Nghiên cứu chế tạo thiết bị chuyển đổi bằng kỹ thuật điện tử để truyền thông tin định vị tàu cá qua thiết bị liên lạc vô tuyến icom

và Nhắn tin Khẩn truyền đạt thông tin về vị trí và trạng thái của các phương tiện xe cộ do GPS xác định, rất phù hợp để sử dụng trong các hệ thống nhằm trợ giúp cho các nhà quản lý đường bộ, các hãng giám sát nội vụ, các công ty điện thoại di động, các công ty cho thuê xe ô tô, các nhà khai thác đội tầu biển thương mại và các nhà sản xuất ô tô... tìm kiếm những lợi thế cạnh tranh. Hãng Skytel, nhà cung cấp các dịch vụ nhắn tin vô tuyến, đang quảng cáo hệ thống AutoLink dựa trên GPS của họ dùng cho xe ô tô. Hệ thống AutoLink cung cấp các dịch vụ trả lời khẩn cấp tự động, ngăn chặn trộm cắp, theo dõi và bắt xe cộ dừng lại, nhắn tin cá nhân hai chiều, mở khoá xe từ xa, đánh dấu số hiệu lái xe, hướng dẫn đường đi và thông tin dựa trên vị trí. Do tính chính xác của mình, GPS đã nhanh chóng trở thành phương pháp lựa chọn để thu thập số liệu tại chỗ cho rất nhiều các ứng dụng thương mại, chính quyền và quân sự. GPS chắc chắn trở thành một phương pháp quan trọng và có hiệu quả kinh tế cho việc định vị vô số các mục tiêu trên mặt đất và trên biển. Mặc dù được Bộ Quốc phòng Mỹ cấp kinh phí ban đầu, song việc truy nhập mạng GPS là miễn phí đối với mọi người dùng. Điều này góp phần khuyến khích việc phát triển các ứng dụng và tạo ra một thị trường khách hàng hoàn toàn mới, đặc biệt là trong lĩnh vực định vị các phương tiện giao thông và điều hành xa lộ. Hình 3. Thiết bị định vị đặt trên xe ô tô nhờ công nghệ GPS. Chương 3. MÔ TẢ KỸ THUẬT HỆ THỐNG QUẢN LÝ THÔNG TIN ĐỊNH VỊ Để triển khai thử nghiệm đề tài, nhóm thực hiện đề tài đã thiết lập một hệ thống quản lý thông tin định vị tàu cá. 3.1. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG Hệ thống thông tin bao gồm 02 hệ thống thiết bị (hình vẽ): Hình 3.1. Cấu trúc hệ thống Tại trung tâm Trung tâm quản lý đặt trên bờ có chức năng thu nhận thông tin định vị đã mã hóa trên sóng vô tuyến, giải mã và truyền cho chương trình quản lý các tàu xa đánh bắt cá xa bờ, bao gồm các thiết bị: 01 máy thu vô tuyến ICOM-IC718 hoạt động ở dải tần số HF kèm chung với bộ phối hợp trở kháng AT130 và hệ thống anten. 01 bộ máy vi tính để quản lý và hiển thị thông tin + 01 phần mềm quản lý. 01 bộ giải mã nối giữa máy tính và máy Icom để thu nhận và giải mã thông tin. Trên các tàu cá Các loại máy thông tin vô tuyến sẵn có (ICOM-IC718, ICOM-IC700…) Các thiết bị chuyển đổi được chế tạo bằng kỹ thuật điện tử đặt trên tàu cá lắp cùng thiết bị liên lạc vô tuyến sẵn có để tự động báo vị trí của tàu về trung tâm quản lý (Các máy vô tuyến điện trên tàu vẫn được sử dụng vào những việc liên lạc với tàu khác, với đất liền như bình thường). Thiết bị còn có chức năng cung cấp cho ngư dân một số thông tin hướng dẫn khác như khoảng cách đến đất liền, thông tin hướng dẫn cảnh báo do Trung tâm hướng dẫn truyền đến… Sản phẩm và chỉ tiêu KT-KT chủ yếu: “Thiết bị chuyển đổi để truyền thông tin định vị thông qua thiết bị liên lạc vô tuyến” Yêu cầu kỹ thuật: - Định vị vệ tinh theo chuẩn SiRF - Hiển thị thông tin định vị và thông tin hướng dẫn qua màn hình tinh thể lỏng LCD. - Có khả năng kết nối với các loại máy vô tuyến ICOM và các loại máy tương đương. - Gửi nhận thông tin với trung tâm quản lý. Các tính năng của thiết bị chuyển đổi Nhận dữ liệu từ đầu thu GPS. Thu thập các dữ liệu về toạ độ của tàu Mã hóa và truyền dữ liệu về trung tâm. Hiển thị các thông tin về vị trí và hành trình hiện tại của tàu. Hiển thị các thông báo từ trung tâm điều khiển Toàn bộ thiết bị được đóng gói trong hộp hoàn chỉnh thuận tiện cho việc lắp đặt và thao tác trên tàu. Chương 4. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI VÀ BỘ NHẬN DỮ LIỆU 4.1 Phương thức truyền dữ liệu GPS trong môi trường sóng vô tuyến. Với mục đích theo dõi và giám sát tọa độ và hành trình tàu cá trên biển, toạ độ và thời gian hiện tại của tàu được xác định bởi đầu thu tín hiệu GPS sẽ được lưu giữ và truyền về trung tâm điều khiển theo phương thức trực tuyến. Thiết bị thu thập dữ liệu cho phép lưu giữ một số lượng lớn thông tin kỹ thuật của tàu như số hiệu tàu, thời gian hoạt động, toạ độ di chuyển, tốc độ di chuyển…Các dữ liệu này được truyền về trung tâm điều khiển thông qua kênh truyền vô tuyến của máy ICOM. Ngoài ra thiết bị có thể nhận các thông tin điều khiển từ trung tâm cũng thông qua kênh truyền này. Thiết bị được thiết kế trên công nghệ vi xử lý tốc độ cao, khả năng xử lý linh hoạt và có khả năng thực hiện các thuật toán phức tạp hạn chế sai số khi tín hiệu thu từ vệ tinh yếu. Cấu trúc mạng dữ liệu truyền trực tuyến được trình bày bằng hình vẽ dưới đây: Mã hóa Dữ liệu Máy thu/phát HF Giải mã Máy thu HF Lọc nhiễu Lọc dữ liệu Dữ liệu Xử lý dữ liệu Hình 4.1. Cấu trúc mạng dữ liệu Phương thức truyền là trực tuyến, nghĩa là các thông tin về toạ độ của tàu sau mỗi lần được xác định sẽ được truyền ngay về trung tâm. Nhờ đó, trung tâm có thể theo dõi trực tiếp mọi hành vi của phương tiện trên thời gian thực. Việc truyền dữ liệu thông qua kênh vô tuyến (bộ đàm) cho phép hạ giá thành thiết lập mạng và không tốn cước phí thông tin. Hệ thống các máy thu/phát sóng vô tuyến đóng vai trò chính trong việc truyền dữ liệu. Hiện nay tại Việt nam phạm vi phủ sóng của hệ thống các đài thông tin Duyên hải đã bao trùm toàn bộ lãnh hải Việt nam. Điều này là một thuận lợi cơ bản cho việc triển khai hệ thống quản lý trong phạm vi toàn quốc. Thông tin được truyền thông qua kênh vô tuyến trong môi trường truyền sóng HF. Nhờ sóng HF có khả năng phản xạ trở lại mặt đất khi gặp tầng điện ly của khí quyển nên khoảng các truyền rất xa, có khi lên đến hàng nghìn kilomet. Tuy nhiên, sóng HF cũng rất dễ bị nhiễu, nhất là khi địa hình có nhiều che chắn hoặc núi cao. Chất lượng truyền sóng cũng phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết và thời điểm. Thường thì chất lượng truyền sóng ban đêm luôn tốt hơn truyền sóng ban ngày (hình vẽ) Hình 4.2. Truyền sóng HF trong môi trường 4.2 Phương pháp thiết kế thiết bị chuyển đổi Thiết bị chuyển đổi bao gồm các modul chính sau: Modul thu GPS Modul thu thập xử lý dữ liệu nhận được từ GPS Modul mã hóa và điều chế tín hiệu để truyền dữ liệu về đất liên qua máy phát