Đề tài Thiết kế, chế tạo thiết bị chuyển đổi và thiết lập một hệ thống quản lý hành trình tàu cá trên biển

Tài liệu Đề tài Thiết kế, chế tạo thiết bị chuyển đổi và thiết lập một hệ thống quản lý hành trình tàu cá trên biển: LỜI NÓI ĐẦU Việc ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh (GPS) trong các bài toán quản lý phương tiện giao thông đang trở nên phổ biến trên thế giới. Với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, GPS ngày càng được ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả, mang lại giá trị gia tăng cao dựa trên nền tảng của các dịch vụ viễn thông. Ở Việt Nam, các ứng dụng của GPS đã bắt đầu được thử nghiệm trong các lĩnh vực lâm nghiệp, thuỷ lợi, giao thông… tuy nhiên các ứng dụng GPS mang tính tích hợp hệ thống, phục vụ các nhu cầu đặc thù xã hội vẫn chưa được phổ biến. Đặc biệt, việc áp dụng công nghệ GPS trong việc quản lý vị trí và hành trình các tàu đánh bắt cá xa bờ đang trở thành nhu cầu cấp thiết, phục vụ yêu cầu quản lý của các cơ quan nhà nước, hỗ trợ công tác tìm kiếm cứu nạn và cảnh báo thiên tai trên biến. Đề tài đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyển đổi và thiết lập một hệ thống quản lý hành trình tàu cá trên biển bao gồm các thiết bị định vị, chuyển đổi dữ liệu lắp đặt trên các tàu đánh bắt cá xa bờ để tru...

doc90 trang | Chia sẻ: hunglv | Lượt xem: 1388 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Đề tài Thiết kế, chế tạo thiết bị chuyển đổi và thiết lập một hệ thống quản lý hành trình tàu cá trên biển, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI NÓI ĐẦU Việc ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh (GPS) trong các bài toán quản lý phương tiện giao thông đang trở nên phổ biến trên thế giới. Với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin, GPS ngày càng được ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả, mang lại giá trị gia tăng cao dựa trên nền tảng của các dịch vụ viễn thông. Ở Việt Nam, các ứng dụng của GPS đã bắt đầu được thử nghiệm trong các lĩnh vực lâm nghiệp, thuỷ lợi, giao thông… tuy nhiên các ứng dụng GPS mang tính tích hợp hệ thống, phục vụ các nhu cầu đặc thù xã hội vẫn chưa được phổ biến. Đặc biệt, việc áp dụng công nghệ GPS trong việc quản lý vị trí và hành trình các tàu đánh bắt cá xa bờ đang trở thành nhu cầu cấp thiết, phục vụ yêu cầu quản lý của các cơ quan nhà nước, hỗ trợ công tác tìm kiếm cứu nạn và cảnh báo thiên tai trên biến. Đề tài đã thiết kế, chế tạo thiết bị chuyển đổi và thiết lập một hệ thống quản lý hành trình tàu cá trên biển bao gồm các thiết bị định vị, chuyển đổi dữ liệu lắp đặt trên các tàu đánh bắt cá xa bờ để truyền thông tin định vị về trung tâm, thiết bị thu nhận giải mã tín hiệu để truyền thông tin cho máy vi tính và hệ thống quản lý tập trung trên nền công nghệ quản lý bản đồ GIS. Mặc dù thời gian thực hiện đề tài có hạn, điều kiện thực hiện đề tài còn nhiều khó khăn nhưng nhóm thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thiện sản phẩm cả về phần cứng và phần mềm, đưa ra được các giải pháp công nghệ phù hợp và các phương án quản lý hiệu quả. Hệ thống và các trang thiết bị đã được triển khai thử nghiệm trong thực tế, kết quả đáp ứng các yêu cầu đã đặt ra. Ngoài phần mở đầu, kết luận - kiến nghị, Báo cáo kết quả đề tài gồm có 7 chương: Chương 1: Sơ lược tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Chương 2: Tổng quan về công nghệ GPS Chương 3: Mô tả kỹ thuật hệ thống quản lý thông tin định vị tàu cá Chương 4: Thiết kế thiết bị chuyển đổi và bộ nhận dữ liệu. Chương 5: Chương trình quản lý dữ liệu GPS tàu cá trên nền GIS Chương 6: Quá trình thử nghiệm trên tàu cá. Chương 7 Phân tích hiệu quả kinh tế và đề xuất giải pháp xây dựng hệ thống quản lý thông tin định vị và hành trình tàu đánh bắt cá xa bờ. Cơ quan chủ trì, Chủ nhiệm và nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn Bộ Thông tin và Truyền thông, Vụ Khoa học- CN và các đơn vị trực thuộc Bộ, UBND tỉnh Bình Định, Sở Khoa học và Công nghệ cùng các sở ngành trong tỉnh, các tổ chức và cá nhân đã tham gia đóng góp góp ý kiến và hỗ trợ chúng tôi hoàn thành đề tài này. Sở Bưu chính, Viễn thông Bình Định TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI TỔ CHỨC, CÁ NHÂN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI “ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI BẰNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ĐỂ TRUYỀN THÔNG TIN ĐỊNH VỊ TÀU CÁ QUA THIẾT BỊ LIÊN LẠC VÔ TUYẾN ICOM ” CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI: SỞ BƯU CHÍNH, VIỄN THÔNG BÌNH ĐỊNH Địa chỉ: 13- Hà Huy Tập- Thành phố Quy Nhơn Điện thoại: 056 815519 Fax: 056 815517 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: ThS. NGÔ ĐÔNG HẢI CƠ QUAN THAM GIA PHỐI HỢP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ I - HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BCVT CÁ NHÂN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: Họ và tên Cơ quan công tác Thời gian làm việc cho đề tài  (Số tháng quy đổi)  1 Phan Vũ Ngọc Trường Sở Bưu chính, Viễn thông Bình Định 10 2 Trần Ngọc Vinh Sở Bưu chính, Viễn thông Bình Định 10 3 Nguyễn Nguyên Võ Sở Bưu chính, Viễn thông Bình Định 6 4 Ngô Hồng Vương Sở Bưu chính, Viễn thông Bình Định 8 5 Trần Quang Triết Sở Bưu chính, Viễn thông Bình Định 8 6 Đỗ Minh Đức Sở Bưu chính, Viễn thông Bình Định 8 7 Đặng Hoài Bắc Bộ môn Kỹ thuật Điện tử, Khoa Kỹ thuật Điện tử I Học viện CN BCVT 10 8 Nguyễn Trung Hiếu Bộ môn Kỹ thuật Điện tử, Khoa Kỹ thuật Điện tử I Học viện CN BCVT 10 MỞ ĐẦU Yêu cầu thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài: Trong thời gian qua, nhất là sau cơn bão ChanChu đầu năm 2006, tai nạn nghề cá, đặc biệt là tai nạn do bão đối với các tàu đánh bắt cá xa bờ, liên tiếp xảy ra gây thiệt hại lớn đến tính mạng và tài sản của ngư dân. Công tác cứu hộ cứu nạn sau thiên tai còn gặp nhiều khó khăn và hạn chế. Một trong nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng trên là những hạn chế về khả năng nắm bắt và quản lý thông tin về số lượng, vị trí, địa bàn hoạt động và hành trình đánh bắt của các tàu cá. Một vấn đề cấp thiết được đặt ra là làm thế nào để có thể quản lý, nắm bắt được hành trình và vị trí của các tàu đánh bắt cá trong phạm vi lãnh hải Việt Nam. Thực tế đó đòi hỏi cần phải nghiên cứu, xây dựng các hệ thống thông tin, liên lạc cho các tàu đánh bắt cá xa bờ sao cho từ đất liền có thể liên lạc và kiểm soát được số tàu, vị trí từng con tàu trên biển phục vụ công tác cảnh báo sớm thiên tai, hướng dẫn phòng tránh và hỗ trợ công tác tìm kiếm, cứu nạn sau khi thiên tai xảy ra. Mục tiêu nghiên cứu và yêu cầu của đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị trung gian truyền nhận thông tin định vị qua thiết bị liên lạc vô tuyến ICOM, có khả năng xác định toạ độ, quản lý hành trình của tàu đánh bắt cá xa bờ bằng chương trình quản lý tập trung trong phạm vi dưới 1000 km. Kiến nghị các chương trình, biện pháp, giải pháp nhằm quản lý thông tin về tọa độ và hành trình của các tàu đánh bắt cá xa bờ. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng giải pháp có khả năng tận dụng hạ tầng hệ thống thông tin vô tuyến hiện có (hệ thống các Đài thông tin duyên hải, các trạm thu phát vô tuyến của các tổ chức, các nhân, máy thu phát vô tuyến trên tàu cá ngư dân) để truyền đưa tín hiệu thông tin định vị tàu cá và các thông tin cảnh báo, hướng dẫn khác. Chỉ nghiên cứu chế tạo các thiết bị bổ sung, có thể kết hợp với các thiết bị sẵn có (của ngư dân và của hệ thống thông tin khác) mà không cần thay đổi hoàn toàn trang thiết bị, thói quen thông tin liên lạc của người dân. Sản phẩm phải có giá thành thấp, phù hợp với yêu cầu và khả năng đáp ứng trong nước; vận hành, sử dụng đơn giản, không tốn thêm chi phí; có khả năng đưa vào sản xuất số lượng lớn và thương mại hoá để áp dụng phổ biến. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp sau đây được sử dụng để thực hiện đề tài: - Phương pháp chuyên gia: trên cơ sở lý luận và tham vấn chuyên gia đầu ngành có kinh nghiệm về nghiên cứu và thiết kế các hệ thống thiết bị kỹ thuật điện tử, xây dựng phương án và kỹ thuật cơ bản để thực hiện đề tài. - Phương pháp thực nghiệm: Trên cơ sở đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, tìm hiểu thực trạng sử dụng thiết bị liên lạc vô tuyến nghề cá, đề tài đã tập trung nghiên cứu kỹ thuật thông tin định vị vệ tinh từ thiết bị GPS, phương pháp mã hóa và truyền/ nhận thông tin thông qua thiết bị vô tuyến ICOM và phương pháp quản lý, biểu diễn thông tin trên nền GIS để lựa chọn giải pháp phù hợp với thực tiễn Việt Nam. - Phương pháp thu thập số liệu và xử lý thống kê: theo dõi thu thập các thông số kỹ thuật, xử lý các số liệu thống kê thu được từ kết quả thực nghiệm để điều chỉnh phương án và hoàn chỉnh giải pháp kỹ thuật. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị lắp đặt trên tàu cá có chức năng định vị thông qua vệ tinh, truyền dữ liệu định vị vào đất liền thông qua máy vô tuyến ICOM. - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị nhận dữ liệu lắp đặt tại trung tâm quản lý có chức năng nhận thông tin từ máy ICOM, giải mã và chuyển dữ liệu định vị nhận được cho máy tính. - Nghiên cứu giải pháp nhận thông tin và xây dựng chương trình mô phỏng quản lý thông tin trên nền GIS. - Kiến nghị các chương trình, biện pháp, giải pháp nhằm quản lý thông tin về tọa độ và hành trình của các tàu đánh bắt cá xa bờ. Tổ chức thực hiện Căn cứ đề cương và dự toán kinh phí đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền nhận thông tin định vị tàu đánh bắt cá thông qua thiết bị liên lạc vô tuyến Icom” tại Hợp đồng Khoa học kỹ thuật số 100/HĐ-KHKT ngày 28/2/2007 giữa Văn phòng Bộ Bưu chính, Viễn thông (nay là Bộ Thông tin và Truyền thông) và Sở Bưu chính, Viễn thông V/v thực hiện Đề tài khoa học kỹ thuật, mã số: 100-07-KHKT-QL. Sở Bưu chính, Viễn thông và cá nhân chủ trì đề tài cùng các cộng sự đã tổ chức thực hiện đề tài theo đúng tiến độ:sửa và bổ sung phần này. lưu ý không làm phá vỡ kết cấu trang STT Nội dung thực hiện Thời gian thực hiện Kết quả đạt được (1) (2) (3) (4) 1 Xây dựng đề cương chi tiết 02/2007 Đề cương chi tiết của đề tài. 2 Khảo sát điều kiện thực tế và xây dựng phương án thực hiện đề tài. 03/2007 Phương án thực hiện chi tiết phù hợp với yêu cầu của đề tài và thời gian hoàn thành. 3 Thiết kế hệ thống và chế tạo các thiết bị giao tiếp 03/2007 – 07/2007 Mô hình chi tiết của kiến trúc hệ thống. Bộ đọc dữ liệu GPS Bộ giao tiếp phát với thiết bị ICOM Bộ giao tiếp nhận dữ liệu từ thiết bị ICOM CSDL của chương trình quản trị hệ thống 4 Tổ chức triển khai xây dựng chương trình quản lý thông tin định vị 03/2007 -07/2007 Chương trình giao tiếp giữa thiết bị với máy tính. Chương trình quản lý số liệu thông tin định vị. Chương trình xử lý số liệu cho bản đồ. 5 Kiểm tra chức năng hệ thống 08/2007 Hệ thống vận hành đúng theo thiết kế, các thông số kỹ thuật đạt yêu cầu đề ra 6 Triển khai cài đặt phần mềm, thử nghiệm hệ thống trên đất liền. 08/2007 – 09/2007 Phần mềm được cài đặt hoàn chỉnh và vận hành thông suốt. 7 Vận hành thử nghiệm ngoài hiện trường 05/2007 – 10/2007 Lựa chọn 05 tàu cá để triển khai thử nghiệm 8 Hội thảo 10/2007 12/2007 Đã tổ chức 01 Hội thảo nội bộ, 01 Hội thảo chuyên gia và 01 Hội thảo rộng rãi. Sau 10 tháng thực hiện, đề tài đã thu được những kết quả tốt, đáp ứng được các mục tiêu đề ra. Hệ thống thiết bị và chương trình quản lý được chế tạo đảm bảo các yêu cầu thực tế, vận hành tốt trong thực nghiệm và cho ra các kết quả khả quan. CHƯƠNG I. SƠ LƯỢC TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Sơ lược tình hình nghiên cứu ngoài nước: Trên thế giới hiện đã có nhiều hệ thống quản lý định vị tàu biển với quy mô toàn cầu hoặc khu vực: ví dụ hệ thống Ship Global Navigation là hệ thống thông tin quản lý tàu biển thông qua vệ tinh có phạm vi phủ sóng trên toàn cầu; Hệ thống tự động nhận dạng AIS (Automatic Identification System) là một hệ thống thông tin liên lạc cho phép các tàu trao đổi các thông tin về nhận dạng vị trí, hướng, tốc độ với nhau hoặc trao đổi với các trạm trên bờ. Hệ thống này đã được xây dựng thành một tiêu chuẩn quốc tế cho ngành Hàng hải và bắt buộc yêu cầu sử dụng đối với một số loại tàu như các tàu viễn dương, tàu chở hàng lớn (từ 300 tấn trở lên), các loại tàu chở khách… Các hệ thống như trên là những hệ thống định vị, truyền tin với công nghệ hiện đại, có những đặc điểm sau: - Việc định vị và truyền tin được thực hiện thông qua hệ thống thông tin vệ tin toàn cầu. Tàu biển tham gia vào các hệ thống này phải là thành viên chính thức của tổ chức quản lý hệ thống. - Được sử dụng cho các loại tàu biển cỡ lớn, tàu vận tải hàng hóa hoặc hành khách hoặc các tàu đánh bắt cá hiện đại có hải trình dài ngày vòng quanh thế giới. - Để tham gia được vào hệ thống này, tàu biển và các tổ chức liên quan trên bờ phải được trang bị các hệ thống trang thiết bị hiện đại, đòi hỏi kinh phí đầu tư thiết bị trạm gốc và thiết bị di dộng rất cao. Thêm vào đó, lệ phí và phí thuê bao tham gia hệ thống cũng rất lớn. Theo một số chuyên gia, ước tính ban đầu cho thấy cần một số vốn chừng 63 triệu USD để cung cấp thiết bị cho khoảng 7.000 tàu đánh cá xa bờ với kinh phí lắp đặt mỗi thiết bị khoảng 1.000 USD/tàu.. - Thông tin chỉ dẫn, cảnh báo truyền đưa trong các hệ thống dạng này thường được thực hiện bằng các ngôn ngữ giao tiếp quốc tế thông dụng như tiếng Anh, tiếng Bồ Đào Nha. Người sử dụng hệ thống cũng cần phải có trình độ thích hợp và phải được đào tạo cơ bản. 1.2. Sơ lược tình hình nghiên cứu trong nước: a. Các nghiên cứu về công nghệ định vị vệ tinh: Hiện nay, trong nước đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến công nghệ định vị vệ tinh phục vụ quản lý các trang thiết bị, phương tiện thường xuyên di chuyển. Ví dụ các hệ thống quản lý taxi, định vị quản lý các đội xe vận tải, xe vận chuyển bưu chính... Đặc biệt, gần đây đã có nghiên cứu về thiết bị hiển thị vị trí và tốc độ của tàu hỏa cho người lái tàu đạt giải 3 Trí tuệ Việt Nam. Với mục đích theo dõi và giám sát các phương tiện chuyển động trong bài toán quản lý giao thông đô thị, toạ độ và thời gian hiện tại của phương tiện xác định bởi đầu thu tín hiệu GPS được lưu giữ và truyền về trung tâm điều khiển theo hai phuơng thức trực tuyến và không trực tuyến. Thiết bị thu thập dữ liệu cho phép lưu giữ một số lượng lớn thông tin kỹ thuật của phương tiện vận chuyển như mã số phương tiện, thời gian hoạt động, thời điểm dừng, tốc độ tối đa, toạ độ di chuyển…Các dữ liệu này được trao đổi với trung tâm điều khiển thông qua mạng thông tin di động (GSM) hoặc kênh truyền dữ liệu vô tuyến (BlueTooth). Ngoài ra thiết bị có thể nhận các thông tin điều khiển từ trung tâm qua hệ thống nhắn tin (SMS) hoặc truyền dữ liệu qua kênh GPRS. Hiện nay tại Việt nam phạm vi phủ sóng của hệ thông tin di động GMS đã được mở rộng tại tất cả các tỉnh trên cả nước, tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai hệ thống trong thực tế. Hình 1.1 Hệ thống quả lý phương tiện vận tải. Tuy nhiên, các công nghệ nói trên đều dựa trên cơ sở sử dụng các thiết bị định vị vệ tinh (GPS) bán sẵn trên thị trường, và ở dạng đơn giản là tìm các đọc thông tin vị trí và hiển thị thông tin đó (giải pháp hiển thị vị trí và vận tốc tàu hỏa), hoặc truyền nhận thông tin định vị về một trung tâm xử lý để tổ chức quản lý, điều hành (hệ thống quản lý taxi, xe bưu chính). Việc truyền nhận thông tin hiện chỉ được thực hiện thông qua hệ thống thông tin di động toàn quốc. Do đó, loại sản phẩm này có các nhược điểm sau: - Thiết bị quản lý phức tạp, chi phí đầu tư cao do phải liên kết với hệ thống hạ tầng thông tin di động. - Giá thành thiết bị đầu cuối cao, phải mất chi phí truyền tin cho mỗi lần gửi tin, không phù hợp với đối tượng sử dụng là ngư dân. - Chỉ hoạt động được trên đất liền và ven bờ, nơi có sóng thông tin di động. b. Các nghiên cứu về quản lý, hỗ trợ tàu đánh bắt cá: Từ năm 1998 đến năm 2001, Chương trình Quốc gia về Tự động hoá đã thực hiện đề tài: Nghiên cứu và Chế tạo thử nghiệm hệ thống thu – phát trực canh cứu nạn chuyên ngành trên biển. Đề tài đã được nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm thành công tại hai địa điểm Phú Yên (tháng 3/2000 ) và Nghệ An (tháng 5/2001). Tuy nhiên, hạn chế của đề tài này là mới chỉ tập trung cho đối tượng ngư dân đánh bắt gần bờ; mặt khác, đây chỉ là phương án trực canh thông báo bão, chưa có chức năng quản lý vị trí tàu cá. Hiện nay, chức năng trực canh thông báo bão đã được các Đài thông tin duyên hải đảm nhiệm. CHƯƠNG 2. TỒNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS 2.1 Tìm hiểu các hệ thống dẫn đường  Các phương pháp dẫn đường lần lượt ra đời cho phép người đi biển có được vị trí chính xác và liên tục. Sự ra đời của các phương tiện hiện đại như máy bay, tàu vận tải cỡ lớn, tàu vũ trụ … đòi hỏi phải có giải pháp xác định vị trí một cách chính xác liên tục. Kỹ thuật dẫn đường và xác định vị trí (navigation) không chỉ còn giới hạn trong việc dẫn dắt tàu thủy mà được mở rộng ứng dụng cho việc dẫn đường cho máy bay, tàu vũ trụ và những phương tiện vận tải trên mặt đất, cùng với sự ra đời của các thuật ngữ mới: dẫn đường: hàng không (air navigation), du hành vũ trụ (space navigation), dẫn đường hàng hải (marine navigation) và dẫn đường trên mặt đất (land navigation). Vào khoảng sau những năm 1920s, trên thế giới xuất hiện những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện đã tạo tiền đề cho việc phát triển hệ thống định vị toàn cầu. Những hệ thống hàng hải vô tuyến điện đó bao gồm: các thiết bị có tầm hoạt động ngắn như đèn hiệu vô tuyến (radio beacons), radar, máy tìm phương, các thiết bị có tầm hoạt động dài hơn (còn được gọi là hệ thống dẫn đường hyperbol) như các hệ thống OMEGA, DECCA và LORAN-C. Những hệ thống dẫn đường này chủ yếu được sử dụng để dẫn tàu và máy bay. 2.1.1 Hệ thống dẫn đường OMEGA. OMEGA là hệ thống dẫn đường hyperbol dựa trên việc đo lệch pha tín hiệu giữa trạm phát (ít nhất từ ba trạm) và máy thu ở tần số 10-14 kHz. Việc triển khai hệ thống OMEGA được bắt đầu vào giữa thập niên 60, sau một thời gian chạy thử trên một số trạm phát, nhưng lịch sử của hệ thống này có thể lùi lại vào ngay sau những năm sau Đại chiến thế giớ 2. Trước khi hệ thống OMEGA ra đời, người ta đã tiến hành nhiều nghiên cứu và thí nghiệm trên việc sử dụng tín hiệu tần số rất thấp (VLF very low frequency) bằng các hệ thống so sánh pha. Ưu điểm của hệ thống này xuất phát từ việc tận dụng tần số rất thấp cho phép bao phủ toàn bộ bề mặt trái đất bằng tám trạm phát sóng (xem Bảng 2.1). Bảng 2.1 Các trạm phát sóng OMEGA  Ký hiệu trạm Vị trí Ang ten trạm phát Cơ quan quản lý A Bradland, Na Uy Dây treo qua một vịnh hẹp Norwegian Telecommunications Administration B Monrovia, Liberia Tháp mặt đất có các đĩa tròn Ministry of Industry and Commerce C Haiku, Hawai Như trạm A US Coast Guard D La Moure, North Dakota Cột đơn có ngăn cách đế (chân) US Coast Guard E Reunion in the Indian Ocean (Pháp) Như trạm B French Navy (Hải quân Pháp) F Golfo Nuevo, Ác-hen-ti-na Như trạm D Argentine Navy G Woodside, Victoria, Úc Như trạm B Department of Transport H Tsushima, Eo Triều tiên, Nhật Bản Như trạm D Japanese Coast Guard Hệ thống dẫn đường OMEGA khởi điểm ban đầu được sử dụng cho mục đích quân sự nhưng số người sử dụng với mục đích dân sự cũng ngày càng gia tăng. Vào thời điểm năm 1990 hệ thống này là hệ thống dẫn đường duy nhất có sóng bao phủ liên tục và toàn cầu. Ngày nay do sự “lấn át” của hệ thống định vị toàn cầu, ít người sử dụng hệ thống dẫn đường OMEGA. Những máy thu OMEGA trên các tàu biển dường như để sử dụng hỗ trợ khi máy thu GPS có sự cố! Độ chính xác vị trí bằng máy thu OMEGA với sai số vị trí vào khoảng 10-30 km. Nếu có sử dụng thêm tín hiệu từ các trạm phát OMEGA vi sai thì độ chính xác tăng lên đáng kể. 2.1.2 Hệ thống dẫn đường DECCA. DECCA là hệ thống dẫn đường hyperbol trên bề mặt trái đất có các trạm phát song liên tục ở tần số trong khoảng 70-129 kHz. Các trạm phát song được bố trí theo một chuỗi bao gồm trạm chủ (master station) có chức năng điều khiển và ba trạm phụ thuộc (slaves, có trường hợp chỉ có hai trạm phụ thuộc) có tín hiệu là pha khóa theo pha của trạm chủ. Hệ thống DECCA của Anh Quốc và được giới thiệu trong Đại chiến thế giới thứ 2. DECCA không những đã từng được sử dụng ở tất cả các vùng biển ven bờ Châu Âu mà còn được sử dụng ở Nhật Bản, Ấn Độ, Pakistan, Vịnh Ả Rập (Persian Gulf), Nam và và một số phần ở Úc Châu và Canada (mặc dù một số vùng trong các vùng này hiện không được phủ sóng nữa). Với khoảng tần số trên, hệ thống DECCA là một hệ thống dẫn đường vô tuyến có vùng phủ sóng rộng lớn, vào năm 1987, đã có tới 140 trạm tạo thành 42 chuỗi ở trên 17 quốc gia. Ở Na Uy có 6 chuỗi, đó là Skagerak, Vestland, Trondelag, Helgland, Lofoten và Finmark. DECCA chủ yếu được các tàu thủy sử dụng, và được mở rộng cho máy bay, đặc biệt là máy bay lên thẳng. Những thử nghiệm trên mặt đất cũng cho những kết quả khá tốt, ở cả Anh Quốc và Na Uy. Hệ thống DECCA thường được sử dụng để hàng hải ven bờ (coastal navigation). Vị trí được xác định dựa trên việc đo lệch pha giửa các tín hiệu từ trạm chủ và các trạm phụ thuộc. Độ chính xác vị trí bằng hệ thống DECCA ở trong vùng chuỗi khá cao so với OMEGA, sai số có thể trong khoảng 5 m (Forsell, 1991). 2.1.3 Hệ thống dẫn đường LORAN-C LORAN-C viết tắt từ LOng RAnge Navigation (hàng hải khoảng cách dài) được phát triển từ hệ thống hàng hải LORAN-A. LORAN-C cũng là hệ thống hàng hải dựa trên việc phát tín hiệu xung (pulse signals), do Mỹ phát minh trong Đại chiến thế giới thứ 2. Chuỗi LORAN-C đầu tiên được hoạt động ở bờ biển phía đông của Mỹ vào năm 1958. Từ năm 1959 Chuỗi biển Na Uy có các trạm ở Ejde trên Quần đảo Faeroe (trạm chủ), Jan Mayen, Bo (phía tây nam Tromso ở Bắc Na Uy), Sylt (ở phần cực bắc của bờ biển bắc Đức) và ở Sandur phía tây Iceland. Vào những năm đầu thập niên 1990s có khoảng 15 chuỗi LORAN-C bao phủ toàn bộ Địa Trung Hải, tây bắc Đại Tây Dương, các vùng nước xung quanh Hawai và Nhật Bản, đông nam Trung Chuỗi LORAN-C gồm một trạm chủ (master, M) cộng thêm hai, ba hoặc bốn trạm thứ cấp (secondaries, X, Y, Z và có thể là W, hoặc cũng có thể lần lượt được gọi theo tín hiệu quốc tế là X-ray, Yankee, Zulu và Whisky). Nga (Liên Xô cũ) cũng có 4 chuỗi, một chuỗi 5 trạm ở trung tâm phần Đông Âu của Nga, một chuỗi 5 trạm ở bờ biển Thái Bình Dương, và hai chuỗi mới được thành lập (vào thời gian đầu thập niên 1990s) mỗi chuỗi có 3 trạm bao phủ vùng phía tây Bắc Băng Dương của Nga. Hệ thống của Nga được gọi là Chayka (Hải Âu, Seagull), có dạng tín hiệu tương tự với các chuỗi của Mỹ, do vậy mà một số máy thu LORAN-C có thể sử dụng các trạm của Nga và của Mỹ đồng thời. Trong hệ thống LORAN-C, cũng như những hệ thống dẫn đường vô tuyến khác, có sự phát triển các máy thu và ngày càng sử dụng nhiều bộ vi xử lý (microprocessors) và xử lý tín hiệu số (digital signal processing). Để xác định được vị trí, máy thu LORAN-C tìm tín hiệu từ trạm chủ và các trạm thứ cấp, xác định điểm số không mong muốn (the wanted zero-crossing), theo dõi hình bao (envelope, trong tín hiệu trên màn hình) và điểm qua số không, đo thời gian chênh lệch (time differences) cộng thêm tín hiệu hiệu chỉnh và tính toán vị trí. Sai số vị trí bằng máy thu LORAN-C phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Sai số lớn nhất là sự biến thiên tốc độ lan truyền tín hiệu. Tốc độ lan truyền tín hiệu trên mặt đất phụ thuộc vào độ dẫn điện của bề mặt trái đất (theo các thông số tầng khí quyển trên mặt đất). Để tăng độ chính xác người ta sử dụng kĩ thuật LORAN-C Vi sai (Differential LORAN-C). Ví dụ máy thu LORAN-C có sử dụng LORAN-C Vi sai ở khu vực Kênh đào Suez cho vị trí có sai số nhỏ hơn 15 mét. 2.2 Hệ thống định vị GPS 2.2.1 Lịch sử phát triển của GPS Sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay, và những con tàu vũ trụ đòi hỏi điều khiển những thiết bị đó trong không gian ba chiều. Những phương pháp dẫn đường và những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện như khái quát ở trên chỉ dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở thành lỗi thời và không phù hợp với việc điều khiển các thiết bị chuyển động trong không gian ba chiều (6 bậc tự do) vì những hệ thống đương thời chỉ xác định được vị trí theo 2 chiều không gian. Trước những đòi hỏi về kỹ thuật đó nhiều nhà khoa học đã được chính phủ Mỹ tài trợ để thực hiện nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ. Bộ Quốc phòng Mỹ là cơ quan thiết kế và điều khiển hệ thống định vị toàn cầu. Trong nhóm những người tham gia điều hành dự án GPS của Bộ Quốc phòng Mỹ cần kể tới sự đóng góp to lớn của TS Ivan Getting, người sáng lập The Aerospace Corporation, và TS Bradford Parkinson, chủ tịch hội đồng quản trị của The Aerospace Corporation. Hệ thống Định vị Toàn cầu (Global Positioning System - GPS) được Chính phủ Mỹ thiết lập năm 1995, là hệ thống định vị, dẫn hướng và định thời trên không trung được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Hệ thống vệ tinh này cung cấp miễn phí các dịch vụ có liên quan, bao gồm các hoạt động dân sự và quân sự cho người sử dụng trên toàn thế giới. Việc áp dụng công nghệ GPS không chỉ phổ biến cho việc sử dụng dân sự, từ ôtô, máy bay đến điện thoại di động, mà cũng là một bộ phận không thể thiếu của hệ thống an ninh và bảo vệ quốc phòng. Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS-Global Positioning System) là một mạng gồm 24 vệ tinh Navstar quay xung quanh Trái đất tại độ cao 11.000 dặm (17.600 km). Được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ ấn định chi phí ban đầu vào khoảng 13 tỷ USD, song việc truy nhập tới GPS là miễn phí đối với mọi người dùng, kể cả những người ở các nước khác. Các số liệu định vị và định thời được sử dụng cho vô số những ứng dụng khác nhau, bao gồm đạo hàng hàng không, đất liền và hàng hải, theo dõi các phương tiện giao thông trên bộ và tầu biển, điều tra khảo sát và vẽ bản đồ, quản lý tài sản và tài nguyên thiên nhiên. Với việc khắc phục được những giới hạn về độ chính xác quân sự vào tháng 3/1996, ngày nay GPS có thể chỉ ra chính xác vị trí của các mục tiêu chỉ nhỏ bằng đồng 10 xu ở bất kỳ nơi nào trên bề mặt trái đất. Vệ tinh GPS đầu tiên đã được phóng vào năm 1978. Mười vệ tinh đầu tiên là các vệ tinh ‘mở mang’, gọi là Block 1 (Lô 1). Từ năm 1989 đến năm 1993 có 23 vệ tinh khai thác, gọi là Block 2 (Lô 2) đã được phóng lên quỹ đạo. Vệ tinh thứ 24 được phóng nốt vào năm 1994 đã hoàn thành hệ thống. Vệ tinh bay với vận tốc cao cứ 12 tiếng đồng hồ thì đủ một vòng quĩ đạo. Cho đến nay, đã có tổng số 28 vệ tinh, trong đó 24 chiếc đang hoạt động và 4 chiếc kia dùng để dự phòng khi có một chiếc nào bị hỏng. Hình 2.1. Các vệ tinh GPS quay xung quanh trái đất. Đường bay quĩ đạo của hệ thống vệ tinh này cũng được sắp xếp để bất cứ chỗ nào trên trái đất đều nhận thấy ít nhất là 4 vệ tinh đang bay ngang trên trời. Nhiệm vụ của thiết bị GPS là làm sao nhận được tín hiệu phát ra từ các vệ tinh bay ngang trên trời … tối thiểu là từ ba cái vệ tinh. Một khi máy đã nhận được tín hiệu phát ra từ các vệ tinh thì các mạch điện tử trong máy sẽ đo và biết được khoảng cách từ các vệ tinh cũng như tọa độ của nó. Trong vài giây đồng hồ máy sẽ làm bài toán và cho giải đáp ngay đó là tọa độ của máy, phương pháp này trong toán học gọi là TRILATERATION (phép đo 3 cạnh tam giác). Tọa độ này cho bạn biết từ vĩ tuyến cho đến kinh tuyến chính xác đến mức độ tới từng giây. Một số hệ thống toàn cầu và khu vực khác như Hệ thống Galileo do Liên minh châu Âu và Cơ quan Vũ trụ châu Âu thiết lập, Hệ thống dẫn hướng trong không trung GLONASS của Nga, Hệ thống QZSS của Nhật Bản và Hệ thống BEIDOU của Trung Quốc hiện đang được xây dựng. Sau nghiên cứu đánh giá kỹ lưỡng, Chương trình dẫn hướng vệ tinh Galileo, một sáng kiến hợp tác giữa Liên minh châu Âu và Cơ quan Vũ trụ châu Âu, cuối cùng đã nhận được sự khẳng định để sử dụng và chương trình này rất giống với trọng tâm chính sách của Mỹ. Các thực thể quản lý và cơ quan an ninh cũng được yêu cầu phát hiện và bảo vệ chống lại việc sử dụng các hệ thống này một cách phi pháp và cho các mục đích chống đối. Nỗ lực duy trì Chương trình GLONASS cho thấy dự định của Nga ủng hộ GNSS riêng của mình. Hệ thống do Chính phủ liên bang Nga quản lý bao gồm 21 vệ tinh, có quỹ đạo quay quanh 3 hành tinh khác nhau. Nếu mọi việc diễn ra suôn sẻ theo kế hoạch, Hệ thống GLONASS sẽ hoạt động hết công suất vào năm 2007, một năm sớm hơn thời hạn vận hành dự kiến của Hệ thống Galileo. Từ sau năm 1995 hệ thống GPS vẫn tiếp tục được duy trì và bảo dưỡng cũng như thay thế những vệ tinh già tuổi. Năm 2000, số vệ tinh trong chòm GPS đã tăng lên 28 vệ tinh. Những vệ tinh thế hệ GPS-IIR đã và đang được phóng lên để thay thế những vệ tinh già tuổi. Vệ tinh mới nhất được phóng lên ngày 16/9/2005 mang tên GPS-IIR-M1, là vệ tinh đầu tiên thuộc thế hệ 8 chiếc vệ tinh hiện đại nhất GPS-IIR-M. Theo kế hoạch, vệ tinh tiếp theo sẽ được phóng lên không gian vào tháng giêng năm nay (2006). Hình 2.2. Xác định vị trí 1 điểm trên mặt đất nhờ vệ tinh GPS. 2.2.2 Lịch sử phát triển GPS Thời gian Sự kiện Thập niên 1920s Ra đời hệ thống dẫn đường vô tuyến Đầu Đại chiến thế giới 2 LORAN, hệ thống dẫn đường áp dụng phương pháp đo độ lệch thời gian của tín hiệu sóng vô tuyến, do Phòng thí nghiệm Bức xạ Đại học MIT (MIT Radiation Laboratory) xây dựng. LORAN là hệ thống định vị hai chiều (vĩ độ và kinh độ). 1957 Vệ tinh Sputnik của Nga được phóng lên vũ trụ. Đại học MIT cho rằng tín hiệu vô tuyến điện của vệ tinh có thể tăng lên khi chúng tiếp cận trái đất và giảm đi khi rời khỏi trái đất và do vậy có thể truy theo vị trí từ mặt đất 1959 TRANSIT, hệ thống dẫn đường dựa trên vệ tinh đầu tiên, do Phòng thí nghiệm vật lý ứng dụng Johns Hopkins phát triển. Ban đầu Transit được chế tạo để hỗ trợ cho đội tàu ngầm của Mỹ, về sau được phát triển thành Hệ thống định vị toàn cầu. Vệ tinh Transit đầu tiên được phóng lên vũ trụ vào năm 1959. 1960 Hệ thống dẫn đường đo hiệu thời gian ba chiều (kinh độ, vị độ và độ cao) đầu tiên do Raytheon Corporation đề xuất theo yêu cầu của Air Force để làm hệ thống dẫn đường có thể đạt tới độ lưu động bằng chạy trên một hệ thống đường ray. Hệ thống dẫn đường là MOSAIC (Mobile System for Accurate ICBM Control). 1963 Tổng công ty Aerospace Corporation nghiên cứu về hệ thống không gian làm cơ sở cho hệ thống dẫn đường cho phương tiện chuyển động nhanh theo ba chiều không gian. Việc nghiên cứu này trực tiếp dẫn tới khái niệm về hệ thống định vị toàn cầu. Khái niệm liên quan đến việc đo thời gian tới của tín hiệu sóng vô tuyến được phát đi từ vệ tinh có vị trí chính xác đã biết, nhờ đó có thể xác định được vị trí của người sử dụng. 1963 Air Force bắt đầu hỗ trợ nghiên cứu của Aerospace. Đến năm 1972, chương trình này đã biểu diễn hoạt động của một loại tín hiệu xác định khoảng cách vệ tinh mới dựa trên tiếng ồn ngẫu nhiên giả tạo (PRN, pseudo random noise). 1964 Timation, hệ thống vệ tinh hải quân, được phát triển dưới sự chỉ đạo của Roger Easton ở Phòng nghiên cứu Hải quan (Naval Research Lab, NRL) để cải thiện đồng hồ có tính ổn định cao, khả năng truyền thời gian, và dẫn đường 2 chiều. Hoạt động của Timation theo tiêu chuẩn thời gian chuẩn vũ trụ đã cung cấp cơ sở quan trọng cho hệ thống định vị toàn cầu. Vệ tinh Timation đầu tiên được phóng lên vũ trụ vào tháng 5 năm 1967. 1968 Bộ Quốc phòng Mỹ (DoD, Department of Defence, USA) thành lập một ủy ban gọi là Ủy ban Thự hiện Vệ tinh Dẫn đường (NAVSEC, Navigation Satellite Executive Committee) để phối hợp nỗ lực của các nhóm dẫn đường vệ tinh (Transit của Hải quân, Chương trình Timation, và SECOR của Quân đội, hay còn gọi là Hệ thống đồng tương quan khoảng cách chuỗi (Sequential Correlation of Range System). NAVSEC ký hợp đồng một số nghiên cứu để làm sáng tỏ khái niệm dẫn đường vệ tinh cơ bản. Những nghiên cứu này về một số vấn đề chính xung quanh khái niệm như lựa chọn tần số sóng mang (dải L đối lập với dải C), thiết kế cấu trúc tín hiệu, và lựa chọn định hình quỹ đạo vệ tinh. 1969-1972 NAVSEC quản lý các thảo luận khái niệm giữa các nhóm dẫn đường vệ tinh khác nhau. APL Hải quân ủng hộ nhóm Transit mở rộng, trong khi NRL Hải quân ủng hộ cho Timation mở rộng, còn Air Force thì ủng hộ cho “chòm sao đồng bộ mở rộng”, tức dự án ‘Hệ thống 621B’. Tháng 4 năm 1973 Bộ Quốc phòng Mỹ quyết định thiết lập một chương trình hợp tác ba dịch vụ để thống nhất những khái niệm khác nhau về định vị và dẫn đường thành một hệ thống Bộ quốc phòng hỗn hợp gọi là Hệ thống vệ tinh dẫn đường quốc phòng (Defense Navigation Satellite System). Air Force được chỉ định làm người quản lý (điều hành) chương trình. Hệ thống mới được phát triển qua văn phòng chương trình kết hợp (joint program office), với sự tham gia của tất cả quan chủng quốc phòng. Đại tá Brad Parkinson được chỉ định làm người chỉ đạo văn phòng chương trình kết hợp và được đặt trọng trách phát triển kết hợp khái niệm ban đầu về hệ thống dẫn đường dựa trên không gian (space-based navigation system) Tháng 8 năm 1973 Hệ thống đầu tiên được trình bày tới Hội đồng Thu nhận và Thẩm định Hệ thống Quốc phòng (Defense System Acquisition and Review Council, DSARC) bị từ chối thông qua. Hệ thống được trình lên DSARC được gói gọn trong Hệ thống 621B của Air Fore và không đại diện cho chương trình kết hợp. 17/12/1973 Một khái niệm mới được trình tới DSARC và được thông qua để thực hiện và cấp kinh phí là hệ thống NAVSTAR GPS, đánh dấu khởi đầu công nhận khái niệm (ý tưởng) (Giai đoạn I của chương trình GPS). Khái niệm mới thực sự là một hệ thống dàn xếp (thỏa hiệp – compromise system) do Đại tá Parkinson thương lượng đã kết hợp tốt nhất giữa tất cả những khái niệm và công nghệ dẫn đường vệ tinh có sẵn. Cấu hình hệ thống được thông qua bao gồm 24 vệ tinh chuyển động trong những quỹ đạo nghiêng chu kỳ 12 giờ đồng hồ. Tháng 6 năm 1974 Hãng Rockwell International được chọn làm nhà cung cấp vệ tinh cho chương trình GPS. Ngày 14 tháng 7 năm 1974 Vệ tinh NAVSTAR đầu tiên được phóng lên vũ trụ. Vệ tinh này được chỉ định là Vệ tinh Công nghệ Dẫn đường (NTS) số 1, về cơ bản đây là vệ tịnh Timation tân trang lại do NRL đóng. Vệ tinh thứ hai (là vệ tinh cuối cùng) của nhóm NTS được phóng vào năm 1977. Những vệ tinh này được sử dụng cho việc đề xuất đánh giá khái niệm (ý tưởng) và thực hiện những đồng hồ nguyên tử đầu tiên đã được phóng vào trong không gian (vũ trụ). 1977 Thực hiện kiểm tra thiết bị người sử dụng ở Yuma, Arizona. 22/2/1978 Vệ tinh Block I đầu tiên được phóng. Toàn bộ 11 vệ tinh Block I được phóng trong khoảng thời gian 1978 và 1985 trên Atlas-Centaur. Những vệ tinh Block I do Rockwell International xây dựng được coi là những vệ tinh mẫu phát triển được dùng để kiểm tra hệ thống. Bị mất một vệ tinh do phóng trượt. 26/4/1980 Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện những bộ cảm ứng Hệ thống phát hiện tiếng nổ hạt nhân hoạt động tổng hợp (Integrated Operational Nucluear Detonation Detection System (IONDS) sensors). 1982 Bộ Quốc phòng thông qua quyết định giảm số vệ tinh của chòm vệ tinh GPS từ 24 xuống 18 tiếp theo sau tái cấu tạo lại chương trình chính do Quyết định 1979 của Văn phòng Thư ký Bộ Quốc phòng gây ra để cắt giảm kinh phí 500 triệu đô la (khoảng 30%) từ ngân sách cho giai đoạn năm tài chính FY81-FY86. 14/7/1983 Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện hệ thống dò tìm tiếng nổ hạt nhân (NDS) mới hơn 16/9/1983 Theo (the Soviet downing of Korean Air flight 007), tổng thống Reagan hứa cho GPS được sử dụng cho các máy bay dân dụng hoàn toàn miễn phí khi hệ thống đưa vào sử dụng. Sự kiện này đánh dấu sự bắt đầu lan tỏa công nghệ GPS từ quân sự sang dân sự. Tháng tư 19985 Hợp đồng thiết bị người sử dụng chính đầu tiên được giao cho JPO. Hợp đồng bao gồm việc nghiên cứu, phát triển cũng như lựa chọn sản xuất các máy thu GPS dùng cho máy bay, tàu thủy và máy thu xách tay (gọn nhẹ). 1987 Bộ Quốc phòng chính thức yêu cầu Bộ Giao thông (Department of Transport, DoT) có trách nhiệm thiết lập và cung cấp một văn phòng đáp ứng nhu cầu người sử dụng dân sự về thông tin GPS, dữ liệu và hỗ trợ kỹ thuật. Tháng 2 năm 1989, Coast Guard có trách nhiệm làm đại lý hướng dẫn Dịch vụ GPS Dân sự (civil GPS service). 1984 Khảo sát trở thành một thị trường GPS thương mại đầu bảng được nâng cánh! Để bù cho số vệ tinh giới hạn có sẵn trong quá trình phát triển chòm vệ tinh, các nhà khảo sát đã chuyển qua số kỹ thuật nâng cao độ chính xác bao gồm kĩ thuật GPS Vi phân (DGPS) và kỹ thuật truy theo pha sóng mang (carrier phase tracking) 3/1988 Thư ký Air Force thông báo về việc mở rộng chòm GPS tới 21 vệ tinh cộng thêm 3 vệ tinh dự phòng 14/2/1989 Vệ tinh đầu tiên của các vệ tinh Block II đã được phóng từ Cape Canaveral AFT, Florida, trên dàn phóng Delta II (Delta II booster). Phi thuyền con thoi (Space Shuttle) làm bệ phóng theo kế hoạch cho các vệ tinh Block II được Rockwell Intenational đóng. Tiếp theo tai nạn Challenger 1986, Văn phòng Chương trình Kết hợp (JPO) xem xét lại và đã sử dụng Delta II làm bệ phóng vệ tinh GPS. SA (Selective Availabity) và AS (Anti-spoofing. 21/6/1989 Hãng Martine Marietta (sau khi mua xong General Electric Astro Space Division vào năm 1992) được thắng hợp đồng xây dựng 20 vệ tinh bổ sung (Block IIR). Chiếc vệ tinh Block IIR đầu tiên sẵng sàng để phóng vào cuối năm 1996. 1990 Hãng Trimble Navigation, nhà sản xuất bán máy thu GPS hàng đầu thế giới được thành lập năm 1978 hoàn thành loạt sản phẩm ban đầu. 25/3/1990 DoD theo Kế hoạch Dẫn đường Vô tuyến Liên bang, lần đầu tiên khởi động (kích hoạt) SA (Selective Availability) làm giảm độ chính xác dẫn đường GPS có chủ định. 8/1990 SA được tắt đi trong chiến tranh vịnh Ba tư (Persian Gulf War). Những yếu tố đóng góp vào quyết định tắt SA bao gồm việc phủ sóng ba chiều có giới hạn được chòm NAVSTAR cung cấp trong quỹ đạo vào thời gian đó và sớ máy thu mã số chính xác (Precision (P)-code) trong bản kiểm kê của DoD. DoD đã mua hàng nghìn máy thu GPS dân dụng ngay sau đó không lâu đã dùng cho lực lượng liên minh trong cuộc chiến tranh. 1990-1991 GPS được các lực lượng liên minh dùng lần đầu tiên trong điều kiện chiến tranh trong Chiến tranh Vịnh Ba Tư. Sử dụng GPS cho Bão Sa Mạc Hoạt Động (Operation Desert Storm) chúng minh là cách sử dụng chiến thuật thành công đầu tiên của công nghệ không gian trong giới hạn thiết trí hoạt động. 29/8/1991 SA được kích hoạt lại sau Chiến tranh Vịnh Ba Tư. 1/7/1991 Mỹ đã cho phép cộng đồng thế giới sử dụng dịch vụ định vị tiêu chuẩn (SPS) GPS bắt đầu từ năm 1993 trên cơ sở liên tục và miển phí trong vòng ít nhất 10 năm. Lời đề nghị này được thông báo trong Hội nghị Dẫn đường Hàng không lần thứ 10 (the 10th Air Navigation Conference) của Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế (ICAO, International Civil Aviation Organization). 5/9/1991 Mỹ mở rộng lời đề nghị 1991 vào Hội nghị thường niên ICAO bằng cách cho phép thế giới sử dụng SPS trong tương lai, việc này phụ thuộc vào việc có đủ vốn, cung cấp dịch vụ này tối thiểu 6 năm có thông báo trước về việc chấm dứt hoạt động GPS hoặc xóa bỏ SPS. 8/12/1992 Bộ Trưởng Bộ Quốc phòng chính thức thông báo Khả năng hoạt động đầu tiên của GPS, có nghĩa là 24 vệ tinh trên quỹ đạo hệ thống GPS không còn là hệ thống đang triển khai nữa mà GPS đã có khả năng duy trì độ chính xác ở mức độ sai số 100 mét và có sẵn trên toàn cầu liên tục cho người sử dụng SPS như đã hứa. 17/2/1994 Người quản trị FAA David Hinson thông báo GPS là một hệ thống dẫn đường đầu tiên đã được thông qua để sử dựng làm phương tiện hỗ trợ dẫn đường độc lập cho tất cả các phương tiện bay thông qua tiếp cận không chính xác (nonprecision approach). 6/6/1994 Người quản trị FAA David Hinson thông báo ngừng phát triển Hệ thống Hạ cánh Vi sóng (MLS) cho việc hạ cánh Loại II và III. 11/1994 Hãng Orbital Sciences, một nhà sản xuất tên lửa và vệ tinh hàng đầu thế giới đồng ý mua hãng Magellen Corp., một nhà sản xuất máy thu GPS cầm tay ở California bằng trao đổi chứng khoán trị giá 60 triệu đô la Mỹ, mang lại cho Orbital tiến gần tới mục tiêu trở thành công ty viển thông hai chiều dựa vào vệ tinh. 8/6/1994 Người quản trị FAA David Hinson thông báo thực hiện Hê thống Gia tăng Vùng rộng (WAAS, Wide Area Augmentation System) nhằm mục đích cải thiện tính hợp nhất GPS và tăng tính sẵn có cho người sử dụng dân sự trên tất cả các phương tiện bay. Giá chương trình theo dự tính mất 400-500 triệu đô la Mỹ. Chương trình này được lập kế hoạch thực hiện vào khoảng năm 1997. 11/10/1994 Ủy ban hành động dẫn đường định vị Bộ Giao thông (the Department of Transportation Positioning / Navigation Executive Committee) được thành lập để cung cấp diễn đàn qua đại lý nhằm thực hiện chính sách GPS. 14/10/1994 Người quản trị FAA David Hinson nhắc lại lời đề nghị (US’s offer) làm GPS-SPS có sẵn trong tương lai, dựa trên cơ sở liên tục và toàn cầu miễn phí cho người sử dụng trực tiếp trong thư gửi cho ICAO. 16/3/1995 Tổng thống Bil Clinton tái khẳng định rằng Mỹ cung cấp tín hiệu GPS cho cộng đồng người sử dụng dân dụng thế giới trong thư gửi cho ICAO 2.2.3 Các thành phần của GPS Hệ thống GPS gồm có các vệ tinh, các máy thu và các hệ thống điều khiển dưới đất. Các vệ tinh phát các tín hiệu ở tần số 1575,42 MHz để các máy thu GPS dưới mặt đất có thể tách ra được. Các máy thu này có thể được lắp đặt trên các con tầu, các máy bay và các xe ô tô để cung cấp thông tin định vị chính xác bất kể điều kiện thời tiết như thế nào. Chúng phát hiện, giải mã và xử lý các tín hiệu vệ tinh GPS để xác định vị trí chính xác của người dùng. Đoạn điều khiển (hay đoạn mặt đất) của GPS gồm có 5 trạm giám sát không người điều khiển đặt tại Hawaii, Kwajalein ở Thái Bình Dương, Diago Garcia ở ấn Độ Dương, Ascension Island ở Đại Tây Dương và Colorado Springs ở Solo. Còn có một Trạm mặt đất chính đặt tại Falcon AFB ở Colorado Springs, và 4 trạm mặt đất an-ten lớn để phát quảng bá các tín hiệu lên các vệ tinh. Các trạm này cũng bám theo và giám sát các vệ tinh GPS. 2.2.4 Hoạt động của hệ thống Với GPS, các tín hiệu từ các vệ tinh sẽ đi tới các vị trí chính xác của người dùng và được đo theo phép tam giác đạc. Để thực hiện phép tam giác đạc, GPS đo khoảng cách thông qua thời gian hành trình của bản tin vô tuyến từ vệ tinh tới một máy thu mặt đất. Để đo thời gian hành trình, GPS sử dụng các đồng hồ rất chính xác trên các vệ tinh. Một khi khoảng cách tới vệ tinh đã được đo thì việc biết trước về vị trí vệ tinh trong không gian sẽ được sử dụng để hoàn thành tính toán. Các máy thu GPS trên mặt đất có một “cuốn niên giám” được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính của chúng để chỉ thị mỗi vệ tinh sẽ có mặt nơi nào trên bầu trời vào bất kỳ thời điểm nào. Các máy thu GPS sẽ tính toán các thời gian trễ qua tầng đối lưu và khí quyển để tiếp tục làm chính xác hơn phép đo vị trí. Để bảo đảm chắc chắn vệ tinh và máy thu đồng bộ với nhau, mỗi vệ tinh có bốn đồng hồ nguyên tử chỉ thời gian chính xác tới 3 ns, tức ba phần tỷ giây. Nhằm tiết kiệm chi phí, các đồng hồ trong các máy thu dưới đất được làm ít chính xác hơn đôi chút. Bù lại, một phép đo tầm hoạt động vệ tinh được trang bị thêm. Phép đo lượng giác chỉ ra rằng, nếu ba số đo chính xác định vị được vị trí một điểm trong không gian ba chiều thì một phép đo thứ tư có thể loại bỏ mọi độ chênh lệch thời gian nào đó. Phép đo thứ tư này chỉnh lại sự đồng bộ hoá không hoàn hảo của máy thu. Khối mặt đất thu nhận tín hiệu vệ tinh đi tới với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng. Ngay như tại tốc độ như vậy tín hiệu cũng phải mất một lượng thời gian đáng kể mới tới được máy thu. Sự chênh lệch giữa thời điểm tín hiệu được gửi đi và thời điểm tín hiệu được thu nhận với tốc độ ánh sáng cho phép máy thu tính được khoảng cách tới vệ tinh. Để đo lường chính xác độ cao, kinh độ và vĩ độ, máy thu đo thời gian các tín hiệu từ một số vệ tinh truyền tới máy thu (Hình 2.1). GPS sử dụng một hệ tọa độ gọi là Hệ thống Trắc địa học Toàn cầu 1984 (WGS-84 - Worldwide Geodetic System 1984). Hệ thống này tương tự như các đường kẻ kinh tuyến và vĩ tuyến quen thuộc thường thấy trên các bản đồ treo tường cỡ lớn. Hệ thống WGS - 84 cung cấp một khung tham chiếu gắn sẵn tiêu chuẩn hoá, cho phép các máy thu của bất kỳ hãng sản xuất nào cũng cung cấp đúng cùng một thông tin định vị. 2.2.5 Các ứng dụng của GPS Mặc dù hệ thống GPS chỉ mới được hoàn thành vào năm 1994 nhưng nó đã có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, nhất là trong những lĩnh vực quân sự. Ngày nay, GPS đã trở thành một yếu tố quan trọng của hầu như tất cả các chiến dịch quân sự và tất cả các hệ thống vũ khí. Ngoài ra, GPS còn được sử dụng trên các vệ tinh để đạt được các dữ liệu quỹ đạo có độ chính xác cao và để điều khiển hướng bay của các con tầu vũ trụ. Mặc dù hệ thống GPS lúc ban đầu được triển khai để đáp ứng các yêu cầu của giới quân sự, nhưng người ta đang không ngừng ứng dụng GPS vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Một trong các ứng dụng gần đây là sử dụng GPS cho công tác quản lý động vật hoang dã. Ở châu Phi, các máy thu GPS được sử dụng để giám sát các đường hướng di trú của các đàn động vật lớn cho những mục đích nghiên cứu khác nhau. Những máy thu GPS cầm tay hiện đang được sử dụng trong các ứng dụng thực địa, trong đó có đòi hỏi việc thu thập thông tin chính xác, kể cả việc kiểm tra hiện trường của các công ty phục vụ công cộng, việc vẽ bản đồ của các nhà khai thác dầu mỏ và khí đốt và việc quy hoạch tài nguyên của các công ty lâm nghiệp. Các khinh khí cầu có trang bị GPS đang giám sát các lỗ hổng trong tầng ô-zôn trên các vùng cực và chất lượng không khí cũng đang được giám sát nhờ các máy thu GPS. Các phao theo dõi lượng dầu tràn lớn trên biển phát đi các dữ liệu cần thiết nhờ sử dụng GPS. Các nhà khảo cổ học và các nhà thám hiểm đang sử dung hệ thống này để đánh dấu các vị trí ở xa trên biển và trên đất liền trước khi họ có thể lập quyết toán trang thiết bị và kinh phí. Theo dõi các phương tiện vận chuyển là một trong những ứng dụng GPS phát triển nhanh nhất. Các đoàn tầu, các hệ thống vận chuyển công cộng, các đoàn xe tải quá cảnh, các chuyến xe bưu chính... có trang bị các máy thu GPS để giám sát các vị trí của chúng vào mọi thời điểm. Các dữ liệu GPS sẽ trở nên hữu ích hơn đối với khách hàng khi nó được liên kết với kỹ thuật vẽ bản đồ số. Theo đó, một số hãng sản xuất ô tô đang chào hàng một phương án chế tạo xe mới là trang bị các màn hình trình bày hành trình xe chạy do các máy thu GPS hướng dẫn. Các màn hình này thậm chí còn có thể tháo ra đem về nhà để lập chương trình cho một chuyến đi. Một số phương tiện xe cộ có trang bị GPS đưa ra các bảng hướng dẫn trên màn hiển thị cho các lái xe và qua các lệnh bằng tiếng nói tổng hợp. Những tính năng này cho phép lái xe đến được bất kỳ nơi nào anh ta muốn một cách nhanh chóng hơn và an toàn hơn so với trước đây. 2.2.6 GPS và Mạng Tế bào (cellular) Công nghệ GPS thậm chí còn đang được sử dụng kết hợp với công nghệ mạng tế bào để cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng. Với việc ấn một phím bấm trên máy điện thoại di động mạng tế bào, có thể đàm thoại với một nhà cung cấp dịch vụ và cùng một lúc báo hiệu tới các dịch vụ điều phối trung tâm thông báo về vị trí, của họ về các tình huống khẩn cấp hoặc các hỏng hóc trang thiết bị. Điều này là có thể được với Khối Định vị Mạng tế bào và Nhắn tin Khẩn (Cellular Positioning and Emergency Messaging Unit) của hãng Motorola. Thiết bị này mở ra một kỷ nguyên mới của an toàn di động và theo dõi các đoàn xe và các đoàn tầu biển. Các thiết bị này được thiết kế cho các nhà tích hợp hệ thống là những người đang tạo cấu hình các mạng tiêu dùng và thương mại khai thác qua điện thoại di động tế bào. Khối Định vị Mạng tế bào và Nhắn tin Khẩn truyền đạt thông tin về vị trí và trạng thái của các phương tiện xe cộ do GPS xác định, rất phù hợp để sử dụng trong các hệ thống nhằm trợ giúp cho các nhà quản lý đường bộ, các hãng giám sát nội vụ, các công ty điện thoại di động, các công ty cho thuê xe ô tô, các nhà khai thác đội tầu biển thương mại và các nhà sản xuất ô tô... tìm kiếm những lợi thế cạnh tranh. Hãng Skytel, nhà cung cấp các dịch vụ nhắn tin vô tuyến, đang quảng cáo hệ thống AutoLink dựa trên GPS của họ dùng cho xe ô tô. Hệ thống AutoLink cung cấp các dịch vụ trả lời khẩn cấp tự động, ngăn chặn trộm cắp, theo dõi và bắt xe cộ dừng lại, nhắn tin cá nhân hai chiều, mở khoá xe từ xa, đánh dấu số hiệu lái xe, hướng dẫn đường đi và thông tin dựa trên vị trí. Do tính chính xác của mình, GPS đã nhanh chóng trở thành phương pháp lựa chọn để thu thập số liệu tại chỗ cho rất nhiều các ứng dụng thương mại, chính quyền và quân sự. GPS chắc chắn trở thành một phương pháp quan trọng và có hiệu quả kinh tế cho việc định vị vô số các mục tiêu trên mặt đất và trên biển. Mặc dù được Bộ Quốc phòng Mỹ cấp kinh phí ban đầu, song việc truy nhập mạng GPS là miễn phí đối với mọi người dùng. Điều này góp phần khuyến khích việc phát triển các ứng dụng và tạo ra một thị trường khách hàng hoàn toàn mới, đặc biệt là trong lĩnh vực định vị các phương tiện giao thông và điều hành xa lộ. Hình 3. Thiết bị định vị đặt trên xe ô tô nhờ công nghệ GPS. Chương 3. MÔ TẢ KỸ THUẬT HỆ THỐNG QUẢN LÝ THÔNG TIN ĐỊNH VỊ Để triển khai thử nghiệm đề tài, nhóm thực hiện đề tài đã thiết lập một hệ thống quản lý thông tin định vị tàu cá. 3.1. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG Hệ thống thông tin bao gồm 02 hệ thống thiết bị (hình vẽ): Hình 3.1. Cấu trúc hệ thống Tại trung tâm Trung tâm quản lý đặt trên bờ có chức năng thu nhận thông tin định vị đã mã hóa trên sóng vô tuyến, giải mã và truyền cho chương trình quản lý các tàu xa đánh bắt cá xa bờ, bao gồm các thiết bị: 01 máy thu vô tuyến ICOM-IC718 hoạt động ở dải tần số HF kèm chung với bộ phối hợp trở kháng AT130 và hệ thống anten. 01 bộ máy vi tính để quản lý và hiển thị thông tin + 01 phần mềm quản lý. 01 bộ giải mã nối giữa máy tính và máy Icom để thu nhận và giải mã thông tin. Trên các tàu cá Các loại máy thông tin vô tuyến sẵn có (ICOM-IC718, ICOM-IC700…) Các thiết bị chuyển đổi được chế tạo bằng kỹ thuật điện tử đặt trên tàu cá lắp cùng thiết bị liên lạc vô tuyến sẵn có để tự động báo vị trí của tàu về trung tâm quản lý (Các máy vô tuyến điện trên tàu vẫn được sử dụng vào những việc liên lạc với tàu khác, với đất liền như bình thường). Thiết bị còn có chức năng cung cấp cho ngư dân một số thông tin hướng dẫn khác như khoảng cách đến đất liền, thông tin hướng dẫn cảnh báo do Trung tâm hướng dẫn truyền đến… Sản phẩm và chỉ tiêu KT-KT chủ yếu: “Thiết bị chuyển đổi để truyền thông tin định vị thông qua thiết bị liên lạc vô tuyến” Yêu cầu kỹ thuật: - Định vị vệ tinh theo chuẩn SiRF - Hiển thị thông tin định vị và thông tin hướng dẫn qua màn hình tinh thể lỏng LCD. - Có khả năng kết nối với các loại máy vô tuyến ICOM và các loại máy tương đương. - Gửi nhận thông tin với trung tâm quản lý. Các tính năng của thiết bị chuyển đổi Nhận dữ liệu từ đầu thu GPS. Thu thập các dữ liệu về toạ độ của tàu Mã hóa và truyền dữ liệu về trung tâm. Hiển thị các thông tin về vị trí và hành trình hiện tại của tàu. Hiển thị các thông báo từ trung tâm điều khiển Toàn bộ thiết bị được đóng gói trong hộp hoàn chỉnh thuận tiện cho việc lắp đặt và thao tác trên tàu. Chương 4. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI VÀ BỘ NHẬN DỮ LIỆU 4.1 Phương thức truyền dữ liệu GPS trong môi trường sóng vô tuyến. Với mục đích theo dõi và giám sát tọa độ và hành trình tàu cá trên biển, toạ độ và thời gian hiện tại của tàu được xác định bởi đầu thu tín hiệu GPS sẽ được lưu giữ và truyền về trung tâm điều khiển theo phương thức trực tuyến. Thiết bị thu thập dữ liệu cho phép lưu giữ một số lượng lớn thông tin kỹ thuật của tàu như số hiệu tàu, thời gian hoạt động, toạ độ di chuyển, tốc độ di chuyển…Các dữ liệu này được truyền về trung tâm điều khiển thông qua kênh truyền vô tuyến của máy ICOM. Ngoài ra thiết bị có thể nhận các thông tin điều khiển từ trung tâm cũng thông qua kênh truyền này. Thiết bị được thiết kế trên công nghệ vi xử lý tốc độ cao, khả năng xử lý linh hoạt và có khả năng thực hiện các thuật toán phức tạp hạn chế sai số khi tín hiệu thu từ vệ tinh yếu. Cấu trúc mạng dữ liệu truyền trực tuyến được trình bày bằng hình vẽ dưới đây: Mã hóa Dữ liệu Máy thu/phát HF Giải mã Máy thu HF Lọc nhiễu Lọc dữ liệu Dữ liệu Xử lý dữ liệu Hình 4.1. Cấu trúc mạng dữ liệu Phương thức truyền là trực tuyến, nghĩa là các thông tin về toạ độ của tàu sau mỗi lần được xác định sẽ được truyền ngay về trung tâm. Nhờ đó, trung tâm có thể theo dõi trực tiếp mọi hành vi của phương tiện trên thời gian thực. Việc truyền dữ liệu thông qua kênh vô tuyến (bộ đàm) cho phép hạ giá thành thiết lập mạng và không tốn cước phí thông tin. Hệ thống các máy thu/phát sóng vô tuyến đóng vai trò chính trong việc truyền dữ liệu. Hiện nay tại Việt nam phạm vi phủ sóng của hệ thống các đài thông tin Duyên hải đã bao trùm toàn bộ lãnh hải Việt nam. Điều này là một thuận lợi cơ bản cho việc triển khai hệ thống quản lý trong phạm vi toàn quốc. Thông tin được truyền thông qua kênh vô tuyến trong môi trường truyền sóng HF. Nhờ sóng HF có khả năng phản xạ trở lại mặt đất khi gặp tầng điện ly của khí quyển nên khoảng các truyền rất xa, có khi lên đến hàng nghìn kilomet. Tuy nhiên, sóng HF cũng rất dễ bị nhiễu, nhất là khi địa hình có nhiều che chắn hoặc núi cao. Chất lượng truyền sóng cũng phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết và thời điểm. Thường thì chất lượng truyền sóng ban đêm luôn tốt hơn truyền sóng ban ngày (hình vẽ) Hình 4.2. Truyền sóng HF trong môi trường 4.2 Phương pháp thiết kế thiết bị chuyển đổi Thiết bị chuyển đổi bao gồm các modul chính sau: Modul thu GPS Modul thu thập xử lý dữ liệu nhận được từ GPS Modul mã hóa và điều chế tín hiệu để truyền dữ liệu về đất liên qua máy phát vô tuyến ICOM. 4.2.1 Modul thu GPS Modul GPS có nhiệm vụ nhận các tín hiệu từ vệ tinh, xử lý tín hiệu đưa ra kết quả bao gồm các thông tin sau: Tọa độ kinh tuyến, vĩ tuyến của tàu. Thời gian hiện tại theo giờ GMT. Tốc độ và hướng chuyển động của tàu. Số vệ tinh nhận được tín hiệu. Cường độ tín hiệu từ vệ tinh. Các thông tin trên được đóng gói ở dạng format chuẩn NMEA (www.nmea.org) Khi thiết kế thiết bị thu thập dữ liệu từ GPS đặt trên tàu cá, chúng tôi chọn Modul thu GPS Skylav của hãng Stars Navigation với các thông số như sau: Số kênh thu tín hiệu từ vệ tinh : 12 Tần số thu: L1, 1575.42 MHz Độ chính xác định vị tọa độ 1 - 5m. Thời gian khởi động: 48 giây. Format dữ liệu ra : NMEA –0183 Anten tích hợp bên trong Nguồn nuôi 3.8 – 6.5 V. Hình 4.3. Modul GPS Skylav 4.2.2 Thiết kế mạch vi xử lý thu thập dữ liệu từ bộ thu GPS. Sau khi tiếp nhận được các tín hiệu từ vệ tinh thông qua thiết bị thu GPS, mạch vi xử lý đặt trên tàu sẽ lưu giữ, thu thập dữ liệu, xử lý các bản tin xác định được tọa độ (theo kinh độ và vĩ độ). Các dữ liệu thu thập được sẽ được truyền cho module mã hóa và điều chế. Cùng với đồng hồ thời gian thực từ vệ tinh truyền xuống ta có thể xác định được quỹ đạo chuyển động của tàu cá. Toàn bộ hệ thống thu thập xử lý dữ liệu GPS trong đề tài được thể hiện ở lưu đồ sau: NMEA Modul GPS Kiểu bản tin Mạch vi xử lý. - Thu thập dữ liệu GPS. Sửa các bản tin nhận về. Lưu trữ các dữ liệu. Mã hóa và điều chế dữ liệu Giao tiếp truyền dữ liệu qua máy phát vô tuyến Hình 4.4. Sơ đồ cấu trúc thiết bị chuyển đổi 4.2.3 Sơ đồ mạch vi xử lý dùng vi điều khiển PsoC. Sơ đồ khối thiết kế của mạch vi xử lý của thiết bị thu dữ liệu như sau: Truyền RS232 PSoC - Nhận bản tin Xử lý bản tin. (giữ lại các tham số về: + Thời gian + Toạ độ) Lýu trữ dữ liệu. Truyền dữ liệu. Modul GPS Nguồn Hình 4.5. Sơ đồ mạch vi xử lý dùng vi điều khiển PsoC Trong sơ đồ trên, trung tâm của khối vi xử lý là vi điều khiển PsoC có nhiệm vụ liên tục nhận các bản tin từ modul GPS ở dạng fomat NMEA-183 với tần suất 1bản tin/1s. Ở đây, PsoC sẽ được lập trình để làm các nhiệm vụ sau: + Sau năm phút sẽ lưu trữ lại bản tin. + Chỉnh sửa lại bản tin nmea với các dữ liệu về thời gian, kinh độ và vĩ độ. + Các bản tin sẽ được đưa về trung tâm điều khiển sau mỗi phiên làm việc của máy ICOM. 4.2.4 Thiết kế mạch phát dữ liệu : PSOC GPS LCD MICROPHONE TX Data Re-timing Điều chế FSK Bộ lọc tín hiệu phát và đệm dữ liệu Ampli Send/read f GPS antenna Mode Manual or auto PTT Hình 4.6. Sơ đồ khối mạch phát Đầu vào : Tín hiệu định vị của board GPS (GB10) Mức logic của nút nhấn PTT trên Microphone máy Icom Mức logic của công tắc chọn chế độ: tự động hoặc bằng tay Dữ liệu đọc tần số do máy Icom gởi vào Đầu ra: Dữ liệu điều khiển và hiển thị ra màn hình LCD Dữ liệu mã tàu, thời gian, tọa độ kinh-vĩ tuyến. Dữ liệu tần số gởi ra máy Icom -TX Data Re-timing: Chỉ hoạt động ở chế độ truyền 1200 bps, không hoạt động khi tốc độ truyền dữ liệu của PSOC vượt quá 1212 bps. Có chức năng chốt dữ liệu nhận được từ PSOC và gởi cho FSK modulator. -Điều chế FSK: điều chế tín hiệu nhận được từ mạch Tx Data re-timing, chuyển đổi từ tín hiệu số thành tín hiệu analog và mã hóa lên sóng vô tuyến. FSK là một dạng của kỹ thuật FM, trong đó tín hiệu điều chế là chuỗi xung DC biến đổi giữa hai giá trị cụ thể. Kết quả điều chế sẽ cho sóng mang có một trong 2 giá trị , ứng với bit 1(mark) và ứng với bit 0(space). Hình 4.7. Sóng tín hiệu điều chế FSK -độ trôi dạt tần số không quá 50ppm (period per minute) -pha của tín hiệu liên tục khi tần số thay đổi từ sang và ngược lại -biến dạng do họa tần của tín hiệu ra rất thấp -các tần số và được điều chỉnh riêng Bộ lọc tín hiệu phát và đệm dữ liệu: lọc tín hiệu từ mạch FSK modulator đưa vào bộ đệm để truyền Hình 4.8. TX giới hạn tại 1200 bps 4.3 Thiết kế mạch nhận dữ liệu : Mạch này được thiết kế để nhận dữ liệu không đồng bộ 1200 bps. Bộ lọc tích cực và khuyếc đại tín hiệu: là lọc tích cực dùng lọc thông dải tín hiệu vào (RX-in). Dải tín hiệu lọc nằm trong khoảng 900 -> 1500 HZ do đó cho tần số 1200 HZ qua, sau đó tín hiệu sẽ được khuyếch đại và chỉnh sửa biên độ cho FSK nhận Bộ lọc và cân bằng tín hiệu: làm giảm nhiễu tín hiệu và lọc dữ liệu Bộ giải điều chế FSK : giải điều chế, chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số. Rx/Tx Data Re-timing: chỉ nhận dữ liệu ở tần số 1200 Hzh. Có chức năng chốt dữ liệu nhận được và gởi cho khối TTL-RS232 TTL-RS232 : chuyển đổi mức tín hiệu từ TTL sang RS232 và gởi cho máy tính xử lý. Bộ lọc tích cực và khuyếc đại V bias RX-in Bộ lọc và cân bằng tín hiệu Giải điều chế FSK Rx/Tx Data Re-timing TTL RS232 PC Hình 4.9. Sơ đồ khối mạch nhận 4.3.1 Thiết kế mạch nguồn ổn áp kháng nhiễu: Áp vào 13.8 VDC, qua diode D1 để chống đặt áp ngược nhằm bảo vệ cho các mạch phía sau. Áp sau khi qua D1 bị sụt đi 0.6V (rơi áp trên D1) còn khoảng 13.6V nhưng không ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính ổn áp của 7809 vì để 7809 hoạt động tốt thì áp vào Vi=11.5 26 VDC Hình 4.10. Mạch nguồn ổn áp Áp vào của 7805 là 9 VDC, áp ra là 5VDC. Mạch có dùng thêm các tụ 1000uF và tụ 104 để tăng tính ổn định và giảm nhiễu cho mạch. Hình 4.11. Mạch khử nhiễu nguồn Hình 4.12: liên hệ giữa tần số và tỉ lệ Mạch có tác dụng giảm nhiễu trắng, tín hiệu sai và nhiễu trên đường dây điện nguồn. Việc giảm nhiễu có thể lớn hơn 40 dB nếu mạch được thiết kế hợp lý. Chất lượng của mạch được đảm bảo, độ lợi đạt gần với tỉ lệ của giá trị điện trở cực E của transistor 2N4401 so với điện trở Shunt. Trong trường hợp này độ lợi là 5/0.05=100. Độ lợi là 101 với giá trị điện trở là 299K, theo lý thuyết là tốt hơn nhưng sự chịu đựng của điện trở và trở kháng thực sự của Shunt là 0.05 ohm (có thể dùng biến trở chỉnh). LM833 hay các OP-AMP khác như LM358 đều cho kết quả tốt. Nên lựa chọn một OP-AMP có độ lọc thông dải lớn và nhiễu áp đầu vào thấp. Giá trị điện trở Shunt lớn hơn có thể được dùng nếu rơi áp trên nó có thể chịu đựng được; có thể điều chỉnh độ lợi của bộ khuyếch đại theo cách chỉnh các thông số như đã trình bày ở trên IC LM833 chứa 2 OP-AMP bên trong vì vậy dùng 2 Shunt là phù hợp cho cho một IC dùng lọc nhiễu cho 2 nguồn khác nhau Hình 4.12 biểu diễn mối liên hệ giữa tần số và tỉ lệ (nV per root-hertz ): độ điều chỉnh nhiễu là 330nV trên mỗi tại 100 Hz và mạch giảm nhiễu đến 20 nV. Việc giảm 24 dB đạt được nếu không có bất kỳ sự lựa chọn giá trị thông số nào. Nên nối mass tốt các chân linh kiện và vỏ hộp. Ở tần số thấp nên điều chỉnh bằng tụ và nhiễu nền được hạn chế bởi LM833 và điện trở. 4.3.2 Thiết kế mạch tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại: Mạch tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại có nhiệm vụ đảm bảo cân bằng mức tín hiệu vào của các nguồn phát khác nhau. Mạch này cho phép trung tâm có khả năng thu được tín hiệu từ nhiều tàu các với khoảng cách và điều kiện phát tín hiệu khác nhau. Tín hiệu ngõ vào AUDIO là tần số đơn biên (SSB), qua mạch AGC xử lý, tín hiệu ngõ ra AF AMPS. Mạch AGC tự động điều chỉnh độ lợi theo giá trị đặt trước bởi biến trở R11, AGC chỉnh mức Audio và điều khiển độ lợi IF vì vậy mức Audio là không đổi. Mức tín hiệu vào RF có thể thay đổi từ -120 à +20 dBm trong vài ms, nhiều triệu lần. Đặc điểm này của mạch AGC được gọi là Audio AGC , mạch thiết kế đơn giản và rẻ tiền. Mạch này đã được test thử cho cả 2 loại tín hiệu SSB và CW, tại những mức tín hiệu khác nhau và kết quả đạt được yêu cầu đề ra. -Phân tích mạch: R7: tạo attack time (tăng mức tín hệu ) R8: tạo release time (giảm mức tín hiệu ) Có thể dùng thêm switch để chọn attack time hoặc release time C2 : có thể thay đổi khi cần điều chỉnh tốc độ (Chế độ SSB: C2 = 1uF, CW: C2=10uF) Biến trở R11: chỉnh mức RF gain (IF MAX GAIN) giống như các máy HF Transceiver khác Hình 4.13. Mạch AGC ICOM (HF) FSK CONTROL JACK HF antenna SƠ ĐỒ KHỐI BỘ CHUYỂN ĐỔI CPU MODE manual or auto PTT Màn hình LCD GPS MICROPHONE Ăng ten GPS Ampli Giao tiếp truyền tin Mã hóa và điều chế Thu nhận dữ liệu Send/Read frequency data Hình 4.14. Sơ đồ khối thiết bị chuyển đổi Hình 4.15. Cấu tạo cơ khí của thiết bị 14.069.05 TX cable Bộ giải mã LINE IN Máy ICOM PC FSK OUT Hình 4.16. Hệ thống quản lý tập trung Chương 5: Chương trình quản lý dữ liệu GPS tàu cá trên nền GIS Tổng quan về Hệ thống thông tin địa lý – GIS 5.1.1 Khái niệm về công nghệ GIS. Hệ thống thông tin địa lý (Geographic information system – GIS) là hệ thống có chức năng thu thập, lưu trữ, phân tích và quản lý dữ liệu và các thuộc tính về không gian trái đất. GIS là tập hợp của phần cứng máy tính, phần mềm, dữ liệu địa lý, qui trình, tổ chức và các thủ tục người sử dụng nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích của con người đặt ra. Đặc biệt hệ thống thông tin Địa lý kết hợp với các dữ liệu nhận được từ GPS đã mang lại rất nhiều ứng dụng hữu ích cho các lĩnh vực: giao thông, thủy lợi, lâm nghiệp, thuỷ sản… đặc biệt là trong bài toán quản lý định vị các phương tiện giao thông. Nhân lực Quy trình Dữ liệu Phần cứng Tổ chức Phần mềm Phần cứng: Phần cứng bao gồm hệ thống máy tính và các thiết bị nhập, xuất, lưu trữ dữ liệu. Trong đó, hệ thống máy tính gồm có 1 máy hoặc nhiều máy được kết nối thành một hệ thống mạng; các thiết bị ngoại vi để nhập, xuất dữ liệu như máy digitizer, scanner, máy in, plotter, máy ghi đĩa quang hoặc CD, băng từ, và các thiết bị định vị khác, v.v... Phần mềm: Phần mềm GIS bảo đảm đủ 4 chức năng của hệ thống thông tin địa lý là nhập, lưu trữ, phân tích và xử lý, hiển thị dữ liệu không gian, phi không gian. Dữ liệu: Dữ liệu bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian, được thu thập, lưu trữ theo một cấu trúc chuẩn, có thể liên thông trên mạng và được bảo quản theo một chế độ nhất định. Tại đây, có những bài toán đặt ra như mô hình cơ sở dữ liệu phục vụ các yêu cầu lưu trữ, truy xuất, hiển thị, công nghệ nhập dữ liệu, phân quyền sử dụng dữ liệu, an ninh dữ liệu trên mạng, tổ chức cơ sở dữ liệu phân tán hay tập trung, v.v... Cơ sở dữ liệu là một thành phần quan trọng trong các hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý hành chánh nhà nước. Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý bao gồm hai phần chính là cơ sở dữ liệu nền và cơ sở dữ liệu chuyên ngành. - Cơ sở dữ liệu nền bao gồm những lớp dữ liệu mà hệ thống thông tin địa lý chuyên ngành nào cũng sử dụng như dữ liệu về lưới tọa độ (tọa độ địa lý, tọa độ quốc gia), dữ liệu về giao thông, dữ liệu về thủy văn, dữ liệu về độ cao, dữ liệu về hành chánh, dữ liệu về giải thửa, v.v... - Cơ sở dữ liệu chuyên ngành bao gồm dữ liệu của các yếu tố chuyên ngành được biểu diễn theo mô hình dữ liệu không gian và phi không gian liên kết. Có thể có cơ sở dữ liệu của các chuyên ngành như tài nguyên thiên nhiên, môi trường, sử dụng đất, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, các chuyên ngành kinh tế xã hội. Khi thiết kế cơ sở dữ liệu chuyên ngành cần chú ý đến những quan hệ giữa các yếu tố đơn tính trong một chuyên ngành đồng thời những quan hệ của các yếu tố giữa các ngành với nhau. Đối với mỗi chuyên ngành, tùy theo mục tiêu của hệ thống thông tin địa lý, những qui trình xây dựng cơ sở dữ liệu được thiết kế khác nhau. Quy trình: Các qui trình xử lý tác nghiệp được nhà phân tích thiết kế hệ thống xác lập khi xây dựng hệ thống. Qui trình là một thành phần cần được quan tâm xây dựng trong tiến trình kiến tạo hệ thống thông tin địa lý, ít nhất cần có những qui trình nhập dữ liệu, qui trình lưu trữ, bảo quản dữ liệu, qui trình truy vấn dữ liệu, qui trình kết xuất - hiện thị dữ liệu. Tổ chức: Về tổ chức thì tùy theo mục đích và qui mô triển khai, hệ thống thông tin địa lý được tổ chức theo một cơ chế nhất định để phát huy tính hiệu quả của hệ nhằm đạt đến mục tiêu. Trong hệ thống thông tin địa lý, tổ chức giữ một vai trò rất quan trọng vì có tổ chức, có qui chế thích hợp việc chia sẻ và bảo vệ tài nguyên thông tin, việc cập nhật dữ liệu mới được thực thi, hệ thống mới phát huy tính hiệu quả của nó. Trong những hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý hành chánh một địa phương, công việc khung (framework) giữ vai trò quan trọng trong việc tổ chức hệ thống sao cho có hiệu quả cao nhất. Nhân lực: Con người là yếu tố quyết định sự thành công trong tiến trình kiến tạo hệ thống và tính hữu hiệu của hệ thống trong tiến trình khai thác vận hành. Trong hệ thống thông tin địa lý, con người sẽ làm việc trên 3 vị trí cũng là 3 cấp có chức năng khác nhau: quản trị, kỹ thuật GIS, kỹ thuật chuyên ngành. Con người trong hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý hành chánh nhà nước bao gồm những chuyên viên chuyên ngành trong các lãnh vực khác nhau có nhiệm vụ nhập dữ liệu chuyên ngành, khai thác hệ thống, xử lý dữ liệu bằng cách phân tích và tổng hợp dữ liệu của nhiều ngành để giải quyết những bài toán cụ thể của ngành mình, phục vụ công tác trợ giúp quyết định cho lãnh đạo trong ngành. Những chuyên viên công nghệ thông tin địa lý hỗ trợ các vấn đề về công nghệ của hệ thống, bảo đảm hệ thống hoạt động tốt về kỹ thuật và cập nhật công nghệ theo qui chế. Quản trị viên hệ thống thông tin địa lý là người quản lý, chịu trách nhiệm toàn bộ hệ thống, bảo đảm hệ thống hoạt động đúng qui chế, bảo đảm an toàn kỹ thuật và công nghệ. * Các lĩnh vực ứng dụng GIS Môi trường: nhiều tổ chức môi trường trên thế giới cũng như nhiều quốc gia đã áp dụng GIS vào lĩnh vực môi trường. Với mức đơn giản của GIS được sử dụng để đánh giá hiện trạng môi trường các khu vực trên trái đất; phức tạp hơn, GIS dùng để mô hình hoá các tiến trình xói mòn đất, cảnh báo sự lan truyền ô nhiễm trong môi trường. Khí tượng thuỷ văn: trong lĩnh vực này GIS được dùng như hệ thống đáp ứng nhanh phục vụ phòng chống thiên tai lũ lụt, xác định tâm bão, dự đoán luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt. Nông nghiệp: được sử dụng vào việc giám sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất, dự báo về hàng hoá, nghiên cứu đất trồng, kiểm tra tướng tiêu, kiểm soát nguôn nước. Dịch vụ tài chính: các ứng dụng đặc trưng cho lĩnh vực này là: đánh giá và phân tích vị trí chi nhánh mới, quản lý tài sản, định hình nhân khẩu, tiếp thị, chính sách bảo hiểm, mô hình hoá và phân tích rủi ro cho các khu vực tài chính. Y tế: GIS được ứng dụng nhằm vạch ra lộ trình nhanh nhất giữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu giao thông. Nó cũng được sử dụng như một công cụ nghiên cứu dịch bệnh, phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng. Quản lý địa phương: Các lãnh đạo chính quyền địa phương đua GIS vào quản lý quy hoạch công trình, tìm kiếm thửa đất, điều chỉnh ranh giới, bảo dưỡng các công trình công cộng, phân tích tội phạm, chỉ huy và quản lý lực lượng công an, cứu hoả. Giao thông: GIS được dùng trong việc lập kế hoạch và duy trì cơ sở hạ tầng. Tiếp nữa, GIS còn được ứng dụng để định vận tải hàng hoá, và hải đồ điện tử. Ngoài các lĩnh vực trên, GIS còn được sử dụng trong các dịch vụ điện, nước, gas, điện thoại, dịch vụ bán lẻ … và nhiều các ứng dụng khác. 5.1.2 Tổ chức hệ thống thông tin địa lý GIS Các số liệu thu thập được từ GPS sẽ phải tích hợp với các hệ thống thông tin địa lý GIS để cho ta các khả năng về kiểm soát các vùng địa lý, toạ độ có đặt modul thu GPS. Sự tích hợp giữa các dữ liệu thu thập được từ GPS với các hệ thống thông tin GIS sẽ cho chúng ta khả năng quản lý trực quan, đặt ra được nhiều bài toán quản lý trong việc quản lý các phương tiện giao thông bằng công nghệ GPS. 5.1.3 Khả năng của công nghệ GIS. Khả năng của GIS rất phong phú, nhưng bất kỳ một hệ GIS nào cũng phải tối thiểu giải quyết quản lý được 5 vấn đề chính sau: - Vị trí (Location): quản lý và cung cấp vị trí đối tượng theo yêu cầu - Điều kiện (Condition): xác định các đối tượng thỏa mãn một điều kiện nào đó - Chiều hướng (Trend): cung cấp hướng thay đổi của đối tượng thông qua phân tích các dữ liệu theo thời gian. - Kiểu mẫu (Pattern): cung cấp mức độ sai lệch của đối tượng so với kiểu mẫu. - Mô hình hóa (Modelling): Xác định xu thế phát triển của đối tượng, ngoài thông tin địa lý, hệ thống cần có thêm các thông tin quy luật hay luồng thông tin thống kê. 5.1.4 Các thành phần cơ bản của GIS Các thành phần cơ bản của GIS bao gồm các thành phần được thể hiện như ở sơ đồ sau: Người dùng GIS Phần mềm CSDL Thế giới thực Kết quả Hình 5.1. Sơ đồ hệ thống GIS Ở đây, các tín hiệu nhận được từ modul thu GPS sẽ phản ánh thế giới thực bên ngoài của một vật thể về không gian 3 chiều: + Kinh độ + Vĩ độ + Cao độ và thêm vào đó là tham số thời gian. Các thông tin này sẽ được hệ thống thông tin địa lý GIS xử lý bằng các phần mềm và cơ sở dữ liệu để trả ra các kết quả theo yêu cầu của người sử dụng. Cần các thông tin gì về vật thể có gắn modul GPS (ô tô, tàu biển, máy bay), người sử dụng có thể tương tác với hệ thống thông tin địa lý GIS để nhận được các thông tin phục vụ mục đích quản lý của mình. Chẳng hạn ta có thể xem việc quản lý các phương tiện trên biển trực tuyến bằng công nghệ GPS nhờ hệ thống thông tin địa lý GIS như minh hoạ sau. Hình 5.2. Hệ thống GIS quản lý tàu biển Các phầm mềm GIS. GIS software Windows Mac OS X Linux BSD Unix Web CARIS Có Không Có Có Có Có Chameleon Có Có Có Có Có AMP ERDAS IMAGINE Có Không Không Không Có Không ESRI Có Không Có Không Có Có GeoServer Có Có Có Có Có Java GeoTools Java Java Java Java Java Không GRASS Có Có Có Có Có via pyWPS gvSIG Java Java Java Java Java Không IDRISI Có Không Không Không Không Không ILOG JViews Maps [1] Java Java Java Java Java Java & DHTML/Ajax ILWIS Có Không Không Không Không Không Intergraph [2] Có Không Không Không CLIX Có JUMP GIS Java Java Java Java Java Không LandSerf Java Java Java Java Java Không Manifold System Có Không Không Không Không Có MapInfo Có Không Có Không Có Có MapServer Có Có Có Có Có AMP Maptitude Có Không Không Không Không Có MapWindow GIS Có (ActiveX) Không Không Không Không Không My World GIS Có Có Không Không Có Không Oracle Spatial Có Có Có Không Có Có Panorama "GIS Map 2005" Không "GIS Panorama" Không Không Không PostGIS Có Có Có Có Có Có Quantum GIS Có Có Có Có Có Có Smallworld Có ? Có ? Có Có SPRING Có Không Có Không Solaris Không TatukGIS Có Không Không Không Không ? TransCAD Có Không Không Không Không Có TerraView Có Không Có Không Không Không TNTmips Có Có Có Không Có Không TransModeler Có Không Không Không Không Không uDIG Có Có Có Không Không Không AvisMap GIS Engine Template: CÓ Không Không Không Không Template:DHTML Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, chúng tôi chỉ giới thiệu danh sách các phần mềm GIS nguồn mở, vì đây là phương án tối ưu nhất cho việc triển khai GIS hiệu quả và chi phí thấp: Phần mền sử dụng phổ biến nhất: GRASS – Được phát triển ban đầu bởi các kỹ sư quân đội Mỹ, là hệ thống nguồn mở GIS. MapServer – Web-based mapping server, được phát triển bởi trường Đại học Minnesota. Các phần mềm nguồn mở khác gvSIG 1.0Chameleon – Các môi trường xây dựng ứng dụng với MapServer. GeoTools – Là toolkit nguồn mởi cho GIS viết bằng Java, sử dụng đặc tả của OGC. gvSIG –GIS nguồn mở viết bằng Java. ILWIS – ILWIS (Integrated Land and Water Information System) hợp nhất hình ảnh, vecto và dữ liệu chuyên đề. JUMP GIS – Java Unified Mapping Platform MapWindow GIS – Miễn phí, ứng dụng Desktop nguồn mở. OpenLayers – thư viện AJAX nguồn mở cho việc truy xuất các lớp dữ liệu bản đồ, được phát triển và đảm bảo bởi MetaCarta. PostGIS – Spatial extensions for the open source PostgreSQL database, allowing geospatial queries. Quantum GIS – QGIS là phần mềm nguồn mở thân thiện với người dùng chạy trên hầu hết các hệ điều hành: Linux, Unix, Mac OSX và Window. TerraView – GIS desktop sử dụng dữ liệu vector và raster lưu trữ trong cơ sở dữ liệu quan hệ hoặc cơ sở dữ liệu bản đồ. uDigSo Các hướng phát triển và lựa chọn giải pháp Hướng phát triển Rất nhiều các vấn đề có thể giải quyết được nhờ công nghệ GIS nhưng sau đây là các hướng mới mà các hệ thống thông tin địa lý có xu hướng tiếp cận. GIS phân tán GIS phân tán bản thân nó đã nói lên được hệ thống thông tin địa lý mà không phải tất cả các thành phần của nó cùng nằm trên một vị trí vật lý. Hệ thống có thể là nơi xử lý (the processing), cơ sở dữ liệu, biểu diễn (the rendering) hay giao diện người dùng. Chuẩn OGC Chuẩn OGC giúp các công cụ GIS giao tiếp được. Giáo diện và giao thức mở được định nghĩa bởi đặc tả OpenGIS hỗ trợ các giải pháp tương tác Web hỗ trợ địa lý, dịch vụ không dây và cố định và cho phép nhà phát triển công nghệ tạo ra các dữ liệu không gian phức tạp và các dịch vụ dễ sử dụng với mọi kiểu ứng dụng. Giao thức của OGC bao gồm Web Map Service (WMS) và Web Feature Service (WFS) Các sản phẩm GIS được OGC chia làm hai loại, dựa trên tính trọn vẹn và đúng đắn của phần mềm theo đặc tả OGC. Web mapping Hình 5.3 Quan hệ giữa Client/Server và các giao thức OGC Trong những năm gần đây, các ứng dụng bản đồ trên web đã có, như Google Maps và Live Maps. Các website này cung cấp kết nối công cộng tới lượng lớn dữ liệu bản đồ, đặc biệt là được chụp trên không. Các dịch vụ ví dụ như dịch vụ Google Maps và Live Maps Services cho phép người sử dụng chú giải và chia sẻ bản đồ cho người khác. Các nhà cung cấp GIS tạo ra hệ thống bản đồ web như ESRI's WebADF chọn cách làm nhiều các tính hữu dụng và cả tốc độ của hệ thống bản đồ web. Các bản đồ truyền thống sử dụng để khám phá trái đất và khai thác nguồn tin đó. Ngày nay, công nghệ GIS trở thành một công cụ hữu ích trong việc tìm hiểu sự thay đổi toàn cầu. Nhiều bản đồ và thông tin vệ tinh có thể kết hợp trong các phương thức mà mô hình tương tác với các hệ thống tự nhiên phức tạp. Bằng việc sử dụng chức năng gọi là visualization, GIS có thể sử dụng để đưa ra các hình ảnh, các hoạt động và các sản phẩm vẽ bản đồ. Các hình ảnh đó cho phép các nhà nghiên cứu xem các chủ đề của họ theo cách chưa từng có trước đây. Thêm chiều thời gian Điều kiện bề mặt trái đất, khí quyển, lớp dưới bề mặt có thể được nghiên cứu bằng các dữ liệu cung cấp bởi về tinh đưa vào GIS. Công nghệ GIS còn có thể cung cấp cho các nhà nghiên cứu khả năng xem xét được rất nhiều sự biến đổi của trái đất theo ngày, tháng, năm. Bằng việc tính hợp thêm thời gian vào trong các nghiên cứu về môi trường, GIS cũng có thể được khám phá bởi khả năng theo dõi và mô tả hoạt động của con người suốt cả ngày. Sử dụng các mô hình này để đưa ra dữa liệu giúp nhà hoạch định thử nghiệm các chính sách giải quyết. Hệ thống này còn được gọi là Spatial Decision Support Systems. Ngữ nghĩa và GIS Phân tích các điểm mạnh và yếu. * Phần mềm GIS Với hai phần mềm nguồn mở phổ biến nhất là MapServer và GRASS ta thấy được các đặc tính nổi trội gần như tương đồng với nhau: Tương thích hệ điều hành là như nhau (đáp ứng đầy đủ các hệ điều hành phổ biến hiện nay). Hỗ trợ chuẩn OGC. Làm việc với cả file định dạng GIS (bao gồm Shapefile) và DBMS (ví dụ như PostgresSQL/PostGIS, MySQL). Hỗ trợ dịch vụ Web. MapServer phù hợp với xu hướng ứng dụng web mapping vì MapServer là ứng dụng thuần về Web. GRASS có giao diện đồ hoạ, dễ dàng cho người sử dụng, do đó thích hợp với ứng dụng Desktop. * Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Thông tin chung Công ty Ngày phát hành phiên bản đầu tiên Phiên bản ổn định mới nhất Giấy phép sử dụng Adaptive Server Enterprise Sybase 1987 15.0 Độc quyền ADS ADS 2003 3.4 Độc quyền Apache Derby Apache 2004 10.1.2.1 Giấy phép Apache DB2 IBM 1982 8.2 Độc quyền Firebird Firebird Foundation Ngày 25 tháng 7 năm 2000 1.5.3 Giấy phép Initial Developer's Public Informix IBM 1985 10.0 Độc quyền HSQLDB HSQL Development Group 2001 1.8.0 BSD H2 H2 Software 2005 0.9 Miễn phí Ingres Ingres Corp. 1974 Ingres 2006 II 9.0.4 GPL và Độc quyền InterBase Borland 1985 7.5.1 Độc quyền MaxDB MySQL AB, SAP AG  ? 