Đồ Án Xây dựng hệ thống phục vụ bài toán quản lý, dẫn đường cho phương tiện giao thông

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
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
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


PHẦN MỞ ĐẦU
Ý tưởng về đề tài
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, quản lý tàu cá loại nhỏ, các đội xe vận tải, xe vận
chuyển bưu chính . Các ứng dụng nói trên dựa trên cơ sở các thiết bị định vị vệ tinh
(GPS), các công nghệ cảm biến( như cảm biến gia tốc, cảm biến rung động ) để đọc
thông tin và xử lý tại chỗ. Khi cần xử lý tập trung, thông tin được truyền 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 chủ yếu được thực hiện thông qua hệ thống thông tin di động
toàn quốc, điều này này giới hạn phạm vi hoạt động cũng như tăng chi phí vận hành
của hệ thống. Tại trung tâm, các phần mềm ứng dụng hệ thông tin địa lý cùng với việc
số hóa dữ liệu địa lý chưa thực sự được ứng dụng sâu sắc và hiệu quả. Rất nhiều ứng
dụng được phát triển trên các dịch vụ miễn phí rất phổ biến và tiện lợi như Google
Earth. Tuy nhiên, chính vì thế, việc chủ động cho các thông tin địa lý mang tính đặc
thù như các vùng biển, vùng núi, các địa phương cụ thể là không nhiều vì phụ thuộc
vào nhà cung cấp.
Đề tài tập trung đưa ra và thử nghiệm 1 giải pháp thông tin cho hệ thống quản lý
phương tiện. Thứ nhất, ở mức vật lý, các dữ liệu được thu thập từ các cảm biến, từ
module GPS được đóng vào 1 khung bản tin 60 bytes, được điều chế theo phương pháp
điều chế số GMSK. Tín hiệu này được đưa vào bộ đàm, điều tần để phát đi. Ở nơi
nhận, dữ liệu được giải điều chế, đưa vào vi điều khiển để xử lý.
Thứ 2, ở mức liên kết dữ liệu, xây dựng thuật toán chia sẻ kênh truyền cho nhiều
user hoạt động cùng lúc, đánh giá được hiệu quả sử dụng thuật toán.
Thứ 3, xây dựng phần mềm quản lý phương tiện tại trung tâm đảm bảo các chức
năng hiển thị và điều khiển phương tiện, quản lý dữ liệu.
Bố cục của đồ án được trình bày như sau:
Xác định phạm vi ứng dụng của đề tài
Với những phân tích về tình hình nghiên cứu như trên, việc xác định phạm vi ứng
dụng của đề tài là rất quan trọng đối với tính khả thi của giải pháp đưa ra. Đề tài hướng
đến các ứng dụng trong các vùng địa lý có đặc thù riêng biệt như vùng núi, vùng biển,
các khu vực mà mạng thông tin di động chưa thực sự phát triển. Tại đó, các dữ liệu bản
đồ Google Earth không hỗ trợ nhiều. Ví dụ như, ở vùng biển, có các thông tin về đảo,
vùng cá, tâm bão, vùng danh giới quốc gia, danh giới thềm lục địa Các dữ liệu này,
chắc chắn cần được xây dựng 1 cách quy mô và chuyên biệt.
Mặt khác, ứng dụng mà đề tài hướng đến sẽ là những ứng dụng cần có sự chuyên
biệt rõ ràng, như hoạt động của nhà nước, của quân đội hay các công ty. Trong đó, các
ứng dụng này không có tính an toàn và chủ động cao với các công cụ miễn phí như
Google Earth.
Bên cạnh đó, mảng dịch vụ rộng rãi như ứng dụng Web, Google Earth cũng khó
có thể bỏ qua, vì vậy, hướng phát triển của đề tài là chạy song song cùng với các hệ
thống tích hợp trên mạng di động và các ứng dụng miễn phí để tăng thêm ý nghĩa thực
tiễn cho đề tài.
Mục tiêu của đề tài
 Đảm bảo thông tin ở mức vật lý:
ƒ Hoàn thiện các thiết bị phần cứng.
ƒ Thu thập được thông tin về vị trí, tốc độ của phương tiện thông qua Module
GPS.
ƒ Hoàn thiện module điều chế số GMSK. Tín hiệu điều chế ổn định và điều
khiển linh hoạt.
ƒ Điều khiển bộ đàm ở chế độ truyền dữ liệu bán song công. Lựa chọn tần số
hoạt động hiệu quả.
 Đảm bảo thông tin ở mức liên kết dữ liệu.
ƒ Đưa ra và thử nghiệm giải pháp thông tin nhiều user.
ƒ Đưa ra giải pháp để tạo điều kiện cho các giải pháp bảo mật, xử lý lỗi.
 Xây dựng phần mềm với giao diện thân thiện, ứng dụng các kiến thức của hệ thông
tin địa lý GIS, đảm bảo hoạt động quản lý phương tiện.
 Các chức năng khác: Các cổng giao tiếp với các thiết bị khác như máy tính, đầu đọc
thẻ, thiết bị nhận dạng
Cấu trúc đề tài
Chương 1: Trình bày tổng quan về hệ thông tin địa lý GIS và hệ thống định vị toàn
cầu GPS là cơ sở cho những ứng dụng của đồ án.
Chương 2: Trình bày tổng quan về thiết kế hệ thống cũng như các thuật toán sử dụng
trong hệ thống.
Chương 3: Trình bày về những thiết kế về đầu cuối phần cứng.
Chương 4: Trình bày về những thiết kế phần mềm tại trung tâm.
Chương 5: Trình bày về các kết quả đạt được về sản phẩm và kết quả thử nghiệm, qua
đó đưa ra đánh giá và định hướng phát triền trong tương lai