Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS và công nghệ GPRS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

HỆ THỐNG GIÁM SÁT XE BUÝT ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ GPS VÀ CÔNG NGHỆ GPRS
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2014 – 09TĐ

S KC 0 0 4 7 7 0

Tp. Hồ Chí Minh, 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

HỆ THỐNG GIÁM SÁT XE BUÝT ỨNG DỤNG CÔNG
NGHỆ GPS VÀ CÔNG NGHỆ GPRS
Mã số: T2014 – 09TĐ

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Dương Thị Cẩm Tú
Thành viên:

PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh
ThS. Lê Hoàng Minh

TP. HCM, 12/2014


Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS và công nghệ GPRS

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN
THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

STT

Họ và tên

Đơn vị công tác và
lĩnh vực chuyên môn

Nội dung nghiên cứu cụ
thể được giao
Đọc tài liệu tham khảo,
Nghiên cứu thiết kế, chế
tạo phần cứng module thu
thập dữ liệu GPS.
Nghiên cứu thiết kế, tích
hợp và chế tạo hệ thống
thông báo tại trạm chờ xe
buýt.
Xây dựng và phát triển
phần mềm giám sát, điều
khiển, viết báo cáo.

1

Dương Thị Cẩm Tú

BM Cơ Sở Kỹ Thuật
Điện Tử - Khoa ĐĐT

2

Nguyễn Trường
Thịnh

BM Cơ điện tử - Khoa
CKM

3

Lê Hoàng Minh

BM Cơ Sở Kỹ Thuật
Điện Tử - khoa ĐĐT

ii

Chữ ký


Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS và công nghệ GPRS

MỤC LỤC
Mục lục............................................................................................................

Trang
iii

Danh sách các bảng .........................................................................................

v

Danh sách các hình..........................................................................................

x

Danh mục các chữ viết tắt ...............................................................................

xi

CHƯƠNG MỞ ĐẦU ......................................................................................

1

1.1Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước 1
1.1.1 Tình hình nước ngoài .............................................................................

1

1.1.2 Trong nước .............................................................................................

2

1.2 Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................

3

1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phương pháp nghiên cứu ..............................

4

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu...............................................................................

4

1.3.2 Cách tiếp cận ..........................................................................................

4

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu........................................................................

5

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................

5

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................

5

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................

5

1.5 Nội dung nghiên cứu .................................................................................

6

Chương 1: Hệ thống GPS và các phương thức truyền thông qua mạng ........

7

1.1 Hệ thống GPS ............................................................................................

7

1.1.1 Các thành phần của GPS ........................................................................

7

1.1.2 Nguyên lý hoạt động GPS ......................................................................

11

1.1.3 Tín hiệu GPS ..........................................................................................

13

1.1.4 Nguồn lỗi của tín hiệu GPS....................................................................

17

1.1.5 Độ chính xác của GPS ...........................................................................

18

1.2 Các phương thức truyền thông qua mạng ................................................

19

1.2.1 Sơ lược về GPRS ...................................................................................

19

1.2.2 Ứng dụng GPRS trong truyền nhận dữ liệu ...........................................

20

1.2.3 Ứng dụng giao thức TCP/IP trong việc liên kết các user qua mạng interner 21
iii


Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS và công nghệ GPRS

Chương 2: Thiết kế phần hệ thống giám sát xe buýt qua google map ............

22

2.1 Phương án thiết kế.....................................................................................

22

2.1.1 Yêu cầu đặt ra.........................................................................................

22

2.1.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế hệ thống ..............................................

