Nghiên Cứu Phát Triển Phần Mềm Tích Hợp Gps.doc

Viết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
Tải tài liệu tại sividoc.com
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TR ĐẠ Ọ Ệ
----------
VŨ QUA TẠO
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM TÍCH HỢP GPS
VÀ CẢM BIẾ TRÊ Đ ỆN THOẠ O Á P Ơ TIỆ Đ NG
THỦY
U V T Ạ S
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THU T Đ ỆN TỬ -
VIỄN THÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Ộ – 2019

ĐẦU
Hiện nay, để xác định vị trí tàu/thuyền thì thiết bị chủ yếu là định vị vệ
tinh ( Phổ biến nhất là GPS). Sai số của phương pháp định vị GPS chủ yếu là do
6 nguyên nhân dưới đây (không kể sai số nhân tạo SA đã được ra lệnh tắt): 1)
Dữ liệu Ephemeris; 2) Đồng hồ vệ tinh; 3) Trễ ở tầng điện ly; 4) Trễ ở tầng đối
lưu; 5) Nhiễu đa đường; 6) Máy thu (bao gồm cả phần mềm, tâm pha anten). Có
thể thấy rõ trong những điều kiện thời tiết xấu thì tín hiệu GPS thường yếu thậm
chí mất tín hiệu GPS làm cho quá trình định vị bị gián đoạn. Thông thường, để
hỗ trợ cho GPS thì một trong những giải pháp đó là sử dụng hệ thống dẫn đường
quán tính (INS). INS có 2 ưu điểm nổi bật khi so sánh với các hệ thống dẫn
đường khác là khả năng hoạt động tự trị và độ chính xác cao trong những
khoảng thời gian ngắn. Sự kết hợp GPS và INS là lý tưởng nhất vì INS sẽ hỗ trợ
cho GPS rất hiệu quả. Trái tim của hệ thống tích hợp này chính là bộ lọc tối ưu
bộ lọc bù.
Smartphone hay nói cách khác là điện thoại thông minh, đang trở nên rất
phổ biến trong những năm trở lại đây. Ban đầu điện thoại thông minh bao gồm
các tính năng của điện thoại di động thông thường kết hợp với các thiết bị phổ
biến khác như hệ thống định vị toàn cầu GPS, cảm biến la bàn từ, cảm biến quán
tính (dùng để xây dựng hệ INS từ cảm biến này) đã được tích hợp sẵn trong
máy.
Thay vì phải trang bị các thiết bị đơn lẻ là la bàn điện tù, thiết bị giám sát
hành trình dung thì học viên đề xuất sử dụng điện thoại thông minh như là một
thiết bị tích hợp thông tin định vị, xác định vận tốc , hướng lái cho các phương
tiện đường thủy.
Trong luận văn này, mục tiêu là bước đầu xây dựng một ứng dụng phục vụ
cho giao thông đường thủy nội địa nên luận văn chủ yếu hướng tới việc nghiên
cứu thuật toán, cách sử dụng các công cụ bộ lọc, xử lý tín hiệu.Hơn nữa, do hạn
chế về thời gian và cơ sở vật chất, các thí nghiệm kiểm thử và kết quả tạm thời
được thực hiện trên đường bộ.
1

Ả Ơ
Xuất phát từ những ý nghĩa thực tế hỗ trợ các phương tiện giao thông
đường thủy, luận văn là kết quả của quá trình nghiên cứu lý luận và thực tiễn của
cá nhân tác giả dựa trên sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Trần Đức
Tân. Thầy đã không quản khó khăn, thời gian, công sức để giúp tôi hoàn thành
luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Đức Tân. Được
thầy hướng dẫn là một vinh hạnh lớn của cá nhân tác giả, bởi lẽ thầy là một nhà
giáo trẻ, mẫu mực, say mê nghiên cứu khoa học, là người có phương pháp
nghiên cứu, có nhiều đóng góp cho sự nghiệp nghiên cứu khoa học .
Tôi c ng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo và bạn b trong lớp K23
chuyên ngành Kỹ thuật điện tử, Khoa Điện Tử – Viễn Thông, Trường Đại Học
Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã có những nhận x t, góp ý cho luận văn
này của tôi.
Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ một phần của đề tài khoa học mã số DT194031
trong quá trình tôi thực hiện luận văn này.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình tôi, cơ quan tôi đang công
tác, những người đã tạo điều kiện cho tôi học tập và nghiên cứu. Gia đình là
động lực cho tôi vượt qua những thử thách, luôn luôn ủng hộ và động viên tôi
hoàn thành luận văn này.
2

A ĐOA
Tôi xin cam đoan luận văn này là sản phẩm của quá trình nghiên cứu, tìm
hiểu của cá nhân dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo của các thầy hướng dẫn, thầy cô
trong bộ môn, trong khoa và các bạn b . Tôi không sao ch p các tài liệu hay các
công trình nghiên cứu của người khác để làm luận văn này.
Nếu vi phạm, tôi xin chịu mọi trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2019
HỌC VIÊN
Vũ Quang Tạo
3

MỤC LỤC
LỜI N I Đ U ........................................................................................................ 1
LỜI CẢM N ......................................................................................................... 2
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................... 3
DANH MỤC C C K HI U V CHỮ VI T TẮT ............................................. 6
DANH MỤC H NH ẢNH ...................................................................................... 7
DANH MỤC BẢNG............................................................................................... 9
CHƯ NG I. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUY T.................................................... 10
1.1. T M QUAN TRỌNG CỦA ĐỊNH VỊ TRÊN GIAO THÔNG ĐƯỜNG THỦY ....... 10
1.1. TỔNG QUAN VỀ H THỐNG ĐỊNH VỊ TO N C U GPS ............................. 11
1.1.1 Lịch sử phát triển ...................................................................... 11
1.1.2 Cấu trúc hệ thống GPS .............................................................. 12
1.3. NGUYÊN L ĐỊNH VỊ GPS .................................................................... 15
1.3.1. Nguyên lý định vị tuyệt đối ........................................................ 15
1.3.2. Nguyên lý Định vị tương đối ..................................................... 16
1.3.3. Các nguồn sai số trong kết quả đo GPS ................................... 17
CHƯ NG II. C C TH NH PH N ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ỨNG DỤNG21
2.1. TH NH PH N PH N CỨNG .................................................................... 21
2.1.1 Cảm biến gia tốc (Accelerometer) trên điện thoại .................... 21
2.1.2. Cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscope) trên điện thoại .... 23
2.1.3. Cảm biến la bàn (Compass): ..................................................... 24
2.2. TH NH PH N PH N MỀM...................................................................... 25
2.2.1. Hệ điều hành Android ............................................................... 25
2.2.2 Google APIs - Giao diện lập trình ứng dụng ............................ 26
2.2.3 Google Location Service API – Lấy vị trí trên thiết bị Android 26
2.3 C C THUẬT TO N ................................................................................ 27
2.3.1. Bộ lọc bù .................................................................................... 27
2.3.2. Xác định va chạm ...................................................................... 30
2.3.3 Lưu lại các hành trình đã đi ...................................................... 32
2.4. C C TÍNH NĂNG CỦA H THỐNG........................................................... 33
2.4.1. Định vị vị trí phương tiện .......................................................... 33
2.4.2. Lưu lại hành trình trong khoảng thời gian nhất định ............... 34
2.4.3. Lưu lại lịch sử đường đi ............................................................ 35
4

2.4.4. Cảnh báo va chạm
36
CHƯ NG III. K T QUẢ VÀ NHẬN XÉT.........................................................37
3.1. KHẢO S T THỰC NGHI M BỘ LỌC BÙ.....................................................37
3.3. C C TÍNH NĂNG CỦA PH N MỀM ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC .....................................45
K T LUẬN ...........................................................................................................51
HƯỚNG PHÁT TRIỂN........................................................................................52
TÀI LI U THAM KHẢO.....................................................................................53
5

A Ụ Á ỆU V ỮV ẾTT T
Ký hiệu nghĩa Tiếng Anh nghĩa Tiếng Việt
GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu
TND Inland Waterway Thủy nội địa
NAVSTAR Navigation Satellite Điều hướng về tinh thời gian
Timing and Ranging và định vị
ECEF Earth-Centered, Earth - Hệ tọa độ chuẩn địa tâm
Fixed
DOP Dilution of precision Suy giảm độ chính xác
IIR Infinite Impulse Response Đáp ứng xung
API Application Programming Giao diện lập trình ứng dụng
Interface
RMS Root Mean Square Căn bậc hai của tổng bình
phương
6

A Ụ ẢNH
Hình 1. 1: Giao thông đường thủy Việt Nam phức tạp ....................................... 10
Hình 1. 2: Ứng dụng công nghệ GPS vào phương tiện đường thủy ................... 11
Hình 1. 3: Các thành phần cơ bản của GPS ........................................................ 13
Hình 1. 4: Vệ tinh xung quanh trái đất ............................................................... 13
Hình 1. 5: Vị trí các trạm điều khiển và giám sát hệ thống GPS ........................ 14
Hình 1. 6: Vị trí các trạm điều khiển và giám sát hệ thống GPS ....................... 15
Hình 1. 7: Phương pháp định vị tương đối .......................................................... 17
Hình 1. 8: Hiện tượng đa truyền ........................................................................ 19
Hình 2. 1: Mô hình cảm biến gia tốc của SmartPhone ..................................... 21
Hình 2. 2: Khối lượng vật thể chuyển động sinh ra dòng điện .......................... 22
Hình 2. 3: Ba trục cảm biến gia tốc .................................................................... 23
Hình 2. 4: Ba hướng góc của cảm biến con quay hồi chuyển ........................... 24
Hình 2. 5: Cảm biến la bàn trên Android ........................................................... 25
Hình 2. 6: Thị phần các hệ điều hành điện thoại trên thế giới vào năm 2017 .... 26
Hình 2. 7: Dịch vụ vị trí của Google “Google Location Serivices API” ............ 27
Hình 2. 8: Mô hình bộ lọc bù .............................................................................. 29
Hình 2. 9: Lưu đồ hoạt động của bộ lọc bù ......................................................... 30
Hình 2. 10: Lưu đồ thuật toán xác định va chạm ................................................ 32
Hình 2. 11: Lưu đồ thuật toán lưu hành trình đã đi ............................................ 33
Hình 2. 12: Xác định vị trí người dùng ............................................................... 34
Hình 2. 13: Bắt đầu và dừng lại ghi hành trình ................................................... 34
Hình 2. 14: Vẽ lại hành trình đã đi ...................................................................... 35
Hình 2. 15: Lưu lại lịch sử các hành trình ........................................................... 36
Hình 2. 16: Tính năng cảnh báo va chạm ........................................................... 36
Hình 3. 1: Góc hướng của thiết bị sau khi qua bộ lọc trong trường hợp đứng yên,
tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28) ..................................................... 37
Hình 3. 2: Góc hướng của thiết bị sau khi đi qua bộ lọc bù trong trường hợp di
chuyển trên đường thằng, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28) ........... 38
7

