Tìm hiểu GPS và ứng dụng

Đề Tài
Đề Tài
GVHD: ThS. TRẦN HẬU VƯƠNG
GVHD: ThS. TRẦN HẬU VƯƠNG
1.MAI THỊ LAN
2.LÊ THỊ HỒNG
3.PHAN THỊ THU HIỀN
4.NGUYỄN THỊ TUYẾT HUỆ
5.PHAN THỊ THANH HƯƠNG
6.NGUYỄN TẤN HÙNG
7.NGUYỄN VĂN HÒA
8.PHẠM QUANG HƯNG
9.HỒ THỊ LÀI
10.PHAN THI THÙY LINH
11.ĐỖ DIỆU HY
I.LỜI MỞ ĐẦU
Từ thời xa xưa, con người đã sử dụng thiên văn,
la bàn và bản đồ để xác định vị trí và tìm đường
trong các chuyến thám hiểm khai phá các miền
đất lạ. Tuy nhiên phải đến năm 1995, khi các hệ
thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS của Mỹ và
GLONASS của Nga chính thức đi vào hoạt động,
nhu cầu định vị dẫn đường mới được giải quyết
một cách cơ bản.
Ngoài mục tiêu quân sự như ý tưởng thiết kế ban
đầu, các hệ thống vệ tinh định vị đã được ứng
dụng rộng rãi và hiệu quả trong nhiều lĩnh vực
dân sự. Ngày nay, công nghệ định vị toàn cầu đã
trở thành một ngành công nghiệp có doanh số
hàng chục tỷ USD/năm và đang được phát triển
mạnh mẽ.

II.TỔNG QUAN VỀ GPS
II.1 GPS LÀ GÌ ?
GPS (Global Positioning System – Hệ thống định vị
toàn cầu) là hệ thống dựa vào các vệ tinh toàn cầu để
xác định vị trí trên trái đất. Vị trí cần được xác định
được ghi nhận bởi thiết bị có tích hợp chip định vị GPS
bất kì.
Thiết bị này liên tục truyền nhận thông tin với hệ
thống vệ tinh quanh trái đất và từ đó tính toán ra vị
trí tại thời điểm ghi nhận thông tin. Vị trí chính xác
trên thực tế được tính toán bởi một phép đo tam giác,
dựa vào khoảng cách từ điểm cần xác định đến 3 vệ
tinh khác nhau chứ không phải chỉ 1 vệ tinh riêng lẻ.
Hình 1 : Hình ảnh trái đất nhìn từ vệ tinh.
Nó có nhiều ưu điểm sau:
· Độ chính xác định vị cao, từ decamet đến
milimet
· Có sẵn cho người sử dụng bất cứ đâu trên
trái đất
· Hoạt động liên tục 24h/ngày, trong mọi
điều kiện thời tiết
GPS trước tiên là một hệ thống hàng hải
phục vụ cho mục đích quân sự. Nó được thiết
kế, hỗ trợ tài chính, khai thác và điều khiển
bởi Bộ quốc phòng Mỹ. Tuy nhiên GPS được
cung cấp miễn phí cho người sử dụng dân sự
ở một mức độ giới hạn
. Việc xây dựng thành công GPS là nhờ
vào những thành tựu khoa học và kỹ
thuật sau:

· Độ tin cậy cao của hệ thống không
gian
· Công nghệ đồng hồ nguyên tử độ
chính xác cao
· Khả năng xác định và theo dõi vệ tinh
một cách chính xác
GPS là một hệ thống gồm 27 vệ tinh (kể cả 3 cái sơ
cua) chuyển động trên các quĩ đạo chung quanh trái
đất.
Mỗi vệ tinh nặng khoảng 2 tấn, sử dụng năng lượng
mặt trời, chuyển động cách mặt đất khoảng 19300km.
Mỗi vệ tinh quay quanh trái đất 2 vòng một ngày đêm.
Quỹ đạo của các vệ tinh được tính toán sao cho ở bất
kỳ nơi nào trên trái đất, vào bất kỳ thời điểm nào,
cũng có thể “nhìn thấy” tối thiểu 4 vệ tinh.
Công việc của một máy thu GPS là xác định vị
trí của 4 vệ tinh hay hơn nữa, tính toán khoảng cách
từ các vệ tinh và sử dụng các thông tin đó để xác định
vị trí của chính nó. Quá trình này dựa trên một nguyên
lý toán học đơn giản.
Bên cạnh đó GPS cần phải biết khoảng cách từ các vệ tinh đến vị trí
cần xác định trên mặt đất, bằng công thức:
s=v*t
S: QUÃNG ĐƯỜNG
V:VẬN TỐC
T:THỜI GIAN
VD:Giả sử bạn đang ở một nơi nào đó ở Vietnam, và bạn hoàn toàn
không biết minh ở đâu, vì một lý do nào đó. Bạn gặp một người
dân địa phương và hỏi một cách thân thiện: “làm ơn cho tôi biết tôi
đang ở đâu ?” Anh ta trả lời: “bạn đang cách Vũng tàu 45 km”. Đây

