ĐỔI MỚI TOÀN DIỆN – KHÔNG CHỈ LÀ CÂU CHUYỆN CỔ TÍCH - Hansel và Gretel hợp tác phát triển giải pháp định vị cho phương tiện (Số 3)
Scott Stephenson, Xialing Meng, Terry Moore, Anthony Baxendale và Tim Edwards
Những nghiên cứu trước đây được thực hiện theo phương thức tập trung vào các phép đo sử dụng mã chuỗi giả GNSS (GNSS Pseudorage Code) và phép đo Doppler để xác định vị trí quan hệ tương đối giữa các phương tiện, lý do quan trọng để lựa chọn phương án này là cách thức triển khai đơn giản hơn và không dễ mắc phải các lỗi hoặc gặp khó khăn như các phép đo sử dụng sóng mang GNSS (GNSS Carried-phase). Tuy nhiên, điều này cũng đồng nghĩa với việc các phép định vị không có được độ chính xác cao như giải pháp sử dụng sóng mang GNSS vẫn mang lại trong đo đạc trắc địa cao cấp.
Một trong những trở ngại chính trong định vị GNSS phục vụ các ứng dụng V2X đó chính là viễn cảnh trong tương lai khi có quá nhiều các loại máy thu tín hiệu định vị và ăng ten thu lắp trên từng phương tiện của mỗi nhà sản xuất trên khắp thế giới. Đây cũng là lý do chính ảnh hưởng tới khả năng định vị quan hệ giữa các phương tiện với nhau trong thực tiễn vận hành hàng ngày. Bằng cách so sánh hầu như tất cả các giải pháp định vị quan hệ V2X, các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách thức cơ bản để tăng cường độ chính xác định vị phương tiện chính là việc tăng cường tính khả dụng và mở rộng băng thông truyền phát thông tin giữa các phương tiện với nhau.
ĐỊNH VỊ GNSS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC (RTK GNSS)
Kỹ thuật định vị động thời gian thực độ chính xác cao GNSS RTK (Real Time Kinematic) thường được sử dụng trong trắc địa cao cấp để đảm bảo cung cấp độ chính xác cho các phép đo vị trí thời gian thực nằm trong khoảng 1cm đến 5cm (theo phương ngang). Để đạt được độ chính xác cao như vậy, kỹ thuật RTK phụ thuộc vào một trạm cố định (Base Station) lắp đặt trong khu vực có bán kính 20km phủ trùm trong vùng hoạt động của các trạm máy di động (Rover Station), cả hai trạm cố định và di động đều quan sát và thu số liệu từ cùng một số lượng vệ tinh nhất định bằng các máy thu hai tần số và hệ thống truyền phát tín hiệu hiệu chỉnh vô tuyến với nhau.
Khi sử dụng kỹ thuật định vị độ chính xác cao RTK, khoảng cách hạn chế giữa trạm cố định và trạm di động là rào cản lớn nhất ảnh hưởng tới chất lượng của các phép tính toán cũng như khả năng mở rộng khu vực hoạt động của phương tiện. Trong khoảng cách ngắn giữa hai trạm, rất dễ dàng để xác định sai số tương đối giữa hai trạm máy, thực tiễn vì không quá xa nên chúng ta có thể coi sai số giữa hai trạm gần như đồng nhất, tín hiệu GNSS di chuyển đi qua tầng khí quyển cũng gần như đồng nhất. Giả sử rằng cả hai máy đều thu tín hiệu từ những vệ tinh giống nhau, sự đồng nhất này sẽ tạo ra kết quả tính toán tốt hơn, khả năng tính toán thành công cao hơn khi sử dụng phương pháp bình sai bình phương tối thiểu hoặc LAMBDA. Điều này cũng đặc biệt quan trọng khi các máy thu bị mất tín hiệu GNSS trong quá trình vận hành.
Việc định vị các phương tiện giao thông trên đường sử dụng kỹ thuật RTK hoặc RTK mạng lưới (Network RTK – Kỹ thuật sử dụng một mạng lưới các trạm cố định liên kết lại với nhau thay vì chỉ sử dụng một trạm cố định độc lập) có khả năng cung cấp độ chính xác vị trí rất cao (dưới 5cm), khả năng kiểm tra tính toàn vẹn cao, thông tin theo dõi được thực hiện trong chế độ thời gian thực với độ trễ thấp hơn và tốc độ cập nhật vị trí phương tiện cao hơn rất nhiều. Sự phát triển một cách mạnh mẽ của các hệ thống định vị GNSS RTK mạng lưới trong những năm gần đây ở rất nhiều Quốc gia trên thế giới chắc chắn sẽ là bước chuyển mạnh mẽ, ảnh hưởng trực tiếp tới các giải pháp định vị phương tiện trong những năm tới. Phương pháp hiệu chỉnh tăng cường độ chính xác định vị sử dụng kỹ thuật GNSS RTK mạng lưới sẽ giảm thiểu tối đa những hạn chế, sai số mà kỹ thuật GNSS RTK trạm cố định độc lập vẫn gặp phải khi khoảng cách giữa trạm cố định và trạm di động xa nhau. Chính điểm này sẽ giải quyết được một trong những thuộc tính quan trọng nhất đối với các phương tiện giao thông, đó chính là các phương tiện không thể cố định trong một khu vực nhất định mà chúng sẽ hoạt động ở khu vực rộng lớn hơn rất nhiều, có thể là tỉnh, liên tỉnh, liên bang, Quốc gia và Quốc tế.
