Luận Văn Xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát xe Bus tại trung tâm vận hành

LỜI CẢM ƠN
Em sẽ không hoàn thành khóa luận này nếu không có sự hướng dẫn và
chỉ bảo của thầy PGS. TS. Lê Huy Thập. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng
dẫn của thầy.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của tất cả các bạn trong
quá trình thực hiện khóa luận.
Là sinh viên lần đầu nghiên cứu khoa học chắc chắn khóa luận của em
không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong sự đóng góp ý kiến của
các thầy cô giáo và các bạn để khóa luận của em được hoàn thiện hơn. Một
lần nữa em xin chân thành cảm ơn công lao dạy dỗ chỉ bảo của các thầy giáo,
cô giáo. Kính chúc quý thầy cô giáo mạnh khỏe, tiếp tục đạt được nhiều thắng
lợi trong nghiên cứu khoa học và sự nghiệp trồng người.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2012
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Hòa

1


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Minh Hòa.
Sinh viên lớp: K34 - CNTT - Trường ĐHSP Hà Nội 2.
Tôi xin cam đoan:
1. Luận văn tốt nghiệp : “Xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát xe bus
tại trung tâm vận hành ” là công trình nghiên c ứu của bản thân tôi dưới sự
dẫn của thầy PGS. TS. Lê Huy Thập và tham khảo một số tài liệu khác.
2. Luận văn không sao chép từ bất kỳ tài liệu có sẵn nào.
3. Kết quả nghiên cứu của tôi không trùng với các tác giả khác.
Tôi xin chị u trách nhiệm về lời cam đoan này.

Hà Nội, ngày 8 tháng 5 năm 2012
Người cam đoan

Nguyễn Minh Hòa

2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. 1
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ 2
MỤC LỤC ........................................................................................................ 3
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................... 9
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT........................................................................ 11
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................ 12
1.1. Tìm hiểu về GPS ................................................................................... 12
1.1.1. Các phương pháp định vị ................................................................ 12
1.1.2. Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System ......... 16
1.1.3. Hệ thống định vị dựa trên vị trí....................................................... 21
1.2. Các công nghệ định vị........................................................................... 24
1.2.1. Các hệ thống phát tín hiệu .............................................................. 24
1.2.1.1. Các vệ tinh ............................................................................. 24
1.2.1.2. Các trạm thu phát (Base station) ............................................. 26
1.2.2. Các thiết bị có tính năng định vị ..................................................... 27
1.2.3. Các cách thức định vị khác ngoài GPS ........................................... 28
1.2.3.1. Cell ID ..................................................................................... 29
1.2.3.2. Phương pháp định vị từ nhiều phía (Multilateration) ............. 31
1.2.3.2.1. Time difference of arrival (TDOA) ................................. 31
1.2.3.2.2. Time of Arrival (TOA)..................................................... 31

1.2.3.2.3. Angle of arrival (AOA) .................................................... 32
1.2.3.2.4. Enhanced Observed Time Difference (EOTD)................ 32
1.2.4. Assisted GPS (A-GPS) ................................................................... 33
1.3. Giới thiệu về MapInfo........................................................................... 34
1.4. Giới thiệu về Visual C# ...................................................................... 35
1.5. Giới thiệu về Visual Stadio và SDK MapXtreme 2008 ....................... 36

3


1.5.1. Visual Stadio ................................................................................... 36
1.5.2. SDK MapXtreme 2008 ................................................................... 36
Chƣơng 2: PHÂN TÍ CH HỆ THỐNG ........................................................ 38
2.1. Khảo sát hệ thống.................................................................................. 38
2.1.1. Khảo sát hiện trạng ......................................................................... 38
2.1.2. Hướng giải quyết yêu cầu đặt ra của bài toán ................................ 38
2.1.3. Yêu cầu hệ thống mới ..................................................................... 39
2.2. Phân tí ch hệ thống................................................................................. 40
2.2.1. Sơ đồ chức năng.............................................................................. 40
2.2.1.1. Chức năng hiển thị .................................................................. 40
2.2.1.2. Chức năng theo dõi ................................................................. 41
2.2.1.3. Chức năng xem lại lộ trình ..................................................... 41
2.2.2. Biểu đồ luồng dữ liệu......................................................................... 42
2.2.2.1. Biểu đồ luồng dữ liệu mức khung cảnh ....................................... 42
2.2.2.2. Phân tích các yêu cầu chức năng ................................................. 43
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................................... 45
3.1. Thiết kế cơ sở dữ liệu ............................................................................ 45
3.2. Thiết kế chức năng ................................................................................ 46
3.2.1. Chức năng hiển thị .......................................................................... 46
3.2.2. Chức năng theo dõi ......................................................................... 47

3.2.3. Thiết kế cài đặt chức năng quản lý ................................................. 48
3.2.4. Chức năng xem lại lộ trình ............................................................. 49
3.2.5.Chức năng thống kê vi phạm ........................................................... 50
3.3. Thiết kế giao diện.................................................................................. 50
3.3.1. Hiển thị vị trí xe .............................................................................. 51
3.3.2. Theo dõi vi phạm ............................................................................ 52
3.3.3. xem lại lộ trình ................................................................................ 54

4


3.4. Thử nghiệm kị ch bản ............................................................................ 55
3.4.1. Hiển thị vị trí xe .............................................................................. 55
3.4.2. Theo dõi lộ trình xe ......................................................................... 57
3.4.3. Xem lại lộ trình xe .......................................................................... 57
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 59

5


MỞ ĐẦU
1. Mục đích, lý do chọn đề tài
Hệ thống dịch vụ dựa trên vị trí và các tiềm năng của nó đã được đề
cập và quan tâm đến trong một khoảng thời gian dài trước đây. Ngày nay, với
sự tập trung phát triển ngày càng tăng của các ứng dụng di động và sự xâm
nhập của GPS trên các thiết bị di động đã làm cho sự quan tâm đến các dịch
vụ dựa trên vị trí ngày càng trở nên nóng hổi. Thông qua việc tích hợp các
công nghệ định vị vào thiết bị di động cho phép các nhà khai thác cung cấp
rất nhiều các ứng dụng khác nhau cho khách hàng khi đã xác định được vị trí

của họ, chúng được gọi là các dịch vụ dựa trên định vị (Location Based
Service). Loại dịch vụ này tuy ra đời sau nhưng đã được hỗ trợ kèm theo hầu
hết các thiết bị di động ngày nay; trong đó phổ biến nhất là các dịch vụ về bản
đồ số, định vị và dẫn đường. Cho đến nay, đã có rất nhiều công nghệ định vị
được phát triển với mục đích tăng cường sự chính xác càng nhiều càng tốt,
giảm chi phí truyền dữ liệu.
Chính vì vậy , em đã chọn đề tài “ Xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát
xe bus tại trung tâm vận hành” làm khóa luận tốt nghiệp của mình.
2. Nhiệm vụ, yêu cầu
- Nhiệm vụ:
Nhiệm vụ của khóa luận là xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát xe bus tại
trung tâm vận hành. Đây là một hệ thống con trong một hệ thống lớn giám sát
và quản lý xe bus.
- Yêu cầu:
Do những nhiệm vụ đã nêu trên, luận văn phải thực hiện được những
yêu cầu sau:
- Tìm hiểu về LBS và các ứng dụng của nó.
- Xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát xe bus với các chức năng hiển thị,
theo dõi và xem lại lộ trình.

6


- Xây dựng ứng dụng nhận dạng biên với các kỹ thuật khác nhau dựa
trên ngôn ngữ Visual C#.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu
a. Phương pháp nghiên cứu lý luận
Nghiên cứu qua việc đọc sách, báo và các tài liệu liên quan nhằm xây
dựng cơ sở lý thuyết của đề tài và các biện pháp cần thiết để giải quyết các
vấn đề của đề tài.

b. Phương pháp chuyên gia
Tham khảo ý kiến của các chuyên gia để có thể thiết kế chương trình phù
hợp với yêu cầu thực tiễn, nội dung xử lý nhanh đáp ứng được yêu cầu ngày
càng cao của người sử dụng.
c. Phương pháp thực nghiệm
Thông qua quan sát thực tế, yêu cầu của cơ sở, những lý luận được
nghiên cứu và kết quả đạt được qua những phương pháp trên.
4. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống hỗ trợ giám sát xe bus với các chức năng hiển thị, theo dõi và
xem lại lộ trình.
b. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi luận văn của em dừng lại ở việc nghiên cứu và phát triển một
phần nhỏ ứng dụng trong việc xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát xe bus với
các chức năng hiển thị, theo dõi và xem lại lộ trình.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Nếu đề tài “Xây dựng hệ thống hỗ trợ giám sát xe bus tại trung tâm
vận hành” được đưa vào sử dụng trong thực tế thì nó sẽ góp phần đáng kể
trong việc giảm b ớt về sức người và chi phí cho việc giám sát xe bus
như các phương tiện giao thông khác hiện nay.

7

cũng


6. Cấu trúc luận văn
Ngoài mở đầu và kết luận, khóa luận bao gồm 3 chương:
- Chương 1: Cơ sở lý thuyết.
- Chương 2: Phân tích hệ thống.

