Janusz B"aszczyk, Adam Grzybowski, Piotr Kowaleczko
Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych
WSPOMAGANIE BEZPIECZE&STWA RUCHU
LOTNICZEGO POPRZEZ WYKORZYSTANIE
RADIOBIKONÓW
R6kopis dostarczono: luty 2014
Streszczenie: W referacie omówiono organizacj6 i ?rodki stosowane przez s@uBby powo@ane do
wykrywania sygna@ów niebezpieczeFstwa i inicjacji akcji ratowniczej w razie wypadku/katastrofy w ruchu lotniczym. Poprzez naszkicowanie organizacji mi6dzynarodowego systemu Cospas Sarsat, przedstawienie zasad kodowania radiobikonów i omówienie ogólnych wytycznych w zakresie ratownictwa pokazane sQ moBliwo?ci identyfikacji Vród@a sygna@u niebezpieczeFstwa KoFcowy cz@on funkcjonujQcego systemu ratownictwa to w@asny, narodowy, element wspomagany zbiorem informacji o eksploatowanych radiobikonach, ich uBytkownikach i obiektach, na których sQ zamontowane. Pokazane sQ wybrane zobrazowania, sposób wyszukiwania informacji. i moBliwo?ci jej filtrowania Wszystkie te elementy analizowane sQ pod kQtem szybkiego i ciQg@ego dost6pu (7/24h) do danych. S@uBby ratownicze dzi6ki takim moBliwo?ciom sQ w stanie praktycznie na bieBQco zweryfikowa\ otrzymanQ informacj6 o podejrzeniu zaistnienia wypadku/katastrofy lotniczej i podjQ\ optymalnQ decyzj6 dotyczQcQ zakresu i sposobu prowadzenia akcji ratowniczej.
S"owa kluczowe: bezpieczeFstwo, Cospas Sarsat, ratownictwo
1. WST-P
COSPAS-SARSAT jest mi6dzynarodowym satelitarnym system ratownictwa lQdowego, powietrznego i morskiego. Niezb6dnym warunkiem skuteczno?ci systemu jest jednak wyposaBenie uBytkowników w odpowiednie ?rodki radiotechniczne w postaci nadajników sygna@ów niebezpieczeFstwa (radiobikony), a takBe istnienie w@a?ciwych struktur w narodowych s@uBbach ratowniczych. Podstawowe wymagania dotyczQce parametrów technicznych urzQdzeF jak i ramy organizacyjne systemu, okre?lajQ przepisy mi6dzynarodowych organizacji w tym przede wszystkim:
- International Civil Organization (ICAO), - International Maritime Organization (IMO), - International Telecommunication Union (ITU).
Do wyBej wymienionych wymagaF dochodzQ szczegó@owe przepisy wykonawcze poszczególnych krajów, uczestników ?wiatowego systemu ratowniczego
COSPAS – SARSAT. W sumie, struktura systemu, jako ca@o?\ powinna zabezpiecza\ naleByty przep@yw informacji zarówno w torze zbierania danych o eksploatowanych radiobikonach i ich uBytkownikach, jak i w torze wykrywania sygna@ów i organizowania akcji ratowniczej. Rozpatrywane w niniejszym artykule zagadnienia przedstawiane sQ z punktu widzenia spe@niania powyBszych wymagaF i p@ynQcych z tego praktycznych korzy?ci. Omawiane parametry techniczne, sposoby tworzenia tre?ci s@owa informacyjnego sygna@u 406 MHz i opcje jego wykorzystania, sQ niezb6dnymi danymi wyj?ciowymi do opracowania optymalnych zasad funkcjonowania systemu ratownictwa.
2. STRUKTURA SYSTEMU COSPAS SARSAT
System Cospas Sarsat sk@ada si6 z dwu zasadniczych elementów; satelitarnego i naziemnego.
W chwili obecnej w sk@ad systemu satelitarnego wchodzQ: satelity geostacjonarne systemu GEOSAR orbitujQce nad równikiem (5 satelitów na wysoko?ci ok. 36000 km) i obserwujQce sta@y obszar powierzchni ziemi, oraz satelity systemu LEOSAR krQBQce po orbitach biegunowych (6 satelitów na wysoko?ci 850 km i 1000 km).
Element naziemny systemu tworzQ Centra Odbiorcze i Koordynacji, oraz Krajowe Centra KoordynujQce, za po?rednictwem których informacja przekazywana jest do Grup Poszukiwawczo Ratowniczych
Rys. 1. Obieg informacji w systemie Cospas Sarsat
Kolejnym elementem, w@a?nie wchodzQcym do eksploatacji jest system MEOSAR. Stanowi\ on b6dzie uzupe@nienie dotychczasowej kompletacji Cospas Sarsat. System MEOSAR jest przystosowany do wspó@pracy z radiobikonami drugiej generacji, które to b6dQ mog@y odbiera\ informacj6 zwrotnQ z systemu ratownictwa. Satelity tego systemu umieszczane sQ na orbitach o wysoko?ci ok. 20 000 km.
Radiobikony System satelitarny
Centra odbiorcze i koordynacji
Krajowe Centra Koordynacji Grupy Poszukiwawczo -
2.1. PODSTAWOWE PARAMETRY
PrawdopodobieFstwo i czas wykrycia pracujQcego radiobikonu zaleBQ od wielko?ci wycinka powierzchni ziemi obserwowanego przez satelity oraz ciQg@o?ci tej obserwacji. W przypadku systemu GEOSAR satelity umieszczone sQ stacjonarnie nad okre?lonym obszarem, co jest niewQtpliwQ zaletQ, gdyB sygna@ od pracujQcego w tym obszarze radiobikonu odbierany jest przez satelit6 praktycznie natychmiast po uruchomieniu nadajnika i po czasie niezb6dnym do jego przetworzenia przesy@any do cz6?ci naziemnej systemu. Nie moBna jednak nie wspomnie\ o bardzo powaBnej wadzie: o ile na przewaBajQcym obszarze kuli ziemskiej jest pe@ne pokrycie w obserwacji, to w strefach podbiegunowych istniejQ obszary, w których nie ma moBliwo?ci odbioru sygna@u.
Inaczej wyglQda sytuacja w systemie LEOSAR. Tutaj mamy do czynienia z obserwacjQ punktu o okre?lonych w terenie wspó@rz6dnych tylko w pewnym przedziale czasowym. Satelity tego systemu krQBQ po orbitach biegunowych. Czas jednego obiegu wynosi ok. 100 minut, a obserwowana powierzchnia kuli ziemskiej stanowi obszar o promieniu ok. 3000 km. Odmiennie niB w GEOSAR przedstawia si6 pokrycie obserwacjQ poszczególnych rejonów. Najwi6ksze jest w strefach podbiegunowych a najmniejsze w przyrównikowej. hredni czas widoczno?ci satelity z danego punktu wynosi 15 minut a ?redni czas oczekiwania na @Qczno?\ z satelitQ wynosi 30-40 minut. PowyBsze warto?ci róBniQ si6 znacznie w zaleBno?ci od szeroko?ci geograficznej.
Wprowadzany do eksploatacji system MEOSAR do okre?lania pozycji nadajnika b6dzie korzysta@ z wielu Vróde@ informacji co pozwala na szybsze jego wykrycie i zwi6kszenie dok@adno?ci okre?lenia pozycji. Dodatkowo, MEOSAR b6dzie móg@ wspó@pracowa\ z systemami GLONAS i GALILEO. Wed@ug za@oBeF, dok@adno?\ okre?lenia pozycji w nowym systemie powinna wynosi\ (prawdopodobieFstwo 95%):
- <5 km po czasie 30 sek od momentu uruchomienia nadajnika - <1 km po czasie 5 min. od momentu uruchomienia nadajnika - < 100 m po czasie 30 min. od momentu uruchomienia nadajnika
Wszystkie powyBej przedstawione systemy satelitarne wymagajQ, aby Vród@em sygna@u by@ radiobikon emitujQcy sygna@ niebezpieczeFstwa w pa?mie cz6stotliwo?ci 406 MHz. W poczQtkowych latach dzia@alno?ci COSPAS SARSAT przystosowany by@ takBe do odbioru, typowej dla lotnictwa cz6stotliwo?ci ratowniczej 121,5 MHz, z uwagi jednak na duBQ liczb6 fa@szywych alarmów, ma@Q moc sygna@u (20 dBm) i lepsze moBliwo?ci radiobikonów 406 MHz, cz6stotliwo?\ ta od 2008 roku zosta@a wycofana z uBycia. Nadajniki ratownicze pracujQce na cz6stotliwo?ci 406 MHz dysponujQ mocQ 7 dBW, a promieniowany sygna@ w.cz. zawiera tre?\ cyfrowQ umoBliwiajQcQ identyfikacj6 uBytkownika. IstotnQ w@a?ciwo?ciQ systemu COSPAS SARSAT jest moBliwo?\ okre?lania pozycji Vród@a sygna@u poprzez przekazanie tych danych w tre?ci wiadomo?ci lub na podstawie dokonanych obliczeF.
W systemie MEOSAR pe@na identyfikacja uruchomionego nadajnika powinna nastQpi\ w czasie nie d@uBszym niB 10 minut. System ten dzi6ki wspó@pracy z GALILEO posiada moBliwo?\ przesy@ania do radiobikonów (nowej generacji) informacji zwrotnej SAR, której celem jest potwierdzenie faktu odbioru sygna@u niebezpieczeFstwa. Obieg informacji w torach transmisji pierwotnej i zwrotnej przedstawiony jest na rys. 2 i 3.
Rys. 2. Obieg informacji pierwotnej w systemie MEOSAR (Vród@o: Cospas-Sarsat Council Forty-Third Session / Open Meeting)
Rys. 3. Obieg @Qczno?ci zwrotnej w systemie GALIEO (Vród@o: Cospas-Sarsat Council Forty-Third Session / Open Meeting)
3. RADIOBIKONY 406 MHz,
SZYBKO57
PODEJMOWANIA DECYZJI O AKCJI
RATOWNICZEJ
Zgodnie z obowiQzujQcymi przepisami przewoVnik/operator uBytkujQcy statek powietrzny, który jest wykorzystywany do komercyjnego transportu lotniczego jest zobowiQzany wyposaBy\ go w nadajnik sygna@u niebezpieczeFstwa typu ELT i dokona\ jego rejestracji. Zaleca si6, aby pozostali uBytkownicy równieB dokonywali powyBszych czynno?ci. Takie przedsi6wzi6cia umoBliwiajQ s@uBbom ratowniczym weryfikacj6 odbieranych powiadomieF o detekcji sygna@ów niebezpieczeFstwa i przyczyniajQ si6 do zmniejszenia liczby niepotrzebnych akcji poszukiwawczo-ratowniczej przy jednoczesnym zwi6kszeniu skuteczno?ci udzielenia pomocy za@ogom i pasaBerom statków powietrznych znajdujQcym si6 w rzeczywistym zagroBeniu. W Polsce wpisowi do ewidencji podlegajQ tylko radiobikony 406 MHz, z kodem kraju 261(przydzia@ dla Polski wed@ug listy ITU).
3.1. MO8LIWO5CI KODOWANIA
Sposób kodowania radiobikonów jest ?ci?le okre?lony przez Sekretariat Cospas Sarsat. Radiobikony w zaleBno?ci od ich docelowego zastosowania dzielQ si6 na morskie (EPIRB), lotnicze (ELT) i dla uBytkowników indywidualnych (PLB). Protokó@ kodowania dobiera si6 w zaleBno?ci od rodzaju uBytkownika radiobikonu. Dzi6ki temu na podstawie samego typu protokó@u moBna uzyska\ zgrubnQ informacj6 o nosicielu/uBytkowniku. Dalsze moBliwo?ci identyfikacji wynikajQ z zawartej w nim tre?ci. Sposoby kodowania i rodzaje protokó@ów okre?lone sQ w dokumentach Cospas Sarsat i wytycznych danego kraju. W Polsce zgodnie z zaleceniami Urz6du Lotnictwa Cywilnego dla przypadku nie przesy@ania wspó@rz6dnych obowiQzuje protokó@ typu UBytkownika Seryjny (User Serial), a dla wersji ze wspó@rz6dnymi Standardowy Protokó@ Lokacyjny (Standard Location).
Przyj6cie konkretnego protokó@u skutkuje tym, Be informacja znajdujQca si6 w s@owie 406 MHz zawiera wybrany zakres danych o nosicielu i uBytkowniku, co z kolei jest istotne dla ratownictwa.
W przypadku tre?ci bez wspó@rz6dnych, stosujQc dla obiektów latajQcych Protokó@ UBytkownika Lotniczy (Aviation User Protocol) istnieje moBliwo?\ wpisania w tre?\ s@owa 406 MHz znaków rozpoznawczych statku powietrznego, natomiast gdyby to by@ protokó@ typu SERIAL moBna by@oby umie?ci\: 24-ro bitowy identyfikator statku, lub znaki armatora ewentualnie numer nadajnika.
W przypadku protokó@ów ze wspó@rz6dnymi, oprócz `danych o po@oBeniu przy protokóle typu Standard Location radiobikon lotniczy moBe przesy@a\ dane o nosicielu takie jak wyBej, ale bez znaków rozpoznawczych. Nie wchodzQc w szczegó@y naleBy zaznaczy\, Be stosujQc inne protokó@y lokacyjne równieB moBna przesy@a\ znaki rozpoznawcze, ale dzieje si6 to kosztem dok@adno?ci pozycji.
3.2. IDENTYFIKACJA RADIOBIKONU I U8YTKOWNIKA
Omówione wcze?niej informacje o organizacji systemu ratownictwa, jako ca@o?ci i zasadach kodowania mia@y na celu uzmys@owi\, jakie istniejQ moBliwo?ci i uwarunkowania aby w razie konieczno?ci moBna by@o potencjalnym rozbitkom przyj?\ ze skutecznQ pomocQ i to w moBliwie krótkim czasie od chwili uruchomienia nadajnika ratowniczego. Z przedstawionych moBliwo?ci wynika, Be czas, jaki up@ywa od momentu w@Qczenia radiobikonu do chwili powiadomienia krajowych s@uBb ratowniczych wynosi od kilku/kilkunastu minut do kilkudziesi6ciu w skrajnym przypadku. ZaleBy to od lokalizacji nadajnika, zastosowanego protokó@u, czy wreszcie wzajemnego usytuowania nadajnika i satelitów systemu Cospas Sarsat. Zastanówmy si6, jakQ szerszQ informacj6 moBna uzyska\ z odebranego sygna@u, bo samo stwierdzenie wyst6powania promieniowania na cz6stotliwo?ci ratowniczej nie stanowi dla s@uBb ratowniczych istotnej wiadomo?ci, tym bardziej Be w praktyce zaledwie kilka procent wykrytych sygna@ów stanowiQ prawdziwe wezwania pomocy. PoniBej przedstawiony jest przyk@adowy telegram odebrany przez krajowy punkt kontaktowy (SPOC).
Rys. 4. Posta\ telegramu z MCC - informacja wst6pna
Z zawarto?ci powyBszego telegramu wynika, Be system Cospas Sarsat zarejestrowa@ odbiór sygna@u niebezpieczeFstwa, który zosta@ wyemitowany przez radidiobikon z protokó@em typu UBytkownika Lotniczy, identyfikatorem kraju jest POLSKA, a znakiem rozpoznawczy statku powietrznego jest SP-LLA. W protokóle tym podana jest teB data i godzina wys@ania telegramu. W tre?ci powyBszej informacji brak jest danych o po@oBeniu, co moBe ?wiadczy\ o tym, Be system nie zdQBy@ jeszcze okre?li\ po@oBenia Vród@a, a zastosowany protokó@ nie jest protokó@em ze wspó@rz6dnymi. Nie mniej jednak ilo?\ informacji jest duBa i zawiera bardzo istotne dane, dzi6ki czemu polski punkt kontaktowy (SPOC) moBe rozpoczyna\ proces identyfikacyjny i wst6pnQ aktywizacj6 s@uBb ratowniczych. W tym miejscu zamyka si6 obieg informacji w p6tli Cospas Sarsat. W praktyce moBe mie\ miejsce dalsze uaktualnianie danych, na przyk@ad podanie wspó@rz6dnych, ale decyzja o zasadno?ci podj6cia akcji ratowniczej i faktyczny moment jej rozpocz6cia zaleBy juB od systemu krajowego.
3.3. UWARUNKOWANIA PRZEBIEGU AKCJI RATOWNICZEJ
Jak wcze?niej wspomniano, po?ród wszystkich zarejestrowanych wykry\ sygna@u niebezpieczeFstwa tylko niewielka ich cz6?\ to rzeczywista aktywacja radiobikonu w celu uruchomienia akcji ratowniczej. Cz6?ciowa selekcja prawdziwo?ci alarmu mog@aby mie\ miejsce juB na poziomie Naziemnych Centrów Koordynacji (MCC) pod warunkiem jednak, Be wszystkie montowane na obiektach radiobikony by@yby rejestrowane i znajdowa@y si6 w centralnej bazie Cospas Sarsat-u. W praktyce sytuacja taka jest nierealna, dlatego teB kaBdy odebrany i zdekodowany sygna@ niebezpieczeFstwa 406 MHz jest przekazywany do Krajowych Punktów Kontaktowych (SPOC) i tu powinna odbywa\ si6 w@a?ciwa weryfikacja. Selekcja ta powinna by\ realizowana na podstawie danych zawartych w protokó@ach rejestracyjnych radiobikonów. Zakres podstawowych, wymaganych, informacji, jakie powinny by\ zawarte w formularzu zg@oszeniowym okre?la Sekretariat Cospas Sarsat. Szczegó@owQ posta\ formularza ustalajQ odpowiednie, do tego celu wyznaczone, organizacje narodowe. W Polsce jest to UrzQd Lotnictwa Cywilnego. (http://www.ulc.gov.pl/pl/zegluga-powietrzna/poszukiwanie-i-ratownictwo)Identyfikatorem radiobikonu jest jego pi6tnastoheksadecymalne oznaczenie utworzone z bitów od 26 do 85 s@owa informacyjnego 406 MHz. MoBliwa do uzyskania informacja wst6pna wynikajQca z tre?ci tego s@owa zosta@a omówiona w p-kcie 3.1 na podstawie przyk@adowego telegramu. Formularz zawiera informacje o typie radiobikonu, jego numerze, nazwie producenta i inne dane techniczne, a takBe pozycje dotyczQce w@a?ciciela/uBytkownika @Qcznie z adresem i telefonem kontaktowym (dost6p 24h). Ostatnia grupa to informacje o obiekcie, na którym zamontowany jest radiobikon zg@aszany do rejestracji. Dane, które zawarte sQ w formularzu zg@oszeniowym powinny pozwoli\ na szybkQ weryfikacj6 wiadomo?ci dotyczQcej pracy radiobikonu otrzymanej przez krajowe s@uBby ratownicze z MCC.
Tre?\ formularza zg@oszeniowego jest s@uBbom ratowniczym niezb6dna nie tylko w celu weryfikacji prawdziwo?ci otrzymanych z zewnQtrz informacji, ale takBe po to, aby podjQ\ akcj6 ratowniczQ o odpowiednim rozmiarze, z uwzgl6dnieniem rodzaju nosiciela i innych uwarunkowaF. W celu stworzenia odpowiednich moBliwo?ci w omawianym zakresie s@uBby ratownicze powinny dysponowa\ wyspecjalizowanQ bazQ danych, w której zawarte sQ informacje z formularzy zg@oszeniowych i która z jednej strony pozwoli na prowadzenie nadzoru nad rejestracjQ radiobikonów, a z drugiej zapewni pe@ny i ciQg@y dost6p do danych przez upowaBnione s@uBby krajowego systemu ratownictwa.
Wej?cie do bazy wymaga posiadania indywidualnego kodu rozpoznawczego. Kod jest jednocze?nie kluczem okre?lajQcym uprawnienia uBytkownika. Jest oczywiste, Be inne uprawnienia posiada uBytkownik dokonujQcy rejestracji radiobikonu drogQ elektronicznQ a inne operator zespo@u koordynujQcego akcj6 ratowniczQ. W dalszej cz6?ci naszkicowane sQ moBliwo?ci, jakie daje dost6p do bazy w zakresie identyfikacji radiobikonu, uBytkownika i nosiciela.
