S webovou službou a stejnojmennou mobilní aplikací Flightradar24 se už jistě setkal každý čtenář. Populární mapa letecké dopravy zobrazí prakticky v reálném čase polohu jak charterového letu mířícího kamsi do Španělska, tak malé cessny nad městem.
Švédský Flightradar24 a jemu podobní zároveň pozici letounu neustále ukládají, a tak jsou často prvním veřejným dokladem letecké havárie, anebo naopak dopravní anomálie – třeba válečného bezletového prostoru nad Ukrajinou a posledního letu ČSA.
Služba všechny tyto zajímavé střípky sdílí na svých sociálních sítích, a tak by měl každý pravověrný fanoušek letectví sledovat přinejmenším její účet na X:
Kde Flightradar24 a další berou data?
Flightradar24 opravdu není jediný. Doplňuje jej stále populárnější a komunitní ADS-B Exchange, který umí na mapě zobrazit i polohu většiny vojenských a vládních letek. Ukáže také privátní tryskáče, jejich operátoři si u ostatních velkých služeb vynutili výmaz. Díky tomu jsme mohli živě sledovat i to, kam zrovna letí Elon Musk. Z dalších nebeských slídilů stojí za zmínku ještě weby a mobilní aplikace FlightAware a RadarBox.
Kde ale vlastně všechny tyto služby berou data? Jak je možné, že když v prohlížeči nebo na mobilu načtete jejich mapy světa, ukážou 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.
Někdo jezdí z Pardubic do Prahy vlakem, no a někdo létá tryskáčem
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 masivním rozvojem letecké dopravy po druhé světové válce už přestal základní radar 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.
Jednoduchý transpondér Cessna RT-359A s nastaveným squawkem 1 2 0 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 postupem času přestaly stačit i tyto dva základní režimy, 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 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.
MLAT, aneb zjištění polohy letadla i bez ADS-B
Kdykoliv se sekundární radar zeptá 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.
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, Flightradar24 musí mít v dosahu letadla alespoň čtyři statické přijímače, které jsou zároveň perfektně časově synchronizované se servery služby. Proto se ke komunikaci používá jednodušší (a proto rychlejší) 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.
Laciný DVB-T dongle a program SDR# pro univerzální analýzu rádiového spektra. Všimněte si silných (rudých) pulzů, které představují přenos dat v oblíbeném nelicencovaném pásmu 868 MHz
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.
Můj vlastní zachytávač radarových odpovědí s anténou od RadarBoxu, přijímačem od FlightAwaru a Raspberry Pi, na kterém běží softwarový dekodér a server
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).
ADS-B přijímačů jsou plná asijská tržiště včetně Aliexpressu a Temu, takže pozor na obvyklé šmejdy, které sice možná budou fungovat, ale se slibovanou kvalitou a dosahem to už bude horší.
S drobnou prutovkou dosah okolo 200 km
FlightAware Pro Stick Plus jsem si před lety pořídil i já zhruba za devět stovek včetně poštovného. Doba pokročila, inflace také, dnes jsou proto ceny poněkud odlišné. Český RPisjhop.cz má krabičku v nabídce za necelých patnáct stovek a britský The Pi Hut za 49 liber.
FlightAware Pro Stick Plus s Raspberry Pi při stavbě přijímače v roce 2020
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.
S lepší anténou až okolo 500-600 km
Později jsem pořídil lepší anténu a díky občasným odrazům od velkých budov a dalších „rádiových zrcadel“ jsem v průběhu času zachytil letouny i kdesi nad chorvatským poloostrovem Istrie a u pobřeží Baltu.
Akumulovaný maximální dosah mého přijímače po bezmála pěti letech slídění (vlastní aplikace „KloboukRadar“ – takhle to na Flightradar24 samozřejmě nevypadá)
Anténu mám přitom stále na balkoně – sice v pátém nadzemním patře panelového domu, ale v údolí brněnské kotliny bez přímého výhledu až k horizontu, který stíní okolní kopce. Ostatně, je to hezky vidět na jedné z fotografií výše právě s anténou od RadarBoxu.
I se sebelepší anténou nicméně jen zřídka uvidíte letadla za horizontem. Signál s frekvencí okolo 1 GHz se totiž už velmi špatně odráží od svrchních vrstev atmosféry. Pokud tedy chci vidět i letouny nad Prahou či ještě vzdálenější Plzní, musejí být ve vyšších letových hladinách. Ty přistávající a v 1-2 kilometrech nezachytím nikdy.
Pětiletá heatmapa, kde můj přijímač vidí letadla zdaleka nejčastěji. Protože je přijímač na dně brněnské kotliny, ve větší vzdálenosti zachytí jen signál z letadel, která jsou dostatečně vysoko – nesmějí být za horizontem
ADS-B přijímače proto určitě nakupte rodinným příslušníkům a kamarádům, kteří v dětství chodili za školu a přišli o několik drahocenných hodin fyziky a zeměpisu, ve kterých by jim trpělivý pedagog vysvětlil, že Země opravdu není placka – ale zprohýbaný elipsoid – tedy geoid.
Kdybychom žili na placce, z Brna při přímé viditelnosti zachytím i letouny v mnohem větší vzdálenosti. Jejich vysílače jsou totiž dostatečně výkonné.
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.
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.
Nejlepší české přijímače na službě Flightradar24 seřazené podle maximálního dosahu (nejedná se o kilometry, ale námořní míle!) v posledních třiceti dnech
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.
Grafický výstup z Raspberry Pi se systémem Pi24 po připojení monitoru (historické snímky z dob mé vlastní instalace v roce 2020)
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:
Statistika mého přijímače pro konkrétní den, Vzhledem k údolní poloze rozhodně nepatřím k premiantům ani v Česku. Veškeré vzdálenosti jsou v námořních mílích
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.
Namísto instalace Pi24 můžete nahodit přijímač i na běžná Raspberry Pi OS
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.
Připojení k Raspberry Pi skrze vzdálený terminál SSH a výpis složky se zpracovanými daty o zachycené letecké dopravě
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).
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.
Výpis souboru aircraft.json, který obsahuje seznam letů, které zachytil přijímač v posledním časovém okně. Právě odtud čerpám i ve vlastním aplikaci „KloboukRadar“ z obrázků výše
V jednoduchém Pythonu by to byla otázka nejvýše několika desítek řádků kódu.
Za odměnu dostanete Flightradar24 bez reklam
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, přístup do kompletní historie letů a tak dále. Ostatně, není divu, stanete se totiž opravdu obchodním partnerem – dodavatelem dat.
Pokud budete posílat data, Flightradar24 vám dá na oplátku paušál Business bez reklam
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.