chuyển trên đường tròn, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28) .............. 39
Hình 3. 4: Góc hướng của thiết bị sau khi đi qua bộ lọc bù trong trường hợp
quay quanh tâm của thiết bị, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28) ....... 39
chuyển trên hình chữ nhật quay 3 lần, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API
28)........................................................................................................................ 40
Hình 3. 6: Tín hiệu ba trục Ax, Ay, Az thu được từ cảm biến gia tốc trong điện
thoại trước khi tiền xử lý. Trạng thái lấy mẫu là điện thoại để yên trên mặt bàn,
Hình 3. 7: Tín hiệu ba trục Ax, Ay thu được từ cảm biến gia tốc trong điện thoại
trước khi tiền xử lý. Trạng thái lấy mẫu là điện thoại để yên trên mặt bàn, tần số
lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28) ................................................................ 41
Hình 3. 8: Tín hiệu ba trục Ax, Ay, Az thu được từ cảm biến gia tốc trong điện
thoại sau khi đi qua bước tiền xử lý. Ba đường màu xanh, đỏ cam lần lượt là tín
hiệu Ax, Ay, Az, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28) ......................... 43
Hình 3. 9: Tín hiệu Ax, Ay thu được từ cảm biến gia tốc trong điện thoại sau khi
đi qua bước tiền xử lý, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28) ................ 43
Hình 3. 10: Sự thay đổi của gia tốc theo 3 trục Ax, Ay, Az khi xảy ra va chạm,
Hình 3. 11: Sự thay đổi của RMS khi xảy ra va chạm, tần số lấy mẫu fs = 50Hz
(Nokia x6, API 28) .............................................................................................. 45
Hình 3. 12: Một số quyền mà BoatSafe cần được cung cấp ............................... 46
Hình 3. 13: So sánh độ chính xác BoatSafe với Google Map ............................ 46
Hình 3. 14: Lấy các dữ liệu cần thiết .................................................................. 47
Hình 3. 15: Lưu lại và vẽ lại các hành trình đã đi ............................................... 47
Hình 3. 16: Đoạn đường mất kết nối với GPS được thể hiện bằng đường thẳng
n t đứt .................................................................................................................. 48
Hình 3. 17: Chọn số điện thoại có sẵn trong danh bạ làm số gọi khẩn cấp ........ 49
Hình 3. 18: Người dùng bật chế độ cảnh báo va chạm nếu cần .......................... 49
Hình 3. 19: Khi gặp va chạm, thiết bị sẽ xuất hiện dialog xem người dùng có
đang thật sự bị tan nạn hay không. ...................................................................... 50
8

A Ụ ẢNG
Bảng 1: Thống kê nguồn lỗi khi đo GPS và biện pháp khắc phục .....................20
9

Ơ . TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT
1.1. Tầm quan trọng của định vị trên giao thông đường thủy
Hiện nay, Việt Nam có khoảng 2.360 con sông và kênh đào với tổng
chiều dài là 220.000 km. Trong đó, có 19% (41.900 km) là lưu thông được và
7% (15.436 km) được quản lý và vận hành. Nhà nước Việt Nam quản lý 65
tuyến đường thủy ở khu vực phía Bắc, trong khi đó ở miền Trung là 21 tuyến
đường thủy và ở miền Nam là 101 tuyến đường thủy. Giao thông vận tải đường
thủy nội địa đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành nền kinh tế Việt Nam
với 2 đồng bằng châu thổ rộng lớn là đồng bằng châu thổ sông Hồng và đồng
bằng châu thổ sông Cửu Long [1].
Thực tế giao thông đường thủy tại Việt Nam là giao thông hỗn hợp, có cả
hàng hải, thủy nội địa, nhiều loại phương tiện cùng lưu thông trên sông, đặc biệt
là các khu vực có các cảng lớn như Hải Phòng, Quảng Ninh, đồng bằng sông
Cửu Long. Trong khi các loại tàu biển trong nước và nước ngoài luôn được
trang bị đầy đủ hệ thống hỗ trợ theo quy dịnh của Bộ luật hàng hải Việt Nam và
tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO)….thì hầu hết các phương tiện thủy nội địa ở
nước ta chưa được trang bị một cách đầu đủ. Do vậy, rất khó quản lý một cách
tuyệt đối các phương tiện thủy nội địa. Hơn nữa, các phương tiện thủy nội địa
khi di chuyển chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của người dân, theo phương pháp
truyền thống. Hơn nữa, dưới tác động của thời tiết, các phương tiện thủy nội địa
khi hoạt động sẽ vẫn gặp nguy cơ tai nạn rất cao khi không được trang bị các hệ
thống hỗ trợ. Do vậy, phương án đưa công nghệ định vị GPS vào giao thông
đường thủy được đề xuất.
Hình 1. 1: Giao thông đường thủy Việt Nam phức tạp1
1
https://maydinhvigps.vn/tim-hieu-ve-he-thong-dinh-vi-gps-tau-thuy-tau-bien-cano-thuyen-danh-ca-
3107.html
10

Hệ thống dịch vụ GPS phục vụ cho công tác quản lý thông qua các giải
pháp tối ưu cho: các đội tàu đánh cá truyền thống trên cả nước, các đội tàu kiểm
ngư hỗ trợ cho ngư dân trong công tác quốc phòng [2], giúp các phương tiện
thủy nội địa lưu thông một cách dễ dàng và an toàn. Việc tích hợp hệ thống định
vị GPS dựa vào các cảm biển ngà càng trở nên phổ biến khiến việc giám sát tàu
thuyền trở nên đơn giản, tức thì và nhanh chóng.
Hình 1. 2: Ứng dụng công nghệ GPS vào phương tiện đường thủy2
Trong bài luận văn này, một phần mềm ứng dụng chạy trên nền tảng
Android sử dụng GPS và các thuật toán để người đi các phương tiện đường thủy
có thể di chuyển một cách hiệu quả và chính xác nhất .
1.2. Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS
1.2.1. Lịch sử phát triển
Hệ thống định vị toàn cầu GPS (NAVSTAR GPS - Navigation Satellite)
Timing and Ranging Global Poritioning System) là một hệ thống dẫn
đường vô tuyến điện toàn cầu được thành lập bởi bộ quốc phòng Hoa Kỳ, có
chức năng điều hướng, xác định vị trí, thông tin thời gian phục vụ cho các hoạt
động quân sự [6].
Sau này, hệ thống GPS được cho phép sử dụng cho cả mục đích dân sự,
và hiện nay, hệ thống đang được truy nhập bởi cả hai lĩnh vực quân sự và dân
sự. Từ đó các nhà khoa học của nhiều nước phát triển đã lao vào cuộc chay đua
để đạt những hiệu quả cao nhất trong lĩnh vực sử dụng hệ thống vệ tinh chuyên
dụng GPS. Những thành tựu này cho kết quả trong hai hướng chủ đạo là chế tạo
2
http://climatechangegis.blogspot.com/2012/04/gps-thanh-phan-nguyen-ly-va-cac-ung_2196.html
11

các máy thu tín hiệu và thiết lập các phần mềm để chế biến tín hiệu cho các mục
đích khác nhau.
GPS đã từng bao gồm một mạng lưới 24 vệ tinh hoạt động. Mạng lưới này
chính thức hoàn thành vào ngày 8-12-1993. Để đảm bảo vùng phủ sóng liên tục
trên toàn thế giới, các vệ tinh GPS được sắp xếp sao cho 4 vệ tinh sẽ nằm cùng
nhau trên 1 trong 6 mặt phẳng quỹ đạo. Với cách sắp xếp này sẽ có 4 đến 10 vệ
tinh được nhìn thấy tại bất kỳ điểm nào trên trái đất với góc ngẩng là
100 độ nhưng thực tế chỉ cần 4 vệ tinh là có thể cung cấp đầy đủ các thông tin
về vị trí.
Các quỹ đạo vệ tinh GPS là những đường vòng, có dạng elip với độ lệch
tâm cực đại là 0.01, nghiêng khoảng 550
so với đường xích đạo. Độ cao của các
vệ tinh so với bề mặt trái đất là khoảng 20.200 km, chu kỳ quỹ đạo các vệ tinh
GPS khoảng 12 giờ (11 giờ 58 phút). Hệ thống GPS được chính thức tuyên bố
có khả năng đi vào hoạt động vào ngày 17 -7-1995 với việc đảm bảo có tối thiểu
24 vệ tinh hoạt động. Trong thực tế, để GPS có khả năng hoạt động tốt, số lượng
vệ tinh trong mạng lưới GPS phải luôn luôn nhiều hơn 24 vệ tinh [3].
1.2.2. Cấu trúc hệ thống GPS
GPS gồm 3 phân vùng:
 Phần không gian (space segment): bao gồm các vệ tinh, chúng truyền
những tín hiệu cần thiết cho hệ thống hoạt động.

 Phần điều khiển (control segment): Các tiện ích trên mắt đất thực hiện
nhiệm vụ theo dõi vệ tinh, tính toán quĩ đạo cần thiết cho sự quản lý mảng
không gian.

 Phần người sử dụng (user segment): toàn thể các thiết bị thu và kỹ thuật
tính toán để cung cấp cho người sử dụng thông tin về vị trí.

Mô hình ba phần của GPS như hình:
12

Hình 1. 3: Các thành phần cơ bản của GPS 2
1.2.2.1. Phần không gian (space segment)
Các chức năng chính của vệ tinh bao gồm:
 Thu nhận và lưu trữ dữ liệu được truyền từ mảng điều khiển.

