋu này. Các ÿiӇm cNJng có thӇ ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ biӇu diӉn các vùng khi hiӇn thӏ ӣ tӹ lӋ nhӓ. Không có phép ÿo nào có thӇ thӵc hiӋn ÿӕi vӟi các ÿӕi tѭӧng ÿiӇm. Ĉ˱ͥng hay ÿa ÿ˱ͥng: Ĉѭӡng hay ÿa ÿѭӡng mӝt chiӅu ÿѭӧc sӱ dөng cho các ÿӕi tѭӧng tuyӃn tính nhѭ song, ÿѭӡng, ÿѭӡng xe lӱa và các ÿѭӡng ÿӏa hình. CNJng nhѭ các ÿӕi tѭӧng ÿiӇm, các ÿӕi tѭӧng tuyӃn tính ÿѭӧc thӇ hiӋn nhѭ các ÿѭӡng hѫn là các ÿa giác. Các ÿӕi tѭӧng ÿѭӡng có thӇ ÿo khoҧng cách. Ĉa giác: Các ÿa ÿѭӡng hai hѭӟng ÿѭӧc sӱ dөng cho các ÿӕi tѭӧng ÿӏa lý mà bao phӫ mӝt vùng bӅ mһt trái ÿҩt riêng biӋt. Nhѭng ÿӕi tѭӧng này nhѭ hӗ, ÿѭӡng bao công viên, toàn nhà, ÿѭӡng bao thành phӕ. Các ÿa giác truyӅn ÿҥt hàm lѭӧng thông tin lӟn nhҩt cӫa kiӇu dӳ liӋu này. Các ÿӕi tѭӧng ÿa giác có thӇ tính toán chu vi và diӋn tích. Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 22 Mӛi mӝt ÿѭӡng hình hӑc này liên kӃt vӟi mӝt hàng trong cѫ sӣ dӳ liӋu ÿӇ mô tҧ các thuӝc tính cӫa chúng. Ví dө, mӝt cѫ sӣ dӳ liӋu mô tҧ các hӗ nѭӟc có thӇ chӭa thông tin vӅ ÿӝ sâu, chҩt lѭӧng nѭӟc, mӭc ÿӝ ô nhiӉm. Thông tin này có thӇ ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ tҥo bҧn ÿӗ cho phép mô tҧ các thuôc tính riêng cӫa tұp dӳ liӋu. Ví dө mӝt hӗ nѭӟc có thӇ ÿѭӧc tô màu phө thuӝc vào mӭc ÿӝ ô nhiӉm cӫa nó. Các ÿѭӡng hình hӑc khác nhau cNJng có thӇ ÿѭӧc so sánh. GIS có thӇ ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ nhұn ra tҩt cҧ các ÿiӇm hình hӑc trong phҥm vi bán kính 1Km cӫa mӝt hӗ nѭӟc có ÿӝ ô nhiӉm cao nhҩt. Dӳ liӋu vector cNJng có thӇ ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ biӇu diӉn các hiӋn tѭӧng liên tөc khác nhau. Các ÿѭӡng ÿӗng mӭc và các lѭӟi tam giác bҩt chính quy (TIN) ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ diӉn tҧ ÿӝ cao hay các giá trӏ thay ÿәi liên tөc khác. Các lѭӟi tam giác ghi các giá trӏ tҥi mӝt vӏ trí mà ÿѭӧc kӃt nӕi vӟi nhau thành mӝt ÿѭӡng tҥo thành mӝt lѭӟi tam giác bҩt chính quy. BӅ mһt cӫa tam giác biӇu diӉn bӅ mһt ÿӏa hình. ˰u ÿi͋m và nh˱ͫc ÿi͋m: Có các ѭu ÿiӇm và nhѭӧc ÿiӇm khác nhau khi sӱ dөng các dҥng mô hình dӳ liӋu raster và vector ÿӇ biӇu diӉn thӃ giӟi thӵc. Các tҥp dӳ liӋu Raster lѭu các giá trӏ cho tҩt cҧ các ÿiӇm trong mӝt vùng ÿѭӧc bao phӫ, và ÿòi hӓi không gian lѭu trӳ lӟn hѫn so vӟi biӇu diӉn dӳ liӋu dҥng vector (chӍ lѭu dӳ liӋu tҥi nѫi cҫn thiӃt). Dӳ liӋu raster cNJng dӉ dàng cho phép thӵc hiӋn các lӟp che phӫ, ÿiӅu mà khó hѫn ÿӕi vӟi dӳ liӋu vector. Dӳ liӋu vector có thӇ ÿѭӧc hiӇn thӏ nhѭ các ÿӗ hӑa vector sӱ dөng trong các bҧn ÿӗ truyӅn thӕng, ӣ ÿó các dӳ liӋu raster xuҩt hiӋn nhѭ mӝt bӭc ҧnh. Dӳ liӋu vector dӉ dàng kӃt hӧp các lӟp vector tӯ nhiӅu nguӗn khác nhau, tѭѫng thích hѫn vӟi các môi trѭӡng cѫ sӣ dӳ liӋu quan hӋ. Dӳ liӋu vector có thӇ ÿѭӧc cұp nhұt và bҧo trì, trong khi dӳ liӋu raster phҧi xây dӵng lҥi tӯ ÿҫu. Hѫn nӳa, dӳ liӋu vector cho phép nhiӅu khҧ năng phân tích, ÿһc biӋt cho các mҥng lѭӟi, nhѭ các ÿѭӡng, ÿѭӡng sҳt, lѭӟi ÿiӋn, hӋ thӕng viӉn thông… 1.1.9 Biên dӏch Raster sang Vector Xây dӵng lҥi dӳ liӋu có thӇ ÿѭӧc thӵc hiӋn bӣi GIS ÿӇ chuyӇn ÿәi dӳ liӋu sang các ÿӏnh dҥng khác nhau. GIS có thӇ sӱ dөng ÿӇ chuyӇn ÿәi mӝt bӭc ҧnh vӋ tinh sang Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 23 mӝt cҩu trúc vector bҵng cách vӁ các ÿѭӡng xung quanh các cell trong cùng mӝt phân loҥi, trong khi quyӃt ÿӏnh mӕi quan hӋ không gian giӳa các ô, nhѭ sӵ liӅn kӅ hay bao hàm. Ngoài ra các phép xӱ lý dӳ liӋu tiên tiӃn có thӇ thӵc hiӋn vӟi xӱ lý ҧnh – mӝt công nghӋ ÿѭӧc phát triӇn vào cuӕi nhӳng năm 1960 bӣi NASA. 1.1.10 ChiӃu bҧn ÿӗ và các hӋ tӑa ÿӝ Trái ÿҩt có thӇ ÿѭӧc biӇu diӉn dѭӟi nhiӅu mô hình khác nhau, mӛi mӝt cách cNJng cҩp mӝt tұp tӑa ÿӝ khác nhau (nhѭ kinh ÿӝ, vƭ ÿӝ, ÿӝ cao) cho bҩt kǤ ÿiӇm nào trên bӅ mһt trái ÿҩt. Mô hình ÿѫn giҧn nhҩt là giҧ sӱ trái ÿҩt là mӝt hình cҫu hoàn hҧo. Càng nhiӅu phép ÿo cӫa trái ÿҩt ÿѭӧc tích lNJy thì các mô hình cӫa trái ÿҩt càng trӣ nên phӭc tҥp và chính xác hѫn. ChiӃu bҧn ÿӗ là mӝt phҫn cѫ bҧn cӫa viӋc xây dӵng bҧn ÿӗ. Mӝt phép chiӃu bҧn ÿӗ là mӝt phѭѫng tiӋn toán hӑc chuyӇn ÿәi thông tin tӯ mӝt mô hình cӫa trái ÿҩt, biӇu diӉn mӝt bӅ mһt cong trong hӋ tӑa ÿӝ 3 chiӅu sang hӋ tӑa ÿӝ hai chiӅu trên giҩy hay màn hình máy tính. Các phép chiӃu bҧn ÿӗ khác nhau ÿѭӧc sӱ dөng cho các loҥi bҧn ÿӗ khác nhau. Hҫu hӃt thông tin trong GIS ÿѭӧc lҩy tӯ các bҧn ÿӗ ÿã có, GIS sӱ dөng các công cө xӱ lý cӫa máy tính ÿӇ chuyӇn ÿәi thông tin sӕ, thu thұp tӯ các nguӗn dӳ liӋu bҧn ÿӗ vӟi các phép chiӃu bҧn ÿӗ khác nhau hay các hӋ tӑa ÿӝ khác nhau, vӅ mӝt phép chiӃu và hӋ tӑa ÿӝ chung. Ӣ mӛi quӕc gia ÿӅu xây dӵng mӝt hӋ quy chiӃu tӑa ÿӝ - ÿӝ cao (gӑi tҳt là hӋ quy chiӃu) phù hӧp riêng, cho tӯng vùng miӅn. HiӋn nay có 3 dҥng hӋ quy chiӃu phә biӃn ÿѭӧc sӱ dөng: ¾ HӋ quy chiӃu vuông góc không gian: gӗm ÿiӇm gӕc tӑa ÿӝ và 3 trөc tӑa ÿӝ x,y,z trong không gian Euclide 3 chiӅu. ¾ HӋ quy chiӃu mһt Ellipsoid: gӗm ÿiӇm tâm ellipsoid, 2 bán trөc ellipsoid, tӑa ÿӝ 3 chiӅu là vƭ tuyӃn B, kinh tuyӃn L và ÿӝ cao H. HӋ quy chiӃu này ÿѭӧc coi mô hình toán hӑc cӫa bӅ mһt trái ÿҩt. Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 24 ¾ HӋ quy chiӃu mһt bҵng: ÿѭӧc xác ÿӏnh nhӡ mӝt phép biӃn ÿәi nào ÿó tӯ hӋ quy chiӃu mһt ellipsoid vӅ mһt phҷng, nhҵm biӇu diӉn bӅ mһt trái ÿҩt lên mһt phҷng, ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ xây dӵng các loҥi bҧn ÿӗ. HӋ quy chiӃu mһt bҵng gӗm gӕc tӑa ÿӝ và hai trөc tung & trөc hoành. 1.1.11 Mã hóa ÿӏa lý các ÿӏa chӍ Mã hóa các ÿӏa lý là quá trình tìm các tҥo ÿӝ ÿӏa lý (thѭӡng ÿѭӧc diӉn tҧ bҵng kinh ÿӝ và vƭ ÿӝ) tӯ các dӳ liӋu ÿӏa lý khác, nhѭ ÿӏa chӍ ÿѭӡng phӕ hay mã bѭu ÿiӋn. Mӛi ÿoҥn ÿѭӡng ÿѭӧc gҳn thuӝc tính vӟi mӝt dҧi ÿӏa chӍ. Mã hóa ÿӏa chӍ sӁ lҩy ÿӏa chӍ và tìm kiӃm ÿoҥn ÿѭӡng có chӭa ÿӏa chӍ ÿó, sau ÿó nӝi suy vӏ trí cӫa ÿӏa chӍ nҵm trong dҧi ÿӏa chӍ cӫa tuyӃn ÿѭӡng. Mã hóa ng˱ͫc ÿ͓a ch͑ ÿ͓a lý Mã hóa ngѭӧc ÿӏa chӍ ÿӏa lý là quá trình trҧ vӅ mӝt ÿӏa chӍ ÿӏa lý ѭӟng lѭӧng tҥi mӝt tӑa ÿӝ cho trѭӟc. Ĉӏa chӍ này cNJng ÿѭӧc nӝi suy tӯ dҧi ÿӏa chӍ gҳn vӟi ÿoҥn ÿѭӡng. Mã hóa ngѭӧc ÿӏa chӍ ÿӏa lý không trҧ vӅ ÿӏa chӍ thӵc tӃ, mà chӍ ѭӟc lѭӧng ÿӏa chӍ ӣ gҫn ÿó nhҩt dӵa trên dҧi xác ÿӏnh trѭӟc. 