vô tuyến ICOM. 4.2.1 Modul thu GPS Modul GPS có nhiệm vụ nhận các tín hiệu từ vệ tinh, xử lý tín hiệu đưa ra kết quả bao gồm các thông tin sau: Tọa độ kinh tuyến, vĩ tuyến của tàu. Thời gian hiện tại theo giờ GMT. Tốc độ và hướng chuyển động của tàu. Số vệ tinh nhận được tín hiệu. Cường độ tín hiệu từ vệ tinh. Các thông tin trên được đóng gói ở dạng format chuẩn NMEA (www.nmea.org) Khi thiết kế thiết bị thu thập dữ liệu từ GPS đặt trên tàu cá, chúng tôi chọn Modul thu GPS Skylav của hãng Stars Navigation với các thông số như sau: Số kênh thu tín hiệu từ vệ tinh : 12 Tần số thu: L1, 1575.42 MHz Độ chính xác định vị tọa độ 1 - 5m. Thời gian khởi động: 48 giây. Format dữ liệu ra : NMEA –0183 Anten tích hợp bên trong Nguồn nuôi 3.8 – 6.5 V. Hình 4.3. Modul GPS Skylav 4.2.2 Thiết kế mạch vi xử lý thu thập dữ liệu từ bộ thu GPS. Sau khi tiếp nhận được các tín hiệu từ vệ tinh thông qua thiết bị thu GPS, mạch vi xử lý đặt trên tàu sẽ lưu giữ, thu thập dữ liệu, xử lý các bản tin xác định được tọa độ (theo kinh độ và vĩ độ). Các dữ liệu thu thập được sẽ được truyền cho module mã hóa và điều chế. Cùng với đồng hồ thời gian thực từ vệ tinh truyền xuống ta có thể xác định được quỹ đạo chuyển động của tàu cá. Toàn bộ hệ thống thu thập xử lý dữ liệu GPS trong đề tài được thể hiện ở lưu đồ sau: NMEA Modul GPS Kiểu bản tin Mạch vi xử lý. - Thu thập dữ liệu GPS. Sửa các bản tin nhận về. Lưu trữ các dữ liệu. Mã hóa và điều chế dữ liệu Giao tiếp truyền dữ liệu qua máy phát vô tuyến Hình 4.4. Sơ đồ cấu trúc thiết bị chuyển đổi 4.2.3 Sơ đồ mạch vi xử lý dùng vi điều khiển PsoC. Sơ đồ khối thiết kế của mạch vi xử lý của thiết bị thu dữ liệu như sau: Truyền RS232 PSoC - Nhận bản tin Xử lý bản tin. (giữ lại các tham số về: + Thời gian + Toạ độ) Lýu trữ dữ liệu. Truyền dữ liệu. Modul GPS Nguồn Hình 4.5. Sơ đồ mạch vi xử lý dùng vi điều khiển PsoC Trong sơ đồ trên, trung tâm của khối vi xử lý là vi điều khiển PsoC có nhiệm vụ liên tục nhận các bản tin từ modul GPS ở dạng fomat NMEA-183 với tần suất 1bản tin/1s. Ở đây, PsoC sẽ được lập trình để làm các nhiệm vụ sau: + Sau năm phút sẽ lưu trữ lại bản tin. + Chỉnh sửa lại bản tin nmea với các dữ liệu về thời gian, kinh độ và vĩ độ. + Các bản tin sẽ được đưa về trung tâm điều khiển sau mỗi phiên làm việc của máy ICOM. 4.2.4 Thiết kế mạch phát dữ liệu : PSOC GPS LCD MICROPHONE TX Data Re-timing Điều chế FSK Bộ lọc tín hiệu phát và đệm dữ liệu Ampli Send/read f GPS antenna Mode Manual or auto PTT Hình 4.6. Sơ đồ khối mạch phát Đầu vào : Tín hiệu định vị của board GPS (GB10) Mức logic của nút nhấn PTT trên Microphone máy Icom Mức logic của công tắc chọn chế độ: tự động hoặc bằng tay Dữ liệu đọc tần số do máy Icom gởi vào Đầu ra: Dữ liệu điều khiển và hiển thị ra màn hình LCD Dữ liệu mã tàu, thời gian, tọa độ kinh-vĩ tuyến. Dữ liệu tần số gởi ra máy Icom -TX Data Re-timing: Chỉ hoạt động ở chế độ truyền 1200 bps, không hoạt động khi tốc độ truyền dữ liệu của PSOC vượt quá 1212 bps. Có chức năng chốt dữ liệu nhận được từ PSOC và gởi cho FSK modulator. -Điều chế FSK: điều chế tín hiệu nhận được từ mạch Tx Data re-timing, chuyển