 Cung cấp thời gian chính xác bằng các chuẩn tần số nguyên tử đặt trên vệ

tinh.

 Truyền thông tin và tín hiệu đến người sử dụng trên một hay hai tần số
Hình 1. 4: Vệ tinh xung quanh trái đất 3
Các thế hệ vệ tinh GPS được đánh số Block I, II, IIA, IIR, IIF.
Thế hệ vệ tinh đầ tiên là Block I được xây dựng bởi Rockwell
International Corporation, Block II và IIA c ng do công ty này xây dựng nhưng
3
https://tinhte.vn/threads/cac-he-thong-ve-tinh-dinh-vi-toan-cau-tren-the-gioi-hien-nay.2773511/
13

nặng đến 900 kg. Tuổi thọ của chúng khoảng 7.5 năm. Sự thay thế các vệ tinh
Block II/IIA bằng Block IIR bắt đầu từ năm 1996. Những vệ tinh này công ty
General Electric xây dựng. Block IIF vẫn đang trong giai đoạn thiết kế và dự
định phóng lên quĩ đạo từ năm 2005.
1.2.2.2. Phần điểu khiển (control segment)
Phần điều khiển là để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống GPS c ng
như hiệu chỉnh tín hiệu thông tin của vệ tinh hệ thống GPS. Phần điều khiển có
5 trạm quan sát có nhiệm vụ như sau:
 Giám sát và điều khiển hệ thống vệ tinh liên tục

 Quy định thời gian hệ thống GPS

 Dự đoán dữ liệu lịch thiên văn và hoạt động của đồng hồ trên vệ tinh

 Cập nhật định kỳ thông tin dẫn đường cho từng vệ tinh cụ thể.

Có một trạm điều khiển chính (Master Control Station) ở Colorado
Springs bang Colarado của Mỹ và 4 trạm giám sát (monitor stations) và ba
trạm ăng ten mặt đất dùng để cung cấp dữ liệu cho các vệ tinh GPS. Bản đồ
trong Hình 1.4 - cho biết vị trí các trạm điều khiển và giám sát hệ thống GPS.
Gần đây có thêm một trạm phụ ở Cape Cañaveral (bang Florida, Mỹ) và một
mạng quân sự phụ (NIMA) được sử dụng để đánh giá đặc tính và dữ liệu thời
gian thực.
Hình 1. 5: Vị trí các trạm điều khiển và giám sát hệ thống GPS 3
1.2.2.3. Phần người dùng (user segment)
Thiết bị của người sử dụng GPS là các máy thu bao gồm:
 Phần cứng (theo dõi tín hiệu và trị đo khoảng cách).

 Phần mềm (các thuật toán, giao diện người sử dụng).

 Các quá trình điều hành.
14

1.3. guyên lý định vị GPS
Định vị là việc xác định vị trí điểm cần đo. Tuỳ thuộc vào đặc điểm cụ thể
của việc xác định toạ độ người ta chia thành 2 loại hình định vị cơ bản: Định vị
tuyệt đối và định vị tương đối.
1.3.1. Nguyên lý định vị tuyệt đối
Nguyên lý định vị tuyệt đối của GPS là lấy tâm trái đất làm gốc tọa độ,
xác định vị trí ăng ten của máy tiếp nhận ở trong hệ tọa độ WGS-84 [7]. Do
trong quá trình định vị chỉ cần dùng đến một máy tiếp nhận, nên được gọi là
cách khác là định vị đơn điểm.
Nguyên lý cơ bản của phương pháp định vị tuyệt đối là lấy khoảng cách
đo được giữa vệ tinh và ăng ten của máy tiếp nhận làm chuẩn, dựa vào tọa độ đã
biết của vệ tinh ở ngay thời điểm đấy để xác định vị trí của máy thu ở trên mặt
đất. Phương pháp định vị tuyệt đối của GPS thực chất là phương pháp không
gian giao hội nghịch [8]. Do đó ở mỗi máy thu, chỉ cần lấy được ba khoảng cách
từ máy thu đến ba vệ tinh khác nhau là được. Nói cách khác, máy thu sẽ giao
của ba đường tròn có tâm là các vệ tinh và bán kính là khoảng cách từ vệ tinh
đến máy thu.
Hình 1. 6: Vị trí các trạm điều khiển và giám sát hệ thống GPS 4
Để xác định khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh, ta sử dụng công thức sau
d = V. ∆ t (1)
trong đó :
4
http://www.physics.org/article-questions.asp?id=55
15

V: Vận tốc lan truyền sóng điện từ và được tính bằng tốc độ ánh sáng
∆t: Là thời gian sngs điện từ di từ vệ tinh đến máy thu.
Tuy nhiên GPS được áp dụng nguyên tắc tính khoảng cách một chiều, vì
thế có sự sai số giữa đồ hồ đo của máy thu và vệ tinh. Hơn nữa, khoảng cách từ
vệ tinh đến máy thu tương đối xa, dẫn đến sự sai lệch về thời gian gọi là khoảng
cách giả (Pseudo range) [9]. Sai số của đồng hồ vệ tinh có thể được điều chỉnh
bởi những bức điện dẫn đường (chứa các thông tin định vị như thông tin hành
trình của vệ tinh, trạng thái hoạt động, thời gian đã sửa, khoảng cách bị chậm ở
tầng điện li đã sửa, sự khúc xạ ở tầng khí quyển đã sửa vv..)”, tuy nhiên đối với
đồng hồ của máy tiếp nhận rất khó để có thể dự báo trước và sửa thông số. Vì
thế, coi thông số thời gian này như một tham số cùng với các tham số tọa độ của
máy tiếp nhận là các ẩn phải tìm. Do đó ở bất kì một máy tiếp nhận tín hiệu GPS
nào trên mặt đất nếu muốn xác định tọa độ của máy đó thì lúc nào c ng phải giải
hệ phương trình bốn ẩn (ba ẩn là ba hệ tọa độ của máy và một ẩn là sai số thời
gian), tức là ít nhất phải xác định bốn khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy tiếp
nhận. Điều này có nghĩa là ở một điểm bất kì phải ít nhất có bốn vệ tinh cùng
theo dõi
1.3.2. Nguyên lý Định vị tương đối
Đo GPS tương đối là trường hợp sử dụng hai máy thu GPS đặt tại hai
điểm quan sát khác nhau để xác định ra hiệu tọa độ vuông góc không gian ( ∆X,
∆Y, ∆Z ) hay hiệu tọa độ mặt cầu ( ∆B, ∆L, ∆H ) giữa chúng trong hệ tọa độ
WGS – 84.
Nguyên lý đo GPS tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng
đo là pha của sóng tải. Để đạt được độ chính xác cao và rất cao cho kết quả xác
định hiệu tọa độ (hay vị trí tương hỗ) giữa hai điểm x t người ta đã tạo và sử
dụng các sai phân khác nhau cho pha tải nhằm làm giảm ảnh hưởng của các
nguồn sai số khác nhau như: Sai số đồng hồ vệ tinh c ng như trên máy thu, sai số
tọa độ vệ tinh, sai số nguyên đa trị…
16

Hình 1. 7: Phương pháp định vị tương đối
Số vệ tinh GPS xuất hiện trên bầu trời thường nhiều hơn 4, có khi lên tới
10 vệ tinh. Bằng cách tổ hợp theo từng cặp vệ tinh ta sẽ có rất nhiều trị đo.
Không những thế khi đo tương đối các vệ tinh lại được quan sát trong một
khoảng thời gian tương đối dài, thường từ nửa giờ đến vài ba giờ. Do vậy trên
thực tế số lượng trị đo để xác định ra hiệu tọa độ giữa hai điểm quan sát sẽ là rất
lớn và khi đó số liệu đo sẽ được xử lý theo nguyên tắc bình phương nhỏ nhất.
Độ chính xác tương đối đạt cỡ cm, và chủ yếu áp dụng trong trắc địa.
1.3.3. Các nguồn sai số trong kết quả đo GPS
C ng như bất kỳ một phương pháp đo đạc khác, việc định vị bằng hệ
thống GPS chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau.
- Sai số đo đồng hồ
Đồng hồ của vệ tinh, đồng hồ máy thu luôn có sự sai số, thêm vào đó, có
là do khoảng cách quá xa giữ máy thu và vệ tinh dẫn đến sự không đồng bộ của
chúng.
Đồng hồ trên vệ tinh được trạm điều khiển trên mặt đất theo dõi và do đó
nếu phát hiện có sai lệch trạm này sẽ phát tín hiệu chỉ thị thông báo số cải chính
cho máy thu GPS biết để xử lý [10]. Để làm giảm ảnh hưởng của sai số đồng hồ
của cả vệ tinh và máy thu, người ta sử dụng hiệu các trị đo giữa các vệ tinh c ng
như giữa các trạm quan sát.
- Sai số quỹ đạo vệ tinh
Tọa độ điểm đo GPS được tính dựa vào vị trí đã biết của vệ tinh. Người ta
sử dụng phải dựa vào lịch thông báo tọa độ vệ tinh mà theo lịch tọa độ vệ tinh có
thể bị sai số.
17

Do vậy nếu sử dụng quỹ đạo vệ tinh chính xác có thể đạt kết quả định vị
tốt hơn. Có hai phương án nhằm hoàn thiện thông tin quỹ đạo vệ tinh:
+ Sử dụng những trạm mặt đất có vị trí chính xác làm những
điểm chuẩn để tinh chỉnh quỹ đạo vệ tinh dành cho công tác đo đạc đặc biệt.
+ Thu nhận lịch vệ tinh chính xác từ Dịch vụ địa học GPS Quốc tế (The
International GPS Service for Geodynamics – IGS) [11].
- Ảnh hưởng của tầng ion
Tín hiệu vệ tinh trước khi đến máy thu phải xuyên qua môi trường
trong bầu khí quyển ở độ cao từ 50 – 500 km, tầng ion có tính chất khúc xạ đối
với sóng điện từ, chiết suất của tầng ion tỷ lệ với tần số sóng điện từ
truyền qua nó. Do vậy trị đo của máy thu 2 tần số cho phép giảm ảnh hưởng tán
sắc của tầng ion [11].
Với máy thu 2 tần số ảnh hưởng tầng ion, trị đo giải trừ do đó việc định vị
có độ chính xác cao hơn, nhất là đối với việc đo cạnh dài.
- Ảnh hưởng của tầng đối lưu
Tầng đối lưu có độ cao đến 8km so với mặt đất là tầng làm khúc xạ đối
với tín hiệu GPS do chiết suất biến đổi. Do vậy số cải chính mô hình khí quyển
phải được áp dụng đối với trị đo của máy một tần số và cả máy hai tần số, chiết
suất của tầng đối lưu sinh ra độ chậm pha tín hiệu, được chia thành hai loại ướt
và khô, ảnh hưởng của chiết suất khô được tạo thành mô hình loại trừ nhưng ảnh
hưởng của chiết suất ướt là nguồn sai số khó lập mô hình và loại bỏ trong trị đo
GPS [10].
- Tầm nhìn vệ tinh và sự trượt chu kỳ
Điểm quan trọng nhất khi đo GPS là phải thu được tín hiệu ít nhất 4 vệ
tinh tức là phải có tầm nhìn thông tới các vệ tinh đó.
Tín hiệu GPS là sóng cực ngắn trong phổ điện từ, nó có thể xuyên qua
mây mù, song không thể truyền qua được tán cây hoặc các vật cản che chắn. Do
vậy tầm nhìn vệ tinh thông thoáng có tầm quan trọng đặc biệt đối với công tác
đo GPS.
Khi sử dụng trị đo pha cần phải đảm bảo thu tín hiệu vệ tinh trực tiếp, liên
tục nhằm xác định số nguyên lần bước sóng khởi đầu. Tuy nhiên có trường hợp
ngay cả khi vệ tinh vẫn nhìn thấy nhưng máy thu vẫn bị gián đoạn thu tín hiệu,
trường hợp đó có một số chu kỳ không xác định đã trôi qua mà máy thu vẫn
không đếm được khiến cho số nguyên lần bước sóng thay đổi và làm sai kết quả
định vị. Do đó cần phải phát hiện và xác định sự trượt chu kỳ trong tín hiệu
18

GPS. Một số máy thu có thể nhận biết sự trượt chu kỳ và thêm vào số hiệu chỉnh
tương ứng khi xử lý số liệu. Mặt khác khi tính toán xử lý số liệu GPS có thể
dùng sai phân bậc ba để nhận biết và xử lý trượt chu kỳ.
- Hiện tượng đa đường
Đó là những tín hiệu từ vệ tinh không đến thẳng anten mà bị khúc xạ hoặc
phản xạ qua một vật nào dó xung quanh. Do vậy, dẫn đến kết quả đo bị sai lệch
về khoảng cách và thời gian. Để khắc phục được hiện tượng này, anten phải có
tầm nhìn vệ tinh thông thoáng một góc thích hợp để giảm ảnh hưởng bất lợi của
chiết quang khí quyển và hiện tượng đa truyền [13]
Hình 1. 8: Hiện tượng đa truyền 5
Hầu hết anten GPS gắn bản dạng phẳng, tròn che chắn tín hiệu phản xạ từ
dưới mặt đất lên.
- Sự suy giảm độ chính xác ( OPs) do đồ hình các vệ tinh
Việc định vị GPS là việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa vào
điểm gốc là vệ tinh và các khoảng cách tương ứng đến máy thu GPS.
Trường hợp tối ưu khi thu tín hiệu vệ tinh GPS là vệ tinh cần phải có sự
phân bố hình học cân đối trên bầu trời xung quanh điểm đo. Chỉ số mô tả đồ
hình vệ tinh gọi là hệ số phân tán độ chính xác - hệ số DOP (Delution of
Precision). Chỉ số DOP là số nghịch đảo thể tích của khối tỷ diện tạo thành giữa
các vệ tinh và máy thu. Chỉ số này chia ra thành các loại sau:
+ PDOP chỉ số phân tán độ chính xác về vị trí (Positional DOP).
+ TDOP là chỉ số phân tán độ chính xác về thời gian (Teme DOP).
+ HDOP là chỉ số phân tán độ chính xác về mặt phẳng (Horizontal DOP).
+ V DOP là chỉ số phân tán độ chính xác về độ cao (Vertical DOP).
5
Lawrence R. Weil, "Conquering Multipath: The GPS Accuracy Battle", 1997 GPS world
19

+ G DOP là chỉ số phân tán độ chính xác về hình học (Geometric DOP).
Đồ hình phân bố vệ tinh được thiết kế sao cho chỉ số PDOP đạt xấp xỉ 2,5 với
xác xuất 90% thời gian. Đồ hình vệ tinh đạt yêu cầu với chỉ số P DOP < 6. [4]
- Tâm pha của anten
Tâm pha là một điểm nằm bên trong, ở nhà máy chế tạo anten đã được
kiểm định sao cho tâm pha trùng với tâm hình học của nó, tuy nhiên tâm pha
thay đổi vị trí phụ thuộc vào đồ hình vệ tinh, ảnh hưởng này có thể kiểm định
trước khi đo hoặc sử dụng mô hình tâm pha ở giai đoạn tính xử lý. Quy định cần
phải tuân theo là khi đặt anten cần dóng theo cùng một hướng và tốt nhất là sử
dụng cùng một loại anten cho cùng một ca đo.
Bảng 1: Thống kê nguồn lỗi khi đo GPS và biện pháp khắc phục
Nguồn lỗi Biện pháp xử lý
1. Phụ thuộc vệ tinh
- Ephemeris Ephemeris chính xác
- Đồng hồ vệ tinh Sai phân bậc một
- Đồ hình vệ tinh Chọn thời gian đo có POP < 6
2. Phụ thuộc đường tín hiệu
- Tầng ion Dùng máy hai tần số
- Tầng đối lưu Lập mô hình
- Số đa trị nguyên Xác điịnh đơn trị, sai phân bậc ba
- Trượt chu kì Tránh vật cản, sai phân bậc ba
- Đa tuyến Tránh phản xạ, ngưỡng góc cao
3. Phụ thuộc máy thu
- Chiều cao Anten Do 2 lần khi đo độ cao Antten
- Cấu hình máy thu Chú ý khi lắp đặt
- Tâm pha Anten Anten chuẩn đặt quay về một hướng
- Nhiễu điện từ Tránh bức xạ điện từ
- Tọa độ quy chiếu Khống chế chính xác, tin cậy
- Chiều dài cạnh Bố trí cạnh ngắn
20

Ơ . CÁC THÀNH PHẦ
DỤNG
Đ ỢC SỬ DỤNG TRONG ỨNG
2.1. Thành phần phần cứng
2.1.1 Cảm biến gia tốc (Accelerometer) trên điện thoại
Tất cả các điện thoại thông minh đều có cảm biến gia tốc, cảm biến gia
tốc giúp cho điện thoại có thể nhận diện được hướng xoay của máy.
Cảm biến gia tốc bao gồm khoang chứa Housing (màu trắng) được gắn
liền vào vật thể chuyển động Seismic Mass (màu xanh lam) và các chân cố định
(màu xanh lá). Dọc theo Seismic Mass được phủ một lớp silicon. Chuyển động
của SmartPhone được đo bằng cách đo chuyển động của lớp silicon dọc này.
Housing
Seismic
Hình 2. 1: Mô hình cảm biến gia tốc của SmartPhone 6
Khi điện thoại chuyển động, khối lượng vật thể c ng sẽ chuyển động theo.
Hình 2.2 a minh họa chuyển động của cảm biến theo chiều X. Trong thiết kế
Chip, với chỉ cùng một khối lượng vật thể chung, chuyển động theo chiều Y
c ng được xác định tương tự nhờ vào các chân cố định vuông góc với các chân
cố định mà dùng để đo chuyển động theo trục X. Tiếp đó, lật con Chip đi 1 góc
90 độ thì các chân cố định dùng để đo chuyển động theo trục Y này sẽ được
dùng để đo chuyển động theo trục Z. Sau khi xuất hiện sự chuyển động của vật
thể, một đầu chân của chiếc lược trung tâm và hai chân được gắn trên khoang
chứa sẽ tạo nên 3 phần của một cặp tụ điện biến thiên như được chỉ ra ở hình
6
https://vnreview.vn/tu-van-di-dong/-/view_content/content/883011/cam-bien-gia-toc-la-gi
21

2.2b. Khi đó khoảng cách ban đầu giữa chân lược và hai chân được coi như hai
điện cực cố định sẽ thay đổi dẫn tới điện dung của hai tụ điện thay đổi (vì điện
dung của tụ tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa các bản tụ). Điện dung thay đổi
làm điện thế thay đổi theo. Vì thế mà việc nhận diện các dòng điện được sản
sinh khi vật thể chuyển động sẽ chỉ ra được chuyển động của Smartphone [14].
Sensor (Measures Capacitance Change)
a) Sự chuyển động của khối lượng vật thể b) Tụ điện biến thiên
Hình 2. 2: Khối lượng vật thể chuyển động sinh ra dòng điện 7
Khi không có gia tốc khoảng cách giữa các điện cực bằng nhau. Khi có sự
thay đổi gia tốc từ bên ngoài thì chênh lệch điện dung giữa hai tụ làm thay đổi
tín hiệu đầu ra. Tuy nhiên, nếu chỉ có một cặp tụ điện như này thì sự thay đổi
khá nhỏ của tụ điện khi vật chuyển động sẽ làm cho cảm biến khó phát hiện
đúng. Cho nên bắt buộc phải sử dụng nhiều điện cực và khối lượng vật thể bằng
cách tất cả được kết nối bằng một cấu hình song song. Cấu hình này cho phép
thay đổi điện dung nhiều hơn dẫn tới cảm biến cảm nhận chuyển động chính xác
và nhạy b n hơn.
Khi thiết bị đặt trên bàn với mặt hình hướng lên trên thì máy đo gia tốc sẽ
có giá trị là -1g theo chiều Z, và là 1g nếu ặt điện thoại úp xuống. Còn nếu chiếc
điện thoại được giữ thẳng đứng thì giá trị sẽ là -1g theo trục Y và xoay ngược lại
thì sẽ là 1g. Tương tự nếu để màn hình điện thoại trước mặt rồi xoay về phía bên
trái 90 độ thì trục X có giá trị là 1g và ngược lại nếu quay về bên phải sẽ là -1g (
g là gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2
). Cảm biến gia tốc có phạm vi ứng dụng
rất lớn nên thu hút được nhiều quan tâm nghiên cứu [27][28].
7
https://techmaster.vn/posts/33998/su-dung-cam-bien-gia-tocaccelerometers-va-cam-bien-con-quay-
hoi-chuyen-gyroscopes
22