1.1.12 Thӕng kê Phҫn mӅm thӕng kӃ GIS sӱ dөng các truy vҩn cѫ sӣ dӳ liӋu tiêu chuҭn ÿӇ ÿӑc và phân tích dӳ liӋu cho viӋc hӛ trӧ ra quyӃt ÿӏnh. Ví dө, nӃu chúng ta có dӳ liӋu ÿӏa lý bao gӗm các thông tin nhân khҭu, chúng ta có thӇ quyӃt ÿӏnh xem có bao nhiêu nhân khҭu trong mӝt ÿӝ tuәi nhҩt ÿӏnh, thu nhұp và sҳc tӝc sinh sӕng trong mӝt khu phӕ. Dӳ liӋu thѭӡng ÿѭӧc tham chiӃu vӟi mã bѭu ÿiӋn hay ÿӏa chӍ ÿѭӡng phӕ hѫn là vӟi dӳ liӋu ÿo ÿҥc. Phҫn mӅm có thӇ ÿѭӧc sӱ dөng bӣi các nhà khoa hӑc máy tính hay các nhà thӕng kê vӟi các kӻ năng vӅ khoa hӑc máy tính, vӟi mөc tiêu cӫa viӋc mô tҧ mӝt vùng ÿӇ hӛ trӧ cho viӋc ra quyӃt ÿӏnh trong marketing, các dӏch vө xã hӝi, quy hoҥch khҭn cҩp,…Các hӋ quҧn trӏ cѫ sӣ dӳ liӋu tiêu chuҭn có thӇ ÿѭӧc sӱ dөng hay thiӃt kӃ cho phҫn mӅm thӕng kê GIS. Chúng thѭӡng ÿѭӧc ÿһt trên các máy chӫ và truy vҩn qua các trình duyӋt web, ví dө nhѭ MySQL hay ArcSDE. Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 25 1.1.13 Bӝ ÿӑc GIS Các bӝ ÿӑc GIS là các ӭng dөng máy tính ÿѭӧc thiӃt kӃ cho phép ngѭӡi sӱ dөng dӉ dàng xem các bҧn ÿӗ sӕ cNJng nhѭ truy vҩn các dӳ liӋu quҧn trӏ bӣi GIS. Chúng thѭӡng cho phép rҩt ít sӵ chӍnh sӱa bҧn ÿӗ hay dӳ liӋu bҧn ÿӗ. Các bӝ ÿӑc có thӇ là các ӭng dөng ÿӝc lұp, ÿѭӧc cài ÿһt trên các máy tính cá nhân, cho dù chúng thѭӡng ÿѭӧc thiӃt kӃ ÿӇ kӃt nӕi vӟi máy chӫ dӳ liӋu qua internet ÿӇ truy cұp các thông tin cҫn thiӃt. Các bӝ ÿӑc cNJng có thӇ ÿѭӧc bao gӗm nhѭ mӝt ӭng dөng nhúng trong mӝt trang web. 1.1.14 Web API Ĉây là sӵ cách mҥng cӫa các Script ÿѭӧc sӱ dөng chính trong hҫu hӃt các hӋ thӕng GIS trѭӟc ÿây. Mӝt giao diӋn lұp trình ӭng dөng (API) là mӝt tұp cӫa các chѭѫng trình con (ÿѭӧc tә chӭc nhѭ lұp trình hѭӟng ÿӕi tѭӧng) ÿѭӧc thiӃt kӃ ÿӇ thӵc hiӋn các nhiӋm vө cө thӇ. GIS APIs ÿѭӧc thiӃt kӃ ÿӇ quҧn lý dӳ liӋu GIS cho phép phân phӕi tӟi các trình duyӋt web trên máy khách tӯ mӝt máy chӫ GIS. Chúng thѭӡng ÿѭӧc truy cұp sӱ dөng các ngôn ngӳ kӏch bҧn (script) nhѭ VBA hay JavaScript, và dùng ÿӇ xây dӵng mӝt hӋ thӕng máy chӫ cho phép phân phӕi GIS trên mҥng nӝi bӝ intranet hay phân phӕi rӝng rãi trên internet. 1.1.15 Phҫn mӅm GIS mã nguӗn mӣ và miӉn phí Rҩt nhiӅu các tác nhiӋm GIS có thӇ ÿѭӧc thӵc hiӋn vӟi phҫn mӅm mã nguӗn mӣ và miӉn phí. Vӟi viӋc sӱ dөng rӝng rãi các ÿӏnh dҥng dӳ liӋu mӣ và không ÿӝc quyӅn nhѭ ÿӏnh dҥng Shape File cho dӳ liӋu vector và Geotiff cho dӳ liӋu raster, cNJng nhѭ sӵ chҩp nhұn cӫa các tiêu chuҭn OGC cho các máy chӫ mҥng, sӵ phát triӇn cӫa phҫn mӅm mã nguӗn mӣ tiӃp tөc mӣ rӝng, ÿһc biӃt cho các ӭng dөng web và hѭӟng dӏch vө web. Các phҫn mӅm mã nguӗn mӣ thѭӡng ÿѭӧc biӃt ÿӃn bao gӗm GRASS GIS, Quantum GIS, Mapserver, uDig, OpenJump, gvGIS và nhiӅu phҫn mӅm khác. Sӵ phát triӇn GIS trên mã nguӗn mӣ tұp trung vào viӋc tҥo ra các thѭ viӋn cung cҩp hàm chӭc năng cho các ӭng dөng cӫa bên thӭ 3. Các thѭ viӋn này ÿѭӧc sӱ dөng Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 26 nhѭ nhau bӣi cҧ các phҫn mӅm mã nguӗn mӣ và các phҫn mӅm thѭѫng mҥi cung cҩp các chӭc năng cѫ bҧn 1.1.16 Các thành phҫn cӫa GIS Hình 1.2 Các thành phҫn cӫa mӝt hӋ thӕng thông tin ÿӏa lý GIS HӋ thӕng thông tin ÿӏa lý GIS ÿѭӧc hình thành bӣi 5 thành phҫn: ¾ Con ngѭӡi: là thành phҫn quan trӑng trong GIS giӳ vai trò thӵc hiӋn các thao tác, quҧn lý hoҥt ÿӝng cӫa GIS. ¾ Dӳ liӋu: bao gӗm dӳ liӋu không gian và dӳ liӋu thuӝc tính (phi không gian) ÿã ÿѭӧc thu thұp và tә chӭc trong hӋ quҧn trӏ cѫ sӣ dӳ liӋu. ¾ Phҫn cӭng: là cá máy tính ÿiӋn tӱ, máy vi tính, các thiӃt bӏ mҥng hay các thiӃt bӏ biên tұp dӳ liӋu vào/ra nhѭ máy sӕ hóa, máy vӁ, máy quét… ¾ Phҫn mӅm: là công cө cho phép phân tích dӳ liӋu và hiӇn thӏ thông tin ÿӏa lý, tѭѫng tác vӟi ngѭӡi sӱ dөng thông qua các giao diӋn ÿӗ hӑa (GUI). ¾ Phѭѫng pháp phân tích. Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 27 1.2 HӋ thӕng vӋ tinh ÿӏnh vӏ toàn cҫu GNSS HӋ thӕng vӋ tinh ÿӏnh vӏ toàn cҫu GNSS (Global Navigation Satellite System) là tên dùng chung cho các hӋ thӕng ÿӏnh vӏ toàn cҫu sӱ dөng vӋ tinh ÿӇ ÿӏnh vӏ vӏ trí mӝt ÿiӇm trên mһt ÿҩt. Trên thӃ giӟi hiӋn có 3 hӋ thӕng thuӝc GNSS, ÿó là: GPS (Hoa KǤ), GALILEO (Liên minh châu Âu) và GLONASS (Liên bang Nga). Hình 1.3 HӋ thӕng vӋ tinh ÿӏnh vӏ toàn cҫu GNSS Vào nhӳng thұp niên 60 và 70, Bӝ quӕc phòng Mӻ ÿã ÿҫu tѭ nghiên cӭu và xây dӵng hӋ thӕng ÿӏnh vӏ toàn cҫu GPS (Global Positioning System). VӋ tinh GPS ÿҫu tiên ÿѭӧc phóng vào tháng 2 năm 1978 và tӯ ÿҫu nhӳng năm 1990, GPS bҳt ÿҫu ÿѭӧc sӱ dөng trong dân sӵ. Chính phӫ Mӻ dành riêng mӭc ÿӏnh vӏ chính xác cao nhҩt cho quân ÿӝi, tuy nhiên hӑ cNJng ÿã phát triӇn mã thu thô C/A cho mөc ÿích dân dөng. ĈiӅu này giúp bҩt cӭ ai cNJng có thӇ sӱ dөng GPS ӣ bҩt cӭ ÿâu và bҩt cӭ khi nào. Ӣ Nga, vӟi kӻ thuұt phóng vӋ tinh khá tӕt, Nga cNJng ÿã xây dӵng thành công hӋ thӕng vӋ tinh dүn ÿѭӡng quӻ ÿҥo toàn cҫu, viӃt tҳt GLONASS (Global Orbital Navigation Satellite System) vào năm 1995. Hai hӋ thӕng này ban ÿҫu phөc vө cho mөc ÿích quân sӵ là chính, và hiӋn nay ÿã ÿѭӧc ÿѭa vào sӱ dөng cho các mөc ÿích dân sӵ. Liên hiӋp Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 28 Âu Châu cNJng ÿã khӣi công cho dӵ án hӋ thӕng vӋ tinh dүn ÿѭӡng toàn cҫu vӟi tên gӑi GALILEO (ÿһt tên cӫa nhà thiên văn hӑc và vұt lý hӑc vƭ ÿҥi Galileo Galilei). HӋ thӕng GALILEO dӵ kiӃn ÿѭa vào sӱ dөng trong khoҧng năm 2009-2010. Trong tѭѫng lai ba hӋ thӕng GPS , GLONASS và GALILEO sӁ ÿѭӧc tiӃp tөc cӫng cӕ hoàn thiӋn và tích hӧp cho ÿӝ chính xác cao. Chúng ta thҩy ngày càng nhiӅu ӭng dөng GPS/GNSS trong ÿӡi sӕng hàng ngày. Các máy ÿiӋn thoҥi cҫm tay GPS ÿã ÿѭӧc tung ra trong thӏ trѭӡng tӯ năm 2002 và ngày càng nhiӅu máy dүn ÿѭӡng vӋ tinh cho xe ô tô (tích hӧp xác ÿӏnh vӏ trí và bҧn ÿӗ ÿiӋn tӱ cho các thành phӕ) ÿang ngày càng nhiӅu trên thӏ trѭӡng. Ӭng dөng cӫaGPS/GNSS không chӍ dӯng lҥi cho mөc ÿích quân sӵ mà còn cho các mөc ÿích dân sӵ nhѭ dүn tàu thӫy, dүn máy bay, vNJ trө, dүn các phѭѫng tiӋn giao thông trên mһt ÿҩt, xây dӵng, ÿһc biӋt lҳp ÿһt các thiӃt bӏ trên biӇn phөc vө ngành khai thác dҫu khí và thӫy hҧi sҧi, cҧm biӃn tӯ xa... mang lҥi hiӋu quҧ thiӃt thӵc. Trong phҥm vi ÿӅ tài, thiӃt kӃ cӫa ÿӗ án sӱ dөng công nghӋ ÿӏnh vӏ GPS. Sau ÿây ta xét kӻ hѫn vӅ hӋ thӕng này. HӋ thӕng GPS bao gӗm ba thành phҫn chính: ¾ Phân hӋ Không gian. ¾ Phân hӋ Ngѭӡi sӱ dөng. ¾ Phân hӋ ĈiӅu khiӇn. Hình 1.4 Các thành phҫn cӫa GPS Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 29 1.2.1 Phân hӋ không gian Phân hӋ không gian bao gӗm 24 quҧ vӋ tinh hoҥt ÿӝng trên sáu quӻ ÿҥo tròn cao 20200 km so vӟi mһt ÿҩt vӟi góc nghiêng là 55°, chu kì 12 giӡ (11 giӡ 58 phút). Các vӋ tinh ÿѭӧc bӕ trí trên quӻ ÿҥo sao cho ӣ bҩt cӭ thӡi ÿiӇm nào cNJng có ít nhҩt bӕn ÿӃn mѭӡi vӋ tinh có thӇ ÿѭӧc nhìn thҩy bӣi ngѭӡi sӱ dөng ӣ bҩt cӭ ÿâu trên thӃ giӟi, nӃu xét góc ngҭng là 100. Hình 1.5 Phân hӋ không gian Mӛi vӋ tinh có tӟi bӕn ÿӗng hӗ nguyên tӱ cӵc kì chính xác (chuҭn Rubidi và Xesi) và mӝt vi xӱ lý ÿӇ tӵ ÿiӅu khiӇn và xӱ lý data trong giӟi hҥn. Các vӋ tinh ÿѭӧc trang bӏ nhiӅu tên lӱa nhӓ phөc vө cho viӋc duy trì hay thay ÿәi quӻ ÿҥo cӫa chúng. 