ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Vũ Văn Trọng

KHAI THÁC THƯ VIỆN ỨNG DỤNG GPS
TRÊN ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH
(HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử

HÀ NỘI - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Vũ Văn Trọng

KHAI THÁC THƯ VIỆN ỨNG DỤNG GPS
TRÊN ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH
(HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử

Cán bộ hướng dẫn: TS : Seung Chul Jung

Cán bộ đồng hướng dẫn: PGS.TS: Phạm Mạnh Thắng


Từ khóa: Giám sát, GPS,hệ thống định vị.


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan khóa luận “Khai thác thư viện ứng dụng GPS trên điện thoại
thông minh (hệ điều hành android) ” là đề tài nghiên cứu của em dưới sự hướng dẫn
khoa học của TS. Seung Chul Jung , PGS.TS.Phạm Mạnh Thắng , tham khảo các
nguồn tài liệu đã được chỉ rõ trong trích dẫn và danh mục tài liệu tham khảo. Các nội
dung công bố và kết quả trình bày trong khóa luận này là trung thực.
Em xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, Ngày 6 Tháng 5 Năm 2015
Sinh viên

Vũ Văn Trọng


LỜI CẢM ƠN
Em chân thành cảm ơn Khoa Cơ Học Kỹ Thuật và Tự Động Hóa, trường Đại học
Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá
trình học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp.
Em xin nói lên lòng biết ơn sâu sắc đối với TS.Seung Chul Jung ,PGS.TS Phạm
Mạnh Thắng . Em xin chân thành cám ơn thầy đã luôn quan tâm, tận tình hướng dẫn
em trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa Cơ Học Kỹ Thuật và Tự
Động Hóa đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong suốt
quá trình học tập và thực hiện đề tài. Em cũng xin gửi lòng biết ơn đến thầy cô và bạn
bè trong lớp đã giúp đỡ, động viên tinh thần chúng em rất nhiều trong suốt quá trình
thực hiện khóa luận này.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành khóa luận trong phạm vi và khả năng cho phép
nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được sự góp ý

CSDL

Cơ sở dữ liệu

DGPS

GPS vi phân (Differential GPS)

GIS

Hệ thống thông tin địa lý (Geographie Infonnation Systems)

GPS

Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)

GPRS

Dịch vụ vô tuyến gói chung (General Packet Radio Service)

LBS

Dịch vụ dựa trên vị trí địa lý (Location-based Service)



MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài.
Trong những năm gần đây công nghệ GPS đã được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực, đây là công nghệ tiên tiến, rất thuận lợi trong công tác xây dựng các

android.
Nội dung nghiên cứu.
Ngoài phần mở đầu, kết luận, khóa luận được trình bày trong 7 chương với 61
trang thuyết minh, hình vẽ, bảng biểu.

11


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GPS.
1.1. Tổng quan về hệ thống định vị GPS
GPS hay còn được gọi là NAVSTAR là hệ thống dẫn đường vệ tinh dùng để
cung cấp thông tin về vị tri, tốc độ và thời gian cho các máy thu GPS ở khắp nơi trên
trái đất trong mọi thời điểm và mọi điều kiện thời tiết.
GPS được nghiên cứu và phát triển bởi chính phủ Hoa Kỳ và được quản lý bởi
Không lực Hoa Kỳ (U.S. Air Force) với sự giám sát của ủy ban định vị - dẫn đường
Bộ Quốc Phòng Mỹ. Ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980
chính phủ Mỹ đã cho phép sử dụng cho dân sự.
Hệ thống GPS có thể xác định vị trí với sai số từ vài trăm mét đến vài milimet.
Tất nhiên với độ chính xác càng cao thì cấu tạo của máy thu tín hiệu GPS càng phức
tạp và giá thành càng cao. Hệ thống GPS được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế như
sử dụng GPS để xác định vị trí tàu trên biển, cứu hộ, ... Ngoài ra GPS còn được sử
dụng trong lĩnh vực khai thác mỏ, địa chất, vẽ bản đồ (hệ thống GIS), quy hoạch đô
thị, điều khiển giao thông và đặc biệt là được sử dụng để định vị và dẫn đường trong
ngành hàng không.
1.2. Các thành phần của hệ thống định vị GPS.
Hệ thống GPS bao gồm ba thành phần: Bộ phận không gian (Space Segment), bộ
phận điều khiển (Control Segment) và bộ phận người sử dụng (User Segment).

Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống định vị GPS


Bộ phận điều khiển là các trạm điều khiển các vệ tinh đặt trên trái đất. Bộ phận
điều khiển gồm: 1 trạm điều khiển chính, 5 trạm thu số liệu, 3 trạm truyền số liệu.

13


Hình 1.2. Vị trí các trạm điều khiển của hệ thống GPS.
• Trạm điều khiển chính:

Đặt tại Colorade Springs (Mỹ) có nhiệm vụ thu thập các dữ liệu theo dõi vệ tinh
tù các trạm thu số liệu để xử lý.
Công việc xử lý gồm: Tính lịch thiên văn, tính và hiệu chỉnh đồng hồ, hiệu chinh
quỹ đạo điều khiển, thay thế các vệ tinh ngừng họat động bằng các vệ tinh dự phòng.
• 5 trạm thu số liệu:

Được 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.
• 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.
1.2.3. Bộ phận người sử dụng
Bộ phận người sử dụng là người sử dụng và thiết bị ghi nhận GPS. Thiết bị ghi
nhận GPS là một máy thu tín hiệu sóng vô tuyến đặc biệt. Nó được thiết kế để nghe tín

14

GPS bay quanh trái đất với quỷ đạo tròn, có tâm trùng với tâm của trái đất với bán
kính 26.500km và quay hết một vòng quanh trái đất trong nửa ngày thiên văn (tương
đương 11,96 giờ).
Tất cả các vệ tinh GPS thế hệ I (Block I) bắt đầu được phóng lên quỹ đạo từ
những năm 1978 đến nay không còn hoạt động nữa. Đến năm 1985 Mỹ bắt đầu phóng
vệ tinh GPS thế hệ II (Block II) bằng phi thuyền con thoi và tên lửa đẩy Delta II. Các
thông số chính của vệ tinh thế hệ thứ II như sau:
- Khối lượng trên quỹ đạo: 930Kg.
- Đường kính: 5,1 m.
- Tốc độ bay: 4km/s.
- Tần số sóng mang “đường xuống” băng Ll : 1575,42MHz; băng L2: 1227,6MHz.
- Tần số sóng mang “đường lên” 1783,74MHz.
- Đồng hồ: 02 đồng hồ nguyên tử Cesium; 02 đồng hồ nguyên tử Rubidium.
- Thời gian hoạt động trên quỹ đạo: 7-8 năm.

Về lý thuyết một máy thu GPS tại bất cứ một địa điểm nào trên trái đất và trong
mọi điều kiện thời tiết đều có thể “nhìn thấy” ít nhất 3 vệ tinh GPS và khi phát hiện

16


được vệ tinh thứ tư là hoàn toàn có thể xác định được vị trí của mình nhờ các phép đo
khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu.
1.3.2. Tín hiệu GPS.
Mỗi vệ tinh GPS thế hệ II đều có mang theo hai loại đồng hồ nguyên tử để đưa
thông tin thời gian vào trong tín hiệu phát. Vệ tinh GPS sử dụng tín hiệu đường xuống
băng L và được chia thành hai băng con đó là L1 và L2 với tần số sóng mang tương
ứng là =1575,42MHz và =1227,6MHz. Với tần số cơ sở =l,023MHz, người ta tạo ra
các tần sổ sóng mang bằng các bộ nhân tần: =1540; =1200.
Tín hiệu L1 từ mỗi vệ tinh sử dụng khoá dịch pha nhị phân (BPSK - Binary

truyền sóng điện từ (c = 3.108 km/s). Vì khoảng cách này khi đo sẽ có sai số nên được
gọi là tựa cự ly.
Trễ truyền sóng tầng điện ly (Inospheric Delay Data):
Dữ liệu này mang thông tin được tính toán ước lệ về trễ truyền sóng tín hiệu từ
vệ tinh khi đi qua tầng điện ly. Đây là tầng khí quyển có trễ truyền sóng cao nhất.
Trạng thái vệ tinh (Satellite Health Message):
Bản tin dẫn đường còn chứa thông tin về trạng thái của vệ tinh khi đang truyền
tin. Nếu vệ tinh hoạt động sai quy cách thì máy thu sẽ nhận được thông báo “vệ tinh
đang ốm” để từ đó máy thu loại bỏ tất cả các thông tin phát xuống từ vệ tinh này.
1.3.4. Nguyên lý định vị GPS
Dựa trên cơ sở hình học, nếu ta biết được khoảng cách và toạ độ của ít nhất 4
điểm đến một điếm bất kỳ thì vị trí của điếm đó có thể xác định được một cách chính
xác. Giả sử rằng khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ nhất là d1, điều ấy cỏ nghĩa
là máy thu nằm ở đâu đó trên mặt cầu có tâm là vệ tinh thứ nhất và bán kính mặt cầu
đó là d1. Tương tự nếu ta biết khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ hai là d2 thì vị
trí máy thu được xác định nằm trên đường tròn giao tiếp của hai mặt cầu. Nếu biết
được khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh thứ 3 thì ta có thể xác định được vị trí máy
thu là một trong hai giao điểm của của đường tròn trên với mặt cầu thứ 3 (trong 1 điểm
là vị trí của máy thu trên mặt đất,điểm giao cắt thứ hai là một nơi nào đó lơ lửng trong
không gian, cách xa trái đất hàng ngàn km nên có thể bỏ qua ). Tuy nhiên nếu ta lại
biết được khoảng cách từ máy thu đến một vệ tinh thứ 4 thì ta có thể hoàn toàn xác
định chính ác vị trí của máy thu.
Để xác định khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh ta sử dụng công thức sau:
d = V .∆t

Trong đó :
V: Là vận tốc lan truyền sóng điện từ và được tính bằng tốc độ ánh sáng.
∆t

: Là thời gian sóng điện từ đi từ máy phát đến máy thu.

có rào chắn (SPS with SA).
PPS là dịch vụ có độ chính xác cao nhất. Dịch vụ này chỉ được cung cấp cho
quân đội Mỹ và quân đội các nước đồng minh thân cận của Mỹ. Dịch vụ này có khả
năng truy nhập mã P và được dỡ bở tất cả các rào chắn SA. Các dịch vụ định vị chuẩn
SPS có độ chính xác thấp hơn và chi truy nhập tới mã C/A ở băng tần L1
1.3.6. GPS vi phân
GPS vi phân (DGPS) là một kỹ thuật nhằm giảm sai lỗi trong khi định vị bằng
cách thu thêm tín hiệu được phát ra từ một trạm chuẩn đặt ở một vị trí biết trước. Khi
trạm chuẩn thu đuợc tín hiệu từ vệ tinh, nó sẽ tự động tính toán vị trí và thời gian theo
tín hiệu vệ tinh. Vị trí và thời gian này được so sánh với vị trí và thời gian thực, từ đó
biết được sai lệch do môi trường truyền sóng và sai lệch do hiệu ứng rào chắn SA. Sau
đó, sai lệch này được chuyển thành thông tin hiệu chỉnh đưa đến máy thu này với độ
chính xác cao hơn GPS thông thường.
Có hai loại GPS vi phân: GPS cục bộ (LADGPS - Local Area Differential GPS)
và GPS diện rộng (WADGPS - Wide Area Differential GPS).
GPS cục bộ là GPS vi phân có máy thu GPS nhận thông tin hiệu chỉnh tựa cự ly
và pha sóng mang từ một trạm chuẩn được đặt trong tầm nhìn thẳng. Chính vì đặc
điểm hạn chế này nên máy thu GPS chỉ có thể thu tín hiệu khi ở trong khu vực gần
trạm chuẩn, do đó phương thức này có tên gọi là GPS cục bộ. Thông tin hiệu chỉnh
bao gồm: hiệu chỉnh quỹ đạo thu được từ vệ tinh, lỗi đồng hồ (có kể thêm hiệu ứng rào
chắn SA) và trễ truyền sóng.
GPS diện rộng sử dụng một mạng lưới các trạm chuẩn được phân bố ở một vùng
rộng lớn. Nhờ hệ thống này người ta có thể xác định riêng rẽ từng lỗi như: lỗi đồng hồ,
trễ truyền sóng, lỗi quỹ đạo. Những thông này sẽ được tính toán và gửi đến cho máy
thu GPS thông qua. các vệ tinh viễn thông hay mạng thông tin di động mặt đất.

20


1.4. Nguồn lỗi của tín hiệu GPS.

GPS

GLONASS

GALILEO

Số vệ tinh

28

30

30

Số mặt phẳng quỹ
đạo

6MEO

3MEO

3MEO

Độ nghiêng
MPQĐ

55

64.8


E5: 1202 025MHz
E6: 1278.75 MHz
Cl: 5019.86 MHz

L2: 1227.60 MHz
L5: 1176.45 MHz

G2:1246+ Kx0.5625
MHz
K= -7~24
G2 = Glx7/9

Phương trình

CDMA

FDMA

CDMA

Dạng mã số

???

