Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství. Katedra požární ochrany a ochrany obyvatelstva

Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta bezpečnostního inženýrství Katedra požární ochrany a ochrany obyvatelstva

Využití mobilních geoinformačních technologií v záchranných službách

Student: Petr Paláček Vedoucí diplomové práce: Doc. Dr. Ing. Aleš Dudáček Studijní obor: Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu

Místopřísežné prohlášení Místopřísežně prohlašuji, že jsem celou diplomovou práci vypracoval samostatně. V Ostravě 29. dubna 2003 ……………………

Anotace Paláček, P.: Využití mobilních geoinformačních technologií v záchranných službách VŠB-TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, 2003. 37 stran, 1 příloha Klíčová slova: mobilní geoinformační technologie, globální polohový systém, výpočetní technika, komunikační technologie , záchranná služba Pro účinný postup záchranných služeb je třeba zajistit technickou podporu v oblasti komunikačního a informačního zabezpečení. Takovou podporu jsou schopny zabezpečit mobilní geoinformační technologie. V diplomové práci je zpracován přehled dosavadního využití mobilních geoinformačních technologií v České republice a zahraničí, a také návrh možných aplikací v oblasti záchranných služeb. Některé z aplikací byly ověřeny experimentem. Využití mobilních geoinformačních technologií je přínosem nejen při řešení mimořádné události, ale také při jízdě vozidel záchranných služeb k místu mimořádné události

Anotation Paláček, P.: Exploitation of a mobile geoinformation technologies in a rescue services VSB-TU Ostrava, Faculty precautionary engineering, 2003. 37 pages, 1 enclosure Keywords: mobile geoinformation technnologies, global positioning systém, computers, commucation technologies, rescue servises

For the effective process of rescue servises is nesessary to ensure the technological support of the communication and information security. Such a support are able to ensure the mobile geoinformation technologies. An overview of the presant using of the mobile geoinforrmation technologies in the Czech republic and foreign is designed in the thesis. The project of the possible aplications is there too. Some of the applications were tested in the practice. The using of the mobile geoinformation technologies is the contribution as well for the solution of the extra situations, as well by the way of the rescue servises to the place of the extra event.

REŠERŽE Emergency 911: integrated GPS/GIS to the rescue Cou, Y.H.;Rudd, E.I.;Pennington, J. GeoSpatial Technol. Inc.; Costa Mesa, CA, USA GIS world, vo.11, no.8, Page 48-52 Aerial monitoring and measurement of forest fires Merino, Luis; Gomez-Rodriguez, Francisco; Arrue, Begona C.; Ollero, Anibal Escuela Superior de Ingenieros, 41092 Seville, Spain Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering v 4713 20002. P 95105, 2002 Real time planning/replanning of on-going operations in a crisis situation Grifith, D.A.; Smith, G.M. Adv. Concepts Branch, Rome Lab., NY, USA Conference: Proc. SPIE – Int. Soc. Opt. Eng. (USA), vol. 2938, Page: 89-100 DGPS for real-time monitoring of wild fires Fraile-Ordonez, J.M.; lissner, A.; Merida, J.C. Kaayser – Threde GmbH, Germany Conference: DSNS 94. The Third International Conference on Differential Satellite Navigation Systems Part: vol. 2, Page: 1-3 vol. 2 DGPS emergency location systém for vehicles Vogel, D.; Harrer, S. Alcatel SEL, Germany Conference: DSNS 94. The Third International Conference on Differential Satellite Navigation Systems Part: vol. 2, Page: 1-8 vol.2 Remote sensing, GIS and experts systems for fire hazard and vulnerability modelling and dynamic resource allocation Paramesh, N.; Bhaskaran, Sunil; Forster, Bruce; neal, trevor Scool of Geomatic Engineering University of New South Wales, Sydney, NSW 20052, Australia Conference: 2001 International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS 2001), Sydney, NSW Australia, 20010709-2001713 Využití mobilních geoinformačních technologií v záchranných službách Stankovič, J.; VŠB-TU Ostrava, Institut ekonomiky a systémů řízení, 2001 44 stran, 2 přílohy.

OBSAH 1

ÚVOD....................................................................................................................................... 3

2

ANALÝZA DOSAVADNÍHO VYUŽITÍ MGIT V ZÁCHRANNÝCH SLUŽBÁCH ..... 4 2.1 VYUŽITÍ MOBILNÍCH GIT V ČESKÉ REPUBLICE ............................................................... 4 2.1.1 Analogové a digitální radiostanice ............................................................................. 4 2.1.2 Globální mobilní systém .............................................................................................. 4 2.1.3 Globální polohový systém............................................................................................ 4 2.2 VYUŽITÍ MOBILNÍCH GIT V ZAHRANIČÍ ........................................................................... 5

3

GLOBÁLNÍ POLOHOVÝ SYSTÉM ................................................................................... 6 3.1 GPS NAVSTAR................................................................................................................ 6 3.1.1 Historie GPS................................................................................................................ 6 3.1.2 Struktura systému ........................................................................................................ 7 3.1.3 Stanovení polohy ......................................................................................................... 8 3.1.4 Chyba měření............................................................................................................... 9 3.2 DIFERENCIÁLNÍ GPS ....................................................................................................... 10 3.2.1 Vysílání dlouhovlnného komerčního vysílače............................................................ 11 3.2.2 Vysílání lokálního komerčního VKV vysílače............................................................ 11 3.2.3 Vysílání korekcí pomocí vlastní paketové rádiové sítě.............................................. 12 3.2.4 Oprava souřadnic na dispečinku............................................................................... 12

4

PROBLEMATIKA PŘENOSU DAT POMOCÍ MGIT................................................... 13 4.1 GLOBÁLNÍ MOBILNÍ SYSTÉM DRUHÉ GENERACE ............................................................ 13 4.1.1 Hlasová komunikace.................................................................................................. 13 4.1.2 Krátké textové zprávy ................................................................................................ 13 4.1.3 Datová komunikace ................................................................................................... 14 4.2 TECHNOLOGIE HSCSD .................................................................................................. 15 4.3 TECHNOLOGIE GPRS...................................................................................................... 15 4.4 SVĚTOVÝ MOBILNÍ SYSTÉM TŘETÍ GENERACE................................................................ 16 4.5 ANALOGOVÉ RÁDIOVÉ SÍTĚ ............................................................................................. 17 4.6 SYSTÉM TETRA.............................................................................................................. 17 4.7 SYSTÉM MATRA / TETRAPOL ................................................................................... 18

5

NÁVRH SYSTÉMU GIT A JEJICH APLIKACE V ZÁCHRANNÝCH SLUŽBÁCH 19 5.1 PROPOJENÍ PRVKŮ MGIT ............................................................................................... 19 5.1.1 Bezdrátové propojení technologií Bluetoth ............................................................... 19 5.1.2 Bezdrátové propojení technologií WiFi..................................................................... 20 5.2 VYUŽITÍ DÍLČÍCH APLIKACÍ MOBILNÍCH GIT ................................................................ 20 5.2.1 Systém automatické lokalizace vozidel ...................................................................... 20 5.2.2 Letecká záchranná služba.......................................................................................... 22 5.2.3 Preventivní letecké hlídky.......................................................................................... 23 5.2.4 Sledování a řízení osob v terénu................................................................................ 23 5.2.5 Systém distribuce dat o objektech a toxických látkách.............................................. 23 5.2.6 Systém distribuce dat o ohrožených osobách ............................................................ 24 5.2.7 Distribuce dat o hydrantové síti ................................................................................ 24

1

5.3 NÁVRH UCELENÉHO INFORMAČNÍHO SYSTÉMU ............................................................. 25 5.3.1 První stupeň............................................................................................................... 25 5.3.2 Druhý stupeň ............................................................................................................. 26 6

PRAKTICKÉ OVĚŘENÍ DÍLČÍCH APLIKACÍ ............................................................. 27 6.1 SLEDOVÁNÍ POLOHY VOZIDLA ........................................................................................ 27 6.1.1 Měření č. 1 na vozidle Denis Rapier ......................................................................... 27 6.1.2 Měření č. 2 na vozidle Škoda 105.............................................................................. 28 6.2 MAPOVÁNÍ HYDRANTOVÉ SÍTĚ........................................................................................ 28 6.3 PŘENOS DAT POMOCÍ BEZDRÁTOVÉHO PŘENOSU ........................................................... 29

7

ZÁVĚR .................................................................................................................................. 30

2

1 ÚVOD Pro účinný postup záchranných služeb zasahujících na místě mimořádné události je třeba řešit jednu ze základních podmínek. Jedná se o technickou podporu jejich činnosti v oblasti komunikačního a informačního zabezpečení. To znamená zajistit včasnou dostupnost, rychlost a předávání potřebných informací k rozhodnutím na všech úrovních řízení. Současně musí být zajištěna přímá součinnost záchranných služeb na místě mimořádné události. Pro rychlé a správné vyhodnocení je třeba vyžadovat aplikace, jenž budou schopné získávat a poskytovat aktualizovaná data přímo na místě mimořádné události [4]. Takovou aplikací jsou především mobilní geoinformační technologie. Mobilní geoinformační technologie (dále jen MGIT) je možné charakterizovat jako informační technologie, určené ke zpracovávání prostorových dat a informací, aktivně využívající komunikační technologie pro spojení mezi mobilními klienty a operačním střediskem nebo mezi mobilními klienty navzájem, využívající při řešení problémů znalosti aktuální polohy těchto klientů. Základními prvky MGIT jsou: -

přenosný GPS přijímač

-

přenosný počítač

-

zařízení pro bezdrátový přenos dat

-

další technické prostředky (digitální kamera apod.) Využitím těchto prvků je možné integrovat velké množství informací z různých zdrojů do

přehledné formy s velkým informačním obsahem. Svými malými rozměry a tedy mobilitou jsou schopny přenášet data z kteréhokoliv místa, kde se právě uživatel nachází, případně počítat i s možností pohybu uživatele.