22

2.2 Thiết kê hệ thống .......................................................................................

24

2.3 Thiết kế phần hệ thống giám sát xe buýt qua google map ........................

25

2.4 Sơ đồ giải thuật thu thập dữ liệu qua server ..............................................

25

2.5 Bản đồ google map online ........................................................................

26

2.6 Lưu đồ thuật toán ......................................................................................

28

2.7 Thiết kế hệ thống truyền nhận dữ liệu ......................................................

28

2.7.1 Sơ đồ khối hệ thống ...............................................................................

28

2.7.2 Xây dựng phần mềm server ...................................................................

29

2.8 Thuật toán dự đoán thời gian ....................................................................

32

2.8.1 Lưu đồ thuật toán dự đoán thời gian ......................................................

35

2.8.2 Hệ thống hiển thị thời gian xe buýt đến trạm.........................................

35

2.9 Một số lưu giải thuật chi tiết ....................................................................

37

2.9.1 Lưu đồ khởi tạo SIM908 ........................................................................

37

2.9.2 Lưu đồ khởi tạo module GSM/GPRS ....................................................

38

2.9.3 Lưu đồ khởi tạo module GPS.................................................................

39

2.10 Một số kết quả thực tế ............................................................................

40

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................

41

3.1. Kết luận ....................................................................................................

41

3.1.1 Tính khoa học .........................................................................................

41

3.1.2 Khả năng ứng dụng vào thực tế .............................................................

41

3.1.3 Hiệu quả kinh tế - xã hội ........................................................................

41

3.2. Hướng nghiên cứu phát triển ...................................................................

41

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

43

PHỤ LỤC ........................................................................................................

44

Bản sao Thuyết minh đề tài đã được phê duyệt

iv


Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS và công nghệ GPRS

DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 1.1: ................................................................................................................ 8
Bảng 1.2: ................................................................................................................ 8
Bảng 1.3: .............................................................................................................. 10
Bảng 1.4: .............................................................................................................. 17
Bảng 1.5: .............................................................................................................. 21
Bảng 3.1:.............................................................................................................. 48

v


Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS và công nghệ GPRS

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1:. ............................................................................................................. 24
Hình 1.2:. ............................................................................................................. 26
Hình 1.3:. ............................................................................................................. 29
Hình 1.4: .............................................................................................................. 33
Hình 2.1:. ............................................................................................................. 42
Hình 2.2:. ............................................................................................................. 43
Hình 3.1: .............................................................................................................. 45
Hình 3.2:. ............................................................................................................. 46
Hình 3.3: .............................................................................................................. 47
Hình 3.4:. ............................................................................................................. 51
Hình 3.5:. ............................................................................................................. 52

vi


Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS và công nghệ GPRS

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
GSM

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

Global System for Mobile
Communications

GPRS

General Packet Radio Services

Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS

Global position systems

Hệ thống định vị toàn cầu

GIS

Geographic Information System

Hệ thống thông tin địa lý

SMS

Short Message Service

Dịch vụ tin nhắn ngắn

MMS

Multimedia messaging service

Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện

CDMA

Code Division Multiple Access

Phương thức Đa truy cập phân chia

theo mã

SIM

Subscriber Identity Module

Thẻ chứa thông tin định dạng

TCP/UDP

Transmission Control Protocol/

Giao thức điều khiển truyền dẫn/

User Datagram Protocol

Giao thức dữ liệu gói người sử dụng

IP

Internet Protocol

Giao thức dùng cho mạng Internet

AT

Attention Command

Tập lệnh AT

vii


Device supervises the bus travelling system through GPS and GPRS technology
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Tp. HCM, ngày 07 tháng 11 năm 2014

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
Tên đề tài: Hệ thống giám sát xe buýt ứng dụng công nghệ GPS và công nghệ GPRS
- Mã số: T2014-09TĐ
- Chủ nhiệm: ThS. Dương Thị Cẩm Tú
- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
- Thời gian thực hiện: 06/2013-12/2014.
2. Mục tiêu:
Đề tài đi sâu tìm hiểu, thi công sản phẩm ứng dụng hệ thống định vị GPS kết hợp với hệ thống
mạng GSM/GPRS vào thực tế
Về mặt ứng dụng thực tiễn, đề tài xây dựng một hệ thống giao thông xe buýt được quản lý và
giám sát một cách hệ thống cùng những ứng dụng được lắp đặt thực nghiệm trong xe buýt và trạm
chờ sẽ cung cấp tới người sử dụng xe buýt thông tin chính xác rõ ràng.
Ngoài ra, đề tài còn có ý nghĩa hiện đại hóa và tự động hóa trong lĩnh vực giao thông vận tải
bằng cách đưa những thành tựu công nghệ hiện đại vào phục vụ xã hội và nhu cầu của con người
3. Tính mới và sáng tạo:
Đề tài nghiên cứu đã tìm hiểu rõ hơn về phương pháp xây dựng, điều chỉnh, quản lý cơ sở dữ liệu

