Đề tài Xây dựng hệ thống phục vụ bài toán quản lý, dẫn đường cho phương tiện giao thông

i sóng vô tuyến, thiết kế của đồ án sử dụng hệ thống bộ đàm KENWOOD TM271A, hoạt động trên dải tần vô tuyến dân dụng VHF. Dải tần này được lựa chọn bởi những lí do sau: • Dải tần VHF dân dụng không cần đăng ký, được phép sử dụng miễn phí. • Chi phí triển khai không cao. • Phù hợp với tuyến thông tin trên biển khi mở rộng đề tài quản lý tàu cá trên biển (dải VHF ít bị môi trường biển hấp thụ). Máy bộ đàm trạm KENWOOD TM271A được dùng để hỗ trợ kênh vô tuyến thử nghiệm bởi nó hoạt động trong dải tần vô tuyến dân dụng là 136-174 MHz, đồng thời hỗ trợ hai chế độ truyền dữ liệu với tốc độ lần lượt là 1200 bps và 9600 bps. Bộ đàm là một thiết bị có cả chức năng thu và phát tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số. Trong thông tin vô tuyến, bộ đàm là thiết bị vô tuyến hai chiều kết hợp cả thu và phát tín hiệu vô tuyến hoạt động theo phương thức bán song công (Half-duplex) tức là nó thể thực hiện Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 84 truyền thông theo cả hai hướng nhưng trong một thời điểm thì chỉ có một hướng được phép truyền. Nhiệm vụ cơ bản mà bộ đàm KENWOOD thực hiện trong đồ án này là đưa tín hiệu dữ liệu đã điều chế GMSK từ modem CMX589A lên băng tần VHF thông qua điều chế FM để có thể được truyền đi. Hình 3.19 Bộ đàm KENWOOD TM271A Bảng 3.3 Một số thông số kỹ thuật của TM271A Phạm vi tần số hoạt động TX: 136 - 174 MHz RX: 136 - 174 MHz Mode: F3E (FM) Trở kháng anten 50 Ω Dải nhiệt độ cho phép -200C đến +600C Nguồn cung cấp 13.8V DC ±15% (11.7÷15.8V) Dòng điện Phát (max): 13A hoặc nhỏ hơn Thu: 1A hoặc nhỏ hơn Công suất phát 60W và 25W. Tốc độ kết nối và truyền dữ liệu 1200 bps & 9600bps TM271A hỗ trợ người dùng ba cổng giao tiếp như Bảng 3.4. Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 85 Bảng 3.4 Các cổng thông tin của TM271A Chỉ số Thứ tự chân Tên Chức năng 1 ENC A Mã hóa A 2 CM Kiểm tra Microphone 3 ENC B Mã hóa B 4 MIC KEY Microphone Key 5 DI Dữ liệu ra từ LCD 6 CE Chip Enable cho LCD 7 CL Clock cho LCD 8 DO Dữ liệu truyền tới LCD 9 5C Nguồn 5V DC 10 8C Nguồn 8V DC 11 VOL Âm lượng 12 POWER Power Key 13 RXD RXD 14 BRI Điều khiển độ sáng màn hình 15 PTT Put To Talk 16 GND Đất 17 GND Đất CN1 18 MIC Microphone 1 GND Đất 2 SQC Tín hiệu Squelch 3 PKS Điều khiển truyền 4 PR1 Dữ liệu thu ở tốc độ 1200bps 5 PR9 Dữ liệu thu ở tốc độ 9600bps 6 GND Đất cho PKD CN2 7 PKD Đầu vào dữ liệu đã điều chế để truyền 1 INT SP Loa trong CN5 2 GND Đất CN1 là cổng analog thông thường cho microphone để phục vụ giao tiếp thông tin thoại. CN2 là đầu cuối truyền nhận data trên mặt PCB TX/RX của máy bộ đàm và được sử dụng trong đề tài này. Nó thực hiện xử lý truyền nhận, dữ liệu vào ra và hỗ trợ tín hiệu PTT. Thiết kế của TM271A đưa ra CN2 dưới dạng hai port song song như trong Hình 3.20. CN5 dùng cho mục đích giao tiếp với loa. Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 86 Hình 3.20 Mặt trong bộ đàm KENWOOD TM271A Các chế độ truyền dữ liệu: ¾ Chế độ truyền 1200bps: tín hiệu số băng cơ sở được điều chế tốc độ cao AFSK (cho dữ liệu đi qua một bộ lọc thông dải) trước khi đưa tới mạch phát của bộ đàm. Ở chế độ này, chân PKD của cổng CN2 đóng vai trò TXD (phát) còn chân PR1 đóng vai trò RXD (thu). Chân SQR làm nhiệm vụ điều khiển truyền nhận. Khi chân này ở mức logic 0, bộ đàm cho phép truyền nhận dữ liệu. Khi muốn chuyển sang chế độ thoại bằng cách nhấn và giữ nút PTT trên microphone, bộ đàm sẽ đưa chân SQR lên mức logic 1. Tín hiệu điện từ chân này sẽ được đưa tới vi điều khiển ngoài để xử lý; vi điều khiển sẽ coi đây là tín hiệu báo ngừng thu phát data và có thuật toán xử lý thích hợp. Như vậy bộ đàm đóng vai trò chủ động dừng hay cho phép quá trình truyền nhận dữ liệu. ¾ Chế độ truyền 9600bps: tín hiệu số được điều chế GMSK trước khi tới bộ đàm. Chân PKD vẫn đóng vai trò chân dữ liệu đầu vào cho bộ đàm còn chân Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 87 PR9 là chân dữ liệu đầu ra. Việc điều khiển truyền nhận được thông qua chân PKS. Vi điều khiển sẽ phát ra một tín hiệu điện để đưa chân PKS về logic 0 cho phép bộ đàm hoạt động ở chế độ thu phát dữ liệu. Cần lưu ý là khi PKS được thiết lập logic 0 thì chế độ thông tin thoại bị vô hiệu hóa hoàn toàn, chế độ truyền dữ liệu hoạt động liên tục và không thể bị cắt ngang. Chỉ khi PKS bằng 1 (trạng thái mặc định) thì bộ đàm mới có thể tiếp tục thông tin thoại qua microphone. Như vậy khác với chế độ 1200bps, ở chế độ 9600bps thì vi điều khiển đóng vai trò chủ động điều khiển quá trình trao đổi dữ liệu chứ không phải bộ đàm. Bảng 3.5 Mức vào/ra của đầu cuối dữ liệu Số chân Tên chân Đặc điểm Tốc độ (bps) 1200bps 9600bps Đầu vào điều chế 400mVp-p 4Vp-p 1 PKD Bước dịch tần 3±0.5kHz 1.2±0.5kHz 4 PR9 Mức ra là 500mVp-p/10kΩ Luôn output trong suốt quá trình nhận 5 PR1 Mức ra là 500mVp-p/10kΩ Không output khi chân SQR bằng 1 Hệ thống hoạt động ở chế độ 9600bps; tốc độ dữ liệu ra ở vi điều khiển và modem GMSK được thiết lập bằng 9600bps hoàn toàn tương thích với tốc độ truyền mà bộ đàm hỗ trợ. Để hoạt động ở tốc độ này trước hết phải có bước cấu hình cho bộ đàm để chuyển từ tốc độ mặc định 1200 bps sang 9600 bps. Chi tiết cách cấu hình này có thể xem trong hướng dẫn sử dụng của máy. Cần lưu ý thêm là mức điện áp tín hiệu sau điều chế GMSK đi ra từ modem CMX589A là 1Vp-p, mức DC vào khoảng 1.5V, trong khi đó theo Bảng 3.4 thì mức vào ở chân PKD ứng với tốc độ 9600 bps yêu cầu vào khoảng 4Vp-p. Do đó trước khi Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 88 đưa tín hiệu từ CMX589A tới bộ đàm, cần có một bộ khuếch đại RF và hiệu chỉnh mức DC cho phù hợp. Chi tiết thiết kế các khối này được thể hiện trong phần phụ lục. 3.1.5 Các khối phụ khác 3.1.5.1 Khối hiển thị Sử dụng màn hình hiển thị LCD 16x2 làm giao diện chính giữa người dùng và thiết bị. Hoạt động của LCD hoàn toàn được điều khiển bởi vi điều khiển. Hình 3.21 Màn hình LCD 16x2 Cụ thể tên gọi và mô tả chức năng các chân được tóm tắt trong bảng 3.6. Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 89 Bảng 3.6 Mô tả các chân LCD Số chân Ký hiệu Tên Mô tả chức năng 1 VSS Đất 0V (GND) 2 VDD Cấp nguồn Nối với dương nguồn (4.5V÷5.5V) 3 VEE Constast Điều chỉnh điện áp chân này sẽ tăng giảm độ tương phản của LCD. Thường được nối với biến trở. 4 RS Chọn thanh ghi Nếu RS=0: LCD nhận lệnh Nếu RS=1: LCD nhận dữ liệu 5 RW Read/Write Chọn chức năng ghi/ đọc RW=1 : đọc dữ liệu RW=0 : ghi dữ liệu 6 E Read Write enable Khi E chuyển từ 1Æ0 thì tín hiệu ở các chân D0- D7 mới được đưa vào LCD. 7÷14 D0÷D7 Data bus 0÷7 Dùng cho việc truyền dữ liệu. 15,16 VCC, GND Đất, nguồn Cấp nguồn LCD. Từ những đặc điểm và chức năng đã được đề cập ở trên ta có thể đi tới việc hình thành việc ghép nối của LCD với vi điều khiển như sau: Hình 3.22 Mạch ghép LCD với vi điều khiển Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 90 3.1.5.2 Khối đọc thẻ từ Hình 3.23 Module quét thẻ từ chuẩn giao tiếp USB Module quét thẻ từ thực hiện giao tiếp nối tiếp qua giao diện USB, sử dụng IC điều khiển là PL2303. PL2303 hoạt động như cầu nối giữa 1 cổng USB và 1 cổng nối tiếp theo chuẩn RS232. 2 bộ đệm trên chip lớn để lưu trữ dữ liệu từ 2 bus khác nhau. Dữ liệu chuẩn USB cỡ lớn được đưa qua bởi tốc độ truyền dẫn cao. Tín hiệu bắt tay được hỗ trợ bởi cổng nối tiếp. Với những kỹ thuật đó, tốc độ baud sẽ cao hơn rất nhiều so với bộ điều khiển USART thừa kế. Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 91 Thiết bị này cũng phù hợp với việc quản lý năng lượng tiêu thụ của USB và kỹ thuật đánh thức từ xa. Chỉ một lượng năng lượng nhỏ được sử dụng trong giai đoạn treo. Bằng cách tích hợp tất cả các chức năng của package 28 chân SOIC, loại chíp này phù hợp cho việc gắn thêm cáp. Người sử dụng chỉ cần gắn cáp vào cổng USB và sau đó kết nối với bất kỳ thiết bị RS232 nào. 3.1.5.3 Khối cảm biến Sơ đồ nguyên lý (chi tiết hơn trong phần phụ lục): Sử dụng các cảm biến hồng ngoại: Hình 3.24 Một số cảm biến hồng ngoại thông dụng 3.1.6 Nguồn nuôi hệ thống Các trạm MS và BS cần có hai mức nguồn DC là +5VDC, bộ đàm cần mức nguồn +13.8VDC. Module GPS SkyNav GB10 và hệ vi điều khiển- điều chế sử dụng nguồn +5V. Tuy nhiên trong thời gian thử nghiệm, để thuận tiện cho việc thay đổi đấu nối mudule Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 92 khi cần, tạm thời module GPS và khối module ATmega8515- CMX589A sẽ dùng hai nguồn +5VDC khác nhau. Module ATmega8515- CMX589A cũng được thiết kế để sử dụng nguồn +9VDC hoặc +12VDC từ một pin có thời lượng cao. Bộ đàm Kenwood hoạt động với nguồn +13.8VDC. Nhà phân phối có thể cung cấp bộ nguồn này, tuy nhiên kích thước và trọng lượng của nó khá lớn nên chỉ thích hợp đặt ở trạm thu trên đất liền. Đối với bộ đàm hoạt động trên tàu có thể dùng một acquy 12V- 12Ah để thay thế. 3.2 Thiết kế trạm trung tâm BS (Base Station) Trạm trung tâm đóng vai trò là trung tâm điều khiển, trung tâm cơ sở dữ liệu của hệ thống. GMSK Modem CMX589A Tx data Rx data Tx clock Rx clock Mạch TX Lọc thông thấp LCD 16x2 Khuếch đại RF Vi điều khiển ATMega16 RxTx Bộ thu phát FM TM271A PKS Tín hiệu điều khiển Cảm biến NguồnMAX232 PC Mạch RX Lọc và điều chỉnh mức một chiều DC Anten Hình 3.25 Sơ đồ khối trạm BS Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 93 Trạm BS có cấu trúc hoàn toàn tương tự so với trạm MS do đặc điểm các đầu cuối là truyền nhận dữ liệu theo 2 chiều. Các điểm khác giữa BS so với MS là: ¾ Không có khối thu GPS (chip GPM1315). ¾ Không có khối đọc thẻ từ. ¾ Vi điều khiển sử dụng là Atmega16 do chỉ cần một bộ USART phục vụ giao tiếp nối tiếp theo chuẩn RS232 giữa Vi điều khiển và máy tính. Sơ đồ mạch thiết kế cho khối BS được cho chi tiết trong phần phụ lục. Các đặc điểm chính của vi điều khiển Atmega16: Hình 3.26 Vi điều khiển Atmega16 ♦ Cấu trúc RISC với: ƒ 131 lệnh, hầu hết được thực thi trong 1 chu kì xung nhịp. ƒ 32 thanh ghi 8-bit đa dụng. ƒ Tốc độ làm việc 16MPIS, với thạch anh 16MHz. ♦ Bộ nhớ: ƒ 16 KB ISP Flash với khả năng 10.000lần ghi/xóa. ƒ 512Byte EEROM. ƒ 1KB SRAM ngoài. ♦ Giao tiếp JTAG: ƒ Khả năng quét toàn diện theo chuẩn JTAG. Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 94 ƒ Hỗ trợ khả năng Debug on-chip. ƒ Hỗ trợ lập trình Flash, EEROM, fuse… ƒ Lock bit qua giao tiếp JTAG. ♦ Giao tiếp ngoại vi: ƒ 2 bộ timer/counter 8 bit với các mode: so sánh và chia tần số. ƒ 1 bộ timer/counter 16 bit với các mode:so sánh, chia tần số, capture, PWM. ƒ 1 timer thời gian thực với bộ dao động riêng. ƒ 4 kênh PWM. ƒ 8 kênh biến đổi ADC 10bit. ƒ Hỗ trợ giao tiếp I2C. ƒ Bộ giao giao tiếp nối tiếp lập trình được USART. ♦ Những thuộc tính đặc biệt: ƒ Chế độ hiệu chỉnh bộ sai số cho bộ dao động RC On-chip. ƒ Các chế độ ngắt trong và ngoài đa dạng. ƒ 6 mode sleep: Idle, ADC noise reduction, power saving, power-down, standby, extended standby. ♦ Nguồn cấp: ƒ 2.7÷5.5 V với ATmega16L. ƒ 4.5÷5.5V với ATmega16H. ♦ Tiêu hao năng lượng: ƒ Khi họat động tiêu thụ dòng 1,1mA. ƒ Ở chế độ Idle tiêu thụ dòng 0.35mA. ƒ Ở chế độ Power_down tiêu thụ dòng nhỏ hơn 1uA. Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 95 3.3 Chế tạo các module phần cứng Phần cứng được chế tạo và thử nghiệm thành công, các module hoạt động ổn định. Dưới đây là hình ảnh của các mạch đầu cuối. Hình 3.27 Mạch đầu cuối tại phương tiện MS đang đọc dữ liệu GPS Hình 3.28 Mạch đầu cuối tại phương tiện MS nhận dữ liệu GPS thành công Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 96 Hình 3.29 Mạch trung tâm BS Hình 3.30 Tín hiệu sau module điều chế GMSK 3.4 Phần mềm vi điều khiển Vi điều khiển thực hiện rất nhiều nhiệm vụ để điều khiển hoạt động của hệ thống. Nó chịu trách nhiệm điều khiển hoạt động của modem GMSK, bộ đàm, xử lý thông tin từ GPS, định hướng dữ liệu đến và đi giữa các module. Đồ án sử dụng trình hợp dịch Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 97 CodeVisionAVR V2.03.3 để phát triển phần mềm cho vi điều khiển. Chương trình được xây dựng trên môi trường phát triển tích hợp IDE (Integrated Development Environment) cho họ vi điều khiển AVR, hỗ trợ hầu hết các dòng chip AVR của Atmel, ngôn ngữ lập trình C, do đó việc xây dựng code khá đơn giản. Ngoài ra CodeVision tích hợp