301050

Sản phẩm phải có giá thành thấp, phù hợp với yêu cầu và khả năng đáp ứng
trong nước; vận hành, sử dụng đơn giản, không tốn thêm chi phí; có khả năng đưa vào
sản xuất số lượng lớn và thương mại hoá để áp dụng phổ biến.
4. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp sau đây được sử dụng để thực hiện đề tài:
- Phương pháp chuyên gia: trên cơ sở lý luận và tham vấn chuyên gia đầu
ngành có kinh nghiệm về nghiên cứu và thiết kế các hệ thống thiết bị kỹ thuật điện tử,
xây dựng phương án và kỹ thuật cơ bản để thực hiện đề tài.
- Phương pháp thực nghiệm: Trên cơ sở đánh giá tổng quan tình hình nghiên
cứu trong và ngoài nước, tìm hiểu thực trạng sử dụng thiết bị liên lạc vô tuyến nghề cá,
đề tài đã tập trung nghiên cứu kỹ thuật thông tin định vị vệ tinh từ thiết bị GPS,
phương pháp mã hóa và truyền/ nhận thông tin thông qua thiết bị vô tuyến ICOM và
phương pháp quản lý, biểu diễn thông tin trên nền GIS để lựa chọn giải pháp phù hợp
với thực tiễn Việt Nam.
- Phương pháp thu thập số liệu và xử lý thống kê: theo dõi thu thập các thông số
kỹ thuật, xử lý các số liệu thống kê thu được từ kết quả thực nghiệm để điều chỉnh
phương án và hoàn chỉnh giải pháp kỹ thuật.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị lắp đặt trên tàu cá có chức năng định vị
thông qua vệ tinh, truyền dữ liệu định vị vào đất liền thông qua máy vô tuyến ICOM.
- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị nhận dữ liệu lắp đặt tại trung tâm quản lý
có chức năng nhận thông tin từ máy ICOM, giải mã và chuyển dữ liệu định vị nhận
được cho máy tính.
- Nghiên cứu giải pháp nhận thông tin và xây dựng chương trình mô phỏng
quản lý thông tin trên nền GIS.
- Kiến nghị các chương trình, biện pháp, giải pháp nhằm quản lý thông tin về
tọa độ và hành trình của các tàu đánh bắt cá xa bờ.
9
6. Tổ chức thực hiện
Căn cứ đề cương và dự toán kinh phí đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu xây
dựng hệ thống truyền nhận thông tin định vị tàu đánh bắt cá thông qua thiết bị
liên lạc vô tuyến Icom” tại Hợp đồng Khoa học kỹ thuật số 100/HĐ-KHKT ngày
28/2/2007 giữa Văn phòng Bộ Bưu chính, Viễn thông (nay là Bộ Thông tin và Truyền
thông) và Sở Bưu chính, Viễn thông V/v thực hiện Đề tài khoa học kỹ thuật, mã số:
100-07-KHKT-QL. Sở Bưu chính, Viễn thông và cá nhân chủ trì đề tài cùng các cộng
sự đã tổ chức thực hiện đề tài theo đúng tiến độ:
STT Nội dung thực hiện Thời gian
thực hiện
Kết quả đạt được
(1) (2) (3) (4)
1
Xây dựng đề cương chi
tiết
02/2007
Đề cương chi tiết của đề tài.
2
Khảo sát điều kiện
thực tế và xây dựng
phương án thực hiện đề
tài.
03/2007
Phương án thực hiện chi tiết phù hợp với yêu
cầu của đề tài và thời gian hoàn thành.
3
Thiết kế hệ thống và
chế tạo các thiết bị giao
tiếp
03/2007 –
07/2007
Mô hình chi tiết của kiến trúc hệ thống.
Bộ đọc dữ liệu GPS
Bộ giao tiếp phát với thiết bị ICOM
Bộ giao tiếp nhận dữ liệu từ thiết bị ICOM
CSDL của chương trình quản trị hệ thống
4
Tổ chức triển khai xây
dựng chương trình
quản lý thông tin định
vị
03/2007
-07/2007
Chương trình giao tiếp giữa thiết bị với máy
tính.