một cách hiệu quả, trực quan và dễ dàng sử dụng, chỉnh sửa. Bên cạnh đó là việc thiết kế hệ thống
bản đồ và nhúng tọa độ tương ứng lên bản đồ đã giúp làm tăng thêm sự hiểu biết về bản đồ online
của Google phát triển .
4. Kết quả nghiên cứu:
- Báo cáo kết quả hiển thị thông tin của xe bus trên bảng quang báo
5. Sản phẩm:
- Tài liệu báo cáo kết quả nghiên cứu.
- Bài báo đăng trên tạp chí khoa học công nghệ trong nước
- Các mạch phần cứng.
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
- Bài báo đăng trên tạp chí khoa học công nghệ trong nước
- Kết quả nghiên cứu được dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên cao học.
- Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các các đơn vị, tổ chức muốn
ứng dụng kết quả của đề tài cho các mục tiêu phục vụ cộng đồng.
Trưởng Đơn vị

Chủ nhiệm đề tài

viii


Device supervises the bus travelling system through GPS and GPRS technology

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
Project title: Device supervises the bus travelling system through GPS and GPRS technology
Code number: T2014-09TĐ
Coordinator: Master of Engineering Dương Thị Cẩm Tú
Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh City

Duration: from 06/2013 to 12/2014
2. Objective(s):
The article presents a model for supervising the travelling of buses through GPS and GPRS
technology. The software is programmed by Module GPS, microprocessor, SQL Server and Google
map. It is clear that many applications are included such as positioning, data acquisition, distance
measurement, voice and visual message signs, Graphical User Interface (GUI) with more exact
measurement. Real time bus arrival time prediction could assist transit operators in understanding
and improving the quality of bus system.
3. Creativeness and innovativeness:
The experiment results indicate that the proposed model is providing real-time information on
bus arrival and departure times to passengers to attract more public transport users. In addition, voice
and visual message signs are installed on buses helping the passengers, especially disabled people
can get the bus stop information more easily.
4. Research results:
- The bus information will be displayed in the matrix Led.
5. Products:
- Document research results report.
- Paper published in professional Vietnamese Engineering and Science Journal.
- Hardware.
6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:
- Paper published in professional Vietnamese Engineering and Science Journal.
- The research results are used as reference for undergraduate and postgraduate students.
- The research results can be used as a reference for building the smart bus system for the
comment services.

ix


Chương mở đầu

CHƢƠNG MỞ ĐẦU
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nƣớc
1.1.1 Tình hình ngoài nƣớc
Với nhu cầu điều tiết phương tiện giao thông cũng như ứng dụng những tiến bộ
khoa học công nghệ vào trong việc điều khiển giám sát phương tiện giao thông, ở
nhiều nước đã có những cơ quan chuyên nghiên cứu và ứng dụng vào lĩnh vực giao
thông công cộng. Tại Mỹ, cơ quan nghiên cứu hệ thống giao thông thông minh (ITS)
đã được thành lập từ năm 1990 với tên gọi "Hiệp hội phương tiện giao thông thông
minh đường bộ Hoa Kỳ". Từ năm 1992 EU đã có nhiều chương trình, dự án nghiên
cứu, ứng dụng công nghệ thông tin trong GTVT. Năm 1998 Hàn Quốc là nước chủ nhà
tổ chức Hội nghị quốc tế về ITS và công bố chương trình tổng thể quốc gia về ITS do
Bộ GTVT và Xây dựng chủ trì. Năm 1996 Bộ GTVT Trung Quốc đã thành lập Trung
tâm nghiên cứu về ITS và hệ thống quản lý giao thông tự động đã được triển khai ở
Bắc Kinh. Malayxia đang đẩy mạnh phát triển ITS và đã có dự án tổng thể về ITS. Hệ
thống ITS đã được lắp đặt ở một số tuyến đường thu thuế. Năm 1996, các cơ quan của
chính phủ Nhật Bản đã phối hợp soạn thảo"Chương trình tổng thể về ITS của Nhật
Bản" v.v...
Bước khởi đầu để triển khai ITS tại Nhật Bản, các thông tin về giao thông được
cung cấp qua Hệ thống thông tin liên lạc phương tiện giao thông (VICS). Đây là một
hệ thống dữ liệu số nhằm cung cấp cho các lái xe thông tin cập nhật về giao thông
đường bộ. Sử dụng hệ thống này, thông tin chi tiết về đường bộ cần thiết cho lái xe
được truyền đi từ cột tín hiệu đặt trên đường tới hệ thống thiết bị định vị đặt trên xe.
Thông tin truyền diện rộng được thông qua đài phát sóng FM. Từ 1996-1998, số lượng
hệ thống VICS bán ra đã đến 600.000 chiếc. Nơi được trang bị đầu tiên là các đường
phố của thủ đô Tôkyô. Hệ thống hỗ trợ lái xe tự động trên đường cao tốc (AHS) đã

