I. Phân tích đa chỉ tiêuPhân tích không gian khó hơn là nhìn. Nó đòi hỏi phải hiểu biết tốt nội dung về cơ

sở dữ liệu, tầm nhìn tốt về câu hỏi phân tích hoặc vấn đề sắp đến và tổng hợp và hiểu biết tốt về tính chất và chức năng được cung cấp bởi những chức năng trong HTTĐL. Có nhiều công nghệ khác nhau để thực hiện phân tích không gian một cách dễ dàng hơn. Công nghệ này giúp cho các nhà quyết định hình thành các vấn đề, tạo nên các mô hình tương thích và đánh giá kết quả của mô hình. Những công cụ hỗ trợ quyết định có thể sử dụng để hỗ trợ trong phân tích, tuy nhiên chúng không tự thực hiện phân tích hoặc tạo ra những quyết định. Trong phần này chỉ đề cập đến kỹ nghệ phân tích đa tiêu chuẩn thường được sử dụng cho các vấn đề và câu hỏi về môi trường. Có nhiều kỹ thuật khác, nhưng chúng sẽ không được xem xét ở đây (Jones,1997).

Một ứng dụng môi trường về phân tích đa tiêu chuẩn (Multi-Criteria Analysis, viết tắt là MCA) là tính tác động của một quá trình đến môi trường. Thông thường, kết quả trên bản đồ thể hiện sự tổn thương môi trường của các vùng khác nhau. Để tính mức độ tổn thương của môi trường, sự lựa chọn những giá trị của các khía cạnh môi trường khác nhau (cảnh quan, nhân tố xã hội, hệ động thực vật…) gây ra sự thay đổi trong môi trường (ví dụ, xây dựng một con đường mới) được đo và ghi nhận. Phân tích đa tiêu chuẩn còn được sử dụng để hỗ trợ cho việc quy hoạch môi trường hoặc đô thị bằng việc tạo nên các bản đồ thích hợp cho các loại đất sử dụng khác nhau. Ví dụ, tìm một địa điểm tốt nhất để đặt một khách sạn du lịch, hoặc xác định các vùng thích hợp cho việc định cư.

Đánh giá tác động hoặc phân tích vùng thích hợp thường tính đến việc lấy nhiều tiêu chuẩn khác nhau để phân tích các vấn đề và câu hỏi phức tạp. Kỹ thuật tổ hợp các nhân tố khác nhau để cho ra một kết quả cuối cùng. Đặc tính làm cho MCA trở nên đặc biệt là nó tạo ra cho người quyết định định ta các mức độ quan trọng khác nhau cho các nhân tố khác nhau.

V.1/ Định chỉ tiêuBước đầu tiên trong phân tích đa chỉ tiêu là định ra các tiêu chuẩn khác nhau sẽ

được tính đến. Đa số các trường hợp một tiêu chuẩn không phải là một biến giản đơn mà là tổ hợp các dữ liệu thuộc tính và dữ liệu hình học khác nhau. Những tiêu chuẩn này có thể được tính bằng việc sử dụng đại số bản đồ. Một ví dụ dựa trên bài báo của J.K.Berry (1991) sẽ cho sự minh họa các trật tự kế tiếp trong MCA. Ví dụ minh họa các quá trình rõ vùng cư dân của một khu vực ven bờ. Ví dụ: Vùng thích hợp cho việc phát triển vùng dân cư vùng ven bờ có thể được chọn dựa theo sự trợ giúp của 3 tiêu chuẩn: tiêu chuẩn về xây dựng, tiêu chuẩn thẩm mỹ, tiêu chuẩn về môi trường (Berry).

Tiêu chuẩn về xây dựng: vùng thích hợp là vùng có độ dốc thấp, không xa đường. Phí tổn xây dựng trở nên cao hơn khi mà độ dốc lớn. Phí tổn xây dựng đường tăng lên khi ở xa đường.

Tiêu chuẩn thẩm mỹ: những vùng gần bờ với cảnh đẹp của đường bờ và hướng về phía tây sẽ được ưu thích hơn các cùng khác. Ở gần bờ với cảnh đẹp ven bờ đường như thích hợp hơn cho phát triển dân cư. Hướng tây sẽ cho phép nhiều khả năng ngắm cảnh hoàng hôn.

Sự ép buộc về môi trường: vùng dân cư không được xây dựng trên vùng cách đường bờ 100m và trên vùng có độc dốc lớn hơn 50%.

Các chức năng không gian khác nhau được sử dụng để tính các nhân tố thể hiện các tiêu chuẩn trên. Đối với bất kỳ tiêu chuẩn nào, sơ đồ được tạo ra để thể hiện các bước rút ra những thông tin cần thiết (xem Hình IV.41). Sơ đồ này chỉ ra những bản đồ xuất phát đầu tiên, những phân tích thực hiện và những bản đồ có thông tin thu được.

Hình IV.41: Sơ đồ mô hình các vùng phát triểnVí dụ: để thành lập bản đồ “trạng thái ở gần” (proximity) đường, bản đồ chứa các

đường và mô hình số độ cao là cần thiết. Khoảng cách đến đường từ một vị trí nào đó sẽ được tính toán sử dụng “chức năng lan truyền” (spread function). Khi đường mòn đi từ vị trí đó đến đường gặp chỗ dốc thì khoảng cách thực tế được nhân với một trọng số nào đó bởi vì phí tổn cho xây đường nơi dốc sẽ nhiều hơn nơi bằng phẳng. Để tính đoạn dốc xen vào này bản đồ độ dốc được thành lập được từ mô hình số độ cao bằng việc sử dụng “chức năng tính độ dốc địa hình”. Bản đồ độ dốc dùng như bề mặt cản kháng. Cuối cùng, chức năng “dòng” được thực hiện bắt đầu từ đường và dùng bề mặt cản kháng để tính và tạo nên bản gần nhất của đường.

Đối với mọi tiêu chuẩn, các quá trình được tiến hành trên bản đồ cơ sở để đạt được giá trị - dữ liệu diễn đạt chúng.

V.2/ Làm cho các tiêu chuẩn khác nhau có thể so sánh đượcMột khi giá trị - dữ liệu của các chỉ tiêu khác nhau thu được từ dữ liệu gốc, những

giá trị này cần được xếp loại theo thứ tự (ví dụ từ 1 đến 10) thể thiện mức độ thích hợp cho một mục đích riêng biệt nào đó. Điều này có nghĩa là các giá trị - dữ liệu khác nhau có thể có tầm quan trọng thay đổi ở sản phẩm cuối cùng của sự phân tích. Sự phân hạng này là cần thiết cho việc tạo ra sự so sánh các tiêu chuẩn khác nhau.

Có hai cách tiếp cận để hiện thực hóa sự phân hạng này. Đầu tiên là các giá trị cho bất kỳ tiêu chuẩn nào được chuyển sang giá trị Boolean, cách thứ hai là giá trị được đánh giá như phân loại hoặc như các nhân tố hoàn toàn liên quan (Eastman, 1999).

V.2.1 Cách tiếp cận kiểu booleanCách tiếp cận boolean (hoặc tiệm cận kiểu nêu vấn đề) vạch ra nhưng vùng ra làm

hai nhóm: vùng thích hợp cho một vài tiêu chuẩn và vùng không thích hợp. Trong trường hợp biến “trạng thái ở gần đường”, khoảng giới hạn sẽ được xác định cho vấn đề phí tổn của xây dựng được chấp nhận, ví dụ 20m. Điều này có nghĩa là những vùng trong khoảng cách 20m từ đường là thích hợp cho phát triển dân cư và các vùng khác không thích hợp. Trong cách tiếp cận này, bất kỳ một tiêu chuẩn nào cần được chuyển sang kiểu giới hạn Boolean. Cuối cùng, những tiêu chuẩn được giải mã (những bản đồ) được chồng ghép để nhận dạng những vùng thỏa mãn tất cả các giới hạn. Chồng ghép Boolean có thể được thực hiện bằng cách sử dụng tổ hợp giao (logic AND) hoặc hợp (logic OR). Logic OR được dùng để họp các tiêu chuẩn không cần thiết trùng nhau (Jones,1997).

Ví dụ: vùng thích hợp cho mục đích dân cư nó có vị trí nhìn ra bờ biển (cách đường bờ 15m) OR (hoặc) khi nó gần bờ (trong 300m từ bờ). Nhưng những vùng chỉ thích hợp khi nó nằm xa bờ với khoảng cách 100m AND (và) có độ dốc <50%.

Tiếp cận Boolean được đánh giá khi mỗi một tiêu chuẩn xem xét có thể được chia ra theo kiểu thể hiện Boolean. Thường rất có ích khi biết mức độ thích hợp trong một vài mục đích nhất định. Không thể thực hiện được vấn đề thiết lập lại mức độ thích hợp trong cách tiếp cận này. Nhược điểm thứ hai của phép tiếp cận này là mỗi nhân tố hoặc chế ngự được xem xét là có mức quan trọng như nhau. Để phân ra sự cách biệt bề mức độ quan trọng của các nhân tố hoặc tạo ra các bản đồ bởi các mức độ thích hợp khác nhau điều cần thiết là đánh giá các nhân tố khác nhau theo kiểu phân loại hoặc theo các nhân tố liên tục (Easman, 1999).

