Khái Niệm Hệ Thống định Vị GNSS, GPS 2021 Và Tương Lai

Ở bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về các khái niệm GNSS, GPS, khái niệm máy định vị GPS- RTK và hệ thống GNSS.

Nội dung bài viết

Toggle

• Khái niệm GNSS là gì?
• Khái niệm GPS là gì?
  • Vậy GPS và GNSS khác nhau như nào?
  • Hiệu suất làm việc của hệ thống vệ tinh được đánh giá theo tiêu chí nào?
• Định vị vệ tinh RTK (Real-time kinematic) là phương pháp chênh lệch động thời gian thực.
  • Máy định vị vệ tinh GPS – RTK
• Một số ứng dụng của hệ thống định vị GNSS

Khái niệm GNSS là gì?

GNSS (viết tắt của global navigation satellite system) – nghĩa là Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu – là tên dùng chung cho tất cả các các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh. Hiện nay, trên thế giới có các hệ thống vệ tinh đang ở ngoài không gian và truyền tín hiệu đến các bộ thu tại trái đất như:

• GPS của Mỹ
• Galileo của liên minh châu Âu
• Glonass của NGa
• BeiDou-2 của Trung Quốc
• NavlC của Ấn Độ

Hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) đề cập đến tất cả các hệ thống định vị vệ tinh, bao gồm toàn cầu, khu vực và nâng cao, chẳng hạn như GPS ở Hoa Kỳ, Glonass ở Nga, Galileo ở Châu Âu và Trung Quốc.

Hệ thống định vị vệ tinh Beidou và các hệ thống tăng cường liên quan, như WAAS (Hệ thống tăng cường diện rộng) ở Mỹ, EGNOS (Hệ thống lớp phủ định vị địa chất châu Âu) ở châu Âu, và hệ thống nâng cấp vệ tinh đa phương tiện MSAS tại Nhật Bản.

Hệ thống GNSS quốc tế là một hệ thống phức tạp với nhiều hệ thống, nhiều lớp và nhiều chế độ.

Khái niệm GPS là gì?

Vậy như trên – GPS ( Viết tắt của Global Positioning System) là hệ thống vệ tinh được phát triển bởi quân đội mỹ, cung cấp tín hiệu vệ tinh từ ngoài không gian và gửi đến các máy thu ngoài trái đất.

Định vị vệ tinh GPS là hệ thống định vị có độ chính xác cao, mọi thời tiết, toàn thời tiết, được phát triển bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ. Nó có thể cung cấp cho người dùng toàn cầu thông tin chi phí thấp, có độ chính xác cao như vị trí ba chiều, tốc độ và thời gian chính xác.

Mô hình ứng dụng công nghệ truyền thông vệ tinh trong lĩnh vực điều hướng đã cải thiện đáng kể mức độ thông tin của xã hội trái đất và thúc đẩy hiệu quả sự phát triển của nền kinh tế kỹ thuật số.

Ứng dụng GPS: định vị nông nghiệp chính xác, nghiên cứu khoa học (lĩnh vực sinh học, khí tượng học, khoa học trái đất), giám sát môi trường, đánh giá khẩn cấp và thiên tai, đảm bảo an toàn, thiên văn và kiến trúc, và phân tích tài nguyên thiên nhiên.

Vậy GPS và GNSS khác nhau như nào?

Thực tế không có sự khác nhau giữa GPS và GNSS. Vởi vì hệ thống vệ tinh GPS của Hoa Kỳ là hệ thống vệ tinh đầu tiên, nên người ta mỗi khi nghĩ về các tín hiệu vệ tinh thường nghĩ ngay đến GPS. Ngày nay, như các bạn đã biết, có đến 5 hệ thống vệ tinh ( GNSS) được phát triển, và GPS là một trong 5 hệ thống đó.

Hiệu suất làm việc của hệ thống vệ tinh được đánh giá theo tiêu chí nào?

Hiệu suất của GNSS được đánh giá bằng bốn tiêu chí:

• Độ chính xác: Đánh giá bằng sai số giữa kết qua đo được của máy thu và vị trí thật sự của nó, tốc độ hoặc thời gian đo.
• Tính toàn vẹn: Khả năng của hệ thống để cung cấp ngưỡng tin cậy và, trong trường hợp có sự bất thường trong dữ liệu định vị.
• Tính liên tục: Một hệ thống có khả năng hoạt động mà không bị gián đoạn
• Tính khả dụng: Phần trăm thời gian tín hiệu đáp ứng các tiêu chí chính xác, toàn vẹn và liên tục ở trên

Ngày nay, GNSS được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày như giải trí, đặc biệt đem lại độ chính xác cao trong dịch vụ đo đạc, trắc địa khi kết hợp với trạm cors hoặc máy GPS 2 tần trong phép đo rtk.

Định vị vệ tinh RTK (Real-time kinematic) là phương pháp chênh lệch động thời gian thực.

Đây là phương pháp đo GPS mới được sử dụng phổ biến. Các phép đo tĩnh, tĩnh và động trước đây yêu cầu tính toán sau để đạt được độ chính xác mức centimet, trong khi RTK là phương pháp đo có thể đạt được độ chính xác định vị mức cm trong thời gian thực trong trường.

Nó sử dụng phương thức vi phân thời gian thực động của sóng mang, là một mốc quan trọng của ứng dụng GNSS . Sự xuất hiện của nó là kỹ thuật lofting, lập bản đồ địa hình, và các phép đo kiểm soát khác nhau cải thiện đáng kể hiệu quả hoạt động của trường.

Máy định vị vệ tinh GPS – RTK

Bộ máy định vị vệ tinh GPS RTK gồm 01 máy tĩnh (BASE) đặt tại điểm gốc (điểm mốc địa chính nhà nước hoặc đường chuyền hạng IV trong công trình), được cài đặt tọa độ điểm gốc (VN-2000) và các tham số tính chuyển từ hệ toạ độ quốc tế WGS-84 về hệ toạ độ VN-2000, có thể một hay nhiều máy động (ROVER) đặt tại điểm cần xác định toạ độ.

Cả hai loại máy đồng thời thu tín hiệu từ vệ tinh, riêng máy tĩnh có hệ thống Radio link liên tục phát ra tín hiệu cải chính giữa hệ toạ độ WGS-84 và hệ toạ độ VN-2000, các ROVER sẽ thu nhận tín hiệu cải chính này để cải chính tọa độ điểm cần xác định trên hệ VN-2000.

Đây là phương pháp đo động xử lý tức thời trên nguyên tắc sử dụng một trạm cơ sở (Base) thông qua việc thu định vị vệ tinh nhân tạo tính toán ra một số nguyên đa trị N (có thể hiểu đơn gian là số gia cải chính)

Số gia cải chính này sẽ được phát ra và mang tới vị trí đặt các máy di động (Rover) nhằm mục đích hiệu chỉnh vị trí các máy di động để đạt được độ chính xác cao.

Bộ phận phát mang số cải chính đi là tín hiệu dạng sóng vô tuyến UHF (Radio) công xuất 25W với 9 kênh tương ứng với các tần số khác nhau

Phạm vị hoạt động của máy Rover so với máy Base lên tới 12km trong điều kiện thuận lợi.

Sai số của phương pháp này có thế đạt được là:

• Sai số vị trí điểm: 10mm + 1ppm Rms
• Sai số cao độ : 20mm + 1ppm Rms

Dữ liệu đo đạc của phương pháp này là tọa độ và độ cao của điểm đo trong hệ thống tọa độ quốc gia VN2000 hoàn toàn không phải xử lý gì thêm.

Trên màn hình cửa sổ điện tử của ROVER liên tục thông báo kết quả độ chính xác, khi đạt được độ chính xác theo yêu cầu bấm OK để lưu kết quả.

