Xem mẫu
Bé GI¸O DôC Vµ §µO T¹O
TR¦êNG §¹I HäC GIAO TH¤NG VËN T¶I
NG¤ THANH B×NH
N¢NG CAO CHÊT L¦îNG CHO C¸C THIÕT BÞ §ÞNH VÞ
DÉN §¦êNG Sö DôNG GPS PHôC Vô BµI TO¸N GI¸M S¸T
QU¶N Lý PH¦¥NG TIÖN GIAO TH¤NG §¦êNG Bé
ngµnh: Kü thuËt ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng hãa
M· sè: 62520216
Tãm t¾t LUËN ¸N TIÕN SÜ Kü THUËT
Hµ Néi - 2015
Luận án được hoàn thành tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải
Người hướng dẫn khoa học:
1. GS.TS. Lê Hùng Lân
2. PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải
Phản biện 1:
GS.TSKH. Cao Tiến Huỳnh
Phản biện 2:
PGS.TS. Nguyễn Quang Hoan
Phẩn biện 3:
PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn
Luận án sẽ được bảo vên trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp
tại: ……………………………………………………………………………….
vào hồi ……… giờ, ngày …... tháng …… năm 2015.
Có thể tìm hiểu luận án tại:
-
Thư viện trường Đại học Giao thông Vận tải
-
Thư viện quốc gia
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN
[1]. Chủ trì 01 đề tài nhánh trong đề tài NCKH cấp Nhà nước (KC.06.02/06-10)
và 01 nhánh Dự án chế thử trong Chương trình khoa học công nghệ trọng
điểm cấp Nhà nước (KC06.DA08/11-15); 01 đề tài cấp Bộ (B2007-04-27);
01 đề tài Dự án GDDH II (EEC 8.13); 03 đề tài cấp trường (T2009-ĐĐT-31,
T2010-ĐĐT-15 và T2011-ĐĐT- 15).
[2]. Ngô Thanh Bình (2009); “Phát triển công cụ làm trơn RTS trong xác định
quỹ đạo chuyển động”; Tạp chí khoa học GTVT, số 27, trang 112 – 117.
[3]. Thanh Binh Ngo, Hung Lan Le, Thanh Hai Nguyen (2009); “Survey of
Kalman Filters and Their Application in Signal Processing”; Hội thảo quốc
về Tính toán thông minh, AICI09, trang 335 – 339.
[4]. Ngô Thanh Bình (2010); “Phát triển công cụ lọc UKF (Unscented Kalman
Filter) trong xử lý tín hiệu”; Tạp chí Khoa học GTVT, số 32, trang 27 – 33.
[5]. Ngô Thanh Bình (2011); “Tính toán hệ INS trên miền rời rạc”; Tạp chí Khoa
học GTVT, số tháng 7/2011, trang 129 – 134.
[6]. Nguyễn Quang Tuấn, Ngô Thanh Bình (2011); “Công nghệ tích hợp INSGPS trong giám sát giao thông”; Tạp chí khoa học GTVT, Bộ Giao thông
Vận tải, số tháng 9, trang 39 – 43.
[7]. Le Hung Lan, Nguyen Thanh Hai, Nguyen Quang Tuan, Ngo Thanh Bình
(2011); “Introduction TBN Methode in z-Domain Using in Signal
Procesing”; Tạp chí khoa học quốc tế MADI – SWJTU – UTC số 3, trang 13
– 21.
[8]. Ngô Thanh Bình (2011); “Xử lý góc Heading trong hệ thống tích hợp
GPS/INS”; Tạp chí Khoa học GTVT, số 36, trang 62 – 67.
[9]. Thanh Binh Ngo, Thanh Hải Nguyễn (2012); “Design of a system for
management and monitoring of vehicles transporting solid waste in open-cast
coal mines”; Tạp chí khoa học quốc tế: Journal of Vietnamese Environment,
Vol.3 No.2, trang 92-97.
[10]. Thanh Binh Ngo (2012); “Improvement of the quality of integrated INS/GPS
devices based on fuzzy logic”; Hội thảo toàn quốc về Cơ Điện tử: The 6th
Vietnam Conference on Mechatronics; Hanoi, 14-15 Dec. 2012. VCM2012,
trang 411 – 418.
[11]. Binh T. Ngo, Francesco Biral, Lan H. Le, Hai T. Nguyen (2014);
“Improvement of the Quality of Vehicles Positioning and Management
Systems Based on using MEMS INS 9-DOF and GPS Devices”; International
conference nSTf 2014, NACENTECH, Hanoi; trang 361 – 376.
1
MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu tóm tắt luận án
Luận án đi sâu nghiên cứu giải quyết vấn đề tồn tại trong suốt thời gian qua là
vấn đề trôi dữ liệu của INS. Từ đó, luận án đưa ra giải pháp thiết kế hệ thống tích
hợp GPS/INS trên cơ sở cấu trúc phân tán nhằm nâng cao chất lượng cho các thiết
bị định vị dẫn đường sử dụng GPS phục vụ bài toán giám sát phương tiện giao
thông đường bộ. Bằng cách phát triển phương pháp tự động hiệu chỉnh ma trận
quay cho thiết bị trên xe và bộ lọc UKF cho thiết bị tại trạm. Giải pháp phân tán của
luận án đã giải quyết được vấn đề sai số tích lũy của INS, tính phi tuyến của hệ
thống và xử lý thời gian thực. Các sản phẩm thực tế phát triển trên cơ sở giải pháp
của luận án đã được ứng dụng thành công trong thực tế.
Nội dụng của luận án được chia thành phần tổng quan và 4 chương chính, bao
gồm: 109 trang (không kể mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục), 93 tài liệu tham
khảo, 9 bảng, 52 hình vẽ và đồ thị.
2. Đặt bài toán
Mục tiêu của bài toán giám sát phương tiện giao thông đường bộ là phát triển
hiệu quả việc quản lý, điều hành các phương tiện và kiểm tra các trạng thái của chúng
lúc đang hoạt động bình thường cũng như khi có sự cố. Chất lượng của hệ thống giám
sát không những thể hiện ở tính chính xác về vị trí và vận tốc theo thời gian, mà còn
thể hiện ở việc giám sát được các thông số chuyển động của đối tượng, đặc biệt là các
thông số về dao động của đối tượng. Thông thường các thông số này bao gồm: gia
tốc, các góc nghiêng, góc hướng thể hiện hướng di chuyển của đối tượng và một số
thông số về tình trạng hoạt động của đối tượng.
Hiện nay, ngoài các phương pháp xác định vị trí dựa vào đặc tính chuyển động
tương đối của đối tượng so với điểm mốc đã biết như hải đăng, các vì sao, radar hay
sóng vô tuyến, người ta dùng hai nhóm phương pháp cơ bản để định vị giám sát:
Phương pháp xác định vị trí thông qua việc xác định tọa độ của đối tượng trên cơ
sở các hệ tọa độ định vị vệ tinh như GPS, GLONASS, GALILEO, COMPASS,
IRNSS, QZSS. Luận án này sử dụng thông tin thu được từ hệ thống GPS.
Phương pháp sử dụng hệ dẫn đường quán tính (INS). Dựa trên trạng thái ban đầu
đã biết, ta đo các vector gia tốc và vận tốc góc quay theo các hướng để tính toán
xác định vị trí tiếp theo của đối tượng chuyển động.