V.2.2/ Nhân tố phân loại hoặc liên tụcKhi các tiêu chuẩn có mức độ ảnh hưởng khác nhau về vấn đề nghiên cứu, thuận

tiện hơn cả là gắn các trọng số cho từng tiêu chuẩn. Thứ nhất các giá trị thuộc tính của các tiêu chuẩn khác nhau cần được xếp hạng theo thang tỷ lệ chuẩn (thang tỷ lệ chung cho tất cả các tiêu chuẩn) để tạo nên những sự khác biệt của các nhân tố có thể so sánh được.

Khi các giá trị của các tiêu chuẩn thể hiện mức độ biến thiên liên tục của tính thích hợp, một thang tỷ lệ liên tục được xác lập. Để tạo nên thang tỷ lệ này dữ liệu – giá trị cần được lập lại tỷ lệ. Con đường dễ nhất để làm việc này là dùng phép định lại tỷ lệ kiểu tuyến tính:

Xi = (xi-xmini)/(xmaxi-xmini)Xi : định lại điểm số của nhân tố ixi : điểm gốcxmini : điểm nhỏ nhấtxmaxi : điểm lớn nhấtKhi điểm thô tỷ lệ nghịch với mức độ thích hợp công thức tính toán cần phải biến

tấu để cho giá trị càng thấp càng có điểm cao. Ví dụ: nhân tố (khoảng cách gần nhất tới đường được giải đoán như sau: khoảng cách càng ngắn càng thích hợp. Khi có sự tương quan nghịch giữa các nhân tố và mức độ thích hợp, phương trình có dạng như sau:

Xi = (xmaxi - xi)/(xmaxi-xmini)Xi : định lại điểm số của nhân tố i

xi : điểm gốcxmini : điểm nhỏ nhấtxmaxi : điểm lớn nhấtQuá trình tái thiết lập tỷ lệ này chỉ có thể thực hiện trên dữ liệu số liên tục, nơi

tăng tính chất một cách nghiêm ngặt tỷ lệ thuận với mức độ tăng của sự thích hợp. Vì vậy dữ liệu số của các tiêu chuẩn khác nhau cần được tương quan thuận nhau (Jones, 1997)

Khi các giá trị số liên tiếp không có tương quan rõ ràng với mức độ thích hợp, hoặc khi giá trị không được thực hiện trên các giá trị số, giá trị số có thể được xếp hạng theo thang tỷ lệ theo nghĩa phân loại. Phân loại có thể thực hiện được đối với giá trị số liên tục. Đối với phương pháp này, các giá trị được phân theo các nhóm tương ứng với vị trí nào đó của hạng trong than tỷ lệ.

Ví dụ: một bản đồ độ dốc có thể được phân loại theo bậc phù hợp với các mức độ thích hợp cho mục đích định cư như sau:

10: 0-5% độ dốc (tốt nhất, vùng rất thích hợp)8: 6-15% độ dốc 6: 16-25% độ dốc3: 26-40% độ dốc1: >40% độ dốc (kém, ít thích hợp)

Phân loại như vậy có thể được thực hiện cho bất kỳ nhân tố nào, để làm cho chúng có thể so sánh được.II. Phép chồng lớp

Một khi các giá trị được xếp hạng trên thang tỷ lệ, các tiêu chuẩn khác nhau cần được so sánh. Quá trình này được thực hiện bằng cách chồng ghép các bản đồ khác nhau. Các thao tác số học của các lớp thông tin khác nhau là một phép cộng đơn giản. Mỗi tiêu chuẩn có thể có những đóng góp khác nhau cho giải pháp, có nghĩa là một tiêu chuẩn này có thể quan trọng hơn tiêu chuẩn khác. Vì vậy các tiêu chuẩn khác nhau cần được định trọng số sao cho chúng thể hiện mức độ quan trọng tương đối của chúng, (Eastman, 1999). Quá trình chồng trên các tiêu chuẩn khác nhau được trình bày như sau:

S = chỉ số thích hợpWi = trọng số gắn cho tiêu chuẩn i (hoặc nhân tố i)Xi = điểm của tiêu chuẩn. Khi tổ hợp các mức độ chế ngự thể hiện theo thuộc tính Boolean (1: true, 0: false)

và các nhân tố trọng số được tổ hợp trong phân tích, công thức trên được thể hiện như sau:

S = chỉ số thích hợpWi = trọng số gắn cho tiêu chuẩn i (hoặc nhân tố i)Xi = điểm của tiêu chuẩnCj = giá trị (0 hoặc 1) của mức độ chế ngự

Ví dụ: Trong ví dụ trên, tiêu chuẩn để chọn là một vùng thích hợp cho mục đích định cư là tầm nhìn hợp hơn, mức độ gần kề với bờ, gần kề với đường, hướng phơi hợp hơn và góc dốc hợp hơn. Một khi các dữ liệu cần thiết được rút ra cho những tiêu chuẩn này và chúng được tái thiết lập tỷ lệ nhằm mục đích làm cho chúng so sánh được, có thể rất có lợi khi cho chúng trọng số tương thích với mức độ quan trọng của chúng. Giả sử các trọng số sau đây được định cho các nhân tố khác nhau:

- Tầm nhìn phù hợp (VP): 10 (quan trọng)- Mức độ gần bờ (CP): 8- Mức độ gần đường (RP): 3- Hướng phơi phù hợp (AP): 2- Góc dốc phù hợp (SP): 1 (ít quan trọng nhất)

Mức độ chế ngự (giá trị 0 hoặc 1) của độ dốc và khoảng cách đến biển được thể hiện như sau:

0: diện tích < 100m từ bờ biển (DC); 1: các vùng khác0: diện tích với độ dốc > 50% (SL); 1: các vùng khác

Công thức cho chỉ số thích hợp như sau:Chỉ số thích hợp = (10.VP + 8.CP + 3.RP + 2.AP + 1.SP).(DC.SL)

Kết quả cuối cùng của phân tích đa tiêu chuẩn là bản đồ với chỉ số thích hợp cho mọi vị trí. Tương tự cho phân tích thích hợp, phân tích đánh giá tác động có thể thực hiện được bằng kỹ thuật này. Trong trường hợp đó, chỉ số mức độ tổn thương sẽ được tính toán. Chỉ số này chỉ ra mức độ tổn thương ra sao khi có sự thay đổi nào đó về môi trường. Thông thường, miền của những thích hợp hoặc những chỉ số tổn thương cuối cùng được phân loại trên một tập hợp giới hạn của các lớp thuận tiện.III. Định trọng số:

Khi các tiêu chuẩn khác nhau có cùng mức độ quan trọng, trọng số của từng nhân tố bằng một. Tuy nhiên, trong đại đa số trường hợp điều quan trọng là xác định mức độ quan trọng tương đối của các chỉ tiêu. Kỹ thuật sau đây cho phép làm việc này.

Trọng số của các tiêu chuẩn có thể được cố định bằng các kỹ thuật thống kê khác nhau hoặc bằng các phép đo, người quyết định chọn trọng số một cách chủ quan dựa trên những kinh nghiệm và hiểu biết nào đó (United Nation, 1996).

Sự thay đổi thú vị rằng chỉ dẫn cho việc chọn trọng số là quá trình phân tích cấp bậc của Saaty (Saaty’s Analytical Hiearchy Process (AHP)). Phương pháp này dựa trên việc xây dựng ma trận của các cặp so sánh sáng suốt giữa các tiêu chuẩn. Mỗi một tổ hợp hai tiêu chuẩn, mức độ quan trọng tương đối một tiêu chuẩn này so với một tiêu chuẩn kia được tính theo tỷ lệ là 1/9 (ví dụ nếu 9 thể hiện mức độ quan trọng trội hơn, 1/9 chỉ ra mức độ rất kém quan trọng). Giá trị 1 có nghĩa là hai tiêu chuẩn có mức độ quan trọng như nhau, khi giá trị 9 chỉ ra rằng một nhân tố có mức độ quan trọng hơn rất nhiều nhân tố khác. Nếu như nhân tố ít quan trọng hơn nhân tố khác và tỉ số 1/9 (tức là 1/1: 1/9) sẽ được chỉ ra (Eastsman, 1999). Đánh giá thang tỉ lệ theo Saaty cho cặp so sánh sáng suốt của các tiêu chuẩn được nhìn nhận như sau:

<<< ít quan trọng quan trọng hơn >>>

1/9 1/7 1/5 1/3 1 3 5 7 9

Đúng cực Rất vô Rất ít Ít vừa Quan Quan Quan Quan Cực kỳ

độ cùng ít trọng bằng nhau

trọng hơn vừa vừa

trọng hơn nhiều

trọng hơn rất nhiều

quan trọng

Khi quá trình so sánh giữa các tiêu chuẩn kết thúc, giá trị tỉ số của chúng được ghi nhận theo ma trận n dòng và n cột (n: số các tiêu chuẩn). Ma trận cặp so sánh sáng suốt sẽ chỉ rõ rằng nếu như tỉ số quan trọng của nhân tố A so với nhân tố B là n, thì tỉ số ngược lại nhân tố B so với nhân tố A là 1/n. Đường chéo chính trong ma trận có giá trị là một. Một ví dụ được chỉ ra trong bảng ma trận sau:

Tầm nhìn hợp hơn

Mức độ gần bờ

Mức độ gần đường

Phương vị hợp hơn

Độ dốc hợp hơn

Tầm nhìn hợp hơn 1 3 7 8 9

Mức độ gần bờ 1/3 1 5 6 7

Mức độ gần đường 1/7 1/5 1 2 3

Phương vị hợp hơn 1/8 1/6 1/2 1 2

Độ dốc hợp hơn 1/9 1/7 1/3 1/2 1

Từ ma trận này, vector nguyên lý eigen được tính để thu được tập hợp trọng số phù hợp nhất. Cho ví dụ trên kết quả như sau:

Tiêu chuẩn Trọng số thu được

Tầm nhìn hợp hơn 0.524

Mức độ gần bờ 0.288

Mức độ gần đường 0.090

Phương vị hợp hơn 0.059

Độ dốc hợp hơn 0.039

Tính toán vector nguyên lý eigen có thể được làm xấp xỉ theo cách thủ công khi chia giá trị của cột cho tổng giá trị của tỉ số trong cột này. Điều này cho một ma trận với giá trị mới nằm trong khoảng giá trị 0 và 1 khi tổng của các giá trị theo cột bằng 1. Giá trị trung bình của dòng trong ma trận này tương ứng với trọng số cho tiêu chuẩn đó (Jones, 1997)

IV. Đánh giá đa chỉ tiêu:Phân tích đa tiêu chuẩn có thể được dùng để định ra vùng thích hợp nhất cho hiện

trạng sử dụng đất nào đó. Khi mà vùng cần thiết chia ra theo những vị tri thích hợp nhất cho những đặc tính sử dụng đất thì kỹ thuật đánh giá đa tiêu chuẩn có thể được sử dụng. Bước đầu tiên là tạo ta những bản đồ thích hợp cho các loại sử dụng đất khác nhau bằng cách sử dụng kỹ thuật phân tích đa tiêu chuẩn. Khó khăn là tiến hành tổ hợp các bản đồ này để quyết định loại đất sử dụng nào tốt nhất cho một vị trí đặc trưng. Vì vậy tất cả các bản đồ được phân hạng theo thang tiêu chuẩn nhằm làm cho chúng có thể so sánh lẫn nhau (Jones, 1997)

Thông thường chỉ số thích hợp nhỏ nhất đòi hỏi cho việc xác định một vùng thích hợp cho một hiện trạng sử dụng đất nào đó. Giới hạn này không giống cho bất kỳ một hiện trạng sử dụng đất nào. Giới hạn này tạo nên nền tảng cho việc vạch ra các vùng xung đột. Những vùng có số điểm rất cao cho một kiểu sử dụng đất được định cho kiểu này. Những vùng rất thích hợp cho các kiểu sử dụng đất khác nhau gọi là những vùng xung đột. Trong trường hợp những hiện trạng sử dụng khác nhau có thể cùng tồn tại, ở đó không có vấn đề

gì, ngược lại một quyết định so với việc định vị trí là quan trọng. Trong vùng xung đột những quyết định này có thể được dựa trên “ưu thế cấp bậc”, phương pháp “sử dụng bội” (“multiple use”) và phương pháp “đổi” (“trade – off”).

VIII.1/ Phương pháp sử dụng bội:Phương pháp sử dụng bội định các kiểu sử dụng đất tương thích để gắn cho chúng

cho một vị trí đơn. Một khi đất sử dụng có thể cùng tồn tại được nhận biết, những vùng thích hợp cho các tổ hợp này được vạch ra để định vị chúng (Berry, 1991)

Ví dụ: Một vài kiểu vùng bảo tồn nguyên thủy có thể cùng tồn tại với các vùng vui chơi giải trí.

VIII.2/ Phương pháp đổi:Khi các kiểu hiện trạng sử dụng đất khác nhau không tương thích trong vùng xung

đột, phương pháp “đổi” là cần thiết. Trong trường hợp này, một phân tích được thực hiện để quyết định sự thích hợp của một vị trí đối với một loại sử dụng đất có gần gũi hơn không so với loại khác. Trật tự để thực hiện được thuyết minh trên Hình III.42. Hai loại đất được trình bày trên một hệ tọa độ vuông góc khi cả hai trục là các kiểu sử dụng đất. Đường được vẽ vuông góc với hai trục tại điểm tương ứng với chỉ số thích hợp nhỏ nhất cần thiết cho việc định vị rõ loại sử dụng đất nào đó. Điều này chia đồ thị ra thành bốn vùng:

- Vùng không thích hợp cho cả hai kiểu sử dụng đất- Vùng không có xung đột cho kiểu sử dụng thứ nhất- Vùng không có xung đột cho kiểu sử dụng thứ hai- Vùng xung độtMỗi một vị trí được vẽ trên đồ thị dựa trên chỉ số thích hợp cho cả hai kiểu sử dụng

đất. Đối với những ô nằm trong những vùng xung đột, phương pháp trao đổi giữa hai kiểu sử dụng đất là cần thiết. Tuy nhiên đường ranh giới được vẽ từ gốc đồ thị dưới một góc phụ thuộc vào mức độ quan trọng tương đối của hai kiểu sử dụng đất. Đường ranh giới chia vùng xung đột làm hai. Khi các kiểu sử dụng đất ở vùng xung đột có tầm quan trọng như nhau đường này sẽ được vẽ với một góc 45o. Nếu như ô nằm dưới đường quyết định (trong vùng xung đột), kiểu sử dụng đất 1 nằm ở vị trí ô này, ngược lại kiểu sử dụng đất hai sẽ được nhận vị trí đó (Jones, 1997)

Hình IV.42: Xắp xếp đa mục tiêu

VIII.3/ Cấp bậc ưu thế:Cấp bậc ưu thế coi một vài kiểu sử dụng đất quan trọng hơn những kiểu khác. Bước

đầu tiên là phân hạng các kiểu sử dụng đất khác nhau theo mức độ quan trọng của chúng. Khi mà các kiểu sử dụng đất được phân hạng, quá trình có thể được bắt đầu. Đầu tiên, những vùng thích hợp nhất cho kiểu phân hạng đất cao nhất được vạch ra và định vị trí. Trật tự đó lặp lại cho tất cả các kiểu sử dụng đất theo mức độ quan trọng. Ví dụ: Nếu vùng vui chơi giải trí được xếp hạnh cao hơn vùng công nghiệp, thì vùng rất thích hợp cho vùng vui chơi giải trí được vạch lên. Sau đó vùng công nghiệp sẽ được coi như là vùng thích hợp nhất trong lãnh thổ còn lại (Berry, 1991)

Thông thường, một tổ hợp của ba phương pháp được áp dụng để quyết định kiểu sử dụng đất nào xác định vị trí ở vùng nào.

CHƯƠNG 5:HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS

I. Giới thiệu:Khái niệm Định vị (Positioning) dùng để chỉ khả năng xác định được vị trí của một

đối tượng gắn với một hệ tọa độ không gian nhất định. Khái niệm Dẫn đường (Navigation) còn được gọi là đạo hàng, nhằm chỉ khả năng

có thể dẫn dắt tới một đối tượng dịch chuyển trong không gian từ điểm A đến điểm B. Để dẫn đường một đối tượng trước hết phải định vị được đối tượng đó.

Hiện nay, trên thế giới có 3 hệ thống định vị toàn cầu là: Hệ thống NAVSTAR (Navigation Signal Timing and Ranging) của Mỹ thường được biết đến với tên ngắn gọn hơn “Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System)”; hệ thống GLONASS (Globalanaya Navigatsionnaya Sputnilovaya Sistema – Global navigation Satellite System) của Nga và hệ thống Galileo của Ủy ban Châu Âu.

Năm 1960, không quân và hải quân Mỹ bắt đầu các dự án  nghiên cứu việc dẫn đường và định vị bằng vệ tinh. Sau đó các dự án này được hợp nhất vào năm 1973. Năm 1978 Block 1 với 11 vệ tinh trong hệ thống định vị toàn cầu GPS (Globe Positioning System) được Mỹ đưa lên quỹ đạo. Hai năm sau đó đồng hồ nguyên tử trên các vệ tinh mới bắt đầu hoạt động. Người Nga lập tức đặt vào quĩ đạo các vệ tinh đầu tiên của hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GLONASS vào năm 1982.

Sau sự cố Nga bắn rơi máy bay của hãng Korean Airline (Hàn Quốc), Tổng thống Mỹ Reagan quyết định bắt đầu dự án mở cửa một phần GPS cho các ứng dụng cộng đồng. Vào năm 1990, người Mỹ đưa vào sai số nhân tạo (Selective Availability - SA) làm giảm độ chính xác của các ứng dụng dân sự. Đến năm 1995, hệ thống GPS mới thực sự hoàn chỉnh với 24 quả thuộc Block II, sau đó là IIA và IIR, bây giờ là IIF. Tổng thống Clinton là người đã quyết định tắt SA vào năm 1996, nâng độ chính xác của máy thu dân dụng lên đáng kể, làm giảm sai số từ 100 mét (SA on) còn 15 mét (SA off) vào năm 2000. Các vệ tinh đời IIF có tuổi thọ 15 năm so với 10 năm của các đời trước. Hiện nay Liên minh châu Âu (EU) cũng đã nghiên cứu, chế tạo hệ thống vệ tinh định vị, dẫn  đường toàn cầu GALILEO hoàn toàn dùng cho mục đích dân sự. Hệ thống vệ tinh này gồm 30 vệ tinh bay ở  độ cao 24.000m, trên 3 quỹ đạo với góc nghiêng 560.  GALILEO sẽ trở thành hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu chính xác nhất thế giới dựa trên cơ sở kế thừa và tích lũy tinh hoa của GPS và GLONASS. Nhưng hiện nay GPS vẫn đang giữ địa vị độc tôn, thiết bị và công nghệ thu GPS được Mỹ bán rộng rãi cho các nước không bị cấm vận.

