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12.07.1991 - 

Technik und Administration der deutschen Smog Überwachung (Teil 1)

Smog-Warnsystem verfolgt den Weg der Luftschadstoffe

Im November 1986 beschloß die Umweltminister-Konferenz der Bundesrepublik Deutschland, ein Smog-Frühwarnsystem aufzubauen Joachim Winckler* beschreibt in der ersten von zwei Folgen seines Beitrages die Teilkomponenten des Systems mit ihren Funktionen und erläutert die Konzeption für einen einheitlichen Input-Datenfluß bei

unterschiedlichen Rechnern im Meßnetz.

Das Smog-Warnsystem wurde mit der Vorgabe beschlossen, die zuständigen Behörden frühzeitig über drohende Smog-Situationen informieren zu können. Erreicht werden sollte das durch die flächendeckende Darstellung der aktuellen Immissionssituation und der Prognose der Smog-Entwicklung durch ferntransportierte Luftschadstoffe für das Gebiet der Bundesrepublik. Das Smog-Frühwarnsystem hat unter anderem die Aufgabe der flächendeckenden Darstellung der aktuellen Immissionssituation.

Um die jeweils aktuelle Immissionssituation darstellen und die Smog-Entwicklung prognostizieren zu können, sollen die Schadstoffkonzentrationen aus festen und mobilen Meßstationen der neuen und alten Bundesländer, des Umweltbundesamtes sowie aus Meßflügen aktuell bereitgestellt werden. Für die Smog-Voraussage sind derzeit Weiterentwicklungen von Prognose-Modellen in Arbeit.

Die Schadstoffdaten aktuell bereitstellen

Zentrale DV-technische Forderung im Rahmen des Smog-Frühwarnsystems war es, eine automatische Übertragung der Meßdaten aus den Meßnetz-Zentralen der Länder und des Bundes zum Umweltbundesamt nach Berlin (UBA) zu gewährleisten. Zusätzliche Kriterien: eine hohe Verfügbarkeit des Gesamtnetzes sowie dessen Aufbaubarkeit. In der Grundphase im Herbst 1987 erfolgte zunächst die Hardware- und Systemsoftware-Auswahl.

Die Entscheidung fiel zugunsten von DEC-Rechnern; in den Meßnetz-Zentralen steht jeweils eine VAXstation II/GPX als sogenannter Schnittstellen-Rechner und im Umweltbundesamt eine MicroVAX II für die zentrale Datensammlung zur Verfügung. Die Auswertung der Daten übernimmt eine Siemens 7.570-C, ebenfalls im Umweltbundesamt. Die Ergebnisse dieser Auswertungen sind von jeder Meßnetz-Zentrale in grafischer und tabellarischer Form online abrufbar.

Im Winterhalbjahr 1987/88 erfolgten zunächst die Installation der Rechner in den Bundesländern sowie im Umweltbundesamt, der Anschluß der Meßnetz-Zentralrechner an die Schnittstellen-Rechner sowie der erste Test der Datensammlungs- und Auswertungssoftware. Im Winterhalbjahr 1988/89 wurde in allen Bundesländern der Vollbetrieb aufgenommen. Seit dieser Zeit läuft das System in jedem Winterhalbjahr (von Oktober bis März) in der Dauer-Erprobungsphase. Das Winterhalbjahr 1989/90 stellte den Beginn des Normalbetriebes dar.

Die Schnittstellen-Rechner in den Bundesländern, dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) sowie in der Pilotstation Offenbach des Umweltbundesamtes sind wie folgt konfiguriert:

- VAXstation II/GPX mit jeweils 5 MB Hauptspeicher und 150-MB-Festplatte,

- 19-Zoll-Farbmonitor,

- Laserdrucker,

- Datex-P-Interface und

- Vierfach-Multiplexer für V.24-Schnittstellen.

Die Kenndaten des Smog-Frühwarn-Zentralrechners:

- MicroVAX II mit 9 MB Hauptspeicher und 150-MB-Festplatte,

- 8fach-Multiplexer,

- Kommunikations- und Ethernet-Interface für die Inhouse-Koppelung,

- 19-Zoll-Farbmonitor,

- Laserdrucker,

- Datex-P-Interface.

Der Auswertungs-Zentralrechner ist eine Siemens 7.570-C mit 16 MB Hauptspeicher und 760-MB-Festplatte. Das System wird für die Berechnung und Bereitstellung der länderübergreifenden Smog-Grafiken eingesetzt und ist für deren Abruf im "grafischen Einfachdialog" mit den Schnittstellen-Rechnern über Datex-P verknüpft.

Als Betriebssystem wird auf den VAXen das Betriebssystem VMS verwendet, unterstützt durch DEC-VMS (Workstation-Software) und GKS. Die Realisierung der Datenübertragung erfolgt über Decnet und VAX-PSI. Auf dem Siemens-Zentralrechner kommt das Betriebssystem BS2000 und das Datenbanksystem Adabas der Software AG zum Einsatz. Den Filetransfer zwischen der MicroVAX II und dem Siemens-Rechner 7.570-C realisiert die Software RDAC von Conware. Die VAXstation II/GPX dient der Datenübernahme von den jeweiligen Meßnetz-Zentralrechnern der Bundesländer beziehungsweise des Umweltbundesamtes, der Bearbeitung und Steuerung des Inputs für den zentralen Luftrechner im Umweltbundesamt und der Ergebnisabfrage im "grafischen Einfachdialog" .Die Maschine sichert darüber hinaus die Netzkommunikation via Decnet. Die MicroVAX II erledigt die Input- und Netzsteuerung, den Abruf der Meßdaten von den Schnittstellen-Rechnern in den Meßnetz-Zentralen, die Überwachung der Netzkommunikation und des Betriebs der dezentralen VAXstations; auf ihr laufen außerdem die zentrale Mailbox, der dialoggestützte Abruf zur Prüfung, zusätzlichen Kommentierung und Freigabe der Smog-Grafiken im Umweltbundesamt sowie solche Teilfunktionen wie auf den VAXstations in den Meßnetz-Zentralen.

Diese Teilfunktionen umfassen die manuelle Eingabe von Meßdaten, die dem Umweltbundesamt durch Telefon, Fernschreiber oder Telefax übermittelt werden, falls ein dezentraler Schnittstellen-Rechner ausfällt, und die Abfrage der fachlich freigegebenen Ergebnisdarstellungen im "grafischen Einfachdialog".

Der Siemens-Zentralrechner schließlich sorgt für die Aufbereitung der Input-Daten in Form von länderübergreifenden Smog-Grafiken. Er ermöglicht die tabellarische Darstellung von Meßwerten und die Übertragung der Grafiken auf die VAXstations in den Bundesländern. Das Unternehmen IVU hat im Rahmen des Smog-Frühwarnsystems den Input-Datenfluß von den Meßnetz-Zentralrechnern bis auf den Siemens-Zentralrechner realisiert und den Netzaufbau durchgeführt.

Konzeption für den Eingangs-Datenfluß

Der Input-Datenfluß sollte so gestaltet werden, daß ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand für das Personal in den Meßnetz-Zentralen der Bundesländer die Übernahme der Daten von den Meßnetz-Zentralrechnern ermöglicht würde. Als weiterer Gesichtspunkt war zu berücksichtigen, daß die Hardware in den Meßstellen der Bundesländer nicht einheitlich ist. Es mußte deshalb ein Konzept entstehen, das den unterschiedlichen Betriebssystemen und Hardwarevoraussetzungen in den Bundesländern Rechnung tragen mußte. Eine Kommunikationslösung auf der Basis von Standard-Netzsoftware kam ans diesem Grunde nicht in Frage.

Es wurde entschieden, für die Kommunikation das X-Modem-Protokoll und als Übertragungsweg den normalen V. 24-Anschluß zu verwenden. Um die Einheitlichkeit der Software zu gewährleisten, wurde außerdem auf den Meßnetz-Zentralrechnern jeweils eine zyklische Sieben-Tage-Datei angelegt, aus der die aktuellen Daten automatisch abgerufen werden. Die Übertragung des weiteren Datenflusses - bis auf die MicroVAX II im Umweltbundesamt - ließ sich dann auf der Basis des installierten Decnet durchführen. Auch bei dieser Übertragung war es das Ziel, einen weitgehend automatischen Betrieb zu gewährleisten.

Im "Normalbetrieb" sollte einmal täglich eine Übertragung von jedem der Meßnetz-Zentralrechner stattfinden, so daß innerhalb einer Stunde nach Dateneingang die Auswertungen im Umweltbundesamt vorlagen. Für den "Intensivbetrieb" - auf diesen Modus wird im Fall drohender Smoggefahr umgeschaltet - mußte außerdem sichergestellt sein, daß alle drei Stunden eine Übertragung realisierbar ist.

Die Sachbearbeiter an den Schnittstellen-Rechnern müssen die Möglichkeit haben, die Daten vor der Übertragung zum UBA nochmals zu sichten. Außerdem sollen sich Teilbereiche des Meßnetzes zu Gebieten zusammenfassen lassen. Eine Meßstelle innerhalb eines solchen Gebietes sollte als repräsentativ für das Gesamtgebiet ausgewählt werden oder eine arithmetische Mittelwert-Bildung über alle Meßstellen des Gebietes erfolgen können. Als letzter Punkt schließlich war eine Mail-Komponente zum Nachrichtenaustausch mit dem Umweltbundesamt zu realisieren. Die Konfigurationen der Einzelsysteme im Netz sind sehr unterschiedlich. Deshalb stellte sich die Notwendigkeit, eine Übertragungssoftware zwischen Meßnetz- und Schnittstellen. Rechnern einzusetzen, die flexibel an die unterschiedlichen Anforderungen angepaßt werden konnte. Dazu bedurfte es eines einheitlichen Schnittstellen-Konzeptes.

Auf der Basis der Hardware und Systemsoftware in den Meßnetz-Zentralrechnern wurde festgelegt, daß in allen Bundesländern mit Ausnahme von Hamburg, Schleswig-Holstein und dem Saarland eine zyklische Sieben-Tage-Datei auf dem Meßnetz-Zentralrechner angelegt wird. Diese Datei enthält einen Datensatz pro Tag, Meßstelle und Meßkomponente (siehe Abbildung 1).

Die Aufzeichnung beginnt mit den Daten vom Montag und endet am Sonntag; zu Beginn jeder Woche wird der erste Tag der letzten Woche überschrieben. Damit stehen jeweils die letzten sieben Tage aktuell für die Übertragung zur Verfügung. Darüber hinaus ist in den meisten Ländern die Möglichkeit gegeben, diese Schnittstellen-Datei aus den Meßdaten des Meßsystems zu rekonstruieren.

Die Übertragungssoftware, die vom Schnittstellen-Rechner aus abgestoßen wird, hat nur lesenden Zugriff auf die Schnittstellen-Datei, die Software auf dem Meßnetz-Zentralrechner jeweils schreibenden Zugriff (Abbildung 2).