Letadla | Létání | Raspberry Pi

Jak vlastně funguje Flightradar24: Posloucháme letadla nad celým Českem

  • Flightradar24 zobrazuje polohu letadel v reálném čase
  • Když mu pomůžete sbírat data, dostanete nejvyšší paušál zdarma
  • Jak to vlastně celé funguje a co je k tomu potřeba?

Když se začal koronavirus na počátku března masivně šířit Evropou a jednotlivé země postupně omezovaly přeshraniční dopravu, obětí se samozřejmě stala i ta letecká. Ostatně, stačí se podívat na čtvrtletní statistiku služby Flightradar24.

Klepněte pro větší obrázek
Ohromný pokles letecké dopravy podle služby Flightradar24

Zatímco ještě v zimních měsících Flightradar24 zaznamenal bezmála 200 000 komerčních i privátních letů denně, zhruba od poloviny března začal počet strmě padat až na současných 70 000 letů. I tento graf poměrně názorně ilustruje, do jaké krize se řítí civilní letectví, které dostalo pořádnou facku už loni v souvislosti s problémy Boeingu 737 MAX.

Kde Flightradar24 bere data?

Každý si už jistě položil otázku, kde služby jako Flightradar24, FlightAware a hromada dalších vlastně berou data? Jak je možné, že když v prohlížeči nebo mobilní aplikaci načtete jejich mapy světa, zobrazí se nad nimi drobné žluté ikonky letadel od malých jednomotorových vyhlídkových letounů po dvoupatrové kolosy A380 mířící z Dubaje do Londýna? A to vše prakticky v reálném čase.

Klepněte pro větší obrázek
Mapa Flightradar24 s aktuální polohou letadel a detaily o jednom z nich

Všechny tyto mapy sledující leteckou dopravu stojí a padají na sítí mnoha tisíc dobrovolníků, kteří na svoji střechu, stožár na zahradě anebo třeba jen na okenní parapet umístili anténu s rádiovým přijímačem a skrze běžný internet posílají na centrální servery vše, co uslyší. Současné letouny jsou totiž hlasité nejen v oboru zvukových vln, ale i těch rádiových.

Radar

Ale pěkně popořadě. Každé malé dítě ví, co je to radar – zařízení, které vysílá rádiové vlny do širého okolí. Když se vlna srazí s pevnou – ideálně vodivou –  překážkou, část energie se odrazí zpět a zachytí ji přijímač.

Podívejte se, Jak funguje řízení letového provozu (dokument ŘLP, s.p.):

Pokud se bude zároveň objekt pohybovat, dojde díky Dopplerovu jevu ke zvýšení, nebo naopak snížení frekvence odraženého signálu. Podstatné je to, že letecký radar dokáže díky všem těmto vlastnostem odhalit polohu, azimut i rychlost pohybujícího se objektu, což už v roce 1940 pomohlo Královskému letectvu vyhrát bitvu o Británii.

Sekundární přehledový radar: Letadla odpovídají

S rozvojem letecké dopravy po druhé světové válce však základní radar přestal stačit, a tak přišel na řadu tzv. sekundární přehledový radar SSR (Secondary Surveillance Radar), kterému se v tuzemské hantýrce říká odpovídač a v angličtině transponder (transmitter-responder). Jak už název napovídá, v tomto případě se jedná o systém obousměrné komunikace.

Klepněte pro větší obrázek
Odpovídač v malém letounu a squawk, tedy identifikátor letu, nastavený na hodnotu 2000 (Foto: Hp.Baumeler, CC BY-SA 4.0 )

Když letoun zasáhnou vlny radaru SSR, jeho přijímač je zachytí a na kmitočtu 1 090 MHz odpoví sledem několika kratičkých pulzů, ve kterých jsou zakódované popisné informace. Podle toho rozlišujeme několik komunikačních režimů.

