Đang tải... (xem toàn văn)
Đề Tài : Công nghệ GPS ứng dụng công nghệ GPS trong việc xây dựng bản đồ số .Đây là đồ án báo cáo chi tiết trong quá trình học ĐH,được đánh giá chất lượng rất cao,được biên soạn nghiên cứu từ các tài liệu chuyên ngành,thực tế thực tập,… .được chắt lọc từ các tài liệu công nghệ kỹ thuật mới nhất.Đây là tài liệu thực sự bổ ích cho các bạn trẻ giúp các bạn sinh viên đạt kết quả cao khi bảo vệ đồ án,báo cáo,luận văn của mình,trinh phục tương lai của mình .Chúc các bạn thành công
ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ SỐ GVHD : LỚP : ĐH ĐT A KHOA : ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG SINH VIÊN : LÊ TRỌNG DŨNG Hà Nội – 0…/201… Dung VP MỤC LỤC Lời nói đầu Chương 1: Giới thiệu về công nghệ GPS 1.1. Giới thiệu về hệ thống GPS 1.2. Thành phần cơ bản của hệ thống GPS…. 1.2.1. Bộ phận người dùng 1.2.2. Bộ phận không gian 1.2.3. Bộ phận điều khiển 1.3. Thành phần tín hiệu GPS 1.4. Cách thức làm việc của hệ thống GPS 1.4.1 .Hoạt động của GPS 1.4.2 .Ý tưởng định vị của hệ thống GPS 1.4.3. Độ chính xác của hệ thống GPS 1.4.4 Những nguồn lỗi ảnh hưởng đến tín hiệu GPS Chương 2: Ứng dụng công nghệ GPS trong việc xây dựng bản đồ số 2.1. Tổng quan về hệ thống GIS 2.1.1 Giới thiệu về hệ thống GIS 2.2 Các thành phần của hệ thống GIS 2.3. Nguyên lý làm việc của GIS 2.4. Cấu trúc dữ liệu của GIS 2.4.1 Dữ liệu kiểu không gian 2.4.2 Dữ liệu kiểu phi không gian ……… 2.5. Mô hình dữ liệu trong GIS 2.5.1. Mô hình dữ liệu kiểu Raster 2.5.2. Mô hình dữ liệu kiểu Vector 2.6. Mô hình thông tin không gian 2.6.1. Hệ thống Vector 2.6.2. Hệ thống Raster 2.6.3. Chuyển đổi dạng Vector và Raster 2.5.3. Công suất tạp âm nhiễu Chương 3 : Ưu, nhược điểm và ứng dụng của công nghệ GIS 3.1. Ưu, nhược điểm của công nghệ GIS 3.1.1.Ưu điểm của công nghệ GIS 3.1.2. Nhược điểm của công nghệ GIS Dung VP 3.2. Ứng dụng của công nghệ GIS trong các ngành 3.4.1. Điều chế tín hiệu GPS 3.2.1. Môi trường ………… 3.2.2. Khí tượng thủy văn ……… 3.2.3. Nông nghiệp 3.6.4. Dịch vụ tài chính 3.6.5. Y tế …… 3.6.6 Chính quyền địa phương 3.6.7. Bán lẻ ……………………………………………… 3.6.8. Giao thông …………………………… 3.6.9. Các dịch vụ khác …………… 3.3. Sự phát triển và ứng dụng của công nghệ GIS ở VN 3.3.1. Sự phát triển của công nghệ GIS 3.3.2. Ứng dụng của công nghệ GIS ở VN 3.4. Kết luận Tài liệu tham khảo……………………………… Dung VP LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay thông tin vệ tinh trên thế giới đã có những bước tiến vượt bậc đáp ứng nhu cầu đời sống, đưa con người nhanh chóng tiếp cận với các tiến bộ khoa học kỹ thuật. Sự ra đời của nhiều loại phương tiện tiên tiến như máy bay, tàu vũ trụ hay các thiết bị di chuyển mặt đất khác đòi hỏi 1 kỹ thuật mà các hệ thống cũ không thể đáp ứng được đó là định vị trong không gian 3 chiều, đứng trước sự đòi hỏi đó chính phủ Mỹ đã tài trợ 1 chương trình nghiên cứu hệ thống định vị trong vũ trụ. Với mục đích khảo sát, nghiên cứu hệ thống định vị này, ứng dụng công nghệ GPS trong kỹ thuật bản đồ số, sự phát triển của công nghệ này ở Việt Nam, chính vì vậy nhóm em đã chọn đề tài “ Ứng dụng công nghệ GPS trong kỹ thuật xây dựng bản đồ số”. Nội dung của đề tài gồm 3 phần Chương 1: Giới thiệu về công nghệ GPS. Chương 2:Ứng dụng công nghệ GPS trong kỹ thuật xây dựng bản đồ số. Chương 3: Ưu, nhược điểm và ứng