Tài liệu Xây dựng hệ thống quản lý lộ trình xe buýt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ LỘ TRÌNH XE BUÝT Sinh viên thực hiện : MSSV : Lớp : Nguyễn Văn Hải 10701034 TH07A1 Giảng viên hướng dẫn : TS. Lê Xuân Trường TP.Hồ Chí Minh - 2011 LỜI CẢM ƠN [ \  Trong suốt thời gian làm khóa luận, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của bè bạn và thầy cô khoa công nghệ thông tin,  đặc biệt là thầy Lê Xuân Trường đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ tôi hoàn thành tốt đề tài này. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Công nghệ thông tin đã tạo điều kiện cho em học tập và nghiên cứu đặc biệt là thầy Lê Xuân Trường đã nhiệt tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin cảm ơn bạn bè đã hỗ trợ và động viên tôi rất nhiều trong thời gian qua. TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 Tháng 9 năm 2011 Sinh Viên Nguyễn Văn Hải MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. i DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................ ii DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................. iv Chương 1: MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1.1. Tổng Quan.............................................................................................................. 1 1.2. Mục đích đề tài....................................................................................................... 1 1.3. Phương pháp thực hiện .......................................................................................... 2 1.3.1. Giai đoạn 1 :Tìm hiểu thông tin liên quan. ..................................................... 2 1.3.2. Giai đoạn 2 : Phân tích, xây dựng và hiện thực .............................................. 2 1.4. Phạm vi thực hiện. ................................................................................................. 3 1.5. Bố cục bài báo cáo ................................................................................................. 4 Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................... 5 2.1. Giới thiệu GPS ....................................................................................................... 5 2.1.1. Sự ra đời của hệ thống GPS ............................................................................ 5 2.1.2. Nghiên cứu các thành phần hệ thống GPS ...................................................... 6 2.1.2.1. Nghiên cứu việc thiết kế hệ thống GPS ................................................... 6 2.1.2.2. Các thành phần hệ thống GPS .................................................................. 7 a. Phần vũ trụ ...................................................................................................... 8 b. Phần điều khiển ............................................................................................. 10 c. Phần sử dụng ................................................................................................. 10 2.1.2.3. Nguyên lý định vị GPS ........................................................................... 11 a. Các đại lượng đo ........................................................................................... 11 b. Định vị tuyệt đối (point positioning)............................................................. 12 c. Định vị tương đối (Relative Positioning) ...................................................... 13 2.1.2.4. Các phương pháp đo GPS ...................................................................... 14 a. Đo cải chính phân sai DGPS (Code-based Differential GPS) ...................... 14 b. Đo tĩnh (Static) .............................................................................................. 15 c. Đo động (Kinematic)..................................................................................... 15 d. Đo giả động (Pseudo-Kinematic) .................................................................. 15 2.1.2.5. Cách xác định vị trí trên mặt đất thông qua hệ thống GPS. ................... 16 2.1.2.6. Các kỹ thuật định vị thuê bao di động .................................................... 19 a. Kỹ thuật Cell-ID ............................................................................................ 19 b. Kỹ thuật A-GPS (Assisted GPS - hỗ trợ GPS) ............................................. 20 c. Phương pháp kết hợp .................................................................................... 22 2.2. Giới thiệu AndroidSDK. ...................................................................................... 