Đồ Án Nghiên cứu hệ thống thông tin địa lý GIS, công nghệ định vị toàn cầu GPS và kỹ thuật điều chế số GMS

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án tập trung đưa ra giải pháp, xây dựng hệ thống phục vụ bài toán quản lý, dẫn đường cho phương tiện giao thông như quản lý taxi, quản lý tầu cá cỡ nhỏ bằng việc nghiên cứu hệ thống thông tin địa lý GIS, công nghệ định vị toàn cầu GPS và kỹ thuật điều chế số GMSK. Hệ thống đảm bảo liên lạc hai chiều giữa trung tâm và phương tiện nhờ bộ đàm làm việc ở băng tần VHF. Các thông tin của phương tiện được thu nhận nhờ module GPS, các cảm biến . và được đóng gói vào một bản tin, truyền về trung tâm. Tại đây, thông tin của phương tiện được xử lý bởi phần mềm bản đồ số viết bằng ngôn ngữ C# trên hệ điều hành MS Windows. Thông qua giao diện trực quan và dễ sử dụng, trung tâm có thể gửi các thông tin quản lý trở lại cho phương tiện. Hệ thống được thử nghiệm với bài toán cụ thể là quản lý xe taxi trong địa bàn thành phố Hà Nội. Qua đó, bước đầu đã đưa ra được thuật toán chia sẻ kênh truyền, tiến hành thử nghiệm với 3 user, đánh giá được tỷ lệ lỗi bit khi truyền ở khoảng cách xa.

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
BẢNG PHÂN CHIA CÔNG VIỆC 2
TÓM TẮT ĐỒ ÁN . 3
MỤC LỤC 4
DANH SÁCH HÌNH VẼ 7
DANH SÁCH BẢNG BIỂU . 10
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT . 11
PHẦN MỞ ĐẦU 12
Ý tưởng về đề tài . 12
Xác định phạm vi ứng dụng của đề tài . 13
Mục tiêu của đề tài 13
Cấu trúc đề tài . 14
CHƯƠNG I. HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS VÀ HỆ THỐNG VỆ TINH ĐỊNH VỊ
TOÀN CẦU GNSS . 15
1.1 Hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System) 15
1.1.1 Lịch sử phát triển . 15
1.1.2 Phần mềm GIS . 17
1.1.3 Nền tảng . 17
1.1.4 Xây dựng dữ liệu . 18
1.1.5 Thu thập dữ liệu . 18
1.1.6 Dữ liệu địa lý . 19
1.1.7 Dữ liệu phi không gian 19
1.1.8 Biểu diễn dữ liệu 19
1.1.9 Biên dịch Raster sang Vector . 22
1.1.10 Chiếu bản đồ và các hệ tọa độ . 23
1.1.11 Mã hóa địa lý các địa chỉ . 24
1.1.12 Thống kê 24
1.1.13 Bộ đọc GIS . 25
1.1.14 Web API 25
1.1.15 Phần mềm GIS mã nguồn mở và miễn phí 25
1.1.16 Các thành phần của GIS . 26
1.2 Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS 27
1.2.1 Phân hệ không gian 29
1.2.2 Phân hệ Người sử dụng . 29
1.2.3 Phân hệ Điều khiển . 30
1.2.4 Cấu trúc tín hiệu GPS . 31
1.2.5 Các hệ thời gian 33
1.2.6 Các nguồn gây lỗi và sai lệch vị trí trong GPS . 34
Mục lục
Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 5
1.2.6.1 Lỗi lịch thiên văn 35
1.2.6.2 Khả năng chọn lọc 35
1.2.6.3 Lỗi đồng hồ vệ tinh và máy thu 37
1.2.6.4 Lỗi đa đường . 38
1.2.6.5 Biến đổi tâm pha anten . 40
1.2.6.6 Nhiễu đo lường máy thu . 40
1.2.6.7 Trễ tầng điện ly . 41
1.2.6.8 Trễ tầng đối lưu . 43
