Peter Clemons Clemons Consulting por Sepura Ltda. Tecnologías de Localización Automática de Personas (APLS) y Soluciones para Usuarios de Seguridad Pública Peter Clemons Clemons Consulting por Sepura Ltda.

Resumen Requisitos de Mercado en el caso de APLS para usuarios de Seguridad Pública Requisitos de Mando y Control de una solución APLS Repaso de tecnologías de localización Servicios TETRA usados para soluciones de localización Futuro de productos APLS para usuarios de seguridad pública

Factores que impulsan el Mercado de APLS Mandato E911 de la FCC en EE.UU. Centros de mando Soluciones implementadas en terminales o redes Precisión de 50 - 100 metros en por lo menos 67% de los casos Precisión de 150 - 300 metros en por lo menos 95% de los casos Mandato E112 de la Unión Europea (UE) ¡Todavía no se implementa! ¡Ningún grado de precisión específico! Ambos sistemas deben usar técnicas de localización basadas o en TDOA o GPS Varias Fuerzas de Seguridad Pública están exigiendo una solución APLS For many years in the USA the Emergency call - E911, has mandated the use of location technology to assist the call handler to obtain the location of the caller using a cellular phone, especially when that caller is distressed or unable to give accurate details of their location. Europe has been considering a similar system. TDOA – Time Difference of Arrival (see later)

Tecnologías de Localización – Seguridad Pública Saber dónde está alguien: salvar una VIDA Mejor disponibilidad de recursos, reacción rápida a una Emergencia: ahorrar TIEMPO Mejor control de la flotilla: ahorrar DINERO Mejor satisfacción en el trabajo: evitar DIMISIONES

Soluciones: Factores importantes Precio Precisión v Cobertura Necesidades diferentes en el caso de situaciones no críticas Lugares distintos – en una ciudad, dentro de un edificio Ergonomía Consumo de energía eléctrica Momento de lanzamiento del producto ¿Solución estándar o propietaria? ¿Puede TETRA soportar la solución? Soporte de la red y requerimientos de ancho de banda For the hand-held terminal, the following criteria has to be met. Price – does the benefit of having location outweigh its cost? What price do you put on the life of the user? Does it provide the desired level of accuracy in every area required? Does it ‘fit well’ with existing product. Is it easy to hold, use etc. In the case of a personal carried device, what is its effect on battery life? Is it available today. How long to implement solution? Standard or proprietary solutions. Do you want to be locked in to one solution? Does the solution function over TETRA!

Requerimientos de Mando & Control Manejo eficiente de recursos Requerimientos de APLS no son iguales a AVLS Los usuarios no deben sentirse amenazados por APLS (Privacidad) Detalles de actualización de posición fijados en el caso de varias tareas Combinación de varios sistemas/bases de datos para dar al oficial aviso previo de peligro C&C have its own list of requirements. Numbers of users will increase. How does this increase in traffic get managed? User needs to feel that the system is not intruding upon their privacy. Does the hand-held solution provide functionality that the C&C can make use of in manipulating data What about integration of mapping applications into full C&C systems? Next few slides demonstrates the problem!

Manejo de Recursos - AVLS Traditional mapping systems adequate for showing position of vehicles. Typically number of users at any time in order of 10’s

Manejo de Recursos - APLS With the increase use of person location, numbers of users at any time increase by many orders of magnitudes. Imagine an operator faced with making decisions based on this scenario!

Manejo de Recursos – con técnicas de filtración By managing the data both from the user and that displayed at the mapping application, makes the decision process much easier. Finding the correct resources available to quickly assist in an emergency situation.

Soluciones de Localización y Rendimiento Comparativo Soluciones de precisión baja y de bajo costo Diferencia de tiempo de llegada (Time difference of arrival – TDOA) Diferencia de tiempo observado mejorado (Enhanced observed time difference – EOTD) Soluciones de precisión mediana y de costo mediano GPS estándar GPS asistido (Assisted GPS, A-GPS) GPS con señales de baja intensidad Soluciones de alta precisión y de alto costo GPS diferencial Combinaciones de soluciones The slide shows the current technologies available to the customer. Selection of a suitable location technology depends upon answers to various questions. These include, What is the normal operating environment of user? What is the level of accuracy required? How much is the customer prepared to pay?. In the examples earlier of E911, the end user (cellular phone user) is not prepared to pay extra for a location system that they may never use!

Soluciones de precisión baja y de bajo costo (terminales) Diferencia de Tiempo de Llegada (Time Difference Of Arrival TDOA) muy costosa su implementación en la red precisión de +/- 500 metros Diferencia de Tiempo Observado Mejorado (Enhanced Observed Time Difference - EOTD) bajo costo, sin soporte de la estación base según sus desarrolladores precisión de 200m a 2km Ambas tecnologías Tienen una buena penetración dentro de edificios y en ciudades, pero con una precisión bastante pobre – un criterio determinante para soluciones basadas en redes donde la precisión de localización puede ser crítica Ocupan mucho ancho de banda, y no son soluciones aptas para TETRA Typically used alongside cellular phones, both systems are based on having an overlay system that can make signal strength measurements and process using triangulation techniques to provide a location – see next slide. In the case of EOTD, Cambridge Positioning Systems are claiming that their solution does not require additional processing at the base station and uses additional hardware present at the radio. Both technologies have good indoor/urban canyon penetration, but with very poor accuracy - a general show stopping issue for network based solutions where location accuracy could be critical. Also, both tend to be bandwidth hungry and therefore not suitable for TETRA

Soluciones Basadas en Redes LMU Radio tower Servidor TETRA Aplicación GIS o de Mapeo Gateway Soluciones Basadas en Redes Precisión Actual = 200m - 2km Precisión Futura =100-500m Example showing measurements of received signals from the radio. The time taken to receive at each site is used to estimate location The radio’s signal is received at various antenna sites. Since each antenna is a (usually) different distance from the caller, the signal arrives at a (very) slightly different time. The technique requires signal timing information from at least three different antenna sites. The receivers, synchronized by an atomic clock, send the caller's voice call and timing data on to the mobile switch, where the times are compared and computed to generate a latitude and longitude for the caller. Data then sent along to the C&C for plotting onto a map.

Soluciones de precisión mediana y de costo mediano GPS estándar tiempo para lograr primeros datos (fix) igual a 3 minutos precisión de >30 metros, sin cobertura en edificios y entre edificios altos GPS asistido (A-GPS) tiempo para lograr primeros datos (fix) igual a 30 segundos precisión de >30 metros GPS con Señales de Baja Intensidad (alta sensibilidad) tiempo para lograr primeros datos (fix) es normalmente de 45 segundos precisión de <30 metros cobertura en edificios y entre edificios altos Nota: todas estas soluciones tienen una precisión de localización de <10 metros en el 95% de los casos en campo abierto Standard GPS devices have been used for vehicle location for many years. The use of an active antenna helps with signal detection when used in towns/city environments thus improving the overall availability and accuracy. Assisted GPS (A-GPS), takes much of the location processing away from the radio and places this at the command centre, keeping the cost of radio hardware low. This is the technique currently being employed in a majority of cell phones used in the USA meeting the E911 mandate High sensitive GPS receivers becoming available. 1000 times more sensitive than traditional GPS devices Since Selective Availability has been removed from the commercial use of GPS, location accuracy can be as good as within a few metres in open spaces.

Soluciones basadas en GPS Radio tower PBX Workstation Aplicación De Mapeo Red TETRA Servidor de Mapeo Estación Base Gateway TETRA Firewall C&C LAN C & C SDS ServidoresC & C Example of a typical TETRA system with hand-held devices sending location co-ordinates back to C&C using standard SDS message format. Estaciones de trabajo Dispatch

Soluciones de alta precisión y de alto costo GPS diferencial Precisión en campo abierto a <10 metros Su implementación es cara y requiere estaciones base diferenciales terrestres y transmisiones regulares de red Usa una red con mucho ancho de banda Combinaciones de Soluciones (GPS+Radiofaro+Odómetro) Precisión entre 0 - 10 metros Se requiere una red de radiofaros para soportar esta solución Enhancements to further improve the accuracy of GPS solutions. Externally this could be by using differential GPS whereby the hand-held receives additional data from very accurately located sites. These ‘sites obtain their position using GPS and work out the difference between measured and actual. The ‘correction data’ is then sent over-air to radios within the network, thus providing them with continuous information that allows them to compensate for satellite ‘wobble’ and atmospheric effects that influence the accuracy of GPS based location systems. Alternately, combinations involving additional ‘kit’ such as gyro’s and linkage to odometer devices allow use of GPS when satellite coverage is restricted. These solution provide better accuracy and coverage but at additional cost.

GPS – Alta precisión Red TETRA Aplicación GIS o de Mapeo Gateway Tower box Servidor C & C Aplicación GIS o de Mapeo Red TETRA Gateway SDS GPS Odómetro Receptor Radiofaro dGPS Station This slide shows the two cases. In this example, the fixed ground station receives GPS information and then providing compensation data to the radio fleet. Additional devices such as odometers can also be attached to the radio to enhance GPS performance. Using these techniques, location accuracy of within a few metres is achievable

Datos enviados por la red – El tamaño del problema! Típicamente, mensajes que informan de la posición pueden llevar algunos o todos los siguientes datos: Fecha, Hora, Latitud, Longitud, Altura, Velocidad, Título, Clasificación de Posición (Fix), Nivel de Confianza, Status, Razón de Posición, Identidad (ID) de Terminal, Campo Definido por Usuario. El flujo de tráfico de mensajes generado por sistemas APLS es mucho más alto que en el caso de AVLS ¡El uso podría aumentar 10 ó 100 veces! Requiere filtración sofisticada en el centro de Mando y Control

Servicios TETRA para APLS Servicios TETRA permiten el uso de mensajes SDS para la transmisión de datos GPS:- EN 300 392-2: TETRA (Voz y Datos (V+D), parte 2: Interface de Aire, v2.3.2 SDS4 y SDS-TL ofrecen mensajes de largo variable hasta 2047 bits(255 bytes) Datos de localización GPS son proporcionados en los formatos NMEA, GLL, GSA, GGA etc. ¡Un mensaje GLL típico podría incluir hasta 48 bytes de datos! En periodos de alta actividad, al enviarse varios informes de localización simultáneos, la red podría fácilmente sobrecargarse Protocolo de Información de Localización –TS 100 392-18-1 v1.1.1 enero de 2005 Especifica el uso efectivo de la red al usar formatos compactos para los mensajes ¡Un mensaje típico (comparado con GLL) es de 11 bytes! In a typical example of using GPS, NMEA data sent in the form of GLL (Geographic Longitude and Latitude) is used. This message contains Long/Lat, time of position fix and valid/non valid status information. Glossary GGA: GPS Fix Data – typically 82 byte message GLL: Geographic Position, Lat/Long – typically 48 byte message GSA: GPS DOP and Active Satellites – typically 61 byte message

Futuro de APLS en Terminales TETRA Soluciones determinadas por Tecnología La integración constante de circuitos integrados (ICs) y componentes permite el ahorro de espacio en los terminales y es una oportunidad de integrar aparatos de localización como GPS. El sistema europeo Galileo debe entrar en operación hasta 2008 y éste debe funcionar mejor que el sistema GPS existente del Depto. de Defensa de los EE.UU.

Rendimiento “GPS” - Tendencias Galileo Cielo Abierto Bajo Follaje Edificio De Madera Entre edificios altos Edificio de ladrillo de un solo piso Edificio de cemento de varios pisos Metro? L1, L2 + L5 Frecuencia (+ Galileo?) Receptor de Alta Calidad GPS Futuro? Receptor de mano de Alta Calidad GPS de alta sensibilidad Ongoing enhancements for high sensitive GPS devices provide operation in the most demanding of user environment. Improvements to GPS satellite technology from 2007 are intended to provide better accuracy and location coverage. Underground operation still reliant heavily on additional technologies Otros Sensores – p. ej. Giróscopo, Acelerómetros 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2010………………………….. 2015 2020 2030

GPS - Ventajas para Seguridad Pública Mejor seguridad para el usuario Trabajador solitario + Botón de Emergencia + GPS Localización Precisa Mejor uso de recursos Reduce el tiempo de respuesta Selección del recurso más apropiado Minimiza los recursos malgastados Mejor precisión de los informes Al saber exactamente dónde ocurrió un incidente Mejor satisfacción del usuario en su trabajo El usuario se siente más seguro y siente más confianza GPS ya debe ser obligatorio en su terminal

Pruebas de Usuario – Comparación entre soluciones GPS Producto A Producto B 4 veces mejor en precisión & disponibilidad Una Prueba es esencial! In a recent customer evaluation of the SRP2000 sGPS against competitor products, it was shown that the Sepura radio out performed the competitor by a factor of four in positional accuracy and the number of times that the GPS receiver was able to provide a position.

Resumen Existen varias tecnologías de localización diferentes La tecnología, tanto para localización como para TETRA, está cambiando rápidamente Actualmente, receptores GPS de alta sensibilidad ofrecen la mejor solución para las necesidades de seguridad pública Sepura tiene un programa I + D constante para identificar nuevas soluciones y traerlas rápidamente al mercado

MUCHAS GRACIAS ¿Hay Preguntas?