GPS là gì? Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tiễn của hệ thống định vị toàn cầu

Trong thời đại số hóa hiện nay, công nghệ định vị đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày. Từ việc tìm đường trên điện thoại, theo dõi phương tiện đến hỗ trợ cứu hộ khẩn cấp, tất cả đều nhờ vào một hệ thống quen thuộc – GPS. Vậy GPS là gì? Làm thế nào công nghệ này giúp chúng ta xác định vị trí chính xác chỉ trong vài giây? Hãy cùng FPT Shop khám phá chi tiết trong bài viết dưới đây.

GPS là gì?

GPS là gì? Đây là hệ thống định vị toàn cầu được phát triển và vận hành bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, có tên đầy đủ là Global Positioning System. Hệ thống này sử dụng mạng lưới các vệ tinh nhân tạo quay quanh Trái Đất để xác định chính xác vị trí của một điểm bất kỳ trên bề mặt hành tinh.

Cốt lõi của GPS nằm ở khả năng tính toán khoảng cách từ máy thu tín hiệu đến ít nhất ba vệ tinh tại cùng một thời điểm. Dựa vào đó, tọa độ địa lý – bao gồm vĩ độ và kinh độ – sẽ được xác định. Khi tiếp nhận tín hiệu từ bốn vệ tinh trở lên, GPS thậm chí có thể cho biết độ cao và vị trí ba chiều của đối tượng, tạo nên một hệ thống định vị toàn diện và đáng tin cậy.

Điểm mạnh của GPS là hoạt động liên tục 24/7, ở mọi nơi trên thế giới và trong mọi điều kiện thời tiết, mà không yêu cầu người dùng trả phí thuê bao. Đây chính là lý do GPS hiện diện phổ biến trong các thiết bị di động, ô tô, máy bay, tàu thuyền, đồng hồ thông minh và hàng loạt thiết bị khác phục vụ đời sống và sản xuất.

GPS hoạt động như thế nào?

Các vệ tinh GPS quay quanh Trái Đất hai vòng mỗi ngày theo quỹ đạo cố định với độ chính xác cao. Mỗi vệ tinh liên tục phát đi tín hiệu chứa thông tin định vị về thời gian và vị trí hiện tại xuống bề mặt Trái Đất. Thiết bị thu GPS – thường có mặt trong điện thoại thông minh, đồng hồ thông minh hay các thiết bị chuyên dụng – sẽ tiếp nhận tín hiệu này. Bằng cách so sánh thời điểm tín hiệu được phát với thời điểm nhận được, thiết bị có thể tính toán được khoảng cách từ máy thu đến từng vệ tinh.

Từ những dữ liệu này, thông qua các phép tính lượng giác, thiết bị sẽ xác định được chính xác vị trí của người dùng trên bản đồ. Để định vị được tọa độ hai chiều (kinh độ và vĩ độ), máy thu cần tối thiểu tín hiệu từ 3 vệ tinh. Khi tiếp nhận được tín hiệu từ 4 vệ tinh trở lên, thiết bị có thể xác định cả vị trí ba chiều – tức bao gồm cả độ cao.

Khi vị trí đã được xác định, hệ thống GPS có thể cung cấp thêm nhiều thông tin hữu ích khác như: vận tốc di chuyển, hướng đi, hành trình đã qua và theo dõi chuyển động theo thời gian thực – từ đó hỗ trợ tối ưu cho các hoạt động như dẫn đường, theo dõi tập luyện thể thao hoặc quản lý phương tiện.

Những hệ thống định vị phổ biến khác

Bên cạnh việc tìm hiểu GPS là gì, nhiều người cũng quan tâm liệu còn hệ thống định vị nào khác được sử dụng hiện nay. Thực tế, các quốc gia như Nga, Trung Quốc, châu Âu hay Nhật Bản đều đã phát triển hệ thống định vị riêng.

A-GPS

A-GPS (Assisted GPS) là phiên bản nâng cao của GPS truyền thống, được tích hợp chủ yếu trên smartphone. Nhờ tận dụng kết nối dữ liệu di động hoặc Wi-Fi, A-GPS giúp thiết bị xác định vị trí nhanh hơn, đặc biệt khi khởi động định vị lần đầu. Tuy nhiên, do phụ thuộc vào kết nối mạng, A-GPS không thể hoạt động độc lập như GPS gốc.

GLONASS 

GLONASS (Globalnaya Navigazionnaya Sputnikovaya Sistema) là hệ thống định vị của Nga, tương đương với GPS của Mỹ. Với 24 vệ tinh phủ sóng toàn cầu, GLONASS thường hoạt động song song với GPS trên nhiều thiết bị thông minh hiện nay. Khi tín hiệu GPS bị yếu do địa hình hoặc điều kiện thời tiết, GLONASS sẽ đóng vai trò bổ trợ, đảm bảo độ chính xác định vị không bị ảnh hưởng.

BDS

BDS (BeiDou Navigation Satellite System), hay còn gọi là hệ thống định vị Bắc Đẩu, do Trung Quốc phát triển nhằm giảm sự phụ thuộc vào công nghệ GPS và GLONASS. Ban đầu chỉ phục vụ trong nước, nhưng hiện nay BDS đã mở rộng phạm vi phủ sóng toàn cầu và được công nhận là một trong những hệ thống định vị lớn nhất thế giới. Nhiều dòng điện thoại Trung Quốc như Xiaomi, OPPO đã tích hợp BDS để hỗ trợ người dùng tốt hơn trong điều kiện phức tạp.

Galileo 

Galileo là hệ thống định vị vệ tinh của EU, được thiết kế chủ yếu cho mục đích dân sự với độ chính xác cao hơn cả GPS trong một số trường hợp. Galileo ra đời không chỉ nhằm đảm bảo quyền tự chủ công nghệ của châu Âu mà còn mở rộng sự lựa chọn về định vị toàn cầu cho các thiết bị hiện đại. Người dùng được sử dụng miễn phí với độ chính xác lên đến vài chục centimet trong tương lai gần.

QZSS 

QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) là hệ thống định vị cục bộ của Nhật Bản, tập trung vào khu vực Châu Á – Thái Bình Dương. Dù không phải hệ thống độc lập hoàn toàn, QZSS được thiết kế để kết hợp với GPS và cải thiện độ chính xác định vị tại những nơi có địa hình phức tạp, đặc biệt trong đô thị nơi tín hiệu dễ bị che khuất. Thiết bị hỗ trợ QZSS thường có khả năng định vị ổn định hơn tại Nhật Bản và các quốc gia lân cận.

IRNSS 

IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System), còn gọi là NavIC, là hệ thống định vị do Ấn Độ phát triển dành riêng cho khu vực Nam Á và vùng biển lân cận. IRNSS phục vụ cả mục đích dân sự lẫn quân sự, cung cấp hai loại dịch vụ: tiêu chuẩn và hạn chế. Với độ phủ khoảng 1.500 km quanh biên giới Ấn Độ, hệ thống này giúp tăng cường khả năng giám sát tàu thuyền, quản lý giao thông và hỗ trợ cảnh báo thiên tai hiệu quả.

Ứng dụng của GPS trên các thiết bị di động

Sau khi hiểu rõ GPS là gì, nhiều người sẽ ngạc nhiên trước những ứng dụng thực tế mà công nghệ này mang lại. Từ thiết bị cầm tay đến hệ thống giao thông, từ thể thao đến an ninh cá nhân – GPS đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Đặc biệt trên các thiết bị di động, GPS mang đến vô vàn tiện ích vượt xa vai trò định vị đơn thuần.

1. Trên điện thoại và thiết bị di động cá nhân

Ngày nay, mọi smartphone đều được tích hợp GPS hoặc kết hợp nhiều hệ thống định vị khác như GLONASS, BDS hay Galileo. Nhờ đó, người dùng có thể:

• Dẫn đường, xem bản đồ theo thời gian thực với độ chính xác cao.
• Tìm lại thiết bị thất lạc qua các ứng dụng như Tìm iPhone hoặc Find My Device.
• Chụp ảnh gắn vị trí (geotagging), giúp ghi lại kỷ niệm cùng tọa độ chính xác.
• Tham gia trò chơi thực tế tăng cường (AR) như Pokémon Go, nơi vị trí địa lý ảnh hưởng trực tiếp đến gameplay.
• Gợi ý địa điểm ăn uống, giải trí, giao hàng dựa trên vị trí hiện tại.

2. Trong lĩnh vực giao thông và logistics

GPS không chỉ phục vụ người dùng cá nhân mà còn đóng vai trò quan trọng trong quản lý và vận hành hệ thống giao thông:

• Quản lý đội xe doanh nghiệp, giám sát lộ trình, thời gian và hành trình vận chuyển.
• Xe buýt công cộng hiển thị thời gian đến trạm chính xác, nâng cao trải nghiệm hành khách.
• Xe tự lái, khi kết hợp GPS với cảm biến radar, lidar và camera, có thể điều hướng và di chuyển an toàn mà không cần người điều khiển.

3. Trong thể thao và chăm sóc sức khỏe

Thiết bị đeo tay như đồng hồ thông minh ứng dụng GPS để:

• Theo dõi quãng đường di chuyển, tốc độ, hướng đi trong các bộ môn như chạy bộ, đạp xe, leo núi.
• Phân tích dữ liệu thi đấu trong các cuộc đua xe, đua thuyền hay sự kiện thể thao chuyên nghiệp.
• Lập bản đồ tuyến đường và đo hiệu suất rèn luyện cá nhân.

4. Trong an toàn cá nhân và quản lý đối tượng

GPS là công cụ đắc lực trong việc giám sát và đảm bảo an toàn cho những người thân yêu:

• Theo dõi vị trí của trẻ em hoặc người lớn tuổi thông qua đồng hồ định vị hoặc thiết bị đeo tay.
• Gửi tín hiệu cấp cứu trong trường hợp tai nạn, thất lạc hoặc sự cố, giúp lực lượng cứu hộ tiếp cận kịp thời.
• Quản lý vật dụng cá nhân hoặc thú cưng bằng thiết bị gắn chip định vị (ví, balo, xe máy, thú cưng...).

5. Các ứng dụng mới của GPS trong công nghệ hiện đại

Cùng với xu hướng số hóa, GPS đang được tích hợp vào những công nghệ tiên tiến như:

• Drone (thiết bị bay không người lái) sử dụng GPS RTK (Real-Time Kinematic) để đo đạc chính xác, ứng dụng trong nông nghiệp, xây dựng, bản đồ địa hình.
• Công nghệ AR/VR theo vị trí mang đến trải nghiệm thực tế tăng cường sống động hơn.

Hạn chế của GPS cần lưu ý

Dù hệ thống GPS mang lại rất nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại những rủi ro nếu người dùng không kiểm soát quyền riêng tư:

• Khả năng bị theo dõi trái phép là mối nguy hiện hữu nếu thiết bị GPS không được bảo mật đúng cách.
• Dữ liệu hành trình cá nhân có thể bị khai thác bởi các ứng dụng hoặc kẻ gian nếu không kiểm soát quyền truy cập.
• Trẻ em, người lớn tuổi hoặc bất kỳ ai đeo thiết bị có GPS đều có thể bị theo dõi nếu không có lớp bảo vệ thông tin cá nhân.

Tạm kết

Giờ đây, khi đã hiểu rõ GPS là gì, bạn có thể thấy công nghệ này không đơn thuần là công cụ định vị, mà còn là cầu nối giữa thế giới thực và số. Từ chỉ đường, theo dõi thiết bị đến hỗ trợ thể thao, logistics, cứu hộ hay thực tế ảo – GPS đang hiện diện trong mọi mặt đời sống. Sự kết hợp giữa GPS và các hệ thống định vị khác như GLONASS, BDS, Galileo… cũng giúp nâng cao độ chính xác, độ ổn định và khả năng hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau.

Nếu bạn đang tìm kiếm một thiết bị nhỏ gọn nhưng đa năng, vừa theo dõi sức khỏe, vừa hỗ trợ định vị chính xác, thì đồng hồ thông minh tích hợp GPS chính là lựa chọn lý tưởng. Tại FPT Shop, bạn có thể dễ dàng chọn mua các mẫu smartwatch từ những thương hiệu uy tín như Apple, Samsung, Xiaomi, Huawei... với khả năng định vị chính xác và hỗ trợ luyện tập hiệu quả.

Tham khảo các mẫu smartwatch Samsung chính hãng ngay dưới đây:

• Smartwatch Samsung

Xem thêm:

• Top đồng hồ GPS đáng mua: Bảo vệ bé yêu với công nghệ theo dõi hiện đại
• Hướng dẫn cách gửi định vị chính xác bằng Google Maps, Messenger và Zalo đơn giản