Chương IV THU THẬP DỮ LIỆU CHO GIS
4.7 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
Hệ thống định vị toàn cầu GPS là một tập hợp các phần cứng và phần mềm dùng để xác định vị trí chính xác của một đối tượng nào đó trên bề mặt trái đất bằng cách sử dụng các tín hiệu nhận được từ một số vệ tinh nhất định. Tín hiệu này được xử lý bởi bộ thu GPS và cho phép tính toán vị trí, tốc độ và thời gian bù trừ.
Để tính toán được vị trí trong không gian ba chiều (X, Y, Z) và thời gian GPS (T) thì cần có tín hiệu từ bốn vệ tinh.
Hình 4.12: Hệ thống GIS
Hệ thống vệ tinh định mức sử dụng cho GPS bao gồm có 24 vệ tinh quay trên quỹ đạo xung quanh trái đất với độ cao khoảng 20.200 km. Trên thực tế sẽ có nhiều hơn số 24 này bởi vì những vệ tinh mới được phóng lên dần thay thế những vệ tinh cũ. Mỗi một vệ tinh hầu như thực hiện được một vòng quay trọn vẹn mỗi ngày (vì trái đất quay quanh mình mỗi ngày). Có sáu mặt phẳng quỹ đạo (mỗi mặt phẳng chứa 4 vệ tinh) được bố trí cách đều nhau (cách nhau 60o) và nghiêng so với mặt phẳng xích đạo khoảng 55o. Với cách bố trí hệ thống vệ tinh này thì tại bất kỳ một điểm nào trên bề mặt trái đất cũng có thể nhìn thấy từ 5 đến tám vệ tinh (Hunter, 2001).
Hình 4.13: Hệ thống vệ tinh sử dụng cho GPS
Các dữ liệu về vị trí và các thuộc tính đi kèm có thể được nhập vào hệ thống GIS. GPS thu thập dữ liệu của điểm, đường hoặc vùng theo một tập hợp bất kỳ phù hợp cho việc sử dụng trong GIS. Hơn nữa với GPS ta có thể tạo ra một “từ điển” dữ luệ phức tạp để thu thập các dữ liệu đặc tính một cách hiệu quả. Điều này làm cho GPS trở thành một công cụ hữu hiệu có thể đồng thời thu thập dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính (spatial and attribute data) dùng cho GIS.
GPS được dùng trong các trường hợp như sau:
Lựa chọn vị trí cho các trạm tham chiếu đo đạc và nâng cấp độ chính xác của các trạm cũ.
Đo đạc các địa hình dốc mà ở đó khó áp dụng các biện pháp thông thường
Định vị các trạm dầu ngoài khơi
Cập nhật thông tin đường giao thông với bộ thu trong xe
Vận hành hàng hải
Xác định vị trí máy bay để giảm bớt sự phụ thuộc vào các điểm cố định đánh dấu trên mặt đất trong chụp ảnh hàng không
Thu nạp trực tiếp toạ độ dùng trong GIS tại thực địa với máy tính xách tay và bộ thu GPS Bộ thu GPS có giá cả dao động từ vài trăm USD đến vài chục nghìn USD. Hệ thống GPS thường dựa vào vệ tinh (3 vệ tinh) và có độ chính xác từ vài trăm m đến vài cm.
Hệ thống thu GPS có thể là một trong các dạng sau đây:
Bộ thu cầm tay nhỏ
Dạng đeo tay như “Đồng hồ James Bond”
Bộ thu dùng trong ôtô
Bộ thu đeo như ba lô
Hệ thống gắn theo máy bay hoặc tầu thuỷ
Bộ thu đeo vào thắt lưng và được kết nối trực tiếp với máy tính xách tay
Bộ thu kết hợp với điện thoại di động
Hệ thống GPS bao gồm phần cứng và phần mềm. Phần cứng hệ thống gồm 3 phần:
ăngten, đầu thu, và bộ thu dữ liệu. Bộ thu dữ liệu là một vi tính cầm tay có chứa phần mềm để chuyển đổi dữ liệu sang dạng toạ độ và lưu trữ, thao tác tập tin, và truyền/nhận tập tin từ máy tính. Phần mềm hệ thống có 4 chức năng cơ bản: lập trình, nắn chỉnh số liệu thô của vệ tinh, đính chính/hiển thị số liệu, và chuyển đổi/xuất dữ liệu (Hunter, 2001).
Việc lập trình bao gồm xác định các vệ tinh sẵn có theo thời điểm và không gian tương ứng, chuẩn bị “từ điển dữ liệu” (data dictionaries) cho một mục đích cụ thể nào đó. Nắn chỉnh số liệu bao gồm việc sử dụng tập tin của trạm gốc (base station file) để chuẩn xác lại dữ liệu thô nhận được từ các vệ tinh qua đó nâng cao đáng kể độ chính xác của dữ liệu. Đính chính và hiển thị dữ liệu có thể bao gồm trung bình hoá các điểm (averageing points), nối các điểm để tạo đường, làm trơn, đo khoảng cách và diện tích, và hiển thị dữ liệu lên màn hình. Các phần mềm
GPS không phải công cụ tạo bản đồ (map-making) và vì vậy mọi đính chính cuối cùng sẽ được thực hiện bởi các phần mềm trong GIS.
Việc chuyển đổi dữ liệu và xuất dữ liệu bao gồm khả năng chuyển đổi từ hệ kinh độ/vĩ độ mà bộ thu nhận được sang một loạt các hệ thống toạ độ và hệ chiếu khác, sau đó xuất dữ liệu này để sử dụng trong GIS.