GPS - Hệ thống định vị toàn cầu (phần II)

Một Way point nếu được định toạ độ trên màn hình Google Earth thì sai số khoảng bao nhiêu m nhỉ ? :

Được chuotdong sửa chữa / chuyển vào 15:46 ngày 28/12/2007

KidPos
1. Giới thiệu
1.1. Giới thiệu
Hệ thống định vị toàn cầu (GPS - Global Positioning System) ngày càng trở nên phổ biến, được ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả trong đời sống xã hội. Xuất phát từ thực tiễn đó cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ di động tại Việt Nam trong những năm gần đây, chúng tôi có ý tưởng kết hợp giữa công nghệ di động cùng với GPS để cung cấp cho các bậc phụ huynh công cụ có thể định vị và quản lý được con em mình. Ý tưởng của sản phẩm này là các bậc phụ huynh chỉ cần một tin nhắn SMS đã có thể xác định được vị trí của con em mình tại bất kỳ thời điểm nào.
1.2. Mô hình
Xuất phát từ ý tưởng trên chúng tôi xây dựng mô hình về sản phẩm của mình bao gồm hai thành phần như sau:
- Thiết bị SMS-GPS: là thiết bị có khả năng thu tín hiệu GPS và gửi tín hiệu này về máy cầm tay qua SMS (công nghệ GSM). Thiết bị này hoạt động như một hộp đen và được lập trình sao cho có thể thiết lập tham số thông qua tin nhắn từ máy PPC.
- Sản phẩm phần mềm GIS có tên gọi KidPos (Kid Positioning) viết cho máy PPC sử dụng hệ điều hành Windows mobile để điều khiển cũng như nhận và hiển thị vị trí của thiết bị SMS-GPS.


Hình 1.1 Mô hình tổng quan về KidPos
2. Các kỹ thuật áp dụng
2.1. Thiết bị SMS-GPS có thể lập trình
Đối với thiết bị này hiện chúng tôi sử dụng vi điều khiển PIC để lập trình điều khiển module GPS và module GSM, module GSM hiện tại đang được thử nghiệm là điện thoại di động Samsung.
2.2. Ứng dụng theo dõi thiết bị SMS-GPS trên PPC Windows mobile
Ứng dụng này chúng tôi đặt tên là KidPos (Kid Positioning), KidPos được viết cho PPC Windows mobile trong đó chúng tôi sử dụng hai kỹ thuật chính là: Mapi (Messaging Application Programming Interface) để xử lý tin nhắn và MapX mobile trong môi trường Windows mobile. Ngôn ngữ lập trình được sử dụng là eVC++ 4.0 do vậy nó tương thích với hầu hết các hệ điều hành Windows cho thiết bị di động hiện nay.
2.2.1. Mapi
Sử dụng Mapi Rule Client một đối tượng COM có thể kiểm soát/lọc và xử lý tin nhắn.
2.2.2. MapX mobile (bản trial)
MapX mobile là một thư viện cung cấp công cụ lập trình GIS cho Windows mobile của MapInfo. Sử dụng bộ công cụ và thư viện này ta không phải viết lại những tính năng cơ bản của một ứng dụng GIS như thế sẽ tiết kiệm hơn rất nhiều công sức. Tuy nhiên hiện nay do chưa có kinh phí để mua bản quyền nên chúng tôi mới chỉ sử dụng bản thử nghiệm được download về từ website của MapInfo (http://mapinfo.com/).
Ngoài ra ở đây chúng tôi cũng áp dụng những kỹ thuật lập trình đối với chuẩn kết nối Bluetooth, lập trình với Socket trong Windows mobile để truyền dữ liệu.
3. Đặc tả chi tiết hệ thống
3.1. Giới thiệu chung
Như đã giới thiệu ở trên để sử dụng được sản phẩm này người sử dụng phải có đủ cả hai thành phần là một thiết bị SMS-GPS và một máy PPC Windows mobile có cài đặt KidPos.
Khi đã có đầy đủ hai thiết bị trên ta sẽ cho trẻ mang theo thiết bị SMS-GPS (có thể để trong ba lô, cặp sách...) và sử dụng KidPos để gửi tin nhắn đến SMS-GPS này để thiết lập cấu hình cho nó, sau khi đã thiết lập cấu hình cho SMS-GPS ta chỉ cần bật tính năng theo dõi GPS qua SMS của KidPos là có thể theo dõi được vị trí của thiết bị.
Như đã đề cập ở trên, thiết bị SMS-GPS hoạt động như một hộp đen, nghĩa là người sử dụng không thể can thiệp trực tiếp vào thiết bị đó trừ việc sạc pin để đảm bảo nó có thể hoạt động 24/24. Việc can thiệp vào SMS-GPS hoàn toàn dựa trên tập lệnh được gửi đến thiết bị thông qua tin nhắn SMS. Tập lệnh đặt cấu hình cho thiết bị chúng tôi sẽ giới thiệu cụ thể dưới đây.
3.2. Tập lệnh của SMS-GPS
+ Lệnh thiết lập chu kỳ gửi tin nhắn:
$GPS ST xxx
Trong đó xxx là tham số thời gian tính bằng phút. Ví dụ muốn đặt chu kỳ gửi tin nhắn cho thiết bị là 5 phút thì soạn tin $GPS ST 005 rồi gửi đến thiết bị SMS-GPS.
+ Lệnh thiết lập số tin nhắn đi:
$GPS SN xxxxxxxxxxxx
Trong đó xxxxxxxxxxx là số điện thoại di động mà SMS-GPS sẽ gửi tin nhắn tới. Ví dụ khi muốn đặt số gửi tin nhắn đi của SMS-GPS là 0912461556 ta soạn tin $GPS SN +84912461556 rồi gửi đến thiết bị SMS-GPS đó (Ở đây ta sử dụng chuẩn số điện thoại quốc tế).
+ Lệnh yêu cầu tọa độ tức thời:
$GPS SM
Lệnh này sử dụng để yêu cầu thiết bị SMS-GPS gửi tin nhắn tọa độ của nó về cho thiết bị theo dõi. Khi nhận được lệnh này ngay lập tức SMS-GPS gửi tọa độ hiện thời của nó về cho số điện thoại di động đã được cấu hình trước.
Lưu ý: ở đây chúng tôi đã lập trình cho SMS-GPS chỉ nhận lệnh thiết lập tham số qua số điện thoại đã được cấu hình trước của nó.
3.3. Các chức năng của KidPos
- Khối chức năng về xử lý tin nhắn:
Thực chất đây là một bộ lọc và xử lý tin nhắn được viết dựa trên MAPI. Đối với các tin nhắn bình thường thì bộ lọc cho qua và không xử lý, với các tin nhắn có cấu trúc theo chương trình (chứa các chuỗi tin về GPS hoặc đến từ các số thuê bao di động mà hệ thống quản lý) thì sẽ xử lý theo hai bước:
+ Gửi dữ liệu đến tiến trình theo dõi SMS-GPS để hiển thị tọa độ của thiết bị lên màn hình. Nếu KidPos bật tính năng theo dõi SMS thì tọa độ của thiết bị sẽ được định vị trên bản đồ.
+ Ghi dữ liệu vào cơ sở dữ liệu để phục vụ mục đích theo dõi off-line, xác định vết của thiết bị.
- Các khối chức năng về Map:
+ Các chức năng thao tác với bản đồ như phóng to, thu nhỏ, di chuyển....
- Các khối chức năng về SMS:
+ Quản lý các SMS-GPS: sử dụng để quản lý các thiết bị SMS-GPS, người sử dụng có thể thêm, bớt, sửa xóa về thông tin của những thiết bị có liên quan. Ngoài ra cũng có thể theo dõi xác định được vị trí cuối cùng mà thiết bị SMS-GPS đó gửi thông tin về cho hệ thống hoặc xem toàn bộ vết của từng thiết bị theo ngày.
+ Gửi tin nhắn: gửi tin nhắn để thiết lập cấu hình hoạt động cho từng thiết bị SMS-GPS.
- Các khối chức năng về GPS:
Thực tế KidPos không chỉ dừng lại ở việc theo dõi và hiển thị tọa độ của thiết bị SMS-GPS mà ở đây chúng tôi đã phát triển thêm các module về GPS cho các PPC sử dụng Windows mobile. Các tính năng về GPS này có thể sử dụng cho các máy PPC có sẵn GPS (built-in GPS module) hoặc sử dụng lấy tín hiệu GPS của các thiết bị GPS có hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn Bluetooth. Do vậy một máy PPC có GPS built-in và KidPos cũng có thể được sử dụng như là một SMS-GPS (tuy nhiên nếu sử dụng như thế chi phí sẽ khá cao so với sử dụng thiết bị SMS-GPS mà chúng tôi đang phát triển).
+ Đọc tọa độ GPS: sử dụng để lấy tọa độ từ GPS đối với các máy có sẵn GPS (GPS built-in module) hoặc từ các thiết bị GPS có hỗ trợ Bluetooth. Sau khi xác định được tọa độ thì ta có những lựa chọn như lưu trữ, hiển thị tọa độ này lên bản đồ hoặc gửi tọa độ này về một thiết bị di động khác qua tin nhắn SMS.
+ Tracking - theo vết của thiết bị: đây là chức năng cho phép người sử dụng KidPos có thể theo dõi và ghi lại vết di chuyển của mình.
+ Theo dõi SMS-GPS: tính năng này dùng để theo dõi tọa độ của các thiết bị SMS-GPS. Khi tính năng này được bật nó sẽ kết hợp với bộ lọc tin nhắn SMS để xác định tọa độ của những thiết bị SMS-GPS và định vị các thiết bị đó trên bản đồ.
3.4. Dữ liệu bản đồ
Bản đồ thử nghiệm với hệ tọa độ chuẩn WGS84 hiện đang được sử dụng cho KidPos được Xí nghiệp Bản đồ Chuyên đề NXBBĐ cung cấp.
Hiện nay chúng tôi có hai bản đồ là bản đồ Việt Nam và bản đồ Thành Phố Hà Nội. Tùy vào yêu cầu sử dụng mà người sử dụng có thể chọn bản đồ thích hợp.
3.5. Một số hình ảnh về hệ thống