Chuỗi M

???

Độ dài mã số



Sai số chủ định

SA(đã bỏ 2000)

Không có

Không có

1.5. Ứng dụng GPS trong một số lĩnh vực.
- Ứng dụng GPS trong lĩnh vực giáo dục

22


Chương trình thiết bị Bản đồ & GIS Giáo dục (Mapping & GIS Educator) giới
thiệu những giải pháp đơn giản và đa dạng, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho các tổ
chức giáo dục, thực hiện việc giảng dạy về công nghệ GPS cho học viên dựa trên
những công nghệ mới nhất của Trimble.
- Ứng dụng GPS trong lĩnh vực Dầu & Khí đốt
Ngày nay các công ty dầu và khí luôn bị đặt dưới áp lực lớn nhấtt, tuân thủ và
phù hợp với những yêu cầu và quy định quốc tế các công ty luôn phải duy trì số liệu cụ
thể về hệ thống hạ tầng ống dẫn vô cùng phức tạp của họ.
Hơn bao giờ hết, các công ty dầu và khí đốt luôn là các công ty đi đầu trong việc
ứng dụng công nghệ GPS trong việc thành lập các bản đồ, thu thập giám sát và phân
tích số liệu thưc địa.
- Ứng dụng GPS trong cơ quan chính phủ
Ngay từ những ngày đầu tiên phát triển công nghệ GPS, chính phủ vẫn luôn dẫn
đầu trong việc khai thác và sử dụng. Từ cấp trung ương đến địa phương, từ đô thị tới
nông thôn, GPS tạo điều kiện thực sự thuận lợi giúp các cơ quan công quyền hoàn

Hỗ trợ công nghệ OpenGL nên có khả năng chơi các phương tiện media, hoạt hình
cũng như trình diễn các khả năng đồ họa khác cực tốt, là tiền đề để phát triển các ứng
dụng có giao diện phức tạp chẳng hạn như là các trò chơi.
Android liên tục được phát triển, mỗi bản cập nhật từ google là mỗi lần android
được tối ưu hóa để hoạt động tốt hơn, nhanh và ổn định hơn, hỗ trợ thêm công nghệ
mới. Chẳng hạn như theo một đánh giá thì android phiên bản 2.2 hoạt động nhanh hơn
bản 2.1 tới 450%. Hiện nay, phiên bản mới nhất 2.3 phát hành ngày 6/12/2010 và đang
tiếp tục được cập nhật.
Năm 2008, hệ điều hành android đã chính thức mở toàn bộ mã nguồn, điều đó
cho phép các hãng điện thoại có thể đem mã nguồn về tùy chỉnh, thiết kế lại sao cho
phù hợp với mỗi mẫu mã điện thoại của họ và điều quan trọng nữa là hệ điều hành mở
này hoàn toàn miễn phí, không phải trả tiền nên giúp họ tiết kiệm khá lớn chi phí phát
triển hệ điều hành. Những điều đó là cực kỳ tốt không chỉ đối với các hãng sản xuất
điện thoại nhỏ mà ngay cả với những hãng lớn như Samsung, HTC....
Với Google, vì android hoàn toàn miễn phí, Google không thu tiền từ những
hãng sản xuất điện thoại, tuy không trực tiếp hưởng lợi từ android nhưng bù lại, những
dịch vụ của hãng như Google Search, Google Maps,... nhờ có android mà có thể dễ
dàng xâm nhập nhanh vào thị trường di động vì mỗi chiếc điện thoại được sản xuất ra
đều được tích hợp hàng loạt dịch vụ của Google. Từ đó hãng có thể kiếm bội, chủ yếu
là từ các nguồn quảng cáo trên các dịch vụ đó.
Với các nhà phát triển ứng dụng (developers), việc hệ điều hành android được sử
dụng phổ biến đồng nghĩa với việc họ có thể thoải mái phát triển ứng dụng trên nền
android với sự tin tưởng là ứng dụng đó sẻ có thể chạy được ngay trên nhiều dòng điện
thoại của các hãng khác nhau. Họ ít phải quan tâm là đang phát triển cho điện thoại
nào, phiên bản bao nhiêu vì nền tảng android là chung cho nhiều dòng máy, máy ảo

24


Java đã chịu trách nhiệm thực thi những ứng dụng phù hợp với mỗi dòng điện thoại