Hình 2. 3: Ba trục cảm biến gia tốc 7
2.1.2. Cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscope) trên điện thoại
Con quay hồi chuyển là một thiết bị dùng để đo đạc hoặc duy trì phương
hướng, dựa trên các nguyên tắc bảo toàn mô men động lượng. Nó sẽ đo tốc độ
thay đổi góc của điện thoại khi được tích hợp cảm biến. Cảm biến này sẽ nhận
diện các chuyển động quay theo ba hướng nghiêng (Pitch), cuộn (Roll) và xoay
(Yaw) như hình vẽ 2.4 dưới. Hoạt động của GyroScope dựa trên hiệu ứng
Coriolis [15]. Hiệu ứng Coriolis là hiệu ứng xảy ra trong các hệ qui chiếu quay
so với các hệ qui chiếu quán tính.
23

Hình 2. 4: Ba hướng góc của cảm biến con quay hồi chuyển 8
Nó được thể hiện qua hiện tượng lệch quĩ đạo của những vật chuyển động
trong hệ qui chiếu này. Sự lệch quỹ đạo do một lực quán tính gây ra, gọi là lực
Coriolis. Lực này được tính bằng công thức 4 sau:
⃗ = m ⃗⃗⃗⃗⃗ = 2m ⃗ x ⃗⃗ (2)
trong đó :
m là khối lượng của vật
⃗ là v c tơ vận tốc của vật
⃗⃗ là v c tơ vận tóc góc của hệ
Cảm biến MEMS Gyroscope sử dụng một khối “proff mass” dao động
theo một phương được gọi là phương sơ cấp. Khối này đồng thời bị quay quanh
một trục, làm xuất hiện lực Coriolis khiến nó có thêm dao động theo phương
khác, gọi là phương thứ cấp. Trên phương chuyển động thứ cấp này có gắn bản
cực tụ điện để nhận biết sự thay đổi điện dung gây bởi chuyển động này. Chuyển
động sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện rất thấp sau đó được khuếch đại và
đọc ra để xử lý. Cuối cùng ta sẽ thu thập được thông tin về tốc độ thay đổi góc
của thiết bị gắn cảm biến con quay này.
2.1.3. Cảm biến la bàn (Compass):
Cảm biến la bàn ngày một phổ biến hơn trên các thiết bị SmartPhone.
Cảm biết này thực chất là một hệ thống MEMS (vi cơ điện tử) chuyên cảm nhận
từ trường và nó giúp viêc định vị trên SmartPhone được chính xác hơn khi kết
8
https://www.geeky-gadgets.com/researchers-hack-smartphone-gyroscope-to-become-a-microphone-
15-08-2014/
24

hợp cùng các loại dữ liệu địa lý khác nhau như GPS hay GLONASS. Một số
ứng dụng di động hiện nay tận dụng la bàn số để hiển thị một mặt la bàn thực
thụ cho chúng ta xem hướng đông tây nam bắc, thậm chí chúng còn đo được góc
lệch so với hướng bắc [15].
Hình 2. 5: Cảm biến la bàn trên Android
9
2.2. Thành phần phần mềm
2.2.1. Hệ điều hành Android
Android là hệ điều hành có mã nguồn mở dựa trên nền tảng Linux được
thiết kế dành có các thiết bị di động có màn hình cảm ứng như điện thoại thông
minh và máy tính bảng [4].
Ban đầu Android được phát triển bởi tổng công ty Android, với sự hỗ trợ
tài chính từ Google, sau này được chính Google mua lại vào năm 2005 và hệ
điều hành Android đã ra mắt vào năm 2007[16]. Sau đó, nhanh chóng trở thành
hệ điều hành di động phổ biến nhất trên thế giới với 65.53 % thị phần điện thoại
thông minh trên toàn cầu (số liệu vào thời điểm cuối năm 2017 [17] được chỉ ra
ở hình 2.6) Chính vì có mã nguồn mở nên hệ điều hành có khả năng tùy biến
cao, có thể chỉnh sửa mà không có sự can thiệp hay cấm cản từ Google. Khả
năng đa nhiệm c ng là một ưu điểm nổi trội, hệ điều hành cho phép chạy cùng
lúc nhiều ứng dụng cao với một kho ứng dụng Google Play Store đồ sộ. Những
yếu tố này đã tạo ra một môi trường thuận lợi thu hút cộng đồng lớn các nhà
phát triển thiết kế và triển khai ứng dụng di động c ng như nền tảng cho một số
sản phầm thông minh như Android TV, Android Auto và Android VR….
9
https://www.appsapk.com/compass-for-android/
25

Hình 2. 6: Thị phần các hệ điều hành điện thoại trên thế giới vào năm
2017
2.2.2 Google APIs - Giao diện lập trình ứng dụng
Google APIs (Application Programming Interfaces) được phát triển bởi
Google, là một “giao diện” giữa phần mềm với phần mềm. API là cách để các
phần mềm (hệ điều hành, ứng dụng, các module trong hệ thống doanh nghiệp,
…vv) giao tiếp với nhau và tận dụng năng lực của nhau. Mỗi hệ điều hành, ứng
dụng đều có những bộ API khác nhau. Nó cung cấp cho người lập trình các hàm
tương tác với cơ sở dữ liệu, lập trình thực hiện các thao tác với hệ điều hành hay
phần mềm đó. Chính vì thế mà các dịch vụ của Google như Serch, Gmail,
Translate, Google Maps hay rất nhiều các trang web, ứng dụng, … vv có thể
giao tiếp với nhau.
2.2.3 Google Location Service API – Lấy vị trí trên thiết bị Android
Để có thể lấy được vị trí người dùng trên Android thì có 2 cách là sử dụng
Location API hoặc Google Play Services API. Android Location API sử dụng 3
nguồn cung cấp để lấy vị trí bao gồm nguồn ác định vị trí dựa trên vệ tinh,
nguồn xác định vị trí dựa trên cột thu phát sóng của mạng di động và các điểm
truy cập WIFI hoặc nguồn xác định vị trí sinh ra bởi các nguồn khác. Google
Play services location API (hình 2.7) là cách mới được phát triển bởi Google cho
phép tự động chọn nguồn cung cấp vị trí để sử dụng dựa trên độ chính xác và
mức tiêu thụ PIN. Do đó mà API này được Google khuyến khích sử dụng thay
thế cho Android Location API c . Hiện nay trên thị trường có một số dòng
26

điện thoại không hỗ trợ Google Service như Blackberry 10 [5], … vv nên trong
đề tài này, để lấy được vị trí hiện tại của thiết bị thì cả hai cách đều được sử
dụng. Trong trường hợp điện thoại không có Google Service, cách lấy vị trí bằng
Location API c sẽ được sử dụng để lấy tọa độ hiện tại của người dùng. Còn
trong đa phần các điện thoại khác có hỗ trợ Google Service thì phần mềm sẽ
dùng Google Play Services API để nâng cao độ chính xác và giúp tiết kiệm năng
lượng cho thiết bị.
Hình 2. 7: Dịch vụ vị trí của Google “Google Location Serivices API”
2.3 Các thuật toán
2.3.1. Bộ lọc bù
Trong bài luận văn, dữ liệu được lấy từ cảm biến con quay hồi chuyển và
cảm biến la bàn. Hai cảm biến này rất dễ bị tác động bởi các yếu tố bên ngoài và
luôn luôn có nhiễu, kể cả khi điện thoại đứng yên ở một vị trí. Do đó, để lấy
được tín hiệu mượt hơn và xác định được hướng góc của điện thoại, chúng ta sử
dụng bộ lọc bù để làm tín hiệu được ổn định hơn và chính xác hơn.
Bộ lọc bù cơ bản bao gồm bộ lọc thông thấp [18][19] và bộ lọc thông cao
[20] gộp lại. Bộ lọc bù kết hợp ưu điểm của 2 loại cảm biến trên để đưa ra dữ
liệu chính xác về vị trí. Các ph p đo dữ liệu từ con quay hồi chuyển không chịu
tác dụng từ các lực bên ngoài, Tuy nhiên, nó thực hiện phép đo bằng cách tích
27

hợp các vận tốc góc theo thời gian. Do đó ph p đo có thể bị trôi và cảm biến con
quay hồi chuyển không trở về vị trí 0 khi hệ thống trở lại ban đầu của nó. Dữ
liệu từ cảm biến con quay hồi chuyển chỉ đáng tin cậy ở ngắn hạn, nó sẽ bị trôi
sau một khoảng thời gian đủ dài [21]. Với ưu điểm lọc ra những dữ liệu ổn định
theo thời gian và loại bỏ đi những thay đổi ngắn hạn, bộ lọc thông cao được sử
dụng để xử lý dữ liệu từ con quay hồi chuyển. Phương trình của bộ lọc thông
cao:
yn  a yn1 xn
 x
n1  (3)
trong đó :
yn , yn-1 : Giá trị đầu ra tại thời điểm n và n -1
xn, xn-1 : Giá trị đầu vào tại thời điểm n và n -1
a: Hệ số của bộ lọc
Cảm biến la bàn có thể bị biến đổi khi có bất kì lực nào dù là nhỏ nhất tác
động lên đối tượng, trong đó có cả trọng lực [22]. Các thành phần dữ liệu của
cảm biến la bàn chỉ ổn định trong một thời gian dài. Do đó chúng ta sử dụng ưu
điểm của bộ lọc thông thấp là lọc ra những thay đổi ngắn hạn, và loại bỏ đi
những thay đổi dài hạn để xử lý dữ liệu của cảm biến la bàn. Phương trình của
bộ lọc thông thấp:
yn 1 a yn1  axn (4)
trong đó :
yn, yn-1: Giá trị đầu ra tại thời điểm n và n -1
xn : Giá trị đầu vào tại thời điểm n
a: Hệ số bộ lọc
Hình 2.8 là mô hình của bộ lọc được sử dụng để ước lượng góc hướng
dựa trên dữ liệu đọc từ cảm biến của la bàn và cảm biến con quay hồi chuyển.
Bộ tích phân được dùng để tính góc quay của SmartPhone tại một thời điểm dựa
trên sự thay đổi của vận tốc góc gyroData (o
/s) trong một khoảng thời gian dt(s)
nhất định.
angle angle gyroData dt (5)
28

