Hệ thống quản lý phương tiện giao thông ứng dụng GPS

NGUYỄN VĂN SINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

HỆ THỐNG QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
ỨNG DỤNG GPS

NGUYỄN VĂN SINH

2013 - 2015
HÀ NỘI - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ
HỆ THỐNG QUẢN LÝ PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
ỨNG DỤNG GPS

NGUYỄN VĂN SINH

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số

: 60520203

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HOÀNG DŨNG

HÀ NỘI - 2015


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.

TÁC GIẢ

NGUYỄN VĂN SINH

1


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ hỗ trợ của
các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin đặc biệt bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đến Tiến sĩ Nguyễn Hoàng Dũng, người đã chỉ bảo tận tâm, nhiệt tình giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo
Viện Đại học mở Hà Nội, Khoa Sau Đại học Viện Đại học mở Hà Nội đã giúp đỡ
tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ
của các bạn bè đồng nghiệp, gia đình đã tạo điều kiện, hỗ trợ, ủng hộ về tinh thần để
tôi có thể hoàn thành luận văn. Do hạn chế năng lực và thời gian nghiên cứu, luận
văn chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong được sự góp ý chỉ

bảo của thầy cô, các bạn bè và đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày…. tháng…..năm 2015
Tác giả

NGUYỄN VĂN SINH

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................... 2
MỤC LỤC .................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT........................................................... 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...................................................................... 7
MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPS VÀ HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG[1] [2] [3] ............................................................. 12
1.1. Tổng quan về hệ thống GPS .................................................................. 12
1.1.1. Khái niệm GPS ............................................................................... 12
1.1.2. Sự hoạt động của GPS ................................................................... 13
1.1.3. Độ chính xác của GPS .................................................................... 13
1.1.4. Các thành phần của GPS................................................................. 14
1.1.5. Tín hiệu GPS .................................................................................. 15
1.2. Một số hệ thống ứng dụng GPS để điều hành phương tiện giao thông ........ 18
1.2.1. Mobile Tracker ............................................................................... 18
1.2.2. Hệ thống giám sát hành trình .......................................................... 20
1.2.3. Hệ thống bản đồ ............................................................................. 23
1.2.4. Ứng dụng của GPS trong việc quản lý và điều hành phương tiện giao
thông. ....................................................................................................... 24

1.3. Tổng quan về hệ thống thông tin di động............................................... 25
1.3.1. Khái niệm GSM.............................................................................. 25
1.3.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng GSM .............................................. 26
1.3.3. Băng tần sử dụng của mạng GSM ................................................... 27
1.3.4. Phương pháp truy cập trong mạng GSM ......................................... 28
1.3.5. Cấu trúc mạng GSM ....................................................................... 29
1.3.6. Chức năng của các phần tử trong mạng GSM ................................. 30
1.4. Kết luận ................................................................................................. 34

3


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG GPS (THIẾT BỊ GIÁM SÁT
HÀNH TRÌNH TRÊN ÔTÔ) [4][5] ........................................................... 35
2.1. Giới thiệu chung .................................................................................... 35
2.2. Mô hình tổng thể của Thiết bị giám sát hành trình ................................. 36
2.3. Phần cứng Thiết bị giám sát hành trình.................................................. 39
2.3.1. Sơ đồ mạch nguyên lý của Thiết bị giám sát hành trình .................. 39
2.3.2. Các linh kiện chính sử dụng trong Thiết bị giám sát hành trình ...... 43
2.4. Kết luận ................................................................................................. 57
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG GPS TRONG QUẢN LÝ
GIAO THÔNG VẬN TẢI [6][7] ................................................................ 58
3.1. Giới thiệu và Khai thác phần mềm, tính năng của Thiết bị giám sát hành
trình.............................................................................................................. 58
3.2. Khai thác hệ thống phần mềm ............................................................... 64
3.2.1. Khai thác trên hệ thống GPS dành cho xe khách, xe tải .................... 65
3.2.2. Khai thác trên hệ thống dành cho xe Taxi ......................................... 71
3.2.3. Khai thác trên hệ thống dành cho xe Bus .......................................... 81
3.3. Kết luận ................................................................................................. 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 84

