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21.09.1979 - 

Betriebsleitsystem für die Verkehrsbetriebe Hannover:

Stadtbahn an der langen EDV-Leine

HANNOVER (pi) - Die "Überlandwerke und Straßenbahn Hannover", kurz ÜSTRA genannt, befördert mit 360 Straßenbahnen und 260 Bussen im Großraum Hannover (über 1 Million Einwohner) täglich rund 350 000 Fahrgäste, in Spitzenzeiten - wie der Hannover-Messe - noch 65 000 mehr. Beschäftigt werden 2300 Mitarbeiter, davon 1100 als Fahrer, 800 als Handwerker und 250 in der Verwaltung. Das Liniennetz der Schienenbahnen umfaßt zur Zeit 190 km, davon laufen 7 km im Tunnel. Die gesamte Tunnelstrecke sowie 28 weitere km sind zur Zeit dem rechner- gesteuerten Stadtbahnnetz angeschlossen.

Aufgabenstellung

Die Besonderheit des Betriebs der öffentlichen Verkehrsmittel in Hannover besteht darin, daß die Stadtbahn in zwei unterschiedlichen Betriebsarten fährt: Einerseits die "U-Bahn", die im Tunnel kreuzungsfrei, aber nach den Vorgaben der Zugsicherungsanlagen fahren muß, und andererseits die "Straßenbahn", die an der Oberfläche nach Sicht und größtenteils auf eigenem Bahnkörper fährt. Während der Tunnelbetrieb weitgehend störungsfrei abläuft, treten an der Oberfläche viele Einflüsse und Störungen im Betriebsablauf auf, deren Auswirkungen besonders im Berufsverkehr sehr empfindlich sein können, wenn man sie nicht durch gezielte Planung und Information "im Griff" behält. Die Problematik des Tunnelbetriebs liegt wiederum in der praktischen Durchlaßfähigkeit von etwa 30 Zügen pro Stunde, also Zugfolge und Fahrverhalten müssen so gesteuert werden, daß in Spitzenzeiten der 2-Minuten-Abstand ohne Stauungen oder Verzögerungen ermöglicht wird.

Hauptaufgaben eines rechnergesteuerten Betriebsleitsystems (kurz RBL genannt) sollte es sein, diese beiden verschiedenen Betriebsarten des gleichen Verkehrsmittels durch aus dem laufenden Betriebsgeschehen gewonnene Informationen und daraus abgeleitete Steuerungsmaßnahmen möglichst störungsfrei ineinander zu überführen und andererseits durch rechnergesteuerte Dispositionsvorschläge ein unter Umständen stark gestörtes Netz schnell und wirkungsvoll zu entflechten.

Entwicklung

Bereits im Jahre 1974 erhielt die ÜSTRA vom BMFT den Förderauftrag, ein RBL-System zur Verbesserung des Betriebsablaufs und zur Vereinfachung der Betriebsführung der Stadtbahn in einer deutschen Großstadt als Pilotprojekt zu entwickeln. Das Prozeßrechnersystem und die entsprechende Software wurden von Sperry Univac (damals Krantz/Varian Data Machines) entwikkelt und zur Verfügung gestellt, Fahrzeugelektronik und Funkausrüstung wurden von Bosch geliefert.

Die Projektrealisierung erfolgte in den Jahren 1975 (Installation der erdfesten Funkanlagen), 1976 (Ausstattung der ersten Fahrzeug-Prototypen) und 1977 (Installation des Rechnersystems, Implementierung der Software und Freigabe der ersten Strecken) durch den Minister für Forschung und Technologie. 1978 wurden weitere Moduln für Zugfolge-steuerung und Dispositionshilfen freigegeben und das System komplett beendet: Unabhängig von weiteren Hardware- und Software-Ergänzungswünschen wird das Tunnelnetz ständig weiter ausgebaut; die Stadtbahnlinien 17 und 19 wurden zum Beispiel erst vor wenigen Wochen auf die EDV übernommen. Von den zur Zeit insgesamt 100 modernen Fahrzeugen sind umschichtig jeweils 80 in Betrieb, meist in Form von Doppelzügen.