đổi từ tín hiệu số thành tín hiệu analog và mã hóa lên sóng vô tuyến. FSK là một dạng của kỹ thuật FM, trong đó tín hiệu điều chế là chuỗi xung DC biến đổi giữa hai giá trị cụ thể. Kết quả điều chế sẽ cho sóng mang có một trong 2 giá trị , ứng với bit 1(mark) và ứng với bit 0(space). Hình 4.7. Sóng tín hiệu điều chế FSK -độ trôi dạt tần số không quá 50ppm (period per minute) -pha của tín hiệu liên tục khi tần số thay đổi từ sang và ngược lại -biến dạng do họa tần của tín hiệu ra rất thấp -các tần số và được điều chỉnh riêng Bộ lọc tín hiệu phát và đệm dữ liệu: lọc tín hiệu từ mạch FSK modulator đưa vào bộ đệm để truyền Hình 4.8. TX giới hạn tại 1200 bps 4.3 Thiết kế mạch nhận dữ liệu : Mạch này được thiết kế để nhận dữ liệu không đồng bộ 1200 bps. Bộ lọc tích cực và khuyếc đại tín hiệu: là lọc tích cực dùng lọc thông dải tín hiệu vào (RX-in). Dải tín hiệu lọc nằm trong khoảng 900 -> 1500 HZ do đó cho tần số 1200 HZ qua, sau đó tín hiệu sẽ được khuyếch đại và chỉnh sửa biên độ cho FSK nhận Bộ lọc và cân bằng tín hiệu: làm giảm nhiễu tín hiệu và lọc dữ liệu Bộ giải điều chế FSK : giải điều chế, chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số. Rx/Tx Data Re-timing: chỉ nhận dữ liệu ở tần số 1200 Hzh. Có chức năng chốt dữ liệu nhận được và gởi cho khối TTL-RS232 TTL-RS232 : chuyển đổi mức tín hiệu từ TTL sang RS232 và gởi cho máy tính xử lý. Bộ lọc tích cực và khuyếc đại V bias RX-in Bộ lọc và cân bằng tín hiệu Giải điều chế FSK Rx/Tx Data Re-timing TTL RS232 PC Hình 4.9. Sơ đồ khối mạch nhận 4.3.1 Thiết kế mạch nguồn ổn áp kháng nhiễu: Áp vào 13.8 VDC, qua diode D1 để chống đặt áp ngược nhằm bảo vệ cho các mạch phía sau. Áp sau khi qua D1 bị sụt đi 0.6V (rơi áp trên D1) còn khoảng 13.6V nhưng không ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính ổn áp của 7809 vì để 7809 hoạt động tốt thì áp vào Vi=11.5 26 VDC Hình 4.10. Mạch nguồn ổn áp Áp vào của 7805 là 9 VDC, áp ra là 5VDC. Mạch có dùng thêm các tụ 1000uF và tụ 104 để tăng tính ổn định và giảm nhiễu cho mạch. Hình 4.11. Mạch khử nhiễu nguồn Hình 4.12: liên hệ giữa tần số và tỉ lệ Mạch có tác dụng giảm nhiễu trắng, tín hiệu sai và nhiễu trên đường dây điện nguồn. Việc giảm nhiễu có thể lớn hơn 40 dB nếu mạch được thiết kế hợp lý. Chất lượng của mạch được đảm bảo, độ lợi đạt gần với tỉ lệ của giá trị điện trở cực E của transistor 2N4401 so với điện trở Shunt. Trong trường hợp này độ lợi là 5/0.05=100. Độ lợi là 101 với giá trị điện trở là 299K, theo lý thuyết là tốt hơn nhưng sự chịu đựng của điện trở và trở kháng thực sự của Shunt là 0.05 ohm (có thể dùng biến trở chỉnh). LM833 hay các OP-AMP khác như LM358 đều cho kết quả tốt. Nên lựa chọn một OP-AMP có độ lọc thông dải lớn và nhiễu áp đầu vào thấp. Giá trị điện trở Shunt lớn hơn có thể được dùng nếu rơi áp trên nó có thể chịu đựng được; có thể điều chỉnh độ lợi của bộ khuyếch đại theo cách chỉnh các thông số như đã trình bày ở trên IC LM833 chứa 2 OP-AMP bên trong vì vậy dùng 2 Shunt là phù hợp cho cho một IC dùng lọc nhiễu cho 2 nguồn khác nhau Hình 4.12 biểu diễn mối liên hệ giữa tần số và tỉ lệ (nV per root-hertz ): độ điều chỉnh nhiễu là 330nV trên mỗi tại 100 Hz và mạch giảm nhiễu đến 20 nV. Việc giảm 24 dB đạt được nếu không có bất kỳ sự lựa chọn giá trị thông số nào. Nên nối mass tốt các chân linh kiện và vỏ hộp. Ở tần số thấp nên điều chỉnh bằng tụ và nhiễu nền được hạn chế bởi LM833 và điện trở. 4.3.2 Thiết kế mạch tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại: Mạch tự động điều chỉnh hệ số khuyếch đại có nhiệm vụ đảm bảo cân bằng mức tín hiệu vào của các nguồn phát khác nhau. Mạch này cho phép trung tâm có khả năng thu được tín hiệu từ nhiều tàu các với khoảng cách và điều kiện phát tín hiệu khác nhau. Tín hiệu ngõ vào AUDIO là tần số đơn biên (SSB), qua mạch AGC xử lý, tín hiệu ngõ ra AF AMPS. Mạch AGC tự động điều chỉnh độ lợi theo giá trị đặt trước bởi biến trở R11, AGC chỉnh mức Audio và điều khiển độ lợi IF vì vậy mức Audio là không đổi. Mức tín hiệu vào RF có thể thay đổi từ -120 à +20 dBm trong vài ms, nhiều triệu lần. Đặc điểm này của mạch AGC được gọi là Audio AGC , mạch thiết kế đơn giản và rẻ tiền. Mạch này đã được test thử cho cả 2 loại tín hiệu SSB và CW, tại những mức tín hiệu khác nhau và kết quả đạt được yêu cầu đề ra. -Phân tích mạch: R7: tạo attack time (tăng mức tín hệu ) R8: tạo release time (giảm mức tín hiệu ) Có thể dùng thêm switch để chọn attack time hoặc release time C2 : có thể thay đổi khi cần điều chỉnh tốc độ (Chế độ SSB: C2 = 1uF, CW: C2=10uF) Biến trở R11: chỉnh mức RF gain (IF MAX GAIN) giống như các máy HF Transceiver khác Hình 4.13. Mạch AGC ICOM (HF) FSK CONTROL JACK HF antenna SƠ ĐỒ KHỐI BỘ CHUYỂN ĐỔI CPU MODE manual or auto PTT Màn hình LCD GPS MICROPHONE Ăng ten GPS Ampli Giao tiếp truyền tin Mã hóa và điều chế Thu nhận dữ liệu Send/Read frequency data Hình 4.14. Sơ đồ khối thiết bị chuyển đổi Hình 4.15. Cấu tạo cơ khí của thiết bị 14.069.05 TX cable Bộ giải mã LINE IN Máy ICOM PC FSK OUT Hình 4.16. Hệ thống quản lý tập trung Chương 5: Chương trình quản lý dữ liệu GPS tàu cá trên nền GIS Tổng quan về Hệ thống thông tin địa lý – GIS 5.1.1 Khái niệm về công nghệ GIS. Hệ thống thông tin địa lý (Geographic information system – GIS) là hệ thống có chức năng thu thập, lưu trữ, phân tích và quản lý dữ liệu và các thuộc tính về không gian trái đất. GIS là tập hợp của phần cứng máy tính, phần mềm, dữ liệu địa lý, qui trình, tổ chức và các thủ tục người sử dụng nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin không gian từ thế giới thực để giải quyết các vấn đề tổng hợp thông tin cho các mục đích của con người đặt ra. Đặc biệt hệ thống thông tin Địa lý kết hợp với các dữ liệu nhận được từ GPS đã mang lại rất nhiều ứng dụng hữu ích cho các lĩnh vực: giao thông, thủy lợi, lâm nghiệp, thuỷ sản… đặc biệt là trong bài toán quản lý định vị các phương tiện giao thông. Nhân lực Quy trình Dữ liệu Phần cứng Tổ chức Phần mềm Phần cứng: Phần cứng bao gồm hệ thống máy tính và các thiết bị nhập, xuất, lưu trữ dữ liệu. Trong đó, hệ thống máy tính gồm có 1 máy hoặc nhiều máy được kết nối thành một hệ thống mạng; các thiết bị ngoại vi để nhập, xuất dữ liệu như máy digitizer, scanner, máy in, plotter, máy ghi