Chương trình quản lý số liệu thông tin định vị.
Chương trình xử lý số liệu cho bản đồ.
5
Kiểm tra chức năng hệ
thống
08/2007
Hệ thống vận hành đúng theo thiết kế, các thông
số kỹ thuật đạt yêu cầu đề ra
6
Triển khai cài đặt phần
mềm, thử nghiệm hệ
thống trên đất liền.
08/2007 –
09/2007
Phần mềm được cài đặt hoàn chỉnh và vận hành
thông suốt.
7
Vận hành thử nghiệm
ngoài hiện trường
05/2007 –
10/2007
Lựa chọn 05 tàu cá để triển khai thử nghiệm
8
Hội thảo 10/2007
12/2007
Đã tổ chức 01 Hội thảo nội bộ, 01 Hội thảo
chuyên gia và 01 Hội thảo rộng rãi.
Sau 10 tháng thực hiện, đề tài đã thu được những kết quả tốt, đáp ứng được các
mục tiêu đề ra. Hệ thống thiết bị và chương trình quản lý được chế tạo đảm bảo các
yêu cầu thực tế, vận hành tốt trong thực nghiệm và cho ra các kết quả khả quan.
10
CHƯƠNG I. SƠ LƯỢC TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI
NƯỚC
1.1 Sơ lược tình hình nghiên cứu ngoài nước:
Trên thế giới hiện đã có nhiều hệ thống quản lý định vị tàu biển với quy mô
toàn cầu hoặc khu vực: ví dụ hệ thống Ship Global Navigation là hệ thống thông tin
quản lý tàu biển thông qua vệ tinh có phạm vi phủ sóng trên toàn cầu; Hệ thống tự
động nhận dạng AIS (Automatic Identification System) là một hệ thống thông tin liên
lạc cho phép các tàu trao đổi các thông tin về nhận dạng vị trí, hướng, tốc độ với nhau
hoặc trao đổi với các trạm trên bờ. Hệ thống này đã được xây dựng thành một tiêu
chuẩn quốc tế cho ngành Hàng hải và bắt buộc yêu cầu sử dụng đối với một số loại tàu
như các tàu viễn dương, tàu chở hàng lớn (từ 300 tấn trở lên), các loại tàu chở khách…
Các hệ thống như trên là những hệ thống định vị, truyền tin với công nghệ hiện
đại, có những đặc điểm sau:
- Việc định vị và truyền tin được thực hiện thông qua hệ thống thông tin vệ tin
toàn cầu. Tàu biển tham gia vào các hệ thống này phải là thành viên chính thức của tổ
chức quản lý hệ thống.
- Được sử dụng cho các loại tàu biển cỡ lớn, tàu vận tải hàng hóa hoặc hành
khách hoặc các tàu đánh bắt cá hiện đại có hải trình dài ngày vòng quanh thế giới.
- Để tham gia được vào hệ thống này, tàu biển và các tổ chức liên quan trên bờ
phải được trang bị các hệ thống trang thiết bị hiện đại, đòi hỏi kinh phí đầu tư thiết bị
trạm gốc và thiết bị di dộng rất cao. Thêm vào đó, lệ phí và phí thuê bao tham gia hệ
thống cũng rất lớn. Theo một số chuyên gia, ước tính ban đầu cho thấy cần một số vốn
chừng 63 triệu USD để cung cấp thiết bị cho khoảng 7.000 tàu đánh cá xa bờ với kinh
phí lắp đặt mỗi thiết bị khoảng 1.000 USD/tàu
- Thông tin chỉ dẫn, cảnh báo truyền đưa trong các hệ thống dạng này thường
được thực hiện bằng các ngôn ngữ giao tiếp quốc tế thông dụng như tiếng Anh, tiếng
Bồ Đào Nha. Người sử dụng hệ thống cũng cần phải có trình độ thích hợp và phải
được đào tạo cơ bản.