4


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AUC – Authentication Center (Trung tâm nhận thực)
BSC – Base Station Controller (Bộ điều khiển trạm gốc)
BSS – Base Station Subsystem (Hệ thống con trạm gốc)
BSC – Base Station Controller (Bộ điều khiển trạm gốc)
BTS – Base Transceiver Station (Trạm thu phát gốc)
C/A – Coarse/Acquisition
CCITT (Tổ chức chuẩn hóa điện thoại và điện tín quốc tế)
DGPS – Differential GPS (Sửa lỗi GPS)
EIR – Equipment Identification Register (Bộ ghi nhận dạng thiết bị)
FDMA (Frequency Division Multiple Access).
GMSC – Gateway MSC (Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di
động cổng)
GPS – Global Positioning System
GSM – Global System for Mobile Communication
GSM – MS (GSM Mobile Station)
HLR – Home Location Register (Bộ ghi định vị thường trú)
IMEI – International Mobile Equipment Identity
ISDN (Mạng số liên kết đa dịch vụ)
IWF – Interworking Function
ME – Mobile Equipment (Thiết bị di động)
MS – Mobile Station (Trạm di động)
MSC – Mobile Services Switching Center (Trung tâm chuyển mạch các
nghiệp vụ di động)

MS – Mobile Station (Trạm di động)
5


MSC – Mobile Services Switching Center (Trung tâm chuyển mạch các
nghiệp vụ di động)
NMC – Network Management Centre (Trung tâm quản lý mạng)
NSS – Network Switching Subsystem (Hệ thống con chuyển mạch)
OMC – Operation & Maintenance Center (Trung tâm quản lý và bảo
dưỡng)
OSS – Opration Subsystem (Hệ thống con khai thác)
PLMN – Public Land Mobile Network (Mạng điện thoại mặt đất công
cộng)
PSTN – Public Switched Telephone Network (Mạng điện thoại chuyển
mạch công cộng)
SIM – Subscriber Identity Module (Modul nhận dạng thuê bao)
SMS (Short Message Service)
SS – Switching Subsystem (Hệ thống con chuyển mạch)
TBGSHT (Thiết bị giám sát hành trình)
TRAU (Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ)
TDMA (Time Division Multiple Access) VLR – Visitor Location
Registor (Bộ ghi định vị tạm trú)
VLR – Visitor Location Registor (Bộ ghi định vị tạm trú)
WAAS (Wide Area Augmentation System)

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Vệ tinh nhân tạo............................................................................ 12
Hình 1.2: Ứng dụng Mobile Tracker GPS .................................................... 18
Hình 1.3: Mô hình hệ thống Mobile Tracker GPS ........................................ 20
Hình 1.4: Thiết bị giám sát hành trình và phụ kiện ....................................... 21
Hình 1.5: Mạng GSM ................................................................................... 25
Hình 1.6: Mô hình mạng GSM ..................................................................... 30
Hình 2.1: Sơ đồ tổng thể của thiết bị giám sát hành trình ............................. 36
Hình 2.2: Sơ đồ kết nối qua Server ............................................................... 38
Hình 2.3: Sơ đồ chip xử lý trung tâm............................................................ 39
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý khối thu nhận tín hiệu GPS/GSM/GPRS. ........... 40
Hình 2.5: Sơ đồ khối nguồn. ......................................................................... 41
Hình 2.6: Lưu đồ chương trình phần mềm chạy trên Thiết bị giám sát hành
trình.............................................................................................................. 42
Hình 2.7: Thiết bị giám sát hành trình và các phụ kiện tiêu chuẩn đi kèm. .. 43
Hình 2.8: Mặt trên và mặt dưới của Module Sim 548C ................................ 44
Hình 2.9: Sơ đồ chức năng của module SIM548C ........................................ 45
Hình 2.10: Sơ đồ chân của Module Sim 548C .............................................. 48
Hình 2.11: Sơ đồ chân DSPic30F6012A. ..................................................... 49
Hình 2.12: Thiết bị giám sát hành trình và Anten GPS. ............................... 50
Hình 2.13: Thiết bị giám sát hành trình và anten GSM. ................................ 51
Hình 2.14: Lắp anten GPS, anten GSM vào thiết bị...................................... 51
Hình 2.15: Thiết bị giám sát hành trình và dây nguồn. ................................ 52
Hình 2.16: Đầu dây nguồn và ký kiệu dây theo màu sắc............................... 52
Hình 2.17: Lắp dây nguồn vào thiết bị.......................................................... 54
Hình 2.18: Thiết bị giám sát hành trình và dây kết nối chuẩn DB9 ............... 54
Hình 2.19: Nối dây kết nối máy in, máy tính vào thiết bị giám sát hành trình55
Hình 3.1: Thiết bị giám sát hành trình kết nối với Camera. .......................... 61

7

Hình 3.2: Thiết bị giám sát hành trình kết nối với cảm biến chuyên dụng để
đo nhiên liệu. ................................................................................................ 62
Hình 3.3: Thiết bị giám sát hành trình kết nối đồng hồ tính tiền. ................. 63
Hình 3.4: Thiết bị giám sát hành trình kết nối với màn hình hiển thị tin nhắn,
có cổng máy in phía sau ............................................................................... 64
Hình 3.5: Màn hình đăng nhập hệ thống GPS............................................... 65
Hình 3.6: Giám sát vị trí của phương tiện Online với tùy chọn hiển thị biển số
và vận tốc ..................................................................................................... 66
Hình 3.7: Thông tin phương tiện hiển thị trực tuyến trên bản đồ số. ............. 67
Hình 3.8: Tính năng xem lại lộ trình của phương tiện giao thông ................. 68
Hình 3.9: Xem ảnh camera ........................................................................... 69
Hình 3.10: Tính năng theo dõi mức nhiên liệu trong bình nhiên liệu. ........... 70
Hình 3.11: Màn hình đăng nhập vào hệ thống Taxi ...................................... 72
Hình 3.12: Thông tin tổng quan của hệ thống Taxi. ...................................... 73
Hình 3.13: Bản đồ hiển thị vị trí trực tuyến các xe. ...................................... 74
Hình 3.14: Các thông tin cơ bản của từng xe hiển thị trên bản đồ. ................ 75
Hình 3.15: Tính năng xem lại lộ trình của hệ thống Taxi. ............................. 76
Hình 3.16: Báo cáo doanh thu các xe dưới dạng biểu đồ. ............................. 77
Hình 3.17: Báo cáo chi tiết từng cuốc khách. ............................................... 78
Hình 3.18: Báo cáo chi tiết tổng doanh thu từng xe ...................................... 79
Hình 3.19: Báo cáo ngắt xung, kích xung ..................................................... 80
Hình 3.20: Tìm đồ khách quên ..................................................................... 81

8


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng ký hiệu, màu sắc và chức năng của các dây đơn trong dây nguồn ....... 53

Bảng lệnh điều kiển thiết bị và chức năng của lệnh ...................................... 56

9


MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển của đất nước thì quá trình công nghiệp
hóa, hiện đại hóa đất nước đang diễn ra rất mạnh mẽ trên tất cả các lĩnh vực nhằm
đáp ứng mọi nhu cầu của con người trên mọi mặt của đời sống xã hội, đặc biệt sự
phát triển vượt bậc của ngành công nghệ truyền thông.
Do nhu cầu quản lý, giám sát của con người đối với các hệ thống đòi
hỏi độ chính xác cao và tính liên tục ở những nơi mà con người có thể tiếp
cận hay không thể tiếp cận trực tiếp. Do vậy việc sử dụng các mạng truyền
thông di động để theo dõi và truyền dữ liệu về nơi quản lý là một bài toán triệt
để và có hiệu quả cao
Đối với các nước phát triển, các hệ thống giám sát tự động từ xa cho
các nhà trạm thiết bị không người đã được sử dụng từ rất lâu trong tất cả các
lĩnh vực, trong khi ở Việt Nam, công nghệ này là tương đối mới mẻ.
Xuất phát từ thực tế trên, em xin chọn đề tài: “Hệ thống quản lý
phương tiện giao thông ứng dụng GPS” để làm luận văn.
Mục tiêu của luận văn là: Tìm hiểu và đưa ra giải pháp tối ưu làm
sao quản lý điều hành tốt hệ thống giao thông vận tải. Sự ứng dụng công
nghệ GPS trong quản lý hệ thống vận tải. Đó là lý do mà em chọn đề tài:
”Hệ thống quản lý phương tiện giao thông ứng dụng GPS”. Vì đây cũng
là đề tài thiết thực trong xã hội hiện đại.
Mục tiêu nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu mà đề tài hướng đến là
Nghiên cứu hệ thống quản lý phương tiện giao thông ứng dụng GPS. Khai thác
ứng dụng công nghệ GPS trong quản lý giao thông vận tải.
Chương 1: Tổng quan về hệ thống GPS và hệ thống thông tin di động
Chương 2: Giới thiệu hệ thống thiết bị giám sát hành trình trên Ôtô

Chương 3: Ứng dụng của hệ thống GPS trong quản lý giao thông vận tải.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
+ Nghiên cứu hệ thống GPS và hệ thống thông tin di động.