đĩa quang hoặc CD, băng từ, và các thiết bị định vị khác, v.v... Phần mềm: Phần mềm GIS bảo đảm đủ 4 chức năng của hệ thống thông tin địa lý là nhập, lưu trữ, phân tích và xử lý, hiển thị dữ liệu không gian, phi không gian. Dữ liệu: Dữ liệu bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian, được thu thập, lưu trữ theo một cấu trúc chuẩn, có thể liên thông trên mạng và được bảo quản theo một chế độ nhất định. Tại đây, có những bài toán đặt ra như mô hình cơ sở dữ liệu phục vụ các yêu cầu lưu trữ, truy xuất, hiển thị, công nghệ nhập dữ liệu, phân quyền sử dụng dữ liệu, an ninh dữ liệu trên mạng, tổ chức cơ sở dữ liệu phân tán hay tập trung, v.v... Cơ sở dữ liệu là một thành phần quan trọng trong các hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý hành chánh nhà nước. Cơ sở dữ liệu của hệ thống thông tin địa lý bao gồm hai phần chính là cơ sở dữ liệu nền và cơ sở dữ liệu chuyên ngành. - Cơ sở dữ liệu nền bao gồm những lớp dữ liệu mà hệ thống thông tin địa lý chuyên ngành nào cũng sử dụng như dữ liệu về lưới tọa độ (tọa độ địa lý, tọa độ quốc gia), dữ liệu về giao thông, dữ liệu về thủy văn, dữ liệu về độ cao, dữ liệu về hành chánh, dữ liệu về giải thửa, v.v... - Cơ sở dữ liệu chuyên ngành bao gồm dữ liệu của các yếu tố chuyên ngành được biểu diễn theo mô hình dữ liệu không gian và phi không gian liên kết. Có thể có cơ sở dữ liệu của các chuyên ngành như tài nguyên thiên nhiên, môi trường, sử dụng đất, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, các chuyên ngành kinh tế xã hội. Khi thiết kế cơ sở dữ liệu chuyên ngành cần chú ý đến những quan hệ giữa các yếu tố đơn tính trong một chuyên ngành đồng thời những quan hệ của các yếu tố giữa các ngành với nhau. Đối với mỗi chuyên ngành, tùy theo mục tiêu của hệ thống thông tin địa lý, những qui trình xây dựng cơ sở dữ liệu được thiết kế khác nhau. Quy trình: Các qui trình xử lý tác nghiệp được nhà phân tích thiết kế hệ thống xác lập khi xây dựng hệ thống. Qui trình là một thành phần cần được quan tâm xây dựng trong tiến trình kiến tạo hệ thống thông tin địa lý, ít nhất cần có những qui trình nhập dữ liệu, qui trình lưu trữ, bảo quản dữ liệu, qui trình truy vấn dữ liệu, qui trình kết xuất - hiện thị dữ liệu. Tổ chức: Về tổ chức thì tùy theo mục đích và qui mô triển khai, hệ thống thông tin địa lý được tổ chức theo một cơ chế nhất định để phát huy tính hiệu quả của hệ nhằm đạt đến mục tiêu. Trong hệ thống thông tin địa lý, tổ chức giữ một vai trò rất quan trọng vì có tổ chức, có qui chế thích hợp việc chia sẻ và bảo vệ tài nguyên thông tin, việc cập nhật dữ liệu mới được thực thi, hệ thống mới phát huy tính hiệu quả của nó. Trong những hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý hành chánh một địa phương, công việc khung (framework) giữ vai trò quan trọng trong việc tổ chức hệ thống sao cho có hiệu quả cao nhất. Nhân lực: Con người là yếu tố quyết định sự thành công trong tiến trình kiến tạo hệ thống và tính hữu hiệu của hệ thống trong tiến trình khai thác vận hành. Trong hệ thống thông tin địa lý, con người sẽ làm việc trên 3 vị trí cũng là 3 cấp có chức năng khác