Hình 3.5.1. Giao diện chính của KidPos

Hình 3.5.2. Thiết lập cấu hình mặc định

Hình 3.5.3. Đọc tín hiệu GPS từ Bluetooth GPS

Hình 3.5.4. Xác định vị trí của SMS-GPS mặc định

Hình 3.5.5. Xác định tọa độ của thiết bị bất kỳ qua tin nhắn

Hình 3.5.6. Quản lý thiết bị SMS-GPS

Hình 3.5.7. Xem vết của thiết bị SMS-GPS theo ngày

Hình 3.5.8. Vẽ vết dịch chuyển của thiết bị

Hình 3.5.6. Sơ đồ tổng quan về SMS-GPS

Hình 3.5.7. Bảng mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển PIC và module GPS
4. Kết luận
KidPos mới chỉ đang ở bước phát triển và thử nghiệm chưa phải là một sản phẩm ứng dụng hoàn thiện, tuy nhiên kết quả đạt được là tích cực, nó đã đặt nền móng và khẳng định tính khả thi của ý tưởng. Kết quả đạt được cũng là một minh chứng về năng lực của chúng tôi trong việc giải quyết bài toán này. Nếu được sự quan tâm đầu tư chúng tôi hy vọng sản phẩm này sẽ được phát triển một cách hoàn thiện và sẽ được ứng dụng không chỉ trong KidPos mà còn ở những lĩnh vực có thể áp dụng công nghệ GSM và GPS khác như quản lý lịch trình các phương tiện giao thông, giám sát nhân viên giao hàng...

He he Phát hiện ra KidPos xài con EM-408 cuả tớ có tem xxxx cẩn thận
Phần mềm rất hay chả kém gì đồ cuả bọn Khoai tây
-- Nếu trẻ vào trường học .hoặc khu vực không thu đc tín hiệu GPS ....GPS Nofix thì làm sao nhỉ ? nó có báo last position đc không ?

anh Pvnguyen xài con gì nhỉ ! con Etrex đời cô Lựu của em fix cả mớ vệ tinh thì sai số cũng 7m , chua khi nào em thấy nó xuống dưới 7m cả.

