Global Positioning System

GPS là một cương trình đã được tích hợp trên hầu hết các dòng Smartphone ở thời điểm hiện tại nhưng phần lớn người sử dụng không biết đến những ứng dụng thực tiễn khá hay của nó.

GPS LÀ GÌ?

Hệ thống định vị toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System - GPS) là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó.

GPS được thiết kế và bảo quản bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhưng chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người trên thế giới sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch.

Các nước trong Liên minh châu Âu đang xây dựng Hệ thống định vị Galileo, có tính năng giống như GPS của Hoa Kỳ, dự tính sẽ bắt đầu hoạt động năm 2011- 2012.

PHÂN LOẠI

Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh (Thực tế chỉ có 21 vệ tinh hoạt động, còn 3 vệ tinh dự phòng) được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.

Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện. Được biết nhiều nhất là các hệ thống có tên gọi LORAN – (LOng RAnge Navigation) – hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring Equipment) – dùng cho hàng không dân dụng.

Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS. Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo.

Chú ý rằng cả GPS và GLONAS đều được phát triển trước hết cho mục đích quân sự. Nên mặc dù chúng có cho dùng dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn tại liên tục và độ chính xác. Vì thế chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống đó. Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự.

GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng dân sự. GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS.

GPS HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO?

Nguyên lý xác dịnh toạ độ của hệ thống GPS và Glonass dựa trên công thức:

Quãng đường = Vận tốc x Thời gian.

Vệ tinh phát ra các tín hiệu bao gồm vị trí của chúng, thời điểm phát tín hiệu. Máy thu tính toán được khoảng cách từ các vệ tinh, giao điểm của các mặt cầu có tâm là các vệ tinh, bán kính là thời gian tín hiệu đi từ vệ tinh đến máy thu x vận tốc sóng điện từ là toạ độ điểm cần định vị

Dẫn đường

Dẫn đường là một tính năng mà hầu hết những người sử dụng đều muốn có khi cầm trong tay một thiết bị có GPS. Dựa trên vị trí tọa độ của thiết bị cộng thêm dữ liệu của ứng dụng bản đồ, thiết bị GPS sẽ vạch cho người sử dụng một lộ trình từ điểm đầu đến điểm cuối sao cho ngắn nhất và thuận tiện nhất. Hơn nữa, một số ứng dụng còn có tính năng dẫn đường bằng giọng nói, giúp người sử dụng có thể dễ dàng di chuyển mà không cần phải nhìn liên tục vào màn hình thiết bị.

Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng không phải ứng dụng nào cũng có thể đáp ứng hoàn hảo cho nhu cầu dẫn đường. Chẳng hạn trên một số dòng thiết bị, ứng dụng Google Maps tuy có thể dẫn đường với độ chính xác khá cao nhưng nó lại không được trang bị bản đồ ngoại tuyến, bắt buộc người sử dụng phải kết nối internet mới có thể sử dụng được. Việc này về cơ bản có thể giải quyết bằng sóng 3G nhưng nhược điểm là không phải lúc nào thiết bị cũng bắt được sóng khi đang di chuyển.

Đối với những hãng vận tải thì GPS là một ứng dụng không thể thiếu trong việc điều hành và quản lý phương tiện. Trước tiên, nó cho phép giám sát lộ trình đường đi của phương tiện theo thời gian thực: vận tốc, hướng di chuyển và trạng thái tắt/mở máy, quá tốc độ của xe… Dựa vào đó, thiết bị có thể lưu trữ lộ trình từng xe và hiển thị lại lộ trình của từng xe trên cùng một màn hình. Ngoài ra, một số thiết bị GPS còn có tác dụng cảnh báo mỗi khi xe vượt quá tốc độ cho phép hoặc thay thế vai trò của một máy chống trộm hết sức hiệu quả.

Tìm người, thiết bị

Hầu hết các nhà sản xuất smartphone hiện nay đều cố gắng trang bị cho thiết bị những ứng dụng giúp người dùng có thể xác định được vị trí của chúng phòng khi thất lạc. Khi bật tính năng này, người dùng có thể theo dõi được vị trí của thiết bị dù ở bất kỳ đâu, miễn sao chúng vẫn có thể kết nối internet thông qua 3G hoặc Wi-Fi. Hơn thế nữa, ứng dụng này còn cho phép chủ nhân của thiết bị có thể gửi tin nhắn, bật âm báo hiệu, khóa hoặc xóa toàn bộ dữ liệu từ xa. Trên thực tế, ứng dụng này hữu ích trong việc tìm lại điện thoại bị thất lạc hơn là tìm lại điện thoại bị mất cắp, bởi chúng cũng có thể bị vô hiệu hóa chỉ với vài thao tác.

Đối với các bậc cha mẹ thì tính năng này còn đặc biệt hữu ích trong việc tìm, và quản lý con cái, người thân. Mặc dù vậy, đôi khi chúng ta sẽ cảm thấy khó chịu vì vô hình trung tính năng này lại khiến người sử dụng đánh mất quyền riêng tư.

Geotagging

Thử tưởng tượng đến một ngày bạn phải di chuyển liên tục đến nhiều nơi, chụp hàng nghìn tấm ảnh nhưng lại không thể nhớ được chính xác những bức ảnh đó chụp ở đâu, thì lúc này, tính năng Geotagging có thể giúp bạn phân loại chúng một cách dễ dàng. Nguyên lý hoạt động của tính năng này có thể được hiểu đơn giản rằng khi người dùng chụp ảnh, thiết bị sẽ kết nối với một vệ tinh GPS để xác định tọa độ của người sử dụng rồi gán tọa độ này cho bức ảnh vừa chụp. Đừng vội tưởng rằng thiết bị sẽ xác định chính xác bạn ở đường nào, quận mấy… mà nó chỉ xác định bằng một tọa độ có dạng những dãy số khá khó hiểu như: 57 deg 38’ 56.83” N, 10 deg 24’ 26.79” E. Dựa vào dãy số này, thiết bị mới kết hợp với dữ liệu bản đồ có sẵn để đưa ra vị trí chính xác của bức ảnh.

Định vị

Đây có lẽ là tính năng cơ bản nhất của một thiết bị có tích hợp GPS. Tính năng này từ trước đến nay vẫn chỉ được hiểu đơn giản rằng người sử dụng có thể dễ dàng xác định được ngay vị trí của mình dù đang ở bất kỳ đâu thông qua GPS. Tuy nhiên, ứng dụng thực tế của tính năng này ở thời điểm hiện tại là khá đa dạng. Chẳng hạn dựa trên tọa độ mà GPS định vị, những ứng dụng trợ lý giọng nói như Siri, Google Voice, S Voice… sẽ có thể cung cấp cho người sử dụng hàng loạt những thông tin hữu ích về thời tiết, nhiệt độ, hoặc các nhà hàng, khách sạn, bệnh viện ở gần đó.

Hơn thế nữa, một số ứng dụng còn cho phép người dùng chia sẻ vị trí của mình thông qua tin nhắn SMS. Khi tin nhắn được gửi đi, thiết bị sẽ gửi kèm theo đó một tọa độ của bạn để người nhận có thể xác định được bạn đang ở đâu, rất tiện lợi.

HỆ THỐNG GPS

Hệ thống vệ tinh GPS chia làm 3 phần:

+ Phần không gian

Gồm 24 quả vệ tinh (21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự trữ) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất. Chúng cách mặt đất 12 nghìn dặm. Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ. Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ. Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào.

Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời. Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời. Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định.

+ Phần kiểm soát

Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác. Có tất cả 5 trạm kiểm soát được đặt rãi rác trên trái đất. Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm. Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gữi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm. Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại data cho đúng và kết hợp với hai anten khác để gữi lại thông tin cho các vệ tinh.

+ Phần sử dụng

Phần sử dụng là thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GPS và người sử dụng thiết bị này.

Dưới đây là một số thông tin đáng chú ý về các vệ tinh GPS (còn gọi là NAVSTAR, tên gọi chính thức của Bộ Quốc phòng Mỹ cho GPS):

Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978.
Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994.
Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 10 năm.
Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 bộ (5 m) với các tấm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m²).
Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts.