Navigace a lokalizace aneb pomoc je na cestě

Určení momentálního místa výskytu osoby nebo objektu už dávno není pouze záležitostí zpravodajských služeb nebo pohotovostních složek. Automobilisté čas od času potřebují poradit, kudy dál, občas potřebují pomoc, rodiče rádi vědí, kde se nacházejí jejich ratolesti.

Minule – v článku Wi-Fi a služby lokalizace nejen ve zdravotnictví - jsme se zastavili u specifického využití lokalizačních technik, a to pro potřeby ve zdravotnictví, kdy především ve zdravotnických zařízeních personál potřebuje mít nejen přehled o svém inventáři (od vozíků po miliónové přístroje), ale také o tom, kde se právě daný objekt nachází a zda je k dispozici. Požadavky a použitelnost lokalizačních technologií v tomto případě - ideálně prostřednictvím kombinace populárních Wi-Fi sítí pokrývajících značnou část nemocnic a třeba RFID (Radio Frequency IDentification) pro identifikaci jednotlivých kusů inventáře, většinou mobilních nebo přenosných – nemusí být na první pohled přenositelné do jiných prostředí a aplikací, minimálně ale slouží jako námět k dalšímu využití.

Globální trh se satelitní navigací se odhaduje na osm miliard euro. Lokalizace a s ní související služby šité na míru právě místu výskytu uživatele jdou mnohem dále a představují velice zajímavý trh s bezdrátovými službami. A kdyby se nám zdálo, že některé z těchto služeb nás budou spíše obtěžovat, spolehlivá lokalizace a rychlá pomoc v případě nehody nebo v méně přístupném terénu daleko od civilizace je pak k nezaplacení pro každého.

Rozmanité běžící aplikace

V Japonsku, kde má mobil snad vše, co se hýbe, jsou v současnosti populární speciální telefony pro děti (od NTT DoCoMo), které mají zabudované GPS (Global Positioning System). Díky tomu je mohou rodiče snadno lokalizovat. Mobil jde však v ochraně dětí ještě dál: pokud se dítě octne v nebezpečí, stiskem tlačítka spustí velmi hlučný výstražný signál, a pokud se někdo pokusí dítěti telefon sebrat a vyjmout baterii, upozornění se rovnou vysílá rodičům.

Další specifickou oblastí, kde se lokalizace již ve značném měřítku uplatňuje, je sledování přepravy nákladů typicky nákladních vozidel. Sledování vozidel nejrůznějšími prostředky slouží nejen k monitorování cesty nákladu, ale také na obranu proti krádežím, zneužívání vozidel, sledování výkonnosti řidičů apod. S tím už ale úzce souvisí záležitosti ochrany soukromí. Pro zaměstnavatele je ovšem technické řešení monitorování pohybu vozového parku ekonomicky velice příznivé.

Rizika však v případě dopravy nenesou pouze přepravní společnosti, ale také pojišťovny, a to i v případě řidičů soukromých vozidel. I zde se může sledování pohybu vozidel prostřednictvím GPS pojišťovací politice hodit: např. v Británii existuje možnost levného havarijního pojištění (DriveTime) pro mladé (a tedy očekávaně nezkušené) řidiče mezi 18 a 25 lety věku. Podmínkou získání zlevněného pojistného ale je, že se pojištěnec zdrží jízd v nočních a ranních hodinách (mezi 23.00 až 6.00 ráno), kdy dochází k častým nehodám se značnými následky. Díky GPS přijímači instalovanému ve voze pojištěnce má pojišťovna přehled o jízdách a v případě nedodržení podmínky ohledně nočních jízd pojištěnce příslušně penalizuje. Přítomnost GPS tedy rozhodně ovlivňuje chování řidiče.

Ultraširokopásmové UWB pro přesnou lokalizaci

O technologii ultraširokopásmového vysílání UWB (UltraWideBand) jsme již na těchto stránkách hovořili (např. v článku HD video a IPTV doma bezdrátově). Zmínili jsme se, že UWB je použitelné nejen pro rychlou komunikaci, ale pro radarové a zobrazovací systémy. Jednou z moderních možností této mnohostranné technologie je ale i velice přesná lokalizace. Na Univerzitě v Massachusetts oznámili vylepšení UWB umožňující lokalizovat vysílače s přesností na několik centimetrů a přitom současně komunikovat.

Přínosem a základem této novinky je, že místo vyslání nanosekundového referenčního pulzu před vlastním datovým signálem (pro časové razítko naznačující, kdy se ve spektru mají hledat bity nesoucí informaci) se oba pulzy efektivně smíchají a znásobí kosinovou funkcí. Na straně přijímače se nachází další mixer s jedním vstupem z antény a druhým z generátoru sinusových vln.

Tato novinka se hodí pro všechny případy, kdy je především třeba přesná lokalizace a nároky na rychlost komunikace a objem přenášených dat není velký (např. pro pacienty v nemocnicích, u nichž se sledují určité životní funkce jako dýchání nebo tep).

GPS do mobilů

V článku Wi-Fi a služby lokalizace nejen ve zdravotnictví jsme již naznačili, že sice popularita podpory GPS v mobilních telefonech roste, ale její integrace se týká spíše dražších mobilů a dosud se zdaleka nejedná o masovou záležitost. Jednou z možností usnadnění implementace GPS v mobilech je softwarové řešení, jehož výkonnost se v posledních dvou letech výrazně zvýšila. Přesto hardwarové řešení bude nejméně do konce dekády v mobilech dominovat (podle zprávy IMS Research „Worldwide market for GPS in Cellular – 2006 Edition”). Cena hardwarového řešení totiž postupně klesá, jeho citlivost, výkonnost i implementace je dobrá. Softwarové řešení má ještě vylepšit cenovou stránku věci, ale také lépe splní nároky na design – především velikost - mobilu.

Softwarová implementace GPS má ale i své nedostatky. Zpracování signálu vyžaduje takovou zátěž procesoru, která je pro procesory v současných telefonech prakticky nemožné. Výrobci koncových zařízení ovšem nejsou příliš ochotni přidávat cokoli do základního procesoru, protože to prodlužuje vývojový cyklus a může také způsobovat rušení základní hlasové komunikace. Novější mobily ovšem používají procesor vyhrazený pro aplikace, který nemusí řešit záležitosti vlastní komunikace (protokoly mobilní komunikace), a zde bude prostor pro přidání softwarového GPS. Z těchto důvodů lze v souvislosti s postupně rostoucím zájmem o GPS na různých koncových zařízeních očekávat nástup softwarového GPS v mobilech teprve tak za tři roky.

Aplikace lokalizace v kombinaci s komunikací

Evropský projekt LIAISON (Location based services for the enhancement of working environment) představuje jednu z hlavních současných rozsáhlých iniciativ vývoje a implementace nové generace lokalizačních služeb (LBS, Location-Based Services) pro profesionály (z evropských fondů výzkumu a vývoje vyčerpá tento projekt podporu ve výši 11 miliónů eur). Mezi cílovými skupinami profesionálů, kteří také výsledky projektů otestují, najdeme britské policisty, italské hasiče nebo řecké taxikáře.

Na několikaletém projektu zahájeném v roce 2004 se podílí na třicet partnerů z deseti zemí pod vedením Alcatel Space. Teď v listopadu začíná testovací fáze výsledků projektu, které by se mohly dostat na trh dokonce dříve, než projekt skončí na jaře 2008. První testování zahrnuje služby LBS na podporu zaměstnanců v terénu francouzské televize TDF a také sběr dat pro společnost zodpovědnou v Římě za management odpadů. V druhé vlně testování naplánované na jaro příštího roku využijí těchto služeb údržbáři španělské energetické distribuční společnosti Endesa a taxi služba v Řecku pro automatizovaný dispečink. Počátkem roku 2008 přijdou na řadu dva nejdůležitější testy mezi policisty a hasiči.

Vyvinutá technologie kombinace E-GPS (Enhanced GPS) a A-GPS (Assisted-GPS) zlepšuje rychlost, přesnost a spolehlivost oproti klasickému GPS, včetně úspory energie, proto se velice hodí pro služby určené k záchraně životů, nesnášející prodlevu a současně nabízející i úsporu nákladů. Využívá se propojení s externím serverem pro zpracování prvotních dat lokalizace, takže ve výsledku se dosahuje přesnosti na jeden metr ve srovnání s 20 metry u běžného GPS. Zejména pro aplikace v hašení budov nebo při teroristických hrozbách je současná „přesnost“ a rychlost (desítky sekund) lokalizace nedostačující. S nástupem evropského civilního systému Galileo (o něm více příště) se výkonnost může ještě zlepšit. V terénu se GPS kombinuje s mobilními sítěmi, uvnitř budov pak s Wi-Fi. Je potřeba zajistit hladký přechod mezi těmito technologiemi pro podporu plynulého sledování pohybu při přechodu mezi vnějším a vnitřním prostředím. Při testování se budou používat terminály s podporou evropské normy (ETSI) s označením TETRA (Terrestrial Trunked Radio).

Projekt LIAISON úzce spolupracuje s dalším projektem evropským ISHTAR (Industrial Stimuli for the HarmonisaTion of EuropeAn Research in the area of Location Based Services), který se stará o harmonizaci a normalizaci technologií LBS (více viz článek Wi-Fi a služby lokalizace nejen ve zdravotnictví).

Další dokončovaný evropský projekt GAWAIN (s finanční podporou EU ve výši 2 milióny eur) se od roku 2002 zabývá vývojem podpory 3G (UMTS) a satelitní lokalizace GNSS (Global Navigation Satellite System) na jediném čipu. Aplikací pro tento čip bude celá řada, od klasických LBS služeb včetně turistiky a managementu přepravy (i hromadné dopravy), až po elektronické vodicí psy pro slepce (s hlasovým výstupem instruujícím „pána“ s ohledem na jeho bezpečnost). Výhody integrovaného čipu jsou zřejmé, protože nevyžadují od výrobce mobilních telefonů další komponenty ani vyšší energetickou spotřebu. Důležitá je také kombinovaná podpora jak GPS, tak budoucího evropského Galilea, což zlepší pokrytí třeba i ve městech.

Protože projekt skončí během půl roku, otestoval se již vyvinutý systém v laboratoři a v současnosti již probíhá testování v reálu. Kombinace s WLAN/Bluetooth je také součástí řešení. Po úspěšném dokončení projektu bude možné výsledky ihned uplatnit v komerčních řešeních.

21. 11. 2006

Autor: Ing. Rita Pužmanová, CSc., MBA