- Chương3: Thiết kế hệ thống.

8


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Thành phần không gian của hệ thống GPS .................................... 12
Hình 1.2: Vị trí các trạm của thành phần điều khiển hệ thống GPS .............. 13
Hình 1.3: Nguyên lý định vị không gian 4 điểm ............................................. 15
Hình 1.4: Biểu thị kết quả bản đồ dưới dạng raster ....................................... 18
Hình 1.5: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm .................................. 19
Hình 1.6: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng đường ............................... 20
Hình 1.7: Số liệu vector biểu thị dưới dạng vùng ........................................... 20
Hình 1.8: Dữ liệu vectơ kết hợp với dữ liệu không thưa khác ........................ 21
Hình 1.9: Nền tảng của LBS là GNSS và GIS ................................................. 22
Hình 1.10: LBS có ứng dụng rất rộng rãi trong giao thông ........................... 23
Hình 1.11: Cell ID........................................................................................... 30
Hình 1.12: TDOA ............................................................................................ 31
Hình 1.13: TOA ............................................................................................... 32
Hình 1.14: AOA ............................................................................................... 32
Hình 1.15: Biểu tượng MapInfo ...................................................................... 34
Hình 2.1: Sơ đồ chức năng của hệ thống giám sát xe bus .............................. 40
Hình 2.2: Biểu đồ mức khung cảnh................................................................. 43
Hình 3.1: Sơ đồ liên kết giữa các bảng trong cơ sở dữ liệu ........................... 45
Hình 3.2: Sơ đồ thuật toán hiển thị vị trí xe ................................................... 46
Hình 3.3: Sơ đồ thuật toán của hàm SavePosition()....................................... 47
Hình 3.4: Sơ đồ thuật toán chức năng theo dõi lộ trình xe ............................ 48
Hình 3.5: Sơ đồ thuật toán chức năng xem lại lộ trình xe .............................. 49
Hình 3.6: From giao diện ban đầu của hệ thống hỗ trợ theo dõi lộ trình xe
bus ................................................................................................................... 50

Hình 3.7: Form kết quả hiển thị vị trí các xe đang hoạt động ........................ 51
Hình 3.8: Kết quả lưu thông tin lộ trình trong bảng LOTRINH ..................... 51

9


Hình 3.9: Form kết quả giám sát lộ trình của xe (Chiều đi) .......................... 52
Hình 3.10: Thông báo khi đã lưu xong vi phạm ............................................. 53
Hình 3.11: Kết quả lưu vi phạm trong bảng VIPHAM ................................... 53
Hình 3.12: Lựa chọn thông tin xe cần xem lại lộ trình ................................... 54
Hình 3.13: Lộ trình của xe được xem lại (Chiều đi, có vi phạm) ................... 54
Hình 3.14: Lộ trình của xe được xem lại (Chiều về, không vi phạm) ............. 54
Bảng sắp xếp kịch bản lộ trình của xe ............................................................ 56

10


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
LBS: Location based service
GPS: Global Position System
GIS: Geographic Information system
GNSS: Global Navigation Satellite System
SDK: Software Development Kit
IDE: Integrated Development Environment

11


CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Tìm hiểu về GPS

1.1.1. Các phƣơng pháp định vị
Thiết bị dẫn đường GPS dựa trên nguyên lý của hệ thống định vị toàn cầu
(Global Position System - GPS) hay tên gọi mới phổ biến hơn là hệ thống vệ
tinh dẫn đường toàn cầu (Global Navigation Satellite System – GNSS). Hệ
thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu được nhiều người biết đến nhất hiên nay là
GPS do Mĩ chế tạo và hoạt động từ năm 1994, GLONASS (GLobal Orbiting
Navigation Satellite System) do Nga chế tạo và hoạt động từ năm 1995, và hệ
thống GALILEO do Liên hiệp Âu Châu (EU) chế tạo và sẽ được đưa vào sử
dụng trong tương lai (2013). Ngoài ra còn có các hệ thống khác mang tính địa
phương như BeiDou (BeiDou Navigation System) của Trung Quốc, QZSS
(Quasi-Zenith

Satellite

System)

của

Nhật

Bản,

DORIS

(Doppler

Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite) của Pháp, IRNSS
(Indian Regional Navigational Satellite System) của Nhật Bản [10].
Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu được ứng dụng đa dạng trong nhiều
lĩnh vực và ngày càng chứng minh được tính hữu dụng của nó.

Hệ thống GPS gồm 3 thành phần [1]:
a. Thành phần không gian

Hình 1.1: Thành phần không gian của hệ thống GPS

12


Thành phần này bao gồm các vệ tinh GPS bay trên quĩ đạo. Như ta đã
biết ở phần trên thì vào năm 1978, Mỹ đã phóng các vệ tinh GPS lên trên quĩ
đạo cách trái đất khoảng 19.200 km, với tốc độ chừng 11.200 km/h, có nhiệm
vụ truyền đi các tín hiệu radio tần số thấp tới các thiết bị thu nhận.
b. Thành phần điều khiển
Phần điều khiển là các trạm điều khiển các vệ tinh đặt trên trái đất.
Phần điều khiển gồm: 1 trạm điều khiển chính, 5 trạm thu số liệu, 3 trạm
truyền số liệu.

Hình 1.2: Vị trí các trạm của thành phần điều khiển hệ thống GPS
- Một trạm điều khiển chính:
Đặt tại Colorade Springs (Mỹ) có nhiệm vụ thu thập các dữ liệu theo dõi
vệ tinh từ các trạm thu số liệu để xử lý.
Công nghệ xử lý gồm: Tính lịch thiên văn, tính và hiệu chỉnh đồng hồ,
hiệu chỉnh quỹ đạo điều khiển, thay thế các vệ tinh ngừng họat động bằng các
vệ tinh dự phòng.
- 5 trạm thu số liệu:
Được đặt tại Hawai, Colorade Springs, Ascension (Nam Đại Tây Dương),
Diago Garia (Ấn Độ Dương), Kwayalein (Nam Thái Bình Dương). Có nhiệm

13

vụ theo dõi các tín hiệu vệ tinh để kiểm soát và dự đoán quỹ đạo của chúng.
Mỗi trạm được trang bị những máy thu P-code để thu các tín hiệu của vệ tinh,
sau đó truyền về trạm điều khiển chính.
- 3 trạm truyền số liệu:
Đặt tại Ascension, Diago Garia, Kwayalein có khả năng chuyển số liệu lên
vệ tinh gồm lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ, các thông điệp cần phát,
các lệnh điều khiển từ xa.
c. Thành phần người sử dụng
Thành phần người sử dụng gồm các thành phần:
- Những máy thu tín hiệu GPS có Ăngten riêng (máy định vị).
- Các thiết bị tự ghi (bộ ghi số liệu).
- Máy tính (phần mềm xử lý số liệu).
- Máy định vị: Khi ta di chuyển hay dừng tại chỗ, máy thu GPS nhận tín
hiệu từ vệ tinh rồi tính toán định vị. Kết quả tính được là tọa độ hiển thị trên
màn hình bộ ghi số liệu.
- Bộ ghi số liệu: Bộ ghi số liệu là máy cầm tay, có phần mềm thu thập số
liệu. Bộ ghi số liệu có thể ghi vị trí hoặc gắn thông tin thuộc tính với vị trí.
- Máy tính, phần mềm xử lý số liệu: Hệ thống GPS có kèm theo phần
mềm xử lý số liệu. Sau khi thu thập số liệu ở thực địa, phần mềm chuyển số
liệu vị trí và thông tin thuộc tính sang máy tính (PC), sau đó phần mềm sẽ
nâng cao độ chính xác (bằng kỹ thuật phân sai).
Phần mềm xử lý số liệu GPS còn có chức năng biên tập hoặc vẽ. Phần
mềm này cũng hỗ trợ thu thập các yếu tố địa lý và thông tin thuộc tính cho
GPS hoặc các cơ sở dữ liệu khác.
GPS hoạt động dựa trên nguyên lý định vị không gian 4 điểm [4]:

14

Hình 1.3: Nguyên lý định vị không gian 4 điểm
Một vệ tinh có thể truyền tín hiệu radio ở nhiều mức tần số thấp khác
nhau, được gọi là L1, L2... Những thiết bị nhận tín hiệu GPS thông thường
bắt sóng L1, ở dải tần số UHF 575,42 Mhz. Một đài phát thanh FM thường
cần có công suất chừng 100.000W để phát sóng, nhưng một vệ tinh định vị
toàn cầu chỉ đòi hỏi 20-50W để đưa tín hiệu đi xa 19.200 km. Tần số L1 chứa
đựng 2 tín hiệu số (mã hoá bằng kỹ thuật số), được gọi là P-code và C/Acode. Mã P nhằm bảo vệ thông tin khỏi những sự truy nhập trái phép. Tuy
nhiên, mục đích chính của các tín hiệu mã hóa là nhằm tính toán thời gian cần
thiết để thông tin truyền từ vệ tinh tới một thiết bị thu nhận trên mặt đất.
Thông thường trong không gian, để xác định vị trí của một điểm chỉ cần
tìm giao điểm của 3 hình cầu (trái đất là hình cầu thứ 4). Tuy nhiên nếu đồng
hồ của thiết bị không chính xác tuyệt đối thì sai số của vị trí ước lượng được
sẽ rất lớn do dùng công thức:
Quãng đường = thời gian x vận tốc
Trong đó vận tốc là vận tốc truyền của tín hiệu từ vệ tinh đến thiết bị,
cũng chính là vận tốc ánh sáng - một hằng số lớn.
Vì chế tạo thiết bị đo đếm thời gian chính xác tuyệt đối khá khó khăn (chi
phí đắt đỏ, kích thước lớn) nên thường các thiết bị GPS chỉ hoạt động khi có
thể nhận tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh - 3 vệ tinh để xác định vị trí và 1 để

15


đồng bộ đồng hồ. Cũng bằng cách này bất kì thiết bị nào cần tính toán thời
gian một cách chính xác đều có thể sử dụng GPS làm đồng hồ (thời gian hệ
thống của NAVSTAR GPS được cung cấp bởi đồng hồ nguyên tử của Viện
các chuẩn và công nghệ Hoa Kỳ - NIST).
Hoạt động của GPS có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:
- Khi các vệ tinh ở quá gần nhau, chúng sẽ khiến cho việc xác định một
vị trí chính xác trở nên khó khăn hơn.

- Vì tín hiệu radio đi từ vệ tinh xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu,
tốc độ cần thiết để tín hiệu truyền tới thiết bị nhận sẽ bị chậm đi. Hệ thống
GPS có dự phòng điều đó bằng cách tính thêm khoảng thời gian chậm trễ
trung bình, nhưng cũng không được hoàn toàn chính xác.
- Chướng ngại lớn như các dãy núi hay các toà nhà cao tầng cũng làm
cho thông tin bị sai lệch.
- Giữa thiết bị nhận (nhất là của người dùng cá nhân) với vệ tinh, có thể
không hoàn toàn trùng khớp về mặt thời gian và các vệ tinh đôi khi chạy lệch
khỏi quỹ đạo.
1.1.2. Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System
a. Khái niệm về GIS
Hệ thống thông tin địa lý, GIS, là một loại hệ thống thông tin quản lý
các thông tin về các sự vật (things), sự kiện (events) và các họat động
(activities) dựa trên vị trí của chúng.
Hệ thống thông tin địa lý bao gồm các thành phần:
- Thành phần phần cứng: các thiết bị bao gồm máy vi tính, máy in, bàn
số hóa, thiết bị quét ảnh, các phương tiện lưu trữ dữ liệu.
- Thành phần phần mềm: Có thể là một hoặc một tổ hợp các phần mềm
máy tính. Các phần mềm này có các tính năng cơ bản như: nhập và kiểm tra

16


dữ liệu, lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu, xuất dữ liệu, biến đổi dữ liệu, tương
tác với người dùng.
Các phần mềm tiêu chuẩn và được sử dụng phổ biến trong khu vực
Châu Á là: ARCGIS, MAPINFO, WINGIS…
Số liệu được sử dụng trong GIS không chỉ là số liệu địa lý (georeferenced data) riêng lẻ mà còn phải được thiết kế trong một cơ sở dữ liệu
(database). Những thông tin địa lý có nghĩa là sẽ bao gồm các dữ kiện về vị trí
địa lý, thuộc tính (attributes) của thông tin, mối liên hệ không gian (spatial

relationships) của các thông tin, và thời gian.
b. Dữ liệu cho GIS
Dữ liệu cho GIS thường khá lớn, liên kết nhiều loại dữ liệu khác nhau:
dữ liệu có thể được nhập bằng tay, bằng các thiết bị hỗ trợ với tính năng GPS,
từ ảnh scan v.v… Để có thể chuyển nhiều loại dữ liệu thô khác nhau này
thành dữ liệu luận lý phục vụ cho việc xử lý đòi hỏi sự kết hợp của khá nhiều
công nghệ; trong đó có:
- Định vị: hỗ trợ việc vẽ bản đồ và thu thập dữ liệu. Giờ đây các
phương tiện có thiết bị định vị có thể giúp điều chỉnh độ chính xác của các
bản đồ, thu thập dữ liệu hình ảnh.
- Xử lý ảnh: Tuy để có dữ liệu tốt nhất cần phải đầu tư cho khâu thu
thập dữ liệu nhưng dữ liệu thu thập được sẽ khó có thể hoàn hảo trong mọi
điều kiện: hình ảnh chụp được từ vệ tinh hoặc các thiết bị khảo sát khác có thể
có độ nét không cao, bị lỗi (bụi, mờ, mây che v.v…) hoặc chỉ biểu diễn một
mặt nào đó của dữ liệu cần thu thập (như chỉ chụp phần xanh để lập bản đồ
rừng mà không chụp nhà cửa của cư dân trong vùng). Do đó, cần có các công
nghệ xử lý ảnh để kết hợp thông tin từ nhiều lần khảo sát khác nhau hoặc sửa
chữa sai sót giữa các lần khảo sát của cùng một khu vực, từ đó xây dựng được
dữ liệu với độ chính xác tương đối.