1


Chương mở đầu

được nghiên cứu và phát triển từ năm 1991. Mục tiêu nghiên cứu là cảnh báo những
nguy hiểm phía trước trên đường, xác định vị trí của các phương tiện giao thông khác,
ngăn ngừa va đập đằng sau. AHS được nghiên cứu trên 3 lĩnh vực chủ yếu: Thông tin:
nghiên cứu việc cung cấp thông tin cho lái xe; Điều khiển: nghiên cứu hỗ trợ điều
khiển xe; Dẫn đường tự động: nghiên cứu hỗ trợ lái xe hoàn toàn tự động. Sự an toàn
của lái xe là trách nhiệm của hệ thống này. Dự án Phương tiện giao thông an toàn cao
(ASV) cũng đã bắt đầu được nghiên cứu từ 1991 bao gồm 6 lĩnh vực và 32 hệ thống.
Nhiều kết quả đã đạt được trong phát triển công nghệ tự động. Một số nhà sản xuất ôtô
đã bán ra các hệ thống điều khiển dẫn đường thích ứng. Hệ thống thu thuế đường điện
tử để chống ùn tắc giao thông (ETS) đã được nghiên cứu từ 1990 và triển khai tháng 31997. Hệ thống này của Nhật Bản phù hợp với tất cả các kiểu thu thuế đường trong khi
sử dụng cùng một thiết bị trên xe. Giai đoạn từ 2000 đến nay thực sự là một cuộc cách
mạng trong hệ thống giao thông với các dịch vụ của ITS cho người sử dụng ở Nhật. Từ
2005-2010, theo chương trình đã xây dựng, ITS sẽ kết hợp công nghệ mới với nâng
cấp cơ sở hạ tầng, hoàn thiện pháp chế và thể chế xã hội, lái xe tự động sẽ trở thành
hiện thực, hạn chế tối đa ùn tắc giao thông.
1.1.2 Trong nƣớc
Tháng 11/2005 Phòng Thương mại và công nghệ Việt Nam phối hợp với Trường
Đại học GTVT đã tổ chức một cuộc hội thảo bàn về giải pháp tự động hoá phục vụ
công tác điều hành giao thông và giới thiệu “Hệ thống điều khiển giao thông thông
minh” do nhóm nghiên cứu Bộ môn Điều khiển học thuộc Đại học GTVT thực hiện.
Hệ thống này gồm nhiều thiết bị khác nhau được gắn lên các phương tiện giao
thông như: Hộp đen dùng để ghi lại các tình huống hoạt động của xe trong suốt thời
gian vận hành. Hộp đen này sử dụng công nghệ định vị GPS để xác định tốc độ, gia
tốc và hướng chuyển động của xe.

