Định vị dẫn đường đa cảm biến nâng cao – Con đường chông gai

Image Content

Alan Cameron – GPS World

Trong một câu truyện ngụ ngôn thời hiện đại kể về việc Steven Covey nói với nhóm kỹ thuật cao cấp của mình, về nhiệm vụ xây dựng tuyến đường mới vượt qua rừng rậm. Mỗi ngày qua đi, đội kỹ thuật và công nhân đều làm việc một cách cật lực, tất cả các trang thiết bị hiện đại nhất đều được đưa đến công trường để đẩy nhanh tiến độ xây dựng như kế hoạch đã đề ra. Sau thời gian tích cực triển khai, một hôm kỹ sư giám sát thi công quyết định leo lên đỉnh ngọn cây trong rừng để quan sát xem còn cách điểm đích của tuyến đường bao xa. Sau một vài phút quan sát, người kỹ sư thét lên với cả đội thi công bên dưới “Nhầm khu rừng rồi”.

Điều này nhắc nhở chúng ta phải hết sức cân nhắc trên một thực tế rằng, những hệ thống định vị và dẫn đường thế hệ kế tiếp bắt buộc phải cung cấp độ chính xác cao hơn và mức độ tin cậy tốt hơn nữa, trong những môi trường hoạt động đầy khó khăn thách thức, nhằm đáp ứng tất cả yêu cầu của các nhiệm vụ tối quan trọng. Ngay cả hiện nay, chúng ta vẫn đang phụ thuộc vào một công nghệ dẫn đường đơn lập, giữa rất nhiều lựa chọn đồng thời. Việc kết hợp được các công nghệ định vị và dẫn đường này với nhau sẽ đáp ứng được những yêu cầu trong thực tiễn. Như vậy đồng nghĩa với việc chúng ta buộc phải có một thiết bị đa cảm biến phục vụ mục đích định vị và dẫn đường trong những năm tới đây.

Mặc dù có khá nhiều phương pháp định vị và dẫn đường mới được nghiên cứu, phát triển và công bố trong những năm vừa qua, tuy nhiên vẫn có rất ít những giải pháp định hướng tích hợp tất cả các phương pháp vào cùng một hệ thống tin cậy và có giá thành hợp lý. Những hệ thống tích hợp đầu tiên đã từng được chúng tôi nhắc tới trong các bản tin công nghệ trước đây, một số thiết bị đã được kiểm tra và thử nghiệm, một số vẫn đang trong quá trình thiết kế ý tưởng. Tuỳ thuộc từng lĩnh vực ứng dụng cụ thể, hiện trạng công nghệ, ngành khai thác … các tham số xác lập cấu hình của những hệ thống đã được đưa ra và điều chỉnh cho phù hợp.

Như vậy phần mà chúng ta vẫn còn đang thiếu là một kiến trúc hệ thống tổng quan trong lĩnh vực này. Giáo sư Paul Groves của Trường Đại học Tổng hợp Luân Đôn đã khái quát kiến trúc mang tính tổng quan này trong một báo cáo với tên gọi “Bốn thách thức cơ bản đối với hệ thống định vị - dẫn đường – thời gian (PNT) đa cảm biến”. Báo cáo này lần đầu tiên được trình bày tại hội thảo về định vị, dẫn đường IEEE/ION PLANS tổ chức tại Monterey, California vào tháng 05/2014.

Trong khuôn khổ bản tin này, chúng tôi sẽ mô tả lại chi tiết bốn thách thức mà Giáo sư Groves đã đề cập tới. Trong mỗi trường hợp, Groves đều đưa ra những diễn giải vấn đề, đề xuất một hoặc nhiều hơn một giải pháp, xác định rõ những vấn đề khó khăn bắt buộc sẽ phải giải quyết để có thể áp dụng được những giải pháp để xuất này trong thực tiễn. Không chỉ dừng lại ở những ý tưởng mang tính lý thuyết, Giáo sư Groves cũng đã trình bày những kết quả nghiên cứu ban đầu đúc rút được từ quá trình triển khai nghiên cứu cơ bản. Báo cáo cũng thể hiện chi tiết những kết quả nghiên cứu tập trung vào nhiệm vụ định vị bằng vệ tinh GNSS trong khu vực đô thị, xác định khu vực bóng ngả GNSS, tính toán các yếu tố môi trường phù hợp và xác định các thông số mang tính tổng quan.