là một sự thật thú vị, nhưng chưa thật sự có ích. bạn có thể ở bất
kỳ đâu trên vòng tròn có tâm là Vũng tàu, bán kính 45 km.
Bạn hỏi một người khác và cô ta cho biết bạn đang cách Biên
Hoà 40 km. Bây giờ bạn đã khá hơn. Nếu bạn tổng hợp hai thông
tin, bạn sẽ có hai vòng tròn giao nhau. Vị trí của bạn là một trong
hai giao điểm của hai đường tròn.
Người thứ ba cho bạn biết vị trí của bạn cách Sài gòn 30 km.
Bây giờ thì bạn đã biết mình đang ở đâu
Để thực hiện tính toán này, máy thu GPS phải
biết hai thứ tối thiểu:
• Vị trí của ít nhất ba vệ tinh bên trên nó
• Khoảng cách giữa máy thu GPS đến từng vệ
tinh nói trên
Bằng cách phân tích sóng điện từ tần số cao,
công suất cực thấp từ các vệ tinh, máy thu
GPS tính toán ra được hai thứ trên.
Sóng radio chuyển động với vận tốc ánh sáng,
tức là 300 ngàn km/giây trong chân không.
Máy thu có thể tính toán được khoảng cách
dựa vào thời gian cần thiết để tín hiệu đến
được máy thu.
II.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA GPS
Hệ thống GPS được chia làm 3 mảng:
· Mảng không gian: bao gồm các vệ tinh,
chúng truyền những tín hiệu cần thiết cho hệ
tống hoạt động
· Mảng điều khiển: Các tiện ích trên mặt đất
thực hiện nhiệm vụ theo dõi vệ tinh, tính toán
quĩ đạo cần thiết cho sự quản lý mảng không
gian

· Mảng người sử dụng: toàn thể các thiết bị
thu và kỹ thuật tính toán để cung cấp cho
người sử dụng thông tin về vị trí
Hình 3. Vệ tinh GPS
Hình 4. Cấu trúc tín hiệu GPS
II.4 GPS CÓ THỂ ĐO NHỮNG GÌ
Các máy thu GPS cung cấp các trị đo là khoảng
cách từ máy thu đến vệ tinh. Tuy nhiên các trị đo
này bao gồm hai loại sau:
Giả cự ly (pseudo-range): là trị đo dựa trên
nguyên tắc đo xung với xung là mã P hay mã
C/A. Đặc điểm của trị đo này là độ chính xác thấp
(0.3 m cho mã P và 3m cho C/A) nhưng nó thể
hiện trực tiếp khoảng cách hình học từ máy thu
đến vệ tinh. Vì mã đo khoảng cách P được truyền
trên hai tần số L1 và L2 nên tương ứng cho hai trị
đo P1 và P2. Trong khi đó mã C/A chỉ hiện diện
trên L1 nên chỉ có trị đo duy nhất C1.
CÁC KIỂU ĐỊNH VỊ GPS
Độ chính xác định vị GPS không những chỉ phụ thuộc
vào loại trị đo dùng trong xử lý mà còn phụ thuộc
đáng kể vào kiểu định vị
1.ĐỊNH VỊ TUYỆT ĐỐI
2.ĐỊNH VỊ TƯƠNG ĐỐI
3.ĐỊNH VỊ ĐỘNG
4.ĐỊNH CHÍNH XÁC ĐỊNH VỊ GPS
Nguồn lỗi của tín hiệu GPS
Những yếu tố có thể làm giảm tín hiệu GPS và vì
thế ảnh hưởng tới chính xác bao gồm:
Giữ chậm của tầng đối lưu và tầng ion– Tín hiệu