23 2.2.1. Giới thiệu Android Platform. ........................................................................ 23 2.2.2. Kiến trúc của Android ................................................................................... 24 2.2.2.1. Application. ............................................................................................ 25 2.2.2.2. Application Framework .......................................................................... 25 2.2.2.3. Libraries.................................................................................................. 26 2.2.2.4. Runtime Android .................................................................................... 26 2.2.2.5. Linux Kernel........................................................................................... 26 2.2.3. Các thành phần của một ứng dụng Android. ................................................ 26 2.2.3.1. Activities : .............................................................................................. 26 2.2.3.2. Intent ....................................................................................................... 28 2.2.3.3. Layouts. .................................................................................................. 28 2.2.4. GPS trên Android .......................................................................................... 29 2.2.4.1. Sử dụng dịch vụ định vị (Location-based service) trong android. ......... 29 2.2.4.2. Thiết lập Emulator với nhà cung cấp thử nghiệm. ................................. 29 2.2.4.3. Cách tạo một ứng dụng quản lý các Test Location Providers................ 30 2.2.4.4. Tìm các provider dựa trên các tiêu chuẩn yêu cầu. ................................ 33 2.2.4.5. Tìm địa điểm chính mình. ...................................................................... 34 2.2.4.6. Theo dõi chuyển động. ........................................................................... 35 Chương 3: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU HÀNH XE BUÝT ................................. 36 3.1. Phân tích yêu cầu ................................................................................................. 36 3.2. Phân tích hệ thống. ............................................................................................... 38 3.2.1. Biểu đồ use-case . .......................................................................................... 38 3.2.2. Danh sách các Actor...................................................................................... 39 3.2.3. Danh sách các Use- Case. ............................................................................. 39 3.2.4. Đặc tả các Use-Case chính ............................................................................ 40 3.2.4.1. Đặc tả use-case “Kết nối” ...................................................................... 40 3.2.4.2. Đặc tả Use-Case “đăng nhập” ................................................................ 41 3.2.4.3. Đặc tả Use-Case “Quản lý người dùng đăng nhập”. .............................. 42 3.2.4.4. Đặc tả Use-Case “Quản lý tuyến”, “Lộ trình”, “Xe buýt”, “Nhân viên”. .. ................................................................................................................ 42 3.2.4.5. Đặc tả Use-Case “Lịch sử chuyến” ........................................................ 43 3.2.4.6. Đặc tả Use-Case “Lấy thông tin” ........................................................... 44 3.2.4.7. Đặc tả Use-Case “ Khởi hành” ............................................................... 45 3.2.4.8. Đặc tả Use-Case “Cập nhật thông tin lịch sử chuyến” ........................... 45 3.2.4.9. Đặc tả Use-Case “Xử lý vi phạm”.......................................................... 46 3.2.4.10. Đặc tả Use-case “Kết thúc chuyến”. ...................................................... 47 3.2.4.11. Đặc tả Use-Case “đăng xuất”................................................................. 47 3.3. Thiết kế cơ sở dữ liệu........................................................................................... 48 3.3.1. Mô hình truyền thông .................................................................................... 48 3.3.2. Mô hình ER ................................................................................................... 49 3.3.3. Mô hình quan hệ............................................................................................ 50 Chương 4 : THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG ............................................. 56 4.1. 4.2. 4.3. Xây dựng giao thức giao tiếp giữa Client và Server. ........................................... 56 4.1.1. Server ( hồi đáp yên cầu từ phía client). .................................................... 57 4.1.2. Client ( gửi yêu cầu cho server) ................................................................. 59 Thao tác xử lý giữa client -server ........................................................................ 61 4.2.1. Server. ........................................................................................................ 61 4.2.2. Client .......................................................................................................... 64 Thiết kế thực thi ứng dụng ................................................................................... 66 4.3.1. Login. ............................................................................................................ 66 4.3.2. Lấy thông tin lộ trình của chuyến. ................................................................ 68 4.3.3. Khởi hành chuyến. ........................................................................................ 70 4.3.4. Quản lý vận hành xe buýt, kiểm tra vi phạm. ............................................... 71 4.3.4.1. Xác định vi phạm lộ trình. ...................................................................... 72 4.3.4.2. Xác định vi phạm thời gian. ................................................................... 73 4.3.4.3. Xác định vi phạm vận tốc ....................................................................... 73 4.3.5. Kết thúc chuyến............................................................................................. 74 4.3.6. Thoát khỏi hệ thống. ..................................................................................... 74 4.3.7. Quản lý cơ sở dữ liệu. ................................................................................... 75 4.3.8. Thống kê........................................................................................................ 76 Chương 5 : TỔNG KẾT ................................................................................................. 78 5.1. Kết luận ................................................................................................................ 78 5.2. Hướng phát triển .................................................................................................. 78 Tài liệu tham khảo .......................................................................................................... 79     DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AOA: Angle of Arrival A-GPS Assisted GPS BTS: Base Transceiver Station C/A code : coarse acquisition code Cell-ID Cell site Identification DGPS: Code-based Differential GPS GPS Global Positioning Systems GPRS : General Packet Radio Service GSM : Global System for Mobile Communications LBS : Location Base Services LS: Location Server M-code: Military code MS: Mobile Station NIST : The National Institute of Standards and Technology PC : personal computer P-code: precise code PDA : Personal Digital Assistant PPK : Post Processing Kinematic RTK Real Time Kinematic TOA: Time Of Arrival TDOA: Time Difference Of Arrival. TA: Timing Advance WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access ‐ i ‐    DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Các thành phần của hệ thống GPS [15] ................................................................ 7  Hình 2.2 Các vệ tinh GPS bay trên quĩ đạo [14] ................................................................. 8  Hình 2.3 Vị trí các trạm điều khiển vệ tinh GPS [10] ....................................................... 10  Hình 2.4 Xác định hiệu số giữa các thời điểm. [15].......................................................... 11  Hình 2.5 Thu tín hiệu vệ tinh GPS.[14] ............................................................................ 16  Hình 2.6 hình cầu giao nhau tai 2 điểm [14] ..................................................................... 17  Hình 2.7 Nhận thông số GPS từ bốn vệ tinh [8] ............................................................... 18  Hình 2.8 Cell-ID kết hợp với Cell-sector hoặc TA [14] ................................................... 20  Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động của A-GPS[15]................................................................. 21  Hình 2.10 Mối quan hệ giữa Android và phần cứng.[2] ................................................... 24  Hình 2.11 Sơ đồ các thành phần chính của hệ điều hành Android.[7] .............................. 25  Hình 2.12 Vòng đời của Activity. [7]................................................................................ 27  Hình 2.13 DDMS trong Eclipse ........................................................................................ 30  Hình 3.1. Mô hình Use – case ........................................................................................... 38  Hình 3.2 Mô hình truyền thông ......................................................................................... 48  Hình 3.3 Mô hình ER ........................................................................................................ 49  Hình 3.4 Mô hình quan hệ ................................................................................................. 50  Hình 4.1 Sơ đồ hoạt động của server................................................................................. 61  Hình 4.2 Sơ đồ hoạt động của Client................................................................................. 64  Hình 4.3 Giao diện màn hình đăng nhập ........................................................................... 66  Hình 4.4 Màn hình thông báo đăng nhập không thành công. ........................................... 67  Hình 4.5 Hiển thị thông tin đăng nhập và trạng thái đang chờ của client ......................... 68  ‐ ii ‐    Hình 4.6 Client và server sau khi cập nhật thông tin lộ trình ............................................ 69  Hình 4.7 Các thông tin của lộ trình chuyến. ...................................................................... 69  Hình 4.8 Hiển thị thông báo đến giờ khởi hành. ............................................................... 70  Hình 4.9 Màn hình vừa bắt đầu khởi hành chuyến ........................................................... 71  Hình 4.10 Lược đồ xác định vi phạm lộ trình ................................................................... 72  Hình 4.11 Lược đồ xác định vi phạm thời gian ................................................................. 73  Hình 4.12 Cập nhật lại thông tin khi client kết thúc chuyến ............................................. 74  Hình 4.13 Client đăng xuất khỏi hệ thống......................................................................... 75  Hình 4.14 Màn hình quản lý cơ sở dữ liệu. ....................................................................... 76  Hình 4.15 Nhập thông tin điều kiện thống kê ................................................................... 77  Hình 4.16 Danh sách thống kê sau khi nhập điều kiện. .................................................... 77    ‐ iii ‐    DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. các đặc tính kỹ thuật của các vệ tinh trong “Block I” ......................................... 9  Bảng 2.2. các đặc tính kỹ thuật của các vệ tinh trong “Block II” ....................................... 9  Bảng 2.3. Đặc tính kỹ thuật A-GPS .................................................................................. 22  Bảng 2.4. Đặc tính phương pháp kết hợp .......................................................................... 23  Bảng 3.1. Danh sách các Actor. ........................................................................................ 39  Bảng 3.2. Danh sách các Use-Case ................................................................................... 39  Bảng 3.3. Các thuộc tính của bảng TUYEN ..................................................................... 51  Bảng 3.4. Các thuộc tính của bảng XEBUYT ................................................................... 51  Bảng 3.5. Các thuộc tính của bảng NHANVIEN .............................................................. 52  Bảng 3.6. Các thuộc tính của bảng LOTRINH ................................................................. 52  Bảng 3.7. Các thuộc tính của bảng TOADOGPS.............................................................. 53  Bảng 3.8. Các thuộc tính của bảng LOTRINH_TOADO ................................................. 54  Bảng 3.9. Các thuộc tính của bảng CHUYEN .................................................................. 54  Bảng 3.10. Các thuộc tính của bảng LICHSU_CHUYEN ................................................ 