17


- Nhận dạng: trước khi các hệ thống thông tin địa lý kỹ thuật số ra đời,
do nhu cầu của công việc hoặc cuộc sống nên đã có khá nhiều dữ liệu địa lý
được tạo ra dưới dạng bản đồ trên giấy hoặc các dữ liệu khảo sát của vùng/
miền. Việc nhập tay lượng dữ liệu cực kỳ lớn này đòi hỏi quá nhiều nhân lực
so với việc xây dựng toàn bộ hệ thống GIS. Với công nghệ nhận dạng giờ đây
các bản đồ có thể được scan, các vùng khác nhau trên bản đồ được tự động
nhận dạng và chuyển thành dạng vector, dữ liệu chữ và số được đưa vào cơ sở

dữ liệu một cách hoàn toàn tự động.
Để lưu trữ dữ liệu được hiệu quả và đáp ứng nhu cầu xử lý (nhanh và
chính xác) của các ứng dụng GIS, việc thiết kế cơ sở dữ liệu cũng cần được
chú ý. Hiện có khá nhiều kiểu dữ liệu được ứng dụng trong GIS và được phân
thành 2 loại chính [2]:
- Dữ liệu dạng raster: Thường được chia nhiều dòng và cột, mỗi “ô”
trong dữ liệu chứa một giá trị nào đó. Dữ liệu raster thông dụng nhất là ảnh kĩ
thuật số, trong đó mỗi điểm trên ảnh mang giá trị là màu của điểm đó. Dữ liệu
raster có thể được lưu vào file hoặc hệ quản trị cơ sở dữ liệu, tuy nhiên việc
tìm kiếm trên dữ liệu này khá khó khăn vì mỗi bản ghi thường có kích thước
khá lớn.

Hình 1.4: Biểu thị kết quả bản đồ dưới dạng raster

18


- Dữ liệu dạng vector: là cách tốt nhất để biểu diễn các yếu tố địa lý
như sông, hồ. Vector có thể biểu diễn dưới dạng toán học (tọa độ 2 đầu của
một đường thẳng) thay vì nhiều điểm liên tục như dữ liệu dạng raster (lưu tọa
độ của tất cả các điểm trên đường) nên thường nhỏ hơn và dễ tìm kiếm hơn,
và vì không phải là một mảng như raster nên dữ liệu vector có thể biểu diễn
nhiều thành phần khác nhau nằm cách xa nhau - nói một cách khác là các đối
tượng rời rạc (discrete) và thưa (spatial). Dữ liệu vector thường là sự kết hợp
của nhiều đối tượng hình học đơn giản như:
+ Điểm: Thường dùng để chỉ một vị trí nào đó hoặc một vùng nào đó trên
các bản đồ tỉ lệ lớn. Điểm thường được biểu diễn dưới dạng tọa độ trong một
hệ tọa độ được quy ước.

Hình 1.5: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm

+ Đường: Thường dùng để biểu diễn những thứ liên tục như đường, sông
ngòi, mạch nước hoặc các đường độ cao. Từ dữ liệu dạng đường thường có
thể suy ra độ dài của đường. Dữ liệu vector có thể biểu diễn các đường cong
không chính xác vì thường phải xấp xỉ bằng các đường thẳng.

19


Hình 1.6: Số liệu vector được biểu thị dưới dạng đường
+ Đa giác: Thường dùng để biểu diễn một vùng hoặc một bề mặt nào đó
như ranh giới tỉnh, khuôn viên một công trình, một mặt hồ… Dữ liệu dạng
này có thể dùng để suy ra diện tích và chu vi của đối tượng.