Tín hiệu của các vệ tinh GPS bao phủ toàn cầu và không bị ảnh hưởng bởi thời tiết. Nhìn chung, hệ thống GPS được quản lý hết sức chặt chẽ, nhằm đảm bảo an ninh cho nước Mỹ. Ngoài một phần tín hiệu được phát miễn phí cho các sử dụng mang tính dân sự, hệ thống GPS còn phát các tín hiệu dành riêng cho các mục đích quân sự mà các máy thu dân dụng không thu nhận được. Hơn thế nữa, Bộ Quốc

phòng Mỹ được toàn quyền kiểm soát và có thể thay đổi chế độ hoạt động của một số vệ tinh nhằm hạn chế tín hiệu GPS trên một vùng nào đó. Họ cũng có thể điều chỉnh mức độ chính xác trong định vị dùng hệ thống GPS đối với những người dùng không đăng ký, bằng cách đưa thêm sai số thời gian trong các đồng hồ vệ tinh hoặc sai số quỹ đạo của các vệ tinh, còn được gọi là sai số của tính sẵn sàng để dùng có lựa chọn (Selective Availability), sau này gọi tắt là sai số SA. Bước vào thế kỷ XXI, với sự phát triển mạnh mẽ và hứa hẹn rất nhiều lợi nhuận từ các ứng dụng dân sự của GPS, Bộ Quốc phòng Mỹ đã chính thức tuyên bố khóa chức năng SA của hệ thống GPS, Chính Phủ Mỹ đã phê duyệt dự án GPSII và GPSIII với nhiều ứng dụng kỹ thuật và thiết kế mới trong vệ tinh cũng như tăng cường thêm tín hiệu GPS ở các dải sóng khác để hỗ trợ hơn nữa các ứng dụng của GPS trong dân sự.

a) b)

Hình V.1: Hệ thống vệ tinh xung quanh trái đất (a) và thiết bị định vị GPS (b)

II. Nguyên tắc chung của hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu:Các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu đều hoạt động trên nguyên tắc sử dụng

phép đo khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu dựa trên giả thiết về sự đồng bộ hóa thời gian giữa các vệ tinh và máy thu. Các vệ tinh định vị toàn cầu liên tục phát đi các tín hiệu chứa đựng mã riêng biệt của vệ tinh, thông tin về vị trí và vận tốc của vệ tinh tại thời điểm truyền tín hiệu.

Để xác định được vị trí của mình, máy thu phải thu nhận được các tín hiệu vệ tinh. Việc thu nhận tín hiệu vệ tinh đối với các ứng dụng dân sự là miễn phí; liên tục bảy ngày một tuần, 24 giờ một ngày; không chịu ảnh hưởng nặng nề của thời tiết.

Hình V.2: Mô tả việc thu nhận tín hiệu giữa vệ tinh và máy thu

Giả thiết rằng các đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu được đồng bộ hóa, máy thu sẽ có thể tính toán được chính xác thời gian truyền tín hiệu dựa trên thông tin về thời điểm bắt đầu phát tín hiệu trong dữ liệu định vị (navigation data) được phát xuống cho máy thu và thời điểm thu nhận được tín hiệu tại máy thu. Từ đó, khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu được tính toán chính xác bằng cách nhân thời gian truyền với tốc độ truyền ánh sáng đã biết (3.108 m/s).

Để xác định được vị trí của mình, tức là giải được ba ẩn số (Xr , Yr , Zr ) hoặc kinh độ, vĩ độ và cao độ, máy thu phải cần thu được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh. Vị trí máy thu sẽ là giao điểm duy nhất của 3 hình cầu có tâm là 3 vệ tinh phát tín hiệu này và bán kính là các khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu tương ứng đã đo được.

Hình V.3: Xác định vị trí, tốc độ và thời gian của máy thu nhận tín hiệu của 3 vệ tinh

Tuy nhiên, giả thiết ban đầu là các đồng hồ của vệ tinh và của máy thu đều được đồng bộ hóa với nhau. Đây là một giả thiết rất khó đạt được trong thực tế. Do đó, tiêu chuẩn thời gian nguyên tử cho phép lưu trữ thời gian chính xác đến khoảng nano – giây đã được sử dụng. Công nghệ này đang được sử dụng cho các đồng hồ lắp đặt tại các vệ tinh. Tuy nhiên, công nghệ này không được sử dụng rộng rãi cho đồng hồ ở máy thu vì giá thành rất cao. Các đồng hồ ở máy thu thường dựa trên công nghệ Quarzt và việc đồng bộ hóa thời gian giữa vệ tinh và máy thu trở nên khó thực hiện được. Sai số thời gian nếu không được ước lượng tốt sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến độ chính xác của kết quả ước lượng vị trí máy thu.

y

z

x(XR. YR; ZR)

(XK. YK; ZK)

Ví dụ, sai số về thời gian 1 nano-giây sẽ gây sai số là 30cm trong giá trị ước lượng của khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu. Do vậy, sự khác biệt thời gian giữa các vệ tinh và máy thu sẽ được coi như là một ẩn số và được giải cùng với các đại lượng vị trí hoặc vận tốc của máy thu.

Trong trường hợp cơ bản, máy thu cần thu nhận các tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh để có thể xác định được vị trí của nó. Sau khi xác định được các phép đo khoảng cách, máy thu sẽ dùng phần mềm tương ứng để xác định vị trí, vận tốc và thời gian.

Hình V.4: Xác định vị trí, tốc độ và thời gian của máy thu nhận tín hiệu của 4 vệ tinh

Hình V.5: Quy trình định vị của hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu

III. Hệ quy chiếu tọa độ:

Khái niệm tọa độ và định nghĩa của các hệ tọa độ là rất quan trọng trong công nghệ định vị và ngành khoa học đạo hàng. Vị trí của các điểm trong không gian được biểu diễn bằng tọa độ của chúng. Trong vũ trụ bao la, vị trí của một đối tượng chỉ có ý nghĩa về mặt toán học và không gian khi được gắn trên một hệ tọa độ nhất định. Vị trí của cùng một vật, nhưng được chiếu lên các hệ tọa độ khác nhau thì sẽ có giá trị khác nhau. Trong ngành khoa học đạo hàng, cơ sở dữ liệu

Máy thu thu nhận các tín hiệu từ tối thiểu 4 vệ tinh tại thời điểm t

Máy thu giải mã tín hiệu (tại thời điểm t) để có được: Các giá trị đo khoảng cách từ vệ tinh đến máy thuVị tró của các vệ tinhCác giá trị hiệu chỉnh sai số

Phần mềm (được gắn liền hoặc độc lập với máy thu) xác định:Vị trí Tốc độ của máy thu tại thời điểm tThời gian

thông tin chủ yếu là vị trí của các điểm và mối quan hệ không gian giữa chúng. Do vậy, việc biểu diễn vị trí của của các điểm lên cùng một hệ tọa độ là điều kiện cơ sở toán học đầu tiên không thể thiếu.

Ví dụ, trong hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu, khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu phải được xác định và việc này đòi hỏi vị trí của các vệ tinh và máy thu phải được quy chiếu trên cùng một hệ tọa độ.

Tương tự như vậy, mối quan hệ không gian giữa 2 điểm trên mặt đất chỉ có thể biểu diễn được bằng toán học khi vị trí của chúng được quy chiếu trên cùng một hệ tọa độ.

Các loại hệ tọa độ: (xem thêm bài giảng GIS và bản đồ)

- Hệ tọa độ gắn với Trái đất (Conventional Terrestrial Reference System - CTRS) hay còn gọi là Earth – centered Earth – fixed)

- Hệ tọa độ gắn với vũ trụ (Conventional Inertial Reference System – CIRS hay còn gọi là Earth – centred Space - fixed)

- Hệ tọa độ địa phương (Local Coordinate System hay còn gọi là hệ tọa độ nằm ngang)

- Ellipsoid, hệ tọa độ địa lý và Geoid.

IV. Cơ cấu hệ thống GPS:Hệ thống GPS được chia thành 3 thành phần chính: Phần không gian (Space

Segment) – Các vệ tinh, phần điều khiển (Control Segment) – Trạm thu tại mặt đất và phần người sử dụng (User Segment) – Con người và các thiết bị thu GPS.

Bộ Quốc phòng Mỹ phụ trách việc sản xuất và phóng các vệ tinh cũng như việc quản lý các trạm điều khiển vệ tinh ở mặt đất. Phần người sử dụng bao gồm nhiều thành phần, có nhiệm vụ quản lý và phát triển các ứng dụng GPS, bao gồm cả việc xây dựng các thiết bị sử dụng hệ thống như anten và máy thu.

Đối với các máy thu dân dụng phổ biến, hệ thống GPS cung cấp hai loại dịch vụ cơ bản (cho vị trí, tốc độ và thời gian của máy thu hiển thị ngay trên màn hình):

- Loại dịch vụ định vị cơ bản (Standard Positioning Service - SPS)

- Loại dịch vụ định vị “chính xác” (Precise Positioning Service - PPS).

Hai loại hình dịch vụ SPS và PPS được Bộ Quốc phòng Mỹ chỉ định tương ứng dùng cho ứng dụng dân sự không có đăng ký và có đăng ký. Tuy được gọi là “chính xác”, nhưng dịch vụ PPS chỉ khác so với dịch vụ SPS là nó không bị đưa thêm sai số SA vào. Theo thiết kế, dịch vụ SPS sẽ cung cấp độ chính xác tối thiểu là 100m cho chiều ngang và 156m cho chiều cao. Sau khi SA được khóa vào năm 2000, dịch vụ SPS cung cấp độ chính xác tương đương với dịch vụ PPS, cho độ chính xác 10m (95%) cho chiều ngang và khoảng 15m cho chiều cao. Kết quả tính toán tại máy thu GPS theo thống kê đạt được độ chính xác trong khoảng 200 nano-

giây so với giá trị thực của UTC (UNSO) đối với dịch vụ PPS và trong khoảng 340 nano-giây (95%) đối với dịch vụ SPS khi còn SA.

Ngoài hai loại dịch vụ này, các máy thu chất lượng cao dùng phép đo pha có độ chính xác cao để tính toán các khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh và xử lý chúng bằng các thuật toán cao cấp. Kết quả định vị với các loại máy thu này thường có độ chính xác tới vài centimet.

Hình V.6: Các thành phần của hệ thống GPS

IV.1/ Thành phần không gian: Các vệ tinhThành phần không gian bao gồm 24 vệ tinh (21 cái hoạt động và 3 cái dự

phòng) là trung tâm của hệ thống được phân bố trên 6 quỹ đạo gần tròn, ký hiệu từ A đến F, với đường kính bằng 20.138 km và nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo.

Trên mỗi quỹ đạo, 4 vệ tinh được chính được ký hiệu từ 1 đến 4 và được phân bố đều. Chu kỳ của các vệ tinh là 12 giờ. Cấu trúc quỹ đạo vệ tinh cho phép thiết bị thu GPS tại mặt đất luôn thu được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh tại bất cứ thời điểm nào và trung bình từ 6 đến 8 vệ tinh nếu không bị cản trở bởi cấu trúc hạ tầng dưới mặt đất. Năng lượng hoạt động của chúng là năng lượng mặt trời.

IV.2/ Thành phần điều khiển: Các trạm điều khiển mặt đấtCác trạm điều khiển mặt đất là đầu não của toàn bộ hệ thống, bao gồm: một

trạm điều khiển trung tâm (Master Control Station - MCS) đặt tại căn cứ không quân Schriever, Colorado Springs ở bang Colorado (Mỹ) và 5 trạm điều khiển khác được đặt ở quanh trái đất dọc theo đường xích đạo, cụ thể là ở đảo Ascension, Diego Garcia, Kwajalein, Hawaii và Colorado Springs.

Trạm điều khiển trung tâm làm nhiệm vụ theo dõi trạng thái của các vệ tinh, quản lý quỹ đạo vệ tinh và duy trì thời gina GPS để từ đó dự đoán các thông số quỹ đạo và đưa ra giá trị thời gian GPS đồng bộ giữa các vệ tinh, nhằm cập nhật dữ liệu định vị của các vệ tinh. Để làm được nhiệm vụ này, trạm điều khiển trung tâm cần sự trợ giúp của các trạm điều khiển khác (không phải trạm trung tâm) nằm rải rác toàn cầu. Các trạm điều khiển này được trang bị những máy thu tín hiệu GPS chất lượng rất cao, thiết bị đo khí tượng và các thiết bị liên lạc với trạm điều khiển trung tâm. Việc liên lạc giữa trạm điều khiển trung tâm với các vệ tinh được thực hiện bằng các trạm anten mặt đất.

Các trạm điều khiển Trạm điều khiển trung tâm

Trạm anten mặt đất

Hình V.7 Cấu trúc bộ phận điều khiển của hệ thống vệ tinh GPS.

IV.3/ Thành phần người sử dụng:• Người sử dụng và thiết bị GPS

• Người đi biển

• Phi công

• Người đi bộ đường dài

• Người đi săn

• Quân đội

• Bất cứ người nào muốn biết nơi họ đang có mặt, nơi họ đã và sẽ đến.

• ……..

Hình V.8: Một số thiết bị kết nối GPS

V. Tín hiệu của hệ thống GPS:Tín hiệu của hệ thống GPS gồm ba thành phần chính: sóng mang (carrier), mã

(code), và dữ liệu định vị (navigation data). Các vệ tinh GPS truyền các tín hiệu liên tục dùng 2 tần số trong dải băng L được gọi là L1 (Link 1) dành cho các ứng dụng dân sự, và L2 (Link 2) dành cho các ứng dụng quân sự. Tần số trung tâm của sóng L1 là 1575,42 MHz và của sóng L2 là 1227,60 MHz. Trên thực tế, hệ thống GPS còn dùng sóng L3 và L4 cho các ứng dụng tuyệt mật của quân đội Mỹ. Hai dải sóng mang L1 và L2 có bước sóng tương ứng là:

Mã là một dãy duy nhất các giá trị -1 và 1 được tạo ra cho mỗi vệ tinh, sao cho tất cả các vệ tinh có thể truyền tín hiệu đồng thời dùng chung một tần số mà không bị nhiễu. Việc mỗi vệ tinh truyền một mã khác nhau cho phép máy thu nhận biết được vệ tinh. Kỹ thuật này được gọi là đa truy nhập theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA). Trong quá trình tìm tín hiệu vệ tinh, các máy thu GPS sẽ tạo ra các dãy mã giả ngẫu nhiên còn được gọi là mã pseudo-random noise (PRN) để tìm kiếm tín hiệu của các vệ tinh. Mỗi vệ tinh truyền hai mã khác nhau: một được gọi là mã C/A (viết tắt của Clear/Access hoặc Coarse/Acquisition), còn lại là mã P được mã hóa thành mã Y và ký hiệu là P(Y) (chữ viết tắt của Precise (Encrypted) hoặc Private (encrypted)).

Mã C/A được dành cho các ứng dụng dân sự và hiện chỉ được truyền đi trên sóng mang L1. Mỗi giá trị -1 hoặc 1 của mã được gọi là 1 chip. Một dãy mã C/A bao gồm 1023 chip và lặp lại sau 1 miligiây. Bước sóng của một mã C/A khoảng 300m và tần số của các chip là 1,023 MHz; tức là 1.023MHz trên 1 giây.

Mã P cũng là một dãy duy nhất các giá trị -1 và 1 nhưng dài hơn nhiều lần so với mã C/A, bao gồm 1014 chip và được truyền đi trên cả hai sóng mang L1 và L2. Tần số của các chip mã P là 10,23 MHz, tức là 10,23 MHz trên 1 giây, nhanh hơn 10 lần so với mã C/A. Bước sóng của một dãy mã P là 30m. Do có bước sóng ngắn hơn, việc dùng mã P có ưu điểm là cho độ chính xác cao hơn so với mã C/A trong việc ước lượng khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu. Chính vì khả năng này mà việc dùng mã P (Y) của GPS được giới hạn chỉ cho những máy thu có đăng ký.

Dữ liệu định vị được trộn chung với sóng mang và truyền đi liên tục bởi mỗi vệ tinh. Dữ liệu định vị cung cấp những thông tin về tình trạng hoạt động của vệ tinh, vị trí và tốc độ của vệ tinh (emphemeris), sai số đồng hồ của vệ tinh (clock parameters). Ngoài ra, các thông tin về vị trí và tốc độ của tất cả các vệ tinh khác của hệ thống GPS (almanac) cũng được cung cấp trong dữ liệu định vị. Dữ liệu định vị cũng là một dãy các số ±1 và mỗi giá trị này được gọi là 1 bit. Dữ liệu định vị được truyền đi với tốc độ 50bit trên giây và mỗi bit dài 20 mili giây. Một khoảng thời gian khoảng 12,5 phút là cần thiết để truyền được toàn bộ bảng dữ liệu. Những thông tin về vị trí, tốc độ, và sai số đồng hồ của vệ tinh được cập nhật sau mỗi 30 giây.

VI. Máy thu tín hiệu GPS:Các máy thu tín hiệu GPS có các chức năng chính sau:

- Thu nhận các tín hiệu được truyền xuống mặt đất từ các vệ tinh nằm rải rác trên bầu trời

- Phân biệt được các tín hiệu vệ tinh trong số các vệ tinh quan sát thấy trên bầu trời.

- Giải mã dữ liệu vệ tinh để xác định vị trí, tốc dộ, và thời điểm truyền tín hiệu của các vệ tinh.

- Xác định giá trị của phép đo mã, phép đo pha và độ dịch chuyển Doppler tương ứng với các vệ tinh.

- Tính toán và ước lượng vị trí, tốc độ và thời gian của máy thu nhờ phần mềm tương ứng.

Hình V.9: Một số thiết bị GPS thu tín hiệu vệ tinh

Các tín hiệu GPS được thu nhận bởi một anten định hướng. Nếu máy thu biết thông tin về vị trí của các vệ tinh trên bầu trời (tức là almanac) và vị trí xấp xỉ của người sử dụng (không cần có độ chính xác cao), máy thu có thể xác định vệ tinh nào đang ở trong tầm quan sát. Sự khởi động máy này gọi là khởi động ấm (warm start). Trong trường hợp máy thu không có các thông số almanac và cũng không biết được vị trí ước lượng ban đầu của nó thì nó sẽ phải khởi động quá trình dò, thu nhận một vệ tinh bất kỳ và thu thập thông số almanac để biết được thông tin về vị trí của các vệ tinh khác. Quá trình khởi động này được gọi là khởi động nguội (cold start). Việc định vị dùng khởi động nguội sẽ mất nhiều thời gian ban đầu hơn là khởi động ấm.

Khi biết được một vệ tinh k nhất định nào đó đang ở tầm quan sát, máy thu sẽ vận dụng kiến thức về cấu trúc mã của tín hiệu vệ tinh đó để tìm kiếm, tách tín hiệu từ nền nhiễu và sau đó duy trì việc thu tín hiệu từ vệ tinh này. Quá trình này được thực hiện dựa trên nguyên tắc hoạt động của máy thu nhằm tự tạo ra một mã giả PRN giống hệt (replica) như mã của vệ tinh đang cần tìm kiếm. Sau đó máy thu sẽ dịch chuyển dãy mã tự tạo theo thời gian để xem liệu có thể trùng khít nó

với dãy mã của tín hiệu vệ tinh đang thu nhận. Dựa vào hai tính chất đã nêu trên của các dãy mã PRN, nếu dãy mã tự tạo trùng khít hoàn toàn với dãy mã đến từ vệ tinh, tức là hàm tự tương quan cho giá trị cực đại với một đỉnh dễ phân biệt, thì tín hiệu đến chính là đến từ vệ tinh k. Quá trình này được gọi là quá trình nhận biết tín hiệu (acquisition). Việc nhận biết tín hiệu mã C/A không mất nhiều thời gian, vì dãy mã C/A chỉ dài 1023 bit. Việc nhận biết tín hiệu mã P (Y) mất nhiều thời gian hơn do chiều dài của dãy mã này lớn hơn. Sau khi tín hiệu tự tạo và tín hiệu đến là trùng khít, tức là máy thu đã nhận biết được tín hiệu vệ tinh, mã PRN và dữ liệu vệ tinh sẽ được tách ra khỏi sóng mang.

Việc xác định thời gian truyền của một tín hiệu vệ tinh là khá đơn giản về mặt định nghĩa: Thời gian dịch chuyển cần thiết để trùng khít mã tự tạo và mã thu được từ vệ tinh chính là thời gian truyền tín hiệu. Thời điểm chính xác khi tín hiệu được truyền đi từ vệ tinh được đánh dấu bằng đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cao (tới đơn vị nano-giây) lắp đặt tại vệ tinh và được truyền đi trong dữ liệu định vị. Thời điểm nhận tín hiệu vệ tinh được xác định phần lớn là nhờ đồng hồ quartz lắp đặt tại máy thu. Ở đây, cần lưu ý rằng, đồng hồ quartz của máy thu có độ chính xác thấp hơn nhiều so với đồng hồ nguyên tử của vệ tinh và điều này tạo ra một sai số quan trọng trong việc đồng bộ hóa thời gian giữa vệ tinh và máy thu. Vì tốc độ truyền tín hiệu là rất lớn (3.108 m/s), sai số 1 nano-giây thời gian là tương đương với sai số 30 cm của khoảng cách. Sau khi xác định được thời gian truyền tín hiệu, nhân với tốc độ ánh sáng, ta thu được giá trị khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu.

Tuy nhiên, giá trị khoảng cách này chứa đựng rất nhiều sai số, cụ thể là sai số đồng hồ của vệ tinh và máy thu, sai số do ảnh hưởng của tầng khí quyển đến đường truyền tín hiệu và các nhiễu khác. Vì vậy, trong thuật ngữ định vị GPS thì giá trị khoảng cách này được gọi là “giá trị khoảng cách giả” (pseudo-range) hay theo nghĩa bóng, tức là có sai số chứ không phải là khoảng cách thực (range).

Khoảng cách đo được từ 4 vệ tinh hoặc nhiều hơn được dùng để xác định vị trí của máy thu. Sự dịch chuyển Doppler (Doppler Shift) gây ra do chuyển động tương đối của vệ tinh và máy thu chính là giá trị của tốc độ tương đối trên đường truyền ánh sáng và có thể chuyển thành tốc độ biến đổi của khoảng cách (range rate). Tương tự như tính vị trí, tốc độ của máy thu cũng có thể xác định được bằng những phép đo về tốc độ biến đổi khoảng cách này. Một máy thu GPS sẽ thực hiện những công việc kể trên một cách tự động và liên tục.

Máy thu GPS có thể tính toán vị trí, tốc độ và thời gian của mình và hiển thị lên màn hình. Các giá trị này còn được gọi là giá trị tính toán của máy thu (in-receiver solutions hoặc internal solutions). Bên cạnh giá trị vị trí, vận tốc và thời gian đã được tính toán, các máy thu chất lượng cao còn cho phép người dùng có thể tiếp cận được với các giá trị đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu đã ước lượng được. Người sử dụng sau đó có thể dùng các giá trị đo này để tính toán vị trí, tốc độ và thời gian bằng phần mềm độc lập với máy thu. Cách này cho phép

các thuật toán tích cực được thử nghiệm và áp dụng nhằm nâng cao kết quả định vị.

VII. Các nguồn sai số của phép đo tín hiệu vệ tinh định vị toàn cầuCác nguồn sai số của tín hiệu vệ tinh định vị toàn cầu, và cũng là kết quả định

vị vị trí, vận tốc và thời gian của máy thu được chia thành 4 nguồn chính:

- Sai số do vệ tinh, tức là sai số đồng hồ vệ tinh và các nhiễu trong công nghệ vệ tinh

- Sai số gây ra tại các trạm điều khiển, cụ thể nhất là sai số trong việc dự đoán và tính toán quỹ đạo của vệ tinh. Thông tin này sẽ được truyền lên vệ tinh để mã hóa vào tín hiệu và truyền xuống cho máy thu

- Sai số trong quá trình truyền tín hiệu, cụ thể là sai số do tầng điện ly, do tầng đối lưu, sai số do việc tín hiệu bị phản xạ làm cho máy thu thu nhận được những tín hiệu phản xạ (hiện tượng đa đường truyền) và nhiễu gây ra do việc truyền phát các tín hiệu khác.

- Sai số do máy thu, ví dụ như do nhiễu tại máy thu hay sai số đồng hồ của máy thu

Mỗi sai số có trong quá trình sử dụng hệ thống vệ tinh định vị là rất đặc thù và mức độ tác động của chúng lên kết quả định vị lại thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố và các hoàn cảnh khác nhau. Điều quan trọng dành cho người sử dụng là cần phải phân tích để xác định được khả năng ảnh hưởng của các sai số cho trường hợp riêng biệt.

Nguyên nhân Ảnh hưởng

Tầng điện ly ± 5 mét

Tính hiệu đường đi ± 2.5 mét

Đồng hồ của vệ tinh ± 2 mét

Lỗi quỹ đạo ± 1 mét

Tầng đối lưu ± 0.5 mét

Lỗi số học ± 1 mét hoặc ít hơn

Bảng V.1 Nguyên nhân gây lỗi và độ chính xác của kết quả thu tín hiệu từ GPS

Các nguồn sai số SPS (m) PPS (m)

Các sai số do vệ tinh Đồng hồ vệ tinh 3,0 3,0

Tính sẵn sàng để dùng có lựa chọn (SA) 32,3 -

Sai số khác biệt (nhiệt, phóng xạ…) 0,5 0,5

Các sai số do trạm Dự đoán quỹ đạo 4,2 4,2

điều khiển Các sai số khác 0,9 0,9

Các sai số khi truyền tín hiệu

Sai số do tầng điện ly 5,0 2,3

Sai số do tầng đối lưu 1,5 2,0

Đa đường truyền 2,5 1,2

Các sai số do máy thu

Nhiễu máy thu 1,5 1,5

Các sai số khác (nhiễu giữa các kênh truyền…) 0,5 0,5

UERE (User Equipment Range Error) 33,2 8,0

Bảng V.2: Các nguồn sai số cơ bản của phép đo tín hiệu vệ tinh định vị toàn cầu GPS

Hình V.10: Sai số tín hiệu do các vật cản trở trên mặt đất

VIII/ Ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầuÝ tưởng xây dựng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu được hình thành vào thập

kỷ 70 của thế kỷ XX, chủ yếu nhằm phục vụ cho các mục đích quân sự của hai cường quốc về công nghệ vũ trụ là Mỹ và Nga. Tuy nhiên, các hệ thống này đã trở nên phổ biến và nhanh chóng chiếm được thị trường cho các ứng dụng dân sự và đem lại nguồn lợi nhuận khổng lồ. Theo thống kê, nếu như lợi nhuận toàn cầu mà ngành công nghiệp định vị nhờ vệ tinh đem lại là khoảng 1 tỷ USD vào năm 1995 thì con số này đã lên tới 7 tỷ USD vào năm 2001. Trong số các châu lục thì Mỹ và Châu Âu chiếm tỷ lệ lợi nhuận cao hơn cả.

Năm 1999, thị trường lớn nhất của công nghiệp định vị nhờ vệ tinh là thị trường định vị xe hơi (car navigation) chiếm 73%. Các loại hình dịch vụ khác chiếm tỷ lệ tương đối nhỏ (khoảng 5% mỗi loại), bao gồm ngành hàng không, quản lý giao thông tàu bè, đo đạc trắc địa và giải trí.

Theo thống kê của năm 2005, ứng dụng chủ đạo của công nghiệp định vị nhờ vệ tinh là trong điện thoại di động (73%). Thị trường định vị cho xe hơi đứng thứ 2 với tỷ lệ 22%. Các ứng dụng khác vẫn chiếm tỷ lệ nhỏ (1% mỗi loại). Sự phát triển nhanh chóng của nhu cầu định vị cho điện thoại di động bắt nguồn từ yêu cầu

của US FCC (US Federal Communications Commission) đối với các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động phải xác định được vị trí của người gọi dịch vụ cấp cứu E – 911 tại Mỹ và E – 112 tại Châu Âu qua điện thoại di động vào cuối thế kỷ XX. Yêu cầu cho độ chính xác tối thiểu là trong vòng bán kính 50m nếu sử dụng công nghệ định vị gắn vào thiết bị di động (handset – based solutions) và 150m nếu sử dụng công nghệ định vị dựa vào mạng liên lạc (network – based solutions). Định vị cho các thiết bị di động dùng hệ thống vệ tinh GPS trở thành một đáp án chiếm ưu thế, vì khả năng bao phủ toàn cầu của tín hiệu vệ tinh và giá thành thấp. Kéo theo việc thỏa mãn yêu cầu này, một loạt các dịch vụ dựa trên thông tin về vị trí của khách hàng của các dịch vụ di động (location – based services) đã được ra đời. Năm 2003 thống kê lợi nhuận đạt được từ các dịch vụ này lên tới 0,3 tỷ USD.

VIII.1/ Quân sựỨng dụng của GPS đã được phát triển mạnh mẽ, với độ chính xác cao trong

định vị máy bay chiến đấu, máy bay dân dụng, nhảy dù, tàu chiến cũng như định vị và điều khiển tên lửa và ngắm bắn mục tiêu. Ngoài ra, các thiết bị thăm dò, theo dõi và thiết bị tấn công có khả năng di chuyển không người lái cũng đều dựa trên khả năng định vị được đối phương.

Ví dụ, trước khi thả bom, máy bay dùng máy thu tín hiệu GPS đặt trên máy bay để định vị máy bay và mục tiêu dưới mặt đất. Khi sắp thả bom, máy tính của máy bay cung cấp cho máy tính của bom tọa độ của máy bay và tọa độ của mục tiêu. Trong quá trình bom rơi, máy tính của bom sử lý tín hiệu thu được từ hệ thống GPS để cập nhật tọa độ và hệ điều khiển đặt ở phần đuôi của bom sẽ đưa bom đến mục tiêu với độ chính xác dưới 13m.

VIII.2/ Trắc địa, bản đồ, đo đạc địa chấnMột trong các ứng dụng dân sự đầu tiên của hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu

là ứng dụng trong ngành đo đạc trắc địa và bản đồ, với các máy định vị chất lượng cao. Ứng dụng trong lĩnh vực này thường bao gồm việc xây dựng tọa độ cho các điểm mốc trong trắc địa với độ chính xác tới mm. Ngoài ra, kỹ thuật định vị còn được dùng rất phổ biến trong xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GIS), ví dụ như tạo dữ liệu về hệ thống đường giao thông và vị trí của các nơi công cộng quan trọng như bệnh viện, trường học, các danh lam thắng cảnh, dịch vụ vui chơi, giải trí…

Định vị nhờ vệ tinh cũng đóng vai trò quan trọng trong giám sát chấn động, độ dịch chuyển của mặt đất và các cấu trúc hạ tầng như đập thủy điện, cầu, nhà hay tháp cao. Khả năng này được đánh giá rất cao trong dự đoán động đất hay giám sát chất lượng của các công trình xây dựng.

VIII.3/ Giao thông, vân tảiNgay sau khi ra đời, hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu đã chiếm vai trò quan

trọng trong ngành giao thông vận tải, đặc biệt là trong hàng không và hàng hải. Trong ngành hàng không, việc điều khiển máy bay hạ cánh, cất cánh cũng như dẫn

đường trong không gian ba chiều yêu cầu khả năng định vị chính xác tới vài m. Trong ngành hàng không dân dụng có liên quan đến tính mạng của hàng trăm hành khách, khả năng định vị yêu cầu không những phải thỏa mãn được độ chính xác đã đặt ra mà còn phải thỏa mãn độ tin cậy và khả năng cảnh báo khi hệ thống định vị cho kết quả không chính xác. Hệ thống định vị thường được sử dụng song song với các sensor định hướng (MEMS) để cung cấp độ chính xác và tin cậy cao hơn.

Nhu cầu định vị cho ngành hàng hải cũng rất cao, ngày nay hầu hết các tàu thuyền thương mại đều có gắn máy thu và anten thu tín hiệu định vị, cho độ chính xác tới vài m. Đối với các tàu thuyền cập cảng, hoặc đi qua các kênh rạch nhỏ, khả năng định vị với độ chính xác dưới 1 m là cần thiết. Trong các trường hợp này, việc sử dụng kỹ thuật DGPS là cần thiết.

Đối với hệ thống tàu điện, cũng như hệ thống xe buýt trong thành phố, hệ thống định vị toàn cầu có thể trợ giúp đắc lực trong việc quản lý và giúp nâng cao một cách đáng kể chất lượng phục vụ và tính hiệu quả của hệ thống. Hệ thống các máy thu GPS lắp đặt trên các xe và tàu được kết nối với một hệ thống máy tính dùng liên lạc vô tuyến hai chiều. Dữ liệu được thu thập và phân tích tại các trạm điều khiển trung tâm nhằm đưa ra vị trí chính xác hiện tại của các tàu, xe. Thông tin này không những giúp trạm điều khiển trung tâm có thể quản lý hệ thống một cách hiệu quả mà còn có thể giúp tăng chất lượng phục vụ, ví dụ như cập nhật bảng thông báo điện tử tại các ga tàu nếu có bất kỳ sự chậm trễ nào. Hơn nữa, trạm điều khiển trung tâm cũng có thể thông báo vị trí của tàu hoặc xe buýt cho hành khách đang chờ để họ có thể lên kế hoạch về thời gian một cách chính xác thông qua dịch vụ trả lời điện thoại tự động. Khách hàng sẽ phải trả một khoảng cước phí nhất định khi dùng dịch vụ này.

Tương tự, hệ thống taxi cũng cần phải được quản lý nghiêm ngặt, và để đảm bảo tính hiệu quả cũng như chất lượng phục vụ khách hàng. Một công ty taxi lớn ở các thành phố lớn có thể có tới vài trăm hoặc thậm chí vài nghìn xe taxi. Nhu cầu xác định vị trí của chúng khi đang hoạt động cũng như trong gara trở nên cấp thiết. Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu cung cấp một giải pháp hợp lý, thông qua thông tin về vị trí của các taxi, trạm điều khiển trung tâm có thể điều phối chúng hiệu quả khi có yêu cầu dịch vụ của khách hàng. Hơn thế nữa, thông tin về vị trí hiện tại của xe cùng với dữ liệu bản đồ số của thành phố được cài đặt trên xe hoặc tại trạm điều khiển có thể trợ giúp đắc lực trong việc dẫn đường và chỉ đường đi ngắn nhất cho lái xe. Ngoài ra, trên phương diện đảm bảo an toàn cho lái xe, các hệ thống định vị với thông tin chính xác về vị trí cũng có thể giúp trạm điều khiển trợ giúp khi lái xe gặp rủi ro. Mỗi khi xe được đưa về gara cất giữ, thông tin định vị có thể trợ giúp đắc lực trong việc đếm đầu xe cũng như giúp cho lái xe xác định được xe của mình ở đâu và tìm được xe nhanh chóng.

Ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu cho xe hơi đã được nhắc đến từ lâu và đã gặt hái được những thành quả nhất định. Ngày nay, thiết bị định vị nhờ vệ tinh

được lắp đặt trong hầu hết các xe hơi hạng sang của các hãng xe hơi nổi tiếng. Dựa trên thông tin về vị trí của mình, người điều khiển xe có thể kết nối trực tiếp với trạm điều khiển và yêu cầu một số thông tin có ích, ví dụ như tình trạng tắc nghẽn giao thông ở đoạn đường phía trước, cũng như tình trạng đường xá và ảnh hưởng của thời tiết trong thời gian thực. Dựa trên các thư viện thông tin về hệ thống giao thông và các quy định đi kèm theo với mỗi đường (ví dụ tốc độ giới hạn) và thông tin về vị trí hiện tại, các phần mềm có thể được xây dựng để dẫn đường cho lái xe, tìm cách đi ngắn nhất từ điểm A đến điểm B và cung cấp chỉ dẫn bằng chữ hiển thị trên màn hình hoặc bằng giọng nói. Dịch vụ này cũng có thể cung cấp các cảnh báo trong trường hợp xe vượt quá tốc độ giới hạn, hoặc thậm chí trong các trường hợp xe có xu hướng đi lệch làn xe và đè lên vạch phân cách giữa hai chiều trong một thời gian dài.

VIII.4/ Dịch vụ cung cấp thông tin dựa trên vị trí khách hàngDịch vụ cung cấp thông tin dựa trên vị trí khách hàng (Location – based

Services - LBS), nó cung cấp các thông tin cần thiết theo yêu cầu của khách hàng dựa trên một thư viện dữ liệu về cơ sở hạ tầng của một thành phố và khả năng tự định vị của người sử dụng, thông qua điện thoại di động hoặc PDAs (Personal Digital Assistances). Các dịch vụ LBS này nhằm cung cấp thông tin chính xác và cụ thể cho khách hàng dựa trên vị trí của họ tại bất kỳ thời điểm nào.