dụng của công nghệ GIS tại Việt Nam Do kiến thức và trình bày của nhóm còn hạn chế nên đề tài vẫn còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý thêm của Thầy, Cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã giúp nhóm em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Lê Trọng Dũng Dung VP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPS 1.1 Giới thiệu về hệ thống GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS 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 bất kỳ trên trái đất nếu xác định được khoảng cách đến tối thiểu ba vệ tinh thì ta có thể tính được tọa độ của vị trí đó. GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhưng chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch. 1.2 Thành phần cơ bản của hệ thống GPS Hệ thống định vị GPS bao gồm 3 bộ phận: bộ phận người dùng, bộ phận không gian và bộ phận điều khiển. Chuyển động vệ tinh nhân tạo xung quanh trái đất 1.2.1 Bộ phận người dùng. Dung VP Bộ phận người dùng là thiết bị thu tín hiệu GPS và người sử dụng những thiết bị này. Thiết bị thu tín hiệu GPS là một máy thu tín hiệu sóng vô tuyến đặc biệt. Nó được thiết kế để thu tín hiệu sóng vô tuyến được truyền từ các vệ tinh và tính toán vị trí dựa trên thông tin đó. Thiết bị thu tin hiệu GPS có nhiều kích cỡ khác nhau, hình dáng và giá cả khác nhau. Tính chất và giá cả của các Thiết bị thu tín hiệu GPS nói chung lệ thuộc vào chức năng mà bộ phận thu nhận có ý định. Bộ phận thu nhận dùng cho ngành hàng hải và hàng không thường sử dụng cho tính năng giao diện với thẻ nhớ chứa bản đồ đi biển. Bộ phận thu nhận dùng cho bản đồ khả năng chính xác rất cao và có giao diện người sử dụng cho phép ghi nhận dữ liệu nhanh chóng. 1.2.2 Bộ phận không gian. Bộ phận không gian gồm các vệ tinh GPS mà nó truyền tin hiệu về thời gian và vị trí tới bộ phận người dùng. Tập hợp tất cả các vệ tinh này được gọi là “chòm sao”. Hệ thống NAVSTAR của Mỹ gồm 24 vệ tinh với 6 quỹ đạo bay. Các vệ tinh này hoạt động ở quỹ đạo có độ cao 20.200 km (10,900 nm) ở góc nghiêng 55 độ và với thời gian 12 giờ/quỹ đạo. Quỹ đạo bay không gian của các vệ tinh được sắp xếp để tối thiểu 5 vệ tinh sẽ được bộ phận người dùng nhìn thấy và bao phủ toàn cầu, với vị trí chính xác hoàn toàn (position dilution of precision PDOP) của 6 vệ tinh hoặc ít hơn. Dung VP Mỗi vệ tinh truyền trên 2 dải tần số L, L1 có tần số 1575.42 MHz và L2 có tần số 1227.6 MHz. Mỗi vệ tinh truyền trên cùng tần số xác định. tuy nhiên, tín hiệu mỗi vệ tinh thì thay đổi theo thời gian đến người sử dụng. L1 mang mã P (precise code) và mã C/A (coarse/acquisition (C/A) code). L2 chỉ mang mã P (P code). Thông tin dữ liệu hàng hải được thêm các mã này. Thông tin dữ liệu hàng hải giốngnhau được mang cả 2 dải tần số. Mã P thì thường được mã hoá vì thế chỉ mã C/A thì có sẵn đến người sử dụng bình thường; tuy nhiên, một vài thông tin có thể nhận được từ mã P. Khi mã hoá, mã P được hiểu như mã Y. Mỗi vệ tinh có 2 số nhận dạng. Đầu tiên là số NAVSTAR với nhận dạng trên thiết bị vệ tinh đặc biệt. Thứ hai là số sv (the space vehicle (sv) number). Số này được ấn định để ra lệch phóng vệ tinh. Thứ ba là số mã ồn giả ngẫu nhiên (the pseudo-random noise- PRN). Đây chỉ là số nguyên mà nó được sử dụng để mã tín hiệu từ các vệ tinh đó. Một vài máy ghi nhận nhận biết