1.2.2 Phân hӋ Ngѭӡi sӱ dөng Phân hӋ ngѭӡi sӱ dөng bao gӗm tҩt cҧ các máy thu GPS trên mһt ÿҩt cho phép ngѭӡi dùng nhұn tín hiӋu phát quҧng bá tӯ vӋ tinh và tính toán thӡi gian, vұn tӕc, tӑa ÿӝ cӫa hӑ mӝt cách chính xác. Máy thu cӫa ngѭӡi dùng ÿo thӡi gian trӉ ÿӇ tín hiӋu ÿi tӟi máy thu; ÿây là cách ÿo trӵc tiӃp khoҧng cách biӇu kiӃn tӟi vӋ tinh. Các kӃt quҧ ÿo thu thұp ÿӗng thӡi tӯ bӕn vӋ tinh ÿѭӧc xӱ lý ÿӇ tính toán tӑa ÿӝ, vұn tӕc và thӡi gian. GPS cung cҩp hai cҩp dӏch vө là Dӏch vө Ĉӏnh vӏ tiêu chuҭn (SPS) và Dӏch vө Ĉӏnh vӏ chính xác (PPS). Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 30 Hình 1.6 Phân hӋ ngѭӡi sӱ dөng PPS là dӏch vө ÿӏnh vӏ, ÿo vұn tӕc và ÿӏnh thӡi chính xác ÿӝc lұp. Nó sӱ dөng mӝt trong các mã GPS ÿѭӧc truyӅn dүn, gӑi là mã P(Y), chӍ nhӳng ngѭӡi sӱ dөng ÿѭӧc phép mӟi truy cұp ÿѭӧc mã này. Nhӳng ngѭӡi dùng này bao gӗm các lӵc lѭӧng quân sӵ Mӻ. Ĉӝ chính xác ÿӏnh vӏ cӫa PPS là 16m theo phѭѫng ngang và 23m theo phѭѫng thҷng ÿӭng (vӟi xác suҩt 95%). SPS có ÿӝ chính xác thҩp hѫn PPS. Nó sӱ dөng mã GPS thӭ hai, gӑi là mã C/A, mã này ÿѭӧc sӱ dөng bӣi tҩt cҧ ngѭӡi dùng, kӇ cҧ ngѭӡi dùng ÿѭӧc phép và không ÿѭӧc phép. Ban ÿҫu, SPS cung cҩp ÿӝ chính xác khoҧng 100m theo phѭѫng ngang và 156m theo phѭѫng thҷng ÿӭng (xác suҩt 95%). Ĉӝ chính xác này là do ҧnh hѭӣng cӫa khҧ năng chӑn lӑc. Vӟi quyӃt ÿӏnh gҫn ÿây cӫa tәng thӕng Mӻ vӅ viӋc chҩm dӭt SA, ÿӝ chính xác cӫa SPS hiӋn nay có thӇ so sánh ÿѭӧc vӟi PPS. 1.2.3 Phân hӋ ĈiӅu khiӇn Phân hӋ ÿiӅu khiӇn gӗm mӝt trҥm ÿiӅu khiӇn chӫ ӣ Colorado Springs, Colorado cùng năm trҥm giám sát (ӣ Colorado Springs, ÿҧo Ascension, ÿҧo Diego Garcia, Hawaii và ÿҧo Kwajalein) và ba anten mһt ÿҩt ÿһt rҧi rác trên thӃ giӟi. Ba trҥm ӣ Ascension, Diego Garcia và Kwajalein dùng ÿӇ triӇn khai tuyӃn lên, truyӅn thông tin tӯ mһt ÿҩt lên vӋ tinh, bao gӗm các dӳ liӋu lӏch thiên văn mӟi, hiӋu chӍnh ÿӗng hӗ và các bҧn tin quҧng bá khác. ChӍ có Bӝ quӕc phòng Mӻ mӟi có trách nhiӋm vӟi phân hӋ ÿiӅu khiӇn; bao gӗm viӋc xây dӵng, triӇn khai, duy trì bҧo dѭӥng và giám sát hoҥt ÿӝng liên tөc cӫa các vӋ tinh GPS. Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 31 Hình 1.7 Phân hӋ ÿiӅu khiӇn Các trҥm giám sát bám sát tҩt cҧ các vӋ tinh GPS trong tҫm nhìn ÿӇ ÿiӅu khiӇn và dӵ ÿoán quӻ ÿҥo cӫa chúng. Trҥm giám sát gӱi thông tin mà hӑ thu thұp ÿѭӧc tӯ mӛi vӋ tinh vӅ trҥm ÿiӅu khiӇn trung tâm MCS. MCS tính toán quӻ ÿҥo vӋ tinh mӝt cách cӵc kǤ chính xác rӗi ÿѭa thông tin vào các bҧn tin dүn ÿѭӡng cұp nhұt cho mӛi vӋ tinh. Thông tin cұp nhұt ÿѭӧc truyӅn tӟi mӛi vӋ tinh thông qua các anten mһt ÿҩt; các anten này ÿӗng thӡi cNJng thu và phát cҧ các tín hiӋu ÿiӅu khiӇn giám sát vӋ tinh. 1.2.4 Cҩu trúc tín hiӋu GPS Mӛi vӋ tinh GPS phát mӝt tín hiӋu radio cao tҫn gӗm hai tҫn sӕ sóng mang ÿѭӧc ÿiӅu chӃ bӣi hai mã sӕ và mӝt bҧn tin dүn ÿѭӡng. Hai tҫn sӕ sóng mang này ÿѭӧc phát ӣ tҫn sӕ 1575.42 MHz (gӑi là sóng mang L1) và 1227.60 MHz (gӑi là sóng mang L2). Theo ÿó, bѭӟc sóng tѭѫng ӭng là 19 cm và 24.4 cm; kӃt quҧ này ÿѭӧc rút ra tӯ quan hӋ giӳa tҫn sӕ sóng mang và vұn tӕc ánh sáng trong không gian. ViӋc sӱ dөng hai tҫn sӕ trên cho phép sӱa mӝt lӛi nghiêm trӑng cӫa GPS là trӉ tҫng ÿiӋn ly. Tҩt cҧ các vӋ tinh GPS ÿӅu phát cùng tҫn sӕ sóng mang L1 và L2. Tuy nhiên, mã ÿiӅu chӃ là khác nhau cho các vӋ tinh, viӋc này làm giҧm thiӇu sӵ can nhiӉu tín hiӋu. Hai mã GPS gӑi là mã thu thô (mã C/A) và mã thu chính xác (mã P). Mӛi mã chӭa mӝt luӗng sӕ nhӏ phân 0 và 1 gӑi là các bít hay các chip. Các mã này ÿѭӧc gӑi chung là mã PRN vì chúng giӕng nhѭ tín hiӋu ngүu nhiên. Nhѭng thӵc tӃ, các mã này Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 32 ÿѭӧc phát nhӡ sӱ dөng mӝt thuұt toán. Mã C/A chӍ ÿѭӧc ÿiӅu chӃ vào sóng mang L1, trong khi ÿó, mã P ÿѭӧc ÿiӅu chӃ vào cҧ sóng mang L1 và L2. Sӵ ÿiӅu chӃ này gӑi là ÿiӅu chӃ lѭӥng pha, do pha cӫa sóng mang ÿѭӧc dӏch ÿi 180o khi giá trӏ cӫa mã thay ÿәi tӯ 0 ÿӃn 1 hoһc tӯ 1 ÿӃn 0 . Mã C/A là mӝt luӗng 1023 sӕ nhӏ phân (1023 sӕ 1 và 0) tӵ lһp lҥi mӛi giây. ĈiӅu này có nghƭa là tӕc ÿӝ chip cӫa mã C/A là 1023 Mb/s. Nói cách khác, khoҧng thӡi gian cӫa mӛi bít xҩp xӍ 1ms, tѭѫng ÿѭѫng vӟi quãng ÿѭӡng 300m. Mӛi vӋ tinh ÿѭӧc gán cho mӝt mã C/A duy nhҩt, mã này cho phép máy thu GPS nhұn dҥng vӋ tinh nào ÿang truyӅn mӝt mã cө thӇ. Khoҧng cách ÿo ÿѭӧc bҵng mã C/A kém chính xác hѫn so vӟi mã P. Tuy nhiên, mã C/A ít phӭc tҥp hѫn và ÿѭӧc sӱ dөng cho mӑi ngѭӡi dùng. Mã P là mӝt chuӛi nhӏ phân rҩt dài, ÿѭӧc lһp lҥi sau 266 ngày .Nó cNJng nhanh hѫn mã C/A 10 lҫn (tӕc ÿӝ bít cӫa nó là 10.23 Mb/s). Nhân thӡi gian vӟi sӕ lҫn lһp lҥi, 266 ngày nhân tӕc ÿӝ bit 10.23 Mb/s ÿѭӧc luӗng mã P dài khoҧng 2.35x1014 chip! Mã dài 266 ngày ÿѭӧc chia thành 38 ÿoҥn, mӛi ÿoҥn dài 1 tuҫn. Trong ÿó, có 32 ÿoҥn ÿѭӧc gán cho các vӋ tinh khác nhau. Mӛi vӋ tinh truyӅn mӝt ÿoҥn mӝt tuҫn duy nhҩt cӫa mã P, ÿoҥn này ÿѭӧc khӣi tҥo vào 0 giӡ ngày chӫ nhұt hàng tuҫn. Sáu ÿoҥn còn lҥi ÿӇ dӵ trӳ cho các mөc ÿích khác. Nhѭ vұy, mӛi vӋ tinh GPS thѭӡng ÿѭӧc xác ÿӏnh bӣi mӝt ÿoҥn 1 tuҫn duy nhҩt cӫa mã P. Ví dө, mӝt vӋ tinh GPS vӟi sӕ nhұn dҥng là PRN 20 tӭc là vӋ tinh này ÿѭӧc gán ÿoҥn cӫa tuҫn thӭ 20 cӫa mã PRN P. Mã P ban ÿҫu ÿѭӧc thiӃt kӃ chӫ yӃu cho mөc ÿích quân sӵ là chính. Sau ÿó, nó ÿѭӧc sӱ dөng cho tҩt cҧ ngѭӡi dùng vào ngày 31/1/1994. Vào thӡi ÿiӇm ÿó, mã P ÿѭӧc mұt mã hóa bҵng cách thêm vào nó mӝt mã W không xác ÿӏnh. Mã ÿã ÿѭӧc mұt mã hóa gӑi là mã Y, mã này có tӕc ÿӝ chip bҵng vӟi mã P. ViӋc mұt mã hóa này gӑi là viӋc chӕng làm giҧ (AS). Bҧn tin dүn ÿѭӡng GPS là mӝt luӗng dӳ liӋu ÿѭӧc thêm vào cҧ sóng mang L1 và L2 khi ÿiӅu chӃ lѭӥng pha nhӏ phân ӣ tӕc ÿӝ thҩp 50 kbps. Nó chӭa 25 khung, mӛi khung 1500 bít, tәng sӕ có 37500 bít. Nghƭa là ÿӇ truyӅn dүn bҧn tin dүn ÿѭӡng hoàn hӍnh phҧi mҩt 750 giây, hay 12.5 phút. Bҧn tin dүn ÿѭӡng cùng vӟi các thông tin khác chӭa tӑa ÿӝ cӫa vӋ tinh GPS theo thӡi gian, tình trҥng vӋ tinh, tín hiӋu hiӋu chӍnh ÿӗng Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 33 hӗ, niên lӏch vӋ tinh và dӳ liӋu khí quyӇn. Mӛi vӋ tinh truyӅn mӝt bҧn tin dүn ÿѭӡng cӫa riêng nó vӟi các vӋ tinh khác, nhѭ vӏ trí gҫn ÿúng và tình trҥng hoҥt ÿӝng. 1.2.5 Các hӋ thӡi gian Thӡi gian ÿóng vai trò rҩt quan trӑng trong ÿӏnh vӏ bҵng GPS. Tín hiӋu GPS ÿѭӧc ÿiӅu khiӇn bӣi các thiӃt bӏ ÿӏnh thӡi chính