Fahrzeug- und Streckenausrüstung

Jedes Fahrzeug ist im Führerstand (Zweirichtungswagen) mit einem eigenen Bordrechner (einer festverdrahteten Logik) ausgerüstet; es enthält ein Funkgerät, das dem Senden und Empfangen der Rechnerdaten und dem Funksprechverkehr mit der Leitzentrale dient. Eine Bedienelemente-Tafel, die gleichfalls mit der Fahrzeug-Logik verbunden ist, gibt Informationen und Anweisungen in Form von aufleuchtenden Lämpchen. Für die Beeinflussung von Verkehrssignalanlagen steht ein Sender zur Verfügung, der bei Verspätung über fest installierte Empfänger und auf der Wegstrecke mit der Verkehrsrechner-Zentrale zwecks gegebenenfalls Verlängerung der Grünphase kommunizieren kann. Ein Magnetschalter und ein Wegimpulsgeber dienen schließlich dazu, auf eine relativ einfache Art und Weise den Standort jedes Fahrzeugs zu bestimmen: Der Magnetschalter "erkennt" die in die Strecke eingelassenen Permanentmagnete (sechs Elemente für jeden Ortscode) und gibt deren Polarität an die Bordlogik weiter, während der Wegimpulsgeber die Radumdrehungen zählt und die Entfernung zwischen den Ortsmarken durch jede zehnte Umdrehung ermittelt. Damit der Standort auf 20 Zentimeter genau festgestellt werden kann, werden Unregelmäßigkeiten, etwa bei Radabnutzung, durch tägliche automatische Eichung verhindert.

Wenn der Fahrer das Fahrzeug betritt, steckt er seine Fahrplankarte, die seine Identifikationsdaten und zusätzliche Codierungen enthält, in den Bordrechner am Führerstand. Bei der nächsten Routineabfrage "bemerkt" der Rechner den neuen Stadtbahnzug und -fahrer, entnimmt der Steckkarte die Codierung, zieht den entsprechenden Fahrplan hinzu und kann mit der Kontrolle und Steuerung beginnen. Der Fahrer braucht außer dem Stecken der Karte keinerlei Tastaturen zu bedienen.

Alle Fahrzeuge werden zyklisch im Abstand von vier bis sechs Sekunden vom Rechner zur Übermittlung ihres Standortes aufgefordert. Zusammen mit der jeweiligen Uhrzeit wird so der Ist-Zustand ermittelt und vom Rechner mit dem Soll-Zustand (Fahrplan mit Weg-Zeit-Diagrammen für Teilstrecken etc.) verglichen. Ergeben sich Abweichungen (1.Verspätungsstufe ab 40 Sekunden, 2. Stufe ab drei Minuten), so erhält der Fahrer eine Fahrempfehlung auf dem Lampenfeld. Diese relativ einfache, aber sehr frühzeitige und feinstufige Informationsmöglichkeit erleichtert es, Unregelmäßigkeiten bereits bei ihrer Entstehung zu beheben.

Für den Tunnelbetrieb besonders wichtig ist die Folgezeit zum vorlaufenden Fahrzeug und deren Abweichung vom Soll, um lange Wartezeiten vor der Tunneleinfahrt und damit eine unregelmäßige Ausnutzung des möglichen Zwei-Minuten-Takts in Hauptverkehrszeiten zu vermeiden. Gegenüber der Zugfolgeeinhaltung kann hier die eigentliche Fahrplaneinhaltung in den Hintergrund treten. In jedem Fall hängt die Fahrempfehlung auch von den Abständen und Fahrplänen anderer Züge, die auf die Tunneleinfahrt zusteuern, ab, so daß sie individuell vom Disponenten getroffen werden muß.

Über den aktuellen Betriebszustand des ganzen Netzes kann der Disponent jederzeit über Bildschirm die entsprechenden Informationen abrufen. Angezeigt werden Nummer der Linie und des Zuges, Fahrplanstatus, Fahrempfehlung, Haltestellen, Tunnelein-/-ausgang sowie Notrufe.