Về phương diện kỹ thuật, ngành dịch vụ này yêu cầu sự hợp tác phát triển của nhiều ngành kỹ thuật, bao gồm công nghệ vi tính, vi điện tử, công nghệ thông tin liên lạc vô tuyến và hệ thống thông tin địa lý. Các công nghệ khác nhau này sẽ được kết hợp tạo thành một mạng lưới hoạt động dùng liên lạc vô tuyến, để trao đổi dữ liệu và thông tin giữa người sử dụng dịch vụ và trung tâm cung cấp dịch vụ (báo xe hỏng, tìm kiếm trạm rút tiền, nhà hát, rạp chiếu phim, nơi đỗ xe…)

Hạn chế lớn nhất đối với việc ứng dụng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu trong các dịch vụ LBS chính là khả năng thu nhận được các tín hiệu định vị vô tuyến vô cùng yếu từ vệ tinh, đặc biệt là trong các khu đô thị sầm uất, nơi mà nhu cầu của loại hình dịch vụ này thường cao. Trong phần lớn các trường hợp, tín hiệu vệ tinh dễ dàng bị mất, hoặc bị yếu đi rất nhiều khi khách hàng đi vào nhà, hoặc đi dưới tán cây rậm rạp. Trong khu đô thị, hiện tượng đa đường truyền cũng gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng dịch vụ.

VIII.5/ Tìm kiếm và cứu hộCác dịch vụ tìm kiếm và cứu hộ thường xuyên phải đối mặt với các cuộc gọi

kêu cứu, trong khi từng giây trôi qua có thể liên quan đến tính mạng của con người. Nhiều trường hợp đã xảy ra, trong đó người kêu cứu bị lạc đường trong vùng rừng núi bao la, hoặc trên các sườn núi phủ tuyết. Khả năng tự định vị được của các điện thoại di động khi dùng dịch vụ cấp cứu có thể hỗ trợ tìm kiếm nạn nhân một cách nhanh chóng.

VIII.6/ Thể thao và giải tríMột số hoạt động giải trí và tập luyện thể thao sẽ trở nên thú vị hơn nếu người

chơi có thể xác định được vị trí của mình, và có thể theo dõi sự chuyển động. Ví dụ trong việc chơi kinh khí cầu, khi vận hành, các thông tin về độ cao, và tốc độ của kinh khí cầu cũng có thể giúp cho người điều khiển có thể điều chỉnh một cách hợp lý.

Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu cũng được nhắc đến trong môn thể thao thuyền buồm. Tại hầu hết các cuộc đua thuền buồm trên thế giới ngày nay, máy thu tín hiệu vệ tinh định vị đã được lắp đặt trên thuyền. Việc này cho phép những người điều khiển thuyền có thể theo dõi vị trí, đường đi và tốc dộ của mình. Ngoài ra, các thông tin này còn được truyền về máy theo dõi của ban giám khảo, và thậm chí các khán giả có thể theo dõi cũng như đánh giá và chấm điểm cho các thí sinh.

Tương tự như vậy, trong môn thể thao leo núi và đi bộ đường dài, khả năng tự xác định được vị trí và độ cao của mình, các vận động viên không những có thể giúp cung cấp các thông tin có ích về hành trình đã trải qua mà còn giúp cho họ yên tâm hơn trong những lúc bị lạc hoặc gặp nạn.

Đặc biệt trong môn thể thao điền kinh, hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu với các chức năng đơn giản nhất có thể được dùng trong quá trình tập luyện. Nhờ vào công nghệ này, thông tin về vận tốc và hành trình tập luyện tương ứng có thể được nghiên cứu sau mỗi lần tập luyện, và từ đó các phương pháp và chế độ tập luyện thích hợp hơn có thể được dùng.

VIII.7/ Nông nghiệpHệ thống định vị toàn cầu mới chỉ được nhắc đến và được áp dụng tại các

nước tiên tiến với các trang trại nông nghiệp rông lớn. Khả năng ứng dụng của nó vẫn còn nhiều hạn chế ở các nước đang phát triển, do điều kiện công nghệ chưa cao và quy mô công nghiệp hóa nông nghiệp vẫn còn thấp. Trong ngành này, hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu được áp dụng khi dùng các máy bay phun rải phân bón và thuốc trừ sâu, hoặc trong quá trình reo rắc hạt trồng, yêu cầu tính hiệu quả cao trên một vùng diện tích rộng lớn. Hơn nữa, dữ liệu thông tin về vùng diện tích cho năng suất cao hay thấp cũng có thể được hình thành và phân tích bằng các phần mềm tương ứng với sự trợ giúp của công nghệ định vị. Sau đó người sản xuất có thể dựa trên kết quả phân tích tìm ra phương pháp tăng năng suất thích hợp.

VIII.8/ Tích hợp GPSTrường đại học Stanford (Mỹ) vừa xây dựng mô hình mẫu của thiết bị hỗ trợ

người cao tuổi mắt kém di chuyển. Thiết bị thông minh này được nhúng thiết bị cảm biến, hệ thống nhận dạng giọng nói và hệ thống định vị toàn cầu GPS.

Thiết bị này thực sự có ích cho những người cao tuổi, sức yếu khi không có người trợ giúp. Ví dụ như, khi người sử dụng chỉ cần nói “phòng ngủ”, hệ thống GPS sẽ kết hợp các cảm biến bên trong ngôi nhà, sẽ thông báo cho người sử dụng

đang ở đâu và đưa ra đường đi tối ưu tới phòng ngủ. Tiếp đó, sẽ thông báo những chỉ dẫn tránh nguy cơ bị vấp ngã như cầu thang, đồ đạc thấp…hoặc đồ đạc vương vãi trên sàn nhà.

VIII.9/ Ứng dụng hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu tại Việt NamTại Việt Nam, hệ thống định vị toàn cầu đã được nhắc đến nhiều trong vòng

vài năm trở lại đây. Vai trò quan trọng của công nghệ này tại Việt Nam đã và đang được hình thành theo xu hướng phát triển toàn cầu. Các chương trình cũng đã được giảng dạy tại một số các trường đại học như Đại học Mỏ địa chất Hà Nội, Đại học Bách Khoa Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Quốc Gia Hà Nội…

Một loạt các ứng dụng của công nghệ định vị đã được thực hiện tại Việt Nam trong vòng vài năm trở lại đây. Ứng dụng đầu tiên phải kể đến là trong ngành đo đạc trắc địa bản đồ. Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS có chất lượng cao đã được dùng để xây dựng mạng lưới các điểm chuẩn mốc trong trắc địa và xây dựng bản đồ. Công nghệ GPS với các máy thu chất lượng cao cũng được được dùng để đánh giá các chấn động của mặt đất và của các cơ sở hạ tầng quan trọng như đập thủy điện Hòa Bình. Một số các trạm thu tín hiệu vệ tinh GPS mốc đã được lắp đặt ở một số nơi, nhằm cung cấp dịch vụ DGPS trên một vùng địa phương nhất định và tiến tới là trên phạm vi cả nước. Biên giới của Việt Nam với các nước láng giềng, đặc biệt là Trung Quốc cũng thường xuyên được giám sát bằng công nghệ định vị nhờ vệ tinh có độ chính xác cao.

Ngày nay tại Việt Nam, nhiều cá nhân và đơn vị đã rất quen thuộc với loại máy thu GPS cầm tay có độ chính xác thấp, trong khoảng từ 10 đến 30 cm, tùy thuộc điều kiện sử dụng. Các máy định vị này hỗ trợ đắc lực trong các chuyến đi thực địa trong ngành viễn thám. Chúng cũng được sử dụng rông rãi để bước đầu xây dựng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) với độ chính xác thấp cho các thành phố lớn của Việt Nam như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh.

Các loại hình dịch vụ LBS cũng thường xuyên được nhắc đến và có kế hoạc triển khai xây dựng tại các công ty viễn thông hàng đầu quốc gia, như dịch vụ định vị cho điện thoại di động và dịch vụ định vị cho xe taxi. Ứng dụng đầu tiên của GPS trong việc kiểm soát tốc độ của tàu tốc hành cũng được được xây dựng thành công tại Việt Nam.Mặc dù hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu đang được phát triển một cách rộng rãi trên thế giới trong nhiều lĩnh vực, nó lại đang gặp phải một số khó khăn tại thị trường Việt Nam. Chúng ta đều biết, thông tin về vị trí của một đối tượng đơn thuần riêng lẻ không đem lại nhiều giá trị. Thông tin ấy sẽ chỉ có giá trị khi được đặt trong mối liên hệ với nhiều đối tượng khác, giới chuyên môn vẫn gọi là Hệ thống thông tin địa lý (GIS), bao gồm nhiều tầng thông tin khác nhau về giao thông, sông ngòi, nàh ở, khu đô thị, giải trí…Ở Việt Nam, mặc dù đã có nhiều cố gắng, việc xây dựng cơ sở thông tin địa lý vẫn còn gặp nhiều khó khăn và chưa hình thành được một hệ thống hiệu quả. Công việc này chủ yếu được thực hiện

thông qua số hóa các bản đồ mà độ chính xác còn bị hạn chế hoặc do bản đồ đã cũ, hoặc có độ chính xác thấp. Các dịch vụ LBS trong đô thị sẽ cần sự hỗ trợ của hệ thống GIS hoàn chỉnh, đầy ắp dữ liệu chính xác và có hệ thống để có thể đảm bảo cung cấp thông tin đáng tin cậy cho người sử dụng. Ngoài ra, một số các yếu tố khác như nguồn vốn, nhân lực chuyên môn cũng còn đang thiếu thốn khi muốn phát triển dịch vụ này tại Việt Nam. Tuy nhiên, với tốc độ tăng trưởng kinh tế và phát triển của khoa học kỹ thuật như ngày nay, trong tương lai không xa, các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu sẽ tìm được một thị trường hấp dẫn tại Việt Nam.