xác, ÿó là các ÿӗng hӗ nguyên tӱ trên vӋ tinh. ViӋc ÿo khoҧng cách tӯ máy thu ÿӃn vӋ tinh dӵa trên ÿӗng hӗ cӫa cҧ máy thu lүn vӋ tinh. GPS cNJng là mӝt hӋ ÿӏnh thӡi, nó có thӇ ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ ÿӗng bӝ hóa thӡi gian. Mӝt sӕ hӋ thӡi gian ÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi cho các mөc ÿích khác nhau. Trong ÿó, hӋ thӡi gian tӑa ÿӝ (Coordinated Universal Time - UTC) và thӡi gian GPS là quan trӑng nhҩt ÿӕi vӟi ngѭӡi sӱ dөng GPS. UTC là hӋ thӡi gian nguyên tӱ dӵa trên thӡi gian nguyên tӱ quӕc tӃ (International Atomic Time - IAT). IAT là mӝt hӋ thӡi gian duy nhҩt ÿѭӧc tính toán dӵa trên thang thӡi gian ÿӝc lұp cӫa các ÿӗng hӗ nguyên tӱ ÿһt ӣ các phòng thí nghiӋm trên toàn thӃ giӟi. Tuy nhiên, ÿӇ ÿo vӁ và dүn ÿѭӡng ngѭӡi ta mong muӕn mӝt hӋ thӡi gian có mӕi liên hӋ vӟi vòng quay cӫa trái ÿҩt chӭ không phҧi là thӡi gian nguyên tӱ. ViӋc này ÿҥt ÿѭӧc nhӡ thӍnh thoҧng ÿiӅu chӍnh thӡi gian UTC bҵng cách tăng lên 1 giây, gӑi là các giây nhҧy, ÿӇ giӳ nó nҵm trong 0.9 giây cӫa mӝt thang thӡi gian khác gӑi là thӡi gian vNJ trө 1 (UT1) ,vӟi UT1 là thӡi gian vNJ trө dùng ÿӇ ÿo vòng quay cӫa trái ÿҩt. Các giây nhҧy ÿѭӧc thӵc hiӋn ÿӏnh kǤ, vào ngày 30 tháng 6 hoһc ngày 31 tháng 12. Tháng 7 năm 2001, giây nhҧy sau cùng ÿѭӧc thӵc hiӋn vào ngày 1/1/1999 làm cho IAT và UTC sai khác nhau 32 giây (IAT nhanh hѫn UTC). Thӡi gian GPS là thang thӡi gian dùng ÿӇ tham chiӃu tín hiӋu GPS. Nó ÿѭӧc tính toán dӵa trên thang thӡi gian tҥo ra bӣi các ÿӗng hӗ nguyên tӱ trên các trҥm giám sát và trên vӋ tinh GPS. Không có giây nhҧy trong thӡi gian GPS, ÿiӅu ÿó có nghƭa là thӡi gian GPS là thang thӡi gian liên tөc. Thӡi gian GPS ÿѭӧc ÿһt ngang bҵng vӟi thӡi gian UTC vào ngày 6/1/1980. Tuy nhiên, do các giây nhҧy trong thang thӡi gian UTC, thӡi gian GPS ÿã nhanh hѫn UTC 13 giây vào ngày 1/1/1999. Sӵ khác biӋt giӳa thӡi gian GPS và UTC ÿѭӧc cho trong bҧn tin dүn ÿѭӡng GPS. ĈiӅu này cho thҩy rҵng, ÿӗng hӗ Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 34 cӫa cҧ vӋ tinh và máy thu ÿӅu lӋch so vӟi thӡi gian GPS, gây ra lӛi ÿӗng hӗ ӣ vӋ tinh và máy thu. 1.2.6 Các nguӗn gây lӛi và sai lӋch vӏ trí trong GPS Ĉo khoҧng cách giҧ và pha sóng mang bӏ ҧnh hѭӣng bӣi nhiӅu loҥi nhiӉu ngүu nhiên và sai lӋch (lӛi hӋ thӕng). Nhӳng lӛi này có thӇ ÿѭӧc phân loҥi thành lӛi bҳt nguӗn tӯ vӋ tinh, lӛi bҳt nguӗn tӯ máy thu, lӛi do truyӅn sóng (khúc xҥ tҫng khí quyӇn). Hình 2.8 cho thҩy các lӛi và sai lӋch. Hình 1.8 Nguӗn gây lӛi và sai lӋch vӏ trí GPS Các lӛi bҳt nguӗn tӯ vӋ tinh bao gӗm lӏch thiên văn, hay lӛi quӻ ÿҥo, lӛi ÿӗng hӗ vӋ tinh và ҧnh hѭӣng cӫa khҧ năng chӑn lӑc. Lӛi chӑn lӑc ÿѭӧc thӵc hiӋn do chӫ ý cӫa bӝ quӕc phòng Mӻ ÿӇ làm giҧm ÿӝ chính xác GPS ÿӝc lұp vì lý do an ninh. Tuy nhiên, viӋc này ÿã chҩm dӭt vào ngày 1/5/2000. Lӛi bҳt nguӗn tӯ máy thu bao gӗm lӛi ÿӗng hӗ máy thu, lӛi ÿa ÿѭӡng, nhiӉu máy thu và sӵ biӃn thiên tâm pha cӫa anten. Lӛi truyӅn tín hiӋu bao gӗm trӉ cӫa tín hiӋu GPS khi nó truyӅn qua tҫng ÿiӋn ly và tҫng ÿӕi lѭu cӫa bҫu khí quyӇn. Trên thӵc tӃ, chӍ trong môi trѭӡng chân không (không gian tӵ do) tín hiӋu GPS mӟi truyӅn vӟi tӕc ÿӝ ánh sáng. Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 35 Cӝng vӟi ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu, vӏ trí GPS tính toán ÿѭӧc còn bӏ ҧnh hѭӣng bӣi vӏ trí hình hӑc cӫa các vӋ tinh GPS ÿѭӧc quan sát bӣi máy thu. Các vӋ tinh càng tӓa rӝng trên bҫu trӡi thì ÿӝ chính xác ÿҥt ÿѭӧc càng cao. Mӝt sӕ lӛi và sai lӋch có thӇ ÿѭӧc giӟi hҥn hoһc giҧm bӟt thông qua sӵ kӃt hӧp các quan sát GPS mӝt cách thích hӧp. Ví dө, kӃt hӧp quan sát L1 và L2 vӟi ÿӝ chính xác cao có thӇ loҥi bӓ ҧnh hѭӣng cӫa tҫng ÿiӋn ly. 1.2.6.1 L͟i l͓ch thiên văn Vӏ trí vӋ tinh là hàm cӫa thӡi gian, vӏ trí này chӭa trong bҧn tin dүn ÿѭӡng quҧng bá cӫa vӋ tinh, ÿѭӧc dӵ ÿoán tӯ các quan sát GPS trѭӟc ÿó tҥi các trҥm ÿiӅu khiӇn mһt ÿҩt. ViӋc mô hình hóa các lӵc tác ÿӝng vào vӋ tinh thѭӡng sӁ không chính xác hoàn toàn, ÿiӅu này gây nên các lӛi dӵ ÿoán vӏ trí cӫa vӋ tinh, gӑi là lӛi lӏch thiên văn. Bình thѭӡng, lӛi lӏch thiên văn thѭӡng nҵm trong khoҧng tӯ 2m ÿӃn 5m, và có thӇ lên ÿӃn 50m khi sӱ dөng khҧ năng chӑn lӑc. Lӛi khoҧng cách do sӵ kӃt hӧp cӫa lӛi lӏch thiên văn và lӛi ÿӗng hӗ vӋ tinh nҵm ӣ mӭc 2.3m. Mӝt lӛi lӏch thiên văn cho mӝt vӋ tinh cө thӇ nào ÿó ÿѭӧc nhұn biӃt bӣi tҩt cҧ ngѭӡi dùng trên thӃ giӟi. Tuy nhiên, nhӳng ngѭӡi dùng khác nhau quan sát cùng mӝt vӋ tinh ӣ nhӳng góc khác nhau, do ÿó khoҧng và vӏ trí ÿo ÿѭӧc chӏu nhӳng ҧnh hѭӣng khác nhau cӫa lӛi lӏch thiên văn. ĈiӅu này có nghƭa là viӋc kӃt hӧp ÿo ÿҥc cӫa hai máy thu ÿӗng thӡi cùng bám mӝt vӋ tinh không thӇ loҥi bӓ hoàn toàn lӛi lӏch thiên văn. Nhѭng vӟi nhӳng ngѭӡi sӱ dөng gҫn nhau có thӇ nhұn biӃt ÿѭӧc hҫu hӃt lӛi khoҧng cách do lӛi lӏch thiên văn bҵng cách lҩy sai khác cӫa các kӃt quҧ quan sát này. Trong ÿӏnh vӏ tѭѫng ÿӕi, ngѭӡi ta sӱ dөng quy tҳc ngón tay cái ÿӇ ÿánh giá thô ҧnh hѭӣng cӫa lӛi lӏch thiên văn ÿӕi vӟi ÿӝ phân giҧi ÿѭӡng ranh giӟi: lӛi ÿѭӡng ranh giӟi / ÿӝ dài ÿѭӡng ranh giӟi = lӛi vӏ trí vӋ tinh / phҥm vi vӋ tinh. ĈiӅu này có nghƭa là nӃu lӛi vӏ trí vӋ tinh là 5m và chiӅu dài ÿѭӡng ranh giӟi là 10 km, thì lӛi ÿѭӡng ranh giӟi do lӛi lӏch thiên văn xҩp xӍ khoҧng 2.5mm. 1.2.6.2 Kh̫ năng ch͕n l͕c GPS ban ÿҫu ÿѭӧc thiӃt kӃ ÿӇ ÿӏnh vӏ ÿӝc lұp thӡi gian thӵc và dүn ÿѭӡng bҵng máy thu mã C/A dùng cho dân sӵ vӟi ÿӝ chính xác thҩp hѫn máy thu mã P dùng cho Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 36 quân sӵ. Nhѭng thұt ÿáng ngҥc nhiên là ÿӝ chính xác cӫa cҧ hai loҥi máy thu trên gҫn nhѭ là giӕng nhau. ĈӇ ÿҧm bҧo an ninh quӕc gia, bӝ quӕc phòng Mӻ ÿã thӵc hiӋn khҧ năng lӵa chӑn trên các vӋ tinh GPS Block II ÿӇ ngăn chһn ÿӏnh vӏ ÿӝc lұp thӡi gian thӵc ÿӕi vӟi nhӳng ngѭӡi dùng không ÿѭӧc phép. SA chính thӭc hoҥt ÿӝng vào ngày 25/3/1990. SA ÿѭa ra hai loҥi lӛi. Lӛi ÿҫu tiên gӑi là lӛi delta, là kӃt quҧ cӫa viӋc làm biӃn ÿӝng ÿӗng hӗ vӋ tinh, ÿây là lӛi chung cho mӑi ngѭӡi dùng. Lӛi thӭ hai là lӛi epsilon, ÿây là lӛi quӻ ÿҥo biӃn ÿәi chұm ÿѭӧc thêm vào. Khi SA ÿѭӧc bұt lên, các lӛi phѭѫng ngang và phѭѫng thҷng ÿӭng thông thѭӡng có thӇ lên ÿӃn 100m và 156m tѭѫng ӭng, vӟi xác suҩt 95%. Hình 2.9 cho thҩy vӏ trí theo phѭѫng ngang cӫa mӝt trҥm máy thu GPS theo thӡi gian, chӫ yӃu do ҧnh hѭӣng cӫa SA. Giӕng nhѭ lӛi khoҧng cách do lӛi lӏch thiên văn, lӛi khoҧng cách do lӛi epsilon hҫu nhѭ có thӇ nhұn ra giӳa hai ngѭӡi dùng ӣ gҫn nhau. Vì vұy, sӱ dөng GPS vi sai (DGPS) sӁ loҥi bӓ ҧnh hѭӣng cӫa lӛi epsilon. Trên