Các dịch vụ LBS trong GPS

- PHAN VĂN HÒA CÁC DỊCH VỤ LBS TRONG GPS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Người hướng dẫn: TS NGUYỄN VIẾT NGUYÊN Hà Nội – 2012 Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa 1 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU.
- Các thế hệ vệ tinh GPS.
- Cấu trúc tín hiệu vệ tinh GPS.
- Các vị trí điều khiển của GPS.
- Các loại dịch vụ định vị GPS.
- CHƯƠNG 2: DATUM, HỆ THỐNG TỌA ĐỘ.
- Hệ thống tọa độ.
- Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa 2 3.1.
- Các hệ thống dẫn đường.
- Các dịch vụ vị trí mở và máy chủ GeoMobility ....Error! Bookmark not defined.
- 3.1.3.Các hệ thống thông tin.
- Dịch vụ cổng.
- Các hệ thống định vị độc lập.
- Hệ thống định vị vệ tinh.
- Các hệ thống định vị dựa trên sóng vô tuyến điện mặt đất ...Error! Bookmark not defined.
- Dịch vụ tiện ích định vị.
- Các dịch vụ danh bạ.
- Dịch vụ xác định tuyến.
- Dịch vụ trình diễn.
- Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa 3 4.4.
- Lỗi đồng hồ vệ tinh A4 PHỤ LỤC B B1 B.1 Main Mfile B1 B.2 Error_Satellite_Clock_Offset B3 B.3 Error_Satellite_Clock_Relavastic B4 B.4 Error_Ionospheric_Klobuchar B5 B.5 Error_Tropospheric_Hopfield B8 B.6 Gen_G_DX_XYZ_B B9 B.7 plot_Orbit B10 B.8 Main B13 Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT AP Access Point Điểm truy cập C/A Coarse/Acquisition Mã C/A – Mã kém/mã tín hiệu DR Deduced Reckoning Sự ước lượng suy diễn GIS Geographical Information System Hệ thống thông tin địa lý GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu LBS Location-based Service Dịch vụ dựa trên vị trí MBR Minimum Bounding Rectangle Khung giới hạn nhỏ nhất MTM Modified Transverse Mercator Phép chiếu Mercator ngang cải tiến NAD North American Datum Datum Bắc Mỹ NNQ Nearest Neighbor Query Truy vấn hàng xóm gần nhất POI Point Of Interest Điểm quan tâm PPS Precise Position Service Dịch vụ vị trí chính xác PQ Point Query Truy vấn điểm RQ Range Query Truy vấn khoảng cách SDS Spatial Database Server Máy chủ cơ sở dữ liệu không gian SPS Standard Position Service Dịch vụ vị trí chuẩn UTM Universal Transverse Mercator Phép chiếu ngang toàn cầu WGS World Geodetic System Hệ thống trắc địa thế giới Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1.
- Vị trí vệ tinh.
- Vị trí lặp cho thiết bị thu GPS.
- Lỗi trong GPS A1 Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1-1 Nhóm vệ tinh GPS.
- 3 Hình 1-2 Các phần của hệ thống GPS.
- 3 Hình 1-3 Các thế hệ vệ tinh GPS.
- 4 Hình 1-4 Cấu trúc tín hiệu vệ tinh.
- 6 Hình 1-5 Các vị trí điều khiển.
- 16 Hình 2-4 Hệ thống tọa độ 3-D.
- 25 Hình 3-1 Kiến trúc của hệ thống dẫn đường hiện đại.
- 50 Hình 4-5 Bám vị trí.
- 55 Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa Hình 4-6 Các nhân tố tuyến tính.
- 60 Hình 5-2 Vệ tinh GPS và vị trí thiết bị thu.
- 63 Hình 5-4 Phương pháp lặp trong định vị GPS để tìm vị trí.
- 64 Hình 5-6 Phương pháp lặp trong định vị GPS - Lỗi đồng hồ thiết bị thu………….64 Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa 1 MỞ ĐẦU Hệ thống định vị toàn cầu GPS được sử dụng phổ biến đã mở đường cho hàng loạt các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.
- LBS - dịch vụ cung cấp các nội dung dựa trên vị trí đã tận dụng các ưu điểm của GPS, cung cấp cho người sử dụng rất nhiều các loại tiện ích khác nhau.
- Cùng với GPS, để các dịch vụ này thực sự có giá trị thực tiễn, các phương pháp hiển thị bản đồ, mô hình hóa vị trí, tọa độ, lưu trữ dữ liệu, hiển thị thông tin đến người sử dụng và nhận thông tin về người sử dụng được nghiên cứu và sử dụng.
- Vấn đề xác định chính xác vị trí các đối tượng gồm vệ tinh và người sử dụng đóng một vai trò quan trọng trong việc triển khai các dịch vụ này.
- Nội dung luận văn bao gồm các chương sau: Chương 1 Trình bày tổng quan về các thành phần, cấu trúc tín hiệu vệ tinh GPS và các loại dịch vụ và ứng dụng của GPS.