10


+ Phân tích chi tiết thiết bị Giám sát hành trình.
Phạm vi nghiên cứu
+ Ứng dụng hệ thống GPS trong lĩnh vực giao thông vận tải
Nội dung, phương pháp nghiên cứu, thời gian nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu:
+ Nghiên cứu hệ thống quản lý phương tiện giao thông ứng dụng GPS.
Phương pháp nghiên cứu:
+ Để thực hiện được mục tiêu đề ra trong đề tài này tôi áp dụng hai
phương pháp nghiên cứu đó là: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương
pháp thực nghiệm mô phỏng.
Kết luận: Đề xuất nâng cấp và cải thiện một số tính năng.
Đánh giá về đề tài, kết quả đạt được, những hạn chế và đưa ra hướng
phát triển hệ thống trong tương lai.

11


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPS VÀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG[1] [2] [3]
Hệ thống GPS và hệ thống thông tin di động là cơ sở để xây dựng, thiết kế
Thiết bị giám sát hành trình vì thế trong chương 1 mục đích của đề tài hướng tới là

nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống GPS và hệ thống tin di động

1.1. Tổng quan về hệ thống GPS
1.1.1. Khái niệm GPS
- GPS - Global Positioning System: Là hệ thống xác định vị trí dựa trên
vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt
đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được
toạ độ của vị trí đó.

Hình 1.1: Vệ tinh nhân tạo.
GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980
chính phủ Mỹ cho phép sử dụng dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện
thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Không mất phí thuê bao
hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS.

12


1.1.2. Sự hoạt động của GPS
Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo
một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các
máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được
chính xác vị trí của người dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian
tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về
thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Rồi với nhiều quãng
cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng
và hiển thị lên bản đồ của máy.
Máy thu GPS phải khoá được với tín hiệu của ít nhất ba quả vệ tinh để
tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động.
Với bốn hay nhiều hơn số quả vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu có thể tính

được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị trí người dùng đã
tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng
chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến,
thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.
1.1.3. Độ chính xác của GPS
Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều
kênh hoạt động song song của chúng. Các máy thu 12 kênh song song (của
Garmin) nhanh chóng khoá vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy
trì chắc chắn liên hệ này, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các
toà nhà cao tầng. Tình trạng nhất định của khí quyển và các nguồn gây sai số
khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của máy thu GPS. Các máy thu GPS
có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét.
Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Wide Area Augmentation
System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét. Không cần thêm
thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của WAAS. Người dùng cũng có thể
có độ chính xác tốt hơn với GPS vi sai (Differential GPS, DGPS) sửa lỗi các
tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét. Cục Phòng vệ Bờ
biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này. Hệ thống bao gồm một mạng các đài
thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu. Để thu

13


được tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm
cả ăn-ten để dùng với máy thu GPS của họ.
1.1.4. Các thành phần của GPS
Các vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ không gian, và các máy thu GPS sử
dụng các tín hiệu này để tính toán vị trí trong không gian 3 chiều (kinh độ, vĩ
độ, cao độ) và thời gian hiện tại. Do vậy hệ thống định vị toàn cầu GPS bao
gồm 3 thành phần chính là: phần không gian, phần điều khiển và phần người