trình nạp code Programmer, Debug và giao tiếp Terminal qua các cổng thông tin máy tính nên hết sức thuận lợi cho việc phát triển code hệ thống. Các module chương trình chính bao gồm: Tách thông tin tọa độ từ module GPS (chỉ có trên trạm MS): Dữ liệu được lấy từ khối thu GPS với chip GPM1315 khoảng 2s một lần thông qua cổng giao tiếp nối tiếp theo định dạng NMEA0183. Thiết kế phần mềm trong đồ án sử dụng bản tin RMC (Recommended Minimum Specific GNSS Data) để tách thông tin mong muốn. Chi tiết bản tin được giải thích trong Bảng 3.7. $GPRMC,161229.478,A,3723.2475,N,12158,3416,W,0.13,309.62.120598,,*10 Bảng 3.7 Các thông số trong bản tin RMC Tên Ví dụ Đơn vị Mô tả Mã bản tin $GPRMC Header của bản tin RMC Tọa độ UTS 161229.478 Hhmmss.sss Trạng thái A A=dữ liệu hợp lệ, V= không hợp lệ Vĩ độ 3723.2475 Ddmm.mmmm Chỉ thị N/S N N= Bắc, S= Nam Kinh độ 12158.3416 Ddmm.mmmm Chỉ thị E/W W E= Đông, W= Tây Tốc độ trên mặt đất 0.13 Knots Course over 309.63 Degrees True Ngày tháng năm 120598 Ddmmyy Biến thiên từ trường Degrees E hoặcW Checksum *10 Kết thúc bản tin Ta cần đến dữ liệu tọa độ, thời gian, vận tốc trên mặt đất. Do vậy tọa độ UTC, kinh độ với chỉ thị Đông/Tây, vĩ độ với chỉ thị Nam/Bắc và vận tốc sẽ được tách ra từ bản tin RMC. Chi tiết được mô tả trong phụ lục code chương trình. Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 98 Đóng gói bản tin và truyền về trung tâm: Tất cả các dữ liệu này sẽ được định dạng trong một gói tin có độ dài cố định chuẩn cùng với một số thông tin hữu ích khác. Tiếp theo, gói dữ liệu này sẽ được truyền về trung tâm điều khiển và được lưu tạm thời vào bộ nhớ của vi điều khiển. Gói dữ liệu là một chuỗi ký tự ASCII dài 60 byte (không kể chuỗi bit chỉ dẫn gán thêm), bao gồm Mào đầu, số hiệu gói tin, số hiệu trạm MS, thời gian, kinh độ, vĩ độ, vận tốc, ngày tháng năm và byte kết thúc. Bảng 3.8 mô tả chi tiết một gói tin gửi đi, các trường ngăn cách nhau bởi dấu phảy. $DATA,1,1,068912.126,1123.4678,N,33456.8902,E,1.23,200510,#\n Bảng 3.8 Cấu trúc gói tin gửi từ trạm MS Tên Số byte Định nghĩa Mô tả Mào đầu 5 $DATA Nhóm ký tự bắt đầu một gói dữ liệu ID gói tin 1 0-9 Số hiệu gói tin ID thiết bị 1 0-9 Số hiệu trạm MS Giờ UTC 10 Hhmmss.ssss Giờ Greenwich Dữ liệu vĩ độ, chỉ thị 9 0000.0000-9000.0000 Từ 00 độ 00.0000 phút tới 90 độ 00.0000 phút. Chỉ thị N/S 1 N/S North/South Dữ liệu kinh độ 10 00000.0000-18000.0000 Từ 000 độ 00.0000 phút tới 180 độ 00.0000 phút. Chỉ thị E/W 1 E/W East/West Tốc độ 4 1.23 Vận tốc di chuyển trên mặt đất của máy thu, đơn vị Knots. Ngày tháng năm 6 200510 ddmmyy Byte Stop 2 #\n Kết thúc gói tin Chương III. Thiết kế các module đầu cuối Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 99 3.4 Tổng kết Chương này đã đưa ra thiết kế khá chi tiết về phần cứng cũng như phần mềm vi điều khiển cho các trạm MS và BS để triển khai đầu cuối tích hợp GPS, GMSK với máy bộ đàm. Đồng thời chức năng của mỗi thành phần đã được giải thích rõ. Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế, vẫn còn một số hạn chế với các module tích hợp đó là chưa thực sự tối ưu. Để hệ thống có thể hoàn thiện và phát triển xa hơn cần có một quá trình nghiên cứu thử nghiệm lâu dài hơn. Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 100 CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ PHẦN MỀM QUẢN LÝ TRUNG TÂM Phần mềm ứng dụng được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Microsoft Visual C# trên nền .NET kết hợp với hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft Office Access. 4.1 Xử lý, hiển thị dữ liệu bản đồ 4.1.1 Hệ quy chiếu trắc địa Ở Việt Nam sử dụng 5 hệ quy chiếu khác nhau: ¾ Hệ quy chiếu thời Pháp thuộc, sử dụng Ellipsoid Clark, điểm gốc tại Hà Nội, phép chiếu Bonne và hệ thống điểm tọa độ bao phủ toàn Đông Dương ¾ Hệ quy chiếu HN-72, được thành lập vào năm 1959, công bố kết quả vào năm 1972 và được thay thế bằng hệ quy chiếu VN-2000 từ tháng 07/2000, sử dụng Ellipsoid Krasovski, phép chiếu bảo giác Mercator hình trụ ngang, tiếp xúc với ellipsoid, điểm gốc tại đài thiên văn Láng – Hà Nội, hệ độ cao tại Hòn Dấu – Hải Phòng ¾ Hệ quy chiếu VN-2000 được thành lập vào năm 1994 và công bố kết quả năm 2000, sử dụng Ellipsoid WGS-84, phép chiếu UTM, điểm gốc tại Viện Nghiên cứu địa chính, đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội, hệ độ cao tại Hòn Dấu – Hải Phòng ¾ Hệ quy chiếu INDIAN54 được sử dụng ở Miền Nam trước giải phóng, sử dụng Ellipsoid Everest, điểm gốc tại Ấn Độ, phép chiếu UTM và hệ thống điểm tọa độ bao phủ Miền Nam, hệ độ cao tại Mũi Nai, Hà Tiên ¾ Hệ quy chiếu toàn cầu WGS-84 do Cơ quan bản đồ thuộc Bộ quốc phòng Mỹ công bố năm 1984, được sử dụng ở Mỹ và một số nước. WGS-84 là một hệ quy chiếu chuẩn xác nhất hiện nay, và được sử dụng trong các máy thu GPS. ¾ Hệ quy chiếu mặt bằng ở Việt Nam cũng sử dụng 2 loại hệ quy chiếu: Hệ quy chiếu Gauss-Kruger và Hệ quy chiếu UTM. Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 101 Các tư liệu bản đồ cũ theo hệ quy chiếu HN-72 được thay thế bằng hệ quy chiếu VN-2000 kể từ Quyết định số 83/2000.QĐ-TTg tháng 7 năm 2000 của thủ tướng chính phủ . Hiện đã có các công cụ thương mại cho phép chuyển đổi cơ sở dữ liệu bản đồ số hóa từ hệ quy chiếu HN-72 sang VN-2000. Vấn đề đặt ra là các thông tin tọa độ không gian nhận được từ các bộ thu GPS là tọa độ trên hệ quy chiếu toàn cầu WGS-84. Vì vậy, để có thể hiển thị được vị trí chính xác trên bản đồ, chúng ta phải chuyển đổi tọa độ không gian từ hệ quy chiếu toàn cầu WGS-84 về tọa độ không gian trên hệ quy chiếu quốc gia VN-2000. Tuy hệ quy chiếu quốc gia VN-2000 cùng sử dụng ellipsoid WGS-84, nhưng điểm gốc đã bị dịch chuyển. Để có thể thực hiện chuyển đổi, Cục đo đạc bản đồ Việt Nam đã đưa ra 7 tham số chuyển đổi bao gồm 3 tham số dịch chuyển gốc tọa độ, 3 tham số góc xoay trục tọa độ và 1 tham số tỷ lệ biến dạng chiều dài. Thời điểm đầu, 7 tham số này vẫn còn là bí mật cho đến khi được công bố chính thức trong quyết định số 05/2007/QĐ/-BTNMT: ¾ 3 tham số dịch chuyển gốc tọa độ: 191,90441429 m; -39,30318279 m; -111,45032835 m ¾ 3 tham số góc xoay trục tọa độ: 