Hình 1.7: Số liệu vector biểu thị dưới dạng vùng

20


- Các dữ liệu không thưa (non - spatial) khác: Thường được lưu trữ kết
hợp với các kiểu dữ liệu trên để phục vụ việc xử lý và ra quyết định. Ví dụ
hình ảnh vệ tinh của một quận (raster) có thể đi kèm với bản đồ đường
(vector) và các chỉ tiêu phát triển xã hội như số dân, mật độ dân số, thành
phần dân số…

Hình 1.8: Dữ liệu vectơ kết hợp với dữ liệu không thưa khác
1.1.3. Hệ thống định vị dựa trên vị trí
a. Khái niệm về LBS
Khái niệm vị trí (location) ở đây được hiểu là vị trí không gian (spatial
location). Chính vì vậy, các dịch vụ dựa trên vị trí là các dịch vụ cung cấp
thông tin tiện ích cho người sử dụng dựa trên việc lưu trữ, quản lý và phânt

tích vị trí của các đối tượng được theo dõi[5].
Như vậy, để xây dựng được một dịch vụ dựa trên vị trí, ta cần hai thành
phần sau:
- Một hệ thống thông tin địa lý để lưu trữ, quản lý và phân tích các thông
tin về các đối tượng cố định, các đối tượng di động và các vị trí của chúng
theo thời gian.
- Một hệ thống định vị để cung cấp nguồn thông tin vị trí của các đối
tượng. Bao gồm đối tượng di động và cố định; định vị yêu cầu thời gian thực
và định vị yêu cầu độ chính xác cao.

21


Hình 1.9: Nền tảng của LBS là GNSS và GIS
b. Các ứng dụng của LBS [6]
- Dịch vụ cung cấp thông tin dựa trên vị trí (Location based information
services). Một ví dụ tiêu biểu cho dịch vụ này là hệ thống định vị dẫn đường.
tùy vào thiết bị của người sử dụng và nguyên tắc hoạt động của hệ thống mà
quá trình khai thác dịch vụ có thể được thực hiện theo 2 cách là: ứng dụng
web, client/server.
- Tính cước dịch vụ theo vị trí (Location sensitive billing). Hệ thống
cần xác định vị trí của khách hàng để tính cước cho dịch vụ mà họ sẽ cung
cấp (dịch vụ mua hàng từ xa, dịch vụ vận chuyển)
- Dịch vụ hỗ trợ khẩn cấp (Emergency services). Trong sinh hoạt hàng
ngày, đôi khi ta không tránh khỏi các tai nạn hay các tình huống nguy hiểm.
Hệ thống hỗ trợ khẩn cấp hoạt động trên nguyên tắc: nhà cung cấp dịch vụ
nhận tín hiệu yêu cầu hỗ trợ từ khách hàng, khi đã xác định được vị trí của
người yêu cầu, nhà cung cấp dịch vụ sẽ gửi các trang thiết bị kỹ thuật, nhân
lực cần thiết đến hiện trường để giải quyết sự cố.
- Dịch vụ quản lý giám sát (Tracking). Để bảo vệ các tài sản có giá trị

người ta có thể gắn vào nó các thiết bị giám sát, khi được kích hoạt thiết bị
này có nhiệm vụ gửi về máy tính của nhà cung cấp dịch vụ vị trí hiện tại của
mình. Dữ liệu vị trí được sử dụng để vẽ lại vệt di chuyển của thiết bị trên bản
đồ, khách hàng có thể căn cứ vào vệt di chuyển của thiết bị để tìm ra tài sản.

22


Ta còn gặp các dịch vụ giám sát dưới dạng các hệ thống quản lý, điều hành
(hệ thống quản lý điều hành mạng lưới taxi, mạng lưới xe bus…).

Hình 1.10: LBS có ứng dụng rất rộng rãi trong giao thông
c. Ứng dụng LBS ở Việt Nam
Ở các nước tiên tiến, LBS đã được ứng dụng vào thực tế từ rất lâu. Tuy
nhiên, ở Việt Nam, do điều kiện cơ sở hạ tầng chưa phát triển nên ứng dụng
LBS còn tương đối ít với những lý do sau:
- Độ chính xác định vị chưa cao: Hiện nay, theo thí nghiệm tại Việt
Nam với chip GPS phổ dụng, với điều kiện trời quang, vị trí không bị che lấp
bởi cây cối, nhà cao tầng thì độ chính xác định vị khoảng 5-7 m. Còn với
những điểm không thuận lợi (như dưới nhà cao tầng, cây cối, vật cản) độ
chính xác trở nên rất thấp.
- Độ chính xác của bản đồ chưa cao: Hiện nay, hầu hết các ứng dụng
đã triển khai đều sử dụng bản đồ miễn phí (phổ biến nhất là Google Map)
chưa đảm bảo về mặt độ chính xác và độ chi tiết dữ liệu.
- Độ mềm dẻo trong tích hợp: Đối với bộ thu là một khối tích hợp, các
chức năng chưa mềm dẻo (thiếu các chức năng thu thập thông tin và điều
khiển). Bản đồ chưa thể tích hợp nhiều nghiệp vụ.