Hình 2. 8: Mô hình bộ lọc bù
Ta có phương trình đầu ra của bộ lọc bù:
angle a ( angle gyroData dt ) (1 a ) accData (6)
trong đó :
angle: Góc hướng cần xác định
gryoData: Vận tốc góc đo được từ cảm biến con quay hồi chuyển
(o
/s)
dt: chu kỳ lấy mẫu
a : Hệ số bộ lọc
Dưới đây là lưu đồ hoạt đông của bộ lọc bù
29

Hình 2. 9: Lưu đồ hoạt động của bộ lọc bù
Để có kết quả tương đối chính xác thì việc chọn hằng số thời gian phải
đảm bảo điểm gốc của cảm biến không bị lệch trong khoảng chấp nhận được và
phải lớn hơn khoảng thời gian nhiễu điển hình trên cảm biến gia tốc
2.3.2. Xác định va chạm
Gia tốc là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự thay đổi của vận tốc theo thời
gian. Nó là một trong những đại lượng cơ bản dùng để mô tả chuyển động và có
công thức tính như sau (7):
⃗ =
⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗
= (7)
trong đó:
⃗ là vận tốc tức thời tại điểm t.
⃗⃗⃗⃗⃗
là vận tốc tức thời tại điểm .
=
là thời gian vận tốc thay đổi từ ⃗⃗⃗⃗⃗ sang ⃗ .
Đơn vị của gia tốc là m t trên giây bình phương (m/ ).
30

Gia tốc là một đại lượng véc – tơ, nghĩa là nó có cả độ lớn và hướng. Độ
lớn là tổng lượng gia tốc, còn hướng là đường di chuyển của đối tượng. Vật
chuyển động nhanh dần sẽ có gia tốc dương và vật chuyển động chậm dần sẽ có
gia tốc âm.
Thông tin thu được từ cảm biến gia tốc trong điện thoại trên ba trục X, Y,
Z bao gồm cả gia tốc gây ra bởi chuyển động và gia tốc trọng trường. Gia tốc
trọng trường là gia tốc do lực hấp dẫn tác dụng lên một vật. Lực hấp dẫn được
định nghĩa là lực hút giữa mọi vật chất, có độ lớn tỷ lệ thuận với khối lượng của
chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách của hai vật. Trái đất được
bao bọc bởi tầng khí quyển có khối lượng vô cùng lớn và có bán kính c ng lớn
nhất trong các vật thể. Vì thế nên tất cả các vật thể trên bề mặt trái đất đều chịu
sự tác động của lực hút trái đất là lớn nhất so với lực hấp dẫn giữa các vật thể
với nhau. Lực này còn được gọi là lực rơi tự do. Ví dụ như điện thoại để yên trên
bàn, nghĩa là không có sự chuyển động của vật thể nhưng vẫn sẽ có giá trị
khác không. Một trong 3 trục gia tốc sẽ có giá trị là g = 9.8 m/ gây ra bởi gia tốc
trọng trường và hai trục còn lại bằng 0. Hay trường hợp điện thoại rơi từ trên
bàn hoặc trên cao xuống c ng được xác định tương tự.
Trong đề tài này, thông tin từ cảm biến gia tốc trong điện thoại sẽ được
thu thập và xử lý để xác định va chạm xảy ra khi so sánh với ngưỡng đặt trước.
Gia tốc biểu hiện cho sự thay đổi vận tốc. Khi có va chạm, vận tốc sẽ thay đổi
nhanh về không.
Giá trị trung bình của cảm biến gia tốc được định nghĩa là căn bậc hai của
tổng bình phương các giá trị gia tốc thành phần trên mỗi trục X, Y, Z:
= √
(8)
Giá trị
( Với ,
được gọi là RSM (Root mean square).
, lần lượt là giá trị gia tốc trên ba trục X, Y, Z của cảm
biến)
Qua nhiều lần thực nghiệm, ta có gia tốc trung bình (công thức 8) của
điện thoại giảm dần tối thiểu 2g (với g là gia tốc trọng trường) thì ứng dụng sẽ
chỉ trạng thái ra va chạm của người dùng. Phần mềm thông minh hơn khi được
kiểm tra các trạng thái trước đó xem có đang đi hay không để tránh những
trường hợp cảnh báo giả. Các trường hợp cảnh báo giả có thể là trường hợp điện
31

thoại đang để trên bàn bỗng bị văng xuống đất hay trường hợp để điện thoại
trong túi người dùng đang chạy mà bị ngã, …vv. Khi phát hiện dấu hiệu có thể
xảy ra tai nạn, hộp thoại cảnh báo sẽ xuất hiện để xác nhận tình trạng có thực sự
xảy ra tai nạn hay không từ phía người dùng. Sau 60 giây nếu không thấy xác
nhận gì từ người dùng thì phần mềm sẽ coi như là vừa có tai nạn xảy ra và sẽ tự
động gọi điện cho người thân để có thể hỗ trợ kịp thời. Hình 2.10 là lưu đồ thuật
toán xác định tình trạng tai nạn của phần mềm ứng dụng như được phân tích
trên.
Hình 2. 10: Lưu đồ thuật toán xác định va
chạm 2.3.3 Lưu lại các hành trình đã đi
Nhờ việc xác định vị trí thường xuyên liên tục, người dùng có thể dễ dàng
lưu lại được hành trình đã đi qua để có thể dễ dàng tra cứu sau này. Khi người
dùng bắt đầu bật chế độ lưu lại đường đi, thì tại điểm bắt đầu, các thông số để
xác định vị trí được lưu lại trong Database. Nếu GPS được kết nối một cách bình
thường, thì cứ 5s, trong Database lại được cập nhật thêm 1 vị trí mới của thiết bị.
32

Cho tới khi người dùng dừng lại chế độ ghi hành trình đó thì điểm mà tại nơi
dừng chế độ sẽ là điểm cuối cùng của hành trình và được lưu vào database. Khi
không có kết nối GPS, thì điểm mà bật GPS được kết nối lại sẽ là điểm tiếp theo
được lưu trong database. Dựa vào các dữ liệu đó, ứng dụng sẽ tổng hợp và lưu
lại thành một hành trình cụ thể với độ dài quang đường đã đi, thời gian đi bao
lâu và thời gian bắt đầu và kết thúc. C ng theo dữ liệu đó, người dùng có thẻ dễ
dàng xem lại được hành trình đã đi. Dưới đây là lưu đồ của việc lưu lại hành
trình đã đi:
Hình 2. 11: Lưu đồ thuật toán lưu hành trình đã
đi 2.4. Các tính năng của hệ thống
2.4.1. Định vị vị trí phương tiện
Phần mềm không những cung cấp bản đồ cho người dùng mà còn cung
cấp cho người dùng chính xác vị trí hiện tại khi người dùng kết nối với GPS
bằng Google Play Services API. Dựa vào đó, người dùng có thể dễ dàng xác
định được phương hướng và đường đi một cách nhanh chóng nhất có thể.
33

Hình 2. 12: Xác định vị trí người dùng
2.4.2. Lưu lại hành trình trong khoảng thời gian nhất định
Với người dùng, để giảm thiểu thời gian xem xác định lại phương hướng
hành trình đã đi qua, ứng dụng cung cấp tính năng lưu lại hành trình trong
khoảng thời gian nhất định. Người dùng c ng có khả năng chọn điểm bắt đầu và
kết thúc của hành trình cần ghi, dữ liệu của tính năng này sẽ được lưu lại song
song với việc lấy vị trí hiện tại.
Hình 2. 13: Bắt đầu và dừng lại ghi hành trình
34

Để phân biệt được những quãng hành trình có hoặc không kết nối với
GPS, ứng dụng vẽ những đường không kết nối với 2 điểm có GPS gần nhất về
mặt thời gian tạm thời bằng đường thẳng n t đứt.
a) Hành trình kết nối GPS liên tục b) Hành trình bị mất kết nối GPS
Hình 2. 14: Vẽ lại hành trình đã đi
2.4.3. Lưu lại lịch sử đường đi
Với mong muốn người dùng có thể lưu lại được nhiều chặng đường, hệ
thống cung cấp một danh sách chứa các lịch sử hành trình đã được ghi lại. Qua
đó người dùng có thể đặt tên cho hành trình đó và khi cần dễ dàng tra lại bất kì
hành trình đã đi.
35

Hình 2. 15: Lưu lại lịch sử các hành
trình 2.4.4. Cảnh báo va chạm
Từ dữ liệu GPS và Google Services API , chúng ta có thể lấy được dữ liệu
về gia tốc của thiết bị, do đó, theo thuật toán đã nêu ở mục 2.3.2 , hệ thống xác
định được là phương tiện có đang xảy ra va chạm hay không. Khi xác định là
cảnh bảo va chạm, điện thoại sẽ tự động gọi điện tới một số điện thoại đã lưu
trong danh bạ mà người dùng đã thêm vào từ trước.
Hình 2. 16: Tính năng cảnh báo va chạm
36