3

2 ANALÝZA DOSAVADNÍHO VYUŽITÍ MGIT V ZÁCHRANNÝCH SLUŽBÁCH 2.1 Využití mobilních GIT v České republice 2.1.1

Analogové a digitální radiostanice

Složky záchranných služeb používají pro bezdrátovou komunikaci vlastní autonomní sítě. Rádiový systém je realizován s analogovou technologií vyvinutou začátkem osmdesátých let. Během devadesátých let byly nahrazeny radiostanicemi Motorola. Tento systém již nevyhovuje současným nárokům uživatelů. Analogová technologie má řadu nedostatků, hlavním je neschopnost propojení složek záchranných služeb v případě potřeby navzájem. Řešením stávající situace je budování digitálního systému PEGAS. Podrobnější popis systému je popsán dále. 2.1.2

Globální mobilní systém

Pro případ krizové situace byla v souladu se zákonem č. 199/1994 Sb. o veřejných zakázkách ve znění zákona č. 142/2001 Sb. vybrána ministerstvem vnitra České republiky mobilní síť Eurotel. Mobilní telefony slouží ke koordinaci záchranných složek, orgánů státní správy a fyzických a právnických osob v případě krizové situace. V současné době se dokončuje dodávka 19 000 ks mobilních souprav. Složky Integrovaného záchranného systému jsou telefony Siemens ME 45 již vybaveny, telefony zbývá dodat ještě do některých obcí. Pokrytí republiky signálem je zajištěno pomocí 3 435 základnových radiostanic. Při výpadku je možná náhrada mobilní radiostanicí. [5]. 2.1.3

Globální polohový systém

Využití Globálního polohového systému (GPS) je v zásahových složkách velmi slabé. Zasláním e-mailové zprávy na téměř všechny hasičské záchranné sbory krajů, jejich územní odbory a pobočné stanice se autor snažil o získání potřebných informací. Z došlých odpovědí je zřejmé, že několik ručních GPS přijímačů v současné době využívá HZS kraje ve Zlíně, v Brně a Ostravě. Na několika územních odborech byly prováděny experimenty pro využití GPS při stanovení polohy vozů HZS.

4

Tyto pokusy byly vesměs prováděny před rokem 2000 a závěry byly neuspokojivé. Odchylka byla vzhledem k požadavkům příliš velká. Zdrojem nepřesnosti byla zřejmě tzv. selektivní dostupnost(záměrné zkreslování ministerstvem obrany USA) a neprovedená kalibrace GPS přijímač s mapovými podklady. Vzhledem k velké nepřesnosti a neekonomické zaváděné ceně se tato aplikace u vozů záchranných služeb neprovedla a v řadě případů převládají negativní názory dosud. V současné době se tento systém využívá na Centru tísňového volání v Ostravě. Jedná se o vozy městské policie Ostrava. Vozidlo je vybaveno přijímačem GPS a pro přenos dat se užívá analogová radiostanice. Přenos informací o poloze probíhá v intervalu patnácti vteřin. Podobným systémem s využitím GPS je vybavena i armáda České republiky. Nepodařilo se zjistit, v jakém počtu ani jakým způsobem jsou tyto přijímače využívány. GPS přijímači je vybavena část vrtulníků letecké záchranné služby.

2.2 Využití mobilních GIT v zahraničí Komplexní využití mobilních geoinformačních technologií není ve světě zatím příliš rozšířené. Při studiu literatury, webových stránek byly nalezeny všeobecné informace o možném využití těchto technologií v oblasti záchranných systémů. Častěji se objevovaly popisy úzce specializovaných dílčích aplikací, využívajících jen část z dostupných prvků mobilních GIT. Jedná se především o využití přenosných počítačů( iPAQ, PDA, Handheld) s GPS přijímačem. Tento systém se využívá při rozsáhlých lesních požárech v Americe, Austrálii a Kanadě. Využití mobilních GIT při sledování polohy vozidel, jejich navigaci a další možné aplikace s GPS přijímačem se prokázat nepodařilo. Pro bezdrátový přenos dat se převážně využívá americký systém TETRA a francouzský TETRAPOL. Tyto systémy však prozatím nejsou schopné vzájemné komunikace. Podrobnosti o těchto systémech jsou popsány dále.

5

3 GLOBÁLNÍ POLOHOVÝ SYSTÉM Global Positioning System (dále jen GPS) tvoří soustava družic, pozemní a uživatelský segment. GPS poskytuje celosvětově, 24 hodin denně, informace pro zjišťováni polohy a navigaci. Děje se tak pomocí družic NAVSTAR GPS, které se pohybují na oběžné dráze Země a vysílají nepřetržitě údaje o přesném čase a o své poloze ve vesmíru. Přijímač GPS na zemi (nebo nad ní) sleduje tři až dvanáct těchto družic a registruje vysílané informace. Úkolem uživatelského GPS přijímače je vyhodnocení přijímaných signálů družic a výpočet geografické polohy. GPS přijímač obsahuje nepříliš složitý počítač, satelitní anténu, některé jsou vybaveny výstupem (např. LCD display). Dnešní přístroje nabízejí celou řadu dalších možností, např. určování nadmořské výšky, rychlosti pohybu, magnetického a skutečného kurzu při pohybu, plánování tras tzv. waypoints - body na cestě. GPS pak zobrazuje kurs, vzdálenost, případně zbývající čas k dosažení dalšího naplánovaného bodu. Kromě toho poskytují tyto navigační přístroje další, doplňkové informace jako přesný čas, údaje o počtu a kvalitě příjmu z viditelných satelitů atd. Výhodou GPS přijímačů jsou jejich malé rozměry a nízká hmotnost. Na nové modely jsou kladeny požadavky pro provoz v extrémních podmínkách.

3.1 GPS NAVSTAR Globální polohový systém GPS-NAVSTAR (Global Positioning System - Navigation Satellite Timing and Ranging) je systém satelitní navigace přístupný široké veřejnosti, umožňující určit polohu a rychlost v reálném čase. 3.1.1

Historie GPS

GPS byl původně pouze vojenským systémem, vyvíjeným a budovaným od roku 1973 ministerstvem obrany Spojených států. V průběhu let se systém dále vyvíjel, rozšiřoval a začátkem 90. let se stal plně funkčním a dostupným po celém světě. Potenciál a možnosti systému GPS ukázaly na rozšíření využití systému v mnoha oborech lidské činnosti. Kongres Spojených států schválil výnos o využití systému GPS i v civilní sféře. Stále se však jedná o vojenský systém, jenž je dodnes zpravován ministerstvem obrany Spojených států amerických.

6

3.1.2

Struktura systému

Kosmický segment Z každého místa na Zemi je 24 hodin denně pozorovatelných 4-8 družic s elevací větší než 15 stupňů. Celý systém má 24 družic, 21 základních, 3 jsou aktivní rezervy ve vesmíru a 4 záložní jsou připraveny na Zemi. Oběžné dráhy mají stálou pozici vůči Zemi. Konstelace je tvořena šesti oběžnými drahami se čtyřmi družicemi. Na každé z nich je sklon oběžné dráhy k rovníku 55 stupňů. Výška družic nad Zemí je 20 180 km. Výška oběžné dráhy je volena tak, že družice opakují stejnou dráhu nad povrchem a stejnou vzájemnou pozici nad daným bodem každých přibližně 12 hodin. Přesněji o 2 minuty dříve (11:58), je to tzv. polovina siderického dne [15].

Obr. 1: Konstelace družic GPS kolem Země [15] Uživatelský segment Uživatelský segment se skládá z GPS přijímačů, uživatelů, vyhodnocovacích nástrojů a postupů. Řídící segment Řídící segment je zodpovědný za řízení celého globálního polohového systému. Sestává se z hlavní řídící stanice (letecká základna Colorado Springs) a několika monitorovacích stanic, rozmístěných po celém světě. Z uživatelského hlediska je hlavním úkolem řídícího segmentu aktualizovat údaje obsažené v družicových navigačních zprávách.

7

Při každém průletu družic nad těmito stanicemi jsou vyhodnoceny parametry jejich drah a vypočteny korekce, které jsou vyslány zpět na dané družice a odtud do přijímače, kde dojde k aktualizaci uložených dat o družicích. Získané údaje se zároveň přenáší na hlavní řídící stanici. Zde jsou na základě přijatých výsledků měření vypočítány přesné údaje oběžných drah tzv. efemeridy. Minimálně jednou denně pak vysílací stanice vysílají efemeridy a údaje o nastavení hodin na jednotlivé družice. Tyto družice pak vysílají prostřednictvím rádiových signálů efemeridy svých oběžných drah a přesný čas do GPS přijímačů. 3.1.3

Stanovení polohy

Po výpočtu relativní polohy k minimálně 3 a 4 měřeným družicím může zahájit přijímač GPS triangulaci a to tak, že pozice GPS přijímače na Zemi je jedním z vrcholů trojúhelníku. Družice vysílají signály a přijímač GPS zjišťuje čas jejich příjmu. Z doby, která uplyne mezi vysíláním a příjmem signálu určuje vzdálenost přijímače k družicím. Z nich a z polohy družic v daném okamžiku určí přijímač svou polohu. Polohu družic zjistí přijímač z parametrů, které družice vysílají ve formě parametrů svých drah, tzv. efemeridů. Z těchto parametrů přijímač uživatele vypočítá přesné souřadnice družic. GPS družice mají na palubě čtyři velmi přesné atomové hodiny a jsou na nich zároveň umístěny databáze stávajících a očekávaných poloh ostatních satelitů, které jsou průběžně vzájemně aktualizovány. V paměti přijímače jsou uložena data o dráze a pohybu všech družic systému GPS (tzv. almanachy). Tato data jsou ještě minimálně každých dvacet čtyři hodin zpřesňována pomocí korekcí (efemeridy), stanovených na základě měření na jednotlivých monitorovacích pozemských stanicích řídícího segmentu systému GPS. Ze všech těchto dat dokáže mikropočítač GPS přijímače spočítat a následně zobrazit na displeji, hodnoty zeměpisné polohy a času v místě antény přijímače, které můžeme pak přenést na mapu. Vyhodnocování pouze zeměpisná šířky a délky se označuje jako 2D mód, vyhodnocením ještě nadmořské výšky se jedná o 3D mód. Pro stanovení polohy v 2D módu je zapotřebí viditelnost přijímače alespoň na tři družice, u 3D módu je zapotřebí minimálně čtyř družic Hodnoty polohy jsou u většiny GPS přijímačů v průběhu pravidelného časového intervalu aktualizovány. To umožňuje GPS přijímači po zaměření jedné družice získat všechny potřebné informace pro rychlé vyhledání dalších.

8

Aby hodiny v GPS přijímači dosáhly stejné přesnosti, je z přijímaného signálu vypočítáván tzv. clock offset, který v kombinaci s velmi přesnými časovými značkami vysílanými z družic umožňuje přijímači zobrazovat čas se zanedbatelnou chybou. 3.1.4

Chyba měření

Chyba v měření polohy Pro omezení zneužití systému na minimální úroveň (např. pro teroristické účely) a zabezpečení prvořadosti vojenských aplikací byla až do 1.května 2000 provozována tzv. selektivní dostupnost (Selected Availibility), což je záměrné zhoršování přesnosti při určení polohy přijímačem GPS. Po tomto datu je selektivní dostupnost vypnutá. Díky tomu se pro civilní uživatele mnohonásobně zvýšila přesnost určení polohy. Větší přesnosti lze dosáhnout využitím tzv. kódů. C/A kód C/A kód Coarse Acquisition (kód pro hrubé měření) je tvořen posloupností 1023 nul a jedniček v binárním kódu. Každá družice má přidělený svůj vlastní kód, jimž je družice jednoznačně identifikována. C/A kód má frekvenci 1,023 Mhz, perioda kódu je 1 ms. V přijímači jej lze generovat bez spolupráce se správcem systému a je tedy přístupný všem. Odtud plyne jiné vysvětlení C/A Clear Access (volný přístup). Maximální chyba měření polohy ve vodorovné rovině činí 53 m [2], v praxi je nepřesnost menší než 10 metrů. C/A kód využívají standardní GPS přijímače. P kód Je označován jako přesný kód (Precision nebo Protected). Jeho bitová rychlost je desetinásobná oproti kódu C/A a činí 10,23 Mbit/s. Kód P je pseudonáhodná posloupnost maximální délky s periodou přibližně 266 dnů (23 017 555,5 s). Perioda obsahuje 235,46959.1012 bitů, ale využívá se z ní pouze sedmidenní část. Kód se nuluje do výchozího stavu o půlnoci ze soboty na neděli. Rychlejší a delší P kód umožňuje větší kmitočtové rozprostření signálu a tudíž i přesnější měření. Je též možné měřit na obou frekvencích L1 a L2 a tím podstatně omezit vliv chyb v uživatelském systému. Maximální chyba měření polohy v horizontální rovině je 21 m [2]. P kódu se užívá v GPS přijímačích pro přesná geodetická měření.

9

Y kód Jedná se o šifrovaný P kód. Důvodem zavedení bylo možné zneužití vysoké přesnosti. Jeho dekódování je tajné a možné pouze při znalosti šifry dostupné jen autorizovaným uživatelům. Zakódování je označováno A-S (Anti-Spoofing). V současné době využívá Y kód pouze armáda USA, civilní sféře je nepřístupný.

3.2 Diferenciální GPS Zavedení diferenciálních GPS – DGPS se mírnil vliv selektivní dostupnosti. Zrušením záměrného zkreslení zájem o DGPS opadl, ale metoda se stále užívá.

Obr. 3: Princip diferenciální GPS Princip diferenciální GPS spočívá ve vytvoření diferencí mezi měřením, čímž dochází ke eliminaci některých chyb systému. Aby bylo možné diference vytvořit je třeba mít k dispozici druhé měření a z něj vypočtené korekce. Při budování systému DGPS se využívá skutečnosti, že jedna ze stanic v celém budovaném diferenčním systému (označovaném DGPS) je umístěna stacionárně a je známa přesná poloha fázového středu antény této stanice. Tato poloha se určí například geodetickým měřením, stanice se označuje pojmem referenční stanice. Referenční stanice provádí neustále měření ke všem viditelným družicím, změřené zdánlivé vzdálenosti porovnává s vypočtenými přepokládanými hodnotami a jejich rozdíly vysílá vlastním samostatným kanálem ke všem uživatelům DGPS systému.

10

V přijímači se přijaté korekce použijí k opravě měření, a tak se významně zvýší přesnost určení jeho polohy. Propojením s diferenciálním přijímačem DGPS se přesnost zlepší v závislosti na použitém GPS přijímači na 1 – 5 metrů [3] tam, kde diferenční přijímač zachytí signál diferenční korekce, vysílaný pozemními vysílači. Pro přenos korekcí je třeba zajistit mezi vysílačem korekcí a DGPS přijímačem přenosovou rychlost minimálně 9,6 kbps. Tato podmínka platí i pro pohybující se objekt. Nabízejí se čtyři systémy přenosu DGPS korekcí k přijímači: 3.2.1

Vysílání dlouhovlnného komerčního vysílače

Tento systém byl testován pracovníky katedry radioelektroniky ČVUT v Praze pod vedením prof. Vejražky. Systém je schopen pokrýt signálem celé území České republiky. V současné době je mimo provoz [3]. 3.2.2

Vysílání lokálního komerčního VKV vysílače

Moderní VKV vysílače většinou umožňují připojení samostatného systému, nazývaného Radio data sytem RDS [3]. Tento systém poskytuje všem VKV přijímačům (schopným příjmu RDS služby), naladěným na daný kanál (stanici) příjem speciální jednosměrné datové informace, která vždy putuje od vysílače k přijímači. Tímto systémem přenosu korekcí se u nás zabývá firma Dicom s.r.o. Uherské Hradiště [8], která danou službu již pokusně provozuje v Praze a ve Zlíně. Postupně vzniká projekt pod technickou patronací ČVUT Praha a Dicom s.r.o. na pokrytí celého území ČR těmito korekcemi službou RDS v sytému VKV vysílačů. Firma Dicom s.r.o. vyvinula a vyrábí samostatný modul, který přijímá signál VKV stanice, dekóduje DGPS korekce z RDS kanálu a poskytuje je GPS přijímači. Pro příjem korekčního signálu je zapotřebí speciálních přístrojů. Tyto přístroje jsou rozměrově větší než přijímač GPS, jsou také mnohem těžší. Nově zaváděné a distribuované přijímače GPS/DGPS tyto nedostatky snižují. Korekční signál je využíván z pozemních vysílačů. Přesnost se pohybuje mezi 5 až 20m [3].

11

3.2.3

Vysílání korekcí pomocí vlastní paketové rádiové sítě.

Korekce jsou vysílány k přijímačům ve vozidlech z vlastního dispečinku. Ve vozidlových jednotkách dojde k úpravě souřadnic. Korekce je možno získat jak z vlastní referenční stanice tak i s využitím komerčních stanic[3, str.16]. 3.2.4

Oprava souřadnic na dispečinku

Pro relativně malé zájmové oblasti sledování s jednotným přístupem uživatelů (s mnoha uživateli využívajícími stejný dispečink) se nabízí možnost korekce přijatých dat až na centru řízení zásahu. Tato možnost je finančně i technicky nejméně náročná, není ovšem vhodná pro navigaci vozidel, ale jen sledování jejich polohy na dispečinku. S využitím metody DGPS a přesných přijímačů ve vozidlových jednotkách se dosahovaná přesnost určování polohy systému GPS pohybuje statisticky pod hranicí jednoho metru [3, str. 16].

12

4 PROBLEMATIKA PŘENOSU DAT POMOCÍ MGIT 4.1 Globální mobilní systém druhé generace Sítě GSM (Global System Mobile, dále jen GSM)) jsou plně digitální sítě, které standardně pracují v pásmu 900 Mhz. Rozsah je na bázi frekvenčního multiplexu rozdělen na menší části o šířce 200 kHz. Z tohoto množství pak Český telekomunikační úřad v rámci udělení licence poskytne určitý počet přenosových kanálů příslušnému operátorovi. Ten je použije ve své síti. Určitou část těchto kanálů přidělí konkrétní buňce, všem sousedním buňkám přidělí jiné kanály atd. Obdobně je tomu i v pásmu 1800 MHz, které sítě GSM dnes již také využívají. Pro potřeby hlasových přenosů (telefonních hovorů) jsou ale jednotlivé kanály o šířce 200 kHz příliš velké. Proto jsou dále rozděleny, a to na 8 částí, prostřednictvím techniky časového multiplexu (TDMA). Tím vznikají tzv. sloty (časové sloty) - v rámci každého kanálu je jich 8 a každý jednotlivý telefonní hovor "spotřebuje" 1 slot na uplinku (pro komunikaci směrem k základnové stanici) a 1 slot na downlinku (pro komunikaci od základnové stanice). Celková kapacita každé buňky, měřená v počtu současně probíhajících telefonních hovorů, je tedy dána počtem přidělených kanálů * 8 (za předpokladu, že počet přidělených kanálů je dvojnásobný, neboli že stejný počet kanálů je přidělen jak pro uplink tak pro downlink). Sítě GSM umožňují nejen komunikaci uvnitř sebe sama, ale prostřednictvím GSM bran umožňují vstup do pevných telekomunikačních a datových sítí. Standardní GSM sítě nabízí svým uživatelům v současné době tři základní způsoby komunikace mezi účastníky: 4.1.1

Hlasová komunikace

Jedná se o běžný telefonický provoz mezi dvěma nebo více účastníky. Spojení účastníků je navázáno s využitím telefonních čísel. Sítě GSM umožňují i vytváření konferenčních hovorů kdy spolu může komunikovat více účastníků najednou v plně duplexním režimu. 4.1.2

Krátké textové zprávy

Všichni provozovatelé GSM sítí umožňují svým uživatelům přijímat a odesílat textové zprávy (SMS). Všechny mobilní telefony jsou schopny vytvářet a přijímat SMS zprávy.

13

Vyslání SMS zprávy je zpoplatněno, příjem je zdarma. Kapacita jedné zprávy je 160 znaků. Za odeslání SMS zprávy je plně zodpovědný odesílatel. To znamená, že pokud se mu odeslání vytvořené zprávy nepodaří, je jen na něm, zda a kolikrát tento pokus o odeslání provede. Za doručení zprávy přebírá odpovědnost operátor GSM sítě s tím, že odesílatel stanoví požadovanou životnost jím odesílané zprávy. Je-li určitý adresát SMS zprávy nedostupný, pokouší se GSM síť opakovaně tuto zprávu doručit a to až do vypršení životnosti dané SMS zprávy. Nedoručitelné zprávy jsou poté ze systému vyřazeny. 4.1.3

Datová komunikace

Tímto pojmem se označuje mobilní propojení dvou datových terminálů, mezi kterými se vytvoří chybově zabezpečený přenosový kanál s maximální přenosovou kapacitou 9,6 kbps. Mobilní operátor Eurotel garantuje pro své služby 14,4 kbps [9]. Jedná se o analogii modemového spojení mezi dvěma počítači. Tato komunikace je mobilnímu telefonu poskytnuta ve formě samostatného účastnického telefonního čísla. Pro datovou komunikaci musí být koncové GSM zařízení vybaveno rádiovým modemem. Níže jsou popsány nově zaváděné technologie pro datovou komunikaci v sítích GSM, které přinášejí mnohem větší možnosti a přenosovou kapacitu. Rozvoj přináší stálá zlepšení i do oblasti GSM. Původní koncepce využití GSM sítí byla pouze pro hlasové přenosy, později byla přidána možnost odesílání SMS a následně datové přenosy, původně pro účely faxových přenosů. Nynější koncepce sítí GSM (2.5 generace) již počítá s přenosy dat jako s majoritní složkou. Na českém trhu jsou v současnosti k dispozici tři operátoři GSM sítí, kteří poskytují dostatečné pokrytí signálem jak ve městech, tak i v otevřené krajině. Využití služeb těchto operátorů ovšem padá do oblasti služeb jednotlivých operátorů. Sítě mobilních telefonů Eurotel GSM (900/1800 MHz) pokrývají území, na němž žije 99 procent obyvatel České republiky, to znamená více než 10 milionů lidí. Eurotel jako jediný mobilní operátor v České republice poskytuje obě nejvyspělejší technologie pro mobilní datové přenosy, General Packet Radio Service (GPRS) a High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) [9]. V současné době zaváděná technologie GPRS a HSCSD přináší mnohem vyšší přenosové rychlosti.

14

4.2 Technologie HSCSD Princip HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) zachová funkci základního přenosového mechanismu sítí GSM (tedy principu přepojování okruhů, circuit switching), pouze se sdruží a použije více slotů současně. Znamená to však, že příslušný počet slotů i s celou jejich přenosovou kapacitou je trvale přidělen pro vytvořený komunikační kanál, bez ohledu na jejich aktuální využívání. Technologie HSCSD umožňuje přenášet data v mobilní síti rychlostí až 43,2 kbps [12]. Technologie HSCSD umožňuje navázat spojení s běžným modemem i zařízeními standardu ISDN. Při datovém přenosu touto technologií má uživatel pevně vyhrazené okruhy po celou dobu přenosu a není ovlivňován jinými uživateli GSM sítě. Z pohledu operátora mobilní sítě takovéto přenosy znamenají především nutnost vyhradit pro uživatele příslušnou část kapacity sítě (příslušný počet časových slotů) a to po celou dobu existence spojení, které si uživatel vyžádá (a za které také platí). Celkově je tento způsob fungování výhodný a zřejmě i ekonomicky efektivní pro takové aplikace a způsoby využití, které vyžadují vyhrazenou přenosovou kapacitu (jde např. o multimediální přenosy živého obrazu či zvuku). Na druhou stranu pro takové způsoby využití či aplikace, které využívají přenosových schopností nikoli rovnoměrně ale spíše nárazově, je tento způsob fungování nevýhodný. Vede k plýtvání nevyužitými přenosovými kapacitami, za které ale uživatel musí operátorovi sítě zaplatit. Poplatky za službu HSCSD jsou placeny za dobu, po kterou je připojen, bez ohledu na objem dat který během této doby přenese.

4.3 Technologie GPRS Technologie GPRS nabízí alternativu k právě popsanému mechanismu fungování na principu přepojování okruhů HSCSD. Právě frekvenční kanály, rozdělené pomocí časového multiplexu do jednotlivých slotů, jsou kapacitním zdrojem GSM sítí. Při podpoře GPRS přenosů, s nimiž GSM síť hospodaří, přidělí požadovaný počet slotů pro hlasové hovory a pro datové přenosy na principu přepojování okruhů (HSCSD). Teprve ze zbývajících slotů, pokud nějaké zbývají, GSM síť uspokojuje momentální požadavky GPRS přenosů. To má významné praktické důsledky pro samotné GPRS. Kladem je efektivní využívání dostupné přenosové kapacity, což následně vychází příznivě i po ekonomické stránce. Záporem je nezaručený (negarantovaný) způsob fungování. Pokud v daném okamžiku nejsou v dané buňce k dispozici žádné volné sloty, přenosová rychlost GPRS klesá na nulu. 15

Momentální přenosová rychlost GPRS přenosů závisí nejen na kapacitních možnostech (celkovém počtu slotů) dané GSM buňky, ale také na okamžitém počtu hlasových hovorů (datových přenosů) i na souběhu požadavků na GPRS přenosy od všech účastníků nacházejících se právě v dané buňce. Teoretické maximum je využití všech 8 slotů v rámci jednoho frekvenčního kanálu, minimem je nevyužití žádného slotu a tedy nulová přenosová rychlost. Přenosová rychlost se pohybuje v rozsahu 0 až 115 kbps (v rámci každého slotu je možné dosáhnout rychlosti 14,4 kbps) [13]. Služba GPRS založená na této technologii umožňuje efektivní mobilní připojení k IP sítím (Internetu, intranetům) a použití WAPu. Při využití GPRS nebo HSCSD je zapotřebí mobilní telefon nebo jiný terminál umožňující GPRS (HSCSD), síť podporující GPRS(HSCSD) a aktivaci příslušné služby. GPRS umožňuje neustálé on-line spojení bez nutnosti vytáčet před každým datovým přenosem číslo na přístupový server. K Internetu je možné být připojen na neomezenou dobu, účtovány jsou pouze skutečně přenesené data a ne doba připojení, jak je tomu u klasických datových přenosů. GPRS také umožňuje efektivní využití WAPu.