sử dụng.
- Phần không gian: Phần không gian gồm 24 vệ tinh (21 vệ tinh hoạt
động và 3 vệ tinh dự phòng) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất. Chúng
cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km. Chúng chuyển động ổn
định và quay hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc
7 nghìn dặm một giờ.[4] Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy
thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm
nào. Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời. Chúng có các
nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có
ánh sáng Mặt Trời. Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng
quỹ đạo đã định.
-Phần điều khiển: Để cho các vệ tinh trên quỹ đạo hoạt động chính xác,
trên mặt đất đã thiết lập một trạm điều khiển chính đặt tại Colorado Spring, 5
trạm giám sát và 3 trạm dẫn động. Ba trạm dẫn động đặt tại 3 căn cứ quân sự
Mỹ: Ascension ( Đại Tây Dương), Diego Garcia ( Ấn Độ Dương), Kwajalein
( Thái Bình Dương). Năm trạm giám sát: một trạm đặt tại vị trí trạm điều
khiển chính, một trạm đặt tại Hawaii, 3 trạm đặt tại vị trí các trạm dẫn động.
Các trạm nối với nhau bằng đường cáp điện.
Các trạm giám sát không cần người trông coi, chịu sự kiểm soát của
trạm điều khiển chính, có nhiệm vụ thu thập thông tin từ vệ tinh, liên tục kiểm
soát vị trí vệ tinh, cập nhật thời gian và cung cấp lịch sao cho vệ tinh dùng để
đảm bảo sự đồng bộ thời gian với thời gian chuẩn và vị trí trên trái đất. Các
dữ liệu này được truyền về trạm điều khiển chính
Trạm điều khiển chính tiếp nhận, xử lý các thông tin, sai số dữ liệu... từ

14


trạm giám sát truyền về và cập nhật, biên tập các bản tin đạo hàng, cung cấp
thời gian chuẩn, tính toán các thông số vệ tinh, đưa ra các lệnh điều khiển…

rồi chuyền chúng đến các trạm dẫn động, định giờ phát đến các vệ tinh GPS.
- Phần sử dụng: Mục đích cuối cùng của hệ thống là máy thu GPS của
người sử dụng trên mặt đất tiếp thu các tín hiệu từ vệ tinh để xác định vị trí.
Máy thu GPS thu nhận tín hiệu từ ít nhất 4 vệ tinh, máy thu bao gồm máy tính
điện tử tự lựa chọn nhóm vệ tinh để tiếp nhận tín hiệu, xử lý và tính toán vị trí
của tàu, phương tiện… gồm vĩ độ, kinh độ, thời gian, tốc độ, hướng đi một
cách chính xác và hiển thị lên màn hình.
Máy thu được thiết kế thành nhiều loại: máy thu cho phương tiện cao
tốc dùng trên máy bay và đạn đạo tốc độ cao, máy thu cho phương tiện trung
tốc cho máy bay dân dụng tốc độ dưới 400 km/h và máy thu cho phương tiện
tốc độ thấp để xác định vị trí tàu biển, ô tô,…
1.1.5. Tín hiệu GPS
Các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp dải L1 và L2.
(Dải L là phần sóng cực ngắn của phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz).
GPS dân sự dùng tần số L1 1575.42 MHz trong dải UHF. Tín hiệu truyền trực
thị, có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thuỷ tinh và nhựa nhưng không qua
phần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà.
- L1 chứa hai mã "giả ngẫu nhiên"(pseudo random), đó là mã Protected
(P) và mã Coarse/Acquisition (C/A). Mỗi một vệ tinh có một mã truyền dẫn
nhất định, cho phép máy thu GPS nhận dạng được tín hiệu. Mục đích của các
mã tín hiệu này là để tính toán khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS.
Tín hiệu GPS chứa ba mẩu thông tin khác nhau – mã giả ngẫu nhiên,
dữ liệu thiên văn và dữ liệu lịch. Mã giả ngẫu nhiên đơn giản chỉ là mã định
danh để xác định được quả vệ tinh nào là phát thông tin nào. Có thể nhìn số
hiệu của các quả vệ tinh trên trang vệ tinh của máy thu Garmin để biết nó
nhận được tín hiệu của quả nào.
Dữ liệu thiên văn cho máy thu GPS biết quả vệ tinh ở đâu trên quỹ đạo
ở mỗi thời điểm trong ngày. Mỗi quả vệ tinh phát dữ liệu thiên văn chỉ ra
thông tin quỹ đạo cho vệ tinh đó và mỗi vệ tinh khác trong hệ thống.