thӵc tӃ, DGPS cung cҩp ÿӝ chính xác cao hѫn máy thu mã P ÿӭng ÿӝc lұp do sӵ loҥi bӓ hoһc giҧm bӟt các lӛi chung, bao gӗm cҧ SA . Hình 1.9 Sӵ thay ÿәi vӏ trí cӫa máy thu GPS ÿӭng yên khi có SA Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 37 Theo nhӳng nghiên cӭu mӣ rӝng, chính phӫ Mӻ ÿã dӯng SA vào ngày 1/5/2000, viӋc này ÿã cҧi thiӋn rҩt nhiӅu ÿӝ chính xác cӫa GPS ÿӝc lұp. Vӟi viӋc dӯng SA, ÿӝ chính xác thông thѭӡng theo phѭѫng ngang và ÿӭng theo thӭ tӵ là 22m và 33m (95% thӡi gian). Hình 2.10 chӍ ra các lӛi GPS sau khi dӯng SA. ViӋc loҥi bӓ SA ÿã mӣ ra mӝt cánh cӱa mӟi cho sӵ phát triӇn nhanh cӫa thì trѭӡng GPS (ví dө dүn ÿѭӡng cho các phѭѫng tiӋn giao thông). Mһc dù loҥi bӓ SA sӁ gây ra ҧnh hѭӣng nhӓ ÿӃn DGPS, nhѭng nó sӁ làm giҧm chi phí cài ÿһt và vұn hành hӋ thӕng DGPS. ĈiӅu này chӫ yӃu do giҧm tӕc ÿӝ truyӅn dүn yêu cҫu. Hình 1.10 Sӵ thay ÿәi vӏ trí cӫa máy thu GPS ÿӭng yên sau khi chҩm dӭt SA 1.2.6.3 L͟i ÿ͛ng h͛ v͏ tinh và máy thu Mӛi vӋ tinh Block II và Block IIA mang bӕn ÿӗng hӗ nguyên tӱ, hai ÿӗng hӗ xezi và hai ÿӗng hӗ rubi. ThӃ hӋ vӋ tinh Block IIR mӟi hѫn chӍ mang các ÿӗng hӗ rubi. Mӝt trong các ÿӗng hӗ này, chӫ yӃu là ÿӗng hӗ xezi ÿӕi vӟi các vӋ tinh Block II và Block IIA, ÿѭӧc chӑn ÿӇ cung cҩp tҫn sӕ và ÿӏnh thӡi ÿӇ phát tín hiӋu GPS. Nhӳng ÿӗng hӗ khác là các ÿӗng hӗ dӵ phòng . Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 38 Mһc dù các ÿӗng hӗ vӋ tinh GPS có ÿӝ chính xác cao, nhѭng chúng không phҧi là hoàn hҧo tuyӋt ÿӕi. Ĉӝ әn ÿӏnh cӫa chúng vào khoҧng 1/1013 ÿӃn 2/1013 trong khoҧng thӡi gian là mӝt ngày. Có nghƭa là sai sӕ cӫa các ÿӗng hӗ vӋ tinh vào khoҧng 8.64 ÿӃn 17.28 ns mӝt ngày. Sai sӕ khoҧng cách tѭѫng ӭng tӯ 2.59 m ÿӃn 5.18 m, kӃt quҧ này có thӇ tính ra dӉ dàng bҵng cách nhân sai sӕ ÿӗng hӗ vӟi vұn tӕc ánh sáng (299729458 m/s). Ĉӗng hӗ xezi có xu hѭӟng hoҥt ÿӝng tӕt hѫn qua thӡi gian dài so vӟi ÿӗng hӗ rubi. Thӵc tӃ, ÿӝ әn ÿӏnh cӫa ÿӗng hӗ xezi qua 10 ngày hoһc lâu hѫn lên ÿӃn vài phҫn 1014. Hoҥt ÿӝng cӫa ÿӗng hӗ vӋ tinh ÿѭӧc giám sát bӣi hӋ thӕng ÿiӅu khiӇn mһt ÿҩt. Lѭӧng dӏch ÿi ÿѭӧc tính toán và truyӅn ÿi theo dҥng ba hӋ sӕ cӫa mӝt ÿa thӭc bұc hai . Sai sӕ ÿӗng hӗ vӋ tinh gây thêm các sai sӕ cho ÿo ÿҥc GPS. Các lӛi này ҧnh hѭӣng chung ÿӃn mӑi ngѭӡi dùng quan sát cùng mӝt vӋ tinh và có thӇ loҥi bӓ bҵng viӋc lҩy sai khác giӳa các máy thu này. Áp dөng viӋc sӱa sai ÿӗng hӗ vӋ tinh trong bҧn tin dүn ÿѭӡng này cNJng có thӇ sӱa chӳa sai sӕ ÿӗng hӗ vӋ tinh. Tuy nhiên, bӓ qua mӝt lӛi vài ns sӁ dүn ÿӃn sai sӕ khoҧng cách khoҧng vài m (sai sӕ 1ns tѭѫng ӭng vӟi sai sӕ khoҧng cách là 30cm). Ngѭӧc lҥi, các máy thu GPS sӱ dөng các ÿӗng hӗ tinh thӇ rҿ tiӅn, ÿӝ chính xác nhӓ hѫn nhiӅu so vӟi các ÿӗng hӗ vӋ tinh. Nhѭ vұy, sai sӕ ÿӗng hӗ máy thu lӟn hѫn sai sӕ ÿӗng hӗ vӋ tinh rҩt nhiӅu. Tuy nhiên, có thӇ loҥi bӓ nó bҵng cách lҩy sai khác giӳa các vӋ tinh hoһc có thӇ coi sai sӕ này nhѭ mӝt tham sӕ chѭa biӃt thêm vào trong quá trình dӵ ÿoán. 1.2.6.4 L͟i ÿa ÿ˱ͥng Phân tұp ÿa ÿѭӡng là mӝt nguӗn lӛi nghiêm trӑng cho cҧ ÿo ÿҥc pha sóng mang và khoҧng cách giҧ. Lӛi ÿa ÿѭӡng xuҩt hiӋn khi tín hiӋu GPS ÿӃn anten máy thu theo nhiӅu ÿѭӡng khác nhau Nhӳng ÿѭӡng này có thӇ là ÿѭӡng tín hiӋu nhìn thҷng và tín hiӋu phҧn xҥ tӯ các vұt thӇ xung quanh anten máy thu (Hình 2.6). Phân tұp ÿa ÿѭӡng làm méo tín hiӋu gӕc qua sӵ giao thoa cӫa tín hiӋu phҧn xҥ ӣ anten GPS. Nó ҧnh hѭӣng ÿӃn cҧ ÿo ÿҥc pha sóng mang và khoҧng cách giҧ; tuy nhiên, ҧnh hѭӣng ÿӕi vӟi ÿo khoҧng cách giҧ lӟn hѫn nhiӅu. Ĉӝ lӟn cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng pha sóng mang có thӇ ÿҥt tӟi giá trӏ lӟn nhҩt là 1/4 chu kǤ (khoҧng 4.8 cm ÿӕi vӟi pha Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 39 sóng mang L1). Khoҧng cách giҧ ÿa ÿѭӡng theo lý thuyӃt có thӇ lên ÿӃn vài chөc mét ÿӕi vӟi ÿo mã C/A. Tuy nhiên, vӟi nhӳng tiӃn bӝ mӟi trong công nghӋ máy thu, khoҧng cách giҧ ÿa ÿѭӡng thӵc tӃ giҧm ÿi rҩt nhiӅu. Ví dө vӅ nhӳng công nghӋ này là bӝ tѭѫng quan Strobe (Ashtech, Inc.) và MEDLL (NovAtel, Inc.). Vӟi nhӳng công nghӋ làm giҧm phân tұp ÿa ÿѭӡng này, lӛi phân tұp ÿa ÿѭӡng cӫa khoҧng cách giҧ có thӇ giҧm xuӕng ÿӃn vài mét, thұm chí trong cҧ môi trѭӡng phҧn xҥ mҥnh. Hình 1.11 Ҧnh hѭӣng cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng Trong cùng mӝt môi trѭӡng, có thӇ ÿánh giá lӛi ÿa ÿѭӡng bҵng cách sӱ dөng tѭѫng quan qua các ngày cӫa phҫn dѭ dӵ ÿoán. Ĉây là do cҩu trúc hình hӑc vӋ tinh – vұt phҧn xҥ - anten lһp lҥi hҵng ngày. Tuy nhiên, lӛi ÿa ÿѭӡng trong các phép ÿo khoҧng cách giҧ nhѭ nhau có thӇ xác ÿӏnh ÿѭӧc nӃu sӱ dөng quan sát hai tҫn sӕ. Ngѭӡi ta vүn chѭa thӇ tìm ra mӝt mô hình ÿa ÿѭӡng tәng quát tӕt, chӫ yӃu là do cҩu trúc hình hӑc vӋ tinh - vұt phҧn xҥ - anten luôn thay ÿәi. Tuy nhiên, có nhiӅu ý tѭӣng ÿӇ giҧm bӟt ҧnh hѭӣng cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng. Phѭѫng án dӉ dàng nhҩt là chӑn vӏ trí quan sát Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 40 không có vұt phҧn xҥ ӣ gҫn anten thu. Mӝt phѭѫng án khác ÿӇ giҧm ҧnh hѭӣng cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng là sӱ dөng mӝt anten có vòng chêm (vòng chêm là mӝt mһt phҷng có nhiӅu vòng kim loҥi ÿӗng tâm làm suy hao tín hiӋu phҧn xҥ). Vì tín hiӋu GPS ÿѭӧc phân cӵc tròn quay phҧi trong khi tín hiӋu phҧn xҥ quay trái, ÿӇ làm giҧm ҧnh hѭӣng cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng cNJng có thӇ sӱ dөng anten vӟi mӝt bӝ phân cӵc phӕi hӧp cho tín hiӋu GPS (quay phҧi). Tuy nhiên, nhѭӧc ÿiӇm cӫa phѭѫng pháp này là tín hiӋu phân tұp ÿa ÿѭӡng cNJng có thӇ trӣ thành phân cӵc quay phҧi nӃu phҧn xҥ hai lҫn. 1.2.6.5 Bi͇n ÿ͝i tâm pha anten Máy thu GPS thu tín hiӋu tӯ vӋ tinh sau ÿó chuyӇn ÿәi năng lѭӧng này thành dòng ÿiӋn, dòng ÿiӋn này ÿѭӧc xӱ lý bӣi máy thu GPS. ĈiӇm mà tҥi ÿó tín hiӋu GPS ÿѭӧc thu vӅ gӑi là tâm pha cӫa anten . Thông thѭӡng, tâm pha không trùng vӟi tâm vұt lý (hình hӑc) cӫa anten. Nó thay ÿәi tùy theo ÿӝ cao và phѭѫng vӏ cӫa vӋ tinh cNJng nhѭ cѭӡng ÿӝ cӫa tín hiӋu. KӃt quҧ là gây thêm sai sӕ khoҧng cách cho phép ÿo. Mӭc ÿӝ cӫa sai sӕ gây ra bӣi tâm tâm pha thay ÿәi tùy theo loҥi anten, thѭӡng là khoҧng vài cm. Tuy nhiên, rҩt khó mô hình sӵ biӃn thiên cӫa tâm pha anten, vì vұy, cҫn phҧi chú ý khi chӑn loҥi anten . Ĉӕi vӟi nhӳng ÿѭӡng ranh giӟi ngҳn vӟi cùng loҥi anten ӣ mӛi ÿҫu, sai sӕ tâm pha có thӇ loҥi bӓ nӃu các anten này cùng ÿӏnh hѭӟng . Pha trӝn các loҥi anten khác nhau hay sӱ dөng ÿӏnh hѭӟng khác nhau sӁ không thӇ loҥi bӓ ÿѭӧc sai sӕ này. Do mӭc ÿӝ ҧnh hѭӣng nhӓ, sai sӕ tâm pha