Nejjednodušší jsou mezinárodně používané režimy A a C:

  • Mód A/Mode-A: Letoun odpoví čtyřmístným číslem v rozsahu 0000-7777. Říká se mu squawk (sqw) a je to identifikátor letu, který je mu přidělený při startu. Pokud si letoun přebírá další služba řídící danou oblast, může jej požádat o přenastavení hodnoty na jinou. Squawk má zároveň několik vyhrazených hodnot pro oznámení únosu, stav tísně atp.
  • Mód C/Mode-C: V tomto případě odpověď navíc obsahuje údaje o barometrické výšce letounu

Mód S a ADS-B

Jelikož tyto dva základní režimy s rozvojem letecké dopravy pochopitelně brzy přestaly stačit, přibyl ještě jeden, který je už pro pochopení funkce služeb Flightradar24 a podobných naprosto klíčový:

  • Mód S/Mode-S: Tento režim sekundárního přehledového radaru je už mnohem zajímavější, v odpovědi totiž obsahuje hromadu údajů o samotném letu. V prvé řadě je to jeho neměnný identifikátor (na rozdíl od squawku, který lze upravit), no a dále kurz, rychlost, letová výška a několik podobných hodnot.

Aby to bylo ještě o něco složitější, mód S se může stát nosným signálem pro některé další protokoly. A to se už konečně dostáváme k technologii ADS-B (Automatic Dependent Surveillance – Broadcast), která je jedním z nich. Ve své podstatě je to jen další zpráva v módu S, která nicméně konečně obsahuje geografické souřadnice letounu a některé další údaje.

Pokud se už v těch zkratkách ztrácíte, Flightradar24 má na svém webu slovníček pojmů

MLAT, aneb zjištění polohy letadla i bez ADS-B

Kdykoliv se SSR dotáže v módu S letounu na jeho údaje, odpověď může zachytit nejen samotná pozemní radarová stanice Řízení letového provozu České republiky nebo jiné národní autority, ale i ony drobné prutovky i mohutnější tyče antén nadšenců z širého okolí.

Pokud bude odpověď obsahovat zprávu ADS-B, amatérský přijímač zná okamžitě polohu letounu a může ji zobrazit třeba na webové mapě. Polohu lze ale vypočítat i ze surové zprávy módu S.

Používá se k tomu technika MLAT (multilaterace), pomocí které se pozice letadla odhaduje z několika přijímačů se známou geografickou polohou a podle vzájemného časového rozdílu, kdy dorazila odpověď letounu ke každému z nich.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Základní princip výpočtu polohy pozorovatele u  satelitních navigací, pokud přijímač ví, kde se přesně nachází družice a jak dlouho od ní letí signál – tedy jak je od ní daleko.

Ve své podstatě se jedná o podobný proces, který se používá třeba u GPS a dalších satelitních navigačních systémů. V jejich případě známe naopak přesnou polohu družic na orbitě a hledáme pozici přijímače. 

Aby to fungovalo, v dané oblasti musejí být v případě služby Flightradar24 alespoň čtyři statické přijímače, které jsou zároveň perfektně časově synchronizované se servery služby. Proto se ke komunikaci používá jednodušší internetový protokol UDP.

Domácí rádiový přijímač

Jak vlastně takový amatérský přijímač zpráv z odpovídače letadel vypadá v praxi? Je to zpravidla docela jednoduchý kus elektroniky – velmi často některý z levných USB donglů pro příjem digitální televize s čipem R820T2.

Jejich specialitou je to, že je namísto na frekvence DVB-T můžeme přeladit na jakoukoliv jinou z podporovaného rozsahu – tedy třeba právě 1 090 MHz. Jedná se o tzv. SDR – softwarově definované rádio, kdy se hardwarová část použije jen k příjmu surového analogového signálu, zatímco o samotné zpracování se postará až procesor počítače a software.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Laciný DVB-T dongle z Aliexpressu a program SDR# pro univerzální analýzu spektra. Podobným přijímačem tedy nemusíte odposlouchávat pouze letadla, ale jakýkoliv jiný signál v podporovaném rozsahu. Třeba některé nešifrované meteostanice. 