15


Dữ liệu lịch được phát đều đặn bởi mỗi quả vệ tinh, chứa thông tin
quan trọng về trạng thái của vệ tinh (lành mạnh hay không), ngày giờ hiện tại.
Phần này của tín hiệu là cốt lõi để phát hiện ra vị trí.
Có nhiều mẫu trong tiêu chuẩn NMEA cho tất cả các loại thiết bị sử
dụng môi trường Marine. Một vài trong số chúng dùng trong các thiết bị thu
GPS là những mẫu sau:
+ AAM - Waypoint Arrival Alarm (Tính năng cảnh báo khi đến điểm)
+ ALM - Almanac data (Dữ liệu quỹ đạo _ chỉ dùng cho GPS. Khi bộ
thu GPS hoạt động nó phát ra dữ liệu thời gian và dữ liệu quỹ đạo, nhờ đó
thiết bị GPS biết nó đang hoạt động với vệ tinh nào.)
+ APA - Auto Pilot A sentence (Dữ liệu dẫn lái tự động theo chuẩn A)
+ APB - Auto Pilot B sentence (Dữ liệu dẫn lái tự động theo chuẩn B)
+ BOD - Bearing Origin to Destination (trong việc dẫn đường BOD là
góc từ điểm bắt đầu tới điểm kết thúc)
+ BWC - Bearing using Great Circle route (góc tương tự như như trên
nhưng tính theo đường tròn.)
+ DTM - Datum being used (chuẩn vị trí ‘datum’ đang được sử dụng)
+ GGA - Fix information (Thông tin cố định)
+ GLL - Lat/Lon data (Dữ liệu vĩ độ/ kinh độ)
+ GRS - GPS Range Residuals
+ GSA - Overall Satellite data (Dữ liệu về số vệ tinh và DOP)
+ GST - GPS Pseudorange Noise Statistics (Sai số tích lũy giữa vệ tinh và
bộ thu)
+ GSV - Detailed Satellite data (Dữ liệu chi tiết của vệ tinh)
+ MSK - send control for a beacon receiver (Gửi điều khiển cho bộ đèn
hiệu thu)
+ MSS - Beacon receiver status information. (Thông tin trạng thái của bộ

thu)

16


+ RMA - recommended Loran data (Dạng dữ liệu khuyên dùng theo
định dạng Loran)
+ RMB - recommended navigation data for GPS (Dữ liệu khuyên dùng
cho định vị GPS)
+ RMC - recommended minimum data for GPS (Dữ liệu khuyên dùng
tối giản cho GPS)
+ RTE - route message (bản tin dẫn hướng)
+ TRF - Transit Fix Data (thông tin dữ liệu của hệ TRANSIT, hệ này
đã bị thay bởi GPS từ năm 1996)
+ STN - Multiple Data ID (Dữ liệu nhiều ID, dùng để phân biệt các
nguồn dữ liệu khác nhau của bộ thu)
+ VBW - dual Ground / Water Speed (Tốc độ so với mặt đất)
+ WCV - Waypoint closure velocity (Velocity Made Good) (Vận tốc
gần điểm đến)
+ WPL - Waypoint Location information (Thông tin của điểm)
+ XTC - cross track error
+ XTE - measured cross track error
+ ZTG - Zulu (UTC) time and time to go (to destination) (Thời gian tại
mốc GMT+0 và thời gian của điểm đến)
+ ZDA - Date and Time (Dữ liệu thời gian)
+ $GPRMC: Trong các bản tin GPS trên thì bản tin $GPRMC được áp
dụng trong đồ án. Bản tin $GPRMC sẽ cung cấp vị trí, vận tốc, thời gian của
thiết bị thu GPS. Sau đây là bản tin mẫu và các thông số trong bản tin
$GPRMC.
$GPRMC,171538,A,7224.014,W,01326.000,S,028.4,076.4,201011,003.1,W*

6A
RMC
171538:

Recommended Minimum sentence C
Thời gian UTC 17:15:38

17


A:

Trạng thái A=active or V=Void.

7224.014, W:

Vĩ độ (72 độ 24.014' tây)

01326.000, S:

Kinh độ (13 độ 26.000' nam)

028.4

Tốc độ (hải lý)

076.4

Track angle in degrees True

201011
003.1,W
*6A

Ngày thu tín hiệu 20/10/11
Magnetic Variation
The checksum data, always begins with *

1.2. Một số hệ thống ứng dụng GPS để điều hành phương tiện giao thông
1.2.1. Mobile Tracker

Hình 1.2: Ứng dụng Mobile Tracker GPS

18


Hệ thống Mobile Tracker GPS được lập trình cho giải pháp định vị
bằng điện thọai di động tích hợp GPS trên nền WinMobile 6.0/CE. Được thiết
kế với ý tưởng là chương trình Mobile Tracker sau khi cài đặt trên điện thọai
di động, chương trình sẽ chạy ẩn mà người dùng khi sử dụng không cảm giác
được chương trình đang họat động. Một khi chương trình họat động, hệ thống
sẽ tự động truyền về tọa độ hiện tại của điện thọai về máy chủ cho trước
thông qua đường kết nối GPRS, Máy chủ sẽ lưu lại toàn bộ chuyển động của
người sở hữu thiết bị thông qua cơ sở dữ liệu trên GPS Database server.
Muốn biết người sở hữu chiếc điện thọai ở đâu, bạn chỉ cần sử dụng
máy tính kết nối Internet với quyền hạn đã đăng ký, truy cập dữ liệu bản đồ
để xem vị trí hiện tại hay toàn bộ lộ trình đã qua của đối tượng sở hữu.
Giải thích mô hình:
Điện thọai di động cài chương trình MobileTracker 1.0 nhận tín hiệu vệ
tính.

Truyền tọa độ về máy chủ trên Internet thông qua các trạm phát sóng
của dịch vụ cung cấp mạng di động.
Máy chủ trên môi trường Internet lưu dữ liệu tọa độ vào cơ sở dữ liệu.
Người dùng truy cập vào máy chủ thông qua môi trường internet sử
dụng bản đồ số giải mã tọa độ của người sở hữu điện thọai.
Ứng dụng:
Giám sát vị trí và lộ trình của nhân viên giao hàng, nâng cao hiệu quả
quản lý điều hành, điều phối.
Giám sát họat động của con cái, người già, người thân.
Dự phòng thất lạc người thân trong các chuyến dã ngọai.
Hiện tại chương trình cho phép Control thiết bị Việc control bằng SMS
hiện tại có chức năng sau:
Bật: GPS BATDAU IMEI --> Gửi đến số ĐT cài chương trình Mobile
Tracker 1.0.
Tắt: GPS NGUNG IMEI PASSWORD --> Gửi đến số ĐT cài chương

19


trình Mobile Tracker 1.0.
Điều kiện cài đặt hệ thống:
Điện thọai di động có tính năng GPS.
Cài hệ điều hành Windows Mobile 5.0 (có cài .NET Compact
Framework 2.0), Windows Mobile 6.0.
Điện thọai đã đăng ký và kết nối GPRS.

Hình 1.3: Mô hình hệ thống Mobile Tracker GPS
1.2.2. Hệ thống giám sát hành trình
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, sản phẩm định vị
toàn cầu ngày càng phổ biến và ứng dụng rộng rãi tronng cuộc sống, đặc biệt

với các phương tiện giao thông như ô tô và máy bay. Trong quá trình tìm
nghiên cứu và tìm hiểu về các thiết bị định vị toàn cầu, Em được biết tới một
trong số các sản phẩm Thiết bị giám sát hành trình.
Thiết bị giám sát hành trình được tích hợp bởi module định vị toàn cầu
GPS và module viễn thông di động GSM. Module GPS có chức năng thu tín
hiệu từ vệ tinh, module GSM có nhiệm vụ truyền thông tin về trung tâm điều
hành.

20


Hình 1.4: Thiết bị giám sát hành trình và phụ kiện
Tính năng của thiết bị thu GPS Thiết bị giám sát hành trình (Gọi tắt là Hộp
đen)
Sử dụng công nghệ GPS-GSM để kiểm soát chính xác vị trí xe của bạn
Thu thập các thống số trạng thái của phương tiện: vị trí xe, vận tốc, thời
điểm xuất bến - về bến, các điểm dừng đỗ, tổng quãng đường đi được… rồi
gửi về trung tâm điều hành.
Quản lý nguyên liệu bằng các cảm biến chuyên dùng sai số rất thấp khi
được kết nối với Hộp đen.
Các thông tin như mức tiêu hao nhiên liệu, trạng thái bật/tắt máy, điều
hòa, mở cửa, tiền cước…gửi về trung tâm điều hành.
Dễ tương thích các cảm biến trên xe: cảm biến vận tốc, cảm biến đóng
mở cửa …
Tích hợp thư viện âm thanh để phát ra loa các thông tin về địa danh,