0,00928836”; 0,01975479”; -0,00427372” ¾ Hệ số biến dạng chiều dài: k = 1,000000252906278 7 tham số này được dùng chung cho toàn bộ lãnh thổ Việt Nam. Tuy nhiên mỗi vùng miền có một bộ tham số riêng, được tính toán dựa trên đo đạc tập các điểm trùng. Vì vậy khi quan tâm tới độ chính xác cao, cần thiết phải tính toán được một bộ tham số riêng dựa trên đo đạc số liệu hoặc xin ở các tỉnh thành địa phương. Công thức chuyển đổi: X' = ΔX 0 + k . (X - ω 0 . Y + ψ 0 . Z) Y' = ΔY 0 + k . (ω 0 . X + Y - ε 0 . Z) Z' = ΔZ 0 + k . (-ψ 0 . X + ε 0 . Y + Z) Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 102 Trong đó: - X, Y, Z là tọa độ không gian trong hệ quy chiếu WGS-84. - X’, Y’, Z’ là tọa độ không gian trong hệ quy chiếu VN-2000. - k là hệ số biến dạng chiều dài của hệ quy chiếu toàn cầu WGS-84 so với hệ quy chiếu quốc gia VN-2000. - (ω 0 , ψ 0 , ε 0 ) là góc xoay của trục tọa độ hệ quy chiếu WGS-84 so với hệ quy chiếu VN-2000. - ( ΔX 0 , ΔY 0 , ΔZ 0 ) là tọa độ tâm của hệ quy chiếu WGS-84 trong hệ quy chiếu VN-2000. Do tọa độ thu được từ bộ thu GPS và tọa độ không gian trên bản đồ số là tọa độ trắc địa. Do vậy để sử dụng được công thức chuyển đổi trên, chúng ta cần thực hiện một bước chuyển đổi trung gian từ tọa độ không gian 3 chiều X, Y, Z sang tọa độ trắc địa B, L, H và ngược lại: X = (N + H) * cosB * cosL Y = (N + H) * cosB * sinL Z = (N * (1 - e^2) + H) * sinB với N = a/sqrt(1 - e^2 * (sinB)^2). 4.1.2 Phần mềm GIS Bài toán đầu tiên được đặt ra cho phần mềm ứng dụng là xử lý dữ liệu bản đồ số hóa. Hiện có rất nhiều công cụ hỗ trợ để giải quyết vấn đề này. Trong phạm vi đề tài, phương án sử dụng các công cụ mã nguồn mở là phù hợp nhất và được lựa chọn ưu tiên. Một số công cụ mã nguồn mở phổ biến: ¾ GRASS GIS: được phát triển bởi các kỹ sư quân đội Mỹ, là một GIS đầy đủ và nguồn mở. ¾ SAGA GIS: System for Automated Geoscientific Analyses. SAGA có duy nhất các giao diện lập trình ứng dụng API (Application Programming Interface) và một tập các phương thức cho khoa học địa lý không gian, liên lục lớn mạnh và được đóng gói trong các mô-đun thư viện linh hoạt Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 103 ¾ QUANTUM GIS: là một GIS nguồn mở với giao diện thân thiện, hỗ trợ các hệ điều hành Linux, Unix, Mac OS X và Windows ¾ MapWindow GIS: là ứng dụng desktop mã nguồn mở, hoàn toàn miễn phí ¾ Mapserver: là phần mềm GIS hỗ trợ xây dựng ứng dụng GIS trên nền web, được phát triển bới trường đại học Minnesota – Hoa Kỳ ¾ MapPoint: là một công nghệ và một chương trình ứng dụng đặc biệt được xây dựng bởi tập đoàn Microsoft cho phép người sử dụng xem, chỉnh sửa và hợp nhất bản đồ Nguồn bản đồ số được xây dựng và cung cấp hiện nay dưới định dạng MapInfo TAB là phổ biến. Do vậy hai yêu cầu quan trọng đối với phần mềm GIS là hỗ trợ các định dạng bản đồ phổ biến, bao gồm MapInfo TAB và ERSI Shapefile và hỗ trợ phát triển ứng dụng trên máy tính cá nhân PC. Với các yêu cầu đó, MapServer được lựa chọn làm giải pháp để hỗ trợ cho ứng dụng của hệ thống. 4.1.3 MapServer Mapserver là một phương tiện mã nguồn mở dùng để trình diễn dữ liệu bản đồ địa lý. Mapserver được phát triển đầu tiên bởi Đại học Minnosota (UMN) cho dự án hợp tác với NASA và Bộ tài nguyên thiên nhiên Minnesota (MNDNR). Sau đó nó được tiếp quản bởi dự án TerraSIP, là một dự án tài trợ của NASA cho UMN và một hiệp hội các nhà quản lý đất đai. Hiện nay MapServer là một dự án của OSGeo (Tổ chức địa lý không gian mã nguồn mở), và được duy trì bởi gần 20 nhà phát triển trên khắp thế giới Mapserver tạo các bức ảnh bản đồ từ các thông tin không gian được tổ chức dưới định dạng số. Nó có thể làm việc với cả hai dạng dữ liệu là vector và raster. Mapserver có thể trình diễn trên 20 loại định dạng dữ liệu vector khác nhau bao gồm Shapefile, PostGIS và ArcSDE, OpenDAP…Không phải tất cả các thông tin được hiển thị trên bản đồ cần ở định dạng vector. Các bức ảnh chụp từ máy bay hay vệ tinh và tàu vũ trụ của một vùng trên trái đất có thể được hiển thị đằng sau dữ liệu vector để cũng cấp các bức ảnh rõ ràng của các đối tượng vector trong thế giới thực. Mapserver làm việc với 2 Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 104 định dạng raster chính là GeoTIFF và EPPL7, tuy nhiên nó cũng có khả năng đọc trên 20 định dạng khác (bao gồm Windows Bipmap, GIF, JPEG) thông qua gói GDAL. Tuy vậy Mapserver không có khả năng gắn các dữ liệu raster này với dữ liệu không gian Mapserver hoạt động ở hai chế độ: CGI (giao diện đồ họa máy tính và người sử dụng) và Mapscript. Ở chế độ CGI, Mapserver có chức năng như những kịch bản CGI trong môi trường máy chủ web. Đây là cách thiết đặt và tạo ra các ứng dụng đơn giản và nhanh chóng. Ở chế độ Mapscript, Mapserver API (giao diện lập trình ứng dụng) được truy xuất trong các môi trường lập trình như Perl, Python, hay PHP. Mapscript cho phép xây dựng các ứng dụng linh hoạt và đa tính năng mà vẫn thừa kế được các ưu điểm của Mapserver. Mapserver hoạt động dựa trên một tệp cấu hình (gọi là mapfile) có chứa các mô tả về các lớp và phần tử của bản đồ. Sau đó Mapserver có thể vẽ và lưu bản đồ và cung cấp một vài tác nhiệm tự động sau khi tạo bản đồ. Nó đánh nhãn các đối tượng và ngăn cản sự va chạm giữa các nhãn liền kề, và cho phép sử dụng cả font Bitmapped và TrueType. Kích cỡ nhãn có thể được cố định hay thay đổi theo tỷ lệ bản đồ. Mapserver cũng cho phép tạo chú thích và thanh tỷ lệ bản đồ (được cấu hình trong mapfile) và tạo bản đồ tham chiếu. Mapserver xây dựng bản đồ bằng cách chồng xếp các lớp lên trên các lớp khác. Mỗi lớp được trình diễn sẽ ở trên cùng của xếp. Mỗi lớp hiện thị các đối tượng lưu trữ trong một tập dữ liệu. Mapserver không cung cấp các công cụ tích hợp của hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS). Do vậy khả năng phân tích bị hạn chế và không có các công cụ cho phép tham chiếu địa lý. Ở chế độ Mapscript, các chức năng của Mapserver có thể được truy cập thông qua các API trong các ngôn ngữ lập trình và các API được xem như một tập hợp của các chức năng mạnh mẽ trong việc phân tích và báo cáo. Điều này có nghĩa là trong khi Mapserver không có các công cụ tích hợp để phân tích dữ liệu không gian, nhưng lại có các tập công cụ cho phép thực hiện nhiều trong số các chức năng này (mặc dù không phải tất cả), kết hợp với các hệ quản trị cơ sở dữ liệu (như MS Access, MySQL Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 105 hay MS SQL Server) và các ngôn ngữ lập trình cho phép thực hiện các truy vấn và phân tích linh hoạt và mạnh mẽ. 4.1.4 Thực hiện giải pháp Lựa chọn gói phần mềm MapsServer cho Windows (MS4W), trong đó có một loạt các thư viện nguồn mở, hỗ trợ nhiều môi trường lập trình như: PHP MapScript, C# MapScript, Python 2.4 MapScript, Java 1.4 MapScript. Vì MapServer không hỗ trợ định dạng bản đồ số MapInfo TAB, do vậy cần chuyển đổi dữ liệu bản đồ từ MapInfor TAB sang định dạng ERSI Shapefile, sử dụng công cụ Universal Translator trong bộ sản phẩm MapInfo. Một tệp cấu hình bản đồ có đuôi mở rộng là .map cũng được tạo ra để mô tả các lớp bản đồ, các chú thích, nhãn , thanh tỷ lệ…của bản đồ. Tệp cấu hình này có thể được tạo ra bằng thủ công hoặc dễ dàng hơn nhờ một số công cụ miễn phí có sẵn Trong môi trường lập trình Visual Studio, chúng ta tham chiếu tới các thư viện mapscript tương ứng hỗ trợ và sử dụng các phương thức cũng như đối tượng trong đó. Trước tiên, tạo ra một đối tượng bản đồ trong lớp mapObj: ms_map = new mapObj(mapFile); trong đó mapFile là tham số, chỉ ra đường dẫn tới tệp cấu hình bản đồ có phần mở rộng là .map (mapfile). Các thuộc tính Width và Height của đối tượng ms_map quy định chiều rộng và chiều cao của bản đồ, và được gán bằng kích thước tương ứng của ô ảnh mapPicBox trên giao diện chính: ms_map.width = mapPicBox.Width; ms_map.height = mapPicBox.Height; Để vẽ bản đồ, chúng ta khai báo một đối tượng ảnh nằm trong lớp imageObj sẽ chứa ảnh vẽ bởi đối tượng bản đồ trên: imageObj mapImage = ms_map.draw(); byte[] img = mapImage.getBytes(); Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 106 Thuộc tính getBytes sẽ trả về dữ liệu của ảnh bản đồ dưới dạng một bộ đệm nhị phân và định dạng của bộ đệm nhị phân này sẽ biến đổi tùy theo từng ngôn ngữ lập trình (ví dụ nó là chuỗi (string) trong Python, mảng byte trong C# và Java, hay dạng không điều khiển được trong Perl). Bộ đệm nhị phân này sau đó sẽ được vẽ lên khung ảnh mapPicBox bằng cách tạo một luồng dữ liệu từ bộ nhớ: using (MemoryStream ms = new MemoryStream(img)) { mapPicBox.Image = System.Drawing.Image.FromStream(ms); } Ngoài ra các thuộc tính và phương thức khác của đối tượng bản đồ như: scale : trả về tỷ lệ của bản đồ danh định double mapScale = ms_map.scale; numlayers: trả về số lớp bản đồ drawScalebar(): phương thức cho phép vẽ thanh tỷ lệ bản đồ imageObj msScaleBar = ms_map.drawScalebar(); drawReferencemap(): phương thức cho phép vẽ bản đồ tham chiếu imageObj referenceMap = ms_map.drawReferenceMap(); drawLegend(): phương thức cho phép vẽ chú thích bản đồ imageObj legend = ms_map.drawLegend(); Các chức năng mở rộng được xây dựng kèm theo bao gồm: phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển bản đồ cũng được dựa trên phương thức zoomPoint của đối tượng mapObj. Phương thức zoomPoint trong lớp mapObj cho phép phóng to ảnh bản đồ tính từ một điểm. Nhờ đó chúng ta có thể dễ dàng phóng to (hệ số zoomFactor dương) và thu nhỏ (hệ số zoomFactor âm) tính từ bất kỳ điểm nào trên ảnh bản đồ. Để di chuyển bản đồ, chúng ta giữ nguyên kích thước ảnh (hệ số zoomFactor = 1) và đặt điểm phóng dịch theo 4 hướng của bản đồ tính từ tâm của ảnh bản đồ. Ví dụ, khi muốn dịch bản đồ sang bên phải, chúng ta sẽ đặt tâm điểm phóng lệch so với tâm ảnh Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 107 bản đồ về bên phải với khoảng cách đúng bằng khoảng cách muốn dịch chuyển (Width/2 + Dx, Height/2) trong đó Width, Height là chiều rộng và chiều cao của ảnh bản đồ, Dx là khoảng cách muốn dịch chuyển bản đồ ms_map.zoomPoint(1, new pointObj((double)e.X, (double)e.Y, 0, 0), mapPicBox.Width, mapPicBox.Height, ms_map.extent, null); và phóng to, thu nhỏ bản đồ ms_map.zoomPoint(zoomFactor, new pointObj(mapPicBox.Width / 2, mapPicBox.Height / 2, 0, 0), mapPicBox.Width, mapPicBox.Height, ms_map.extent, null); 4.2. Biểu diễn vị trí không gian trên bản đồ 4.2.1 Xác định vị trí các phương tiện Vấn đề tiếp theo khi đã hiển thị được bản đồ số hóa được đặt ra là xác định vẽ các điểm tọa độ không gian trên bản đồ đó, tương ứng với vị trí tọa độ của các phương tiện gửi về. Để xác định được vị trí của một phương tiện trên bản đồ, dựa vào tọa độ không gian (kinh độ, vĩ độ) nhân được, chúng ta sẽ chuyển đổi tọa độ không gian sang tọa độ ảnh, sau đó có thể vẽ được vị trí trên bản đồ Hình 4.1 Biểu diễn toạ độ trên bản đồ Longitude vĩ độ xxPixel Latitude yPixel kinh độ (minx, miny) (maxx, maxy)(0, 0) Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 108 Trên hình vẽ biểu diễn khung ảnh bản đồ, điểm và các trục tọa độ. Tọa độ không gian của điểm đã biết (Latitude, Longitude), tọa độ không gian của điểm trên cùng bên phải (maxx, maxy), điểm dưới cùng bên trái (minx, miny) và kích thước của khung ảnh bản đồ (Width, Height) đã biết. Do vậy ta có thể dễ dàng xác định được tọa độ của điểm trên ảnh bản đồ (xPixel, yPixel) theo công thức tính như sau: double xDouble = mapPicBox.Width * (Longitude - ms_map.extent.minx) / (ms_map.extent.maxx - ms_map.extent.minx); double yDouble = mapPicBox.Height - mapPicBox.Width * (Latitude - ms_map.extent.miny) / (ms_map.extent.maxy - ms_map.extent.miny); Tương tự, chúng ta hoàn toàn có thể chuyển đổi ngược tử tọa độ ảnh sang tọa độ không gian bằng phép toán ngược lại. Tương ứng với mỗi điểm trên bản đồ, chúng ta sẽ thu được một tọa độ không gian (kinh độ, vĩ độ) tương ứng 4.2.2 Biểu diễn vị trí và thông tin chi tiết của phương tiện Để biểu diễn vị trí và thông tin của các phương tiện trên bản đồ, một giải pháp nhằm đơn giản hóa và hiệu quả hơn trong việc xử lý đồ họa là dùng các ô ảnh (trong môi trường lập trình, đó là các điều khiển PictureBox) để biểu diễn các phương tiện trên bản đồ. Vị trí của các điều khiển này (tọa độ pixel) sẽ chính là vị trí tương ứng của các phương