2


Chương mở đầu

Tháng 04/2010 nhóm nghiên cứu trường Đại học Quốc tế TP.HCM vừa hoàn thành
đề án cảnh báo kẹt xe từ xa bằng hệ thống cảm biến và quang báo. Hệ thống cảnh báo
bao gồm các cảm biến (sensor), biển báo, thiết bị truyền nhận thông tin đặt tại địa điểm
hoặc giao lộ cần quan sát. Trong trường hợp kẹt xe, cảm biến (nhân công hoặc tự
động) tại điểm kẹt xe sẽ thông báo về trung tâm điều khiển giao thông. Thông tin này
được hiển thị trên bản đồ GIS tại trung tâm để hỗ trợ CSGT nhanh chóng đưa ra
phương án giải quyết các nút ùn tắc. Đồng thời, trung tâm có thể gửi thông tin chỉ dẫn
tránh kẹt xe lên các bảng quang báo đặt tại các giao lộ có hướng đi về điểm kẹt xe. Hệ
thống quang báo này sẽ giúp người lái xe biết sớm tình trạng kẹt xe và hướng dẫn
những lộ trình lưu thông tránh khỏi điểm ùn tắc.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Từ cuối những năm 90 của thế kỷ 19, khái niệm hệ thống giao thông thông minh
mới được nhắc đến ở Việt Nam. Tuy nhiên, đến nay mới chỉ có một số sách báo giới
thiệu khái quát về hệ thống này, nhưng chưa đi sâu nào phân tích, giải quyết các vấn
đề chuyên môn. Mặc dù được đánh giá là xu thế phát triển tất yếu, nhưng việc xây
dựng hệ thống giao thông thông minh ở nước ta không phải là đơn giản vì đòi hỏi có
sự đầu tư rất lớn.
Do đó việc xây dựng một hệ thống giao thông thông minh cho xe buýt hoàn chỉnh
trên toàn quốc là chưa khả thi so với điều kiện của Việt Nam hiện nay. Nhưng với quy
mô một tuyến đường, đoạn đường, khu vực thì điều này không còn xa vời. Các thành
phố lớn trong nước đều đã quan tâm tới việc xây dựng các trung tâm quản lý, điều
hành giao thông. Trong tương lai hệ thống giao thông thông minh là giải pháp toàn
diện, hiệu quả nhất cho công tác quản lý, điều hành giao thông, góp phần giảm thiểu
tai nạn, ách tắc giao thông và hiện đại hóa ngành giao thông vận tải. Nó không những
là xu thế tất yếu của sự phát triển trong tương lai, mà còn có tính khả thi nhất định ở
Việt Nam.

3

Chương mở đầu

1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phƣơng pháp nghiên cứu
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài đi sâu tìm hiểu, thi công sản phẩm ứng dụng hệ thống định vị GPS kết hợp
với hệ thống mạng GSM/GPRS vào thực tế.
Về mặt ứng dụng thực tiễn, đề tài xây dựng một hệ thống giao thông xe buýt được
quản lý và giám sát một cách hệ thống cùng những ứng dụng được lắp đặt thực
nghiệm trong xe buýt và trạm chờ sẽ cung cấp tới người sử dụng xe buýt thông tin
chính xác rõ ràng
Ngoài ra, đồ án còn có ý nghĩa hiện đại hóa và tự động hóa trong lĩnh vực giao
thông vận tải bằng cách đưa những thành tựu công nghệ hiện đại vào phục vụ xã hội
và nhu cầu của con người
1.3.2 Cách tiếp cận
-

Nghiên cứu, tham khảo và rút kinh nghiệm từ các hệ thống gim st giao thơng của
các nước tiên tiến trên thế giới: Mỹ, Nhật, Đức, Anh, Singapore. Đồng thời cũng
tìm hiểu, nghiên cứu hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ, từ đó đưa ra phương án tối
ưu nhất.

-

Khảo sát chế độ thu thập tọa độ của hệ thống GPS và kỹ thuật mạng truyền tín hiệu
qua GPRS.

-

Tham khảo các kết quả nghiên cứu đã có trong nước để kế thừa.

-

Tìm hiểu khả năng, điều kiện công nghệ chế tạo của ta, đề ra phương án thiết kế
phù hợp.

4


Chương mở đầu

1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu
-

Nghiên cứu công nghệ và tính năng của các module thu GPS và truyền tín hiệu
GPRS.

-

Nghiên cứu phương pháp xử lí tín hiệu GPS nhận được, cách tách lọc tọa độ và
chuỗi PS cần thiết.