nhau: quản trị, kỹ thuật GIS, kỹ thuật chuyên ngành. Con người trong hệ thống thông tin địa lý phục vụ quản lý hành chánh nhà nước bao gồm những chuyên viên chuyên ngành trong các lãnh vực khác nhau có nhiệm vụ nhập dữ liệu chuyên ngành, khai thác hệ thống, xử lý dữ liệu bằng cách phân tích và tổng hợp dữ liệu của nhiều ngành để giải quyết những bài toán cụ thể của ngành mình, phục vụ công tác trợ giúp quyết định cho lãnh đạo trong ngành. Những chuyên viên công nghệ thông tin địa lý hỗ trợ các vấn đề về công nghệ của hệ thống, bảo đảm hệ thống hoạt động tốt về kỹ thuật và cập nhật công nghệ theo qui chế. Quản trị viên hệ thống thông tin địa lý là người quản lý, chịu trách nhiệm toàn bộ hệ thống, bảo đảm hệ thống hoạt động đúng qui chế, bảo đảm an toàn kỹ thuật và công nghệ. * Các lĩnh vực ứng dụng GIS Môi trường: nhiều tổ chức môi trường trên thế giới cũng như nhiều quốc gia đã áp dụng GIS vào lĩnh vực môi trường. Với mức đơn giản của GIS được sử dụng để đánh giá hiện trạng môi trường các khu vực trên trái đất; phức tạp hơn, GIS dùng để mô hình hoá các tiến trình xói mòn đất, cảnh báo sự lan truyền ô nhiễm trong môi trường. Khí tượng thuỷ văn: trong lĩnh vực này GIS được dùng như hệ thống đáp ứng nhanh phục vụ phòng chống thiên tai lũ lụt, xác định tâm bão, dự đoán luồng chảy, xác định mức độ ngập lụt. Nông nghiệp: được sử dụng vào việc giám sát thu hoạch, quản lý sử dụng đất, dự báo về hàng hoá, nghiên cứu đất trồng, kiểm tra tướng tiêu, kiểm soát nguôn nước. Dịch vụ tài chính: các ứng dụng đặc trưng cho lĩnh vực này là: đánh giá và phân tích vị trí chi nhánh mới, quản lý tài sản, định hình nhân khẩu, tiếp thị, chính sách bảo hiểm, mô hình hoá và phân tích rủi ro cho các khu vực tài chính. Y tế: GIS được ứng dụng nhằm vạch ra lộ trình nhanh nhất giữa vị trí hiện tại của xe cấp cứu, dựa trên cơ sở dữ liệu giao thông. Nó cũng được sử dụng như một công cụ nghiên cứu dịch bệnh, phân tích nguyên nhân bộc phát và lây lan bệnh tật trong cộng đồng. Quản lý địa phương: Các lãnh đạo chính quyền địa phương đua GIS vào quản lý quy hoạch công trình, tìm kiếm thửa đất, điều chỉnh ranh giới, bảo dưỡng các công trình công cộng, phân tích tội phạm, chỉ huy và quản lý lực lượng công an, cứu hoả. Giao thông: GIS được dùng trong việc lập kế hoạch và duy trì cơ sở hạ tầng. Tiếp nữa, GIS còn được ứng dụng để định vận tải hàng hoá, và hải đồ điện tử. Ngoài các lĩnh vực trên, GIS còn được sử dụng trong các dịch vụ điện, nước, gas, điện thoại, dịch vụ bán lẻ … và nhiều các ứng dụng khác. 5.1.2 Tổ chức hệ thống thông tin địa lý GIS Các số liệu thu thập được từ GPS sẽ phải tích hợp với các hệ thống thông tin địa lý GIS để cho ta các khả năng về kiểm soát các vùng địa lý, toạ độ có đặt modul thu GPS. Sự tích hợp giữa các dữ liệu thu thập được từ GPS với các hệ thống thông tin GIS sẽ cho chúng ta khả năng quản lý trực quan, đặt ra được nhiều bài toán quản lý trong việc quản lý các phương tiện giao thông bằng công nghệ GPS. 5.1.3 Khả năng của công nghệ GIS. Khả năng của GIS rất phong phú, nhưng bất kỳ một hệ GIS nào cũng phải tối thiểu giải quyết quản lý được 5 vấn đề chính sau: - Vị trí (Location): quản lý và cung cấp vị trí đối tượng theo yêu cầu - Điều kiện (Condition): xác định các đối tượng thỏa mãn một điều kiện nào đó - Chiều hướng (Trend): cung cấp hướng thay đổi của đối tượng thông qua phân tích các dữ liệu theo thời gian. - Kiểu mẫu (Pattern): cung cấp mức độ sai lệch của đối tượng so với kiểu mẫu. - Mô hình hóa (Modelling): Xác định xu thế phát triển của đối tượng, ngoài thông tin địa lý, hệ thống cần có thêm các thông tin quy luật hay luồng thông tin thống kê. 5.1.4 Các thành phần cơ bản của GIS Các thành phần cơ bản của GIS bao gồm các thành phần được thể hiện như ở sơ đồ sau: Người dùng GIS Phần mềm CSDL Thế giới thực Kết quả Hình 5.1. Sơ đồ hệ thống GIS Ở đây, các tín hiệu nhận được từ modul thu GPS sẽ phản ánh thế giới thực bên ngoài của một vật thể về không gian 3 chiều: + Kinh độ + Vĩ độ + Cao độ và thêm vào đó là tham số thời gian. Các thông tin này sẽ được hệ thống thông tin địa lý GIS xử lý bằng các phần mềm và cơ sở dữ liệu để trả ra các kết quả theo yêu cầu của người sử dụng. Cần các thông tin gì về vật thể có gắn modul GPS (ô tô, tàu biển, máy bay), người sử dụng có thể tương tác với hệ thống thông tin địa lý GIS để nhận được các thông tin phục vụ mục đích quản lý của mình. Chẳng hạn ta có thể xem việc quản lý các phương tiện trên biển trực tuyến bằng công nghệ GPS nhờ hệ thống thông tin địa lý GIS như minh hoạ sau. Hình 5.2. Hệ thống GIS quản lý tàu biển Các phầm mềm GIS. GIS software Windows Mac OS X Linux BSD Unix Web CARIS Có Không Có Có Có Có Chameleon Có Có Có Có Có AMP ERDAS IMAGINE Có Không Không Không Có Không ESRI Có Không Có Không Có Có GeoServer Có Có Có Có Có Java GeoTools Java Java Java Java Java Không GRASS Có Có Có Có Có via pyWPS gvSIG Java Java Java Java Java Không IDRISI Có Không Không Không Không Không ILOG JViews Maps [1] Java Java Java Java Java Java & DHTML/Ajax ILWIS Có Không Không Không Không Không Intergraph [2] Có Không Không Không CLIX Có JUMP GIS Java Java Java Java Java Không LandSerf Java Java Java Java Java Không Manifold System Có Không Không Không Không Có MapInfo Có Không Có Không Có Có MapServer Có Có Có Có Có AMP Maptitude Có Không Không Không Không Có MapWindow GIS Có (ActiveX) Không Không Không Không Không My World GIS Có Có Không Không Có Không Oracle Spatial Có Có Có Không Có Có Panorama "GIS Map 2005" Không "GIS Panorama" Không Không Không PostGIS Có Có Có Có Có Có Quantum GIS Có Có Có Có Có Có Smallworld Có ? Có ? Có Có SPRING Có Không Có Không Solaris Không TatukGIS Có Không Không Không Không ? TransCAD Có Không Không Không Không Có TerraView Có Không Có Không Không Không TNTmips Có Có Có Không Có Không TransModeler Có Không Không Không Không Không uDIG Có Có Có Không Không Không AvisMap GIS Engine Template: CÓ Không Không Không Không Template:DHTML Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, chúng tôi chỉ giới thiệu danh sách các phần mềm GIS nguồn mở, vì đây là phương án tối ưu nhất cho việc triển khai GIS hiệu quả và chi phí thấp: Phần mền sử dụng phổ biến nhất: GRASS – Được phát triển ban đầu bởi các kỹ sư quân đội Mỹ, là hệ