55  ‐ iv ‐    Đề tài : Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Lộ Trình Xe Buýt Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1. Tổng Quan Đi xe buýt tiết kiệm và an toàn là điều mà nhiều người dân đã biết, tuy nhiên một vấn đề lâu nay khiến người dân vẫn chưa thật sự thích đi xe buýt đó chính là tình trạng xe buýt thường xuyên bị trễ giờ. Đây cũng là bài toán đặt ra mà ngành giao thông vận tải cần phải giải quyết sớm thì mới hy vọng thu hút người dân đi xe buýt ngày một đông. Nhiều cuộc khảo sát cho thấy thực tế có một số tuyến xe buýt rất thường xuyên bị trễ, có trường hợp trễ từ 15 phút đến 30 phút so với lịch trình đã vạch ra. Việc này sẽ làm ảnh hưởng đến tâm lý của những người muốn dùng xe buýt làm phương tiện giao thông trên đường, đặc biệt là những người cần thời gian chính xác như công nhân viên chức, sinh viên học sinh. Việc khắc phục tình trạng xe buýt thường xuyên bị trễ giờ là một vấn đề cần thiết để cho người dân thêm mặn mà với xe buýt, sử dụng xe buýt làm phương tiện chính để đi làm, đi học, đi chơi, mua sắm,v.v… Ngoài ra, khi hệ thống giao thông công cộng của toàn thành phố rất đông các xe buýt, với hơn 1000 xe buýt mỗi ngày hoạt động trên 100 tuyến đường thì việc quản lý rất là khó khăn trong khi đó thì cần nguồn nhân lực lớn, chi phí cao. Một mô hình quản lý xe buýt sẽ là một giải pháp tốt để giải quyết vấn đề còn tồn động này. Hiện nay, trên địa bàn thành phố vẫn chưa có một hệ thống xe buýt vận hành theo dạng client – server. Điều này gây chậm trễ và lãng phí trong vấn đề quản lý, vận hành và kiểm tra hệ thống xe buýt. Với các ứng dụng của công nghệ thông tin và các thiết vị cho phép chúng ta xác định vị trí hiện tại ở bất kỳ đâu thì việc xây dựng một hệ thống quản lý xe buýt dạng tập trung không mấy khó khăn. Và hệ thống này giúp cho công việc quản lý đơn giản, tiết kiệm, tiện lợi và chuyên nghiệp hơn. 1.2. Mục đích đề tài Xây dựng một hệ thống phần mềm quản lý dạng client – server cho phép quản lý mọi hoạt động của các xe buýt khi đang hoạt động trên địa bàn thành phố. Hệ thống máy chủ đặt ở một nơi cố định và các client có nhiệm vụ kết nối đến và báo cáo các thông tin hoạt động của client về cho server. Với một hệ thống điều hành xe buýt giúp quản lý tốt hơn các xe buýt, thống kê chính xác tình trạng của xe buýt như : tình trạng vượt tốc độ, bỏ tuyến, đi sai tuyến ‐ 1 ‐    Đề tài : Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Lộ Trình Xe Buýt đường quy định,… sẽ giúp cải thiện hoạt động của các xe buýt trong thành phố, nâng cao ý thức đối với các tài xế về trách nhiệm của mình. Các xe buýt có thể cập nhật thông tin tức thời từ máy chủ khi có thông tin thay đổi lịch trình của tuyến mà xe buýt đang hoạt động, không cần phải tốn thời gian nhận thông báo bằng văn bản hay họp thông báo nội bộ, tăng khả năng tiện lợi và hữu ích của hệ thống xe buýt. Người quản lý có thống kê được danh sách các chuyến xe buýt đang vận hành, kiểm tra các vi phạm mà điều tiết cho xe vận hành đúng với lộ trình và thời gian quy định của chuyến đó. Nếu phát hiện xe đang vi phạm thì người quản lý sẽ gửi các thông báo đến xe buýt ( client ) nhắc nhở các tài xế điều khiển xe chạy đúng theo quy định. 1.3. Phương pháp thực hiện 1.3.1. Giai đoạn 1 :Tìm hiểu thông tin liên quan. Do tính chất hoạt động của hệ thống xe buýt là luôn di chuyển nên hệ thống xe buýt sẽ ứng dụng hệ thống mạng không dây để thực hiện kết nối với server. Để xác định được vị trí, thời gian và vận tốc của xe buýt trong lộ trình thì các xe buýt phải được trang bị một thiết bị định vị GPS. GPS là hệ thống định vị toàn cầu do quân đội Mỹ phát triển giúp xác định tọa độ ở vị trí hiện tại. Trong giai đoạn này chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống GPS, cấu tạo và cách thức xác định vị trí của nó. Tìm hiểu và chọn ra một loại thiết bị hỗ trợ định vị phù hợp trang bị cho xe buýt và một thiết bị hỗ trợ kết nối với hệ thống xe buýt.Trong bài báo cáo này thiết bị được chọn để hỗ trợ thực hiện các công việc trên là một smartphone được phát triển trên nền tảng Android - một nền tảng cho việc phát triển ứng dụng của Google đối với dòng máy điện thoại có hỗ trợ hệ điều hành. Tìm hiểu môi trường lập trình của Android: • Các phương pháp hỗ trợ lập trình giao tiếp mạng. • Thư viện hộ trợ định vị trên điện thoại di động có hỗ trợ Android. 