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

Transkript

1 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

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

3 Anotace Paláček, P.: Využití mobilních geoinformačních technologií v záchranných službách VŠB-TU Ostrava, Fakulta bezpečnostního inženýrství, 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, 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.

4 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 Aerial monitoring and measurement of forest fires Merino, Luis; Gomez-Rodriguez, Francisco; Arrue, Begona C.; Ollero, Anibal Escuela Superior de Ingenieros, Seville, Spain Proceedings of SPIE The International Society for Optical Engineering v P , 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: 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, Využití mobilních geoinformačních technologií v záchranných službách Stankovič, J.; VŠB-TU Ostrava, Institut ekonomiky a systémů řízení, stran, 2 přílohy.

5 OBSAH 1 ÚVOD ANALÝZA DOSAVADNÍHO VYUŽITÍ MGIT V ZÁCHRANNÝCH SLUŽBÁCH VYUŽITÍ MOBILNÍCH GIT V ČESKÉ REPUBLICE Analogové a digitální radiostanice Globální mobilní systém Globální polohový systém VYUŽITÍ MOBILNÍCH GIT V ZAHRANIČÍ GLOBÁLNÍ POLOHOVÝ SYSTÉM GPS NAVSTAR Historie GPS Struktura systému Stanovení polohy Chyba měření DIFERENCIÁLNÍ GPS Vysílání dlouhovlnného komerčního vysílače Vysílání lokálního komerčního VKV vysílače Vysílání korekcí pomocí vlastní paketové rádiové sítě Oprava souřadnic na dispečinku PROBLEMATIKA PŘENOSU DAT POMOCÍ MGIT GLOBÁLNÍ MOBILNÍ SYSTÉM DRUHÉ GENERACE Hlasová komunikace Krátké textové zprávy Datová komunikace TECHNOLOGIE HSCSD TECHNOLOGIE GPRS SVĚTOVÝ MOBILNÍ SYSTÉM TŘETÍ GENERACE ANALOGOVÉ RÁDIOVÉ SÍTĚ SYSTÉM TETRA SYSTÉM MATRA / TETRAPOL NÁVRH SYSTÉMU GIT A JEJICH APLIKACE V ZÁCHRANNÝCH SLUŽBÁCH PROPOJENÍ PRVKŮ MGIT Bezdrátové propojení technologií Bluetoth Bezdrátové propojení technologií WiFi VYUŽITÍ DÍLČÍCH APLIKACÍ MOBILNÍCH GIT Systém automatické lokalizace vozidel Letecká záchranná služba Preventivní letecké hlídky Sledování a řízení osob v terénu Systém distribuce dat o objektech a toxických látkách Systém distribuce dat o ohrožených osobách Distribuce dat o hydrantové síti

6 5.3 NÁVRH UCELENÉHO INFORMAČNÍHO SYSTÉMU První stupeň Druhý stupeň PRAKTICKÉ OVĚŘENÍ DÍLČÍCH APLIKACÍ SLEDOVÁNÍ POLOHY VOZIDLA Měření č. 1 na vozidle Denis Rapier Měření č. 2 na vozidle Škoda MAPOVÁNÍ HYDRANTOVÉ SÍTĚ PŘENOS DAT POMOCÍ BEZDRÁTOVÉHO PŘENOSU ZÁVĚR

7 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

8 2 ANALÝZA DOSAVADNÍHO VYUŽITÍ MGIT V ZÁCHRANNÝCH SLUŽBÁCH 2.1 Využití mobilních GIT v České republice 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 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 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 základnových radiostanic. Při výpadku je možná náhrada mobilní radiostanicí. [5] Globální polohový systém Využití Globálního polohového systému (GPS) je v zásahových složkách velmi slabé. Zasláním ové 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

9 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

10 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 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

11 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 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

12 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 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

13 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 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 ( ,5 s). Perioda obsahuje 235, 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

14 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

15 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: 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] 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

16 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] 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

17 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: 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 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

18 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 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

19 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

20 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 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