Một số ứng dụng của hệ thống định vị GNSS

GNSS được sử dụng cho vô số các ứng dụng khác nhau. Ngày nay rất dễ dàng nhận thấy sự hiện diện của GNSS trong mọi mặt của đời sống. Kết hợp giữa công nghệ thông tin, hệ thống bản đồ số và thiết bị định vị vệ tinh đã tạo thành một hệ thống dẫn đường lý tưởng.

• Trong lĩnh vực hàng không, 100% các máy bay thương mại và quân sự sử dụng hệ thống dẫn đường tự động bằng GNSS.
• Trong giao thông, hệ thống giám sát dẫn đường và điều khiển giao thông cũng đã khai thác tuyệt đối thế mạnh của GNSS đã trở thành một hợp phần không thể thiếu trong công nghiệp ô tô, chẳng hạn như  hệ thống định vị dẫn đường trong các thương hiệu xe hơi nổi tiếng như Mercedes, BMW, Porsche, Maybach, Cadillac, Audi, Roll Royce…
• Trong ngành đo đạc bản đồ, sự xuất hiện của GNSS đã thay đổi hoàn toàn phương pháp đo đạc truyền thống, không phụ thuộc vào thời tiết, không bị giới hạn bởi khoảng cách, giảm tối đa yêu cầu về nhân lực lao động.
• Với công nghệ GNSS, người sử dụng có được thông tin vị trí hiện tại, hướng di chuyển, độ cao hiện thời. Cá nhân cũng dễ dàng mang theo loại máy thu GNSS nhỏ cũng có thể lắp ghép cùng điện thoại di động để biết được vị trí mình đang đứng hay có thể theo dõi cả độ cao khi leo núi.
• Các ứng dụng trên biển bao gồm đo vẽ bản đồ, công cụ dẫn đường hàng hải trên biển lý tưởng và công tác tìm kiếm, cứu hộ ngoài khơi xa cũng sẽ có hiệu quả hơn nhờ được nâng cao độ chính xác việc dẫn hướng đường đi.
• Ứng dụng chủ yếu của GNSS trong thám hiểm không gian bao gồm việc định vị và định hướng bay của các phương tiện không gian khác có mang theo những máy thu phát địa lý hoặc trắc địa.
• Các ứng dụng cho quân đội bao gồm dẫn hướng hàng không, hàng hải và trên bộ. Ngoài ra, các vệ tinh của GNSS còn mang theo các bộ thu phát để khám phá và hiển thị các vụ nổ hạt nhân.
• Một ứng dụng nữa của GNSS chính là việc quản lý thú hoang dã bằng cách gắn lên chúng những con chip đã tích hợp GNSS. Tất cả hoạt động của chúng sẽ được kiểm soát chặt chẽ. Việt Nam cũng đang tiến hành thử nghiệm để áp dụng vào việc quản lý đàn sếu đầu đỏ ở miền Tây…
• Tại Việt Nam, GNSS từ lâu đã được ứng dụng cho các công việc kiểm lâm, cứu nạn. Tuy nhiên các hệ thống mới chỉ dừng ở mức độ thu nhận thông tin về kinh độ, vĩ độ và cao độ, chưa triển khai ứng dụng trong lĩnh vực thiết bị dẫn đường vì chưa được tích hợp bản đồ số Việt Nam. Thời gian gần đây, việc tạo lập bản đồ số đã có kết quả và trên thị trường xuất hiện một số thiết bị dẫn đường dành cho ôtô trong giai đoạn vừa thăm dò vừa hoàn thiện sản phẩm.

Từ khi GNSS được cho phép sử dụng dân sự, các nhà khoa học ở các nước phát triển đã lao vào cuộc chạy đua để đạt được những thành quả cao nhất trong lĩnh vực sử dụng hệ thống vệ tinh chuyên dụng này. Hai hướng chủ đạo được nhắm tới là chế tạo các máy thu tín hiệu (máy định vị GNSS 2 tần số RTK) và thiết lập các phần mềm để sử dụng tín hiệu cho các mục đích khác nhau.

5/5 - (1 bình chọn)