- Chương 3 Trình bày về cơ sở dữ liệu không gian trong đó nêu lên các hệ thống dẫn đường, dịch vụ cổng, dịch vụ tiện ích định vị, dịch vụ danh bạ và các dịch vụ xác định tuyến và trình diễn.
- Chương 4 Trình bày các nội dung cơ bản của dịch vụ dựa trên vị trí LBS trong đó tập trung vào vấn đề mô hình hóa nội dung và quản lý cập nhật thông tin.
- Chương 5 Trình bày kết quả mô phỏng qua Matlab để phân tích các dữ liệu từ một tín hiệu thu được từ vệ tinh, xác định ra vị trí người sử dụng và vệ tinh sau khi tách lọc các khung dữ liệu cần thiết.
- Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GPS 1.1.
- Khái niệm về GPS Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là một hệ thống định vị dựa trên vệ tinh được phát triển bởi Bộ Quốc phòng Mỹ vào đầu những năm 1970.
- Nó phục vụ số người dùng không giới hạn và là một hệ thống một chiều có nghĩa là người sử dụng chỉ có thể nhận các tín hiệu từ vệ tinh.
- Trên danh nghĩa thì GPS gồm có một nhóm 24 vệ tinh chức năng.
- Nhóm vệ tinh này được biết như dung lượng hoạt động ban đầu (IOC), hoàn thành vào tháng 7/1993.
- Để đảm bảo sự phủ sóng liên tục trên toàn thế giới, các vệ tinh GPS được sắp xếp sao cho 4 vệ tinh được đặt vào trong mỗi 6 mặt phẳng quỹ đạo (Hình 1-1).
- Với kết cấu hình học này, thì luôn có 4 đến 10 vệ tinh GPS sẽ hiện hữu ở bất kì nơi đâu trên thế giới, nếu góc ngẩng là 100.
- Chỉ cần 4 vệ tinh là đủ để cung cấp vị trí hoặc địa điểm, thông tin.
- Các quỹ đạo vệ tinh GPS gần như tròn (dạng elip với độ lệch tâm tối đa là 0.01), với độ nghiêng khoảng 550 đối với xích đạo.
- Hệ thống GPS đã đạt được khả năng hoạt động đầy đủ (FOC) vào đảm bảo khả năng làm việc của ít nhất 24 vệ tinh GPS chức năng.
- Vì GPS đã đạt được FOC nên số lượng vệ tinh trong nhóm GPS luôn luôn lớn hơn 24 vệ tinh chức năng.
- Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa 3 Hình 1-1 Nhóm vệ tinh GPS 1.2.
- Hình 1- 2 Các phần của hệ thống GPS Phần không gian gồm có 24 vệ tinh.
- Mỗi vệ tinh GPS phát 1 tín hiệu, tín hiệu đó gồm các thành phần sau: 2 sóng hình sin (hay còn gọi là các tần số sóng mang), 2 mã số và 1 bản tin dẫn đường.
- Các sóng mang và mã được dùng chủ yếu để xác định khoảng cách từ thiết bị thu của người dùng tới các vệ tinh GPS.
- Bản tin dẫn đường đi kèm theo các thông tin khác, gồm tọa độ của các vệ tinh như một hàm của thời gian.
- Các tín hiệu truyền đi được điều khiển bởi đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cao nằm trên các vệ tinh.
- Phần điều khiển của hệ thống GPS gồm một mạng các trạm bám vệ tinh toàn cầu với một trạm điều khiển chính (MCS) đặt ở Colorado Springs, Colorado, Mĩ.
- Nhiệm vụ chủ yếu của phần điều khiển chức năng là bám sát Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa 4 các vệ tinh GPS để xác định và dự đoán vị trí của các vệ tinh, tình trạng nguyên vẹn của hệ thống, hoạt động của các đồng hồ nguyên tử, thông tin khí quyển, niên giám vệ tinh và một số các vấn đề cần quan tâm khác.
- Sau đó các thông tin này được đóng gói và đưa vào các vệ tinh GPS thông qua tuyến kết nối băng S.
- Các thế hệ vệ tinh GPS Nhóm vệ tinh GPS được xây dựng bắt đầu với chuỗi 11 vệ tinh, được gọi là các vệ tinh Block I (Hình 1-3).
- Các vệ tinh Block I xây dựng chủ yếu cho mục đích thực nghiệm.
- Vệ tinh đầu tiên được phóng lên vào ngày 22 tháng 2 năm 1978 và vệ tinh sau cùng phóng lên vào ngày 9 tháng 10 năm 1985.
- Vệ tinh sau cùng của Block I ngừng cung cấp dịch vụ sau hơn 10 năm hoạt động tức là vào ngày 18 tháng 11 năm 1995.
- Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh nghiêng 630 so với xích đạo.
- Hình 1-3 Các thế hệ vệ tinh GPS Thế hệ vệ tinh GPS thứ 2 được biết tới là các vệ tinh Block II/IIA (Hình 1-3).