Bốn điểm thách thức mà Groves đã đưa ra bao gồm:

Sự phức tạp (Complexity): Làm thế nào để tìm kiếm được những kiến thức chuyên gia cần thiết để tích hợp lại trong một môi trường có quá nhiều công nghệ hết sức đa dạng như hiện tại? Làm thế nào để có thể kết hợp các công nghệ từ các tổ chức nghiên cứu khác nhau về một mối trong khi tất cả đều muốn bảo vệ bí mật tác quyền của mình? Làm thế nào để có thể đưa ra các phương pháp luận và công nghệ tích hợp mới hơn mà thiếu đi được giai đoạn thiết kế lại toàn bộ hệ thống và làm thế nào để chia sẻ được những phát triển mới nhất tới cho tất cả các ứng dụng khác nhau trong thực tiễn.

Bối cảnh thực tiễn (Context): Làm thế nào để có thể đảm bảo chắc chắn cấu hình của hệ thống dẫn đường đã được tối ưu hoá cho các môi trường hoạt động cũng như phương tiện thiết bị khai thác ứng dụng trong khi cả hai lĩnh vực đều là các đối tượng thay đổi liên tục.

Sự không rõ ràng (Ambiguity): Làm thế nào để xử lý được toàn bộ các giả thuyết, bao gồm cả việc quản lý các đặc tính môi trường không đồng nhất, ấn định ghép nối các mảng số liệu khi các phép đo cần ghép với cơ sở dữ liệu gồm rất nhiều vị trí quan trắc khác nhau, các cấu trúc tín hiệu khác nhau, ảnh hưởng của việc thu nhận số liệu ở từng vị trí.

Điều vận môi trường số liệu (Environmental Data Handling): Làm thế nào để thu nhận, cấp phát và lưu trữ thông tin cần thiết để xác định các tín hiệu, đặc điểm môi trường và xác định những điểm gốc cung cấp hoặc các biến thể số liệu không gian.

Cùng với những gì mà Groves đã đề cập và phân tích ở trên, trong thời gian hơn 15 nămvừa qua, chúng ta cũng đã được thấy rất nhiều kỹ thuật xác định vị trí đã được phát minh và công bố như:

•      Định vị bằng WiFi (WiFi Positioning);

•      Định vị bằng dải tần siêu rộng (Ultra-wide positioning);

•      Định vị sử dụng tín hiệu điện thoại di động (Positioning using phone signals);

•      Định vị sử dụng tín hiệu vô tuyến và các tín hiệu khác SOOP (Positioning using television signals and other signals of opportunity);

•      Định vị bằng năng lượng Bluetooth thấp (Bluetooth low energy positioning);

•      Định vị dựa trên công nghệ laser cố định (Laser-based position fixing and dead);

•      Ước định vị trí PDR sử dụng nguyên lý ước đoán bước (Pedestrial Dead Reckoning using step detection);

•      So khớp dị thường từ trường (Magnetic anomaly matching);

•      So khớp các hoạt động trên nền bản đồ (Activity-based map matching);

•      So khớp khu vực khuất bóng GNSS (GNSS shadow matching).

Ngoài ra cũng có những nâng cấp một cách mạnh mẽ liên quan tới các hệ thống định vị dẫn đường thế hệ trước như: Nâng cấp phần cứng phục vụ cho hiển thị; Các hệ thống cơ khí điện tử siêu nhỏ; Kỹ thuật nguyên tử lạnh và kỹ thuật hồi chuyển từ trường nguyên tử; Nâng cấp các hệ thống dẫn đường cũ như Loran và DME; Định vị Doppler với sự tham gia của các vệ tinh viễn thông Iridium.

Cuối cùng bản thân hệ thống GNSS cũng đã được nâng cấp và phát triển mạnh mẽ trong những năm qua với nhiều trùm vệ tinh định vị được phóng lên vũ trụ, các máy thu thế hệ mới có độ nhạy cao hơn, mạng lưới các trạm hỗ trợ mặt đất tốt hơn, kỹ thuật và các mạng lưới hiệu chỉnh số liệu chính xác hơn. Có thể đây chính là thời điểm thích hợp để tìm kiếm cách thức tích hợp các công nghệ định vị và dẫn đường ở mức cao hơn nếu thực sự chúng ta muốn xác định hướng đi mới để vượt qua rừng công nghệ hiện tại.

 Mọi thông tin xin liên hệ qua hòm thư: info@anthi.com.vn. Cảm ơn Quý vị !