anten có thӇ bӓ qua trong hҫu hӃt các ӭng dөng thӵc tӃ. Cҫn chӍ ra rҵng lӛi tâm pha có thӇ khác nhau ÿӕi vӟi các sóng mang L1 và L2. ĈiӅu này ҧnh hѭӣng ÿӃn ÿӝ chính xác cӫa viӋc kӃt hӧp tuyӃn tính tӵ do tҫng ÿiӋn ly, ÿһc biӋt khi quan sát ÿѭӡng ranh giӟi ngҳn. Ĉӕi vӟi nhӳng ÿѭӡng ranh giӟi ngҳn, sai sӕ tѭѫng quan lӟn theo khoҧng cách và ÿӫ loҥi bӓ nhӳng sai khác. Vì vұy, sӱ dөng ÿѫn tҫn có thӇ thích hӧp hѫn ÿӕi vӟi nhӳng ÿѭӡng ranh giӟi trong kiӇu tƭnh. 1.2.6.6 Nhi͍u ÿo l˱ͥng máy thu NhiӉu ÿo lѭӡng máy thu do giӟi hҥn cӫa các linh kiӋn ÿiӋn tӱ trong máy thu gây ra. Mӝt hӋ thӕng GPS tӕt cҫn có mӝt mӭc nhiӉu nhӓ. Thông thѭӡng, mӝt máy thu GPS sӁ tӵ kiӇm tra khi ngѭӡi sӱ dөng bұt máy. Tuy nhiên, ÿӕi vӟi nhӳng hӋ thӕng GPS Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 41 chính xác giá thành cao, viӋc ÿánh giá hӋ thӕng có thӇ rҩt quan trӑng cho ngѭӡi sӱ dөng. Có hai loҥi kiӇm tra ÿѭӧc thӵc hiӋn ÿӇ ÿánh giá máy thu GPS (hӋ thӕng GPS): kiӇm tra ÿѭӡng ranh giӟi 0 và kiӇm tra ÿѭӡng ranh giӟi ngҳn . KiӇm tra ÿѭӡng ranh giӟi 0 ÿѭӧc sӱ dөng ÿӇ ÿánh giá hoҥt ÿӝng cӫa máy thu. KiӇm tra này liên quan ÿӃn viӋc sӱ dөng mӝt anten/ bӝ tiӅn khuӃch ÿҥi nӕi vӟi mӝt bӝ chia ÿӇ cung cҩp tín hiӋu cho hai hay nhiӅu máy thu GPS. NhiӅu vҩn ÿӅ cӫa máy thu nhѭ sai lӋch liên kênh và trѭӧt chu kǤ có thӇ phát hiӋn qua cách kiӇm tra này. Khi sӱ dөng mӝt anten, ÿӝ phân giҧi ÿѭӡng ranh giӟi bҵng 0. Nói cách khác, các giá trӏ khác 0 ÿѭӧc gán cho nhiӉu máy thu. Mһc dù kiӇm tra ÿѭӡng ranh giӟi 0 cung cҩp các thông tin hӳu ích cho máy thu, nhѭng nó không cung cҩp thông tin vӅ nhiӉu anten/bӝ tiӅn khuӃch ÿҥi. Ҧnh hѭӣng cӫa nhiӉu máy thu ÿӃn sai sӕ khoҧng cách phө thuӝc vào chҩt lѭӧng cӫa máy thu GPS. Giá trӏ trung bình cӫa sai sӕ khoҧng cách gây ra bӣi nhiӉu máy thu vào khoҧng 0.6 m. ĈӇ ÿánh giá chính xác hiӋu suҩt cӫa hӋ thӕng GPS, cҫn phҧi tính toán cҧ thành phҫn nhiӉu cӫa anten/ bӝ tiӅn khuӃch ÿҥi . ViӋc này có thӇ thӵc hiӋn bҵng cách sӱ dөng các ÿѭӡng ranh giӟi ngҳn ӣ khoҧng cách vài mét, quan sát hai ngày liên tөc. Trong trѭӡng hӧp này, hai lҫn phҫn dѭ sai khác cӫa mӝt ngày sӁ chӭa nhiӉu hӋ thӕng và ҧnh hѭӣng cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng. Nhӳng sai sӕ khác có thӇ bӓ qua. Vì dҩu hiӋu cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng lһp lҥi hҵng ngày nên lҩy hiӋu hai lҫn phҫn dѭ sai khác giӳa hai ngày liên tiӃp sӁ loҥi bӓ ÿѭӧc ҧnh hѭӣng cӫa phân tұp ÿa ÿѭӡng và chӍ còn lҥi nhiӉu cӫa hӋ thӕng. 1.2.6.7 Tr͍ t̯ng ÿi͏n ly Ӣ tҫng cao nhҩt cӫa khí quyӇn, bӭc xҥ tia cӵ tím và tia X tӯ mһt trӡi tѭѫng tác vӟi các phân tӱ và nguyên tӱ khí. Sӵ tѭѫng tác này gây ra quá trình ion hóa không khí: mӝt lѭӧng lӟn electron mang ÿiӋn âm và các nguyên tӱ, phân tӱ mang ÿiӋn dѭѫng. Vùng không khí chӭa các khí ÿã bӏ ion gӑi là tҫng ÿiӋn ly. Tҫng ÿiӋn ly ӣ ÿӝ cao tӯ 50 km ÿӃn khoҧng 1000 km hoһc hѫn nӳa. Thӵc tӃ, giӟi hҥn trên cӫa tҫng ÿiӋn ly không ÿѭӧc ÿӏnh nghƭa rõ ràng . Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 42 Mұt ÿӝ electron trong tҫng ÿiӋn ly không phҧi là hҵng sӕ; nó thay ÿәi theo ÿӝ cao. Nhѭ vұy, tҫng ÿiӋn ly ÿѭӧc chia thành nhiӅu tҫng con, tùy theo mұt ÿӝ electron. Nhӳng tҫng này có tên là tҫng D (50-90 km), E (90-140 km), F1 (140-210km), và F2 (210 – 1000 km), trong ÿó tҫng con F2 là tҫng có mұt ÿӝ electron cao nhҩt. Ĉӝ cao và chiӅu dày cӫa các tҫng này thay ÿәi theo thӡi gian, do sӵ thay ÿәi cӫa bӭc xҥ mһt trӡi và tӯ trѭӡng trái ÿҩt. Ví dө, tҫng F1 biӃn mҩt vào buәi tӕi và tӗn tҥi lâu hѫn vào mùa hè so vӟi mùa ÿông . Tҫng ÿiӋn ly là mӝt môi trѭӡng phân tán, nó làm cong tín hiӋu vô tuyӃn GPS và thay ÿәi vұn tӕc cӫa tín hiӋu khi nó truyӅn qua các tҫng ÿiӋn ly khác nhau ÿӇ ÿӃn máy thu GPS. Uӕn cong ÿѭӡng ÿi cӫa tín hiӋu GPS gây ra sai sӕ có thӇ bӓ qua, ÿһc biӋt nӃu góc ngҭng cӫa vӋ tinh lӟn hѫn 50. Sӵ thay ÿәi vұn tӕc truyӅn tín hiӋu gây nên các sai sӕ nghiêm trӑng, và vì vұy cҫn phҧi ÿѭӧc tính toán ÿҫy ÿӫ. Tҫng ÿiӋn ly làm tӕc ÿӝ cӫa pha sóng mang vѭӧt quá tӕc ÿӝ cӫa ánh sáng, trong khi ÿó nó làm chұm mã PRN (và bҧn tin dүn ÿѭӡng) mӝt lѭӧng tѭѫng tӵ. Do ÿó, khoҧng cách tӯ máy thu ÿӃn vӋ tinh sӁ quá ngҳn so vӟi khoҧng cách thӵc nӃu ÿo bҵng pha sóng mang và quá dài nӃu ÿo bҵng mã. TrӉ tҫng ÿiӋn ly tӹ lӋ vӟi sӕ ÿiӋn tӱ tӵ do trên ÿѭӡng truyӅn GPS, sӕ ÿiӋn tӱ này gӑi là lѭӧng electron tәng (TEC). TEC phө thuӝc vào mӝt sӕ yӃu tӕ: (1) thӡi gian trong ngày (mұt ÿӝ electron ÿҥt cӵc ÿҥi vào ÿҫu buәi chiӅu và nhӓ nhҩt vào nӱa ÿêm giӡ ÿӏa phѭѫng); (2) thӡi gian trong năm ( mұt ÿӝ electron vào mùa hè cao hѫn vào mùa ÿông); (3) chu kǤ 11 năm cӫa mһt trӡi (mұt ÿӝ electron ÿҥt cӵc ÿҥi sau khoҧng 11 năm, cӵc ÿҥi này chính là cӵc ÿҥi nóng sáng cӫa mһt trӡi gӑi là cӵc ÿҥi chu kǤ mһt trӡi – năm 2001 là cӵc ÿҥi cӫa chu kǤ mһt trӡi thӭ 23); và (4) là vӏ trí ÿӏa lý (mұt ÿӝ electron nhӓ nhҩt ӣ vùng vƭ ÿӝ trung bình và không ÿӗng ÿӅu ӣ các vùng cӵc, và vùng xích ÿҥo). Vì tҫng ÿiӋn ly là mӝt môi trѭӡng phân tán, nó gây ra trӉ phө thuӝc vào tҫn sӕ. Tҫn sӕ càng thҩp thì trӉ càng lӟn: trӉ tҫng ÿiӋn ly cӫa L2 lӟn hѫn L1. Thông thѭӡng, trӉ tҫng ÿiӋn ly khoҧng tӯ 5m ÿӃn 15m, nhѭng có thӇ vѭӧt quá 150m vào nhӳng lúc hoҥt ÿӝng mҥnh cӫa mһt trӡi, giӳa trѭa, và gҫn ÿѭӡng chân trӡi. Nhѭ vұy, mұt ÿӝ electron trong tҫng ÿiӋn ly thay ÿәi theo thӡi gian và vӏ trí. Tuy nhiên, chúng có tѭѫng quan lӟn ӣ khoҧng cách gҫn, và vì vұy lҩy hiӋu cӫa kӃt quҧ quan Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 43 sát giӳa nhӳng ngѭӡi dùng ӣ khoҧng cách nhӓ có thӇ loҥi bӓ ÿѭӧc phҫn lӟn trӉ tҫng ÿiӋn ly. Nҳm bҳt ÿѭӧc nhӳng ÿһc ÿiӇm bҧn chҩt phân tán cӫa tҫng ÿiӋn ly, trӉ tҫng ÿiӋn ly có thӇ xác ÿӏnh vӟi ÿӝ chính xác cao bҵng cách kӃt hӧp các phép ÿo khoҧng cách giҧ mã P trên cҧ L1 và L2. Tuy nhiên, mã P chӍ ÿѭӧc truy cұp bӣi nhӳng ngѭӡi sӱ dөng ÿѭӧc phép. Vӟi sӵ có mһt cӫa mã C/A thӭ hai trên L2 trong chѭѫng trình hiӋn ÿҥi hóa, giӟi hҥn này sӁ ÿѭӧc loҥi bӓ. Các phép ÿo pha sóng mang L1 và L2 có thӇ kӃt hӧp theo mӝt kiӇu chung ÿӇ xác ÿӏnh sӵ thay ÿәi cӫa trӉ tҫng ÿiӋn ly. Nhӳng ngѭӡi sӱ dөng máy thu hai tҫn sӕ có thӇ kӃt hӧp phép ÿo pha sóng mang L1 và L2 ÿӇ tҥo ra sӵ kӃt hӧp tuyӃn tính tҫng ÿiӋn ly tӵ do ÿӇ loҥi bӓ trӉ tҫng ÿiӋn ly. Tuy nhiên, nhѭӧc ÿiӇm cӫa phѭѫng pháp kӃt hӧp tuyӃn tính tҫng ÿiӋn ly tӵ do là: nhiӉu quan sát tѭѫng ÿӕi cao, và nó không giӳ cho các tham sӕ chѭa xác ÿӏnh ӣ giá trӏ nguyên. Do vұy ngѭӡi ta khuyӃn cáo không nên sӱ dөng phѭѫng pháp kӃt hӧp tuyӃn tính tҫng ÿiӋn ly tӵ do cho các ÿѭӡng ranh giӟi ngҳn. Nhӳng ngѭӡi sӱ dөng ÿѫn tҫn không thӇ tұn dөng nhӳng ѭu ÿiӇm cӫa tính chҩt phân tán cӫa tҫng ÿiӋn ly. Tuy nhiên, sӱ dөng mӝt trong các mô hình tҫng ÿiӋn ly thӵc nghiӋm có thӇ sӱa ÿѭӧc ÿӃn 60% trӉ . Mô hình ÿѭӧc sӱ dөng rӝng rãi nhҩt là mô hình Klobuchar, các hӋ sӕ cӫa mô hình này ÿѭӧc truyӅn ÿi trong bҧn tin dүn ÿѭӡng. Mӝt giҧi pháp khác cho nhӳng ngѭӡi sӱ dөng máy thu GPS ÿѫn tҫn là sӱ dөng sӵ sӱa sai cӫa mҥng ÿӏa phѭѫng. Các tín hiӋu sӱa sai có thӇ thu vӅ theo thӡi gian thӵc thông qua các liên kӃt thông tin. 1.2.6.8 Tr͍ t̯ng ÿ͙i l˱u Tҫng ÿӕi lѭu là vùng không khí trung hòa vӅ ÿiӋn tính tӯ bӅ mһt trái ÿҩt lên ÿӃn ÿӝ cao 50 km. Tҫng ÿӕi lѭu là môi trѭӡng không phân tán ÿӕi vӟi các tҫn sӕ vô tuyӃn dѭӟi 15 GHz. Tҫng ÿӕi lѭu gây trӉ nhѭ nhau ÿӕi vӟi các sóng mang GPS và các mã. Khoҧng cách tӯ vӋ tinh ÿӃn máy thu ÿo ÿѭӧc sӁ lӟn hѫn khoҧng cách hình hӑc thӵc tӃ, ÿiӅu ÿó có nghƭa là khoҧng cách ÿo ÿѭӧc giӳa hai máy thu sӁ lӟn hѫn khoҧng cách thӵc tӃ. Không giӕng nhѭ trӉ tҫng ÿiӋn ly, trӉ tҫng ÿӕi lѭu không thӇ loҥi bӓ bҵng cách kӃt hӧp quan sát L1 và L2. ĈiӅu này chӫ yӃu là do trӉ tҫng ÿӕi lѭu không phө thuӝc vào tҫn sӕ. Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 44 TrӉ tҫng ÿӕi lѭu phө thuӝc vào nhiӋt ÿӝ, áp suҩt, và ÿӝ ҭm trên ÿѭӡng truyӅn trong tҫng ÿӕi lѭu. Tín hiӋu tӯ các vӋ tinh có góc ngҭng nhӓ ÿi qua quãng ÿѭӡng dài hѫn trong tҫng ÿӕi lѭu so vӟi các vӋ tinh có góc ngҭng lӟn hѫn. Vì vұy, trӉ tҫng ÿӕi lѭu nhӓ nhҩt khi vӋ tinh ӣ trên ÿӍnh ÿҫu ngѭӡi sӱ dөng và lӟn nhҩt khi vӋ tinh ӣ ÿѭӡng chân trӡi. TrӉ tҫng ÿӕi lѭu gây ra sai sӕ khoҧng 2.3 m ӣ ÿӍnh ÿҫu, khoҧng 9.3 m ӣ góc ngҭng 15°, và khoҧng 20 – 28 m ӣ góc ngҭng 5°. TrӉ tҫng ÿiӋn ly có thӇ chia thành hai phҫn, khô và ѭӟt. Thành phҫn khô xuҩt chiӃm 90% cӫa trӉ và có thӇ phát hiӋn ÿѭӧc vӟi ÿӝ chính xác cao sӱ dөng các mô hình toán hӑc. Thành phҫn ѭӟt cӫa trӉ tҫng ÿiӋn ly phө thuӝc vào lѭӧng hѫi nѭӟc trên ÿѭӡng truyӅn tín hiӋu GPS. Không giӕng nhѭ thành phҫn khô, thành phҫn ѭӟt không dӉ dӵ ÿoán. NhiӅu mô hình toán hӑc sӱ dөng các phép ÿo khí tѭӧng bӅ mһt (áp suҩt khí quyӇn, nhiӋt ÿӝ, áp suҩt hѫi nѭӟc) ÿӇ tính toán thành phҫn ҭm. Tuy nhiên, thành phҫn ҭm ít tѭѫng quan vӟi các dӳ liӋu khí tѭӧng bӅ mһt, làm giӟi hҥn ÿӝ chính xác dӵ ÿoán. Ngѭӡi ta thҩy rҵng viӋc sӱ dөng dӳ liӋu khí tѭӧng mһc ÿӏnh (áp suҩt 1010 mb, nhiӋt ÿӝ 200C, ÿӝ ҭm tѭѫng ÿӕi 50%) cho kӃt quҧ thӓa mãn hҫu hӃt các trѭӡng hӧp. 1.2.6.9 Sai s͙ kho̫ng cách t˱˯ng ÿ˱˯ng Ta thҩy rҵng ÿӝ chính xác ÿӏnh vӏ GPS ÿѭӧc ÿo bҵng cách kӃt hӧp ҧnh hѭӣng cӫa các sai sӕ phép ÿo không ÿѭӧc mô hình và hình hӑc vӋ tinh. Sai sӕ phép ÿo không mô hình rҩt khó ÿo ÿҥc tӯ vӋ tinh này ÿӃn vӋ tinh kia, chӫ yӃu là do các góc nhìn khác nhau. Hѫn nӳa, sai sӕ khoҧng cách ÿӕi vӟi các vӋ tinh khác nhau sӁ có mӝt mӭc ÿӝ giӕng nhau nào ÿó (tѭѫng quan). ĈӇ xác ÿӏnh cһn kӁ ÿӝ chính xác ÿӏnh vӏ GPS mong muӕn, chúng ta có thӇ áp dөng các kӻ thuұt ѭӟc lѭӧng nhѭ phѭѫng pháp bình phѭѫng nhӓ nhҩt. Ѭӟc lѭӧng bình phѭѫng nhӓ nhҩt cӫa vӏ trí ngѭӡi dùng cNJng nhѭ ma trұn hiӋp biӃn cӫa nó. Ma trұn hiӋp biӃn cho ta biӃt cách thӭc xác ÿӏnh vӏ trí ngѭӡi sӱ dөng. Thӵc tӃ, ma trұn hiӋp biӃn phҧn ánh sӵ kӃt hӧp ҧnh hѭӣng cӫa sai sӕ ÿo ÿҥc và hình hӑc vӋ tinh. Mӝt cách ÿѫn giҧn hѫn ÿӇ kiӇm tra ÿӝ chính xác ÿӏnh vӏ có thӇ ÿҥt ÿѭӧc thông qua viӋc ÿѭa vào sai sӕ khoҧng cách tѭѫng ÿѭѫng (UERE). Giҧ sӱ rҵng sai sӕ phép ÿo ÿӕi vӟi tҩt cҧ vӋ tinh ÿӅu ÿѭӧc xác ÿӏnh và ÿӝc lұp vӟi nhau thì UERE có thӇ ÿѭӧc ÿӏnh Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 45 nghƭa là căn bұc hai cӫa tәng các sai sӕ và lӋch vӏ trí nhѭ ÿã ÿѭӧc ÿӅ cұp ӣ các phҫn trѭӟc. Nhân UERE vӟi giá trӏ DOP thích hӧp sӁ ÿѭӧc ÿӝ chính xác ÿӏnh vӏ GPS ӣ mӭc 1-V . ĈӇ ÿҥt ÿѭӧc ÿӝ chính xác ӣ mӭc 2-V , ÿôi khi gӑi là 95% thӡi gian, chúng ta nhân kӃt quҧ này vӟi hӋ sӕ hai. Ví dө, giҧ sӱ UERE = 8m ÿӕi vӟi máy thu GPS ÿӝc lұp, và giá trӏ HDOP = 1.5, thì ÿӝ chính xác vӏ trí 95% = 8 x 1.5 x 2 = 24m. 1.2.7 Khӕi thu GPS Có hai loҥi máy thu GPS chính: máy thu ÿa kênh và máy thu kênh song song. Các thuұt ngӳ này ÿӅ cұp tӟi cách mà mӝt máy thu giám sát và xӱ lý thông tin tӯ vӋ tinh. Các máy thu ÿa kênh thiӃt lұp liên kӃt vӟi mӝt vӋ tinh chӍ trong khoҧng thӡi gian vӯa ÿӫ ÿӇ lҩy mүu dӳ liӋu cӫa nó, và sau ÿó chúng sӁ tìm kiӃm mӝt vӋ tinh khác ÿӇ lҩy mүu và thu dӳ liӋu, tiӃp theo sӁ là vӋ tinh thӭ ba hoһc thұm chí là thӭ tѭ; quá trình này sӁ tӕn ít nhҩt là vài giây. ĈӇ cұp nhұt mӛi giây mӝt lҫn, hҫu hӃt các máy thu ÿa kênh thѭӡng bҳt bҧn tin cұp nhұt tӯ mӝt cһp vӋ tinh và dӵ ÿoán vӏ trí tiӃp theo mӝt cách tӕt nhҩt có thӇ. Các máy thu kênh song song (chҷng hҥn nhѭ ITrax02) hoҥt ÿӝng theo mӝt cách khác. Chúng duy trì viӋc khóa mӝt vài vӋ tinh cùng lúc tҥi mӝt thӡi ÿiӇm, loҥi trӯ ÿi ÿѭӧc sӵ không chính xác khi chuyӇn kênh cӫa máy thu ÿa kênh. Mӝt máy thu kênh song song giӳ tҩt cҧ các thông tin dүn ÿѭӡng mà mӝt ngѭӡi cҫn ӣ mӭc ÿáng tin cұy và cұp nhұt, chính xác nhҩt có thӇ. Các khӕi GPS thѭѫng mҥi hiӋn tҥi sӱ dөng ít nhҩt mӝt máy thu năm kênh song song. Ba trong sӕ các kênh khóa tӟi các vӋ tinh ÿӇ thӵc hiӋn phép ÿҥc tam giác tính tӑa ÿӝ. Vì máy thu thѭѫng mҥi sӱ dөng dao ÿӝng thҥch anh ÿӝ chính xác thҩp, xung ÿӗng hӗ trong máy thu không ÿӫ chính xác nên cҫn tӟi phép ÿo vӋ tinh thӭ tѭ ÿӇ cung cҩp thông tin hiӋu chӍnh ÿӗng hӗ trong máy thu và ÿӗng bӝ vӟi giӡ GPS tӕt hѫn vӟi ÿӝ chính xác dѭӟi 100ns. 1.2.7.1 S˯ l˱ͫc v͉ NMEA 0183 Chuҭn NMEA 0183 dành cho giao diӋn các thiӃt bӏ ÿiӋn tӱ hàng hҧi là mӝt chuҭn công nghiӋp tӵ nguyӋn, ÿѭӧc ÿѭa ra lҫn ÿҫu tiên vào tháng tѭ năm 1983. Chuҭn NMEA 0183 ÿӏnh nghƭa cѫ bҧn các yêu cҫu vӅ tín hiӋu ÿiӋn, giao thӭc truyӅn dӳ liӋu, Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 46 ÿӏnh thӡi và tӕc ÿӝ bus dӳ liӋu nӕi tiӃp. NMEA ÿã trӣ thành giao thӭc chuҭn cho giao diӋn các thiӃt bӏ ÿӏnh vӏ, chҷng hҥn nhѭ máy thu GPS, dӵa trên giao diӋn RS232. Các thiӃt lұp cӫa NMEA cho RS232 nhѭ sau: Tӕc ÿӝ baud 4800 bps Bit dӳ liӋu 8 Stop bit 1 hoһc 2 bit Bit chҹn lҿ không Handshake không 1.2.7.2 Ĉ͓nh d̩ng chung cͯa b̫n tin Theo chuҭn NMEA-0183, tҩt cҧ các bҧn tin và lӋnh ÿӅu bao gӗm các ký tӵ ASCII (tӯ HEX 20 tӟi HEX 7E) cӝng vӟi ký hiӋu CR-LF (xuӕng dòng, lùi vӅ ÿҫu dòng). NMEA ÿѭӧc sӱ dөng theo cách gӱi dӳ liӋu trên mӝt dòng tҥi mӝt thӡi ÿiӇm. Mӝt dòng dӳ liӋu (ÿѭӧc gӑi là Sentences) hoàn toàn ÿӝc lұp vӟi các dòng khác. Có hai loҥi NMEA Sentences : ¾ Standard Sentences dành cho các thiӃt bӏ thông thѭӡng. ¾ Proprietary Sentences dành cho các thiӃt bӏ riêng và các hãng sҧn xuҩt khác nhau. Ĉӕi vӟi các GPS thu, tҩt các các standard sentences ÿӅu có hai tiӅn tӕ xác ÿӏnh là: GP. Các Proprietary sentences sӱ dөng tiӅn tӕ P ӣ ÿҫu và 3 tӯ tiӃp theo dành cho tên viӃt tҳt cӫa hãng cung cҩp. Ví dө: hãng Garmin là: “PGRM”, Magellan là “PMGN”. i Cú pháp bҧn tin Bҧn tin NMEA bao gӗm các trѭӡng sau: $ID,,,,,…* Mӛi bҧn tin bҳt ÿҫu vӟi ký tӵ $ mã ASCII, hai chӳ ID, ba chӳ cái ÿҥi diӋn cho message ID. Các trѭӡng dӳ liӋu ÿѭӧc phân cách bӣi dҩu phҭy, và cuӕi bҧn tin là trѭӡng checksum cùng ký tӵ ÿiӅu khiӇn . Dҩu ‘*’ báo trѭӟc trѭӡng checksum theo sau. NӃu dӳ liӋu cho mӝt trѭӡng không hӧp lӋ thì nó sӁ bӏ bӓ qua nhѭng các dҩu phҭy ÿӇ ngăn cách vүn ÿѭӧc gӱi ÿi, giӳa chúng không có khoҧng trӕng. Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 47 Mӝt câu NMEA có thӇ chӭa tӟi 82 ký tӵ bao gӗm cҧ dҩu $ và CR/LF. Vì mӝt sӕ trѭӡng có ÿӝ rӝng thay dәi hoһc bӏ bӓ trӕng, máy thu sӁ xác ÿӏnh dӳ liӋu mong muӕn bҵng cách ÿӃm sӕ dҩu phҭy, ÿúng hѫn là vӏ trí cӫa ký tӵ trong câu. Trѭӡng tùy chӑn checksum là hai chӳ sӕ hӋ 16 kӃt quҧ cӫa phép OR tҩt cҧ các ký tӵ vӟi nhau, không kӇ dҩu $ và *. Checksum chӍ cҫn thiӃt trong mӝt vài bҧn tin. Mӝt bҧn tin GPS ÿiӇn hình nhѭ sau: $GPGLL,xxmm.dddd,,yyymm.dddd,,hhmmss.dd,S,M*hh Bҧng 1.1 Cҩu trúc bҧn tin NMEA0183 GP Talker ID Máy thu GPS xxmm.dddd Vƭ ÿӝ xx= ÿӝ mm= phút dddd= phҫn thұp phân cӫa phút Bҳc hoһc Nam yyymm.dddd Kinh ÿӝ yyy= ÿӝ mm= phút dddd= phҫn thұp phân cӫa phút Ĉông hoһc Tây hhmmss.dd Giӡ UTC hh= giӡ mm= phút ss= giây dd= phҫn thұp phân cӫa giây S ChӍ thӏ trҥng thái A= hӧp lӋ V= không hӧp lӋ M ChӍ thӏ chӃ ÿӝ A= tӵ ÿӝng N= dӳ liӋu không hӧp lӋ i Cú pháp lӋnh Chuҭn NMEA cho phép các nhà sҧn xuҩt ÿӝc lұp ÿӏnh dҥng các bҧn tin riêng. LӋnh NMEA bao gӗm các trѭӡng nhѭ sau: $P,,,,.., Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 48 Dóng lӋnh luôn bҳt ÿҩu vӟi $P, sau ÿó là ba chӳ cái ID cӫa nhà sҧn xuҩt, theo sau là bҩt cӭ dӳ liӋu gì mà nhà sҧn xuҩt mong muӕn theo ÿӏnh dҥng chung cӫa bҧn tin chuҭn. Mӝt lӋnh ÿiӇn hình cӫa máy thu GPS GB10 nhѭ sau: FIXRATE – Set Fixrate Ĉӏnh nghƭa tҫn sӕ (theo giây) mà máy thu nên tұp trung thu bҧn tin dүn ÿѭӡng và gӱi bҧn tin NMEA. $PFST, FIXRATE, Trong ÿó fixrate là sӕ giây phҧi ÿӧi giӳa các lҫn phát hiӋn bҧn tin dүn ÿѭӡng. 1.2.7.3 IC thu tín hi͏u GPS GPM1315 Hình 1.12 IC thu GPS GPM1315 Sѫ ÿӗ mҥch khӕi thu GPS: Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 49 Bҧng 1.2 Thông sӕ các chân GPM1315 Sӕ thӭ tӵ Chân tín hiӋu Mô tҧ 1 ANT Ĉҫu vào anten GPS trӣ kháng 50ohm, 2.85 V ra 2 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 3 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 4 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 5 VDD_RTC Nguӗn backup cho pin 1.8V - 4.2 V 6 GND Ĉҩt 7 B/S Chân dùng ÿӇ nҥp chѭѫng trình, thѭӡng ÿӇ mӣ 8 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 9 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 10 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 11 VDD Nguӗn 3 - 3.3V 12 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 13 RESET System reset, low when active 14 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 15 GND Ĉҩt 16 ECLK Chân xung clock ngoài 17 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 18 GPIO Chân GPIO cӕ ÿӏnh vӏ trí 19 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 20 1 PPS 1 xung/giây 21 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 22 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 23 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 24 GND Ĉҩt 25 TIMESYNC Chân tín hiӋu hiӋu chӍnh thӡi gian ÿӗng bӝ. ĈӇmӣ nӃu không sӱ dөng. 26 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 27 WAKE_UP Ĉҫu vào chӃ ÿӝ ÿánh thӭc. Thѭӡng ÿӇ mӣ cho chӃ ÿӝ hoҥt ÿӝng bình thѭӡng. 28 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 29 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 30 TX0 Ĉҫu ra UART0 không ÿӗng bӝ 31 RX0 Ĉҫu vào UART0 không ÿӗng bӝ 32 RX1 Ĉҫu vào không ÿӗng bӝ UART1(dùng cho chӃÿӝ debug) 33 GND Ĉҩt 34 TX1 Ĉҫu ra không ÿӗng bӝ UART1(dùng cho chӃ ÿӝdebug) 35 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ 36 AGND Ĉҩt tѭѫng tӵ Ch˱˯ng I. Các h͏ th͙ng thông tin GIS và GNSS NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 50 Bҧng 1.3 Các thông sӕ kӻ thuұt Chip SiRF StarIII GSC3F/LP-7979 Tҫn sӕ GPS L1 1575.42MHz, mã C/A Sӕ kênh 20 Tӕc ÿӝ cұp nhұt 1Hz ĈiӋn áp phân cӵc anten +2.85V HӋ sӕ khuӃch ÿҥi LNA +15dB Nhҥy thu -143 dBm Ĉӝ nhҥy ÿӏnh vӏ -158dBm Ĉӝ nhҥy dò -158dBm Khӣi ÿӝng nóng <2sec Khӣi ÿӝng ҩm 32sec(typical) Sai sӕ vӏ trí <10m(2D RMS) Nguӗn cҩp 3 ÿӃn 5.0V, ÿiӇn hình +3.3V Nguӗn dӵ trӳ 1.8 ÿӃn 4.2V Giao thӭc dӳ liӋu NMEA0183 hoһc nhӏ phân Cҩu hình cәng nӕi tiӃp (mһc ÿӏnh) port 0: truyӅn dӳ liӋu; port 1: debug Khung dӳ liӋu (mһc ÿӏnh) 8 bits, không kiӇm tra chҹn lҿ, 1 bit stop Tӕc ÿӝ truyӅn dӳ liӋu (mһc ÿӏnh) 9600 bps Mӭc tín hiӋu vào/ra 2.85 V CMOS NhiӋt ÿӝ hoҥt ÿӝng -30ºC ÿӃn +80ºC NhiӋt ÿӝ tӕi ÿa 235ºC, 10 sec. Ch˱˯ng III. Thi͇t k͇ h͏ th͙ng NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 51 CHѬѪNG II. THIӂT Kӂ Hӊ THӔNG Mөc ÿích cӫa chѭѫng là ÿѭa ra thiӃt kӃ cѫ bҧn mô hình hӋ thӕng, tӯ ÿó có ÿѭӧc cái nhìn tәng quan cNJng nhѭ chӭc năng và hoҥt ÿӝng cӫa hӋ thӕng. 2.1 Sѫ ÿӗ hӋ thӕng tәng quát Hình 2.1 Sѫ ÿӗ hӋ thӕng tәng quát Ch˱˯ng III. Thi͇t k͇ h͏ th͙ng NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 52 HӋ thӕng ÿѭӧc thiӃt kӃ bao gӗm: ¾ HӋ thӕng phҫn cӭng: là các thiӃt bӏ ÿҫu cuӕi tích hӧp gӑi là trҥm di ÿӝng gҳn trên phѭѫng tiӋn (Mobile Station) và trҥm trung tâm (Base Station). ¾ HӋ thӕng phҫn mӅm: là phҫn mӅm bҧn ÿӗ sӕ thành phӕ Hà Nӝi phát triӇn trên nӅn .net vӟi ngôn ngӳ lұp trình Csharp, chҥy trên nӅn HӋ ÿiӅu hành Microsoft Windows. 2.2 Cҩu trúc và chӭc năng hӋ thӕng HӋ thӕng quҧn lý, giám sát và ÿiӇu khiӇn phѭѫng tiӋn giao thông sӱ dөng công nghӋ ÿӏnh vӏ toàn cҫu GPS và công nghӋ VHF gӗm 1 trung tâm dӳ liӋu, ÿiӅu khiӇn và các thiӃt bӏ ÿҫu cuӕi gҳn trên các phѭѫng tiӋn giao thông. Hình 2.2 và 2.3 mô tҧ cҩu trúc cӫa hӋ thӕng bao gӗm trҥm trung tâm ÿiӅu khiӇn và trҥm di ÿӝng gҳn trên phѭѫng tiӋn. LCD ĈiӅu chӃ GMSKVi ÿiӇu khiӇn KhuӃch ÿҥiRF Khӕi thu tín hiӋu GPS Giҧi ÿiӅu chӃ GMSK Bӝ ÿàm Cҧm biӃn, Ĉӑc thҿ tӯ... Trҥm ÿҫu cuӕi di ÿӝng anten Hình 2.2 Sѫ ÿӗ khӕi hӋ thӕng (trҥm MS) Ch˱˯ng III. Thi͇t k͇ h͏ th͙ng NguyӉn Hoài Linh – NguyӉn Trung Kiên 53 LCD ĈiӅu chӃ GMSK MAX232 KhuӃch ÿҥi RF PC Giҧi ÿiӅu chӃ GMSK Bӝ ÿàmCҧm biӃn Vi ÿiӅu khiӇn Trҥm trung tâm anten Hình 2.3 Sѫ ÿӗ khӕi hӋ thӕng (trҥm BS) Trҥm MS là mӝt ÿҫu cuӕi tích hӧp, vӯa