Rys. 5. Schemat funkcjonalny bazy danych
Rys. 6. Plansza wej?ciowa bazy (Vród@o: materia@y ITWL)
Po zalogowaniu na stronie tytu@owej, wy?wietlana jest informacja o po@Qczeniu z serwerem, co uaktywnia tor wpisywania nowych danych lub sczytywania istniejQcych. Operator ma do dyspozycji sze?\ filtrów identyfikujQch (radiobikony, w@a?cicieli, kontakty, nosicieli), moBliwe jest teB przes@anie informacji w formacie XML a takBe skorzystanie ze wspomagania „s@ownika” (zbiór producentów, typów radiobikonów itp.). OddzielnQ moBliwo?\ udost6pniajQ zak@adki „dekoder” i „koder”. Operator moBe w kaBdej chwili zweryfikowa\ znany mu ID poprzez rozkodowanie jego tre?ci wykorzystujQc dekoder wchodzQcy w sk@ad bazy. S@uBby nadzoru natomiast na podstawie posiadanych informacji szczegó@owych mogQ poprzez koder sprawdzi\ poprawno?\ podanego identyfikatora ID.
Operator (na poziomie RCC, czy SPOC) po otwarciu zak@adki „R-bikony” w pierwszej fazie ma do dyspozycji wykaz wszystkich zarejestrowanych radiobikonów. StosujQc filtr „ID R-bikona” i wpisujQc znane mu ID ogranicza zakres przeszukiwanej informacji tylko do wybranego urzQdzenia (rys. 8):
W ten sposób uzyskiwany jest dost6p do danych, które podane by@y w formularzu zg@oszeniowym. Operator zespo@u koordynujQcego akcjQ ratowniczQ ma moBliwo?\
Krajowa Baza Radiobikonów
COSPAS-SARSAT Algorytmy przydzia.u, raportowanie z baz
lokalnych, raportowanie do C-S Baza lokalna Stacja robocza S@uBby Ratowniczej Stacja robocza Administrator systemu Stacja robocza Administrator Krajowej Bazy Radiobikonów Internet Zg@aszanie wniosków
w krótkim czasie, od otrzymania z centrum koordynacji MCC telegramu, sprawdzi\ wszystkie znajdujQce si6 w bazie dane dotyczQce konkretnego radiobikona, w@a?ciciela/uBytkownika czy nosiciela. Analiza tych danych powinna by\ obowiQzkowa przed podj6ciem akcji ratowniczej po to, by przy szybkiej decyzji o podj6ciu akcji ratowniczej zapewni\ adekwatno?\ jej rozmiarów do powsta@ego zagroBenia.
Rys. 7. Weryfikacja przes@anego ID pracujQcego radiobikona (Vród@o: materia@y ITWL)
Rys. 8. Zak@adka R-bikony z uruchomionym filtrem ID R-bikona (Vród@o: materia@y ITWL)
qQczQc moBliwo?\ korzystania z systemu Cospas Sarsat z dysponowaniem odpowiednim, w@asnym, zbiorem informacji o radiobikonach przy zapewnieniu pe@nego i szybkiego do nich dost6pu moBna uzyska\ duBQ efektywno?\ dzia@alno?ci systemu
ratowniczego dajQc uBytkownikom wi6ksze poczucie bezpieczeFstwa w trakcie wykonywania lotów.
Bibliografia
1. Caspas Sarsat Council .SAR/GALILEO implementation plan. WrzesieF 2009. 2. Prace ITWL n.t. System zarzQdzania radiobikonami 2010 rok.
3. Specyfication for Cospas Sarsat 406 MHz distress beacons. T.001 Insue 3 - Revition 13 October 2012.
THE AID OF THE SAFETY BEACONS
Summary: This paper presents the structure and actions taken by the rescue services which are responsible
for detecting emergency signals and initiating rescue missions in case of an air crash. To show system’s capabilities to identify the source of an emergency signal, the structure of the Cospas-Sarsat international system has been presented, as well as the beacons’ coding methods, and general rules for rescue services. The closest part of the system to user is the national system, which is supported by the database providing information about beacons in use, their users and their carriers. Several methods of getting the information, applying filters and displaying it have been presented. The access to data is provided 24 hours a day, 7 days a week, so rescue services are able to verify emergency signals in real time, and then choose the optimal method of managing a rescue mission