Đọc thấy các bác ấy bảo bỏ mã SA rồi thì sai số còn <15m (không biết tính theo bán kính hay đường kính ?) nên chắc sai số là thường có phải ko.

Giả sử các bác có cái dụng cụ đo có sai số là X. Điều đó không có nghĩa là cứ mỗi lần đo, nó đều sai một lượng là X. Nếu như thế thì cuộc đời quá đơn giản. Để minh hoạ em xin đưa ra 2 ví dụ.
Có cây thước thần kì nọ có sai số luôn luôn là 1 mm. Như vậy khi em đo chiều dài một con kiến được 1 mm, thì chiều dài thực của nó phải là kết quả đo +- sai số hay chiều dài con kiến là 0 mm hay 2 mm. Kết quả 0 mm có vẻ ngớ ngẩn quá nên em chọn đáp số là 2 mm
Có cái cột bơm xăng độc chiêu kia luôn có sai số 10%. Em đi mua 10 lít, như vậy thể tích xăng em nhận được là 9 hoặc 11 lít. Hiển nhiên là không có cây xăng nào mà dại dột như vậy nên lượng xăng em nhận được là đúng 9 lít.
Sự đời mà đơn giản như thế thì em không phải học môn lí thuyết sai số, rồi dung sai đo lường vv và vv...
Giả sử có tồn tại cây thước thần kỳ và cột bơm xăng độc chiêu đi nữa, các bác cũng phải thấy rằng hổng thể có chuyện con kiến dài đúng 2 mm mà hổng sai mi cờ rô mét hay ăng sờ trông nào, hổng có chuyện đúng 9 lít xăng mà hổng sai giọt nào.
Thực tế thì trong 100 nguời đi mua 1 mét vải, có khoảng 95 người nhận được số vải có chiều dài dao động trong khoang 98 đến 102 cm. Như vậy có thể kết luận rằng sai số trong việc đo bán vải dân dụng là 2 cm, với xác xuất 95%.
Tương tự như thế , BQP Mẽo nói rằng, độ chính xác của tín hiệu GPS dân dụng, không SA là 15 mét với xác xuất 95%.
Giả sử phân bố sai số của phép đo dùng GPS tuân theo phân bố chuẩn Gauss, nghĩa là tuân theo qui luật quy luật 68-95-99.7. Từ đó có thể thấy có khoảng 68% lần đo có sai số dưới 7.5 mét, phù hợp với nhận xét của bạn claymore.

À, còn thêm một chú ý nhỏ nữa, sai số mà các bác đọc được trên máy thu là EPE (estimated position error), nghĩa là sai số vị trí ước tính.
Đó, các bác thấy chưa, người ta ước tính chứ hổng phải là chắc chắn. Một chú ý khác là cái công thức ước tính đó không ai giống ai, các cty vẫn chưa tiết lộ cách tính EPE của mình.

Bác claymore bảo chưa bao giờ chứ không phải phần lớn
Cám ơn bài của bác GPS đọc rất dễ hiểu ko cao siêu như mấy bác học Chính quy trắc đạc ra
Vậy xin bác cho hỏi có cách nào kiểm soát được sai số này ?
Chúc bác năm mới vui khoẻ !

Nói thêm hôm rồi gặp 1 bác ở Bộ Tổng tham mưu VN demo cho con GPS bấm độ chính xác thời gian thực đến dm làm em choáng quá. Ví dụ 19do55''''23,45670"
Hình như BQP VN có hệ thống trạm hiệu chỉnh riêng, hay các bác ấy được trang bị GPS xịn
Được ngutdung sửa chữa / chuyển vào 21:20 ngày 11/02/2008

--------------
Bác vui tính quá, theo tôi chả cần đọc đâu cao siêu bác chỉ cần vào trường Bách Khoa xin tập hướng dẫn thí nghiệm về sai số phép đo của SV năm thứ 2 (k nhớ lắm). Nó có thể giúp hiểu về khắc phục sai số thế nào.
Trước có ông bạn cũng gạ bán cho cái máy GPS thanh lý có cả bản đồ số hoá cả Việt nam sai số khảng 1,5m gì đó nhưng giá gốc hơi chát 6t nên cũng băn khoăn.