-

Nghiên cứu phương pháp xử lí tín hiệu GPS nhận được, cách tách lọc tọa độ và
chuỗi PS cần thiết.

-

Nghiên cứu về hệ thống mạng và truyền tín hiệu qua mạng GPRS.

-

Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình Java để xây dựng phần mềm server giám sát và điều
khiển.

-

Nghiên cứu giải thuật tính khoảng cách và cập nhật tọa độ liên tục.

1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu: Công nghệ GPS, GPRS, hệ thống giám sát hành trình,
Led ma trận.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
-

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS/GPRS vào quản lý, giám sát giao thông

-

Thiết kế và thi công phần cứng nhận và gửi giữ liệu GPS/GPRS

-

Xây dựng hệ thống server giám sát và điều khiển

-

Thiết kế và thi công phần cứng phục vụ cho thông báo tại trạm chờ

5


Chương mở đầu

1.5 Nội dung nghiên cứu
PHẦN MỞ ĐẦU
Tổng quan về hướng nghiên cứu: tóm tắt các kết quả nghiên cứu ở ngoài nước,
tính cấp thiết; mục tiêu; cách tiếp cận; phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi
nghiên cứu, nội dung nghiên cứu. Đặt vấn đề và hướng giải quyết vấn đề, nhằm duy trì
ổn định hệ thống điện.
PHẦN NỘI DUNG
Chương 1: hệ thống GPS và các phương thức truyền thông qua mạng
Trình bày lý thuyết về hệ thống GPS, các ưu và nhược điểm, nguyên lý hoạt động
và các phương thức truyền thông qua mạng, bao gồm GPRS.
Chương 2: Thiết kế phần hệ thống giám sát xe buýt qua Google map
Trình bày các phương án thiết kế từ đó chọn giải pháp tối ưu nhất và các thuật
toán, lưu đồ thuật toán cho hệ thống.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trình bày các kết quả đạt được trong đề tài, và hướng nghiên cứu phát triển của đề
tài.

6


Chương 1

Chƣơng 1

HỆ THỐNG GPS VÀ CÁC PHƢƠNG THỨC TRUYỀN

THÔNG QUA MẠNG
1.1 Hệ thống GPS
GPS hiện tại gồm 3 phần chính: phần không gian, kiểm soát và sử dụng. Không
quân Hoa Kỳ phát triển, bảo trì và vận hành các phần không gian và kiểm soát. 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 và độ cao) và thời
gian hiện tại.
1.1.1 Các thành phần của GPS
1.1.1.1 Phần không gian

Hình 1.1: Hệ thống các vệ tinh
Phần không gian gồm 24 vệ tinh. Trong những năm qua, Lực lượng Không quân
Hoa Kỳ đã phóng 31 vệ tinh GPS hoạt động, cộng với 3-4 các vệ tinh đã ngừng hoạt

7


Chương 1

động có thể được kích hoạt lại nếu cần thiết. 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. 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.
1.1.1.3Phần kiểm soát

Hình 1.2: Hệ thống các trạm kiểm soát và ăng-ten
Gồm một mạng lưới các phương tiện kiểm soát theo dõi các vệ tinh, theo dõi
đường truyền, nhận tín hiệu và phân tích xử lý.
Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và

thông tin thời gian chính xác. Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên trái đất. Bốn trạm
kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm. Bốn
trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm
kiểm soát trung tâm. Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và
kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh. Ngoài ra, còn một
trạm kiểm soát trung tâm dự phòng và sáu trạm quan sát chuyên biệt.
Trạm trung tâm cũng có thể truy cập từ các ăng-ten mặt đất của U.S. Air Force
Satellite Control Network (AFSCN) và các trạm quan sát NGA (National
Geospatial-Intelligence Agency). Các đường bay của vệ tinh được ghi nhận bởi các

8


Chương 1

trạm quan sát chuyên dụng của Không quân Hoa Kỳ đặt ở Hawaii, Kwajalein, Đảo
Ascension, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado và Cape Canaveral, cùng với
các trạm quan sát NGA được vận hành ở Anh, Argentina, Ecuador, Bahrain, Úc và
Washington DC. Thông tin đường bay của vệ tinh đi được gởi đến Air Force Space
Command's MCS ở Schriever Air Force Base 25 km đông đông nam của Colorado
Springs, do 2nd Space Operations Squadron (2 SOPS) của U.S. Air Force vận hành.
Sau đó 2 SOPS liên lạc thường xuyên với mỗi vệ tinh GPS thông qua việc cập nhật
định vị sử dụng các ăng-ten mặt đất chuyên dụng hoặc dùng chung (AFSCN)(các
ăng-ten GPS mặt đất chuyên dụng được đặt ở Kwajalein, đảo Ascension, Diego
Garcia, và Cape Canaveral). Các thông tin cập nhật này đồng bộ hóa với các đồng
hồ nguyên tử đặt trên vệ tinh trong vòng một vài phần tỉ giây cho mỗi vệ tinh, và
hiệu chỉnh lịch thiên văn của mô hình quỹ đạo bên trong mỗi vệ tinh. Việc cập nhật
được tạo ra bởi bộ lọc Kalman sử dụng các tín hiệu/thông tin từ các trạm quan sát
trên mặt đất, thông tin thời tiết không gian, và các dữ liệu khác.

Hình 1.3: Hoạt động giữa trạm điều khiển và vệ tinh
1.1.1.2Phần sử dụng
Phần sử dụng là thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng thiết bị này.
Máy thu GPS là một thiết bị như một máy tính nhỏ gọn có màn hình gắn liền và
anten nhận tín hiệu GPS. Thiết bị này thường chỉ là thiết bị có thông tin một chiều.
Nhờ anten GPS nhận tín hiệu từ vệ tinh. Hệ điều hành của máy sẽ thể hiện vị trí trên

9


Chương 1

bản đồ được gài sẵn trong thiết bị. Khi hệ thống giao thông rộng lớn, phức tạp, có
nhiều điểm chia cắt, cầu vượt … thì GPS – Navigation là cần thiết và hoàn toàn có
thể đầu tư. Chi phí cho GPS – Navigation là giá của thiết bị + nâng cấp bản đồ.

Hình 1.4: GPS – Navigation
GPS – Theo dõi và Điều hành: Là thiết bị định vị khác với thiết bị GPS –
Navigation. Đây là thiết bị có giao lưu thông tin hai chiều, chính vì thế sẽ phức tạp
hơn nhiều và khả năng ứng dụng của các thiết bị này rộng lớn hơn. Tùy theo lĩnh
vực hoạt động của thiết bị, phần cứng của thiết bị có cấu trúc đơn giản hay rất phức
tạp tùy theo các ứng dụng mở rộng kèm theo. GPS – Theo dõi và Điều hành sử
dụng cùng một lúc nhiều công nghệ cao:
Công nghệ xác định vị trí – GPS,
Công nghệ GSM – Đảm bảo liên lạc thông tin hai chiều,
Công nghệ Điện thoại viễn thông,
Công nghệ GPRS/EDGE – Công nghệ chuyền dữ liệu qua GSM,
Công nghệ INTERNET – Công nghệ tiên tiến nhất của nhân loại.

10

Chương 1

Hình 1.5: GPS – Theo dõi và Điều hành
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.
1.1.2 Nguyên lý hoạt động của GPS
Nguyên lý xác định toạ độ của hệ thống GPS được dựa trên công thức tính:
quãng đƣờng = vận tốc x thời gian.
Vệ tinh phát ra các tín hiệu (bao gồm vị trí của chúng, thời điểm phát tín hiệu)
dạng hình cầu với bán kính bằng khoảng cách từ máy thu GPS tới nó và giao điểm
các hình cầu này chính là vị trí của máy thu.
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. Từ 4 vệ tinh sẽ phát ra tín hiệu dạng hình cầu với bán kính (là thời
gian tín hiệu đi từ vệ tinh đến máy thu x vận tốc sóng điện từ) bằng khoảng cách từ
máy thu GPS tới nó và giao điểm các hình cầu này chính là vị trí của máy thu.
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. Máy thu loại tốt có thể thu nhận tín

11


S

K

L

0

0

2

1

5

4