Giao thức truyền số liệu hiệu chỉnh trong kỹ thuật GNSS RTK mạng lưới thường sử dụng chuẩn RTCM v3.0 hoặc phiên bản mới hơn, và việc tạo ra gói số liệu thông tin hiệu chỉnh vị trí cũng tương đối khác biệt phụ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ thương mại từng khu vực. Một kiểu định dạng số liệu bản tin hiệu chỉnh được sử dụng khá nhiều cho tới thời điểm hiện tại là trạm tĩnh ảo VRS (Virtual Reference Station), mặc dù đây không phải là kỹ thuật đạt mức độ tin cậy và tính khả dụng cao nhất nếu so sánh với kỹ thuật MAC (Master-Auxiliary Concept).
Trong các ứng dụng V2X và hệ thống giao thông thông minh ITS (Intelligent Transportation Systems), vị trí đã được xác định bắt buộc phải chính xác nhất, tin cậy nhất, khả dụng nhất và liên tục nhất. Những nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng phương pháp hiệu chỉnh độ chính xác sử dụng kỹ thuật GNSS RTK mạng lưới có khả năng mang lại độ chính xác phép định vị rất cao và lời giải thường rất chính xác trong bất kỳ môi trường hoạt động nào của phương tiện. Trong một thử nghiệm gần đây, chúng tôi quan sát được tới hơn 99% các phép đo được thực hiện với độ chính xác nằm trong khoảng 2cm bằng lời giải thực sự tốt và đáng tin cậy, cùng với đó là số lượng rất nhỏ các phép đo có độ chính xác nằm trong khoảng 20cm.
Tính khả dụng của giải pháp GNSS RTK mạng lưới được xác định bởi tính khả dụng của các tín hiệu GNSS và số liệu hiệu chỉnh RTK mà mạng lưới cung cấp. Kỹ thuật hiện chỉnh GNSS RTK mạng lưới sử dụng các phép đo định vị sóng mang, theo đó việc mất tín hiệu GNSS cũng như sai số hệ thống ảnh hưởng rất nhiều tới năng lực hoạt động của máy thu. Tuy nhiên, khả năng khởi đo lại bằng lời giải trị đo cố định ngay sau khi mất tín hiệu GNSS (do phương tiện đi vào đường hầm hay các khu nhà cao tầng) có thể được thực hiện một cách nhanh chóng. Nhưng đối với khởi động nguội từ đầu (Cold Start), phải cần tới khoảng 2 phút để có được lời giải đầu tiên. Điểm này cũng là điểm giới hạn khả năng triển khai ứng dụng rộng khắp công nghệ này trong định vị phương tiện giao thông.
THỬ NGHIỆM CỦA NGI VÀ ĐẦU MÁY ĐIỆN
Chúng tôi đã hoàn tất nghiên cứu tại Viện Địa Không gian Nottingham NGI (Nottingham Geospatial Instutute) sử dụng cơ sở hạ tầng thí nghiệm công nghệ hiện đại nhất tính tới thời điểm hiện tại. NGI có đầy đủ các trang thiết bị thiết kế trước cho phép kiểm soát hầu như tất cả các thông số trong quá trình thử nghiệm, cũng như công cụ hỗ trợ cho việc phát triển kỹ thuật triển khai trong tương lai cho ITS và V2X.
Để thử nghiệm khả năng định vị trên thực địa, chúng tôi sử dụng phương tiện giao thông đường bộ của chính NGI trong điều kiện đúng như thực tiễn. Phương tiện thử nghiệm cũng được tập hợp và lắp sẵn các hệ thống định vị dẫn đường, thu thập số liệu hiện đại và đáng tin cậy nhất tính tới thời điểm hiện tại. Cùng với đó, phần mái của toà nhà NGI cũng được dọn dẹp để lắp đặt hệ thống đầu máy hoạt động bằng điện có điều khiển từ xa chạy trên đường ray kích thước 200mm.
Mọi thông tin vui lòng liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn