<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b> KHOA CÔNG NGHỆ </b>

<small> </small>

<b>KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP </b>

<b>Đề tài: Lập phần mềm quản lý phương tiện di động thông qua định vị vệ tinh</b>

<b> </b>

<b>Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Đăng Minh </b>

<b>Hà Nội, 4/2016</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>LỜI CẢM ƠN </b>

Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện, đến nay đồ án tốt nghiệp

<i><b>với đề tài: “Lập phần mềm quản lý phương tiện di động thông qua định vị </b></i>

<i><b>vệ tinh” do thầy Nguyễn Đăng Minh hướng dẫn đã được hoàn thiện. Trong </b></i>

suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thiện đề tài, em đã gặp khơng ít vướng mắc nhất định và đã nhận được nhiều sự giúp đỡ nhiệt thành và quý báu.

Lời đầu tiên em xin được gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Đăng Minh – người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em một cách tận tình trong việc hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Những lời nhận xét, góp ý và hướng dẫn của thầy đã giúp em có định hướng đúng đắn trong q trình thực hiện đề tài và giúp em nhìn ra được ưu khuyết điểm của đề tài và qua đó từng bước khắc phục để có được kết quả tốt nhất. Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Cơng nghệ đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt cho em các kiến thức chuyên ngành, những cơng nghệ mới để hồn thành tốt đồ án mơn học này.

Do năng lực và thời gian còn hạn chế nên việc làm giàu thêm cho đồ án cịn thiếu sót. Em rất mong nhận được nhiều hơn nữa ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên để có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình.

Em xin chân thành cảm ơn!

<i>Hà Nội, ngày 5 tháng 5 năm 2016 </i>

<b>Sinh viên: Phạm Anh Đức </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI </b>

GPS (Global Positioning System) là hệ thống định vị toàn cầu được thiết kế và bảo quản bởi Bộ Quốc phịng Hoa Kỳ dành cho các mục đích quân sự. Tuy nhiên, từ năm 1980 chính phủ Mỹ đã cho phép sử dụng GPS cho mục đích dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Dù ra đời chưa bao lâu, nhưng hệ thống định vị GPS đã được ứng dụng khá rộng rãi trong đời sống. Với lợi ích to lớn của mình, GPS khơng chỉ được dùng trong lĩnh vực khai thác mỏ, địa chất, vẽ bản đồ mà cịn được dùng để điều khiển giao thơng và đặc biệt là sử dụng để định vị và dẫn đường. Việc đưa công nghệ GPS vào cuộc sống là việc làm thiết thực mang lại nhiều lợi ích cho chúng ta hiện nay, ngồi những lợi ích về kinh tế cịn giúp con người tiết kiệm thời gian hơn trong việc tìm kiếm.

Hiểu được điều đó, em đã nảy sinh ra ý tưởng xây dựng một ứng dụng quản lý phương tiện di động thông qua định vị GPS dựa trên mơi trường phát triển tích hợp Visual Basic 6.0. Với hệ thống này, người giám sát chỉ việc cài đặt một phần mềm trên máy tính là đã có thể tra cứu, xác định các tuyến đường trong một khu vực địa lý nhỏ, cũng như có thể quản lý chính xác vị trí của chiếc máy mình đang sử dụng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

2.2 Xây dựng phần mềm ... 30

2.2.1 Giới thiệu về ngôn ngữ Basic ... 30

2.2.2 Môi trường phát triển tích hợp Visual Basic ... 31

2.4 Hướng phát triển của đề tài ... 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 40

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GPS1.1 Giới thiệu về GPS </b>

GPS là viết tắt của "Global Positioning System" (hệ thống định vị toàn cầu), thực chất là một mạng lưới bao gồm 27 vệ tinh quay xung quanh trái đất. Trong số 27 vệ tinh này, 24 vệ tinh đang hoạt động, 3 vệ tinh cịn lại đóng vai trị dự phịng trong trường hợp 1 trong số 24 vệ tinh chính bị hư hỏng. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu biết được khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh.

<b>1.2 Nguyên lý hoạt động </b>

Các vệ tinh GPS bay hai vòng trong một ngày theo một quỹ đạo đã được tính tốn chính xác và liên tục phát các tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận các tín hiệu này và giải mã bằng các phép tính lượng giác, qua đó sẽ tính tốn và hiển thị được vị trí của người dùng.

Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động, sau đó máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa. Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Một cách trực quan hơn: Trên bản đồ có 3 điểm cố định A, B, C. Dữ liệu GPS cho bạn biết khoảng cách lần lượt từ điểm A, B, C đến nơi bạn đứng. Vẽ 3 vịng trịn có tâm là A, B, C với bán kính lần lượt là khoảng cách từ 3 điểm A, B, C tới nơi bạn đang đứng.

Vị trí giao nhau của ba vịng trịn chính là vị trí của bạn.

Để đưa ra vị trí chính xác, rất nhiều thiết bị GPS kết nối tới ít nhất là 4 vệ tinh. Đó là lý do vì sao đơi khi để tìm ra vị trí chính xác của bạn, hệ thống GPS lại mất nhiều thời gian tới vậy. Đó cũng là lý do vì sao đơi khi bạn bị mất sóng GPS: thiết bị di động của bạn có thể đã kết nối tới 1 hoặc 2 vệ tinh, song 2 vệ tinh vẫn là không đủ.

<b>1.3 Các thành phần của GPS </b>

Hệ thống GPS bao gồm 3 thành phần:

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>1.3.1 Mảng không gian </b>

Bao gồm các vệ tinh, chúng truyền những tín hiệu cần thiết cho hệ tống hoạt động. Các chức năng chính của vệ tinh bao gồm:

• Thu nhận và lưu trữ dữ liệu được truyền từ mảng điều khiển • Cung cấp thời gian chính xác bằng các chuẩn tần số ngun tử

• Truyền thơng tin và tín hiệu đến người sử dụng trên một hay hai tần số

Mỗi vệ tinh truyền một tín hiệu hàng hải duy nhất trên hai tần số L1 (1575.42MHz) và L2 (1227.60MHz). Các tín hiệu vệ tinh bao gồm: Hai tần số sóng mang, mã đo khoảng cách được điều biến vào các sóng mang và thơng báo hàng hải chứa đựng thơng tin về vị trí và đồng hồ vệ tinh.

<b>1.3.2 Mảng điều khiển </b>

Các tiện ích trên mặt đất thực hiện nhiệm vụ theo dõi vệ tinh, tính tốn quĩ đạo cần thiết cho sự quản lý mảng khơng gian. Có 5 trạm điều khiển trên mặt đất: Hawaii, Colorado Springs, Ascension Is, Diego Garcia và Kwajalein.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

điều khiển chính (Colorado Springs). Tại đó dữ liệu theo dõi được xử lý nhằm tính toạ độ và số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh. Ba trạm tại Ascension, Diego Garcia và Kwajalein là các trạm nạp dữ liệu lên vệ tinh. Dữ liệu bao gồm các bản lịch và thông tin số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh trong thông báo hàng hải.

<b>1.3.3 Mảng người sử dụng </b>

Toàn thể các thiết bị thu và kỹ thuật tính tốn để cung cấp cho người sử dụng thông tin về vị trí. Bao gồm:

• Phần cứng (theo dõi tín hiệu và trị đo khoảng cách) • Phần mềm (các thuật toán, giao diện người sử dụng) • Các q trình điều hành

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy thu khác nhau về cấu tạo, độ chính xác và giá tiền. Theo cấu tạo có thể chia thành hai loại: Máy thu một tần số và Máy thu hai tần số. Cịn theo độ chính xác, có thể chia thành ba loại: Độ chính xác cao, Độ chính xác trung bình và Độ chính xác thấp.

Một số loại máy thu Độ chính xác cao như: Trimble 4800, Topcon Legacy, Topcon Hiper Series, Topcon GB-500, Topcon GB-1000, Leica system 500.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>1.4 Nguồn lỗi của tín hiệu GPS </b>

Những điều có thể làm giảm tín hiệu GPS và ảnh hưởng tới độ chính xác gồm:

• Giữ chậm của tầng đối lưu và tầng ion – Tín hiệu vệ tinh bị chậm đi khi xun qua tầng khí quyển.

• Tín hiệu đi nhiều đường – Điều này xảy ra khi tín hiệu phản xạ từ nhà hay các đối tượng khác trước khi tới máy thu.

• Lỗi đồng hồ máy thu – Đồng hồ có trong máy thu khơng chính xác như đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh GPS.

• Lỗi quỹ đạo – Cũng được biết như lỗi thiên văn, do vệ tinh thông báo vị trí khơng chính xác.

• Số lượng vệ tinh nhìn thấy – Càng nhiều quả vệ tinh được máy thu GPS nhìn thấy thì càng chính xác. Nhà cao tầng, địa hình, nhiễu loạn điện tử hoặc đơi khi thậm chí tán lá dầy có thể chặn thu nhận tín hiệu, gây lỗi định vị hoặc khơng định vị được. Nói chung máy thu GPS không làm việc trong nhà, dưới nước hoặc dưới đất.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

• Che khuất về hình học – Điều này liên quan tới vị trí tương đối của các vệ tinh ở thời điểm bất kì. Phân bố vệ tinh lí tưởng là khi các quả vệ tinh ở vị trí tạo các góc rộng với nhau. Phân bố xấu xảy ra khi các quả vệ tinh ở trên một đường thẳng hoặc cụm thành nhóm.

• Sự giảm có chủ tâm tín hiệu vệ tinh – Là sự làm giảm tín hiệu cố ý do sự áp đặt của Bộ Quốc phòng Mỹ, nhằm chống lại việc đối thủ quân sự dùng tín hiệu GPS chính xác cao. Chính phủ Mỹ đã ngừng việc này từ tháng 5 năm 2000, làm tăng đáng kể độ chính xác của máy thu GPS dân sự. (Tuy nhiên biện pháp này hồn tồn có thể được sử dụng lại trong những điều kiện cụ thể để đảm bảo gậy ông không đập lưng ơng. Chính điều này là tiềm ẩn hạn chế an toàn cho dẫn đường và định vị dân sự)

<b>1.5 Chuỗi NMEA </b>

<b>1.5.1 Định nghĩa chuỗi NMEA </b>

NMEA đã phát triển như một giao tiếp giữa các thiết bị điện tử hàng hải. Chuẩn này cho phép các thiết bị hàng hải gởi thông tin đến máy tính và các thiết bị hàng hải khác.

Hầu hết các chương trình máy tính đều cung cấp thơng tin thời gian thực, vị trí và được chấp nhận ở dạng NMEA. Các dữ liệu này gồm có PVT (Position, Velocity, Time) được tính tốn bởi máy thu GPS. Tất cả các chuỗi chuẩn đếu có hai kí tự dùng để xác định thiết bị (ví dụ máy thu GPS có từ GP) và ba kí tự sau đó dùng để xác định nội dung của chuỗi.

<b>Mỗi chuổi đều bắt đầu bằng kí tự $ và kết thúc là kí tự đầu dịng và khơng </b>

được nhiều hơn 80 kí tự. Dữ liệu trong cùng một dòng ngăn cách nhau bằng dấu phẩy. Các dữ liệu có thể khác nhau về độ chính xác trong tin nhắn. Ví dụ:

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

thời gian có thể được chỉ tới phần thập phân của giây hoặc tọa độ có thể được chỉ với 3 hay 4 số lẻ sau dấu thập phân. Chương trình đọc dữ liệu chỉ nên dùng dấu phẩy để xác định các lĩnh vực mà không phụ thuộc vào vị trí cột.

<b>Phần kiểm tra lỗi bao gồm một * và hai số thập lục phân đại diện cho khối xét đoán 8 bit OR cuả tất cả các kí tự ở giữa, nhưng không bao gồm $ và *. </b>

Checksum là cần thiết cho vài chuỗi.

<b>1.5.2 Thành phẫn chuỗi NMEA </b>

NMEA bao gồm các chuỗi, từ đầu tiên gọi là loại dữ liệu dùng để giải thích chức năng của chuỗi. Mỗi loại dữ liệu sẽ có tính duy nhất của nó và được xác định trong chuẩn NMEA. Chuỗi GGA bên dưới cung cấp thông tin hỗn hợp. Các chuỗi khác có thể lặp lại một vài thông tin nhưng cũng sẽ cung cấp thêm vài dữ liệu mới.

Có rất nhiều chuỗi trong NMEA, một vài chuỗi đã ứng dụng tới máy thu GPS được chỉ ra bên dưới đây:

• GGA - Fix information. • GLL - Lat/Lon data.

• GSA - Overall Satellite data. • GSV - Detail Satellite data.

• RMC - Recommended Minimum data for GPS. • VTG - Vector track an Speed over the Ground.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>1.5.3 Giải mã chuỗi NMEA </b>

Các thông tin quan trọng nhất của chuỗi NMEA bao gồm GGA cung cấp Fix data hiện tại, RMC cung cấp thông tin GPS ngắn gọn và GSA cung cấp dữ liệu trạng thái của vệ tinh.

<i><b>GGA Global Positioning System Fix Data. Time, Position and fix related data for a GPS receiver </b></i>

7) Number of satellites in view, 00 - 12 8) Horizontal Dilution of precision

9) Antenna Altitude above/below mean-sea-level (geoid) 10) Units of antenna altitude, meters

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

11) Geoidal separation, the difference between the WGS-84 earth ellipsoid and mean-sea-level (geoid), "-" means mean-sea-level below ellipsoid 12) Units of geoidal separation, meters

13) Age of differential GPS data, time in seconds since last C104 type 1 or 9 update, null field when DGPS is not used

14) Differential reference station ID, 0000-1023 15) Checksum

<b>GSA - Chuỗi này cung cấp chi tiết bao gồm số vệ tinh được dùng để tính tốn </b>

và DOP. DOP (dilution of precision) sai số chỉ ra hiệu quả của vệ tinh về độ chính xác của số liệu. Nó khơng có đơn vị, giá trị càng nhỏ càng tốt. Trong 3D thì dùng 4 vệ tinh cho một điểm, tuy nhiên có thể thấp hơn.

Có nhiều cách tính nhiễu ngẫu nhiên PRN làm ảnh hưởng tới khả năng biểu diển dữ liệu của vài chương trình. Ví dụ bên dưới chỉ ra có 5 vệ tinh được dùng để tính tốn và vài vùng rỗng chỉ ra các vệ tinh khơng dùng để tính tốn trong trường hợp này.

<i><b>GSA GPS DOP and active satellites </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>GSV- Các vệ tinh nhìn thấy chỉ ra dữ liệu vệ tinh dựa trên các mặt nạ hay dữ </b>

liệu anamac của nón. Ngồi ra cịn chỉ khả năng bám dẫn dữ liệu này. Điều chú ý là chuỗi GSV chỉ có thể cung cấp dữ liệu cho 4 vệ tinh và cần vài chuỗi mới đầy đủ thơng tin. Điều đó hợp lý cho việc chuỗi GSV gồm nhiều vệ tinh hơn GGA trong khi GSV cũng gồm các vệ tinh không được dùng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

More satellite infos like 4) - 7) n) Checksum

<b>GLL - được giữ lại từ chuỗi Loran và vài số liệu cũ không thể gởi thông tin </b>

của thời gian và số liệu hoạt động nếu chúng cạnh tranh nhau trong dữ liệu Loran. Nếu GPS tranh giành dữ liệu Loran, chúng có thể dùng tiền tố LC thay

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

7) Speed Kilometers Per Hour 8) K = Kilometres Per Hour

7) Speed over ground, knots 8) Track made good, degrees true 9) Date, ddmmyy

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

10) Magnetic Variation, degrees

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

• Định vị GPS có vai trị rất quan trọng trong việc giám sát và quản lý vận tải đặc biệt là các loại xe như xe taxi, xe tải, xe cơng trình, xe tự lái…để theo dõi tốc độ, vị trí, hoặc hướng di chuyển của phương tiện…

• Được ứng dụng vào hệ thống chống trộm, ứng dụng thuê xe tự lái, giúp người quản lý theo dõi lộ trình của đồn xe.

• Là phương tiện giám sát mại vụ, phương tiện giám sát vận tải hành khách, công cụ quản lý giao thông, phương tiện mới của bộ GTVT…

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Đặc biệt thiết bị định vị được sử dụng cho các phương tiện giao thơng với các chức năng như:

• Xác định chính xác vị trí xe ở từng góc đường cùng với vận tốc, thời gian, thông tin xe và trạng thái chính xác theo thời gian thực.

• Giám sát lộ trình đường đi của các phương tiện theo thời gian thực như: Vận tốc của phương tiện, hướng di chuyển cũng như trạng thái tắt/mở máy…

• Lưu trữ lộ trình, xem lại lộ trình xe trong vịng nhiều tháng. • Có thể quản lý và theo dõi nhiều xe ở một thời điểm.

• Cảnh báo khi phương tiện vượt quá tốc độ hay ra khỏi vùng an tồn.

• Thống kê, báo cáo các điểm dừng đỗ, tiêu hao nhiên liệu, tổng số km di chuyển của xe theo từng ngày hoặc theo tuần, tháng.

• Có thể tích hợp thêm các tính năng như cảm biến chuyển động, phát hiện trạng thái ACC…là giải pháp chống trộm hoàn hảo cho phương tiện.

<i><b>Hệ thống thông tin địa lý GIS </b></i>

Công nghệ GIS (Geographic Information System) được ứng dụng trong các điều tra nghiên cứu khoa học, quản lý tài nguyên, đất đai, đánh giá các tác động của môi trường, quy hoạch đô thị, lịch sử địa lý, khoa học bản đồ, marketing, vận tải …ví dụ như GIS có thể được ứng dụng để quản lý các vùng đất đai và nước bị ô nhiễm, hỗ trợ các nhà hoạch định, chuyên gia ra quyết định kịp thời và đúng đắn trên vùng bị ơ nhiễm. GIS cũng có thể dùng để thống kê, phân tích, lập bản đồ phân bố khách hàng, các vị trí kinh doanh

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Thơng tin địa lý có thể được truy xuất, truyền tải, chuyển đổi, và hiển thị bằng nhiều ứng dụng phần mềm. Trong công nghiệp, các sản phẩm thương mại từ các công ty như SmallWorld, Manifold System, ESRI, Intergraph, Mapinfo và AutoDesk giữ ưu thế với các bộ cơng cụ tồn diện. Chính phủ và các cơ quan an ninh, quân đội thường sử dụng các phần mềm riêng, các sản phẩm mã nguồn mở như GRASS và nhiều sản phẩm riêng biệt khác đáp ứng tốt các nhu cầu cụ thể. Các cơng cụ miễn phí để xem tập dữ liệu GIS, truy cập công cộng các thông tin địa lý được thống trị bởi các nguồn tài nguyên trực tuyến như Google Earth và bản đồ web tương tác.

</div>