ĐỒ ÁN
ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG
BẢN ĐỒ SỐ

GVHD :
LỚP : ĐH ĐT A
KHOA : ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG
SINH VIÊN : LÊ TRỌNG DŨNG
Hà Nội – 0…/201…
Dung VP
MỤC LỤC
Lời nói đầu
Chương 1: Giới thiệu về công nghệ GPS
1.1. Giới thiệu về hệ thống GPS
1.2. Thành phần cơ bản của hệ thống GPS….
1.2.1. Bộ phận người dùng
1.2.2. Bộ phận không gian
1.2.3. Bộ phận điều khiển
1.3. Thành phần tín hiệu GPS
1.4. Cách thức làm việc của hệ thống GPS
1.4.1 .Hoạt động của GPS
1.4.2 .Ý tưởng định vị của hệ thống GPS
1.4.3. Độ chính xác của hệ thống GPS
1.4.4 Những nguồn lỗi ảnh hưởng đến tín hiệu GPS
Chương 2: Ứng dụng công nghệ GPS trong việc xây dựng bản đồ số
2.1. Tổng quan về hệ thống GIS
2.1.1 Giới thiệu về hệ thống GIS
2.2 Các thành phần của hệ thống GIS
2.3. Nguyên lý làm việc của GIS
2.4. Cấu trúc dữ liệu của GIS
2.4.1 Dữ liệu kiểu không gian

Dung VP
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay thông tin vệ tinh trên thế giới đã có những bước tiến vượt bậc đáp
ứng nhu cầu đời sống, đưa con người nhanh chóng tiếp cận với các tiến bộ khoa
học kỹ thuật. Sự ra đời của nhiều loại phương tiện tiên tiến như máy bay, tàu vũ
trụ hay các thiết bị di chuyển mặt đất khác đòi hỏi 1 kỹ thuật mà các hệ thống cũ
không thể đáp ứng được đó là định vị trong không gian 3 chiều, đứng trước sự đòi
hỏi đó chính phủ Mỹ đã tài trợ 1 chương trình nghiên cứu hệ thống định vị trong
vũ trụ. Với mục đích khảo sát, nghiên cứu hệ thống định vị này, ứng dụng công
nghệ GPS trong kỹ thuật bản đồ số, sự phát triển của công nghệ này ở Việt Nam,
chính vì vậy nhóm em đã chọn đề tài “ Ứng dụng công nghệ GPS trong kỹ thuật
xây dựng bản đồ số”. Nội dung của đề tài gồm 3 phần
Chương 1: Giới thiệu về công nghệ GPS.
Chương 2:Ứng dụng công nghệ GPS trong kỹ thuật xây dựng bản đồ số.
Chương 3: Ưu, nhược điểm và ứng dụng của công nghệ GIS tại Việt Nam
Do kiến thức và trình bày của nhóm còn hạn chế nên đề tài vẫn còn nhiều
thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý thêm của Thầy, Cô và các
bạn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã giúp nhóm em hoàn thành đồ án
này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Lê Trọng Dũng
Dung VP
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPS
1.1 Giới thiệu về hệ thống GPS
Hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của
các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí bất kỳ trên trái đất nếu
xác định được khoảng cách đến tối thiểu ba vệ tinh thì ta có thể tính được tọa độ
của vị trí đó.

Mỗi vệ tinh truyền trên 2 dải tần số L, L1 có tần số 1575.42 MHz và L2 có
tần số 1227.6 MHz. Mỗi vệ tinh truyền trên cùng tần số xác định. tuy nhiên, tín
hiệu mỗi vệ tinh thì thay đổi theo thời gian đến người sử dụng. L1 mang mã P
(precise code) và mã C/A (coarse/acquisition (C/A) code). L2 chỉ mang mã P (P
code).
Thông tin dữ liệu hàng hải được thêm các mã này. Thông tin dữ liệu hàng
hải giốngnhau được mang cả 2 dải tần số. Mã P thì thường được mã hoá vì thế chỉ
mã C/A thì có sẵn đến người sử dụng bình thường; tuy nhiên, một vài thông tin có
thể nhận được từ mã P. Khi mã hoá, mã P được hiểu như mã Y. Mỗi vệ tinh có 2
số nhận dạng. Đầu tiên là số NAVSTAR với nhận dạng trên thiết bị vệ tinh đặc
biệt. Thứ hai là số sv (the space vehicle (sv) number). Số này được ấn định để ra
lệch phóng vệ tinh. Thứ ba là số mã ồn giả ngẫu nhiên (the pseudo-random noise-
PRN). Đây chỉ là số nguyên mà nó được sử dụng để mã tín hiệu từ các vệ tinh đó.
Một vài máy ghi nhận nhận biết vệ tinh mà chúng đang ghi nhận từ mã SV, hoặc
mã khác từ mã PRN.
1.2.3 Bộ phận điều khiển.
Bộ phận điều khiển gồm toàn bộ thiết bị trên mặt đất được sử dụng để giám
sát và điều khiển các vệ tinh. Bộ phận này thường người sử dụng không nhìn thấy,
Dung VP
nhưng đây là bộ phận quan trọng của hệ thống GPS. Bộ phận điều khiển
NAVSTAR, được gọi là hệ thống điều khiển hoạt động (operational control system
(OCS)) gồm các trạm giám sát, một trạm điều khiển chính (master control station
(MCS)) và anten quay.
Các trạm giám thụ động không nhiều hơn GPS nhận mà đường bay của các
vệ tinh được nhìn thấy và do đó phạm vi tích luỹ dữ liệu từ tín hiệu vệ tinh. Có 5
trạm giám sát thụ động, toạ lạc ở Colorado Springs, Hawaii, đảo Ascencion, Diego
Garcia và Kwajalein. Các trạm giám sát gởi dữ liệu thô về trạm MSC để xử lý.
Trạm MCS được toạ lạc ở Falcon Air Force Base, cách 12 dặm về phía đông của
Colorado Springs, Colorado và được Mỹ quản lý. Trạm MCS nhận dữ liệu từ trạm
giám sát trong thời gian 24 giờ/ngày và sử dụng thông tin này để xác định nếu các

Mã P-code là 1 một chuỗi dài các số nhị phân ,nó lặp lại bản thân nó sau 266
ngày. Nó cũng nhanh hơn 10 lần so với mã C/A( tốc độ là 10.23MBps). Nhân với
thời gian lặp lại bản thân nó sau 266 ngày để cho ra tốc độ 10.23Mbps suy ra mã P-
code là một luồng gồm 2.35x1014chip mã dài 266 ngày được chia ra 38 đoạn;mỗi
đoạn là 1 tuần.32 đoạn được phân chia tới các vệ tinh khác nhau. Mỗi vệ tinh phát
ra đoạn 1-tuần của mã P-code,chúng được khởi tạo vào nửa đêm nằm giữa thứ 7 và
chủ nhật hàng tuần. 6 đoạn còn lại để dành riêng cho mục đích sử dụng khác. Mã
P-code được thiết kế chủ yếu sử dụng cho mục đích quân sự. Nó được cung cấp
cho người sử dụng vào ngày 31/1/1994. Ở thời điểm đó mã P-code được mã hóa
bằng việc thêm vào nó 1 loại mã W-code. Và kết quả của việc thêm vào loại mã
code này là mã Y-Code và nó có tốc độ chíp giống với mã P-code.
Dung VP
Hình 1.3 Mô hình tín hiệu GPS khí truyền
1.4 Cách thức làm việc của hệ thống GPS
1.4.1 Hoạt động của GPS
Cơ bản, GPS sử dụng nguyên tắc hướng thẳng tương đối của hình học và
lượng giác học. Mỗi vệ tinh liên tục phát và truyền dữ liệu trong quỹ đạo bay của
nó cho tất cả các chòm sao vệ tinh cộng thêm dữ liệu đến kịp thời và thông tin
khác. Do đó, mỗi thiết bị GPS nhận sẽ liên tục truy cập dữ liệu quỹ đạo chính xác
từ vị trí của tất cả vệ tinh có thể tính toán bằng các vi mạch có trên tất cả các GPS
nhận. Từ đó tín hiệu hoặc sóng vô tuyến di chuyển ở vận tốc hằng số (thường bằng
vận tốc ánh sáng – C ), các thiết bị GPS thu có thể tính toán khoảng cách liên quan
từ GPS đến các vệ tinh khác bằng cách máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu
được phát đi từ vệ tinh với thời gian mà thiết bị GPS thu nhận được tín hiệu do các
vệ tinh phát. Độ sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách xa vệ tinh bao
nhiêu bằng cách lấy khoảng thời gian sai lệch nhân với tốc độ của sống vô tuyến.
Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh khác nhau các thiết bị GPS thu
tín hiệu có thể tính được vị trí của thiết bị GPS.
Dung VP
Hình 1.7 Tính khoảng cách từ thiết bị GPS đến các vệ tinh