23

1.2. Các công nghệ định vị
Việc định vị là cốt lõi của khả năng cung cấp các dịch vụ dựa theo vị trí
(Location-based service, từ đây gọi là LBS). Chỉ khi xác định được vị trí của
người dùng hoặc thiết bị thì hệ thống mới có thể đưa ra nội dung hoặc quyết
định dựa theo thông tin vị trí ấy.
Để có thể định vị được thiết bị, cần có sự kết hợp giữa nhiều yếu tố như
hệ thống phát và thu. Cơ sở hạ tầng cho các hệ thống này rất đa dạng: từ vệ
tinh, trạm thu phát cho đến các thiết bị cầm tay.
Các hệ thống định vị thường bao gồm:
- Một hệ thống phát tín hiệu được phân tán trên diện rộng, chẳng hạn như
vệ tinh hoặc các trạm thu phát sóng. Các hệ thống này thường phát tín hiệu
một cách tự động và liên tục, bất kỳ thiết bị nào trong vùng phủ sóng đều có
thể nhận được.
- Các đầu thu dựa vào tín hiệu nhận được có thể tính toán ra vị trí của
mình một cách chủ động.
Tuy nhiên vẫn có những hệ thống hoạt động theo cách khác (thiết bị
chủ động gửi tín hiệu đến các hệ thống lớn hơn) nhưng không phát triển mạnh
vì chi phí cho thiết bị có khả năng phát sóng thường khá lớn.
1.2.1. Các hệ thống phát tín hiệu
1.2.1.1. Các vệ tinh
Vệ tinh hiện là loại hệ thống được sử dụng rộng rãi nhất vì các ưu điểm
của nó như tầm bao phủ rộng và có độ chính xác tương đối, đáp ứng được hầu
hết các nhu cầu thông thường. Tuy nhiên phương pháp này không phải không
có khuyết điểm:
Các hệ thống đang hoạt động đều được xây dựng cho mục đích quân
sự, các tổ chức kiểm soát các hệ thống này có quyền hạn chế truy cập của
người dùng dân sự vào bất cứ lúc nào.

24

Chất lượng tín hiệu phụ thuộc nhiều vào thời tiết. Các hoạt động thời
tiết thông thường như giông bão có thể gây nhiễu một cách đáng kể vì vệ tinh
ở quá xa so người nhận so với nơi hình thành nhiễu.
Phải có tầm nhìn tới vệ tinh: không nên có vật cản giữa thiết bị nhận và
vệ tinh vì tín hiệu có tính xuyên thấu kém.
Đồng hồ của thiết bị bị lệch dù ít cũng có thể gây ảnh hưởng lớn đến
kết quả, có thể đòi hỏi chi phí sản xuất lớn để tạo ra đồng hồ độ chính xác
cao.
Tuy nhiên, vệ tinh vẫn có rất nhiều ứng dụng trong viễn thông như
truyền dẫn, phát hay khảo sát.
Có nhiều hệ thống vệ tinh được sử dụng để định vị như là:
- Hệ thống NAVSTAR GPS là hệ thống vệ tinh phát tín hiệu định vị được sử
dụng nhiều nhất hiện nay. NAVSTAR GPS được triển khai bởi quân đội Mỹ,
bắt đầu hoạt động hoàn chỉnh từ năm 1993. NAVSTAR GPS là sản phẩm kế
thừa của hệ thống định vị bằng vệ tinh trước đó của Mỹ: Transit.
- Hệ thống GLONASS được Liên bang Xô Viết cũ xây dựng từ 1976 và đạt
độ phủ toàn cầu năm 1991. Từ sau sự sụp đổ của Liên bang Xô Viết, hệ thống
này không còn được duy trì tốt. Chỉ đến năm 2001, khi tổng thống Nga lúc
bấy giờ là Vladimir Putin kí sắc lệnh duy trì thì các lỗ hổng trong hệ thống
mới được khắc phục và hệ thống được nâng cấp để sử dụng thêm nhiều tần số
và kéo dài tuổi đời vệ tinh.
- Hệ thống Galilleo được đặt tên theo nhà thiên văn học nổi danh người Ý;
Galilleo hiện vẫn ở giai đoạn lập kế hoạch. Tuy nhiên Galilleo khác biệt với
NAVSTAR GPS và GLONASS ở các điểm:
Có thể dùng để tăng cường độ chính xác cho việc định vị dựa vào
NAVSTAR GPS và GLONASS: từ vài chục mét xuống vài cm; đồng thời có
khả năng hoạt động độc lập khi hai hệ thống trên có vấn đề.

25