Bei über geringe Verspätungen hinausgehende Betriebsstörungen mit längeren Stillstandszeiten zum Beispiel durch Streckenblockierungen ist der Disponent bestrebt, durch Zwischenkehren den planmäßigen Betrieb zumindest in Teilabschnitten innerhalb eines Umlaufes wiederaufzunehmen. Nach Vorgabe der Liniennummer ermittelt der Rechner entsprechende Vorschläge zur Kursaufnahme mit Orten und Zeiten der Zwischenkehren und Endpunkte, Wartezeiten etc., die dann der Disponent als Gruppenruf für alle beteiligten Fahrer übermitteln kann. Das gleiche gilt für "Wiedereinfädelungsvorschläge" außer Plan geratener Fahrzeuge sowie für kurzfristige Linienführungsänderungen durch Betriebsausfälle. Alle Maßnahmen, die der Rechner vorschlägt, müssen vor ihrer Weiterleitung an die Fahrer vom Disponenten quittiert werden. Außerdem werden sie automatisch protokolliert und erst nach Abschluß der jeweiligen Betriebsstörung gelöscht.

Betriebsdokumentation

In Arbeit befindlich, aber noch nicht implementiert sind die Programme für die Betriebsdokumentation. Sie sehen folgende Berichte vor: Alle wesentlichen Vorkommnisse im Laufe jedes Betriebstages werden automatisch mit Uhrzeitangabe protokolliert. Dazu gehören alle von den Fahrzeugen über Sprechfunk gemeldeten Störungen, die zusammengestellt und zur Weiterleitung an die sie behebenden Stellen ausgedruckt werden. Das Betriebsprotokoll registriert an bestimmten Streckenquerschnitten für einen festgelegten Zeitraum die jeweilige Fahrplanlage zu statistischen Zwecken. Der Betriebsbericht schließlich enthält alle Informationen des Tages über Störungs- und Ausfallzeiten, Anzahl und Grund der Störungen, Unfall- und Überfallberichte etc.

Zentrales Rechnersystem

Eingesetzt wird ein Sperry Univac-Doppelrechnersystem für besondere Sicherheit mit 64 KB Hauptspeicher und 2x2,5 Millionen Bytes Plattenspeicher. Es handelt sich nicht um ein sogenanntes "Hot-Standby-System", das heißt bei Ausfall des ersten Rechners müssen die Daten im zweiten Rechner zuerst aktualisiert werden. In der Betriebsleitstelle am Kröpcke in Hannover im Zentrum der Stadt sind zwei Bildschirmplätze mit Monitor und Tastatur für die Disponenten eingerichtet. Ein Thermodrucker dient der Betriebsprotokollierung.

Die Übertragung der Daten zwischen Rechner und Fahrzeug erfolgt im Halbduplex-Verfahren mit einer Geschwindigkeit von 1200 Baud. Jedes Datentelegramm hat eine Länge von 41 Bits, inklusive 24 Informations-Bits. Bei Störungen im Programmablauf kann das automatisch arbeitende Funkinterface abgeschaltet und die Rechnerkorrespondenz manuell nachvollzogen werden. Ein Fehlerdiagnosesystem spürt technische Unregelmäßigkeiten frühzeitig auf.

Das bei der ÜSTRA realisierte RBL-System hat nach Meinung der Betreiber erheblich zur Pünktlichkeit und Regelmäßigkeit des Stadtbahnverkehrs in Hannover beigetragen - allein durch die Tatsache, daß durch jederzeit zur Verfügung gestellte aktuelle Informationen die jeweils optimalen Entscheidungen getroffen werden können.

Kleinere Nachteile, wie kein gleichzeitiger Daten- und Sprechfunkverkehr und die zusätzlichen Bedienungen beim Wunsch nach Sprechfunk, zeigen andererseits auch wieder Vorteile: Die Kanäle sind ruhig und bleiben für wichtige Meldungen frei, die Gespräche werden kürzer, und durch codierte Meldungen ist eine Kommunikation auch ohne Gespräch möglich. Natürlich muß sich die neue Kommunikationsform erst einspielen, aber die Implementierung einer zweiten Strecke mit weiteren 40 Fahrzeugen zu Beginn des Sommerfahrplans Ende Mai 79 ist ein Ergebnis der positiven Erfahrungen auf der ersten Strecke.