vệ tinh bị chậm đi khi xuyên qua tầng khí quyển.
Tín hiệu đi nhiều đường – Điều này xảy ra khi tín
hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác trước
khi tới máy thu.
Lỗi đồng hồ máy thu – Đồng hồ có trong máy thu
không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các
vệ tinh GPS.
Lỗi quỹ đạo – Cũng được biết như lỗi thiên văn, do
vệ tinh thông báo vị trí không chính xác.
ỨNG DỤNG CỦA GPS TRONG CÁC LĨNH VỰC
Mục đích sử dụng ban đầu của GPS dùng trong lĩnh vực
quân sự (chế tạo ra các loại tên lửa thông minh), nhưng
ngày nay GPS ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Sau đây
là một số ứng dụng tiêu biểu:
1.Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Giáo dục
Chương trình thiết bị Bản đồ & GIS Giáo dục (Mapping &
GIS Educator) giới thiệu những giải pháp đơn giản và đa
dạng, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho các tổ chức giáo
dục, thực hiện việc giảng dạy về công nghệ GPS và GIS
cho học viên dựa trên những công nghệ mới nhất của
Trimble.
Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Dầu & Khí đốt
Ngày nay, các công ty dầu và khí luôn bị đặt
dưới áp lực lớn nhất, tuân thủ và phù hợp với
những yêu cầu và quy định quốc tế các công ty
luôn phải duy trì số liệu cụ thể về hệ thống hạ
tầng ống dẫn vô cùng phức tạp của họ.
Hơn bao giờ hết, các công ty dầu và khí đốt
luôn là các công ty đi đầu trong việc ứng dụng
công nghệ GPS và GIS trong việc thành lập các

bản đồ, thu thập giám sát và phân tích số liệu
thực địa.
Ứng dụng GPS trong Cơ quan chính phủ
Ngay từ những ngày đầu tiên phát triển
công nghệ GPS, chính phủ vẫn luôn dẫn
đầu trong việc khai thác và sử dụng. Từ
cấp trung ương đến địa phương, từ đô
thị tới nông thôn, GPS và GIS tạo điều
kiện thực sự thuận lợi giúp các cơ quan
công quyền hoàn thành tốt nhiệm vụ
được giao
ỨNG DỤNG GPS TRONG LĨNH VỰC MÔI TRƯỜNG
Nếu từ trước đến giờ cơ quan quản lý không
nắm được các xe bồn chở bao nhiêu mét khối
bùn thải, trên đường đi xe dừng lại ở đâu, bao
nhiêu phút, có đổ trộm bùn thải hay không thì
sau này việc đó sẽ không còn. Mỗi chủ nguồn
thải đều được quản lý bằng chứng từ điện tử,
các chủ vận chuyển sẽ biết được xe của mình
ở đâu, làm gì thông qua thẻ điện tử và hệ
thống định vị toàn cầu.
Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Tài nguyên thiên nhiên
Thế giới chúng ta đang sống không ngừng
thay đổi. Bảo vệ môi trường và giữ gìn những
nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày nay đang
trở thành vấn đề quan trọng hơn bao giờ hết.
Đây cũng chính là lý do tại sao rất nhiều các
cơ quan tổ chức và cá nhân trên toàn thế giới
lựa chọn sử dụng các công nghệ GPS và GIS
tiên tiến của Trimble hàng ngày, để quản lý

một cách có hiệu quả hơn nguồn tài nguyên
thiên nhiên hiện có.
III. KẾT LUẬN
Do tính chính xác của mình, GPS đã nhanh chóng
trở thành phương pháp lựa chọn để thu thập số liệu
tại chỗ cho rất nhiều các ứng dụng thương mại,
chính quyền và quân sự. GPS chắc chắn trở thành
một phương pháp quan trọng và có hiệu quả kinh
tế cho việc định vị vô số các mục tiêu trên mặt đất
và trên biển. Mặc dù được Bộ Quốc phòng Mỹ cấp
kinh phí ban đầu, song việc truy nhập mạng GPS là
miễn phí đối với mọi người dùng. Điều này góp
phần khuyến khích việc phát triển các ứng dụng và
tạo ra một thị trường khách hàng hoàn toàn mới,
đặc biệt là trong lĩnh vực định vị các phương tiện
giao thông và điều hành xa lộ.