7.6 GPL or Độc quyền Microsoft SQL Server Microsoft 1989 9.00.1399 (2005) Độc quyền MySQL MySQL AB Tháng 11 năm 1996 5.0 GPL or Độc quyền Oracle Oracle Corporation 1977 10g Release 2 Độc quyền PostgreSQL PostgreSQL Global Development Group Tháng 6 năm 1989 8.1.3 BSD Pyrrho DBMS University of Paisley Tháng 11 năm 2005 0.5 Độc quyền SmallSQL SmallSQL Ngày 16 tháng 4 năm 2005 0.12 LGPL SQLite D. Richard Hipp Ngày 17 tháng 8 năm 2000 3.3.5 Public domain Teradata Teradata 1984 V2R6.1 Độc quyền WX2 Kognitio 1988 5.x Độc quyền Công ty Ngày phát hành phiên bản đầu tiên Phiên bản ổn định mới nhất Giấy phép sử dụng Hệ điều hành được hỗ trợ Windows Mac OS X Linux BSD UNIX z/OS 1 Adaptive Server Enterprise Có Có Có Có Có Không ADS Có Không Có Có Có Có Apache Derby 2 Có Có Có Có Có Có DB2 Có Không Có Không Có Có Firebird Có Có Có Có Có Maybe HSQLDB 2 Có Có Có Có Có Có H2 2 Có Có Có Có Có Maybe Informix Có Có Có Có Có Không Ingres Có Có Có Có Có Có thể InterBase Có Không Có Không Có (Solaris) Không Adabas Có Không Có Không Có Có MaxDB Có Không Có Không Có Có thể Microsoft SQL Server Có Không Không Không Không Không MySQL Có Có Có Có Có Có thể Oracle Có Có Có Không Có Có PostgreSQL Có Có Có Có Có Có thể Pyrrho DBMS Có (.NET) Không Có (Riêng lẻ) Không Không Không SmallSQL Có Có Có Có Có Có SQLite Có Có Có Có Có Có thể Teradata Có Không Có Không Có Không Windows Mac OS X Linux BSD UNIX z/OS 1 Ghi chú (1): Hệ quản trị có mã nguồn mở có tính năng tương thích với UNIX sẽ chạy trên z/OS, một hệ thống con được dựng sẵn trong hệ thống dịch vụ của UNIX. Ghi chú (2): Hệ quản trị cơ sở dữ liệu phụ thuộc vào máy ảo Java không phụ thuộc vào hệ điều hành Tính năng cơ bản ACID Referential integrity Transactions Unicode Adaptive Server Enterprise Có Có Có Có ADS Có Có Có Có Apache Derby Có Có Có Có DB2 Có Có Có Có Firebird Có Có Có Có HSQLDB Có Có Có Có H2 Có Có Có Có Informix Có Có Có Có Ingres Có Có Có Có InterBase Có Có Có Có MaxDB Có Có Có Có Microsoft SQL Server Có Có Có Có MySQL Phụ thuộc 3 Phụ thuộc 3 Phụ thuộc 3 Có / UTF-8 (3-byte) & UCS-2 Oracle Có Có Có Có PostgreSQL Có Có Có Có / UTF-8 (4-byte) Pyrrho DBMS Có Có Có Có SQLite Có Không 4 Cơ bản 4 Có Teradata Có Có Có Có ACID Referential integrity Transactions Unicode Ghi chú (3): Để giao dịch và toàn vẹn liên quan, bảng kiểu InnoDB buộc phải sử dụng làm kiểu mặc định, MyISAM không hỗ trợ tính năng này. Mặc dù vậy ngay cả khi kiểm của bảng là InnoDB cho phép lưu trữ giá trị của nó vượt qua giới hạn giới hạn giữ liệu; một vài khung nhìn vẫn bắt buộc phải tuân thủ tính toàn vẹn của ACID. Ghi chú (4): Ràng buộc về khoá ngoại được phân tích nhưng không bị bắt buộc. Triggers có thể được dùng thay thế. Không được hỗ trợ các transactions lồng ghép. Giới hạn Max DB size   Max table size   Max row size   Max columns per row   Max Blob/Clob size   Max CHAR size   Max NUMBER size   DB2 512TB 512TB 32,677 bytes 1012 2GB 32KB 64 bits Firebird > 30 TB 37 GB compressed? 32,767 bytes  ? 2GB  ?  ? Microsoft Access 2GB 2GB 16MB 255 64KB (memo field) 255 bytes (text field) 32 bits Microsoft Visual Foxpro 4GB 4GB  ?  ?  ?  ? 32 bits Microsoft SQL Server 524,258TB (32,767 files * 16TB max file size) 524,258TB 8060 bytes 1024 2GB 8000 bytes 64 bits MySql 5 Unlimited 2GB (Win32 FAT32) to 16TB (Solaris) 64KB 3398 4GB (longtext, longblob) 64KB (text) 64 bits Oracle Unlimited (4GB * block size per tablespace) 4GB * block size (with BIGFILE tablespace) Unlimited 1000 4GB (or max datafile size for platform) 4000 bytes 126 bits PostgreSQL Unlimited 32TB 1.6TB 250-1600 depending on type 1GB (text, bytea) - stored inline 1GB 64 bits Max DB size   Max table size   Max row size   Max columns per row   Max Blob/Clob size   Max CHAR size   Max NUMBER size   Bảng và khung nhìn Bảng tạm Khung nhìn cụ thể Adaptive Server Enterprise Có  5 Không ADS Có Có Apache Derby Có Không DB2 Có Có Firebird Không Không HSQLDB Có Không H2 Có Không Informix Có Có Ingres Có Ingres r4 InterBase Có Không MaxDB Có Không Microsoft SQL Server Có Có MySQL Có Tương tự 6 Oracle Có Có PostgreSQL Có Tương tự 7 Pyrrho DBMS Không Không SQLite Có Không Teradata Có Có Bảng tạm Khung nhìn cố định Ghi chú (5): Máy chủ cung cấp tempdb, là một bảng tạm sử dụng trong một phiên làm việc có thể sử dụng chung và riêng. Ghi chú (6): Tương tự như Postgres, khung nhìn cố định có thể giả lập bằng cách sử dụng thủ tục lưu trữ và triggers. Ghi chú (7): Khung nhìn cố định có thể giả lập với PL/pgSQL, PL/Perl, PL/Python, hoặc các ngôn ngữ thủ tục khác. Chỉ mục Cây R-/Cây R+ Hàm băm Biểu thức (lập trình) Chỉ mục từng phần Chỉ mục đảo Bitmap GiST Adaptive Server Enterprise Không Không Không Không Có Không Không ADS Có Có Có Không Có Có Không Apache Derby Không Không Không Không Không Không Không DB2 Không  ? Không Không Có Có Không Firebird Không Không Không Không Không Không Không HSQLDB Không Không Không Không Không Không Không H2 Không Không Không Không Không Không Không Informix Có Có Có Có Có Có Không Ingres Có Có Ingres r4 Không Không Ingres r4 Không InterBase  ?  ? Không Không Không Không Không MaxDB  ?  ? Không Không Không Không Không Microsoft SQL Server  ? Non/Cluster & fill factor Có  8 Có  9 Có  8 Không Không MySQL trong SQL 5.0 MyISAM, BDB, hoặc bảng InnoDB chỉ có bảng HEAP Không Không Không Không Không Oracle chỉ có ở phiên bản EE Bảng gộp Có Không Có Có Không PostgreSQL Có Có Có Có Có  10 Có Có Pyrrho DBMS Không Không Không Không Không Không Không SQLite Không Không Không Không Có Không Không Teradata Không Có Có Có Không Có Không Cây R-/Cây R+ Hàm băm Biểu thức (lập trình) Chỉ mục từng phần Chỉ mục đảo Bitmap GiST Ghi chú (8): Có thể thực hiện bằng chỉ mục của cột có thể tính toán hay khung nhìn đã được sắp xếp chỉ mục. Ghi chú (9): Có thể thực hiện bằng khung nhìn đã được sắp xếp chỉ mục. Ghi chú (10): Chức năng chỉ mục của PostgreSQL có thể sử dụng để đảo ngược thứ tự của các trường dữ liệu. Các đối tượng khác Domain Cursor Trigger Hàm 11 Thủ tục 11 External routine 11 Adaptive Server Enterprise Có Có Có Có Có Có ADS Có Có Có Có Có Có Apache Derby Không Có Có Có  12 Có  12 Có  12 DB2 Không Có Có Có Có Có Firebird Có Có Có Có Có Có HSQLDB  ? Không Có Có Có Có H2  ? Không Có Có Có Có Informix  ? Có Có Có Có Có Ingres Có Có Có Có Có Có InterBase Có Có Có Có Có Có MaxDB Có Có Có Có Có  ? Microsoft SQL Server Có (2000 and beyond) Có Có Có Có Có MySQL Không Có Có Có Có Có Oracle Có Có Có Có Có Có PostgreSQL Có Có Có Có Có Có Pyrrho DBMS Có Có Có Có Có Có SQLite Không Không Có Không Không Có Teradata Không Có Có Có Có Có Domain Cursor Trigger Hàm Thủ tục External routine Ghi chú(11): Cả hàm và thủ tục đều nói đến các chương trình nhỏ để xử lý dữ liệu (internal routines) được viết bằng ngôn ngữ SQL và/hoặc ngôn ngữ thủ tục như PL/SQL. External routine được viết bằng các ngông ngữ lập trình như C, Java, Cobol v.v... Thủ tục lưu trữ là từ để nói đến internal routines và external routine. Nhưng nó được định nghĩa rất khác nhau giữa các nhà cung cấp phần mềm. Ghi chú (12): Trong Derby, mã của hàm và thủ tục được viết bằng ngôn ngữ Java. Phân tích yêu cầu và lựa chọn giải pháp Các yêu cầu chính về nội dung cần hoàn thành của đề tài Xây dựng được hệ thống biểu diễn bản đồ, các thông tin về tạo độ của đối tượng tàu cá. Đáp ứng được tính hiệu quả: sử dụng phần mềm miễn phí, có hiệu quả làm việc tốt, dễ thay đổi khi có yêu cầu mới. Có thể phục vụ tốt trên môi trường mạng. Hệ thống làm việc với lượng thông tin thay đổi thường xuyên và liên tục. Với các yêu cầu về nội dung cần hoàn thành đó đề tài đã chọn MapServer là ứng dụng chính để triển khai. Ở đây chúng ta lựa chọn làm việc với MapServer sử dụng một hệ quản trị cơ sở dữ liệu bản đồ là chính (PostgreSQL/PostGIS). Sau đây là các chương trình lựa chọn để triển khai. MapServer for Window (MS4W): Là gói phần mềm hỗ trợ cài đặt nhanh chóng MapServer trên Windows. MapServer bao gồm PHP MapScript, C# MapScript, Python 2.4 MapScript, Java 1.4 MapScript, và các dlls hỗ trợ cho SDE (9.1) và Oracle (10.2)… PostgreSQL 8.2: Là hệ quản trị cơ sở dữ quan hệ và đối tượng (object-relational database management system - ORDBMS). PostgreSQL là một chương trình mã nguồn mở xây dựng trên mã nguồn ban đầu của đại học Berkeley. Nó theo chuẩn SQL99 và có nhiều đặc điểm hiện đại. PostgreSQL được phổ biến bằng giấy phép BSD cổ điển. Nó không quy định những hạn chế trong việc sử dụng mã nguồn của phần mềm. Bởi vậy PostgreSQL có thể được dùng, sửa đổi và phổ biến bởi bất kỳ ai cho bất kỳ mục đích nào. PostGIS: Là add-on cơ sở dữ liệu không gian dành cho Hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL. Nó giúp hỗ trợ thêm về đối tượng bản đồ cho PostgreSQL. Bao gồm các hỗ trợ cho các chức năng và đối tượng được định nghĩa trong đặc tả OpenGIS “Simple Features Specification for SQL”. Bằng việc sử dụng các hàm của PostGIS, việc sử dụng dòng lệnh SQL có thể thực hiện các xử lý không gian cao cấp và truy vấn toàn vẹn (querying entirely). FIST (Flexible Internet Spatial Template) Là phần mềm nguồn mở, ngôn ngữ lập trình PHP. Cung cấp các chức năng bản đồ trên web và khả năng mở rộng các chức năng cá nhân. Dễ dàng thêm vào một module bản đồ riêng cho ứng dụng mà không cần phải triển khai lại. 5.4. Xây dựng chương trình quản lý dữ liệu GPS tàu cá trên nền GIS 5.4.1 Chức năng cơ bản Hệ thống chia ra làm hai chức năng cơ bản là Thu thập thông tin địa lý định vị tàu cá, lưu trữ: Chức năng này của hệ thống là lấy thông tin định vị thông qua thiết bị chuyển đổi, đưa vào hệ thống thông qua cổng COM; sau đó phân tích thông tin và đưa vào cơ sở dữ liệu để lưu trữ. Hiển thị thông tin địa lý, quản lý, báo cáo: Với thông tin nhận được từ phần thu thập, hệ thống sẽ tổ chức và đưa ra cho người dùng thông tin địa lý của tàu cá được quản lý; quản lý các đối tượng tàu cá và báo cáo các thông tin chi tiết và trực quan nhất cho người dùng. Các chức năng quan trọng nhất của hệ thống quản trị là quản trị nội dung, báo cáo. Các chức năng cơ bản nhất của một hệ thống thông tin địa lí đảm bảo: Hiển thị thông tin địa lý Quản lý các lớp bản đồ: bản đồ nền và chuyên đề Truy vấn chuyên đề riêng: xác định vị trí, xác định hành trình, tìm các đối tượng theo vùng, … Xuất bản thông tin Quản lý thông tin đối tượng: tàu cá, cảng cá. … 5.4.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu Hình 5.4 Cấu trúc cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu đáp ứng được nhu cầu tối thiểu của việc kiểm soát toạ độ của tàu cá dựa vào bảng Shiplocation với 2 khoá chính là Mã tàu (s_id) và thời gian (s_time) và trường lưu dữ liệu địa lý geom. Hệ thống thu thập thông tin Ngôn ngữ: Visual Basic 6.0 Môi trường: Window 2000/XP. Mô hình chức năng: Thiết bị chuyển đổi Server GIS Database Thu thập thông tin được gửi qua cổng COM, xử lý và lưu trữ xuống cơ sở dữ liệu GIS Hình 5.5. Lưu đồ thu thập dữ liệu Chức năng: Lọc thông tin từ cổng COM, lấy chuỗi định dạng thông tin toạ độ tàu cá1 và đưa vào cơ sở dữ liệu. Kết nối cơ sở dữ liệu, giao tiếp cổng COM tuỳ biến. Cho phép khi chương trình đang chạy có thể tiếp nhận thêm tàu mới nếu có. Tự động lưu thông tin tín hiệu của các tàu cá với ngày giờ của hệ thống khi đã nhận đủ lượng thông tin cần thiết (log). (1) Chuỗi định dạng thông tin toạ độ tàu cá: /*ID#Date&Time%Latitude$Longitude*/ Trong đó ID: số hiệu thiết bị định vị của tàu cá, định dạng dddddd (sáu chữ số) ứng với mỗi tàu có 1 thiết bị với id riêng. Date: ngày tháng năm, theo định dạng dd-mm-yyyy. Time: giờ phút giây, theo định dạng hh:mm:ss. Latitude: vĩ độ. Longitude: kinh độ. Trong đó định dạng của kinh độ và vĩ độ là dd.dddddd. Với dd trước dấu chấm (.) là độ, dddddd sau dấu chấm là dddddd x 10-4 phút Ví dụ: /*777777#11-12-2007&08:57:34%13.453061$109.150525*/ Thông tin trên chỉ con tàu có id thiết bị là 777777, tại ngày 11 tháng 12 năm 2007, lúc 8 giờ 57 phút 34 giây ở vào toạ độ: kinh độ: 109o15.0525’ hay 109.250875o, vĩ độ: 13o45.3061’ hay 13.755102o. 5.4.3 Kiến trúc chương trình hệ thống Quản trị hệ thống Hệ thống quản trị Cấu hình hệ thống Quản lý tài khoản Quản trị cơ sở dữ liệu GIS Quản trị nội dung Quản trị module GIS Quản trị module báo cáo Quản trị tàu cá Các chức năng quan trọng nhất của hệ thống quản trị là quản trị nội dung, báo cáo. Các chức năng cơ bản nhất của một hệ thống thông tin địa lí đảm bảo: Hiển thị thông tin địa lý Quản lý các lớp bản đồ: bản đồ nền và chuyên đề Truy vấn chuyên đề riêng: xác định vị trí, xác định hành trình, tìm các đối tượng theo vùng, … Xuất bản thông tin Quản lý thông tin đối tượng: tàu cá, cảng cá. … Hệ thống các giao diện 5..4.4.1 Giao diện hệ thống thu thập thông tin địa lý 5.4.4.2 Giao diện hệ thống hiển thị thông tin địa lý, quản lý, báo cáo Quản trị hệ thống : + Cấu hình hệ thống, tài khoản: 5.4.4.3 Gia diện quản trị cơ sở dữ liệu: 5.4.4.4 Quản trị nội dung, báo cáo: Giao diện chính của hệ thống: bản đồ với các nút chức năng trên menu: phóng to, thu nhỏ, đo khoảng cách và nhiều chức năng khác có thể tùy biến: 5.4.4.5 Giao diện chức năng quản lý các lớp thông tin (layer): 5.4.4.6 Giao diện chức năng tìm kiếm các tàu trong một khu vực: 5.4.4.7 Giao diện chức năng đo khoảng cách 5.4.4.8 Giao diện chức năng thông tin chi tiết hành trình của tàu cá 5.4.4.9 Giao diện chức năng hiển thị hành trình của một tàu cá: 5.4.4.10 Giao diện giao diện quản lý chung các tàu cá, cảng cá: 5.4.4.11 Giao diện chức năng thêm, sửa xóa các đối tượng Chương 6: QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM TRÊN TÀU CÁ 6.1. Các tần số được phép thử nghiệm Gồm 6 tần số: Băng 6: 6793 KHZ, 6983 KHZ Băng 8: 8011 KHZ, 8096 KHZ Băng 12: 12100 KHZ, 12227 KHZ Trong quá trình thử nghiệm thường dùng băng 6 và băng 8 do khoảng cách thử nghiệm (phụ thuộc vào tàu ngư dân) tối đa là 800km 6.2- Các tàu tham gia thử nghiệm Tên chủ tàu Mã tàu Vùng biển hoạt động Bắt đầu Kết thúc Ngô Đức Tài BD5954 Khánh Hòa, Phú Yên, Bình Định 2-8-2007 31-10-2007 Nguyễn Văn Hiền BD5626 Vũng tàu 15-9-2007 15-12-2007 Nguyễn Văn Hữu BD7778 Phú Yên, Bình Định, Quảng Ngãi 15-8-2007 15-11-2007 Nguyễn Thanh Trú BD8434 Phú Yên, Bình Định 15-8-2007 15-11-2007 Nguyễn Văn Lời BD7026 Khánh Hoà, Phú Yên, Bình Định 15-8-2007 15-11-2007 Mỗi tàu tham gia thử nghiệm được yêu cầu bật máy 3 lần/ ngày, mỗi lần 1 giờ theo thời điểm đã quy định trước. 6.3 - Một vài kết quả: LỊCH THEO DÕI LIÊN LẠC CỦA 5 TÀU Tàu BD5954 Ngày Thời gian Địa điểm Tọa độ Thời tiết Tần số (KHZ) P(W) phát Nghe 3-8-2007 10h30 Phù cát 13.563585 109.273655 Mưa, áp thấp 6793 100 Rõ, hơi rè Dữ liệu thu /*145623#03-08-2007&03:35:22%13.563585$109.273655*/ ..?2007&03:57:06%13.563585$109.273€ºý 5*/ /*145 ü .23#10-12- Nhận xét Dữ liệu thu có tốt, có nhiễu xen kẽ, bị cắt xén Tàu BD5954 Ngày Thời gian Địa điểm Tọa độ Thời tiết Tần số (KHZ) P(W) phát Nghe 17-8-2007 15h Phú yên 13.244088 109.270366 Âm u 6793 80-100 Rõ Dữ liệu thu /*145623#17-08-2007&08:10:51%13.244088$109.270366*/ /*145623#17-08-2007&08:11:22%13.244126$109.275366*/ /*145623#17-08-2007&08:15:25%13.244274$109.270806*/ Nhận xét Dữ liệu thu tốt Tàu BD5954 Ngày Thời gian Địa điểm Tọa độ Thời tiết Tần số (KHZ) P(W) phát Nghe 15-9-2007 8h Khánh hòa 12.372644 109.572336 Nắng 6793 100 Rõ,hơi nhỏ Dữ liệu thu Dww Kh)/*145623#15-09-2007&01:23:51%12.372644$109.572336*/ /*145623#15-09-2007&01:28:202%12.372644$109.572336*/9;f/*225.,-- 9 j/*145623#15-09-2007&01:35:252%12.372644$109.572336*/ Nhận xét Dữ liệu thu tốt, có nhiễu nhưng không làm sai dữ liệu Tàu BD5626 Ngày Thời gian Địa điểm Tọa độ Thời tiết Tần số (KHZ) P(W) phát Nghe 17-9-2007 8h Vũng tàu 10.131315 107.493509 Nắng 8096 100 Nhỏ, rè Dữ liệu thu ô°5œð/*22#2#2007-9-7&01:37:30%107.œ2171$10.16j068*/ ÿξþþþþ¿ÿ÷³¿¿¿×—]\ÝÝßžž Nhận xét Dữ liệu thu có nhiều nhiễu xen kẽ, bị cắt xén Do địa hình phức tạp Tàu BD7778 Ngày Thời gian Địa điểm Tọa độ Thời tiết Tần số (KHZ) P(W) phát Nghe 20-8-2007 9h30 Phú Yên 13.183403 109.270805 Mưa 6793 100 Rõ Dữ liệu thu 9 j/*333333#20-08-2007&02:38:25%13.183403$109.270805*/ξþþþþ Nhận xét Dữ liệu thu tốt, có nhiễu nhưng không làm sai dữ liệu Tàu BD8434 Ngày Thời gian Địa điểm Tọa độ Thời tiết Tần số (KHZ) P(W) phát Nghe 24-8-2007 10h30 Phú Yên 13.162851 109.244506 Âm u 6983 100 Rõ Dữ liệu thu /*555555#24-08-2007&03:40:05%13.162851$109.244506*/ Nhận xét Dữ liệu thu tốt. Tàu BD7026 Ngày Thời gian Địa điểm Tọa độ Thời tiết Tần số (KHZ) P(W) phát Nghe 29-10-2007 15h30 Qui Nhơn 13.402870 109.192287 Nắng 6793 70 Rõ Dữ liệu thu /*777777#29-10-2007&08:42:20%13.402870$109.192287*/ Ýßžž Nhận xét Dữ liệu thu tốt, có nhiễu nhưng không làm sai dữ liệu 6.4- Nhận xét: Nhìn chung, quá trình thử nghiệm đã cho ra các kết quả tốt, đảm bảo đạt được các yêu cầu của đề tài. Dữ liệu thu được đã biểu diễn được vị trí và hành trình của các tàu tham gia thử nghiệm. Tuy nhiên, bên cạnh những kết quả đạt được thì vẫn còn một số hạn chế như tình trạng nhiễu, sai hỏng tín hiệu. Qua phân tích đánh giá, nhóm thực hiện đề tài rút ra một số nguyên nhân sau: - Nguyên nhân thời tiết: khi thời tiết xấu trên diện rộng, có mưa dông, sấm sét…sóng HF và tín hiệu thu bị ảnh hưởng rất lớn, tín hiệu thu được bị sôi nổ. Nếu nghe đàm thoại không rõ thì chắc chắn không thu được dữ liệu. - Nguyên nhân địa hình và vị trí đặt thiết bị thu: thành phố Quy Nhơn được bao bọc bởi dãy núi Vũng Chua ở phía nam và dãy núi Phương Mai ở phía bắc. Việc thu tín hiệu của các tàu đi về cả hai hướng Bắc và Nam đều gặp nhiều khó khăn do bị cản, che khuất, phản xạ... Khi thử nghiệm với các tàu đi vùng biển Vũng tàu, nhóm thực hiện đề tài đã thử nghiệm đặt thiết bị thu trên núi Vũng Chua hoặc phía Đông bán đảo Nhơn Hội, hoặc tại xã Hoài Hương (Hoài Nhơn). Kết quả cho thấy hệ thống cho phép thu đúng dũ liệu với khoảng cách gần 800 km. - Nguyên nhân thiết bị thu: Hiện nhóm thực hiện đề tài đang sử dụng thiết bị thu vô tuyến ICOM IC-718 với anten dây. Đây là loại máy thu phát nghiệp dư, công suất thấp (100W), anten đơn giản, chưa được đặt ở độ cao thích hợp. - Nguyên nhân thiết kế: chưa có điều kiện thiết kế bộ nguồn kháng nhiễu và bộ dao động chuẩn. Hướng khắc phục: - Tập trung tìm vị trí lắp đặt không bị che khuất: đỉnh núi Vũng Chua hoặc bán đảo Nhơn Hội, hoặc các vị trí không bị che khuất khác. -Thiết kế bộ nguồn kháng nhiễu thông minh hoạt động ổn định, hạn chế nhiễu. - Đầu tư thiết bị thu phát chuyên dụng với anten dàn thông minh và các thiết bị phối hợp trở kháng chất lượng cao. Chương 7 PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ - Xà HỘI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ THÔNG TIN ĐỊNH VỊ VÀ HÀNH TRÌNH TÀU ĐÁNH BẮT CÁ XA BỜ 7.1. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ - Xà HỘI 7.1.1. Về kinh tế Kết quả của Đề tài nếu được ứng dụng vào thực tiễn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn vì những lý do sau: - Giá thành thiết bị và kinh phí triển khai hệ thống thấp hơn rất nhiều so với việc đầu tư một hệ thống đồng bộ theo công nghệ ngoại nhập do tận dụng được hệ thống thông tin vô tuyến điện hiện có và các máy phát của ngư dân. Dự kiến giá thành 01 bộ định vị + giao tiếp phát với thiết bị ICOM chỉ khoảng 200USD (mỗi thiết bị nhập ngoại khoảng 1000USD). - Giá thành hệ thống quản lý trên bờ tùy thuộc quy mô và yêu cầu triển khai thực tế. Nếu tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của các đài thông tin Duyên hải hoặc các trạm thông tin vô tuyến khác thì kinh phí triển khai 01 trung tâm chỉ khoảng 2000 USD. Do đó, việc triển khai ứng dụng giải pháp cho phép tiết kiệm được một khoản kinh phí đáng kể cho ngân sách nhà nước nhờ tận dụng cơ sở hạ tầng thông tin sẵn có mà không cần đầu tư xây dựng mới một hệ thống thông tin đồng bộ, hiện đại 7.1.2. Về xã hội Việc triển khai ứng dụng kết quả của đề tài trong thực tiễn rất phù hợp với đặc thù của hoạt động nghề biển ở nước ta, sẽ đáp ứng được yêu cầu cấp thiết hiện nay là nâng cao năng lực quản lý, hỗ trợ, hướng dẫn các phương tiện hành nghề trên biển, đồng thời hỗ trợ đắc lực cho công tác tìm kiếm cứu nạn, góp phần giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản cho ngư dân Việt Nam. Nếu có cơ chế triển khai thích hợp, đề tài này có thể phát triển, mở rộng để xây dựng thành một hệ thống thông tin quản lý vị trí tàu cá ở quy mô cấp tỉnh hoặc toàn quốc. 7.2 Đề xuất giải pháp Cơ quan chủ trì và nhóm thực hiện đề tài xin đề xuất giải pháp thiết lập hệ thống quản lý thông tin và hành trình tàu đánh bắt cá xa bờ như sau: Trước mắt, đề nghị UBND tỉnh Bình Định đầu tư triển khai tại tỉnh Bình Định một Trung tâm quản lý thông tin và hành trình tàu đánh bắt cá xa bờ và hỗ trợ trang bị thiết bị chuyển đổi cho 200 tàu cá của Bình Định. Đồng thời tăng cường công tác tuyên truyền phổ biến pháp luật về tần số vô tuyến điện và kỹ năng sử dụng hệ thống thông tin công cộng cho ngư dân. Trên cơ sở kết quả triển khai hệ thống, tiếp tục mở rộng hệ thống và nhân rộng mô hình ra các tỉnh ven biển khác; đồng thời nghiên cứu phương án kết hợp với các giải pháp khác (ví dụ giải pháp hệ thống trực canh tự động) và đề xuất với các bộ ngành Trung ương hỗ trợ và cho phép tận dụng năng lực hệ thống các đài thông tin Duyên Hải để triển khai rộng rãi trong toàn quốc theo đề án và quy hoạch phát triển thông tin biển của Quốc gia. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. KẾT LUẬN 1. Giá trị khoa học và thực tiễn - Giá trị khoa học: đề tài đã thể hiện được tính mới, đó là lần đầu tiên đã nghiên cứu ứng dụng kết hợp các công nghệ hiện đại (công nghệ vi xử lý, công nghệ định vị vệ tinh GPS, công nghệ bản đồ số GIS) để thiết kế và chế tạo 05 bộ chuyển đổi và hệ thống quản lý định vị tàu cá. Kết quả đã đạt được của đề tài đáp ứng được yêu cầu đặt ra ban đầu là quản lý tọa độ và hành trình của tàu đánh bắt cá xa bờ có lắp thiết bị chuyển đổi, mở ra khả năng quản lý tập trung và giám sát tại các cơ quan quản lý và trung tâm cứu hộ cứu nạn trên biển. - Giá trị thực tiễn: quy trình công nghệ được xây dựng từ nghiên cứu thực nghiệm nên có thể ứng dụng rộng rãi và cho ra các sản phẩm phù hợp với tình hình thực tế. Nhóm chủ trì đề tài đã chế tạo 05 bộ chuyển đổi sử dụng hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS và triển khai thử nghiệm cho 05 tàu đánh bắt cá xa bờ. Bên cạnh đó, nhóm thực hiện đề tài cũng đã xây dựng được chương trình quản lý hành trình tàu cá trên nền GIS. 2. Khả năng áp dụng và phát triển công nghệ Việc giám sát tọa độ và hành trình các tàu đánh cá đã được triển khai dễ dàng với các sản phẩm của đề tài. Trong tương lai, nếu triển khai đồng loạt sản phẩm của đề tài cùng với việc thiết lập nhiều trung tâm giám sát dọc theo bờ biển Việt Nam thì việc quản lý tàu cá sẽ được tối ưu hoá và đem lại hiệu quả cao. Đề tài có thể áp dụng cho các địa bàn đã có mạng truyền thông vô tuyến dùng cho bộ đàm, hoặc có thể cải tiến để truyền thông tin qua hệ thống điện thoại di động và áp dụng cho việc quản lý các phương tiện di chuyển khác Khả năng ứng dụng và phát triển sản phẩm của đề tài này là rất cao, bởi nhu cầu thiết lập hệ thống quản lý hành trình tàu cá hiện đang rất cấp thiết. Mặt khác, điều kiện sản xuất trong nước và trong tỉnh cho phéphạ giá thành sản phẩm do chủ động về mặt công nghệ, không đòi hỏi đầu tư lớn, có thể tận dụng vật tư sẵn có trong nước, dễ làm, dễ chế tạo lắp ráp, và triển khai rộn rãi trong thực tế. Tuy còn gặp một số khó khăn nhỏ do điều kiện trang thiết bị kỹ thuật còn nhiều hạn chế, nhưng với các kết quả đã đạt được, chúng tôi hoàn toàn tin tưởng rằng việc triển khai áp dụng các sản phẩm của đề tài trong thực tế là hoàn toàn khả thi, đem lại hiệu quả cao về cả kinh tế lẫn xã hội, phù hợp với điều kiện thực tế của Việt Nam. II. KIẾN NGHỊ Nhóm thực hiện đề tài xin có một số kiến nghị sau: Đề nghị UBND tỉnh Bình Định và Bộ Thông tin và Truyền thông tạo điều kiện, hỗ trợ kinh phí và cho phép sở Bưu chính, Viễn thông Bình Định hoàn thiện quy trình sản xuất thiết bị chuyển đổi theo hướng bán công nghiệp để đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng và hạ giá thành sản phẩm. Đề nghị UBND tỉnh Bình Định và Bộ Thông tin và Truyền thông, Bộ Nông nghiệp và PTNT, Hiệp hội Doanh nghiệp Điện tử Việt Nam tạo điề

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • doc100_07.doc
Tài liệu liên quan