1.2.6.9 Sai số khoảng cách tương đương 44
1.2.7 Khối thu GPS . 45
1.2.7.1 Sơ lược về NMEA 0183 . 45
1.2.7.2 Định dạng chung của bản tin 46
1.2.7.3 IC thu tín hiệu GPS GPM1315 . 48
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ HỆ THỐNG 51
2.1 Sơ đồ hệ thống tổng quát 51
2.2 Cấu trúc và chức năng hệ thống 52
2.3 Thuật toán điều khiển . 54
2.3.1 Giải thuật chia sẻ kênh truyền 54
2.3.2 Hoạt động . 55
2.3.2 Lưu đồ thuật toán . 56
2.3.3 Thuật toán truyền đồng bộ . 57
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ CÁC MODULE ĐẦU CUỐI 61
3.1 Thiết kế trạm di động MS (Mobile Station) . 61
3.1.1 Vi điều khiển 62
3.1.1.1 Lựa chọn vi điều khiển . 62
3.1.1.2 Giới thiệu Vi điều khiển AVR Atmega128 62
3.1.1.3 Giao tiếp USART 64
3.1.2 Khối điều chế và giải điều chế GMSK 71
3.1.2.1 Phương pháp điều chế số khoá dịch pha tối thiểu GMSK 71
3.1.1.2 Bộ phát GMSK . 75
3.1.2.3 IC điều chế và giải điều chế GMSK . 77
3.1.3 Khối khuếch đại RF . 81
3.1.4 Thiết bị thu phát FM 83
3.1.5 Các khối phụ khác 88
3.1.5.1 Khối hiển thị . 88
3.1.5.2 Khối đọc thẻ từ . 90
3.1.5.3 Khối cảm biến . 91
3.1.6 Nguồn nuôi hệ thống 91
3.2 Thiết kế trạm trung tâm BS (Base Station) . 92
3.3 Chế tạo các module phần cứng . 95
3.4 Phần mềm vi điều khiển 96
3.4 Tổng kết 99
CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ PHẦN MỀM QUẢN LÝ TRUNG TÂM 100
4.1 Xử lý, hiển thị dữ liệu bản đồ . 100
4.1.1 Hệ quy chiếu trắc địa . 100
Mục lục
Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 6
4.1.2 Phần mềm GIS . 102
4.1.3 MapServer 103
4.1.4 Thực hiện giải pháp . 105
4.2. Biểu diễn vị trí không gian trên bản đồ . 107
4.2.1 Xác định vị trí các phương tiện 107
4.2.2 Biểu diễn vị trí và thông tin chi tiết của phương tiện 108
4.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu 109
4.3.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu và sơ đồ quan hệ 109
4.3.2 Thủ tục quản lý các phương tiện và lái xe . 111
4.4 Quản lý kết nối truyền thông nối tiếp (COM) 111
4.4.1 Cài đặt và điều khiển kết nối . 111
4.4.2 Truyền và nhận dữ liệu 112
4.5. Cập nhật thông tin định vị . 112
4.6 Chức năng tìm kiếm 113
4.7 Chức năng gửi thông tin đến xe 113
CHƯƠNG V. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI
114
5.1 Ảnh hưởng nguồn nhiễu từ anten . 114
5.2 Xây dựng và thử nghiệm hệ thống 115
5.2.1 Thử nghiệm hệ thống . 115
5.2.3 Thử nghiệm hệ thống truy cập nhiều user . 121
5.3 Hướng phát triển đề tài . 121
KẾT LUẬN . 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO 126
PHỤ LỤC 1. SƠ ĐỒ MẠCH THIẾT KẾ . 127
PHỤ LỤC 2. HÌNH ẢNH SẢN PHẨM PHẦN CỨNG . 132
PHỤ LỤC 3. QUYẾT ĐỊNH SỐ 05/2007/QĐ-BTNMT NGÀY 27 THÁNG 2 NĂM 2007 –
SỬ DỤNG HỆ THỐNG THAM SỐ TÍNH CHUYỂN GIỮA HỆ TỌA ĐỘ QUỐC TẾ WGS-
84 VÀ HỆ TỌA ĐỘ QUỐC GIA VN-2000 . 134