1.3.2. Giai đoạn 2 : Phân tích, xây dựng và hiện thực Phân tích các vấn đề cần liên quan. Xây dựng hệ thống quản lý danh sách xe buýt. Xây dựng một cơ sở dữ liệu lưu trữ những thông tin cần thiết cho hệ thống xe buýt cần quản lý. Thiết lập mô hình quản lý đạng client – server : ‐ 2 ‐    Đề tài : Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Lộ Trình Xe Buýt • Server : o Quản lý thông tin các xe buýt. o Cho phép gửi thông báo đến các client khi có nhu cầu cần thiết. o Tiếp nhận thông tin từ client : thời gian, địa điểm, vận tốc và tình trạng hoạt động của client, …. o Một số thao tác quản lý các client : quản lý thông tin client (xe buýt đang vận hành ), tên client, vị trí, … o Cho phép lọc danh sách các client đang chạy. o Cho phép lọc danh sách các client chuẩn bị chạy. o Thông báo thời gian xuất phát cho client. o Xác định được vận tốc của xe. • Client : o Kết nối đến server để đảm bảo đồng bộ thông tin với hệ thống quản lý xe buýt. o Cho phép nhận thông tin được cập nhật từ server. o Báo cáo thông tin thời gian, địa điểm, vận tốc và tình trạng về cho server theo thời gian nhất định,… 1.4. Phạm vi thực hiện. Để tiện cho việc quản lý và điều hành hệ thống, giám sát hoạt động của hệ thống thì chúng ta cần thiết kế, xây dựng cơ sở dữ liệu lưu trữ các thông tin cần thiết của hệ thống xe buýt. Cơ sở dữ liệu này được lưu trữ trên server và được gửi đến client khi client có nhu cầu sử dụng phần cơ sở dữ liệu cần thiết. Thiết kế một module cho phép người quản lý có toàn quyền truy xuất các thông tin trong hệ thống. Người quản lý có thể bố trí nhân viên nào sẽ điều hành xe buýt nào, bố trí lịch trình cho xe buýt trong từng tuyến, thời gian của từng chuyến của tuyến và lộ trình của chuyến phải đi qua. Thiết kế module cho phép người quản lý có thể thống kê danh sách các tuyến, xe buýt, lộ trình, nhân viên,… theo một số điều kiện do người quản trị tùy chọn. Điểm đáng chú ý ở đây là thống kê lịch sử chuyến, phần này cho phép người quản trị thống kê các trường hợp vi phạm của các xe buýt được lưu trong cơ sở dữ liệu. Nó giúp cho người quản lý có thể theo dõi được tình hình hoạt động của tất cả các xe theo từng ngày. Trên client sẽ có một module sử dụng thiết bị định vị GPS để sử lý thông tin vận hành của xe buýt. Ở module này nó thực hiện nhiệm vụ xác định vị trí hiện tại của xe ‐ 3 ‐    Đề tài : Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Lộ Trình Xe Buýt buýt, kiểm tra xe có đi đúng với lộ trình hay không bằng cách kiểm tra tọa độ hiện tại so với danh sách tọa độ, kiểm tra độ lệch thời gian của xe so với lịch trình và kiểm tra vận tốc của xe. Đồng thời module này thực hiện thao tác kiểm tra các trường hợp vi phạm về lộ tình, thời gian và vận tốc. Một xe buýt từ lúc bắt đầu hoạt động cho đến khi thoát khỏi hệ thống thì nó luôn được quản lý bởi server. Client có nhiệm vụ thông báo cho server mọi hoạt động đang diễn ra ở client như trạng thái hoạt động, tình trạng vi phạm,…Và một client được quyền yêu cầu các thông tin cần thiết cho chuyến xe buýt của mình để đảm bảo các hoạt động của các client đồng bộ so với hệ thống.  1.5. Bố cục bài báo cáo Bố cục bài báo cáo bao gồm các chương: Chương 1: Giới thiệu khái quát về đề tài và đưa ra mục đích, phương pháp thực hiện đề tài. Chương 2: Giới thiệu một số cơ sở lý thuyết làm nền tảng có liên quan đến nội dung thực hiện của đề tài bao gồm các kỹ thuật của cộng nghệ GPS, công nghệ đó được ứng dụng như thế nào và cuối cùng là phương pháp triển khai công nghệ GPS trên thiết bị di động. Chương 3: Phân tích hệ thống của ứng dụng sẽ thực hiện. Chương 4: Thiết kế và triển khai ứng dụng. Chương 5: Tổng kết lại nội dung trong bài báo cáo và đưa ra hướng phát triển mới cho ứng dụng. ‐ 4 ‐    Đề tài : Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Lộ Trình Xe Buýt Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Giới thiệu GPS 2.1.1. Sự ra đời của hệ thống GPS GPS là hệ thống bao gồm các vệ tinh bay trên quỹ đạo, thu thập thông tin toàn cầu và được xử lý bởi các trạm điều khiển trên mặt đất. Ngày nay, hầu như tất các các máy bay, con tàu hay các phương tiện thám hiểm đều có lắp đặt thiết bị nhận tín hiệu từ vệ tinh. Năm 1978, nhằm mục đích thu thập các thông tin về tọa độ (vĩ độ và kinh độ), độ cao và tốc độ của các cuộc hành quân, hướng dẫn cho pháo binh và các hạm đội, Bộ Quốc phòng Mỹ đã phóng lên quỹ đạo trái đất 24 vệ tinh. Những vệ tinh trị giá nhiều tỷ USD này bay phía trên trái đất ở độ cao 19.200 km, với tốc độ 11.200 km/h, có nhiệm vụ truyền đi các tín hiệu radio tần số thấp tới các thiết bị thu nhận. Từ những năm đầu thập kỷ 80, đối tượng sử dụng là tư nhân được các nhà sản xuất lớn chú ý đến nhiều hơn . Trên các xe hơi hạng sang, những thiết bị trợ giúp cá nhân kỹ thuật số PDA (Personal Digital Assistant) như Ipaq của hãng Compaq, được coi là một trang bị tiêu chuẩn, thể hiện giá trị của chủ sở hữu. Số lượng các vệ tinh GPS ngày càng tăng lên do được phóng lên thêm. Tính đến thời điểm năm 2009 thì số lượng vệ tinh của hệ thống GPS là 35 vệ tinh trong đó có 30 vệ tinh khỏe mạnh cho người sử dụng. Các đặc điểm mà GPS thu hút nhiều người quan tâm và sử dụng như: - Mức độ chính xác của vị trị đưa ra là tương đối cao, từ hàng mét đến hàng milimet. - Có khả năng xác định được vận tốc vật trên mặt đất vào thời điểm chính. - Tín hiệu phát ra đến được người dùng tại khắp mọi nơi trên thế giới: trên không, trên mặt đất, hay trên biển… - Nó hoạt động trong mọi thời điểm, và trong mọi thời tiết. - Là hệ thống định vị mà người dùng không phải trả tiền sử dụng. Ngoài ra các yêu cầu về phần cứng có giá cũng không phải quá cao . - Thông tin vị trí mà GPS cung cấp là được miêu tả trong không gian 3 chiều, các thông tin vị trí cung cấp như chiều dọc, chiều ngang, độ cao(hay còn gọi là kinh độ, vĩ độ, cao độ). ‐ 5 ‐    Đề tài : Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Lộ Trình Xe Buýt 2.1.2. Nghiên cứu các thành phần hệ thống GPS 2.1.2.1. Nghiên cứu việc thiết kế hệ thống GPS Công trình nghiên cứu phát triển hệ thống GPS của Bộ Quốc Phòng Mỹ được tiến hành trong năm 1973, mục đích chính lúc đó là xây dựng một hệ thống định vị hoạt động tốt trong tất cả các điều kiện thời tiết, khí hậu, hoạt động liên tục và phần quan trọng của hệ thống là cung cấp các thông tin về vị trí các điểm yêu cầu của lực lượng vũ trang Mỹ và các nước đồng minh của Mỹ. Vì thế hệ thống GPS được thiết kế để thay thế các hệ thống điều hướng đang được sử dụng và điểm mạnh của GPS so với các hệ thống có chức năng tương tự khác là ở độ tin cậy và tính bền vững. Việc thiết kế xây dựng hệ thống GPS được dựa trên các tiêu chí sau: - Một hệ thống truyền một chiều, trong đó các vệ tinh truyền tín hiệu đi mà không biết ai sẽ là người nhận tín hiệu. - Sử dụng các kỹ thuật và công nghệ hiện đại như đồng hồ nguyên tử, truyền sóng radio ngắn. - Các tín hiệu vệ tinh sẽ không bị ảnh hưởng của điều kiện thời tiết. - Hệ thống GPS gồm các vệ tinh thay nhau làm việc nhưng phải luôn đảm bảo là vào bất kì thời điểm nào cũng có đủ số vệ tinh cần thiết cùng hoạt động, để đảm bảo tính chính xác và liên tục của hệ thống. - Sự sai lệch về vị trí trong khoảng chấp nhận được. Ngày nay hệ thống GPS ngày càng hoàn thiện hơn, đặc biệt là về độ chính xác ngày càng cao đến hàng milimet. Chính vì độ chính xác cao như vậy nên GPS ngày càng được áp dụng vào nhiều ứng dụng của con người, và GPS dần dần trở nên thông dụng hơn. Các công nghệ, kỹ thuật được áp dụng trong việc xây dụng hệ thống GPS như: - Độ tin cậy của hệ thống không gian: Các hệ thống truyền tín hiệu là rất quan trọng. Ban đầu chúng được thiết kế hoạt động khoảng 2 đến 3 năm trên quĩ đạo, nhưng có một số vệ tinh đã vượt ra cả dự đoán ban đầu, chúng có thể chạy trên 25 năm trên quĩ đạo. - Công nghệ đồng hồ nguyên tử: Trước khi các chương trình của GPS được đưa vào triển khai thì sự chính xác của các đồng hồ nguyên tử đã được kiểm tra trên vũ trụ. Chúng chậm chưa tới một giây sau khi chạy hơn 15 triệu năm. Chúng đếm thời gian dựa trên cách thức các nguyên tử xeri (caesium) nhảy lên xuống giữa các mức năng lượng khác nhau. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu thuộc Viện tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia (NIST) ở Washington DC Mỹ đã chế tạo một loại đồng hồ dựa trên tần số quang học của một ion thuỷ ngân đơn nhất được làm mát (1 nguyên tử thuỷ ngân có 1 electron bị loại bỏ). Thiết bị này được tạo ra với mục đích làm cải thiện độ chính xác của đồng hồ hơn nữa. ‐ 6 ‐    Đề tài : Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Lộ Trình Xe Buýt - Máy tạo dao động tinh thể thạch anh: Máy tạo dao động tinh thể thạch anh đã được tạo ra nhằm mục tiêu giảm giá trị của thiết bị. Máy tạo dao động này hơn là việc sử dụng đồng hồ nguyên tử trong các vệ tinh GPS. Hơn nữa giá của chúng lại thấp hơn và có sự ổn định rất cao trong thời gian ngắn. - Theo dõi tính chính xác của các vệ tinh và xác định rõ quĩ đạo của chúng: Trong quá trình hoạt động của mình, các vệ tinh có thể xảy ra các sai xót, bay lệch quĩ đạo của mình( dù là rất nhỏ)… chính vì thế chúng luôn phải được quản lý,theo dõi... khi thấy sai xót là phải sửa lại ngay, điều này được thực hiện bởi trạm điều hành ở dưới mặt đất. - Công nghệ mạch tích hợp cao: Người ta dùng công nghệ mạch tích hợp cao với mục đích giảm chi phí và kích thước của thiết bị. Một mức độ về sự tinh vi của công nghệ trong việc chế tạo các chip bán dẫn, có khả năng tương đương hơn 100.000 và có thể đến 1 triệu transistor được đặt trong một chip.Sự thành công các chương trình GPS phụ thuộc rất lớn vào mạch tích hợp cao, và sức mạnh của hệ thống GPS cũng được xây dụng từ chúng. 2.1.2.2. Các thành phần hệ thống GPS Hệ thống GPS gồm có 3 thành phần chính: - Phần vũ trụ: Gồm các vệ tinh và sự truyền phát tín hiệu. - Phần điều khiển: Là các trạm trên mặt đất có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các vệ tinh, từ đó kiểm tra các vệ tinh, tính toán quĩ đạo chuyển động và đưa ra các điều chỉnh cần thiết để các vệ tinh luôn hoạt động chính xác. - Phần người dùng: Gồm người dùng và thiết bị thu GPS Hình 2.1 Các thành phần của hệ thống GPS [15] ‐ 7 ‐    Đề tài : Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Lộ Trình Xe Buýt a. Phần vũ trụ Hình 2.2 Các vệ tinh GPS bay trên quĩ đạo [14] Phần vũ trụ bao gồm các vệ tinh GPS bay trên quĩ đạo, chúng có nhiệm vụ truyền đi các tín hiệu radio tần số thấp tới các thiết bị thu nhận hoạt động bằng năng lượng mặt trời, bay trên quỹ đạo. Quãng thời gian tồn tại của chúng vào khoảng 10 năm và chi phí cho mỗi lần thay thế lên đến hàng tỷ USD. Có 5 loại vệ tinh được sử dụng trong hệ thống GPS: Block I, Block II, BlockIIA, Block IIR và Block IIF - Block I : Vệ tinh Block I đầu tiên do tập đoàn Rockwell xây dựng và đưa vào hoạt động vào ngày 22 tháng 2 năm 1978. Các vệ tinh Block I đã hoạt động từ 1978 đến 1985 với tổng số 11 vệ tinh. Các vệ tinh Block I được dùng để kiểm tra và xác nhận độ khả thi của hệ thống định vị. Block I bay trên cùng quĩ đạo với “Block II” nhưng nghiêng một góc là 630, và nó cũng sử dụng năng lượng mặt trời.  ‐ 8 ‐    Đề tài : Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Lộ Trình Xe Buýt Bảng 2.1. các đặc tính kỹ thuật của các vệ tinh trong “Block I” Block I Tần số 1572.42 MHz and 1227.6 MHz (L-Band) 2227.5 MHz (S-Band) Nhà cung cấp Tập đoàn Rockwell International Khối lượng 759kg Tuổi thọ 5 năm Điện năng tiêu thụ 0.410 kw Pin 3 – 5 cell Ah NiCd - Block II :  Các vệ tinh Block II có trọng lượng khoảng 1660 kg nặng gần gấp 2 lần Block I. Vệ tinh đầu tiên được đưa vào hoạt động đầu tiên ngày 14 tháng 2 năm 1989, với sải cánh dài 5.1m và có thời gian phục vụ khoảng 7,5 năm. Có tổng số 9 vệ tinh Block II( từ 12 đến 21), và 18 vệ tinh Block IIA hoạt động đến tháng 9 năm 1996.  Các vệ tinh Block II được thiết kế để cho phép 14 ngày hoạt động không cần sự điều khiển của phần điều khiển. Bảng 2.2. các đặc tính kỹ thuật của các vệ tinh trong “Block II” Block II Tần số 1572.42 MHz and 1227.6 MHz ( L-Band) 2227.5 MHz (S-Band) Nhà cung cấp Tập đoàn Rockwell International Khối lượng 1660kg Tuổi thọ 7.5 năm Điện năng tiêu thụ 0.710 kw Pin 3 – 5 cell Ah NiCd - Block III : Lực lượng không quân Mỹ( U.S. Air Force) muốn các vệ tinh Block III phải tăng cường tính bảo mật bằng cách cung cấp 2 kênh cho tín hiệu military-code (M-code) đó là L1 và L2 mà chúng phục vụ cho quân sự. Quá trình nghiên cứu cấu trúc của Block III gồm 3 giai đoạn. - Ngoài ra còn có một số các vệ tinh loại khác như Block IIA, Block IIF... ‐ 9 ‐    Đề tài : Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Lộ Trình Xe Buýt b. Phần điều khiển Phần điều khiển là các trạm điều khiển các vệ tinh đặt trên trái đất. Phần điều khiển gồm:1 trạm điều khiển chính, 5 trạm thu số liệu,3 trạm truyền số liệu. Hình 2.3 Vị trí các trạm điều khiển vệ tinh GPS [10] - Trạm điều khiển chính: Đặt tại Colorade Springs (Mỹ) có nhiệm vụ thu thập các dữ liệu theo dõi vệ tinh từ các trạm thu số liệu để xử lý. Công nghệ xử lý gồm: Tính lịch thiên văn, tính và hiệu chỉnh đồng hồ, hiệu chỉnh quỹ đạo điều khiển, thay thế các vệ tinh ngừng hoạt động bằng các vệ tinh dự phòng. - 5 trạm thu số liệu : đặt tại Hawai , Colorade Springs , Ascension (Nam Đại Tây Dương) , Diago Garia (Ấn Độ Dương) , Kwayalein (Nam Thái Bình Dương). Có nhiệm vụ theo dõi các tín hiệu vệ tinh để kiểm soát và dự đoán quỹ đạo của chúng. Mỗi trạm được trang bị những máy thu P-code để thu các tín hiệu của vệ tinh, sau đó truyền về trạm điều khiển chính. - 3 trạm truyền số liệu: đặt tại Ascension , Diago Garia , Kwayalein có khả năng chuyển số liệu lên vệ tinh gồm lịch thiên văn mới, hiệu chỉnh đồng hồ, các thông điệp cần phát, các lệnh điều khiển từ xa. c. Phần sử dụng Phần này gồm các thành phần: - Máy định vị (máy thu tín hiệu GPS có anten riêng): Máy thu GPS tính toán đơn vị với tần suất mỗi giây một vị trí và cho độ chính xác từ dưới 1m – 5m. Khi ta di ‐ 10 ‐