21


thông tin về điểm dừng sắp tới (lắp trên xe Bus)…

Kết nối với camera để ghi lại hình ảnh và gửi về trung tâm.
Kết nối đầu đọc RFID để xác định họ tên lái xe.
Có thể lựa chọn sử dụng nguồn điện dự phòng trong trường hợp nguồn
chính bị ngắt.
Cho phép kết nối màn hình nhắn tin nội bộ.
Kiểm soát được nhiệt độ thùng đông lạnh và hoạt động của máy lạnh
khi lắp lên các xe container chuyên chở hang đông lạnh.
Tự đồng bộ thời gian GPS.
Tự lưu thời gian thực khi không có tín hiệu GPS.
Có thể tháo thẻ nhớ để kiểm tra dung lượng bằng đầu đọc thẻ chuyên
dụng.
Xác định vận tốc thông qua GPS hoặc qua tín hiệu của cảm biến xung.
Thông số kỹ thuật của thiết bị thu GPS Thiết bị giám sát hành trình
Nguồn dải rộng: 7-40 VDC; nguồn điện áp danh định 12 VDC, 24VDC.
Dòng tiêu thụ cực đại (khi phát tín hiệu GSM): 300mA.
Công suất tiêu thụ cực đại (khi phát tín hiệu): 2W.
Công suất tiêu thụ ở trạng thái nghỉ (không thu/phát): 0.2W.
Giải tần: GSM/GPRS 900/1800/1900 MHZ.
Dung lượng thẻ nhớ tối thiểu 1GB.
Số kênh bắt song GPS: 22, có thể Up lên tới 66 kênh
Độ nhạy sóng GPS: -165 dBm.
Nhiệt độ hoạt động: -10oC đến 70oC
Ứng dụng:
Hộp đen quản lý - lưu giữ hành trình phương tiện giao thông như: Ôtô
– Môtô – Tàu thuyền.
Chống mất cắp Ôtô.

22

Thông báo tình huống khẩn cấp.
Thu thập số liệu tự động cho các ứng dụng khác như mực nước, môi
trường, điện lực, PCCC, các hệ thống Security.
Hiện nay Thiết bị giám sát hành trình đang được các đơn vị quản lý
phương tiện giao thông trên toàn quốc.
1.2.3. Hệ thống bản đồ
Hệ thống vệ tinh dẫn đường - phần mềm cài đặt cho PocketPC.
Tính năng:
Bản đồ điện tử 64 tỉnh thành Việt Nam với thông tin số nhà, thông tin
giao thông (đường 1 chiều, đường 2 chiều, đường 1 chiều ô tô, đường cấm,
biển cấm rẽ trái phải, biển cấm ô tô rẽ trái phải...) được cập nhật liên tục.
Cẩm nang tra cứu thông tin du lịch nhanh chóng, chính xác và dễ sử
dụng với thông tin phong phú các điểm du lịch, nhà hàng, khách sạn, ngân
hàng,... trên toàn quốc.
Định vị, tìm đường và hướng dẫn lộ trình bằng hệ thống định vị toàn
cầu GPS.
Tra cứu địa điểm muốn đến bằng nhiều cách: theo tên đường, theo địa
chỉ, theo giao lộ, theo các điểm có sẵn trong danh bạ.
Tìm lộ trình nhanh nhất hoặc ngắn nhất từ vị trí đang đứng đến địa
điểm muốn đến.
Tự động tìm lại lộ trình trong tình huống đi sai.
Hình ảnh dẫn đường 2D/3D với giọng nói hướng dẫn lộ trình bằng
tiếng Anh, tiếng Việt.
Hiển thị hướng quẹo và khoảng cách đến chỗ quẹo.
Hiển thị khoảng cách tới điểm đến và dự tính thời gian tới điểm đến.
Giao diện thân thiện, màu sắc hài hòa với 2 ngôn ngữ hiển thị Việt – Anh.
Chế độ màn hình ban ngày, ban đêm.
Dễ dàng cập nhật dữ liệu bản đồ mới hoàn toàn miễn phí.

23