1.2. Sơ lược tình hình nghiên cứu trong nước:
a. Các nghiên cứu về công nghệ định vị vệ tinh:
11
Hiện nay, trong nước đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến công
nghệ định vị vệ tinh phục vụ quản lý các trang thiết bị, phương tiện thường xuyên di
chuyển. Ví dụ các hệ thống quản lý taxi, định vị quản lý các đội xe vận tải, xe vận
chuyển bưu chính Đặc biệt, gần đây đã có nghiên cứu về thiết bị hiển thị vị trí và tốc
độ của tàu hỏa cho người lái tàu đạt giải 3 Trí tuệ Việt Nam. Với mục đích theo dõi và
giám sát các phương tiện chuyển động trong bài toán quản lý giao thông đô thị, toạ độ
và thời gian hiện tại của phương tiện xác định bởi đầu thu tín hiệu GPS được lưu giữ
và truyền về trung tâm điều khiển theo hai phuơng thức trực tuyến và không trực
tuyến. Thiết bị thu thập dữ liệu cho phép lưu giữ một số lượng lớn thông tin kỹ thuật
của phương tiện vận chuyển như mã số phương tiện, thời gian hoạt động, thời điểm
dừng, tốc độ tối đa, toạ độ di chuyển…Các dữ liệu này được trao đổi với trung tâm
điều khiển thông qua mạng thông tin di động (GSM) hoặc kênh truyền dữ liệu vô tuyến
(BlueTooth). Ngoài ra thiết bị có thể nhận các thông tin điều khiển từ trung tâm qua hệ
thống nhắn tin (SMS) hoặc truyền dữ liệu qua kênh GPRS. Hiện nay tại Việt nam
phạm vi phủ sóng của hệ thông tin di động GMS đã được mở rộng tại tất cả các tỉnh
trên cả nước, tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai hệ thống trong thực tế.
Hình 1.1 Hệ thống quả lý phương tiện vận tải.
Tuy nhiên, các công nghệ nói trên đều dựa trên cơ sở sử dụng các thiết bị định
vị vệ tinh (GPS) bán sẵn trên thị trường, và ở dạng đơn giản là tìm các đọc thông tin vị
trí và hiển thị thông tin đó (giải pháp hiển thị vị trí và vận tốc tàu hỏa), hoặc truyền
nhận thông tin định vị về một trung tâm xử lý để tổ chức quản lý, điều hành (hệ thống
12
quản lý taxi, xe bưu chính). Việc truyền nhận thông tin hiện chỉ được thực hiện thông
qua hệ thống thông tin di động toàn quốc. Do đó, loại sản phẩm này có các nhược điểm
sau:
- Thiết bị quản lý phức tạp, chi phí đầu tư cao do phải liên kết với hệ thống hạ
tầng thông tin di động.
- Giá thành thiết bị đầu cuối cao, phải mất chi phí truyền tin cho mỗi lần gửi tin,
không phù hợp với đối tượng sử dụng là ngư dân.
- Chỉ hoạt động được trên đất liền và ven bờ, nơi có sóng thông tin di động.
b. Các nghiên cứu về quản lý, hỗ trợ tàu đánh bắt cá:
Từ năm 1998 đến năm 2001, Chương trình Quốc gia về Tự động hoá đã thực
hiện đề tài: Nghiên cứu và Chế tạo thử nghiệm hệ thống thu – phát trực canh cứu nạn
chuyên ngành trên biển. Đề tài đã được nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm thành công tại
hai địa điểm Phú Yên (tháng 3/2000 ) và Nghệ An (tháng 5/2001). Tuy nhiên, hạn chế
của đề tài này là mới chỉ tập trung cho đối tượng ngư dân đánh bắt gần bờ; mặt khác,
đây chỉ là phương án trực canh thông báo bão, chưa có chức năng quản lý vị trí tàu cá.
Hiện nay, chức năng trực canh thông báo bão đã được các Đài thông tin duyên hải đảm
nhiệm.