Ơ III. KẾT QUẢ VÀ NH N XÉT
3.1. Khảo sát thực nghiệm bộ lọc bù
Phần này mô tả kết quả thu được của việc đọc dữ liệu từ các cảm biến và
xử lý những dữ liệu này. Các kết quả đểu có tính theo chuẩn thời gian của
Google , mốc thời gian tính từ 00 giờ 00 phut 00 giây ,ngày 1 tháng 1 năm 1970.
Hình 3.1 biểu diễn góc hướng khi đã đưa dữ liệu của cảm biến la bàn và
cảm biến con quay hồi chuyển qua bộ lọc bù.
Hình 3. 1: Góc hướng của thiết bị sau khi qua bộ lọc trong trường hợp đứng
yên, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28)
Chúng ta có thể thấy góc hướng của thiết bị gần như là không đổi khi
đứng yên, kết quả này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết vì khi đứng yên, không
có sự thay đổi của cảm biến con quay hồi chuyển và cảm biến la bàn c ng dao
động ko đáng kể do từ trường trái đất không ổn định.
Hình 3.2 miêu tả góc hướng qua bộ lọc bù khi thiết bị đi thẳng theo trục
Ox.
37

chuyển trên đường thằng, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28)
Chúng ta có thể thấy do đi thẳng nên góc con quay hồi chuyển c ng có sự
thay đổi không đáng kể, dẫn đến góc hướng của thiết bị c ng không thay đổi.
Với việc kiểm thử khi di chuyển thiết bị trên đường tròn và quay tâm tại
chỗ (Hình 3.3, Hình 3.4), chúng ta có thể thấy góc hướng có sự thay đổi : điểm
cực đại của biểu đồ tín hiệu và điểm cực tiểu của biểu đồ tín hiệu cho thấy rõ
khoảng cách giữa 2 góc ở điểm này chênh nhau xấp xỉ 3600
(quay quanh tâm : -
179.90
- 177.30
, di chuyển trên đường tròn -179.90
– 179.20
), điểm xuất phát
và điểm kết thúc có độ chênh lệch về góc không đang kể (quay quanh tâm : 950
-
97.470
, di chuyển trên đường tròn : 96.570
- 98.080
). Theo kết quả đó, bộ lọc bù
hoạt động hoàn toàn đúng với lý thuyết.
38

Hình 3. 3: Góc hướng của thiết bị sau khi đi qua bộ lọc bù trong trường
hợp di chuyển trên đường tròn, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28)
quay quanh tâm của thiết bị, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28)
39

Để kiểm chứng thêm, trong luận văn c ng khảo sát thêm góc hướng qua
bộ lọc bù trong trường hợp đi hình chữ nhật cơ bản Hình 3.5:
di chuyển trên hình chữ nhật quay 3 lần, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6,
API 28)
Có thể thấy theo biểu đồ góc hướng, thiết bị đã quay 3 lần, mỗi lần góc
hướng thay đổi xấp xỉ trong khoảng 90o
tương ứng với 3 góc của của hình chữ
nhật (-101.50
, -12.780
, 91.650
, 176.20
). Như vậy c ng hoàn toàn đúng theo với
lý thuyết.
Với các kết quả trên thì có thể thấy dữ
tương đối chính xác và hoàn toàn có thể làm dữ
định quãng đường không có GPS trong thời gian
liệu góc hướng qua bộ lọc bù
liệu để phát triển tính năng xác
ngắn nhất định.
3.2. Khảo sát gia tốc qua bộ lọc thông thấp và ứng dụng cảnh báo va chạm
Gia tốc là dữ liệu đầu vào quan trọng để cảnh báo va chạm như được chỉ
rõ ở phần lý thuyết 2.3.2. Dữ liệu gia tốc phụ thuộc vào chuyển động của cảm
biến và là thể hiện của sự chuyển động với năng lượng cao hay thấp của điện
thoại. Sau khi quan sát tín sau khi lấy mẫu từ các thiết bị trong trường hợp điện
thoại để yên trên bàn, tín hiệu thô trực tiếp chưa được qua bất cứ bước xử lý nào
thì tín hiệu thu được sẽ như hình 3.6, 3.7.
40

Hình 3. 6: Tín hiệu ba trục Ax, Ay, Az thu được từ cảm biến gia tốc trong
điện thoại trước khi tiền xử lý. Trạng thái lấy mẫu là điện thoại để yên trên
mặt bàn, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28)
Hình 3. 7: Tín hiệu ba trục Ax, Ay thu được từ cảm biến gia tốc trong điện
thoại trước khi tiền xử lý. Trạng thái lấy mẫu là điện thoại để yên trên mặt
bàn, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28)
41

Quan sát trên 2 hình 3.6 và 3.7, dữ liệu gia tốc khi điện thoại đặt nằm yên
một chỗ dao động khá nhiều, điều này ảnh sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của
các thuật toán nếu sử dụng tín hiệu này để thực thi. Chính vì vậy tín hiệu gốc
ban đầu cần đi qua một bước tiền xử lý để có thể đưa ra được tín hiệu đáng tin
cậy hơn. Ở bước này một bộ lọc thông thấp bậc một có hằng số thời gian là 0.18
đã được sử dụng để xử lý các điểm dao động này. Các nhà phát triển Android có
thể dễ dàng thực thi bộ lọc thông thấp này bằng việc sử dụng thư viện Fsensor
[24]. Cụ thể ở đây, hệ thống sẽ thực thi bộ lọc thông thấp IIR với mối quan hệ
giữa đầu vào và đầu ra được thể hiện:
[] [ ] [] (9)
trong đó:
α: được định nghĩa theo công thức:
timeconstant: là độ dài khung tín hiệu mà bộ lọc xử lý
dt: là chu kỳ lấy mẫu
Sau khi đưa tín hiệu gia tốc qua bộ lọc thông thấp, chúng ta thu được dữ
liệu gia tốc như hình 3.8 và 3.9:
42

Hình 3. 8: Tín hiệu ba trục Ax, Ay, Az thu được từ cảm biến gia tốc trong
điện thoại sau khi đi qua bước tiền xử lý. Ba đường màu xanh, đỏ cam lần
lượt là tín hiệu Ax, Ay, Az, tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28)
Hình 3. 9: Tín hiệu Ax, Ay thu được từ cảm biến gia tốc trong
điện thoại sau khi đi qua bước tiền xử lý, tần số lấy mẫu fs =
50Hz (Nokia x6, API 28)
43

Như vậy, chúng ta có thể thấy tín hiệu sau khi đi qua bộ lọc thông thấp đã
bớt dao động trong trường hợp để điện thoại yên một chỗ. Tuy nhiên, việc lọc
tín hiệu để làm giảm tín hiệu dao động này rất có thể dẫn đến việc sẽ làm mất
những đỉnh quan trọng của tín hiệu.
Chính vì vậy, với mỗi giá trị hằng số thời gian của bộ lọc thì một bước
kiểm thử sẽ được thực hiện. Nhiệm vụ của bước này là tiến hành đi lấy dữ liệu
thực tế. Sau đó đánh giá hằng số thời gian của bộ lọc đã thỏa mãn yêu cầu hay
chưa. Yêu cầu đặt ra đối với tín hiệu sau khi qua bước tiền xử ý là:
• Loại bỏ nhiễu (các dao động thừa,…)
• Không làm mất đi những đỉnh quan trọng của tín hiệu.
Sau khi qua bước kiểm thử, hằng số thời gian tối ưu nhất dành cho bộ lọc
thông thấp bậc một ở bước tiền xử lý được xác định bằng 0.15
Sau đó dựa vào công thức (7) để tính ra RMS ( hay Acc )của thiết bị.
Với việc kiểm chứng trường hợp va chạm, dữ liệu gia tốc theo ba trục Ax,
Ay, Az được thu thập như trong hình 3.10.
Hình 3. 10: Sự thay đổi của gia tốc theo 3 trục Ax, Ay, Az khi xảy ra va chạm,
tần số lấy mẫu fs = 50Hz (Nokia x6, API 28)
44

Ta có thể thấy khi xảy ra va chạm, gia tốc của 3 trục Ax, Ay, Az bị thay
đổi rõ ràng và có thể dễ dàng xác định được sự thay đổi đó. Dựa vào dữ liệu đó,
chúng ta có thể tính được dữ liệu RMS như hình 3.11:
Hình 3. 11: Sự thay đổi của RMS khi xảy ra va chạm, tần số lấy mẫu fs =
50Hz (Nokia x6, API 28)
Dựa vào 2 kết quả của hình 3.10 và 3.11, chúng ta đã kiểm chứng được
gia tốc hoàn toàn là dữ liệu đáng tin cậy để có thể phát hiện ra va chạm của thiết
bị. Với sự thay đổi lớn như thế ở RMS, để đặt ngưỡng xác định va chạm là hoàn
toàn khả thi và ờ bài luận văn này, thì ngưỡng để xác định va chạm là 2g (g =
9.8 m/s2
).
3.3. ác tính năng của phần mềm đã đạt được
Hiện tại, sau quá trình thử nghiệm thực tế, phần mềm đã dần hoàn thiện
và đã được lên trên chợ ứng dụng GooglePlay. Người dùng có thể tìm kiếm sản
phẩm theo đường dẫn sau:
https://play.google.com/store/apps/details?id=vnu.uet.boatsafe
Với giao diện trực quan, người dùng có thể dễ dàng hiểu và sử dụng phần
mềm một cách linh hoạt. Khi ứng dụng được tải về, điện thoại sẽ đưa ra một loạt
45

các câu hỏi để xin cấp quyền từ người dùng. Việc được cấp quyền này sẽ cho
phép phần mèm có thể truy cập vào danh bạ diện thoại, bật tính năng định vị vị
trí (Hình 3.12).
Hình 3. 12: Một số quyền mà BoatSafe cần được cung cấp
 Xác định được vị trí tương đối chính xác và đã so sánh với Google Map
(Hình 3.13)
a) BoatSafe b) Google Map
Hình 3. 13: So sánh độ chính xác BoatSafe với Google Map
46

 Lấy được các dữ liệu về thông số cần thiết cho việc phát triển ứng dụng
sau này (gia tốc, vận tốc, bộ lọc, góc hướng, góc từ trường, …) (Hình 3.14)
Hình 3. 14: Lấy các dữ liệu cần thiết
 Lưu lại và vẽ lại các hành trình đã đi dựa vào lịch sử (3.15)
a) ưu lịch sử hành trình b) Vẽ lại hành trình đã lưu
Hình 3. 15: Lưu lại và vẽ lại các hành trình đã đi
47

Đối với chức năng vẽ lại đường đi khi mất GPS, hiện tại, luận văn dừng
lại ở việc nối các điểm mất GPS với nhau bằng đường thẳng n t đứt để thể hiện
việc mất kết nối GPS như hình 3.16
Hình 3. 16: Đoạn đường mất kết nối với GPS được thể hiện bằng đường
thẳng nét đứt
 Định rõ được vị trí đang đứng là đường thủy hay đường bộ nhờ vào nhận
diện mã màu trên map

 Chọn một số điện thoại bất kì trong danh bạ làm số gọi khẩn cấp để thiết
bị có thể tự động gọi khi có tai nạn xảy ra như hình 3.17.
48

Hình 3. 17: Chọn số điện thoại có sẵn trong danh bạ làm số gọi khẩn cấp

Bật chế độ cảnh báo va chạm khi người dùng muốn sử dụng tính năng này
(Hình 3.18)

Hình 3. 18: Người dùng bật chế độ cảnh báo va chạm nếu cần

Gọi cảnh báo khi có va chạm. Dựa vào kết quả tính toán, cảnh báo va
chạm hoạt động ở mức ổn định với việc xét dữ liệu thỏa mãn điều kiện ngưỡng
là 2g. Với việc thử nghiệm bằng cách cho điện thoại rơi khi đang trên đường để

49

phù hợp với lý thuyết, điện thoại đã gọi được tới số điện thoại trong danh bạ
được chọn trước.(Hình 3.19)
Hình 3. 19: Khi gặp va chạm, thiết bị sẽ xuất hiện dialog xem người dùng có
đang thật sự bị tan nạn hay không.
Nếu người dùng ấn vào nút “Giúp tôi” thì điện thoại sẽ tự động gọi đến số
khẩn cấp đã chọn cho danh bạ từ trước. Nếu ấn vào nút “Tôi không sao” thì thiết
bị sẽ quay lại về màn hình chính
Ngoài ra, ứng dụng c ng đã hỗ trợ ngôn ngữ Tiếng Anh để gia tăng lượng
người sử dụng.
50

KẾT LU N
Mục tiêu của đề tài là xây dựng một phần mềm ứng dụng hỗ trợ các
phương tiện đường thủy lưu thông một cách dễ dàng và các nhà quản lý phương
tiện đường thủy có thể quản lý hiệu quả hơn. Qua quá trình tìm hiểu, triển khai
thực hiện và trải nghiệm thực tế phần mềm “BoatSafe” đã được hoàn thiện và có
các chức năng sau
 Định vị được vị trí phương tiện tại thời điểm hiện tại

 Lưu lại lộ trình trong quảng thời gian nhất định

 Vẽ lại lộ trình đã đi và xác định các điểm có và không kết nối với

GPS

 Có tính năng cảnh báo va chạm, xác định va chạm và gọi điện thoại
cho số điện thoại chọn trước trong trường hợp va chạm
Với các thuật toán đã chọn và dùng bộ lọc bù để xử lý các tham số đầu
vào, Độ chính xác của ứng dụng được cải thiện 70%. Ngoài ra với việc sử dụng
bộ lọc thông thấp để xử lý tín hiệu gia tốc, thì tín hiệu thu được c ng chính xác
hơn, góp phần làm tăng độ tin cậy của chức năng cảnh báo va chạm. Ứng dụng
c ng so sánh với ứng dụng Google Map có độ sai lệch không dáng kể. Qua đó,
“BoatSafe” sẽ giúp người dùng yên tâm hơn với các tính năng đã được cung cấp.
Hiện tại phần mềm c ng đã hộ trợ hai ngôn ngữ là Tiếng Anh và Tiếng Việt, do
đó, không chỉ người Việt Nam mà các du khách c ng có thể dùng được ứng dụng
“BoatSafe”. Tuy nhiên, ứng dụng còn có hạn chế chưa triển khai được INS vào
để xác định được đường đi khi mất tin hiệu GPS. Hiện tại, ứng dụng “BoatSafe”
vẫn đang được tiếp tục cải tiến với thêm nhiều tính năng mới và thiết thực hơn
với thực tế. Ứng dụng “BoatSafe” mong muốn sẽ được nhiều người dùng biết
đến và sử dụng nhiều hơn qua nhiều phương tiện truyền thông, giới thiệu sản
phẩm
51

ỚNG PHÁT TRIỂN
Ứng dụng “BoatSafe” hiện tại mới là hình thành sơ khai, đang trong giai
đoạn phát triển nên còn nhiều hạn chế, vẫn còn nhiều tính năng cần cải thiện và
thêm vào. Do đó, học viên đưa ra một số hướng phát triển cho ứng dụng:

Tiếp tục phát triển và nâng cao độ chính xác của các thuật toán, tích hợp
GPS và INS trên điện thoại [24][25][26].



Phần mềm sẽ phát triển trên cả nhưng hệ điều hành khác như IOS,


Window Phone, Tizen, …

Ứng dụng được các thuật toán và bộ lọc bù để giảm thiểu sai số của GPS.



Hoàn thiện và kiểm chứng thực nghiệm cảnh báo va chạm.



Thêm tính năng dự đoán được đường đi khi bị mất kết nối GPS trong một
khoảng thời gian ngắn nhất định.

52

TÀI LIỆU THAM KHẢO
TI NGVI T
[1] Luis C. Blancas and M. Baher El-Hifnawi, Thúc đẩy Thương mại thông
qua Giao thông Vận tải có sức cạnh tranh và ít khí thải Tuyến Đường thủy Nội
địa và Đường biển ở Việt Nam, Ngân hàng thế giới, 2014.
[2] ATG, Giải pháp GPS cho phương tiện đường thủy, atgvn.com, access July
10th, 2018.
[3] Nguyễn Thị Thanh Loan, Công nghệ giám sát và quản lý phương tiện giao
thông GPS tracking
[4] https://searchmobilecomputing.techtarget.com/definition/Android-OS,
16/05/2019
[5] “Tìm hiểu lý do tại sao Blackberry 10 không hỗ trợ Google Services”,
https://tanmobile.vn/tim-hieu-ly-do-tai-sao-blackberry-10-khong-ho-tro-google-
services
[24] Website, Thư viện bộ lọc thông thấp trong android:
https://github.com/KalebKE/FSensor
TI NG ANH
[6] U.S. Environmental Protection Agency Science and Ecosystem Support
Division Athens, Georgia, SESD Operating Procedure , Global Positioning
System , June 23 , 2015
[7] https://gisgeography.com/wgs84-world-geodetic-system/, 15-05-2019
[8]Carl Carter Revision 1, Principles of GPS, A Brief Primer on the Operation
of the Global Positioning System, Revision 1. February, 1997
[9] Eustachio Roberto Matera, OlivierJulien, Axel Garcia-Pena, Bertrand
Ekambi, “Characterizationofline-of-sight and non-line-of-sightpseudo-range and
Pseudo - range rate multipath errors in an urban environment”
[10] Marcus G. Ferguson, Second Lieutenant, USAF, Thesis "Global
Positioning System Error Source Prediction", November 29, 2012.
[11] John Dow, Ruth Neilan "International GPS Service (IGS) ", web:
igscb.jpl.nasa.gov, 15-05-2019.
53

[12] Peter H. Dana, "Global Positioning System (GPS) Time Dissemination for
Real-Time Applications", 1997 Kluwer Academic Publishers, Boston.
Manufactured in The Netherlands
[13] Lawrence R. Weil, "Conquering Multipath: The GPS Accuracy Battle",
1997 GPS world
[14] "What Is Accelerometer and How Does It Work on
Smartphones."Techulator.com. N.p.n.d. Web. 17 Apr. 2015.
[15] Julian HorseyResearchers Hack Smartphone Gyroscope To Become A
Microphone, 1:03 pm August 15, 2014 on
https://www.geeky-gadgets.com/researchers-hack-smartphone-gyroscope-to-
become-a-microphone-15-08-2014/
[16] https://searchmobilecomputing.techtarget.com/definition/Android-OS,
16/05/2019
[17] The Android Operating System,
https://www.gsmarena.com/glossary.php3?term=os 15-05-2019.
[18] Julius O., Smith III, “Introduction to digital filters with audio
applications”, September 2007 Edition.
[19] Shane C. “The Balance Filter - A Simple Solution for Integration
Accelerometer and Gyroscope Measurements for a Balancing Platform”, Rev.1:
Submitted as a Chief Delphi white paper - June 25, 2007.
[20] John G.P., Dimitris G.M, “Digital Signal Processing Principles,
Algorithms, and Applications-Third Edition, 1996.
[21] Tariqul Islam, Md. Saiful Islam, Md. Shajid-Ul-Mahmud, and Md
Hossam-E-Haider,AIP Conference Proceedings 1919, 020002 (2017)
"Comparison of complementary and Kalman filter based data fusion for attitude
heading reference system" ,28 December 2017.
[22] Q. Ladetto, B. Merminod, Faculté ENAC - Institut du Développement
Territorial, Geodetic Laboratory (TOPO), "Digital magnetic compass and
gyroscope integration for pedestraian navigation" 2002.
[23] Quentin Ladetto, Vincent Gabaglio, Bertrand Merminod, "Combining
Gyroscopes, Magnetic Compass and GPS for pedestrian navigation “, 2001.
[24] Van, T. N., Duc, T. C., & Duc-Tan, T. (2015). Application of street
tracking algorithm in an INS/GPS integrated navigation system. IETE Journal of
Research, 61(3), 251-258.
54

[25] Duc-Tan, T., Fortier, P., & Huynh, H. T. (2011). Design, simulation, and
performance analysis of an INS/GPS system using parallel Kalman filters
structure. REV Journal on Electronics and Communications, 1(2).
[26] Do, D. D., Nguyen, H. V., Tran, N. X., Ta, T. D., Tran, T. D., & Vu, Y.
V. (2011, December). Wireless ad hoc network based on global positioning
system for marine monitoring, searching and rescuing (MSnR). In Asia-Pacific
Microwave Conference 2011 (pp. 1510-1513). IEEE.
[27] Tran, T. D., Dao, D. V., Bui, T. T., Nguyen, L. T., Nguyen, T. P., &
Susumu, S. (2008, January). Optimum design considerations for a 3-DOF micro
accelerometer using nanoscale piezoresistors. In 2008 3rd IEEE International
Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (pp. 770-773).
IEEE.
[28] Tan, T. D., & Anh, N. T. (2011, January). Three-axis piezoresistive
accelerometer with uniform axial sensitivities. In 2011 Second International
Conference on Intelligent Systems, Modelling and Simulation (pp. 395-
399). IEEE.
55

Nghiên Cứu Phát Triển Phần Mềm Tích Hợp Gps.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên Cứu Phát Triển Phần Mềm Tích Hợp Gps.doc

Similar to Nghiên Cứu Phát Triển Phần Mềm Tích Hợp Gps.doc (20)

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (17)

Nghiên Cứu Phát Triển Phần Mềm Tích Hợp Gps.doc