Ngày nay khái niệm GPS (hệ thống định vị toàn cầu) không còn quá xa lạ, vì nó được áp dụng trong mọi thiết bị, mọi lĩnh vực. Thật ra khái niệm hệ thống định vị còn có A-GPS, GNSS, GLONASS, nhưng thông thường người ta vẫn nhớ đến GPS nhiều hơn. Ngày xưa, GPS chỉ được áp dụng cho mục đích quân sự, thì ngày nay người ta đã mở rộng phạm vi áp dụng của GPS vào cả dân sự. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu cụ thể hơn về GPS và những ứng dụng của nó trong đời sống hiện nay nhé.
GPS là gì? Lịch sử hình thành
Global Positioning System – GPS tức là hệ thống định vị toàn cầu là hệ thống xác định tọa độ “vật thể” trên mặt đất dựa trên vị trí thiết bị thu sóng GPS từ các các vệ tinh nhân tạo. GPS được tạo nên và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Mỹ và được vận hành bởi Không lực Mỹ, nhưng chính phủ nước này đã cho phép người dân trên toàn thế giới sử dụng các chức năng của GPS miễn phí.
Thật ra nguyên nhân ra đời của GPS do một thảm họa xảy ra trong quá khứ. Ngày 1/9/1983, Liên Xô đã điều các máy bay tiêm kích tới ngăn chặn, rồi bắn hạ một máy bay thương mại Hàn Quốc do thiết bị dẫn đường của máy bay này bị hỏng khiến hiểu lầm cố ý xâm phạm không phận của liên bang. Sự cố phát sinh đó khiến tất cả 269 hành khách và thành viên phi hành đoàn, bao gồm cả nghị sĩ Mỹ Lawrence McDonald thiệt mạng. Đây từng được xem là một trong những tai nạn hàng không thảm khốc nhất trong lịch sử thế giới, đồng thời khiến mối quan hệ giữa Liên Xô với Mỹ trở nên xấu đi. Sau tai nạn đó, tổng thống Mỹ Ronald Reagan đặt hàng quân đội sản xuất ra hệ thống định vị toàn cầu cho mục đích dân sự được hoàn thành để tránh những tai nạn tương tự.
Bên cạnh hệ thống GPS của Mỹ, trên thế giới còn có hệ thống định vị toàn cầu khác chẳng hạn như Hệ thống định vị Galileo (GNSS) của Liên minh châu Âu hay hệ thống GLONASS của Nga, hệ thống BEIDOU của Trung Quốc hay hệ thống QZSS thuộc Nhật Bản. Tuy nhiên GPS vẫn đang được áp dụng rộng rãi hơn cả.
Hệ thống GPS bao gồm ba thành phần:
- Phần không gian: cũng là thành phần cốt lõi của cả hệ thống. Nó bao gồm 30 vệ tinh phát sóng GPS đặt trên quỹ đạo không gian ở chiều cao 20.000km (trong đó có 27 vệ tinh chính và 3 vệ tinh dự phòng) nhằm phủ sóng toàn bộ mây đất, đảm bảo điểm nào trên trái đất cũng đều có thể “ nhìn thấy” tối thiểu 4 vệ tinh.. Các hệ thống dẫn hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện. Một vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg, dài khoảng 5m với các tấm năng lượng Mặt Trời mở rộng 7m² phát với công suất tối đa 50 Watts
- Phần điều khiển: các trung tâm điều hành vệ tinh GPS đặt cố định và rải rác khắp thế giới
- Phần sử dụng: bao gồm các bộ thu GPS nhằm thu nhận sóng, phần mềm để giải mã sóng, tính toán, và xác định vị trí
Ban đầu GPS được phát minh phục vụ cho những mục đích quân sự của chính phủ Mỹ. Tuy nhiên vào năm 1980 chính phủ Mỹ đã cho phép sử dụng chúng vào mục đích thương mại, dân sự. GPS phủ sóng mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ/ngày và không ngơi nghỉ dù chỉ một giây. Người dùng GPS sẽ không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập nếu có sẵn các thiết bị thu tín hiệu (điện thoại, máy tính bảng, bộ định vị chuyên dụng…)
Nguyên lý hoạt động của GPS
Nguyên lý hoạt động của GPS như sau: 27 vệ tinh GPS chính sẽ bay vòng quanh Trái Đất với tần suất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất cho các máy thu sóng nhận tín hiệu. Các máy thu này sẽ tiếp nhận tín hiệu và dùng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng.
Để tính đủ ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) đồng thời theo dõi chuyển động của vật thể, máy thu tín hiệu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh. Trong trường hợp máy nhận được tín hiệu từ 4 vệ tinh trở lên thì sẽ đo được cả độ cao. Về bản chất, máy thu GPS tính toán sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Kết hợp với thông số quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu, hệ thống GPS sẽ tính toán chính xác vị trí người dùng và hiển thị lên màn hình điện tử.
Nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng, các máy thu GPS có độ chính xác vô cùng cao. Độ chính xác của các máy thu GPS trung bình là trong vòng 15 mét. Riêng các máy thu với khả năng WAAS (Wide Area Augmentation System) thì độ chính xác trung bình được cải thiện với sai số chưa đầy 3 mét.
Ứng dụng của GPS trong đời sống
Ứng dụng của GPS trong đời sống hiện nay thì nhiều vô kể, trên đất liền, trên biển và trên không. Về cơ bản, GPS có thể sử dụng ở mọi nơi trừ những nơi không thể nhận được tín hiệu như bên trong tòa nhà, dưới tầng hầm, trong hang động… Chúng tôi có thể kể ra một số ứng dụng cơ bản của GPS như dưới đây:
- Hàng không: người ta áp dụng GPS để điều hướng bằng máy bay thương mại và hàng không bằng cách cung cấp tọa độ của máy bay theo thời gian thực cho phi công. Từ đó phi công có thể xác định được vị trí bay, bản đồ hành trình cũng như quãng đường đi qua dựa trên cập nhật vị trí hoạt động của máy bay
- Hàng hải: tương tự như hàng không, GPS cũng giúp điều hướng tàu trên biển, giúp thuyền trưởng xác định vị trí và phương hướng, phác thảo được bản đồ hành trình sắp đến
- Vận tải: đây là ngành chúng ta dễ dàng chứng kiến hiện nay. GPS được các công ty vận chuyển, dịch vụ vận tải như Nam Phú Thịnh (vanchuyenhangnguyhiem.vn – vần chuyển hàng hóa Bắc Nam) áp dụng rất nhiều nhằm theo dõi tuyến đường và điều phối đội xe để vận chuyển hàng hóa, con người qua những chặng đường xa. Gần gũi hơn chúng ta có thể thấy những hãng xe công nghệ như Grab, GoJek, Be… cũng thường xuyên cải thiện hệ thống GPS của mình để chở khách trong khu vực thành phố, giao đồ ăn hay hàng hóa
- Quân sự: ứng dụng đầu tiên có sự hiện diện của GPS và được mọi quốc gia áp dụng như một cơ chế phòng thủ trong thời chiến. Chính quân đội Mỹ đã tận dụng GPS để giảm sai số đánh trúng mục tiêu của các loại bom, đạn chín h xác chỉ khoảng 1-2m, tăng tỷ lệ đánh trúng mục tiêu của tên lửa hành trình Tomahawk Block III đã tăng lên trên 90%
- Du lịch: một trong những mảng được ứng dụng GPS nhiều nhất đó chính là việc du lịch, thám hiểm, đặc biệt dành cho các bạn trẻ tự đi khám phá. Các bạn sẽ biết được điểm đến cụ thể, hành trình đi, hướng nào, tốc độ của mình và trong thời gian bao lâu bởi mọi thông tin được hiển thị rõ trên màn hình. Trong trường hợp khẩn cấp, người sử dụng có thể bắn tín hiệu về trung tâm để báo vị trí của mình và chờ giúp đỡ. Tuy nhiên cần lưu ý ở một số khu vực như rừng sâu, thiết bị GPS sẽ bị vô hiệu hóa.
- Viễn thông: các bạn có thể dễ dàng thấy được hầu như các nhà mạng đều cung cấp các thiết bị di động hỗ trợ GPS
- Trắc địa, thủy văn: GPS giúp xác định vị trí để đo đạc bản đồ, đất đai, san lấp mặt bằng, làm đường cao tốc, trải nhựa đường…
- Đời sống hằng ngày: GPS là công cụ đắc lực trong các hoạt động thường nhật như chạy bộ, trượt tuyết, leo núi, chạy xe đạp (xác định quãng đường chạy, vị trí bản thân, điểm đến, thời gian, tốc độ…). Người ta cũng dùng hệ thống này để giám sát những trường hợp đặc biệt (áp dụng trong phòng chống tệ nạn, xã hội, tù nhân, giam lỏng….) hay những trường hợp cần được chăm sóc đặc biệt (trẻ tự kỷ, người già, người mắc bệnh Alzheimer….)
Tuy nhiên, GPS cũng có những mặt trái. Những cá nhân có mục đích không minh bạch đã lợi dụng GPS để thực hiện các hành vi vi phạm pháp luật như bắt cóc tống tiền, theo dõi nạn nhân với ý đồ xấu… Do đó bạn cần cẩn thận, tuyệt đối không chia sẻ vị trí của mình cho bất cứ người lạ nào, đồng thời giữ kỹ các thiết bị thu sóng (điện thoại, máy tính, đồng hồ thông minh, vòng tay định vị…) để tránh tạo điều kiện cho các đối tượng xấu.
Hy vọng những thông tin trên sẽ giúp bạn hiểu rõ về hệ thống GPS và những áp dụng của nó trong đời sống nhé.