Một hệ thống quản lý giám sát gồm hai thành phần cơ bản là thiết bị thu dữ liệu
gắn trên đối tượng chuyển động và thiết bị giám sát tại trạm. Thiết bị gắn trên đối
tượng chuyển động thường sử dụng module thu tín hiệu từ hệ thống GPS, qua đó xác
định vị trí và vận tốc của đối tượng mang. Hệ thống GPS cung cấp thông tin về vị trí
và vận tốc trong khoảng thời gian dài nhưng tốc độ đưa ra dữ liệu chậm. Hệ thống
giám sát sẽ mất đi tính năng giám sát khi mất tín hiệu GPS. Hỗ trợ cho hệ GPS trong
bài toán giám sát thường sử dụng hệ thống INS kết hợp thêm các hệ thống khác. Hệ
INS chỉ đưa ra thông tin về vị trí và vận tốc chính xác trong khoảng thời gian ngắn do
sai số tích lũy. Nó còn bị ảnh hưởng bởi trọng lực, nhưng có các ưu điểm là tốc độ
nguon tai.lieu . vn
TR¦êNG §¹I HäC GIAO TH¤NG VËN T¶I
NG¤ THANH B×NH
N¢NG CAO CHÊT L¦îNG CHO C¸C THIÕT BÞ §ÞNH VÞ
DÉN §¦êNG Sö DôNG GPS PHôC Vô BµI TO¸N GI¸M S¸T
QU¶N Lý PH¦¥NG TIÖN GIAO TH¤NG §¦êNG Bé
ngµnh: Kü thuËt ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng hãa
M· sè: 62520216
Tãm t¾t LUËN ¸N TIÕN SÜ Kü THUËT
Hµ Néi - 2015
Luận án được hoàn thành tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải
Người hướng dẫn khoa học:
1. GS.TS. Lê Hùng Lân
2. PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải
Phản biện 1:
GS.TSKH. Cao Tiến Huỳnh
Phản biện 2:
PGS.TS. Nguyễn Quang Hoan
Phẩn biện 3:
PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn
Luận án sẽ được bảo vên trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp
tại: ……………………………………………………………………………….
vào hồi ……… giờ, ngày …... tháng …… năm 2015.
Có thể tìm hiểu luận án tại:
-
Thư viện trường Đại học Giao thông Vận tải
-
Thư viện quốc gia
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN
[1]. Chủ trì 01 đề tài nhánh trong đề tài NCKH cấp Nhà nước (KC.06.02/06-10)
và 01 nhánh Dự án chế thử trong Chương trình khoa học công nghệ trọng
điểm cấp Nhà nước (KC06.DA08/11-15); 01 đề tài cấp Bộ (B2007-04-27);
01 đề tài Dự án GDDH II (EEC 8.13); 03 đề tài cấp trường (T2009-ĐĐT-31,
T2010-ĐĐT-15 và T2011-ĐĐT- 15).
[2]. Ngô Thanh Bình (2009); “Phát triển công cụ làm trơn RTS trong xác định
quỹ đạo chuyển động”; Tạp chí khoa học GTVT, số 27, trang 112 – 117.
[3]. Thanh Binh Ngo, Hung Lan Le, Thanh Hai Nguyen (2009); “Survey of
Kalman Filters and Their Application in Signal Processing”; Hội thảo quốc
về Tính toán thông minh, AICI09, trang 335 – 339.
[4]. Ngô Thanh Bình (2010); “Phát triển công cụ lọc UKF (Unscented Kalman
Filter) trong xử lý tín hiệu”; Tạp chí Khoa học GTVT, số 32, trang 27 – 33.
[5]. Ngô Thanh Bình (2011); “Tính toán hệ INS trên miền rời rạc”; Tạp chí Khoa
học GTVT, số tháng 7/2011, trang 129 – 134.
[6]. Nguyễn Quang Tuấn, Ngô Thanh Bình (2011); “Công nghệ tích hợp INSGPS trong giám sát giao thông”; Tạp chí khoa học GTVT, Bộ Giao thông
Vận tải, số tháng 9, trang 39 – 43.
[7]. Le Hung Lan, Nguyen Thanh Hai, Nguyen Quang Tuan, Ngo Thanh Bình
(2011); “Introduction TBN Methode in z-Domain Using in Signal
Procesing”; Tạp chí khoa học quốc tế MADI – SWJTU – UTC số 3, trang 13
– 21.
[8]. Ngô Thanh Bình (2011); “Xử lý góc Heading trong hệ thống tích hợp
GPS/INS”; Tạp chí Khoa học GTVT, số 36, trang 62 – 67.
[9]. Thanh Binh Ngo, Thanh Hải Nguyễn (2012); “Design of a system for
management and monitoring of vehicles transporting solid waste in open-cast
coal mines”; Tạp chí khoa học quốc tế: Journal of Vietnamese Environment,
Vol.3 No.2, trang 92-97.
[10]. Thanh Binh Ngo (2012); “Improvement of the quality of integrated INS/GPS
devices based on fuzzy logic”; Hội thảo toàn quốc về Cơ Điện tử: The 6th
Vietnam Conference on Mechatronics; Hanoi, 14-15 Dec. 2012. VCM2012,
trang 411 – 418.
[11]. Binh T. Ngo, Francesco Biral, Lan H. Le, Hai T. Nguyen (2014);
“Improvement of the Quality of Vehicles Positioning and Management
Systems Based on using MEMS INS 9-DOF and GPS Devices”; International
conference nSTf 2014, NACENTECH, Hanoi; trang 361 – 376.
1
MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu tóm tắt luận án
Luận án đi sâu nghiên cứu giải quyết vấn đề tồn tại trong suốt thời gian qua là
vấn đề trôi dữ liệu của INS. Từ đó, luận án đưa ra giải pháp thiết kế hệ thống tích
hợp GPS/INS trên cơ sở cấu trúc phân tán nhằm nâng cao chất lượng cho các thiết
bị định vị dẫn đường sử dụng GPS phục vụ bài toán giám sát phương tiện giao
thông đường bộ. Bằng cách phát triển phương pháp tự động hiệu chỉnh ma trận
quay cho thiết bị trên xe và bộ lọc UKF cho thiết bị tại trạm. Giải pháp phân tán của
luận án đã giải quyết được vấn đề sai số tích lũy của INS, tính phi tuyến của hệ
thống và xử lý thời gian thực. Các sản phẩm thực tế phát triển trên cơ sở giải pháp
của luận án đã được ứng dụng thành công trong thực tế.
Nội dụng của luận án được chia thành phần tổng quan và 4 chương chính, bao
gồm: 109 trang (không kể mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục), 93 tài liệu tham
khảo, 9 bảng, 52 hình vẽ và đồ thị.
2. Đặt bài toán
Mục tiêu của bài toán giám sát phương tiện giao thông đường bộ là phát triển
hiệu quả việc quản lý, điều hành các phương tiện và kiểm tra các trạng thái của chúng
lúc đang hoạt động bình thường cũng như khi có sự cố. Chất lượng của hệ thống giám
sát không những thể hiện ở tính chính xác về vị trí và vận tốc theo thời gian, mà còn
thể hiện ở việc giám sát được các thông số chuyển động của đối tượng, đặc biệt là các
thông số về dao động của đối tượng. Thông thường các thông số này bao gồm: gia
tốc, các góc nghiêng, góc hướng thể hiện hướng di chuyển của đối tượng và một số
thông số về tình trạng hoạt động của đối tượng.
Hiện nay, ngoài các phương pháp xác định vị trí dựa vào đặc tính chuyển động
tương đối của đối tượng so với điểm mốc đã biết như hải đăng, các vì sao, radar hay
sóng vô tuyến, người ta dùng hai nhóm phương pháp cơ bản để định vị giám sát:
Phương pháp xác định vị trí thông qua việc xác định tọa độ của đối tượng trên cơ
sở các hệ tọa độ định vị vệ tinh như GPS, GLONASS, GALILEO, COMPASS,
IRNSS, QZSS. Luận án này sử dụng thông tin thu được từ hệ thống GPS.
Phương pháp sử dụng hệ dẫn đường quán tính (INS). Dựa trên trạng thái ban đầu
đã biết, ta đo các vector gia tốc và vận tốc góc quay theo các hướng để tính toán
xác định vị trí tiếp theo của đối tượng chuyển động.
Một hệ thống quản lý giám sát gồm hai thành phần cơ bản là thiết bị thu dữ liệu
gắn trên đối tượng chuyển động và thiết bị giám sát tại trạm. Thiết bị gắn trên đối
tượng chuyển động thường sử dụng module thu tín hiệu từ hệ thống GPS, qua đó xác
định vị trí và vận tốc của đối tượng mang. Hệ thống GPS cung cấp thông tin về vị trí
và vận tốc trong khoảng thời gian dài nhưng tốc độ đưa ra dữ liệu chậm. Hệ thống
giám sát sẽ mất đi tính năng giám sát khi mất tín hiệu GPS. Hỗ trợ cho hệ GPS trong
bài toán giám sát thường sử dụng hệ thống INS kết hợp thêm các hệ thống khác. Hệ
INS chỉ đưa ra thông tin về vị trí và vận tốc chính xác trong khoảng thời gian ngắn do
sai số tích lũy. Nó còn bị ảnh hưởng bởi trọng lực, nhưng có các ưu điểm là tốc độ