vệ tinh mà chúng đang ghi nhận từ mã SV, hoặc mã khác từ mã PRN. 1.2.3 Bộ phận điều khiển. Bộ phận điều khiển gồm toàn bộ thiết bị trên mặt đất được sử dụng để giám sát và điều khiển các vệ tinh. Bộ phận này thường người sử dụng không nhìn thấy, Dung VP nhưng đây là bộ phận quan trọng của hệ thống GPS. Bộ phận điều khiển NAVSTAR, được gọi là hệ thống điều khiển hoạt động (operational control system (OCS)) gồm các trạm giám sát, một trạm điều khiển chính (master control station (MCS)) và anten quay. Các trạm giám thụ động không nhiều hơn GPS nhận mà đường bay của các vệ tinh được nhìn thấy và do đó phạm vi tích luỹ dữ liệu từ tín hiệu vệ tinh. Có 5 trạm giám sát thụ động, toạ lạc ở Colorado Springs, Hawaii, đảo Ascencion, Diego Garcia và Kwajalein. Các trạm giám sát gởi dữ liệu thô về trạm MSC để xử lý. Trạm MCS được toạ lạc ở Falcon Air Force Base, cách 12 dặm về phía đông của Colorado Springs, Colorado và được Mỹ quản lý. Trạm MCS nhận dữ liệu từ trạm giám sát trong thời gian 24 giờ/ngày và sử dụng thông tin này để xác định nếu các vệ tinh đang khoá hoặc lịch thiên văn thay đổi và để phát hiện thiết bi trục trặc. Thông tin về tàu thuỷ di chuyển và lịch thiên văn được tính toán từ tín hiệu giám sát và chuyển đến vệ tinh một lần hoặc hai lần/ngày. Thông tin tính toán bởi trạm MCS, cùng với các mệnh lệnh duy trì thường xuyên được truyền bởi anten xoay trên mặt đất. Anten này toạ lạc tại đảo Ascencion, Diego Garcia và Kwajalein. Anten có đủ phương tiện để truyền đến vệ tinh theo đường liên kết sóng vô tuyến dải tần S. 1.3 Thành phần tín hiệu GPS Mỗi vệ tinh GPS phát tín hiệu radio với tần số rất cao, bao gồm 2 tần số sóng mang được điều chế bởi 2 loại mã (mã C/A và mã P-code) và thông tin định vị. Hai sóng mang được phát ra với tần số 1,575.42MHz (sóng mang băng tần L1) và 1,227.60MHz( song mang băng tần L2). Tức là bước sóng xấp xỉ 19cm và 24.4cm.Việc sử dụng 2 loại sóng mang này cho phép sửa lỗi chính trong hệ thống GPS đó là sự trễ trong tầng khí quyền, điều này được giải thích rõ ràng hơn trong phần sửa lỗi hệ thống. Tất cả các vệ tinh GPS phát chung tần số sóng mang L1 và L2, tuy nhiên mã điều chế thì khác nhau cho mỗi vệ tinh khác nhau. Hai loại mã được dùng là mã C/A (Coarse/Acquisition) và mã P-code (precision code). Mỗi mã bao gồm một nhóm số nhị phân 0 và 1 gọi là các bit. Các mã thông thườngđược biết đến là mã PRN - Pseudo Random Noise(mã ồn giả ngẫu nhiên) Dung VP gọi là nhưvậy vì chúng được tao ra một cách ngẫu nhiên và tín hiệu giống như các tín hiệu ồn, nhưng thực tế chúng được phát ra từ các giải thuật toán học. Hiện nay mã C/A chỉ được điều chế ở băng tần L1 còn mã P-code được được điều chế ở cả 2 băng tần L1 và L2. Việc điều chế này gọi là điều chế lưỡng pha vì pha của chúng dịch 180độ khi giá trị mã thay đổi từ 0 ->1 hay từ 1->0. Mã C/A là 1 luồng bít nhị phân của 1023 số nhị phân và lặp lại bản thân chúng trong mỗi giây. Điều này có nghĩa là tốc độ chip của mã C/A là 1.023Mbps. Hay theo cách khác,chu kỳ của một bit xấp xỉ 1ms hay tương đương với 300m. Việc đo đạc sử dụng mã C/A là kém chính xác so với mã P-code nhưng nó ít phức tạp và được cung cấp cho tất cả người sử dụng. Mã P-code là 1 một chuỗi dài các số nhị phân ,nó lặp lại bản thân nó sau 266 ngày. Nó cũng nhanh hơn 10 lần so với mã C/A( tốc độ là 10.23MBps). Nhân với thời gian lặp lại bản thân nó sau 266 ngày để cho ra tốc độ 10.23Mbps suy ra mã P- code là một luồng gồm 2.35x1014chip mã dài 266 ngày được chia ra 38 đoạn;mỗi đoạn là 1 tuần.32 đoạn được phân chia tới các vệ tinh khác nhau. Mỗi vệ tinh phát ra đoạn 1-tuần của mã P-code,chúng được khởi tạo vào nửa đêm nằm giữa thứ 7 và chủ nhật hàng tuần. 6 đoạn còn lại để dành riêng cho mục đích sử dụng khác. Mã P-code được thiết kế chủ yếu sử dụng cho mục đích quân sự. Nó được cung cấp cho người sử dụng vào ngày 31/1/1994. Ở thời điểm đó mã P-code được mã hóa bằng việc thêm vào nó 1 loại mã W-code. Và kết quả của việc thêm vào loại mã code này là mã Y-Code và nó có tốc độ chíp giống với mã P-code. Dung VP Hình 1.3 Mô hình tín hiệu GPS khí truyền 1.4 Cách thức làm việc của hệ thống GPS 1.4.1 Hoạt động của GPS Cơ bản, GPS sử dụng nguyên tắc hướng thẳng tương đối của hình học và lượng giác học. Mỗi vệ tinh liên tục phát và truyền dữ liệu trong quỹ đạo bay của nó cho tất cả các chòm sao vệ tinh cộng thêm dữ liệu đến kịp thời và thông tin khác. Do đó, mỗi thiết bị GPS nhận sẽ liên tục truy cập dữ liệu quỹ đạo chính xác từ vị trí của tất cả vệ tinh có thể tính toán bằng các vi mạch có trên tất cả các GPS nhận. Từ đó tín hiệu hoặc sóng vô tuyến di chuyển ở vận tốc hằng số (thường bằng vận tốc ánh sáng – C ), các thiết bị GPS thu có thể tính toán khoảng cách liên quan từ GPS đến các vệ tinh khác bằng cách máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian mà thiết bị GPS thu nhận được tín hiệu do các vệ tinh phát. Độ sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách xa vệ tinh bao nhiêu bằng cách lấy khoảng thời gian sai lệch nhân với tốc độ của sống vô tuyến. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh khác nhau các thiết bị GPS thu tín hiệu có thể tính được vị trí của thiết bị GPS. Dung VP [...]... chồng lấp bản đồ (Map Overlaying) Việc chồng lắp các bản đồ trong kỹ thuật GIS là một khả năng ưu việt của GIS trong việc phân tích các số liệu thuộc về không gian, để có thể xây dựng thành một bản đồ mới mang các đặc tính hoàn toàn khác với bản đồ trước đây Dung VP Nguyên lý khi chồng lấp các bản đồ Một ví dụ trong việc chồng lấp các bản đồ b Khả năng phân loại thuộc tính (Reclassification) Một trong. .. và vị trí thực tế của máy thu GPS là bao nhiêu nhưng cỡ khoảng 5 - 15 m Dung VP CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG VIỆC XÂY DỰNG BẢN ĐỒ SỐ 2.1 Tổng quan về hệ thống GIS 2.1.1 Giới thiệu về hệ thống GIS GIS(GIS – Geographic Information System) là hệ thống thông tin địa lý, nó là một nhánh của công nghệ thông tin được hình thành và những năm 1960 và phát triển rộng rãi trong 10 năm trở lại đây GIS... Một trong những điểm quan trọng trong GIS là giúp để nhận biết được các mẫu đó Đó có thể là những vùng thích nghi cho việc phát triển đô thị hoặc nông nghiệp mà hầu hết được chuyển sang phát triển dân cư Việc phân loại bản đồ có thể được thực hiện trên 1 hay nhiều bản đồ Dung VP Một ví dụ trong việc phân loại lại một bản đồ 3.1.2 Nhược điểm Ngoài những ưu điểm như đã nêu thì việc sử dụng công nghệ. .. ứng dụng GIS đòi hỏi rất cao về việc xây dựng dữ liệu ban đầu, công việc này đòi hỏi nhiều kiến thức về kỹ thuật máy tính và yêu cầu lớn về nguồn tài chính ban đầu • Đồ họa trong các ứng dụng GIS khá cao nên các ứng dụng GIS đòi hỏi các cấu hình máy tính khá mạnh dẫn đến chi phí cho việc trang bị, lắp đặt các thiết bị và phần mềm về GIS rất cao • Bản quyền phần mềm và chi phí vận hành rất cao 3.2 Ứng. .. (AM-FM) AM-FM được dùng để quản lý các đặc điểm và vị trí của các cáp, valve Những ứng dụng này đòi hỏi những bản đồ số với độ chính xác cao Dung VP 3.3 Sự phát triển và các ứng dụng của công nghệ GIS ở Việt Nam 3.3.1 Sự phát triển công nghệ GIS ở Việt Nam Công nghệ GIS được ra đời trong những năm 60 và bắt đầu được sử dụng ở Việt Nam khoảng 10 năm.GIS đã bùng phát từ nhu cầu thực tiễn Tất cả các ngành... cuối vector được giới hạn bởi mật độ hệ thống toạ độ bản đồ còn vị trí khác của đoạn thẳng được xác định bởi hàm toán học Dung VP Sự chuyển đổi dữ liệu giữa raster và vector Dung VP CHƯƠNG 3: ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GIS TẠI VIỆT NAM 3.1 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ GIS 3.1.1 Ưu điểm Việc sử dụng GIS trong việc nghiên cứu, ứng dụng so với các phương tiện cổ điển đã đem lại nhiều... cần tiến hành khoan nhiều lần Một ví dụ điển hình của việc ứng dụng công nghệ GPS/ GIS trong khai thác dầu mỏ là Tập đoàn Chevron Tập đoàn dầu lửa quốc tế này đã sử dụng phần mềm ArcView GIS để định vị dầu mỏ trong vùng châu thổ Niger Công ty trách nghiệm hữu hạn Chevron Nigeria thuộc tập đoàn Chevron đã ứng dụng GIS trong phần lớn các hoạt động của công ty GIS cho phép thăm dò và quản lý nguồn dầu mỏ... trong những điểm nổi bật trong tất cả các chương trình GIS trong việc phân tích các thuộc tính số liệu thuộc về không gian là khả năng của nó để phân loại các thuộc tính nổi bật của bản đồ Nó là một quá trình nhằm chỉ ra một nhóm thuộc tính thuộc về một cấp nhóm nào đó Một lớp bản đồ mới được tạo ra mang giá trị mới, mà nó được tạo thành dựa vào bản đồ trước đây Việc phân loại bản đồ rất quan trọng vì... 3.2.9 Các dịch vụ khác như: điện, nước, gas, điện thoại Những công ty trong lĩnh vực này là những người dùng GIS linh hoạt nhất, GIS được dùng để xây dựng những cơ sở dữ liệu là cái thường là nhân tố của chiến lược công nghệ thông tin của các công ty trong lĩnh vự này Dữ liệu vecto thường được dùng trong các lĩnh vực này những ứng dụng lớn nhất trong lĩnh vực này là Automated Mapping và Facility Management... giải pháp hữu hiệu mà trước đây chưa từng có GIS là một công cụ khá mạnh trong việc lưu trữ và diễn đạt dữ liệu đặc biệt là dữ liệu bản đồ Chúng có thể xuất ra kết quả ở những dạng khác nhau như các bản đồ, biểu đồ thống kê… GIS giúp tiết kiệm chi phí và thời gian trong việc lưu trữ dữ liệu Có thể thu thập và lưu trữ dữ liệu với số lượng lớn Số liệu lưu trữ có thể được quản lý, cập nhật, chỉnh sửa . này, ứng dụng công nghệ GPS trong kỹ thuật bản đồ số, sự phát triển của công nghệ này ở Việt Nam, chính vì vậy nhóm em đã chọn đề tài “ Ứng dụng công nghệ GPS trong kỹ thuật xây dựng bản đồ số 3 phần Chương 1: Giới thiệu về công nghệ GPS. Chương 2:Ứng dụng công nghệ GPS trong kỹ thuật xây dựng bản đồ số. Chương 3: Ưu, nhược điểm và ứng dụng của công nghệ GIS tại Việt Nam Do kiến thức. máy thu GPS mà sai số giữa vị trí nhận được và vị trí thực tế của máy thu GPS là bao nhiêu nhưng cỡ khoảng 5 15 m. Dung VP CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG VIỆC XÂY DỰNG BẢN ĐỒ SỐ 2.1 Tổng