13
CHƯƠNG 2. TỒNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS
2.1 Tìm hiểu các hệ thống dẫn đường
Các phương pháp dẫn đường lần lượt ra đời cho phép người đi biển có được vị
trí chính xác và liên tục. Sự ra đời của các phương tiện hiện đại như máy bay, tàu vận
tải cỡ lớn, tàu vũ trụ … đòi hỏi phải có giải pháp xác định vị trí một cách chính xác
liên tục. Kỹ thuật dẫn đường và xác định vị trí (navigation) không chỉ còn giới hạn
trong việc dẫn dắt tàu thủy mà được mở rộng ứng dụng cho việc dẫn đường cho máy
bay, tàu vũ trụ và những phương tiện vận tải trên mặt đất, cùng với sự ra đời của các
thuật ngữ mới: dẫn đường: hàng không (air navigation), du hành vũ trụ (space
navigation), dẫn đường hàng hải (marine navigation) và dẫn đường trên mặt đất (land
navigation).
Vào khoảng sau những năm 1920s, trên thế giới xuất hiện những hệ thống dẫn
đường vô tuyến điện đã tạo tiền đề cho việc phát triển hệ thống định vị toàn cầu.
Những hệ thống hàng hải vô tuyến điện đó bao gồm: các thiết bị có tầm hoạt động
ngắn như đèn hiệu vô tuyến (radio beacons), radar, máy tìm phương, các thiết bị có tầm
hoạt động dài hơn (còn được gọi là hệ thống dẫn đường hyperbol) như các hệ thống
OMEGA, DECCA và LORAN-C. Những hệ thống dẫn đường này chủ yếu được sử
dụng để dẫn tàu và máy bay.
2.1.1 Hệ thống dẫn đường OMEGA.
OMEGA là hệ thống dẫn đường hyperbol dựa trên việc đo lệch pha tín hiệu
giữa trạm phát (ít nhất từ ba trạm) và máy thu ở tần số 10-14 kHz. Việc triển khai hệ
thống OMEGA được bắt đầu vào giữa thập niên 60, sau một thời gian chạy thử trên
một số trạm phát, nhưng lịch sử của hệ thống này có thể lùi lại vào ngay sau những
năm sau Đại chiến thế giớ 2. Trước khi hệ thống OMEGA ra đời, người ta đã tiến hành
nhiều nghiên cứu và thí nghiệm trên việc sử dụng tín hiệu tần số rất thấp (VLF very
low frequency) bằng các hệ thống so sánh pha. Ưu điểm của hệ thống này xuất phát từ
việc tận dụng tần số rất thấp cho phép bao phủ toàn bộ bề mặt trái đất bằng tám trạm
phát sóng (xem Bảng 2.1).
14
Bảng 2.1 Các trạm phát sóng OMEGA
Ký hiệu
trạm
Vị trí Ang ten trạm phát Cơ quan quản lý
A Bradland, Na Uy
Dây treo qua một
vịnh hẹp
Norwegian Telecommunications
Administration
B Monrovia, Liberia
Tháp mặt đất có
các đĩa tròn
Ministry of Industry and Commerce
C Haiku, Hawai Như trạm A US Coast Guard
D
La Moure, North
Dakota
Cột đơn có ngăn
cách đế (chân)
US Coast Guard
E
Reunion in the
Indian Ocean
(Pháp)
Như trạm B French Navy (Hải quân Pháp)
F
Golfo Nuevo, Ác-
hen-ti-na
Như trạm D Argentine Navy
G
Woodside, Victoria,
Úc
Như trạm B Department of Transport
H
Tsushima, Eo Triều
tiên, Nhật Bản
Như trạm D Japanese Coast Guard
15
Hệ thống dẫn đường OMEGA khởi điểm ban đầu được sử dụng cho mục đích
quân sự nhưng số người sử dụng với mục đích dân sự cũng ngày càng gia tăng. Vào
thời điểm năm 1990 hệ thống này là hệ thống dẫn đường duy nhất có sóng bao phủ liên
tục và toàn cầu. Ngày nay do sự “lấn át” của hệ thống định vị toàn cầu, ít người sử
dụng hệ thống dẫn đường OMEGA. Những máy thu OMEGA trên các tàu biển dường
như để sử dụng hỗ trợ khi máy thu GPS có sự cố!
Độ chính xác vị trí bằng máy thu OMEGA với sai số vị trí vào khoảng 10-30
km. Nếu có sử dụng thêm tín hiệu từ các trạm phát OMEGA vi sai thì độ chính xác
tăng lên đáng kể.