liên hệ này, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng.
Tình trạng nhất định của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng
tới độ chính xác của máy thu GPS. Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình
trong vòng 15 mét.
Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS (Hệ Tăng Vùng Rộng, Wide
Area Augmentation System) có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét.
Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của WAAS. Người dùng
cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS Vi sai (Differential GPS, DGPS) sửa
lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét. Cục Phòng vệ
Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này. Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu
tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu. Để thu được tín
hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để
dùng với máy thu GPS của họ.
Dung VP
1.4.4 Những nguồn lỗi ảnh hưởng đến tín hiệu GPS
Hệ thống GPS đã được thiết kế để ngày càng chính xác, tuy nhiên trên thực
tế vẫn còn có những lỗi. Những lỗi này có thể gây ra một sự lệch từ 50 -> 100m từ
vị trí máy thu GPS trên thực tế. sau đây có một vài nguồn lỗi được bàn tới:
a) Điều kiện khí quyển
Cả tầng điện ly lẫn tầng đối lưu đều khúc xạ những tín hiệu GPS. Nó gây ra
sự thay đổi về tốc độ của tín hiệu trong tầng điện ly và tầng đối lưu khác so với tốc
độ tín hiệu GPS trong không gian. Bởi vì vậy, khoảng cách tính toán bằng “tốc độ
x thời gian” sẽ khác nhau.
b) Lỗi do sự giao thoa tín hiệu GPS
Do sự phản xạ từ các vật cản làm cho tin hiệu GPS giao thoa với nhau làm
cho các thiết bị thu GPS sẽ thu được tín hiệu lỗi.
c) Lỗi do sự di chuyển của thiết bị GPS.
Do trong qua trình thu tín hiệu GPS các thiết bị GPS di chuyển sẽ xảy ra sai
số cỡ khoảng 5 -> 15m. là do có độ trễ xảy ra trong qua trình truyền giữa vệ tinh và
thiết bị GPS do vậy tuy theo tốc độ di chuyển của máy thu GPS mà sai số giữa vị

a, Phần cứng
Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một hệ GIS hoạt động. Ngày nay,
phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần cứng, từ máy chủ trung
tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
Dung VP
b, Phần mềm
Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết để lưu giữ,
phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần mềm GIS
là:
- Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý
- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu(DBMS)
- Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý
- Giao diện đồ hoạ người-máy (GUI) để truy cập các công cụ dễ dàng
c, Dữ liệu
Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là dữ liệu. Các dữ liệu
địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự tập hợp hoặc
được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu không
gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng DBMS để tổ chức lưu
giữ và quản lý dữ liệu.
d, Con người
Công nghệ GIS sẽ bị hạn chế nếu không có con người tham gia quản lý hệ
thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS có thể
là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống, hoặc những người
dùng GIS để giải quyết các vấn đề trong công việc.
e, Phương pháp
Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được
mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức.
2.3, Nguyên lý làm việc của GIS
GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề
có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý. Điều này đơn giản nhưng vô cùng

2.4.2 Dữ liệu kiểu phi không gian
Số liệu thuộc tính thể hiện các tính chất, số lượng, chất lượng hay mối quan
hệ của các phần tử bản đồ và các vị trí địa lý. Chúng được lưu trữ dưới dạng số hay
ký tự. Thông thường dữ liệu được quản lý dưới dạng bảng (table) bao gồm các cột
và mỗi cột là các trường (field), mỗi hàng là một mẩu tin. Để định nghĩa một
Dung VP
trường phải có tên trường (field name) và kiểu dữ liệu của trường, kiểu dữ liệu có
thể là : kiểu ký tự, kiểu số nguyên, kiểu số thực, kiểu logic…
2.5 Mô hình dữ liệu trong GIS
2.5.1 Mô hình dữ liệu kiểu RASTER
Đây là hình thức đơn giản nhất để thể hiện dữ liệu không gian, mô hình
Raster bao gồm một hệ thống ô vuông hoặc ô chữ nhật được gọi là pixel. Vị trí của
mỗi pixel được xác định bởi số hang và số cột. Giá trị được gán vào pixel tượng
trưng cho một thuộc tính mà nó thể hiện. Ví dụ một căn nhà được thể hiện bằng 1
pixel có giá trị là H, con sông được thể hiện bằng nhiều pixel có cùng giá trị là R,
tương tự khu rừng cũng được thể hiện bằng một nhóm pixel có cùng giá trị là D.
Kích thước của pixel càng nhỏ thì hình ảnh nó thể hiện càng sắc nét, thông
số thể hiện độ sắc nét gọi là độ tương phản. Ảnh có độ tương phản cao, thì độ sắc
nét càng cao, kích thước pixel nhỏ. Tuy nhiên, hai ảnh Raster có cùng kích thước,
nếu ảnh nào có độ tương phản cao thì file dữ liệu chứa nó sẽ lớn hơn. Ví dụ nếu 1
pixel thể hiện một diện tích là 250m X 250m mặt đất trên thực tế, thì để thể hiện
một khoảng cách 1km ta cấn 4 pixel, để thể hiện một diện tích 1km x 1km ta cần
16 pixel. Khi ta giảm kích thước pixel xuống còn 100m X 100m, để thể hiện một
khoảng cách 1km ta cần 10 pixel, để thể hiện một diện tích 1km X 1km ta cần 100
pixel. Vì kích thước của file dữ liệu liên quan tới số lượng pixel nên ta thấy rằng
kích thước của file tăng lên đáng kể khi ta tăng độ tương phản của ảnh Raster.
Dung VP
Đây là hình thức đơn giản nhất để thể hiện dữ liệu không gian, mô hình
Raster bao gồm một hệ thống ô vuông hoặc ô chữ nhật được gọi là pixel. Vị trí của
mỗi pixel được xác định bởi số hang và số cột. Giá trị được gán vào pixel tượng

Điểm được xác định bởi cặp giá trị đơn. Các đối tượng đơn, thông tin về địa
lý chỉ gồm cơ sở vị trí sẽ được phản ánh là đối tượng điểm. Các đối tượng kiểu
điểm có đặc điểm:
- Là toạ độ đơn (x,y)
- Không cần thể hiện chiều dài và diện tích
Số liệu vector được biểu thị dưới dạng điểm (Point).
Tỷ lệ trên bản đồ tỷ lệ lớn, đối tượng thể hiện dưới dạng vùng. Tuy nhiên
trên bản đồ tỷ lệ nhỏ, đối tượng này có thể thể hiện dưới dạng một điểm. Vì vậy,
các đối tượng điểm và vùng có thể được dùng phản ánh lẫn nhau.
b, Kiểu đối tượng đường (Arcs)
Đường được xác định như một tập hợp dãy của các điểm. Mô tả các đối
tượng địa lý dạng tuyến, có các đặc điểm sau:
- Là một dãy các cặp toạ độ
- Một arc bắt đầu và kết thúc bởi node
- Các arc nối với nhau và cắt nhau tại node
- Hình dạng của arc được định nghĩa bởi các điểm vertices
- Độ dài chính xác bằng các cặp toạ độ
Dung VP
Số liệu vector được biểu thị dưới dạng Arc
c, Kiểu đối tượng vùng (Polygons)
Vùng được xác định bởi ranh giới các đường thẳng. Các đối tượng địa lý có
diện tích và đóng kín bởi một đường được gọi là đối tượng vùng polygons, có các
đặc điểm sau:
- Polygons được mô tả bằng tập các đường (arcs) và điểm nhãn (label
points)
- Một hoặc nhiều arc định nghĩa đường bao của vùng
- Một điểm nhãn label points nằm trong vùng để mô tả, xác định cho
mỗi một vùng.
Dung VP
Số liệu vector được biểu thị dưới dạng vùng (Polygon)