tiện. Các vị trí này sẽ được cập nhật theo thông tin nhận được từ các đầu cuối gửi về trung tâm bằng cách thay đổi thuộc tính vị trí của các điều khiển PictureBox đó. Các thông tin chi tiết của phương tiện được nhóm vào trong một điều khiển gọi là ToolTip, sẽ được hiện ta mỗi khi con trỏ nằm ở trên ô ảnh biểu diễn phương tiện và cũng được cập nhật đồng thời với vị trí các phương tiện trên bản đồ. Quá trình cập nhật được thực hiện bằng một đối tượng định thời Timer, với thời gian cập nhật được thiết xPixel = Width * (Longitude – minx) / (maxx – minx) yPixel = Height * (Latitude – miny) / (maxy – miny) Longitude = xPixel * (maxx – minx) + minx Latitude = yPixel * (maxy – miny) + miny Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 109 đặt bằng thuộc tính Timer.Interval(int). Sự kiện Timer.Tick cho phép thực hiện quá trình cập nhật từ cơ sở dữ liệu lên bản đồ sau mỗi khoảng thời gian thiết đặt trôi qua. Hình 4.2 Cập nhật xe lên bản đồ Gắn các trường thông tin chi tiết của phương tiện: carInfo = "ma hieu xe:" + dataGridView1.Rows[i].Cells["iDxeDataGridViewTextBoxColumn"].Value.ToSring( ) +" \nKinh do:" + strLongitude + "\nVi do:" + strLatitude + "\nToc do:" + dataGridView1.Rows[i].Cells["tocdocapnhatDataGridViewTextBoxColumn1"].Value .ToString(); 4.3. Xây dựng cơ sở dữ liệu 4.3.1 Thiết kế cơ sở dữ liệu và sơ đồ quan hệ Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft Ofice Ascess là hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ, với các ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc, cùng với nền tảng .NET cho phép thực hiện các phép truy nhập và truy vấn dữ liệu từ môi trường lập trình một cách đơn giản hơn. Các bảng dữ liệu, mỗi bảng bao gồm các hàng chưa thông tin các bản ghi. Các trường dữ liệu được tổ chức theo hàng dọc (cột). Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 110 Cơ sở dữ liệu của hệ thống sử dụng 4 bảng: ¾ Xe lưu trữ các thông tin về phương tiện với trường CarID là khóa chính ¾ nhanvien lưu giữ các thông tin về lái xe, với trường drvID là khóa chính ¾ GPScapnhat lưu giữ thông tin mới nhất về phương tiện, CarID là khóa chính ¾ GPS lưu giữ các thông tin nhận được trong suốt thời gian hệ thống vận hành, hai trường CarID và TimeUpdate là khóa chính. Hình 4.3 Cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu sẽ được cập nhật khi có bất cứ thông tin (có giá trị) nào được gửi về trung tâm điều khiển sau khi phân tích và kiểm tra. Các thao tác xử lý, hiển thị sẽ đều thực hiện gián tiếp qua cơ sở dữ liệu này. Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 111 4.3.2 Thủ tục quản lý các phương tiện và lái xe Khi có bất cứ yêu cầu về chỉnh sửa, xóa hay thêm bớt dữ liệu quản lý phương tiện và lái xe, các thao tác cập nhật INSERT/UPDATE/DELETE sẽ được thi hành và được kiểm tra đồng thời đảm bảo sơ đồ quan hệ không bị phá vỡ và phù hợp với các kiểu dữ liệu của trường khai báo. Hình 4.4 Giao diện quản lý nhân viên 4.4 Quản lý kết nối truyền thông nối tiếp (COM) 4.4.1 Cài đặt và điều khiển kết nối Chức năng cài đặt thông số kết nối và thông số phần cứng cho phép việc sử dụng và kết nối phần cứng linh hoạt. Các thông số kết nối được lưu giữ trong Registry của Windows, được lưu giữ ngay cả khi các thoát ứng dụng và được tự động cài đặt khi khởi động lại ứng dụng. Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 112 Hình 4.5 Giao diện thiết lập cổng COM Các thông số kết nối được cài đặt bằng cách thay đổi các thuộc tính của đối tượng cổng COM: SerialPort.PortName, SerialPort.BaudRate, SerialPort.DataBits, SerialPort.Handshake, SerialPort.Parity, SerialPort.StopBits Tương tự như vậy, việc điều khiển kết nối cũng được thông qua các phương thức đóng/mở kết nối của đối tượng cổng COM: SerialPort.Open() và SerialPort.Close(); 4.4.2 Truyền và nhận dữ liệu Quá trình nhận dữ liệu tại cổng COM được thực hiện tự động nhờ cơ chế bắt sự kiện SerialPort.DataReceived. Khi có dữ liệu truyền tới cổng COM, phương thức được gắn với sự kiện này sẽ được thực hiện tự động. Việc đọc dữ liệu được thực hiện bằng các phương thức của đối tượng cổng COM như: Read, ReadByte, ReadChar, ReadLine, ReadExisting hay ReadTo. Tương tự như vậy quá trình truyền dữ liệu sử dụng các phương thức của đối tượng cổng COM: Write hoặc WriteLine. Tham số của các phương thức này là chuỗi ký tự được gửi đi. 4.5. Cập nhật thông tin định vị Thông tin định vị được thiết bị đầu cuối gửi về qua mạng thông tin di động bằng dịch vụ tin nhắn SMS. Nội dung bản tin được thống nhất và quy định trước giữa thiết Chương IV. Thiết kế phần mềm quản lý trung tâm Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 113 bị và trung tâm điều khiển có cấu trúc gồm 4 trường thông tin: kinh độ (theo độ và phút), bán cầu (Đông – Tây), vĩ độ (theo độ và phút), bán cầu (Nam – Bắc) được ngăn cách nhau bởi dấu “,” 4.6 Chức năng tìm kiếm Tìm kiếm là một phần chức năng nhỏ, cho phép tìm kiếm thông tin về phương tiện theo các trường ID xe, biển số xe và tên lái xe. Khi tìm kiếm theo ID xe, bản đồ sẽ di chuyển đến vị trí và nhấp nháy xe cần tìm kiếm 4.7 Chức năng gửi thông tin đến xe Trung tâm gửi các thôn tin cảnh báo đến các xe thông qua giao diện cảnh báo Hình 4.6 Chức năng tìm kiếm và gửi thông tin Chương V. Kết quả thử nghiệm và hướng phát triển Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 114 CHƯƠNG V. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI 5.1 Ảnh hưởng nguồn nhiễu từ anten Kênh tần số được lựa chọn cho việc thử nghiệm hoạt động của hệ thống là 144MHz. Hình 5.1 cho thấy kênh tần số được sử dụng khi bộ đàm hoạt động. Công suất phát của bộ đàm được thiết đặt là 25W Hình 5.1 Tần số thử nghiệm Do ảnh hưởng của nhiễu điện tử, tín hiệu ở băng tần cơ sở bị méo: Hình 5.2 Tín hiệu điều chế GMSK bị nhiễu do tần số cao Chương V. Kết quả thử nghiệm và hướng phát triển Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 115 Vì vậy khi thử hệ thống, các mạch được đặt cách xa anten cỡ 3m, các dây đưa tín hiệu sử dụng loại bọc kim. Hướng khác phục trong tương lai là sử dụng vỏ kim loại để chống nhiễu cao tần. 5.2 Xây dựng và thử nghiệm hệ thống 5.2.1 Thử nghiệm hệ thống Hệ thống thu phát 2 chiều được thử nghiệm ở khoảng cách xa trong khuôn viên trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Cụ thể là từ tầng 6 thư viện điện tử đến tầng 4 tòa nhà C9. Hình 5.3 Địa điểm đặt mạch MS Tại đây, thông tin được thu từ GPS và các cảm biến được vi điều khiển đóng gói thành bản tin 60 bytes. Thông tin được đưa vào module điều chế GMSK. Như trên hình 5.4, ta thấy các khối nguồn cung cấp cho bộ đàm, bộ đàm Kenwood và thiết bị đặt trên phương tiện. Chương V. Kết quả thử nghiệm và hướng phát triển Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 116 Hình 5.4. Các thiết bị tại trạm MS Hình 5.5 Thiết bị trung tâm đang xử lí dữ liệu và chuyển đi Chương V. Kết quả thử nghiệm và hướng phát triển Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 117 Hình 5.6 Tín hiệu GMSK điều chế trước khi được đưa vào bộ đàm Bộ đàm được thiết lập ở tần số 144MHz, công suất phát là 25W: Hình 5.7 Bộ đàm đàm ở chế độ hoạt động Chương V. Kết quả thử nghiệm và hướng phát triển Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 118 Mạch Trung tâm được đặt ở tầng 4 tòa nhà C9: Hình 5.8 Vị trí đặt khối trung tâm BS Tín hiệu thu về ở 1 khoảng cách xa không xuất hiện nhiễu đáng kể trước khi được đưa vào bộ giải điều chế. Hướng thử nghiệm tiếp theo là trong khoảng cách xa hơn và trong các điều kiện thời tiết có thể xuất hiện nhiều nhiễu. Hình 5.9 Tín hiệu thu về tại khối xử lý trung tâm Chương V. Kết quả thử nghiệm và hướng phát triển Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 119 Hình 5.10 Các thiết bị ở khối quản lý trung tâm \ Hình 5.11 Module xử lý các dữ liệu ở trung tâm trước khi đưa lên máy tính Chương V. Kết quả thử nghiệm và hướng phát triển Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 120 Bản tin sau khi được nhận ở mạch trung tâm được gửi lên máy tính qua giao diện RS232, kết nối cổng COM máy tính. Tại đây, phần mềm làm nhiệm vụ phân tách bản tin và cập nhật thông tin về phương tiện. Hình 5.12 Cập nhật vị trí xe lên bản đồ Ngược lại, trung tâm có thể gửi các thông tin quản lý tới phương tiên theo chiều ngược lại. Các thông tin này sẽ được hiển thị lên LCD tại module phần cứng đặt tai phương tiện. Hình 5.13 Gửi lệnh điều khiển đến phương tiện Chương V. Kết quả thử nghiệm và hướng phát triển Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 121 5.2.3 Thử nghiệm hệ thống truy cập nhiều user Như đã nói ở phần thiết kế hệ thống thuật toán đa truy nhập cho các user là đa truy nhập theo thời gian, tần số thử nghiệm là 144 MHz. Thuật toán được thử nghiệm ở đây là mudule trung tâm gửi bản tin quảng bá đến tất các user, ở đây có chứa các ID của các phương tiện. Module đầu cuối ở phương tiện giải mã bản tin, khi nhận được ID của mình, nó gửi bản tin 60 bytes về cho trung tâm. Thuật toán trên dựa trên cơ sở điều khiển chân PKS của bộ đàm. Chân PKS là chân lấy ra từ IC vi điều khiển, nó có tác dụng chặn toàn bộ các tín hiệu khác ngoài tín hiệu dữ liệu, đồng thời đưa bộ đàm truy nhập vào kênh truyền. Khi gửi dữ liệu, chân này được đưa xuống mức logic 0. Khi ở trạng thái nhận tín hiệu, chân này được đưa lên mức logic 1. Tuy nhiên vấn đề trọng tâm ở đây là xác đinh khe thời gian tối ưu dành cho 1user truyền bản tin của nó về trung tâm. Việc này cần thêm thời gian để tiến hành thử nghiệm trong các điều kiện khác nhau của kênh truyền để có thể xác đinh trễ truyền dẫn tối đa. 5.3 Hướng phát triển đề tài Với tình hình nghiên cứu đã được phân tích ở trên, để cho nghiên cứu có nhiều ý nghĩa hơn trong thực tế. Những hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu sẽ có thể đi theo những hướng sau: ¾ Kết hợp với bản đồ số Google Earth offline hoặc online. ¾ Tích hợp thêm module GSM/2.5G/3G. ¾ Hoàn thiện thuật toán chia sẻ kênh truyền cho nhiều user ¾ Xây dựng hệ thống thu phát hoàn thiện hơn Việc kết hợp với bản đồ số Google Earth cho phép tận dụng nguồn dữ liệu miễn phí cũng như các dịch vụ đa dạng và tiện ích vào trong các ứng dụng dân dụng như quản lý phương tiện giao thông trong đô thị. Như vây, nhờ vào các tính năng đã được phát triển sẵn, giá thành hạ đi rất nhiều so với dữ liệu bản đồ phải mua lại, cùng với Chương V. Kết quả thử nghiệm và hướng phát triển Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 122 cộng đồng sử dụng trên mạng đông đảo. Đây sẽ là hướng phát triển có nhiều lợi thế cạnh tranh. Hình 5.14 Ứng dụng của bản đồ số Google Earth Việc tích hợp thêm Module GSM/2.5G/3G tạo điều kiện linh hoạt cho các thiết bị đầu cuối. Khi sử dụng trong các vùng có cơ sở hạ tầng thông tin di động phát triển, module có thể hoạt động mở rộng. Trong thiết kế, khối điều chế được tách riêng ra để dễ dàng tích hợp các Module này. Hình 5.15 Module GMSK được tách riêng khỏi bo mạch Thuật toán chia sẻ kênh truyền cho nhiều User cần tiếp tục được phát triển. Trong đó việc tách riêng tần số với tín hiệu thoại được nhấn mạnh để tránh việc can nhiễu của Chương V. Kết quả thử nghiệm và hướng phát triển Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 123 tín hiệu thoại đối với tín hiệu truyền dữ liệu. Việc phân chia các khe thời gian dành cho các user cần có nhiều thử nghiệm hơn để có thể tối ưu hóa. Hình 5.16 Việc phân kênh theo thời gian giữa nhiều user Bên cạnh đó, để tăng độ ổn định và tối ưu hóa hệ thống. Đặc biết là trong các ứng dụng chuyên biệt. Có thể đi theo hướng phát triển hệ thống thu phát riêng mà không dựa vào bộ đàm nữa. Hướng phát triển này cần có những nghiên cứu và phát triển cụ thể hơn nữa. Kết luận Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 124 KẾT LUẬN Các kết quả đã đạt được Mức vật lý ƒ Thiết kế và chế tạo thành công mạch đầu cuối cho hệ thống. Trong đó có mạch đặt tại phương tiện và mạch đặt tại trung tâm. ƒ Thu nhận thành công tín hiệu GPS, xử lý gói tin, đóng gói và truyền vào khối điều chế. Module GPS nhỏ gọn được tích hợp vào trong mạch. ƒ Thuật toán cho tín hiệu truyền từ khối vi điều khiển đến khối điều chế GMSK được xử lý đến mức bit. Tối ưu việc đồng bộ kênh truyền, sửa lỗi bit. ƒ Điều khiển được bộ đàm ở chế độ bán song công, hoạt động ở tần số 144 MHz. ƒ Mức liên kết dữ liệu. ƒ Đưa ra được cấu trúc bản tin trao đổi giữa các user về trung tâm. ƒ Đang tiến hành thử nghiệm thuật toán chia sẻ kênh truyền theo thời gian giữa 3 user. Xây dựng được phần mềm có giao diện thân thiện có tích hợp bản đồ số. Bước đầu thực hiện thành công công nghệ mã nguồn mở GIS, ứng dụng vào một bài toán cụ thể. Các vấn đề còn chưa được giải quyết ƒ Dữ liệu bản đồ số hóa là sản phẩm thương mại, chưa tìm được nguồn dữ liệu thử nghiệm (đã được chuyển về hệ quy chiếu quốc gia VN-2000) ƒ Bài toán chuyển đổi từ hệ quy chiếu toàn cầu WGS-84 sang hệ quy chiếu quốc gia VN-2000 với độ chính xác cao là một bài toán mang tính lâu dài và phức tạp, các tham số phải được tính toán cho từng vùng khác nhau, và đòi hỏi sự liên kết, hợp tác với các cơ quan chuyên trách của nhà nước ƒ Thuật toán chia sẻ kênh truyền chưa được đánh giá qua thử nghiệm thực tế. ƒ Thuật toán truyền hai chiều còn nhiều vấn đề chưa hoàn thiện. Kết luận Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 125 Đánh giá Đánh giá về khả năng ứng dụng thực tiễn, chúng em cho rằng để bài toán được giải quyết triệt để, thương mại hóa và để ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn và đảm bảo các yêu cầu, cần có một khoảng thời gian dài hơn để nghiên cứu, đánh giá và thử nghiệm không chỉ về độ ổn định và tương thích phần cứng, mà còn về sai số tọa độ, tính đồng bộ, chi phí sản xuất và giá thành của sản phẩm. Sai số định vị nằm ở cả 3 yếu tố: sai số về phần cứng, sai số khi chuyển đổi hệ tọa độ và sai số do tính toán. Cuối cùng, chúng em đặt hy vọng những kết quả đã đạt được sẽ giúp ích một phần nào đó cho những người nghiên cứu cùng lĩnh vực tham khảo và tiếp tục phát triển thành các giải pháp hiệu quả, hoàn thiện và có tính ứng dụng cao hơn. Tài liệu tham khảo Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bill Kropla, Beginning MapServer: Open Source GIS Development, Apress, Inc., 08/2005, ISBN-13: 978-1-59059-490-2 [2] Nguyễn Ngọc Bình Phương – Thái Thanh Phong, Các giải pháp lập trình C#, Nhà xuất bản giao thông vận tải, 2006 [3] John Sharp, Microsoft Visual C# 2005 Step by Step, Microsoft Press, 2006, ISBN: 0-7356-2129-2 [4] Yuen on Lee Yan, (April 2003 Blacksburg, VA),” Design and Implementation of a Practical Aircraft Position and Reporting Identification Beacon (PRIB)”, [Online]. Available at:scholar.lib.vt.edu/theses/available. [5] A DSP GMSK Modem for Mobitex and Other Wireless Infrastructures,[Online]. Availble at: focus.ti.com.cn/cn/lit/an/spra139/spra139.pdf [6] “CMX589A, GMSK Modem”, CML Microcircuits, 2002. [7] Kazuaki Murota and Kenkichi Hirade, “ GMSK Modulation for Digital Mobile Radio Telephony”, IEEE Transaction on Communications, vol. 29, pp-1044-1050, July 1981. [8] Bill Kropla, Beginning MapServer: Open Source GIS Development, Apress, Inc., 08/2005, ISBN-13: 978-1-59059-490-2 [9] Ahmed El-Rabbany, “Introduction to GPS:the Global Positioning System”, Artech House, January 2002. [10] Cheah, J.Y., “ Practical Wireless Data Modem Design ,” Artech House, Inc, 1999. [11] University of Minnesota, MapServer Documentation (v5.2.1), 2009 [12] Bộ tài nguyên môi trường, Quyết định 05/2007/QĐ-BTNMT về Sử dụng hệ thống tham số tính chuyển giữa Hệ tọa độ quốc tế WGS-84 và Hệ tọa độ quốc gia VN-2000. [13] www.repeater-builder.com/kenwood/pdfs/tm-271a-svc-man.pdf [14] Phụ lục Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 127 PHỤ LỤC 1. SƠ ĐỒ MẠCH THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRẠM MS Phụ lục Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 128 Phụ lục Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 129 Phụ lục Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 130 Phụ lục Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 131 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRẠM BS Phần khác so với MS là sử dụng vi điều khiển ATmega16: Các phần còn lại tương tự trạm MS. Phụ lục Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 132 PHỤ LỤC 2. HÌNH ẢNH SẢN PHẨM PHẦN CỨNG SẢN PHẨM BS Đà ĐÓNG HỘP Phụ lục Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 133 SẢN PHẨM MS Đà ĐÓNG HỘP. Phụ lục Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 134 PHỤ LỤC 3. QUYẾT ĐỊNH SỐ 05/2007/QĐ-BTNMT NGÀY 27 THÁNG 2 NĂM 2007 – SỬ DỤNG HỆ THỐNG THAM SỐ TÍNH CHUYỂN GIỮA HỆ TỌA ĐỘ QUỐC TẾ WGS-84 VÀ HỆ TỌA ĐỘ QUỐC GIA VN-2000 BỘ TRƯỞNG BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Căn cứ Nghị định số 12/2002/NĐ-CP ngày 22 tháng 1 năm 2002 của Chính phủ về hoạt động đo đạc và bản đồ; Căn cứ Nghị định số 91/2002/NĐ-CP ngày 11 tháng 11 năm 2002 của Chính phủ quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Bộ Tài nguyên và Môi trường; Theo đề nghị của Cục trưởng Cục Đo đạc và Bản đồ, QUYẾT ĐỊNH: Điều 1. Nay sử dụng hệ thống tham số tính chuyển giữa Hệ tọa độ quốc tế WGS- 84 và Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 như sau: 1. Tham số dịch chuyển gốc tọa độ: =Δ 0x -191,90441429 m; =Δ 0y -39,30318279 m; =Δ 0z -111,45032835 m. 2. Góc xoay trục tọa độ: =0ω -0,00928836”; =0ψ 0,01975479”; =0ε -0,00427372”. 3. Hệ số tỷ lệ chiều dài: k = 1,000000252906278. Điều 2. Quyết định này có hiệu lực thi hành sau 15 ngày, kể từ ngày đăng Công báo. Điều 3. Cục trưởng Cục Đo đạc và Bản đồ thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường có trách nhiệm hướng dẫn việc sử dụng các tham số nói trên. Phụ lục Nguyễn Hoài Linh – Nguyễn Trung Kiên 135 Điều 4. Bộ trưởng, Thủ trưởng cơ quan ngang Bộ, Thủ trưởng cơ quan thuộc Chính phủ có trách nhiệm quản lý hoạt động đo đạc và bản đồ chuyên ngành; Chủ tịch Ủy ban nhân dân các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương; Cục trưởng các Cục, Giám đốc các Trung tâm có liên quan thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường; Giám đốc các Sở Tài nguyên và Môi trường; các tổ chức, cá nhân được phép hoạt động đo đạc và bản đồ chịu trách nhiệm thi hành Quyết định này ./. Nơi nhận: - Như Điều 4; - Cục Kiểm tra văn bản (Bộ Tư pháp); - Công báo; - Web site Chính phủ; - Lưu: VT, ĐĐBĐ. KT. BỘ TRƯỞNG THỨ TRƯỞNG (Đã ký) Đặng Hùng Võ