2.1.2 Hệ thống dẫn đường DECCA.
DECCA là hệ thống dẫn đường hyperbol trên bề mặt trái đất có các trạm phát
song liên tục ở tần số trong khoảng 70-129 kHz. Các trạm phát song được bố trí theo
một chuỗi bao gồm trạm chủ (master station) có chức năng điều khiển và ba trạm phụ
thuộc (slaves, có trường hợp chỉ có hai trạm phụ thuộc) có tín hiệu là pha khóa theo
pha của trạm chủ. Hệ thống DECCA của Anh Quốc và được giới thiệu trong Đại chiến
thế giới thứ 2. DECCA không những đã từng được sử dụng ở tất cả các vùng biển ven
bờ Châu Âu mà còn được sử dụng ở Nhật Bản, Ấn Độ, Pakistan, Vịnh Ả Rập (Persian
Gulf), Nam và và một số phần ở Úc Châu và Canada (mặc dù một số vùng trong các
vùng này hiện không được phủ sóng nữa). Với khoảng tần số trên, hệ thống DECCA là
một hệ thống dẫn đường vô tuyến có vùng phủ sóng rộng lớn, vào năm 1987, đã có tới
140 trạm tạo thành 42 chuỗi ở trên 17 quốc gia. Ở Na Uy có 6 chuỗi, đó là Skagerak,
Vestland, Trondelag, Helgland, Lofoten và Finmark. DECCA chủ yếu được các tàu
thủy sử dụng, và được mở rộng cho máy bay, đặc biệt là máy bay lên thẳng. Những thử
nghiệm trên mặt đất cũng cho những kết quả khá tốt, ở cả Anh Quốc và Na Uy.
Hệ thống DECCA thường được sử dụng để hàng hải ven bờ (coastal
navigation). Vị trí được xác định dựa trên việc đo lệch pha giửa các tín hiệu từ trạm
chủ và các trạm phụ thuộc. Độ chính xác vị trí bằng hệ thống DECCA ở trong vùng
chuỗi khá cao so với OMEGA, sai số có thể trong khoảng 5 m (Forsell, 1991).
2.1.3 Hệ thống dẫn đường LORAN-C
16
LORAN-C viết tắt từ LOng RAnge Navigation (hàng hải khoảng cách dài) được
phát triển từ hệ thống hàng hải LORAN-A. LORAN-C cũng là hệ thống hàng hải dựa
trên việc phát tín hiệu xung (pulse signals), do Mỹ phát minh trong Đại chiến thế giới
thứ 2. Chuỗi LORAN-C đầu tiên được hoạt động ở bờ biển phía đông của Mỹ vào năm
1958. Từ năm 1959 Chuỗi biển Na Uy có các trạm ở Ejde trên Quần đảo Faeroe (trạm
chủ), Jan Mayen, Bo (phía tây nam Tromso ở Bắc Na Uy), Sylt (ở phần cực bắc của bờ
biển bắc Đức) và ở Sandur phía tây Iceland. Vào những năm đầu thập niên 1990s có
khoảng 15 chuỗi LORAN-C bao phủ toàn bộ Địa Trung Hải, tây bắc Đại Tây Dương,
các vùng nước xung quanh Hawai và Nhật Bản, đông nam Trung
Chuỗi LORAN-C gồm một trạm chủ (master, M) cộng thêm hai, ba hoặc bốn
trạm thứ cấp (secondaries, X, Y, Z và có thể là W, hoặc cũng có thể lần lượt được gọi
theo tín hiệu quốc tế là X-ray, Yankee, Zulu và Whisky). Nga (Liên Xô cũ) cũng có 4
chuỗi, một chuỗi 5 trạm ở trung tâm phần Đông Âu của Nga, một chuỗi 5 trạm ở bờ
biển Thái Bình Dương, và hai chuỗi mới được thành lập (vào thời gian đầu thập niên
1990s) mỗi chuỗi có 3 trạm bao phủ vùng phía tây Bắc Băng Dương của Nga. Hệ
thống của Nga được gọi là Chayka (Hải Âu, Seagull), có dạng tín hiệu tương tự với các
chuỗi của Mỹ, do vậy mà một số máy thu LORAN-C có thể sử dụng các trạm của Nga
và của Mỹ đồng thời.
Trong hệ thống LORAN-C, cũng như những hệ thống dẫn đường vô tuyến
khác, có sự phát triển các máy thu và ngày càng sử dụng nhiều bộ vi xử lý
(microprocessors) và xử lý tín hiệu số (digital signal processing).
Để xác định được vị trí, máy thu LORAN-C tìm tín hiệu từ trạm chủ và các
trạm thứ cấp, xác định điểm số không mong muốn (the wanted zero-crossing), theo dõi
hình bao (envelope, trong tín hiệu trên màn hình) và điểm qua số không, đo thời gian
chênh lệch (time differences) cộng thêm tín hiệu hiệu chỉnh và tính toán vị trí.
Sai số vị trí bằng máy thu LORAN-C phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Sai số lớn
nhất là sự biến thiên tốc độ lan truyền tín hiệu. Tốc độ lan truyền tín hiệu trên mặt đất
phụ thuộc vào độ dẫn điện của bề mặt trái đất (theo các thông số tầng khí quyển trên
mặt đất). Để tăng độ chính xác người ta sử dụng kĩ thuật LORAN-C Vi sai
(Differential LORAN-C). Ví dụ máy thu LORAN-C có sử dụng LORAN-C Vi sai ở
khu vực Kênh đào Suez cho vị trí có sai số nhỏ hơn 15 mét.
17
2.2 Hệ thống định vị GPS
2.2.1 Lịch sử phát triển của GPS
Sự ra đời của những phương tiện vận chuyển như máy bay, và những con tàu vũ
trụ đòi hỏi điều khiển những thiết bị đó trong không gian ba chiều. Những phương
pháp dẫn đường và những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện như khái quát ở trên chỉ
dùng cho việc dẫn dắt các tàu thủy đã trở thành lỗi thời và không phù hợp với việc điều
khiển các thiết bị chuyển động trong không gian ba chiều (6 bậc tự do) vì những hệ
thống đương thời chỉ xác định được vị trí theo 2 chiều không gian. Trước những đòi
hỏi về kỹ thuật đó nhiều nhà khoa học đã được chính phủ Mỹ tài trợ để thực hiện
nghiên cứu hệ thống dẫn đường dựa trên vũ trụ. Bộ Quốc phòng Mỹ là cơ quan thiết kế
và điều khiển hệ thống định vị toàn cầu. Trong nhóm những người tham gia điều hành
dự án GPS của Bộ Quốc phòng Mỹ cần kể tới sự đóng góp to lớn của TS Ivan Getting,
người sáng lập The Aerospace Corporation, và TS Bradford Parkinson, chủ tịch hội
đồng quản trị của The Aerospace Corporation.
Hệ thống Định vị Toàn cầu (Global Positioning System - GPS) được Chính phủ
Mỹ thiết lập năm 1995, là hệ thống định vị, dẫn hướng và định thời trên không trung
được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Hệ thống vệ tinh này cung cấp miễn phí các dịch
vụ có liên quan, bao gồm các hoạt động dân sự và quân sự cho người sử dụng trên toàn
thế giới. Việc áp dụng công nghệ GPS không chỉ phổ biến cho việc sử dụng dân sự, từ
ôtô, máy bay đến điện thoại di động, mà cũng là một bộ phận không thể thiếu của hệ
thống an ninh và bảo vệ quốc phòng.
Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS-Global Positioning System) là một mạng gồm
24 vệ tinh Navstar quay xung quanh Trái đất tại độ cao 11.000 dặm (17.600 km). Được
Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ ấn định chi phí ban đầu vào khoảng 13 tỷ USD, song việc truy
nhập tới GPS là miễn phí đối với mọi người dùng, kể cả những người ở các nước khác.
Các số liệu định vị và định thời được sử dụng cho vô số những ứng dụng khác nhau,
bao gồm đạo hàng hàng không, đất liền và hàng hải, theo dõi các phương tiện giao
thông trên bộ và tầu biển, điều tra khảo sát và vẽ bản đồ, quản lý tài sản và tài nguyên
thiên nhiên.
18

Xem chi tiết: 301050