Amatérští odposlouchávači letadel mezi dongle a anténu často připojují ještě mezidíl s frekvenčním filtrem, který se pokusí příchozí signál co nejvíce očistit jen na to podstatné, co se skrývá v rozsahu 1 075 MHz až 1 105 MHz.

Dump1090, tedy dekodér letových zpráv

Hlavní práci konečně odvede softwarový dekodér na počítači. Dnes se nejčastěji používá Raspberry Pi nebo některý z jeho klonů a dekodér (zpravidla) pro Linux. Obecně se mu říká dump1090.

Program se skrze USB spojí s přijímačem a v příchozích datech se pokouší hledat a dekódovat zprávy Mode-S/ModeS (nadále budu používat anglický název, který je častější). Pokud se mu to podaří, zná základní informace o pohybu letadla, které muže další program zobrazit na místní mapě, anebo odeslat dál.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Venkovní přijímač s laciným DVB-T donglem a kvalitní 1 090MHz anténou dokáže přijímat zprávy z letadel ve vzdálenosti mnoha set kilometrů. V tomto případě je přijímač na jižním svahu ostrého kopce, a tak nemá výhled na východ (Foto: Roman Hošek)

Velké mapové služby jako Flightradar24 nebo FlightAware dnes nabízejí kompletní softwarové řešení a FlightAware dokonce i vlastní USB přijímač FlightAware Pro Stick.

Jedná se o opět o drobný USB dongle s SDR čipem R820T2, avšak ve verzi Pro Stick Plus je součástí také onen filtr, který rádiový signál očistí jen na frekvence okolo 1 090 MHz. Díky tomu může drobná plastová krabička i s malou prutovou anténou chytat zprávy z letadel ve vzdálenosti až několika set kilometrů. V praxi se ale používají námořní míle (1 nm odpovídá 1,852 km).

S drobnou prutovkou dosah okolo 200 km

FlightAware Pro Stick Plus jsem nakonec použil i já. Investice se při nákupu ze zahraničí (třeba The Pi Hut) sice vyšplhá na 900 korun včetně poštovného, avšak budete odměněni solidní přijímací kvalitou, i když ke krabičce s konektorem SMA-F přišroubujete pokojovou prutovou 1 090MHz anténu.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Přijímač FlightAware Pro Stick Plus s Raspberry Pi a anténou na provizorním stativu

Když jsem anténku umístil na venkovní parapet balkónu v pátém patře panelového domu a s výhledem zhruba na jihozápad, z Brna jsem brzy začal zachytávat letouny v přímé vzdálenosti přes 200 kilometrů kdesi u Liberce. Jižním směrem jsem pak bez problému zachytával letouny nad frekventovaným vídeňským letištěm a anténka zachytila i signál z východu, byť tento směr pochopitelně zeslabil stín samotného panelového domu.

Klepněte pro větší obrázek
Pokrytí přijímače (zelená plocha) během jednoho dne. Číselné hodnoty představují nejvzdálenější zachycená letadla v daných směrech.

Posíláme data na Flightradar24

I když jsem mohl drobný USB dongle spojit se službou FlightAware, pro kterou je primárně určený, nakonec jsem data posílal právě do služby Flightradar24, která se těší širokému povědomí, a hlavně nabízí vlastní upravený Raspbian Pi24 (linuxový OS britské maliny) pro Raspberry Pi s veškerým předinstalovaným softwarem a velmi jednoduchý návod a aktivaci pro začátečníky.

Klepněte pro větší obrázek
Jakmile svůj nový přijímač aktivujete, objeví se v seznamu osobních radarů

To znamená, že stačí stáhnout obraz systému, vypálit jej na microSD kartu třeba v programu Etcher, vložit ji do Raspberry Pi a pak už jen připojit SDR dongle, ethernetový kabel s internetem a solidní microUSB napájení. Zde uděláte nejlépe, když si pořídíte oficiální napájecí adapter pro Raspberry Pi, který nabízí dostatečný proud.

Právě nedostatek energie je totiž častým důvodem komplikací, kdy můžete vše desetkrát restartovat, ale přijímač nic nechytne, protože prostě nedostává skrze USB dostatek šťávy.

Klepněte pro větší obrázek
Nejlepší české přijímače na službě Flightradar24 seřazené podle maximálního dosahu (nejedná se o kilometry, ale námořní míle!)

Jakmile systém nastartuje a skrze ethernet se dostane k internetu, spojí se se servery služby Flightradar24 a vy jej přímo na webu aktivujete. Poté začne automaticky zasílat data, a vy jste se tak zapojili do programu.

Základní statistika přijímače

Software od služby Flightradar24 je maximálně jednoduchý a bohužel mu chybí jakákoliv mapová nadstavba, takže neuvidíte „vlastní“ letadla na mapě – jen jejich aktuální seznam a primitivní statistiku.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Grafický výstup z Raspberry Pi se systémem Pi24 po připojení monitoru a aktuální situace načtená v běžném prohlížeči

Pokud poběží Raspberry Pi třeba na IP adrese 192.168.1.207, stačí ve webovém prohlížeči načíst webovou adresu http://192.168.1.207:8754/index.html. Stejnou stránku zobrazuje po připojení monitoru skrze HDMI i samotné Raspberry Pi. Klasický grafický desktop se vším všudy na něm ale nehledejte. 

Denní statistika na webu Flightradar24

Další statistiku pro konkrétní zaregistrovaný přijímač nabízí na svém webu přímo Flightradar24, není ale příliš podrobná a bez mapy nebo alespoň seznamu letadel.

Obsahuje základní přehled pro několik posledních dnů:

Klepněte pro větší obrázek
Statistika mého přijímače pro 12. duben 2020 do 18:10 SELČ

Jak se dostat k datům

Byť bude mít vaše Raspberry Pi upravený systém, stále je to ve své podstatě klasický Raspbian (upravený Debian), který můžete spravovat, spojit se s ním skrze SSH, instalovat další aplikace atp. V základu mu chybí jen plnohodnotné grafické rozhraní desktopu, s ním se zde totiž pochopitelně nepočítá.

Klepněte pro větší obrázek
Spojení s přijímačem skrze vzdálený terminál SSH

Pokud vám základní statistika stačit nebude, můžete doinstalovat další aplikace pro vizualizaci zpráv Mode-S/ADS-B, anebo využijete záznamu poslední aktivity v populárním textovém formátu JSON.

Adresář s daty najdete na linuxové cestě /run/dump1090-mutability a budete tu mít k dispozici jak historií nalezených letadel (history_xxx.json), tak aktuální stav (aircraft.json), nebo statistiku přijímače (stats.json).

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Živá a strojově snadno zpracovatelná data z dekodéru ve formátu JSON. Z této ukázky je patrné, že právě přijímám data ze sedmi letounů. U některých už znám GPS a číslo letu.

Zdatnější kutil tyto soubory s již hotovými údaji může průběžně a automatizovaně číst a dále zpracovávat. Fanoušek obřího A380 si tak může napsat třeba skript v Pythonu, který jej bude hledat podle známých čísel letu, a pokud jej objeví, pošle nám rychle e-mail, že se právě blíží do naší geografické polohy. 

V jednoduchém Pythonu by to byla otázka nejvýše několika desítek řádků kódu.

Za odměnu dostanete tarif Business v ceně  500 dolarů ročně

Pro Flightradar24 jsem se ale v našem úvodu do sledování letadel rozhodl ještě z jednoho důvodu. Nejen že je relativně populární i mezi laiky, ale pokud se pro něj rozhodnete a budete mu zasílat data, autoři vám během slabé hodinky po prvním úspěšném nahrání alespoň jedné polohy aktivují nejvyšší placený paušál Business.

Nejen že bude služba bez reklam na desktopu i v mobilní aplikaci, ale získáte k dobru také všechny pokročilé funkce, bohatou historii a tak dále. Ostatně, není divu, stanete se totiž opravdu obchodním partnerem – dodavatelem dat.

Klepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázekKlepněte pro větší obrázek
Pokud budete posílat data, Flightradar24 vám dá na oplátku nejvyšší placený paušál

Jak už jsem zmínil v úvodu, aplikací pro vizualizaci, analýzu a sdílení zpráv Mode-S/ADS-B je celá řada a některé umožňují rozesílání dat z jednoho dekodéru hned do několika služeb zároveň, takže vaše Raspberry Pi či jiný podobný linuxový mikropočítač může pomáhat jak službě Flightradar24, tak FlightAware.

Česká komunita sledovačů letadel

Do třetice tu jsou nakonec i nejrůznější skupiny, které letové údaje sdílejí na vlastních mapách, které toho ke všemu v lokálním měřítku často zobrazí i více než ty velké. V případě Česka je to skupina CZADSB s mapou, která je přístupná všem členům.

Více informací, jak se zapojit, jak nejlépe postavit kvalitní přijímač, anténu a tak dále najdete v její stejnojmenné facebookové skupině.

 Takže lovu zdar!

Diskuze (30) Další článek: Galaxie ve stínech: Kolem Mléčné dráhy by se měla ukrývat asi stovka nenápadných galaxií

Témata článku: Internet, Linux, Bastlení, Evropa, Letadla, Létání, GPS, Raspberry Pi, Rádio, Python, Brno, Velká Británie, USB, Debian, Modulární PC, DIY, AliExpress, SDR, CZADSB, Raspbian, Etcher, Přijímač, SQUAWK, Rozesílání, Česká republika


Určitě si přečtěte

Nejlepší notebooky do 20 000 Kč. Tipy, co se dnes vyplatí koupit

Nejlepší notebooky do 20 000 Kč. Tipy, co se dnes vyplatí koupit

** S cenou do 20 tisíc lze vybrat solidní notebook na práci i hry ** Přenosné notebooky nabídnou i kovová těla a rychlý hardware ** Možná největší problém je nedostupnost, nejžádanější kusy jsou vyprodané

David Polesný | 21

Jak sestavit rodokmen. Z informací, které jsou na internetu

Jak sestavit rodokmen. Z informací, které jsou na internetu

Podrobný návod, jak hledat ve starých matrikách informace o předcích a nemuset při tom ani vstát od počítače. Základy internetové genealogie.

Marek Lutonský | 59

Filmové pirátství asi jen tak nezmizí. Když už musíte, stahujte bezpečně v Seedru

Filmové pirátství asi jen tak nezmizí. Když už musíte, stahujte bezpečně v Seedru

** Máme HBO Go, máme Netflix... ** Ale stejně krademe filmy a seriály ** Když už musíte, stahujte torrenty bezpečně v Seedru

Jakub Čížek | 146

Testy procesorů Ryzen 5000: AMD překonalo Intel ve všech směrech

Testy procesorů Ryzen 5000: AMD překonalo Intel ve všech směrech

** AMD začalo prodávat nové procesory Ryzen 5000 s architekturou Zen 3 ** K dispozici jsou nezávislé testy z celého světa ** AMD překonává Intel ve všech směrech

Karel Javůrek | 67

Internet poslední naděje. Kdo má nejlepší tarif „LTE na doma“?

Internet poslední naděje. Kdo má nejlepší tarif „LTE na doma“?

** Srovnali jsme fixní LTE připojení od tuzemských operátorů ** Liší se rychlostmi, cenou i podmínkami ** Na co všechno dát pozor?

Lukáš Václavík | 43

Přehled: Kdo má nejlevnější internet VDSL? Jak jsou na tom veřejné IP a Terminátor?

Přehled: Kdo má nejlevnější internet VDSL? Jak jsou na tom veřejné IP a Terminátor?

** Srovnali jsme nabídku VDSL u 19 internetových poskytovatelů ** Ceny tarifů se liší i o stokoruny ** Různá je také nabídka doplňkových služeb

Lukáš Václavík | 44


Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest mobilů do 5 500 Kč

Test levných herních notebooků

Hrajeme na Xbox Series X

Programy pro kontrolu dětí na počítači