4.4 Světový mobilní systém třetí generace Společnost Eurotel Praha, spol. s r.o. společně se světovým výrobcem telekomunikačních sítí Ericsson spustila počátkem února roku 2003 testovací UMTS (mobilní služby 3. generace) síť v centru Prahy. Přestože tato síť není veřejná, umožňuje testování všech klíčových služeb UMTS. Podporuje videohovory či přístup k internetu rychlostí až 360 kbps [7,14]. Přenosová rychlost je větší než u technologie GPRS a HSCSD. Eurotel je vlastníkem licence na provozování služeb třetí generace, která ho zavazuje spustit komerční provoz na území Prahy nejpozději k 1. lednu roku 2005. Testovací síť je kompletně postavena na technologii Ericsson. Skládá se z miniaturní verze páteřní sítě UMTS, která je umístěna v testovací laboratoři Eurotelu v Praze 5 a ze čtyř vysílačů pro příjem signálu. Tři vysílače jsou umístěny přímo v centru Prahy. K provozu na této síti využívá Eurotel testovací frekvence přidělené Českým telekomunikačním úřadem. V síti jsou zkoušeny první telefony, které umožňují využívat většinu služeb třetí generace, jako je videotelefonie, multimediální hry, vysokorychlostní přístup k internetu apod.

16

4.5 Analogové rádiové sítě Všechna vozidla zásahových jednotek jsou vybavena analogovými radiostanicemi pracujícími na frekvenci 168 MHz. Tyto radiostanice umožňují přenos hlasu, nejsou však schopny velkého datového přenosu. Maximální teoretická rychlost datových přenosů je zde 9,6 kbps. Výhodou tohoto přenosového média je, že je jeho provoz plně zajišťován záchrannými složkami (do doby než dojde k vybavení záchranných složek systémem MATRA/ TETRAPOL) a je tedy využitelný pro kritické aplikace. Nevýhodou je, že tato frekvence je určena pro přenosy hlasu a přenosy statusových kódů (statusové kódy jsou definovány a přiděleny určitým akcím při zásahu a urychlují tak komunikaci) při zásahu a nesmí tedy být blokována dlouhými datovými přenosy. Další nevýhodou při využití těchto sítí pro přenos dat je jejich nízká přenosová rychlost a velké nároky na kvalitu rádiového spojení s ohledem na vznik chyb při analogovém přenosu dat.

4.6 Systém TETRA Systém TETRA je trunkový digitální radiový systém. Jedná se o radiostanici s integrovaným mobilním telefonem. Je tedy možné využívat výhod digitální radiostanice a služeb GSM aniž by se navzájem ovlivňovaly(zahlcení přenosových kanálů). Jako takový je vhodný všude tam, kde je potřeba okamžitá komunikace bez nutnosti zdlouhavě navazovat spojení. Systém TETRA se nasazuje pro nejrůznější centrálně orientované komunikační skupiny, například taxislužbu, stavbaře, je však využitelný i ve státním sektoru, jako je policie, záchranka a hasiči. U tohoto systému je možné využívat služby GSM (GSM druhé a třetí generace) a technologie GPRS popř. HSCSD, umožňuje efektivní mobilní připojení k IP sítím (internetu, intranetům) a použití WAPu. V České republice vybudovala firma Ascom Praha, spol. s r.o. rádiový systém ve standardu TETRA, který svým signálem pokrývá území Prahy. Jedná se o zkušební verzi, použitou technologií je systém DIMETRA společnosti Motorola, která je kompatibilní se standardem TETRA [6]. Systém umožňuje standardní služby GSM jako je skupinové volání. Jako u analogových radiostanic je možné využít statusového hlášení (statusových kódů). Český telekomunikační úřad udělil doposud celkem čtyři licence pro digitální radiokomunikační systém TETRA v naší republice. K několika regionálním analogovým radiokomunikačním sítím a čtveřici mobilních sítí NMT/GSM tak přibude ještě moderní celoevropský standard pro okamžitou komunikaci. 17

TETRA bude sousedit na frekvenci 400 MHz s plánovaným a stále nehotovým státním jednotným záchranným systémem MATRA/ TETRAPOL.

4.7

Systém MATRA / TETRAPOL Systém MATRA/TETRAPOL slouží k informačnímu a komunikačnímu zabezpečení

činnosti složek integrovaného záchranného systému. Systém je budovaný francouzskou firmou Matra/Nortel Telecommunications jako náhrada za stávající analogové radiostanice. Tento systém je označen PEGAS. Systém PEGAS je neveřejným komunikačním systémem který mají v souladu s usnesením vlády č. 246/1993 využívat kromě útvarů ministerstva vnitra a Policie ČR dále subjekty IZS, tj. HZS krajů, zdravotnická záchranná služba, civilní ochrana a Armáda České republiky. Výstavbu, správu a provoz infrastruktury systému PEGAS zabezpečuje ministerstvo vnitra. Systém je budován od roku 1994. Byla realizována páteřní sít' infrastruktury, kdy výstavbou základnových radiostanic a rádiových ústředen je zabezpečeno pokrytí rádiovým signálem pro hlavní město Prahu a všech krajských měst. Ve středočeském kraji již probíhá testovací provoz a v moravskoslezském kraji se testování předpokládá v létě tohoto roku. Systém by měl fungovat tak, že jednotlivá zařízení infrastruktury budou digitálním přenosovým prostředím propojena do celostátního systému.. Nákup koncových zařízení si hradí jednotlivé složky IZS a další zařazené subjekty (Armáda ČR) ze svých rozpočtů. Nejvýznamnějším přínosem PEGASu je kompletní zabezpečení hovorů v rámci sítě. Ty jsou šifrované po celé délce přenosu, od jedné vysílačky k druhé a zejména společná komunikace jednotlivých složek IZS. Díky šifrování nemůže nikdo monitorovat policejní komunikaci, což je u nešifrovaných přenosů běžné. Nemůže tomu zabránit ani používání statusových kódů(není šifrován) pro různé činnosti, neboť kromě onoho kódu musí policisté v otevřené řeči sdělovat další informace o zásahu včetně jeho místa. Prakticky jedinou možnost, jak účinně odposlechnout komunikaci v síti Pegas představuje získání české vysílačky systému TETRAPOL. Vysílačku lze však z centrály PEGAS na dálku vyřadit z provozu s nevratnými následky. Využitím nového softwaru je systém PEGAS schopen datového přenosu krátké textové zprávy(SMS). Další informace o systému PEGAS se nepodařilo zjistit, jedná se o utajované skutečnosti.

18

5 NÁVRH SYSTÉMU GIT A JEJICH APLIKACE V ZÁCHRANNÝCH SLUŽBÁCH 5.1 Propojení prvků MGIT Pomocí zařízení pro bezdrátový přenos je možné přenášet potřebná data na operační středisko a aktualizovaná data přenášet zpět do terénu. Jako prozatím nejschůdnější řešení(pro větší datové přenosy) se jeví využití globálního mobilního systému. Přínosem je nízká pořizovací cena a zejména již vybavenost jednotlivých složek IZS touto technologií. K propojení GPS přijímače a GSM je zapotřebí kabel nebo jiné(bezdrátové) propojení. Nejčastěji využívanou bezdrátovou technologií je Bluetoth a WiFi, které jsou popsány níže. Pro přehledné zpracování dat je možné využít přenosného počítače(notebook, iPAQ apod.). V poslední době dochází k úvahám, zda-li by nebylo vhodné zabudovat GPS právě do mobilních telefonů. Toto opatření by mělo pomoci zejména při dopravních nehodách, lokalizaci osob, při prostém zabloudění apod. Při volání na tísňovou linku by došlo k aktivaci GPS. Využitím zabudované GPS je schopno operační středisko určit polohu volajícího s maximální odchylkou 53 m ( v praxi je odchylka nižší než 10 metrů). Tato skutečnost by byla přínosem pro záchranné jednotky. Možným řešením problému je mobilní telefon Garmin NavTalk II. Svým provedením slučuje vlastnosti GSM telefonů i přístroje GPS. Rozměry a hmotností přesahuje vlastnosti mobilních telefonů, tyto odchylky však nejsou velké. Kromě antény pro příjem GSM signálu je telefon opatřen ještě výsuvnou GPS anténou. Výhodou je rozměrný displej využívaný k práci s WAP a GPS navigátorem. Nové mobilní telefony jsou schopny využívat dalších technických služeb jako jsou MMS a videohovory. Poskytování služeb MMS (Multimedia Messaging Service) již probíhá, služby videohovoru jsou ve stádiu testování. Sestavení videohovoru je prozatím pomalé. 5.1.1

Bezdrátové propojení technologií Bluetoth

Bluetoth byl od samého začátku vyvíjen pro komunikaci mezi kapesními zařízeními na vzdálenost jednotek metrů. Tato vzdálenost postačí k umístění mobilního telefonu v kapse ochranného oděvu, popř. v zásahovém vozidle. Vysílací výkony se pohybují v řádu mW.

19

K dispozici jsou dva možné typy přenosů. První slouží k přenosu hlasu, využívá se rychlost 64 kbps. Druhý je pak určen pro data, pro něž Bluetooth nabízí dva módy. Asynchronní přenos disponuje přenosovou rychlostí uplink 721 kbps a downlink 57,6 kbps, synchronní přenos dosahuje maximální rychlosti 432,6 kbps v obou směrech, tedy od uživatele i k uživateli [10]. 5.1.2

Bezdrátové propojení technologií WiFi

WiFi byla navržena jako alternativa lokálních počítačových sítí do míst, kde je složité, popřípadě nežádoucí pokládání kabelových rozvodů. Do vzdálenosti 300 metrů na volném prostranství nabízí WiFi maximální přenosovou rychlost 11 Mbps, přičemž s použitím speciálních antén může být dosah prodloužen přibližně až na dva kilometry. To je užitečné ve chvíli, kdy je třeba propojit počítačovou síť ve dvou nedaleko od sebe umístěných budovách, zajistit vysoce rychlostní komunikaci mezi zásahovým vozidlem a osobním informačním systémem v terénu a nebo

pro přenos dat do zásahového vozidla

vyjíždějící na místo mimořádné události.

5.2 Využití dílčích aplikací mobilních GIT 5.2.1

Systém automatické lokalizace vozidel

Základní funkcí popisovaného systému je možnost sledování polohy vozidla na monitorovacím zařízení umístěném na operačním dispečinku. Pomocí zobrazovacího zařízení, nejčastěji notebooku, je možné zajistit sledování polohy přímo ve vozidle. Systém GPS/GSM umožňuje úplnou oboustrannou komunikaci mezi dispečerem a vozidlem, pokud je možný přenos dat pomocí GSM sítí. Z vozidla mohou být přenášeny informace nejen o poloze, ale také o stavu vozidla. Tento přenos je zajištěn v přednastaveném časovém sledu. Informace o vozidlech jsou předávány prostřednictvím GSM sítí. K přenosu dat se testuje i radiostanice systému PEGAS. Vzhledem k utajovaným skutečnostem se však nepodařilo zjistit další potřebné informace.

20

Vybavení vozidla Vozidla jsou vybavena mobilní jednotkou, která umožňuje prostřednictvím připojeného přijímače GPS zjistit polohu a komunikačním zařízením, které zajišťuje spojení s příslušným operačním střediskem. Přesnost a dostupnost informace o poloze vozidel je závislá na druhu a typu přijímače GPS a komunikačních zařízení. Vzhledem k vybavení zásahových vozidel mobilní technologií GSM, se bude jednat o mobilní telefon umístěný v hand-free sadě. Datová komunikace pomocí GSM je však relativně nákladná. Částečné snížení těchto nákladů je možné využitím GPRS. Další eliminace nákladu je možná pomocí vyrovnávací paměti v mobilní jednotce nebo úplně eliminovat pomocí tzv. černé skříňky. Černá skříňka je zásobník pro určité množství (v závislosti na instalované celkové kapacitě paměti) polohových, časových a dalších informací, které se periodicky ukládají do paměti. Uchování této informace není závislé na napájení mobilní jednotky ve vozidle. Jednotka uloží např. po uplynutí nastaveného času v sekundách záznam o poloze do černé skříňky. Obsah černé skříňky je možné přenést do operačního střediska tak, že se k mobilní jednotce připojí kabelem (přenosný) počítač, data se do něj přenesou speciálním programem a poté se černá skříňka vymaže. Takto vytvořený datový soubor umí operační středisko (OPIS) importovat do samostatné databáze a s těmito daty pracovat. Vyrovnávací paměť funguje obdobně, tedy zaznamenává průběžně údaje. Rozdíl spočívá v tom, že je schopna po určité nadefinované době nebo na žádost operačního střediska vyslat bezdrátově zaznamenaná data ke zpracování a sama se vymaže. Sníží se tedy četnost zasílání zpráv (a náklady), ale počet časových snímků zůstane zachován. Operační středisko - OPIS OPIS musí obsahovat komunikační zařízení, které mu umožní spojení se všemi vozidly. Toto zařízení je pak připojeno k počítači, na něm je spuštěna serverová část systému, která se zařízením komunikuje prostřednictvím sériového rozhraní. Server ukládá veškeré přicházející informace do databází. Při větším počtu vozidel je možné využít více komunikačních serverů. Každý server pak obsluhuje své vlastní komunikační rozhraní. Servery mohou být různého druhu (jak podle protokolu, tak i podle typu komunikačních prostředků). Vozidla je možné rozdělit do skupin - vrstev, každá vrstva může mít svou vlastní strukturu databáze. V jedné vrstvě mohou být buď pohyblivé, nebo nepohyblivé objekty.

21

Vozidla jsou zpravidla zobrazována jako vektorová značka pohybující se na mapě v mapovém okně. Tomuto bodu může být přiřazena datová informace (volací znak radiostanice vozidla, označení vozidla, počet hasičů apod.). Za značkou vozidla může být vykreslena stopa o nastavitelné délce, definované počtem předcházejících poloh. Tato stopa je využitelná pro další vozidla vyjíždějící k místu mimořádné události. V každém okně je možné například definovat jedno vozidlo, které nesmí zmizet z mapy. Pokud toto vozidlo dosáhne okraje zobrazení, dojde k automatickému posunu mapy. Každé vozidlo (objekt) lze přiřadit k určitému typu. Každý typ objektů může mít nadefinován velký počet provozních stavů. Součástí nastavení stavu pro určitý typ objektu mohou být také texty s informací vybranou z připojené databáze nebo přicházející z objektu, které se zobrazují u příslušné vektorové značky. Stav každého vozidla se dále může zobrazovat na liště s objekty, kde je zřetelně vidět změna stavu některého objektu. 5.2.2

Letecká záchranná služba Letecká záchranná služba je v České republice na velmi vysoké úrovni. Využívá se pro

rychlou dopravu zraněných na větší vzdálenosti, akutní případy ohrožení života a pro záchranu osob z terénu, kde je nemožné dojet vozem záchranné služby nebo kde je tento dojezd velmi obtížný. Pro záchranu se využívají vrtulníky zahraniční výroby, avšak jen některé jsou vybaveny GPS přijímačem. Ke komunikaci s pozemními složkami se využívají dosud analogové radiostanice.

Po rozhovoru s příslušníky HZS kraje je zřejmé, že nejobtížnější je navádění

vrtulníku na místo mimořádné události. Přistání se komplikuje zejména tehdy, pokud není možné najít vhodnou přistávací plochu u mimořádné události z důvodu zalesnění, nevhodného sklonu terénu apod. Využitím GPS je možné příslušníkem HZS označit místo mimořádné události popř. plochy pro přistání s velkou přesností. Pro přenos příslušných souřadnic je možné využít radiostanice, popř. je možné využít přenosu dat pomocí GPS/GSM na operační středisko a to pak vyrozumí pilota. Pilot vrtulníku se pomocí přístroje GPS navede přímo na dané souřadnice. Odpadá tak vyhledávání místa pro přistání v místě zásahu a nehrozí tak nebezpečí z prodlení. Je třeba zdůraznit, že příslušníci zásahových jednotek musí být proškoleni o požadavcích na přistávací plochy vrtulníků. Za samotné přistání v terénu je však zodpovědný pilot vrtulníku.

22

Obdobný postup je možný i v případě navádění vrtulníků armády České republiky. Zde je však nutná komunikace s velitelstvím armády ČR. Tyto vrtulníky se využívají k záchraně při mimořádných událostech velkého rozsahu, jedná se zejména o povodně. 5.2.3

Preventivní letecké hlídky V období sucha, zejména v letních měsících, se provádí preventivní lety k tomu najatých

právnických nebo fyzicky podnikajících osob. Tyto lety jsou zaměřené na včasné zjištění lesních požárů. V případě vzniklého požáru předávají informace analogovou radiostanicí a to pouze orientačně. Při využití GPS přijímače je udána přesná poloha ohnisek požáru. Operační středisko HZS může tyto informace vyhodnotit a vyslat na místo mimořádné události potřebné množství sil a prostředků. Podobným způsobem je možné zaměřit ohnisko požáru ze země. Přenosem těchto dat na letadla, popř. vrtulníky určené k hašení požáru je možné zajistit hašení rizikových ohnisek požáru. Tento princip se užívá při hašení lesních požárů v Americe a Austrálii. 5.2.4

Sledování a řízení osob v terénu Sledování osob v terénu svou podstatou vychází z aplikace pro automatické sledování a

navigaci vozidel. Rozdíl je v miniaturizaci technických zařízení, zde se předpokládá využití malých přenosných počítačů. Průzkumná jednotka, velitel družstva popř. další členové záchranných služeb jsou vybaveni přijímačem GPS a zařízením pro bezdrátový přenos. Tímto systémem je možné v pravidelných časových okamžicích vysílat souřadnice o své poloze na počítač velitele zásahu popř. na operační středisko. Přiřazením databází je možné okamžitě zjistit síly a prostředky zasahujících hasičů. Velitel zásahu tak má jasný přehled o poloze členů zásahového týmu a poloze zásahové techniky a může tak snadno koordinovat jejich další činnost. 5.2.5

Systém distribuce dat o objektech a toxických látkách

Systém distribuce dat o objektech by měl být schopen poskytovat textové a obrazové informace o zasažených objektech. Tyto požadavky v současné době obsahuje dokumentace zdolávání požáru. Převedením do digitální formy a kombinací s mapovými podklady se dosáhne většího přehledu v okolí mimořádné události.

23

Tato dokumentace může být doplněna o podklady týkající se inženýrských sítí, popř. požárně bezpečnostním řešením stavby. Tedy dokumenty jenž velitel zásahu nemá nebo je jejich získávání zdlouhavé a obtížné. Požadavky na technické a komunikační vybavení jsou zde vzhledem k textové povaze dat nižší než u systému pro zobrazení mapových podkladů. Grafická část je zaznačena jednoduchými obrázky bez větších nároku na paměť. Naopak jsou zde kladeny vyšší nároky na aktuálnost a obsah databází, zvláště pak na informace o výskytu toxických nebo výbušných látek v objektech a jejich blízkosti. Hardwarovým řešením může být stejně jako v případě zobrazení mapových podkladů přenosný počítač vybavený komunikačními prostředky pro aktualizaci databází v terénu. 5.2.6

Systém distribuce dat o ohrožených osobách

Účelem systému je poskytnout údaje o pravděpodobném počtu ohrožených osob v objektu nebo zájmovém území určeném například vnějším havarijním plánem. Data do tohoto systému jsou čerpána z aktuálních databází registru obyvatelstva. Tyto databáze spravuje příslušné krajské město. Vzhledem k tomu, že se jedná o citlivá osobní data, musí být zajištěna maximální ochrana informací. Do těchto databází má v současné době přístup pouze krajské operační středisko. Na výzvu velitele zásahu je povinno operační středisko poskytnout tyto informace jen tehdy, pokud by hrozilo nebezpečí z prodlení. 5.2.7

Distribuce dat o hydrantové síti

Hydrantová síť je zejména ve větších městech velmi rozsáhlá. Zchátralý stav vodovodních potrubí znemožňuje nebo snižuje funkčnost tohoto zařízení. Jedná se především o nedostatečný průtok, nízký výstupní tlak. Za správnou funkci zodpovídá majitel vodovodního řádu, na jejichž katastru se hydrantová síť nachází, pokud toto není smluvně řešeno jinak. Majitel má povinnost jednou ročně provést kontrolu hydrantů a o kontrole provést zápis. Takovýto zápis však velitel zásahu nemá, hydranty jsou zaznačeny v dokumentaci zdolávání požáru, ale udávají se pouze ideální hodnoty. Často se stává, že hydrant se nepodaří naleznout a nebo není funkční popř. nesplňuje příslušné požadavky. Využitím GPS a malého přenosného počítače je možné stanovit polohu hydrantu s maximální možnou chybou 53m (v praxi je tato chyba menší než 10 m). Danému hydrantu je přiřazen bod.

24

Tento bod může být opatřen databází s příslušným průtokem, výstupním tlakem a dalšími údaji (situační fotografie hydrantu v zástavbě). Aktualizace těchto údajů je provedena při pravidelných ročních prohlídkách.

5.3 Návrh uceleného informačního systému Z hlediska vybavení záchranných služeb mobilními GIT je systém navržen jako dvoustupňový. První stupeň je operační středisko. V případě vzniku krizové situace se předpokládá, že postup jednotlivých složek bude koordinován z jednoho místa (mobilní základny). Ta tvoří druhý stupeň systému. Strukturu informačního systému vyjadřuje obr. 3. 5.3.1

První stupeň

Úkolem operačního střediska je shromažďovat, analyzovat, upravovat a na požádání poskytovat široké spektrum informací. Musí být vybaveno dostupnou formou komunikačních technologií pro možnost navázání hlasového a datového spojení s nižšími stupni systému. Pro neměnnou polohu není třeba využívat globální polohový systém.

Obr. 3: Struktura informačního systému Důležitým vybavením operačního střediska je technologie založena na produktu ArcIMS. Tento mapový server je moderním prostředkem pro publikaci prostorových dat v prostředí počítačové sítě. Příkladem pracoviště vhodného pro první stupeň systému je Ostravské Centrum tísňového volání.

25

5.3.2

Druhý stupeň

Optimálním vybavením velitele zásahu je využití malého přenosného počítače (notebook, iPAQ, Handheld apod. Počítače je potřeba vybavit komunikačními schopnostmi, tedy síťovou kartou a GSM modemem. Toto vybavení je možné využít i při jízdě vozidla na místo mimořádné události. Při zdolávání mimořádné událostí většího rozsahu je nutná činnost štábu. Z důvodu větší přehlednosti a potřeby získávání většího počtu dat je vhodnější využití notebooků. Z důvodů možné změny polohy mobilní základny je nutné využití globálního polohového systému. Při zvláště obtížných situacích je možné využít osobního informačního systému. Osobním informačním systémem je vhodné vybavit velitele na nižších úrovních řízení, popř. členy průzkumných jednotek. Z ergonomického hlediska je dán požadavek na nízké rozměry a hmotnost využívaného zařízení. Předpokladem je využití přenosných počítačů (iPAQ apod.), GPS a GSM. Vybavení jednotlivých stupňů informačního systému prvky MGIT je znázorněno na obr. 4.

Obr. 4: Řešení a vybavení informačního systému prvky MGIT.

26

6 PRAKTICKÉ OVĚŘENÍ DÍLČÍCH APLIKACÍ 6.1 Sledování polohy vozidla Využitím prvků MGIT byl proveden praktický pokus na vozidle Dennis Rapier pobočné stanice Ostrava – Martinov. Pro zobrazení potřebných dat z GPS byl využit notebook a iPAQ. Měření č. 2 bylo provedeno na vozidle Škoda 105 soukromého majitele ing. J. Stankoviče, který se na experimentu podílel. Záznam jízdy vozidla a umístění dvou hydrantů je patrný z obr. 5.

Obr. 5: Záznam jízdy vozidla z notebooku a stanovení polohy nadzemních hydrantů 6.1.1

Měření č. 1 na vozidle Denis Rapier

Instalace antén GPS přijímačů na střechu bylo provedeno před zahájením jízdy. Antény jsou provedeny s nekluznou magnetickou podložkou a byly umístěny vedle sebe na pravé straně střechy. Plastová střecha není zřejmě pro tuto podložku vhodná, v jednom případě došlo k odlepení antény. Kabel z antén byl sveden do přijímačů GPS. Po výjezdu z pobočné stanice se provedlo zapnutí iPAQu a notebooku.

27

Spuštění programu pro sledování vozidla trvala několik desítek vteřin. Vhodnější je mít program spuštěný neustále a to i v době stání vozidla v garáži. Velké problémy za jízdy také činila komunikace s dotykovým LCD displejem pomocí tužky. Vlivem otřesů vozidla a malými zobrazovacími ikonkami došlo několikrát k zadání chybného příkazu a tím došlo ke zdržení při spouštění programu. Manipulací se zařízením ve vozidle došlo v jednom případě k výpadku GPS přijímače ze slotu notebooku, je nutné zařízení ergonomicky pevně umístit(po dobu jízdy). Po spuštění byl další průběh jízdy poklidný (viz. obr. bod 1). Pouze na notebooku nebyl vypnut úsporný režim a vždy po pěti minutách došlo k vypnutí obrazovky a přechodu do úsporného režimu.. Zobrazení pak bylo doprovázeno obrovskou chybou v zaznamenání bodu (viz obr. bod 2). Při dalším přepočtu se zobrazování jízdy vrátilo zpět do normálního stavu. Jízda byla zaměřena na průjezd volnou krajinou, zástavbou rodinných domků a sídlištní zástavbou.. Jak je patrné z obr. odchylka při stanovení polohy v sídlištní zástavbě dosahovala max. 2 m. K rozeznání je směr jízdy v obou pruzích i vytáčení vozidla v pravé části obr. . Při zobrazování jízdy je možno volit i další potřebné údaje. Jedná se především o rychlost vozidla, azimut, mapové souřadnice, aktuální viditelnost družic apod.. 6.1.2

Měření č. 2 na vozidle Škoda 105

Po dojezdu vozidla na pobočnou stanici byla část zaznamenané cesty znovu projeta osobním automobilem. Antény byly opět umístěny vedle sebe na střeše vozidla. Na obr. je průjezd zaznamenán žlutou barvou. Jízda byla pojata takovým způsobem, že spolujezdec naváděl řidiče pouze pomocí již zobrazené stopy předchozí jízdy hasičského vozidla. Spolujezdec se při navádění téměř nedíval ven z oken. Nesprávné otočení bylo zaznamenáno pouze v jednom případě.

6.2 Mapování hydrantové sítě Dalším využitím aplikací mobilních GIT je mapování hydrantové sítě. Pro stanovení přesné polohy dvou nadzemního hydrantů byl využit přenosný počítač iPAQ s GPS. Zaznamenání polohy v iPAQu trvalo několik minut, jen proto, že iPAQ byl využíván pro sledování polohy vozidla. Samotné vyznačení do mapy trvalo několik sekund. Bodu je možné přiřadit databázi s technickými údaji.

28

6.3 Přenos dat pomocí bezdrátového přenosu Pro získávání aktuálních mapových podkladů popř. specializovaných tématických map, které mohou být vytvořeny na operačním středisku speciálně pro potřeby daného zásahu v terénu je vhodné využití bezdrátových sítí. Proces získávání dat může být realizován s využitím softwaru pro komunikaci s mapovými servery( ESRI ArcIMS). Propojením mobilního telefonu se serverem http://gisova.mmo.cz se podařilo přenést do notebooku mapový podklad Ostravy-Poruby (viz. obr. ). Tento mapový podklad byl doplněnou o technickou mapu a posléze změněn na letecký snímek. Celý přenos trval 13 sekund. Poté se přenesl stejným způsobem mapový podklad do iPAQu. Z důvodu nedostatku času nebyl experiment proveden při jízdě, ale v době před výjezdem vozidla z garáží. Mapový podklad se v notebooku využíval po celou dobu experimentu sledování vozidla. Mapový podklad v iPAQu byl změněn pouze na technickou mapu, letecký snímek nebyl na malé obrazovce přehledný. Při experimentu byl využit přenosný počítač (notebook a iPAQ). Mobilní telefon T68i(s technologií GPRS) byl umístěn v kapse. Propojení počítače a mobilního telefonu bylo zajištěno bezdrátovou technologií Bluetoth. K prohlížení mapových podkladů bylo využito prohlížeče ESRI ArcPad.

29

7 ZÁVĚR Cílem této práce bylo zpracovat přehled používaných mobilních geoinformačních technologií v České republice a zahraničí a navrhnout možné aplikace těchto technologií v oblasti záchranných služeb. Smyslem práce je navrhnout využití moderních technologií tak, aby byly nápomocny při záchraně životů a majetku ohrožených osob. První část práce (kapitola 2) uvádí přehled současného stavu využití mobilních geoinformačních technologií v České republice a zahraničí. V zahraničí jsou mobilní GIT využívány častěji. K využití jsou nuceni okolnostmi, zejména obrovskými lesními požáry a hustě zalidněnými městy. Využití mobilních GIT v České republice je mimo komunikačních technologií velmi špatné. V současné době neexistuje koncepce využití mobilních GIT v záchranných službách. Další část práce (kapitola 3) obsahuje seznámení s dosud nepříliš známou technologií GPS, která je součástí mobilních GIT. Zrušením záměrné nepřesnosti v roce 2000 se podstatnou měrou zvýšila přesnost při stanovení polohy. Požadavek na přesnost užitím globálních polohových systémů je postačující, není proto třeba budovat síť

stanic DGPS z tohoto důvodu. Při

viditelnosti 3 družic je schopen přijímač GPS stanovit svoji polohu, poklesne-li však počet viditelných družic na méně než tři, není tohoto schopen i přes zachycení signálu z pozemní stanice. Kapitola 4 je věnována komunikačním technologiím a možností přenášet data. Vzhledem k současnému problematickému zavádění digitálního systému MATRA/TETRAPOL je nejvhodnější využití GSM. Komunikační technologie je na velmi dobré úrovni, touto technologií jsou vybaveny složky záchranných služeb a pokrytí republiky signálem je téměř stoprocentní. Vyžitím služeb GPRS, HSCSD nebo nově zaváděných EDGE a technologie UMTS se mnohonásobně zvýší kapacita pro přenos a rychlost dat.

30

Kapitola 5 popisuje návrh možných systémů využití mobilních GIT a jejich aplikace v záchranných službách. Využitím aplikací mobilních GIT je možné dosáhnout účinné podpory při zdolávání mimořádných událostí i při plnění preventivních činností. Část kapitoly je věnována návrhu uceleného systému využití mobilních GIT v záchranných službách. Systém je dvoustupňový a vychází z modelu HZS, neboť při zdolávání většiny mimořádných událostí je tato složka nasazována. Při větších mimořádných událostech je možné využít tzv. osobní informační systém. Poslední částí práce bylo praktické ověření některých aplikací. Experiment byl proveden na voze Dennis Rapier HZS Ostrava, pobočná stanice Martinov. V množství aplikací jsem byl omezen dostupným technickým vybavením a to zejména při přenosu dat na operační středisko a zpět. Bylo proto ověřeno pouze sledování vozidla na zobrazovacím zařízení, navigační jízda dle této trasy, mapování hydrantové sítě a přenos mapových podkladů z mapového serveru magistrátu města Ostravy do přenosného počítače. Při měřeních byly využity dva přijímače GPS, notebook a iPAQ s dotykovým LCD displejem a mobilní telefon Siemens T68i. Mapovými podklady byl letecký snímek OstravyPoruby a technická mapa stejné čtvrti. Propojením přenosného počítače s GPS přijímačem stoupá nárok na baterie, proto je nutné automatické dobíjení během stání v garáži a také během jízdy. Závěrem lze říci, že byla potvrzena zvýšená přesnost GPS přijímače než tomu bylo před rokem 2000, možnost rychlého přenosu dat zejména mapových podkladů a především funkčnost mobilních GIT v záchranných službách. Možným limitujícím faktorem, který brání dalšímu rozšíření mobilních GIT je fyzická odolnost vůči negativním vlivům vyplývajících ze specifického použití v terénu. Neméně podstatným faktorem je i cena těchto zařízení.

31

Seznam použitých podkladů [1]:

Oujezdský,

M.:

Echo

-

program

pro

sledování

pohyblivých

objektů

http://gis.vsb.cz/Publikace/Sborniky/GIS_Ova/gis_ova_1998/Sbornik/Oujezdsky/oujezdsky.html [2]: Rapant, P.: Družicové navigační a polohové systémy VŠB-TU Ostrava, 2002. Str.52 [3]: Voženílek, V.: Integrace GPS/GIS v geomorfologickém výzkumu Olomouc, 2001. Str.60 - 61 [4]: Computing and Communications in the Extreme 1996 Computing and Communications in the Extreme - Research for Crisis Management and Other Applications. Workshop Series on High Performance Computing and Communications National Academy Press, Washington DC. WWW dokument, http://stills.nap.edu/html/extreme/ [5]: Eurotel a Krizové řízení Ostrava 2. Dubna 2003, propagační materiály [6]: http://www.ascom.cz [cit 18.3.2003] [7]: http://www.cellular.co.za/umts.htm [16.3. 2003] [8]: http://www.dicom.cz [cit 10.2. 2003] [9]: http://www.eurotel.cz [cit 10.2. 2003] [10]: http://www.electronics.howstuffworks.com [cit 16.3. 2003] [11]: http://www.fons.cz [cit 23.1. 2003] [12]: http://www.gsmworld.com/technology/hscsd/index.shtml [cit 15.3. 2003] [13]: http://www.gsmworld.com/technology/gprs/intro.shtml.htm [15.3. 2003] [14]: http://www. gsmworld.com/technology/3g/intro.shtml [15.3. 2003] [15]: http.//www.mercat.com [cit 18.3.2003] [16]: http://www.tetrapol.com [cit 15.4.2003] [17]: http://www.3g-generation.com/gprs_and_edge.html [cit 15.3.2003]

32