Ứng dụng công nghệ GPS quản lý phương tiện giao thông

(AMECO Online) - Việc ứng dụng công nghệ GPS trong các bài toán quản lý phương tiện giao thông đang trở nên phổ biến trên thế giới và đây là một dịch vụ mang lại giá trị gia tăng cao dựa trên công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin. Đối với ngành Bưu chính, việc áp dụng công nghệ GPS trong việc quản lý các phương tiện vận chuyển Bưu chính sẽ đem lại hiệu quả cao, phù hợp với các phương thức quản lý tập trung hiện đại. Bài viết này đề cập đến việc xây dựng phương án quản lý xe bưu chính bằng công nghệ GPS và thiết kế thiết bị thu thập dữ liệu GPS cho xe bưu chính.

Việc ứng dụng công nghệ GPS trong các bài toán quản lý phương tiện giao thông đang trở nên phổ biến trên thế giới và đây là một dịch vụ mang lại giá trị gia tăng cao dựa trên công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin. Đối với ngành Bưu chính, việc áp dụng công nghệ GPS trong việc quản lý các phương tiện vận chuyển Bưu chính sẽ đem lại hiệu quả cao, phù hợp với các phương thức quản lý tập trung hiện đại. Bài viết này đề cập đến việc xây dựng phương án quản lý xe bưu chính bằng công nghệ GPS và thiết kế thiết bị thu thập dữ liệu GPS cho xe bưu chính.

1. Công nghệ định vị GPS

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 sửdụng 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 tàu biển, điều tra khảo sát và vẽ bản đồ, quản lý tài sản và tài nguyên thiên nhiên.

Vệ tinh bay với vận tốc cao cứ 12 tiếng đồng hồ thì đủ một vòng quĩ đạo. Cho đến nay, đã có tổng số 28 vệ tinh, vệ tinh mới nhất được phóng lên vào tháng 1/2006, trong đó 24 chiếc đang hoạt động và 4 chiếc kia dùng để dự phòng khi có một chiếc nào bị hỏng [1].

Đường bay quĩ đạo của hệ thống vệ tinh này cũng được sắp xếp để bất cứ chỗ nào trên trái đất đều nhận thấy ít nhất là 4 vệ tinh đang bay ngang trên trời. Nhiệm vụ của thiết bị GPS là làm sao nhận được tín hiệu phát ra từ các vệ tinh bay ngang trên trời… tối thiểu là từ ba cái vệ tinh. Khi máy đã nhận được tín hiệu phát ra từ các vệ tinh, các mạch điện tử trong máy sẽ đo và biết được khoảng cách từ các vệ tinh cũng như tọa độ của nó [3].

alt

Hình 1. Xác định vị trí 1 điểm trên mặt đất nhờ vệ tinh GPS

2. Xây dựng phương án ứng dụng GPS trong bài toán quản  xe bưu chính

2.1 Bài toán quản  xe bưu chính

Hiện nay bài toán quản lý xe vận chuyển bưu chính tại công ty Bưu chính liên tỉnh và quốc tế (VPS) thuộc Tập đoàn Bưu chính Viễn thông (VNPT) đang được thực hiện theo quy trình sau:

alt

Hình 2. Quy trình quản lý vận chuyển xe bưu chính của VNPT

Với quy trình quản lý trên, mặc dù hiện nay đã có phương thức tin học hoá, quản lý tự động một phần trong việc tổng hợp các phiếu hành trình trên đây. Tuy nhiên, phương thức quản lý như trên vẫn có một số bất cập như: Tốn nhân công quản lý trung gian, Không quản lý được lộ trình và thời gian, nhiên liệu thực tế trong suốt quá trình vận hành của 01 xe bưu chính, Không phát hiện được nguyên nhân chậm trễ trong việc vận chuyển bưu chính và Không điều hành, giám sát được tổng thể toàn bộ các tuyến xe bưu chính để tối ưu hoá việc vận chuyển bưu chính.

Nếu sử dụng công nghệ GPS, các thông tin về phương tiện vận chuyển bưu chính như: Tọa độ hiện tại, Tốc độ vận chuyển, Tuyến đường di chuyển, Nhiªn liÖu tiªu hao sẽ được cập nhật về trung tâm điều khiển, lưu trữ theo cơ sở dữ liệu (CSDL) và dựa trên CSDL này trung tâm có thể tính toán về nhiên liệu của từng phương tiện vận chuyển bưu chính, kiểm tra được sự cố khi vận chuyển, tối ưu hoá điều hành các tuyến bưu chính.

2.2 Xây dựng phương án quản  xe bưu chính bằng GPS

Trong bài viết này, phương án quản lý các phương tiện vận chuyển bưu chính bằng công nghệ GPS được đề xuất theo 2 phương thức: Quản lý trực tuyến (online) và quản lý không trực tuyến (offline).

Quản  theo phương thức trực tuyến

Quản lý theo phương thức trực tuyến nghĩa là giữa trung tâm điều hành và xe bưu chính liên lạc trực tuyến, trao đổi dữ liệu với nhau. Để quản lý xe vận chuyển xe bưu chính theo phương thức trực tuyến chúng ta cần phải có các phương tiện và hệ thống như sau:

Tại trung tâm điều khiển:

  1. Màn hình hiện thị bản đồ số từng khu vực địa lý
  2. Máy chủ và các máy trạm tùy theo nhu cầu quản lý với hệ thống thông tin quản lý GIS (Geographic Information System) bằng phần mềm MapInfo với phương thức lập trình bằng ngôn ngữ MapBasic.

Tại xe bưu chính:

  1. Modul GPS
  2. Thiết bị thu thập và truyền dữ liệu GPS thông qua phương thức SMS nhờ Modem GSM/GPRS

Các phương thức truyền dẫn ở đây thông qua mạng di động GSM, các ID của từng xe bưu chính được thể hiện qua các ID của SMS nhận về [6].

alt

Hình 3. Minh họa phương thức truyền dữ liệu trực tuyến

Nguyên tắc hoạt động hệ thống:

Kênh liên lạc giữa xe bưu chính và trung tâm điều khiển có thể hoạt động ở một trong số các chế độ sau:

- Duy trì kết nối liên tục: kết nối luôn sẵn sàng phục vụ việc truyền dữ liệu về vị trí và thời gian.

- Thiết lập kết nối tự động: kênh liên lạc được tự động thiết lập khi một trong 2 bên có dữ liệu cần truyền.

- Thiết lập kết nối bằng tay: người điều hành hoặc lái xe bưu chính tự thực hiện các thao tác khởi tạo liên kết mỗi khi cần gửi đi một thông điệp.

Quản  theo phương thức không trực tuyến

Quản lý không trực tuyến (offline) có nghĩa là sau 1 ca làm việc trung tâm sẽ cập nhật các dữ liệu về hành trình của xe bưu chính trong ca làm việc đó để lưu lại và xử lý tự động phục vụ cho công tác quản lý. Về mặt thiết bị, quản lý theo phương thức không trực tuyến khác với phương thức quản lý trực tuyến là thiết bị trên xe bưu chính sẽ không có modem GSM/GPRS, mạch vi xử lý sẽ thu thập và lưu lại dữ liệu về vị trí của xe bưu chính và trả dữ liệu về trung tâm khi hết ca làm việc. Tại trung tâm cũng sẽ phải có hệ thống thông tin để xử lý các dữ liệu này phục vụ cho mục đích quản lý. Phương thức không trực tuyến tuy có rẻ tiền vì không cần đến modem GSM/GPRS và không mất các cước phí liên lạc SMS nhưng có hạn chế là không quản lý trực tuyến đến từng xe bưu chính trong khi đang vận chuyển.

2.3 Thiết kế thiết bị và xây dựng chương trình quản  vận chuyển bưu chính bằng công nghệ GPS

Hiện nay, tại Khoa kỹ thuật Điện tử 1 thuộc Học viện Công nghệ BCVT đã bước đầu xây dựng được hệ thống thông tin quản lývà thiết bị thu thập dữ liệu từ GPS đặt trên xe bưu chính phục vụ cho các phương thức quản lý trên. Thiết bị đặt trên xe bưu chính do chúng tôi thiết kế sẽ tích hợp modul GPS và mạch vi xử lý với yêu cầu gọn nhẹ chính xác [5].

Modul GPS

Để xây dựng thiết bị đặt trên xe bưu chính ta sẽ sử dụng 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 [2]:

- Tọa độ kinh tuyến, vĩ tuyến của xe và chiều cao so mặt nước biển.

- Thời gian hiện tại theo giờ GMT.

- Tốc độ và hướng chuyển động của xe.

- Số vệ tinh nhận được tín hiệu.

Các thông số trên được thể hiện dưới dạng các bản tin được định dạng bằng chuẩn

NMEA -183 trên toàn thế giới với các khung bản tin theo vi xử lý chuẩn [4].

Modul GPS sẽ trả về bản tin như sau:

$GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598,,*10

Sau đây là diễn giải của bản tin

Tên

Ví dụ

Đơn vị

Mô tả

Message ID

$GPRMC

Giao thức header RMC

(RMC protocol header)

Thời gian (UTC Time)

161229.487

Giờ phút giây (% giây)

hhmmss.sss

Tình trạng

A

A: dữ liệu hợp lệ; V: dữ liệu không hợp lệ.

Ví độ (Latitude)

3723.2475

ddmm.mmmm

Chỉ dẫn Nam Bắc

(N/S Indicator)

N

N = Bắc hoặc S=Nam

N=north or S=south

Kinh độ (Longitude)

12158.3416

dddmm.mmmm

Chỉ dẫn Đông Tây

(E/W Indicator)

W

E=Đông hoặc W=Tây

E=east or W=west

Tốc độ trên mặt đất

0.13

Knots

Hướng bám trên mặt đất

309.62

Độ

Đúng (True)

Ngày tháng

120598

ddmmyy

Kiểm tra (Checksum)

*10

Kiểm tra mã truyền tin

 

Kết thúc bản tin

Mạch vi xử  thu thập dữ liệu GPS

Mạch vi xử lý sẽ được thiết kế để xử lý các dữ liệu thu thập từ modul GPS và lưu trữ các dữ liệu theo mục đích sử dụng. Trên mạch vi xử lý sẽ có modul truyền dữ liệu thông qua cổng COM, mạch vi xử lý này sử dụng nguồn 12V trên xe bưu chính.

alt

Hình 4. Sơ đồ khối của mạch vi xử lý trên xe bưu chính

Ở đây sẽ sử dụng họ vi điều khiển có khả năng lập trình được PSoC (Programable Systems on Chip) để thực hiện việc lưu trữ và truyền dữ liệu về thời gian và toạ độ thu nhận được từ modul GPS, các bản tin này đã được PSoC gia công và truyền về trung tâm theo phương thức truyền SMS thông qua modem GSM/GPRS.

Hoàn toàn các dữ liệu đặt trên xe bưu chính có thể hiển thị ngay trên xe bưu chính để cho người lái xe biết về lộ trình, thời gian và có thể nhận một số lệnh trực tuyến từ trung tâm điều khiển cũng như biết về các xe trong đội xe của mình.

alt

Hình 5. Thiết bị đặt trên xe bưu chính

Hệ thống quản  tại trung tâm điều khiển

Hệ thống quản lý tại trung tâm điều khiển có chức năng cập nhật các dữ liệu nhận được từ thiết bị thu thập GPS đặt trên xe bưu chính, tích hợp với bản đồ số để làm nhiệm vụ:

- Cập nhật, hiển thị trực tuyến các xe bưu chính cần giám sát trên màn hình chỉ huy.

- Thông báo về tình trạng lộ trình các xe bưu chính

- Đưa ra các thông báo về nhiên liệu, thời gian vận hành của từng xe.

- Giám sát được các sự cố của các xe.

alt

Hình 6. Chương trình quản lý dữ liệu xe bưu chính

Với các thiết bị và hệ thống thông tin quản lý trên, quy trình quản lý xe bưu chính sẽ được thể hiện như sau.

Quản  theo phương thức trực tuyến

1. Các xe bưu chính sẽ xuất phát từ gara, kích hoạt thiết bị thu thập GPS hoạt động.

2. Trong suốt quá trình vận chuyển các dữ liệu GPS trên xe bưu chính được gửi liên tục về trung tâm theo phương thức nhắn tin SMS với tần suất gửi tin do chúng ta quy định.

3. Trung tâm nhận dữ liệu và hiển thị trên màn hình chỉ huy bằng hệ thống thông tin quản lý GIS. Khi cần trung tâm có thể yêu cầu 1 số thông tin từ xe bưu chính.

4. Cập nhật các dữ liệu gửi về để lưu thành các file quản lý tại trung tâm.

Quản  theo phương thức không trực tuyến

1. Các xe bưu chính sẽ xuất phát từ gara, kích hoạt thiết bị thu thập GPS hoạt động.

2. Trong suốt quá trình vận chuyển các dữ liệu GPS trên xe bưu chính được lưu lại ở bộ nhớ trong mạch vi xử lý trên xe.

3. Khi hết ca làm việc, khi xe bưu chính trở về gara, tại gara sẽ có thiết bị thu thập dữ liệu truyền về trung tâm chỉ huy, trung tâm nhận dữ liệu và hiển thị trên màn hình giám sát bằng hệ thống thông tin quản lý GIS.

4. Cập nhật các dữ liệu gửi về để lưu thành các file quản lý tại trung tâm.

3. Kết luận

Bài viết đã đề cập một cách tóm tắt phương án quản lý cho các xe bưu chính bằng công nghệ GPS, cách xây dựng thiết bị thu thập dữ liệu GPS đặt trên xe bưu chính cũng như hệ thống thông tin quản lý tại trung tâm điều khiển. Hiện nay, chúng tôi đã thử nghiệm thành công thiết bị đặt trên xe bưu chính và bước đầu đã xây dựng được chương trình nhận dữ liệu từ thiết bị vàquản lý lộ trình của xe bưu chính. Tuy còn gặp một số khó khăn nhỏ trong việc hiệu chỉnh sai lệch về vị trí, nhưng với những tìm hiểu sơ bộ trên đây, việc áp dụng công nghệ GPS trong việc quản lý các xe bưu chính tại VNPT là hoàn toàn khả thi, đem lại hiệu quả cao phù hợp với các công nghệ quản lý hiện đại. Bên cạnh đó, đây là một hướng kinh doanh mang lại giá trị gia tăng cao dựa trên mạng di động nếu áp dụng công nghệ GPS trong việc quản lý và cung cấp các dịch vụ tìm đường, hiển thị vị trí, báo sự cố, báo các trạm sửa chữa, cứu hộ khẩn cấp cho các phương tiện giao thông lưu thông trên đường.


Bài liên quan

 
Untitled-4