- Điều này có nghĩa là các vệ tinh Block II và Block IIA có thể Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa 5 hoạt động liên tục không cần sự hỗ trợ từ mặt đất trong khoảng thời gian tương ứng là 14 và 180 ngày.
- Tổng số 28 vệ tinh Block II và Block IIA được phóng lên trong giai đoạn từ tháng 2 năm 1989 đến tháng 11 năm 1997.
- Mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh nghiêng 550 so với xích đạo.
- Để đảm bảo an ninh quốc gia, một số đặc tính an ninh đã được đưa vào các vệ tinh Block II và Block IIA.
- Thế hệ vệ tinh GPS mới được gọi là các vệ tinh Block IIR, hiện đang đưa được vào sử dụng (Hình 1-3).
- Những vệ tinh bổ sung này sẽ tương thích ngược với các vệ tinh Block II/IIA, do đó sự thay đổi này người dùng không nhận biết được.
- Block IIR gồm 21 vệ tinh với tuổi thọ thiết kế là 10 năm.
- Ngoài ra, chúng còn có độ chính xác cao hơn, các vệ tinh Block IIR có khả năng tự hoạt động trong khoảng thời gian ít nhất là 180 ngày mà không cần sự điều chỉnh từ mặt đất hoặc suy giảm độ chính xác.
- Khả năng dẫn đường tự động của thế hệ vệ tinh này đạt được trong từng phần thông qua khả năng đo khoảng cách vệ tinh lẫn nhau.
- Nhiều đặc tính được thêm vào trong 12 vệ tinh mới nhất của Block IIR theo chương trình hiện đại hóa GPS, bắt đầu vào đầu năm 2003.
- Trong khi đó 7/2001 6 vệ tinh Block IIR đã phóng thành công.
- Sau Block IIR có một hệ thống khác là Block IIF, gồm 33 vệ tinh.
- Tuổi thọ của các vệ tinh này là 15 năm.
- Các vệ tinh Block IIF có những khả năng mới theo chương trình hiện đại hóa GPS đó là cải thiện đáng kể độ chính xác vị trí GPS.
- Vệ tinh Block IIF đầu tiên được phóng năm 2005.
- Cấu trúc tín hiệu vệ tinh GPS Mỗi vệ tinh GPS phát một tín hiệu vô tuyến viba gồm có hai tần số sóng mang (hoặc sóng hình sin) được điều chế bởi 2 mã số và 1 bản tin dẫn đường.
- Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa 6 Hình 1-4 Cấu trúc tín hiệu vệ tinh Tồn tại hai tần số sóng mang cho phép hiệu chỉnh lỗi của GPS như trễ trong tầng điện ly.
- Tất cả các vệ tinh GPS phát cùng một tần số sóng mang L1 và L2.
- Mỗi vệ tinh được ấn định một mã C/A duy nhất để cho phép các máy thu GPS xác định vệ tinh đang phát mã.
- Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa 7 Mã dài 266 ngày được phân thành 38 phần, mỗi phần là một tuần, trong đó 32 phần được ấn định cho các vệ tinh GPS khác nhau, 6 phần còn lại dành cho các việc khác.
- Bản tin dẫn đường chứa đựng các thông tin khác nhau, tọa độ của vệ tinh GPS như là một hàm của thời gian, trạng thái vệ tinh, sự hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh, niên giám vệ tinh và dữ liệu về khí quyễn.
- Mỗi vệ tinh phát một bản tin dẫn đường của riêng nó với thông tin trên các vệ tinh khác như vị trí gần đúng và trạng thái hoạt động của vệ tinh.
- Máy thu sử dụng các mã khác nhau để phân biệt tín hiệu của các vệ tinh khác nhau.
- Trong trường hợp đơn giản, thiết bị thu xác định vị trí của mình bằng cách tính toán khoảng cách của nó (gọi là khoảng cách giả) đến các vệ tinh được quan sát đồng thời.
- Nó phải biết mỗi vệ tinh ở đâu khi tín hiệu mã hóa đo lường được phát đi và nó phải khớp đồng hồ của nó với thời gian GPS để biết sự khác biệt giữa thời điểm tín hiệu xuất phát và thời điểm tín hiệu được nhận.
- Nếu các vệ tinh không hoàn toàn ở nơi chúng đến.
- hay nếu vệ tinh được cấu hình kém, vị trí mà thiết bị thu xác định sẽ cách xa cả chục m.
- Các dịch vụ LBS trong GPS Học viên thực hiện: Phan Văn Hòa 8 1.5.
- Vị trí (hay tọa độ) của các trạm giám sát này được biết một cách chính xác.
- Hình 1-5 Các vị trí điều khiển Mỗi trạm giám sát được gắn các máy thu GPS chất lượng cao và máy phát dao động cesium với mục đích theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh GPS trong tầm nhìn.
- 3 trạm giám sát (Kwajalein, Diego Garcia và Ascension Island) còn được gắn với các anten mặt đất để đưa thông tin lên vệ tinh GPS.
- Kết quả của quá trình xử lý là dữ liệu dẫn đường vệ tinh

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt