Institutsbericht 2006 - iva.ing.tu-bs.de · Institutsbericht 2006 für den Zeitraum 2004 –2006 Langer Kamp 8 38106 Braunschweig Telefon +49 (531) 3913317 Telefax +49 (531) 3915197

Institutsbericht 2006 für den Zeitraum 2004 – 2006

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Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik

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INSTITUTSBERICHT 2006 1 1 ZUM GELEIT 1 2 INSTITUTSENTWICKLUNG UND PERSONAL INSTITUTE HISTORY AND STAFF 1 2.1 Institutsleiter und Professoren 2 2.2 Personelle Besetzung 3

3 DAS INSTITUT FÜR VERKEHRSSICHERHEIT UND AUTOMATISIERUNGSTECHNIK IM ÜBERBLICK 4 3.1 Zielsetzung des Instituts 4 3.2 Wissenschaftlicher Ansatz des Instituts 4 3.2.1 Aspekte der Verkehrssicherheit 4 3.2.2 Konzeptioneller Ansatz 4 3.2.3 Struktureller Ansatz/Systemik/Theoretische Grundlagen 5 3.2.4 Methodischer Ansatz 5 3.2.5 Thematische Schwerpunkte/Problemfelder 6

4 LEHRE 7 4.1 Übersicht 7 4.1.1 Lehrangebot im Wintersemester 7 4.1.2 Lehrangebot im Sommersemester 7

4.2 Kurzbeschreibung der Lehrveranstaltungen 8 4.2.1 Verkehrstechnik und Verkehrssicherheit 8 4.2.2 Automatisierungstechnik und Systemwissenschaften 8

4.3 Labore 9 4.3.1 Fachlabor Regelungstechnik 9 4.3.2 Automatisierungstechnik 3 9 4.3.3 Projektpraktikum Automatisierungstechnik 9

4.4 Seminare 9 4.5 Tagesexkursionen 9

5 FORSCHUNGSKONZEPTION 10 5.1 Verkehrssicherheit und –automatisierung 10 5.2 Fahrzeugsicherheit und –automatisierung 10 5.3 Systemik und Kooperative Systeme 10

6 PROJEKTE 12 6.1 Sustainable Mobility – Modul Traffic Flow der Volkswagen AutoUni 12 6.2 Bahn 2050 Phase IIIa: Konzepte zum dezentralen Betrieb Virtueller Zugverbände 12 6.2.1 Überblick 12 6.2.2 Inhalt 12

6.3 Bahn 2050 Phase IIIb – Eine Methode zum Nachweis mindestens gleicher Sicherheit von neuen Eisenbahnbetriebsverfahren 13 6.4 EURNEX 14 6.5 EuroMetropolis 14 6.5.1 Die Vision: Eine neue Mobilitätsinfrastruktur 14 6.5.2 Die Themencluster 14 6.5.3 Die Region EuroMetropolis 15

6.6 Modellbasierte Fehlerdiagnose 15 6.6.1 Kurzfassung 15 6.6.2 Motivation 15 6.6.3 Ansatz 15 6.6.4 Umsetzung – Die Machbarkeitsstudie 15

6.7 Step X 16 6.7.1 Überblick 16 6.7.2 Verflechtung innerhalb des Lastenheftes 16 6.7.3 Test auf verschiedenen Abstraktionsebenen 16 6.7.4 Unabhängige Testinstrumentierung durch Toolkopplung 17

6.8 Eisenbahn-Demonstrator 17 6.9 DemoOrt: Entwicklung eines Demonstrators für Ortungsaufgaben mit Sicherheitsverantwortung im Schienengüterverkehr 18 6.9.1 Motivation und Idee 18 6.9.2 Methodischer Ansatz 18 6.9.3 Umsetzung und Tests 18 6.9.4 Referenzmessplattform 19

6.10 Echtzeitdisposition im Schienenverkehr 19 6.10.1 Motivation 19 6.10.2 Methodischer Ansatz 19 6.10.3 Implementierung 20


III

6.11 KORTE: Konstruktion und Optimierung robuster Trassen für den Eisenbahnbetrieb 20 6.11.1 Motivation 20 6.11.2 Stand der Technik 20 6.11.3 Ziel 21

6.12 Quantitative Methoden der Zukunftsforschung 21 6.13 RegioCitadis I – Normkonformer Nachweis der betrieblichen Sicherheit eines Bremssystems – Durchführung einer Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse (FMEA) 21 6.13.1 Motivation 21 6.13.2 Inhalt 21

6.14 RegioCitadis II – Sicherheitskonzept eines Stadtbahnfahrzeuges 21 6.14.1 Motivation 21 6.14.2 Inhalt 21

6.15 SAMNET 21 6.16 Satellitengestütztes Navigationsexperiment auf einem spurgeführten Fahrzeug 22 6.17 Studiengang „Mobilität und Verkehr“ 23 6.18 Tomasen: Toolunterstützte Modellierung, Analyse und Synthese sicherheitsrelevanter Steuerungen für den Eisenbahnverkehr mit Petrinetz-technologie 23 6.18.1 Motivation 23 6.18.2 Ansatz 24 6.18.3 Umsetzung 24

6.19 SELCAT: Mehr Sicherheit an Europäischen Bahnübergängen 24 6.19.1 Einleitung 24 6.19.2 Ziele 24

7 TECHNISCHE AUSSTATTUNG 25 7.1 Experimentalbereich 25 7.2 Eisenbahn-Demonstrator 25 7.3 Verkehrsleitstand 25 7.4 Versuchsfahrzeuge 26 7.5 Rechentechnik 26 7.5.1 Hardware 26 7.5.2 Software 26

8 LITERATUR 27 8.1 Veröffentlichungen 27 8.2 Dissertationen 30 8.3 Studentische Arbeiten im Berichtszeitraum 31

9 SONSTIGE AKTIVITÄTEN 33 9.1 Fachtagungen 33 9.1.1 Symposium „Formale Techniken für Automatisierungs- und Sicherheitssysteme im Eisenbahn- und Automotivebereich“ – FORMS/FORMAT 2004 33 9.1.2 Tagung Gesamtverkehrsforum 2005 33 9.1.3 Entwurf komplexer Automatisierungssysteme EKA 2006 35

9.2 Braunschweiger Verkehrskolloquium 36 9.3 Road Safety Charta 37 9.4 Tag der Verkehrssicherheit am Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik 38 9.5 Mitwirkung in Gremien 39 9.6 Kooperationen 39

10 LAGEPLAN 41


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1 Zum Geleit

Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik sind elementare Grundlagen für Mobilität und Verkehr. Unsere aktuellen wissenschaftlichen Beiträge in Forschung und Lehre und darüber hinaus in öffentlichen Veranstaltungen aus den letzten beiden Jahren fasst der vorliegende Institutsbericht kompakt und über-sichtlich zusammen.

In der Lehre haben wir mittlerweile ein solides Curriculum entwickelt, das mit den Beiträgen des Maschi-nenbaus in den von uns mit konzipierten Studiengang Mobilität und Verkehr einfließt, der mittlerweile erfolgreich akkreditiert und im WS 2006 mit guter Nachfrage begonnen wurde.

In der Forschung haben wir national und international die Verkehrssicherheit verankert, wobei wir vor allem neue Ansätze zur theoretischen und methodischen Fundierung entwickeln. Ergänzend konnten wir unseren experimentellen Bereich mit Simulatoren und Versuchsfahrzeugen ausbauen, um die theoreti-schen Ansätze experimentell zu validieren. Zahlreiche Gastwissenschaftler hatten wegen dieser Expertise an unserem Institut längere Forschungsaufenthalte.

Erfreulicherweise werden unsere methodischen Konzepte zur modellgestützten Sicherheits- und Risiko-analyse - Resultate konsequenter Grundlagenarbeit - bereits im nationalen und internationalen Bereich von Eisenbahnbetreibern und Fahrzeugherstellern nachgefragt. Auch im zukunftsträchtigen Feld der satellitengestützten Ortung mit Sicherheits-relevanz konnten wir uns international erfolgreich etablieren.

Mit der FORMS/FORMAT 2004 konnten wir die Serie mit gutem Erfolg über den Eisenbahnbereich hinaus mit motivierender Resonanz auf den Automobilbereich ausdehnen. Die Ausrichtung des Tages der Verkehrssicherheit 2005 erzeugte eine beachtliche öffentliche Resonanz. Unserer Zielsetzung gemäß haben wir uns um die Aufnahme in die Europäische Charta für Verkehrssicherheit beworben, die im November 2005 erfolgte.

Persönlich gefreut hat mich die internationale Anerkennung unserer Forschungs- und Lehraktivitäten durch die Verleihung der Ehrendok-torwürde der bulgarischen Verkehrsuniversität in Sofia.

Bei der Lektüre unseres Institutsberichts wünsche ich viel Interesse.

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. E. Schnieder


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2 Institutsentwicklung und Personal Institute History and Staff Das Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungs-technik (iVA) wurde im Mai 2002 errichtet. Es steht einerseits in der langjährigen systemtechnischen Tradition des Maschinen-baus in Braunschweig, andererseits in der Verpflichtung, aktuel-le, allgemein wissenschaftliche Themen und Entwicklungen der Verkehrstechnik zu berücksichtigen. Aufgrund der verkehrs-technischen Kompetenz des Instituts für Regelungs- und Auto-matisierungstechnik (IfRA) und der Technischen Universität Braunschweig wurde im Zusammenhang mit der Gründung des DLR-Institutes für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung 2002 die Umwidmung des IfRA zum Institut für Verkehrssicher-heit und Automatisierungstechnik durchgeführt. Professor Schnieder, Leiter des IfRA, wurde mit der Umstrukturierung des Instituts beauftragt. Neben der Neuausrichtung und dem Aufbau des Arbeitsgebietes Verkehrssicherheit werden die bisherigen Arbeiten des IfRA im Bereich Automatisierungstechnik, insbe-sondere Verkehrsautomatisierung und Fahrzeugautomatisierung, fortgeführt und intensiviert. Mit dem Neuaufbau des Arbeits-schwerpunkts Verkehrssicherheit werden primär für den Land-verkehr und unter Weiterführung der Automatisierungstechnik inklusive regelungstechnischer Aspekte die systemischen Zu-sammenhänge zwischen Verkehr, Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie Automatisierungstechnik in wissenschaftlichem Gesamt-ansatz erforscht und gelehrt. Dafür wurden am Institut die wissenschaftlichen Schwerpunkte Verkehrssicherheit und –automatisierung, Fahrzeugsicherheit und –automatisierung, Kooperative Systeme sowie Systemik eingerichtet.

Das dem iVA vorangehende Institut für Regelungs- und Automatisierungstechnik (IfRA) ging 1989 aus dem ehemali-gen Institut für Feinwerktechnik und Regelungstechnik hervor und setzte die lange Tradition der Regelungstechnik im Maschi-nenbau der TU Braunschweig fort.

1989 wurde der regelungstechnische Teil des Instituts für Fein-werktechnik und Regelungstechnik mit dem Neuaufbau der Automatisierungstechnik unter Leitung von Prof. Schnieder im Institut für Regelungs- und Automatisierungstechnik integriert. Der Bereich Feinwerktechnik wurde vom ebenfalls 1989 aus dem Institut für Feinwerktechnik und Regelungstechnik hervor-gegangenen Institut für Mikrotechnik übernommen.

Aus der ersten wissenschaftlichen Beschäftigung mit der Rege-lungstechnik in Braunschweig noch während des Krieges durch Prof. A. Kuhlenkamp entstand in Verbindung mit der feinwerk-technischen Realisierung 1956 der mit Prof. Kuhlenkamp besetz-te Lehrstuhl und 1965 das Institut für Feinwerktechnik und Regelungstechnik (IfFR) ebenfalls unter seiner Leitung bis 1971, das anschließend von Prof. H. Schier und Prof. A. Richter bis 1989 geleitet wurde.

The Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungs-technik (Institute for Traffic Safety and Automation Engi-neering, iVA) was established in May, 2002. On the one hand, it follows the long tradition of system engineering in the domain of mechanical engineering in Braunschweig, on the other it is committed to current, scientific issues and developments in traffic technology. Due to the competence of the former Insti-tute for Control and Automation Engineering (IfRA) and the Technical University of Braunschweig in the field of traffic tech-nology, the IfRA was denominated to the Institute for Traffic Safety and Automation Engineering in connection with the establishment of the Institut für Verkehrsführung und Fahrzeug-steuerung at the DLR. Professor Schnieder, head of the former IfRA, was appointed to re-structure the institution. Besides a new scientific focus and the foundation of the work group traffic safety, previous work of the IfRA, especially in the fields of traffic and vehicle automation is continued and intensified. The founda-tion of the work field of traffic safety primarily aims on ground traffic and aspects of automation technology, including control engineering. Moreover, it is devoted to a scientific integral approach concerning research and teaching of systemic connec-tions between traffic, safety, reliability and automation technol-ogy. For that purpose, the scientific research groups traffic safety, traffic automation, vehicle safety, vehicle automation, cooperative systems and systemics have been established.

The preceding Institut für Regelungs- und Automatis-ierungstechnik (Institute for Control and Automation Engineering, IfRA) emerged in 1989 from the former Institut für Feinwerk- und Regelungstechnik (IfFR) and continued the long tradition of control technology in mechanical engineering of the Technical University of Braunschweig.

The appointment of the institute head and professors, lasting for three generations, as well as the focal points of their work during five decades shows a transition from device technology to realization of control and automation functions. According to the concept for extension of information science in the faculty of mechanical engineering, the Institute for Control and Automa-tion Engineering had the goal of preparing modern procedures, methods and devices of control and automation technology for use in the general interests of mechanical engineering.

Emerging from initial scientific work of Prof. A. Kuhlenkamp on control engineering in Braunschweig during World War 2, the Institut für Feinwerk und Regelungstechnik (Institute for Precision Mechanics and Control Engineering, IfFR) was established in 1665 in connection with former activities concern-ing precision mechanics from 1956 and a professorship of Prof. Kuhlenkamp. Prof. Kuhlenkamp was head of the Institute until 1971 and was followed by Prof. Schier and Prof. Richter until 1989.


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2.1 Institutsleiter und Professoren

Prof. Dr.-Ing. Alfred Kuhlenkamp

1946 - 1971, Leiter des 1965 gegründeten Instituts für Feinwerktechnik und Regelungstechnik,

Aufbau der Arbeitsgebiete Feinwerktechnik und Regelungstechnik.

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Hans Schier

1971 - 1989, Leiter des Instituts für Feinwerk- und Regelungstechnik,

Arbeitsgebiete Technische Optik und Fertigungstechnologie der Feinwerktechnik.

Prof. Dr.-Ing. Armin Richter

1966 - 1989, Leiter des Instituts für Feinwerk- und Regelungstechnik,

Arbeitsgebiete Elektromechanik, angewandte Elektronik und Systemtechnik, Regelungstechnik.

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Eckehard Schnieder

In der Zeit von 1989 - 2002 Leiter des Instituts für Regelungs- und Automatisierungstechnik,

Arbeitsgebiete Automatisierungstechnik und Regelungstechnik.

Seit 2002 Leiter des Instituts für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik.,

Arbeitsgebiete Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik.

Lehrbeauftragte

Prof. Dr.-Ing. Axel Munack

Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL), Institut für Technologie und Biosystemtechnik.

Arbeitsgebiete: Modellierung und Regelung biotechnischer Systeme; nachwachsende Rohstoffe als Energieträger.

Prof. Dr.-Ing. Heinrich Müller

Fachhochschule Koblenz, Fachbereich Maschinenbau.

Dr. Gerhard Prätorius

Leiter Koordination CSR und Nachhaltigkeit bei der Volkswagen AG. Bis 2006 Geschäftsführer der regionalen Entwicklungsagentur für Südostniedersachsen, reson e.V.; zusätzlich Geschäftsführer „Die Region - Marketinggesellschaft im Großraum Braunschweig mbH“. Lehr-aufträge und Veröffentlichungen zu den Themen Innovationsökonomie und Regional-Entwicklung sowie Verkehrs- und Umweltökonomie.


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2.2 Personelle Besetzung Stand: 30. November 2006 Vorstand Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Eckehard Schnieder Emeritus Prof. em. Dr.-Ing. Hans Schier Lehrbeauftragte Prof. Dr.-Ing. Axel Munack Prof. Dr.-Ing. Heinrich Müller Dr. Gerhard Prätorius Akademischer Rat Dr.-Ing. Uwe Becker Wissenschaftliche Mitarbeiter Dipl.-Wirtsch.-Ing. Imma Braun bis 07/2006 Dipl.-Ing. Stefan Detering Dipl.-Ing. Jörn Drewes Dr.-Ing. Lothar Ganzelmeier bis 04/2005 Dipl.-Inform. Frank Hänsel Dipl.-Ing. Matthias Hübner Dipl.-Ing. Hauke Karstens bis 07/2005 Dr.-Ing. Stefan König bis 07/2005 Dipl.-Inf. Stefan Kuhler bis 08/2005 MSEE Michael Lux Dipl.-Ing. Jörg May Dr. Jörg R. Müller Ing. Jan Poliak Dr.-Ing. Roman Slovák Dipl.-Ing. Tobias Ständer Dipl.-Ing. Jörg Wansart Dr.-Ing. Stefan Wegele Gastwissenschaftler Ing. Michal Foltan

Universität Zilina, Slovakei

Ing. Jan Ouředníček Czech Technical University in Prague, Faculty of Transportation Sciences, Tschechische Republik

Doz. Nelly Stoytcheva University of transport, Sofia, Bulgaria

Ing. Kiril Kassev University of transport, Sofia, Bulgaria

M.Sc. Anan Abu Farha University of Jordan

Dipl.-Ing. Stefan Gläser Volkswagen

Stancho Montyanov University of Transport, Sofia, Bulgaria

EDV-Betreuung Dipl.-Phys. Arno G. Schielke Dr. rer. nat. Akbar Shah Florian Ohlendorf Geschäftszimmer Sylvia Glowania Jennifer Lorenz Regine Stegemann Dieta Stülten bis 12/2005 Auszubildende Lukasz Dunst Steffen Ducke bis 08/2005 Björn Scholz Christian Musiol Fabian Wittwer bis 07/2006 Luzie Wöhler Mareike Schmidt Technischer Mitarbeiter Andreas Siepmann Gemeinschaftswerkstatt Dieter Prinke (Leitung) Ralf Karsten Michael Wiegand


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3 Das Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik im Überblick

3.1 Zielsetzung des Instituts Verkehrssicherheit heißt, Menschen und Güter sowie unsere Umwelt bei allen Arten des Verkehrs vor allen Gefahren zu schützen. Verkehrsicherheit ist ethisch geboten und wirtschaft-lich erfolgreich. Verkehrssicherheit wird durch viele Bereiche und Einflussfaktoren in höchst komplexem Zusammenwirken erzeugt, z. B. durch Einzelpersonen und Personengruppen, durch Technik, Gesetzgebung und Umwelt.

Unser Institut verfolgt das Ziel, durch wissenschaftliche For-schung und akademische Lehre einen Beitrag zur Verkehrssi-cherheit zu leisten. Dieser Anspruch steht in Einklang mit den europäischen Zielsetzungen im Weißbuch der EU/Automobilindustrie und den Absichten vieler in diesem Bereich tätiger Institutionen wie European Road Federation (ERF), European Railway Research Advisory Council (ERRAC), der Verkehrssicherheitsinitiative der Europäischen Union (e-Safety) und der Deutschen Automobilindustrie (VDA).

Wir wollen diese komplexe Materie in zusammenhängender Weise grundlegend angehen und verstehen Verkehr daher als vernetztes System kooperierender Elemente/Prozesse. Aus diesem Ansatz ergibt sich die Strukturierung unserer Forschung in vier Schwerpunkten: In anwendungsorientierter Hinsicht die konkreten Gegen-standsbereiche Fahrzeuge und Verkehr unter Konzentration auf Sicherheit als Systemeigenschaft und -ziel sowie Automa-tisierungstechnik als Mittel zur Zweckerreichung, die auf den theoretischen und abstrakten Grundlagenbereichen Systemik und Kooperative Systeme aufbauen.

3.2 Wissenschaftlicher Ansatz des Instituts Verkehrssicherheit an sich ist ein allgemeiner und umfassender Begriff, der in seinem Umfang für eine wissenschaftliche Behand-lung in Forschung und Lehre einerseits sorgfältig analysiert und spezifiziert, andererseits aber besonders unter der Zielstellung eines konzeptionellen Gesamtansatzes der Systemik methodisch entwickelt werden muss.

Aus einer begrifflichen Strukturierung der Verkehrssicherheit und einer Ziel- und Perspektivskizze wird im Institut ein wissen-schaftlicher Gesamtansatz mit einem strukturellen und einem methodischen Ansatz entwickelt.

3.2.1 Aspekte der Verkehrssicherheit

Verkehr ist eine höchst komplexe Ausdrucksform von mobilen Gesellschaften, die primär menschliche, technische, wirt-schaftliche, politische, umweltrelevante und wissenschaftliche Aspekte umfasst, wie es Bild 3-1 schematisiert.

Bild 3-1: Aspekte und Umfeld des Verkehrs

In ähnlicher Weise ist Sicherheit in entwickelten Zivilisationen ein multivalenter Eigenschaftskomplex mit unterschiedlichsten Ausprägungen, die sich auf viele Bereiche menschlichen Daseins bezieht. Die Bilder Bild 3-2 und Bild 3-3 zeigen schematische Strukturierungen der Bereiche Verkehr und Sicherheit.

Bild 3-2: Schematische Darstellung des Verkehrssystems

Bild 3-3: Schematische Darstellung von Sicherheitsaspekten und -umfeld

Die Schwierigkeit, für die Thematik "Verkehrssicherheit" einen wissenschaftlichen Gesamtansatz zu finden, besteht in der begrifflichen Unschärfe des außerordentlich hohen begrifflichen Umfangs der Bereiche (Domänen) Verkehr und Sicherheit und der daraus resultierenden kombinatorischen Komplexität der diversen Einzelaspekte.

3.2.2 Konzeptioneller Ansatz

Eine ausgesprochene Erwartung der wissenschaftlichen Behand-lung sind Forschungen zur Erhöhung der Sicherheit als Komple-ment von Risiken mit Personen- und Sachschaden im Verkehr. Hier stehen zwei verschiedene Konzeptionen zur Verfügung, die auf gemeinsamen strukturellen wie methodischen Ansätzen beruhen.


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1. Hinsichtlich des zeitlichen Betrachtungskonzepts kann unter der Devise "Lernen für die Zukunft aus vergangenen Ereignis-sen", unterschieden werden:

• Analytisch-retrospektiv mit wissenschaftlicher Bestandsaufnahme und Fallstudien sicherheitsrelevanter Belange zum Zwecke der Klassifi-zierung und Häufigkeitsanalyse. Resultierende Sicher-heitsmaßnahmen sind in der Regel Ursachen- oder Sym-ptomvermeidung, Regularien oder häufig passive Schutz-einrichtungen. Diese Sicherheitsmaßnahmen werden zur passiven Sicherheit gerechnet. Neue, kreative Maßnah-men sind

• Synthetisch/Konstruktiv-prospektiv Notwendige Transportfunktionen werden bereits si-cherheitsgerichtet bzw. -orientiert konstruiert. Mit Hilfe zukünftig immer leistungsfähigerer Informations-verarbeitung kann das sichere Verkehrsgeschehen dar-über hinaus aktiv geplant und gesteuert werden.

2. Hinsichtlich der verkehrlichen Betrachtungseinheiten kann Sicherheit einerseits in individuelle bzw. kollektive Ansätze andererseits unterschieden werden.

• Individuell-autonom Verkehrssicherheit wird durch fahrzeugseitige Einrich-tungen realisiert, ausgehend von den Erfolgen passiver Maßnahmen mechanisch energieverzehrender Fahrzeug-konstruktion werden zunehmend aktive Maßnahmen mit so genannten Fahrerassistenzsystemen immer höheren Automatisierungsgrades verwirklicht, wobei allerdings die Autonomie des Einzelfahrzeugs naturgemäß immer im Vordergrund steht.

• Kollektiv-kooperativ Kollektive Ansätze zur Verkehrssicherheit waren bislang off-line juristisch-regelbasiert und on-line durch aktive Signalanlagen fahrwegseitig installiert. Die einzige Art on-line kollektiver, rückgekoppelter Verantwortung ge-schieht durch den Menschen mit seiner hochkomplexen Sensorik und intelligenten Informationsverantwortung in Verbindung mit der Fahrzeugaktorik. Allerdings erweist sich der Mensch sicherheits-/zuverlässigkeitsbezogen im Zuge der Verkehrsentwicklung zunehmend als sicher-heitskritisches Element. Einerseits kann man daher kon-struktiv durch technisch hochredundante Multisensorik und Informationsverarbeitung das Risiko fahrzeugseitig verringern. Andererseits sind durch dezentrale Kommu-nikationsmöglichkeiten zwischen Fahrzeugen und Aus-tausch von lokalen, fahrzeugseitig ermittelten Ver-kehrszustandsinformationen ganz neue Formen der Ver-kehrsorganisation denkbar, die biologischen Vorbildern der Systemorganisation entsprechen.

Hinsichtlich der Weiterentwicklung des skizzierten konzeptio-nellen Ansatzes sind geeignete Modelle erforderlich, welche mit den Stichworten Zustandsmodelle, selbstorganisierte, strukturell veränderbare Regelsysteme, dezentrale Strukturen, Agenten-konzepte umschrieben werden können. Methodisch bieten fortgeschrittene Konzepte der Regelungstechnik und der künst-lichen Intelligenz hierfür eine gute Grundlage.

3.2.3 Struktureller Ansatz/Systemik/Theoretische Grundlagen

Ein klassischer Ansatz zum Verständnis technischer und auch anderer Systeme ist die Systemtheorie. In ihrer aktuellen Ent-wicklung erfährt die Systemtheorie gegenwärtig entscheidende Erweiterungen:

• zur analytisch-formalen Behandlung komplexer Dyna-miken einerseits (kontinuierlich-diskretes Verhalten, sto-chastisches und nichtlinear-chaotisches Verhalten),

• zur Integration begrifflich-pragmatischer Eigenschaften (z. B. des Sicherheit einschließenden Begriffskonzepts Verlässlichkeit)

• zur strukturellen Organisation durch die Objektorientie-rung mit ihren Formalismen,

• was mit einer attraktiven Entwicklung adäquater Be-schreibungsmittel und rechnergestützter Werkzeuge im akademischen und industriellen Bereich einhergeht.

Wird nun Verkehr modellhaft als komplexes dynamisches Sys-tem mit einem hochdimensionalen Zustandsraum aufgefasst, kann Sicherheit als erwünschte oder auszuschließende Eigen-schaft derart definiert werden, indem unerwünschte bzw. unzulässige Zustände ausgeschlossen werden. Der Ausschluss sicherheitsverletzender Zustände kann somit zum einen

• modelliert und

• auf dieser Basis analytisch untersucht werden

sowie zum anderen durch

• Realisierung des Modells konstruktiv (passive Sicherheit),

• Realisierung von Steuerungs- und Überwachungseinrich-tungen (aktive Sicherheit) automatisiert und durch

• Konzeption und Realisierung neuer Verkehrsformen bzw. Produktionskonzepte unter Verwendung leittech-nischer Einrichtungen betrieblich erreicht werden.

Die Basis dieser systemtheoretischen Modellierung bietet damit den Ansatz zu einer ganzheitlichen Erschließung der Ver-kehrssicherheit. Werden die bestehenden Einzelansätze geeignet modelliert, d. h. unter Verwendung eines integrations- oder transformationsfähigen Modellkonzepts, kann auf dieser Basis sogar eine Kombination erfolgen. Theoretische Ansätze sind bereits im Rahmen von DFG-Schwerpunktprogrammen (KON-DISK, SPEZI) entwickelt worden, die jetzt eine Erfolg verspre-chende methodische Grundlage darstellen.

3.2.4 Methodischer Ansatz

Gemäß dem Umfang von Aspekten der Verkehrssicherheit kann eine vollständige Durchdringung dieser Thematik nur von der begrifflich-thematischen Seite erfolgen, im Konkret-Praktischen jedoch nur exemplarisch untersucht werden. Die begriffliche Strukturierung ist die Basis für Eignung und Auswahl der Modell-konzepte.

In der Skalierung vom Abstrakten zum Konkreten resultiert daher folgende Stufung

• Begrifflich-thematische Erfassung und terminologisch-taxonomische Strukturierung

• Entwicklung bzw. Auswahl von Modellkonzepten, Integ-ration von Modellkonzepten

• Formalisierung der Modellkonzepte

• Entwicklung von theoretisch-formalen Modellen als Un-tersuchungsgegenstand und Entwicklung von Unter-suchungsmethoden

• Untersuchung durch Simulation und Analysen

• Entwicklung von Simulatoren und Demonstratoren, Maßstabs- und Verhaltensmodellen, Virtual-Reality-Simu-latoren, Human in the loop, Echtzeitdemonstratoren

• Entwicklung eines Untersuchungsinstrumentariums für Demonstratoren, Realexperimente und in-Situ-Unter-suchungen (z. B. Messeinrichtungen und Messfahrzeuge)

Zwei methodische Schwerpunkte sind dabei bemerkenswert:

Theoretische Untersuchungen zur Verkehrssicherheit auf der Basis formaler Techniken, d. h. formaler Beschreibungsmittel, Methoden und Werkzeuge (BMW-Konzept). Speziell hier wird die begriffliche und theoretische Integration der verschiedenen Ansätze möglich. Durch die Realisierung der Integration mit gekoppelten Modellen, kooperativen Rechnern und Werkzeu-


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gen, auch räumlich verteilt und über das Internet gekoppelt, entstehen völlig neuartige Möglichkeiten, komplexe Systeme im Bereich Verkehrssicherheit zu untersuchen, was zudem auch für Lehr- und vor allem für Weiterbildungszwecke interessante Potenziale eröffnet. Diese Untersuchungsmethode ermöglicht darüber hinaus auch die Einbeziehung von Originalkomponenten oder -systemen bis zu menschlicher Verkehrsteilhabe in Echt-zeit. Dadurch erschließen sich hochinteressante Untersuchungs-felder der Sicherheitsforschung in einer konzeptionell geschlos-senen Linie von Modellanalysen und -simulationen über Realex-perimente bis zur fiktiven und tatsächlichen Betriebseinbindung.

Experimentelle Untersuchungen mit Simulatoren, Demonstrato-ren und Versuchsträgern bzw. -fahrzeugen sowie systematische Auswertung von Schadensfällen bilden das praxisgerechte Kom-plement für wissenschaftliche Untersuchungen unter realen Bedingungen. Maßstäbliche Simulatoren des Straßen- und Schie-nenverkehrs unter Integration realer Leitsystemkomponenten ermöglichen die echtzeit- und betriebsgerechte Untersuchung sicherheitsrelevanter Eigenschaften unter gezielten und repro-duzierbaren Bedingungen. Mit Hilfe von unabhängigen Mess-plattformen und Referenzzustandsgeneratoren können die Verkehrsmessgrößen in Situ, d. h. im realen Verkehrsgeschehen, erfasst werden. Dazu sind entsprechend ausgerüstete Messfahr-zeuge zu konzipieren und auszurüsten, welche einerseits die Erfassung von Verkehrsmessdaten sogar im Verkehrsfluss selbst und andererseits die Erprobung von Sicherungsmaßnahmen, -konzepten und -einrichtungen in natürlicher Umgebung ermögli-chen. Die systemische Auswertung und Analyse von dokumen-tierten Schadensfällen im Verkehr bilden im Gegenzug eine hervorragende Basis zur Validation und Parametrisierung der theoretischen Modellbildung.

3.2.5 Thematische Schwerpunkte/Problemfelder

Neben dem Ausbau bzw. der Adaption notwendiger sys-temischer bzw. theoretischer Grundlagen inklusive kooperativer Systeme sollen zukünftig folgende Problemfelder untersucht werden:

• Sicherheitseigenschaften, -potenziale und -risiken von Automatisierungs- und Assistenzsystemen im Land-verkehr. Hier wird insbesondere die Wechselwirkung von lokalen und globalen Funktionen, d. h. intra- und in-termedial, sowie von technischen und menschlich ausge-führten Funktionen Gegenstand der Untersuchung sein.

• In den Zusammenhang der Sicherheitsrelevanz gehören auch wirtschaftliche und rechtliche Fragen, z. B. des Ausbaugrades, der Heterogenität, der Migration, der Verpflichtung und Überwachung sowie der Finanzierung, vor allem im Individual- und Kollektivbereich sowie der Lokalisierung der organisatorischen Verantwortung.

• Steigerung der Sicherheit durch Informations- und Kommunikationstechnik hinsichtlich verschiedener Krite-rien der Verkehrssicherheit, wobei diese qualifiziert und im funktionalen Wirkungsgefüge der Leitsysteme offen gelegt und quantifiziert werden müssen. Ziel ist die inhä-rente Stabilisierung von Verkehrsflüssen im Sinne einer weitestgehend dezentralen Realisierung und automati-sierten Ausführung eines konzeptionell geschlossenen Ansatzes. Das theoretisch zu fundierende Organisations-konzept für sicherheitsgesteuerte Verkehrs-betriebsformen lehnt sich an kooperative Systeme der Natur (z. B. Vogelschwärme) und Technik (z. B. Agen-tensysteme) an.

• Methodische Analyse und Qualifikation von Verkehrsleit- einschließlich -sicherungs�systemen und -einrichtungen in Verbindung mit der Qualitätssicherung und ihrer Ent-wicklung. Hierzu zählt die Erforschung von praktikabler Verwendung formaler Techniken zur Konstruktion und

Nachweisführung zuverlässiger und sicherer Systeme in Verbindung mit der Entwicklung sicherheitsrelevanter Anforderungen en gros und en detail. Ziel ist Sicherheit konstruktiv bereits im Entwicklungsprozess zu generie-ren.

• In experimenteller Hinsicht können Einrichtungen zur Einhaltung der Verkehrssicherheit messtechnisch qualifi-ziert werden. Dazu sind sowohl ein theoretisch-methodisches Instrumentarium auf messtechnischer und messtheoretischer Grundlage als auch experimentell-versuchstechnische Voraussetzungen praktisch-referen-zieller Natur zu schaffen (Messträger, Messfahrzeug, Messparcours).

• Konkrete Beispiele für Einrichtungen der Verkehrssi-cherheit sind Abstandswarngeräte, Spurführungs-assistenten, Stauwarnungen und -prognosen. Methodi-scher Ansatz für die Qualifikation ist die Neutralität eines Universitätsinstituts sowie die organisatorische Unab-hängigkeit von Entwicklungs- und Qualifikations-institutionen.


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4 Lehre

4.1 Übersicht

4.1.1 Lehrangebot im Wintersemester

Vorlesungen und Übungen Verkehrstechnik und Verkehrssicherheit

Verkehrstechnik 1 E. Schnieder, K. Lemmer, J. Drewes / J. May Verkehrsleittechnik E. Schnieder, J. Drewes / J. Poliak / F. Hänsel Fahrzeugregelung U. Becker, M. Lux Verkehrsökonomie und Verkehrspolitik G. Prätorius, I. Braun, J. Wansart

Automatisierungstechnik und Systemwissenschaften Automatisierungstechnik 1 E. Schnieder, U. Becker, M. Hübner / S. Detering Regelung und Komponenten in der Servohydraulik (Aktorik 2) H. Müller, U. Becker Technische Zuverlässigkeit E. Schnieder, T. Ständer Theorie der Petrinetze E. Schnieder, J. Müller

Labore und Praktika Verkehrstechnik und Verkehrssicherheit

Fachlabor Verkehrstechnik (im Aufbau) Automatisierungstechnik und Systemwissenschaften

Projektpraktikum Automatisierungstechnik Fachlabor allgemeiner Maschinenbau 2 Fachlabor Regelungstechnik

Seminare und Kolloquien Verkehrstechnik und Verkehrssicherheit

Seminar für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik Braunschweiger Verkehrskolloquium des Zentrums für Verkehr der TU Braunschweig (ZVB)

4.1.2 Lehrangebot im Sommersemester

Vorlesungen und Übungen Verkehrstechnik und Verkehrssicherheit

Verkehrssicherheit E. Schnieder, J. Drewes Automatisierungstechnik

Automatisierungstechnik 2 E. Schnieder, J. Müller/S. Detering Automatisierungstechnik 3 E. Schnieder Regelungstechnik 2 (Regelungstechnik B) E. Schnieder, U. Becker, J. Lux

Systemwissenschaften Parameterschätzung und adaptive Regelungen (Regelungstechnik 5) A. Munack

Labore und Praktika Automatisierungstechnik

Fachlabor Kraftfahrzeugtechnik2 Seminare

Verkehrstechnik und Verkehrssicherheit Seminar für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik Braunschweiger Verkehrskolloquium des Zentrums für Verkehr der TU Braunschweig (ZVB)2

Automatisierungstechnik Seminar für Regelungs- und Automatisierungstechnik

1 in Zusammenarbeit mit dem Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) 2 in Zusammenarbeit mit den Instituten des Allgemeinen Maschinenbaus


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4.2 Kurzbeschreibung der Lehrveranstal-tungen

4.2.1 Verkehrstechnik und Verkehrssicherheit

4.2.1.1 Verkehrstechnik 2V 1Ü

Verkehr und Mobilität (Begriffe, Definitionen, Kenngrößen), Systematik des Verkehrs (Systemzusammenhänge, Verkehrsob-jekte, Verkehrsmittel, Verkehrswege), Produktionskonzepte (Rangiertechniken, Ganzzug, Einzelwagenladungsverkehr, Gü-terverkehrszentren), Verkehrsorganisation (Verkehrsnetze, Netztheorien, Planung, Leit- und Sicherungstechnik, Telematik), Verkehrsphysik (Verkehrsdynamik, Modellierung von Verkehrs-flüssen, Flussdynamik, Verteilung von Verkehr, Verkehrssteue-rung), Verkehrssicherheit (aktive und passive Sicherheit in Fahrzeugen, Sicherheit durch Verkehrsfluss, Risikoanalysen), Verkehrsökonomie, -ökologie und –recht (Kosten, Gesetze und Nutzen, StVO, EBO, CENELEC).

4.2.1.2 Verkehrssicherheit

Wahrnehmung der Verkehrssicherheit, Erfassung der Verkehrs-sicherheit, Verkehrsstatistiken, Begriffsbildung und –analyse, Modellierung und Formalisierung der Sicherheit, Verortung, Verantwortung und Gestaltung der Sicherheit im Verkehr, technologische Implementierung, aktive und passive Sicherheit in Fahrzeugen, Sicherheit durch Verkehrsinfrastruktur, „Human Factors“ Die Studierenden erwerben integrative Schlüsselqualifi-kationen durch Kurzpräsentationen.

4.2.1.3 Verkehrsleittechnik (Regelungstechnik 4) 2V 1Ü

(Regelung und Automatisierung in der Verkehrstechnik)

Einzelfahrzeugsteuerung und –informationsmanagement: Bewe-gung einzelner Verkehrsmittel, Sensorik und Kommunikation, Informationsbeschaffung und –verteilung. Verkehrsflusssteue-rung: Straßenverkehrsfluss-Steuerung, Zugbeeinflussung. Kno-tensteuerung: Kreuzungsmanagement im Straßenverkehr; Knotenmanagement im Schienenverkehr. Betriebs- und Netz-management: Netzmanagement im Straßenverkehr; Flottenma-nagement, Netzmanagement im Schienenverkehr, Modal-Split-Management, Wirtschaftlichkeitsfragen.

4.2.1.4 Fahrzeugregelung 2V 1Ü

Betrachtung des Gesamtsystems Fahrzeug-Fahrer-Umwelt (Individual- und spurgebundener Verkehr), Beschreibung der Fahrzeugbewegung (Längs-, Quer- und Vertikaldynamik, An-triebsdynamik). Systembeschreibung und Modellbildung, Mo-derne Reglerentwurfsverfahren: Einführung in die robuste Regelung, Grundlagen (Normen und Signale, Pertubationen, Robuste Stabilität und Performance), H2/H∞-Regelung, µ-Synthese, QFT, Adaptive Regelung, Zustandsregelung, Prädiktive Regelung. Darstellung der Verfahren an aktuellen Beispielen aus der Fahrzeugtechnik. Ausblick auf weitere Verfahren (Fuzzy, Neuronale Netze, etc.)

4.2.1.5 Verkehrsökonomie und Verkehrspolitik 2V

Grundzusammenhänge von Verkehr und Mobilität (Bestim-mungsgründe der Mobilität, verkehrsinterne und -externe Gründe, Personen- und Güterverkehr, Ziele und Instrumente der Mobilitätsbeeinflussung, Mobilitätsstatistik), Verkehrsökono-mie (Leistungsmerkmale des Verkehrs, Wirtschaftlicher und technologischer Strukturwandel, Markt- und Branchen-entwicklung, globale Aspekte der Mobilität); Verkehrspolitik (Regulierung und Deregulierung der Verkehrsmärkte, Ziele und Instrumente der Verkehrspolitik, Verkehrspolitik der Europäi-

schen Union), Verkehr und Umwelt (Externe Effekte des Ver-kehrs, neue Instrumente der Klimapolitik im Verkehrsbereich, Energieeffizienz der Verkehrsmittel, LCA), Innovationen im Verkehr (Produktinnovationen, Nutzungsinnovationen, System-innovationen).

4.2.2 Automatisierungstechnik und Systemwissen-schaften

4.2.2.1 Automatisierungstechnik 1 2V 1Ü

Ziele, Gegenstand und Methoden, grundlegende Begriffe und Aufgaben der Automatisierungstechnik, Technische Prozesse; Strukturen der Prozesskopplung; Information in technischen Prozessen; Rechensysteme zur Prozesssteuerung; Information in Prozessrechnern; Anforderungen an Steuerprozesse, Echtzeit-betrieb, Prozessprogrammiersprachen; Organisationsformen, Hierarchie- und Kommunikationsstrukturen, Verhaltensmodelle, dynamisches Systemverhalten.

4.2.2.2 Automatisierungstechnik 2 2V 1Ü

Beschreibungsmittel für Automatisierungssysteme: Petrinetze (CE-, PTr-, PrTr-Netze, zeitbewertete, stochastische und Fuzzy-Netze), konventionelle Beschreibungsmittel (Boolesche Algebra, Automatenmodelle, Entscheidungstabellen, Funktions-plan, Kontaktplan, Anweisungsliste, grafische Programmier-sprachen, Netzpläne). Methodischer Entwurf von Automati-sierungssystemen (Entwurf, Validation und Verifikation, Simu-lation und Analyse). Werkzeuge für rechnergestützten Entwurf (CASE-Tools).

4.2.2.3 Regelung und Komponenten der Servohydraulik (Aktorik 2) 2V 1Ü

Grundelemente der Hydromechanik. Bauelemente der Energie-umwandlung (Pumpen und Motoren). Elemente der Energie-steuerung (Schaltventile und Stetigventile). Elektromechanische Umformer (Magnete, Tauchspulen, Tourquemotoren).

4.2.2.4 Regelungstechnik 2 2V 1Ü

Entwurf komplexer Regelkreise: Ersatzregelungsstrecken, Rückführung, Kaskadenregelung, Störgrößenaufschaltung. Mehr-größensysteme: Entkopplung. Nichtlineare Regelsysteme: Zwei- und Dreipunktregler, Zustandsdarstellung, zeitoptimale Rege-lungen, Fuzzy-Control. Ausblick auf digitale Regelsysteme, NLD.

4.2.2.5 Technische Zuverlässigkeit 2V 1Ü

Begriffe und Beschreibungsmittel der Zuverlässigkeit, Über-lebenswahrscheinlichkeit, Lebensdauerverteilungsfunktionen (Exponentialverteilung, Weibull-Verteilung, Normal-Verteilung), mittlere Lebensdauer, Ausfallwahrscheinlichkeit, Ausfallrate, Parameterschätzung, redundante Systeme, heiße Reserve, kalte Reserve, Systeme mit Reparatur

4.2.2.6 Regelungstechnik 5 2V 1Ü

(Parameterschätzung und adaptive Regelung)

Parameterschätzung für lineare statische Systeme. Parameter-schätzung für nichtlineare dynamische Systeme. Identifizier-barkeit von Parametern. Adaptive Regler nach dem OLFO-Verfahren. Grundbegriffe stochastischer Prozesse. Regler für stochastisch gestörte Systeme. Parameterschätzung für lineare dynamische Systeme mittels Least-Squares-Schätzung. Adaptive Regler Generalized Predictive Controls.


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4.3 Labore

4.3.1 Fachlabor Regelungstechnik

Versuch 1:

Unstetige Regelung am Beispiel der Temperaturregelung mit einem Zweipunktregler

Versuch 2:

Lenkungssimulator mit Kaskadenstruktur

Versuch 3:

Simulation und Reglerentwurf

Versuch 4:

Regelung eines TDI-Motors am Beispiel des Leerlaufreglers (in Zusammenarbeit mit IAV GmbH Gifhorn)

4.3.2 Automatisierungstechnik 33

(Gemeinschaftspraktikum Automatisierungstechnik)

Versuch 3:

Rechnergestützter Entwurf eines Automatisierungssystems

Versuch 4:

Realisierung einer Automatisierungsaufgabe mit einer speicher-programmierbaren Steuerung (SPS)

4.3.3 Projektpraktikum Automatisierungstechnik

Das Praktikum dient zur Vertiefung der Vorlesung Automatisie-rungstechnik 1. Es wird im Rechenzentrum der TU Braun-schweig mit Hilfe der Programme Matlab/Simulink sowie von Petrinetz- und CASE-Werkzeugen durchgeführt.

4.4 Seminare Regelung eines Robotersystems mit drei Freiheitsgraden

Hardware-in-the-Loop im Entwicklungsprozess von Kfz-Elektronik

Enlarge the mobility of spinal cord injured persons using the technique of Functional Electrical Stimulation

Eine Bestandsaufnahme im Güterverkehr Schiene Straße

Fahrerassistenzsysteme in der Automobiltechnik

3 in Zusammenarbeit mit dem Institut für Robotik und Prozessin-formatik, dem Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungs-technik und dem Institut für Regelungstechnik

4.5 Tagesexkursionen

2004

Move GmbH, Hannover

2005

Verkehrstechnik im Großraum Hamburg

Bild 4-1: Exkursion bei Betonwerke GmbH, Hannover

Bild 4-2: Exkursion bei Leonhard Moll AG, Hamburg

2006

Institutsausflug zum Schiffshebewerk, Lüneburg

Bild 4-3: Schiffshebewerk, Lüneburg


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5 Forschungskonzeption Mit der Weiterentwicklung des Arbeitsschwerpunkts Verkehrs-sicherheit im Zuge der Umwidmung des Instituts für Regelungs- und Automatisierungstechnik in das Institut für Verkehrssicher-heit und Automatisierungstechnik werden primär für den Land-verkehr und unter Weiterführung der Automatisierungstechnik inklusive regelungstechnischer Aspekte die systemischen Zu-sammenhänge zwischen Mobilität, Verkehr, Sicherheit und Zu-verlässigkeit sowie Automatisierungstechnik in wissenschaftl-ichem Gesamtansatz erforscht und gelehrt. Dafür wurden die wissenschaftlichen Schwerpunkte Verkehrssicherheit und –auto-matisierung, Fahrzeugsicherheit und –automatisierung, Koopera-tive Systeme sowie Systemik eingerichtet.

5.1 Verkehrssicherheit und –automatisierung Parallel zum technischen Fortschritt ist auch die Mobilität des Menschen stetig gewachsen. Damit verbunden sind große Steigerungen der Verkehrsleistungen im Schienen- und Straßen-verkehr in immer komplexer werdenden Strukturen, wobei die Sicherheit der Verkehrsteilnehmer vorrangig betrachtet und gewährleistet werden muss. Themen der Verkehrssicherheit sind u. a. Unfall- und Sicherheitsanalysen, Fragen nach der Haftung der Beteiligten als Folge von Unfällen sowie gesetzliche Vorschriften für den Schienen- und Straßenverkehr.

In der mit der Verkehrssicherheit eng verbundenen Verkehrs-automatisierung werden Themen zum Entwurf und zur Reali-sierung von Regelungs- und Automatisierungssystemen an prak-tischen Einrichtungen auf allen Ebenen von Verkehrs- und Trans-portsystemen behandelt. Von besonderem Interesse sind dabei grundlegende Aufgaben der Automatisierung technischer Pro-zesse des Verkehrs. Insbesondere werden dabei betriebliche Aspekte wie Risikoakzeptanz und -bewertung sowie technisch bezogene Verlässlichkeitsaspekte wie Sicherheit, Zuverlässigkeit, Instandhaltbarkeit und Verfügbarkeit der Verkehrssysteme Schiene und Straße betrachtet.

Bild 5-1: Eisenbahndemonstrator zur Untersuchung sicherheits-technischer Aspekte im Schienenverkehr

Am Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik liegen die wissenschaftlichen Themenschwerpunkte in der Er-forschung von Methoden, Beschreibungsmitteln und Werk-zeugen zur Untersuchung der genannten Aspekte in Bezug auf die Systemfunktion, -struktur und das Systemverhalten. Haupt-sächlich wird der Bezug zur Praxis durch Bearbeitungen mit dem Schwerpunkt "spurgeführter Verkehr" realisiert.

5.2 Fahrzeugsicherheit und –automatisierung Die tief greifenden Veränderungen durch die steigende Nutzung der Elektronik im Fahrzeug werden zur Entlastung des Fahrers führen (Assistenzsysteme) sowie die Möglichkeiten für einen vollautomatischen Betrieb schaffen. Hierzu ist es notwendig, die Wechselwirkung Fahrzeug-Fahrer-Umwelt gerade auch unter

sicherheitsrelevanten Aspekten zu betrachten und dabei sowohl theoretische Untersuchungen auf Basis formaler Techniken als auch experimentelle Verfahren mit Hilfe von Simulatoren, Versuchsträgern oder auch Demonstratoren durchzuführen.

Bild 5-2: Messanordnung zur Untersuchung der Tauglichkeit von Technologien zur satellitengestützten Navigation

Beispiel: Projekt Satnab 3 - Ziel dieses Experiments ist der Test und die Validation der neu zum Einsatz kommenden Techno-logien und Verfahren (Zeitnormal, Signalstrukturen, Empfänger). Insbesondere soll die Tauglichkeit dieser Technologien zur satellitengestützen Navigation nachgewiesen werden. Im Zuge der Navigationsexperimente sind Teilexperimente geplant, die unter statischen und dynamischen Bedingungen durchgeführt werden sollen. Die Referenzmessplattform soll die Durchfüh-rung der dynamischen Navigationsexperimente ermöglichen. Zur Durchführung der Navigationsexperimente dient die darge-stellte Experimentalumgebung. Es entsteht somit die Möglichkeit zukünftige Satellitensysteme zu qualifizieren.

Bild 5-3: "Carla" - Experimental- und Messfahrzeug des iVA

5.3 Systemik und Kooperative Systeme Zurzeit wird die Systemtheorie, die zum Verständnis techni-scher und auch anderer Systeme notwendig ist, entscheidend weiterentwickelt. Insbesondere die analytisch-formale Behand-lung komplexer Dynamiken wie z.B. kontinuierlich-diskretes, stochastisches oder nichtlineares Verhalten sollen hier weiter untersucht werden. Die Integration begrifflich-pragmatischer Eigenschaften wie das Konzept der Verlässlichkeit oder auch die Objektorientierung mit ihren Formalismen müssen hier Berück-sichtigung finden.

Ein Kooperatives System setzt sich aus vielen Akteuren zu-sammen, die durch aufgabenbezogenes Handeln sowie unter Zuhilfenahme von Interaktions- und Koordinationsmechanismen gemeinsame Ziele verfolgen.

Für automatisierungstechnische Systeme, wie z.B. in Automobil-elektronik, Verkehrsleittechnik und Prozesstechnik, stellt deren Umsetzung in Form Kooperativer Systeme einen Ansatz zur Be-herrschung der hohen Komplexität und dezentralen Struktur


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sowie zur Erfüllung der Anforderungen an Robustheit und Fehlertoleranz dar.

Bild 5-4: Natürliche Vorbilder für Kooperative Systeme

Kooperative Systeme besitzen eine Vielzahl an Vorbildern, wie z.B. in der Biologie Schwarmverhalten, Sozialverhalten und kooperatives Problemlösen von Lebewesen.

Nach diesem Leitbild werden am Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik Fragestellungen rund um den Entwurfsprozess behandelt, sowie Kooperative Systeme für spe-zifische Aufgabenstellungen entworfen.

Bild 5-5: Kooperative Systeme im Verkehr

Im Einzelnen beinhaltet dies folgende Forschungsschwerpunkte:

• Kopplung von Entwurfswerkzeugen zur verteilten Simu-lation von Automatisierungssystemen (ITC-Framework).

• Durchgängiger modellbasierter Entwicklungsprozess für den Entwurf von Steuerungen in der Automobiltechnik (STEP X).

• Dezentrale Leit- und Sicherungstechnik auf Basis von Software-Agenten (Bahn 2050, DOGMA).


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6 Projekte Tabelle 6-1 gibt einen Überblick über die Einordnung der nach-folgend beschriebenen Projekte in die Forschungsschwerpunkte des Instituts.

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Nr. Projekt1 Sustainable Mobility2 Move3 Bahn 2050, Phase IIIa4 Bahn 2050, Phase IIIb5 EURNEX6 EuroMetropolis

7Modellbasierte Fehlerdiagnose

8 Step-X9 Eisenbahn-Demonstrator10 DemoOrt11 Disposition12 KORTE13 Zukunftsforschung14 RegioCitadis15 SatNAB/Ortung16 Tomasen17 Selcat

Tabelle 6-1: Zuordnung Projekte – Forschungsschwerpunkte

6.1 Sustainable Mobility – Modul Traffic Flow der Volkswagen AutoUni

Bearbeiter: Imma Braun

Auftraggeber: Volkswagen AutoUni

Die Volkswagen AutoUni ist eine unternehmenseigene Bildungs-institution des Volkswagen Konzerns mit wissenschaftlichem Profil. Das Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungs-technik unterstützt die Volkswagen AutoUni durch die inhaltli-che Entwicklung und Organisation von Modulen insbesondere zum Verkehr.

6.2 Bahn 2050 Phase IIIa: Konzepte zum de-zentralen Betrieb Virtueller Zug-verbände

Bearbeiter: Imma Braun, Stefan König

Auftraggeber: Siemens AG, Transportation Systems, Braunschweig

Partner: Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik (emg), Technische Universität Braunschweig

6.2.1 Überblick

Im Rahmen des Projekts Bahn 2050 wird innerhalb des Zent-rums für Verkehr der TU Braunschweig (ZVB) an innovativen Lösungen zur Verbesserung der Attraktivität von schienenge-bundenem Güterverkehr geforscht. Zielsetzung der Forschungs-arbeiten ist zum einen die Übertragung der klassischen System-vorteile des Straßentransports (z.B. kurzfristige, bedarfsgerechte Transporte, Abwicklung von Transportmengen in der Größe-nordung eines oder weniger Container) auf die Schiene, ohne deren Systemvorteile wie z.B. Erreichenswahrscheinlichkeit, Automatisierungspotenzial oder Transportsicherheit aufzugeben. Zum anderen sollen neue Potenziale des Schienenverkehrs erschlossen werden, wie beispielsweise die Erhöhung der Kapa-zitäten des bestehenden Schienennetzes und eine Flexibilisierung organisatorischer und betrieblicher Abläufe im Schienengüter-verkehr. Nachdem in der ersten Phase des Projekts Bahn 2050 (Septem-ber 1998 - September 2001) grundsätzliche Machbarkeit des Betriebs "Virtueller Zugverbände" und Schlüsseltechnologien - insbesondere der drahtlosen Kommunikation - untersucht wurden, folgten in Phase 2 (September 2001-September 2003) die konzeptionelle Ausarbeitung eines dezentralen Betriebs- und Organisationskonzepts für virtuelle Zugverbände.. Im Rahmen der aktuell in Bearbeitung befindlichen dritten Phase (September 2003 bis September 2005) stehen die Ausarbeitung und der Funktionsnachweis des dezentralen Betriebs- und Organisati-onskonzepts im Vordergrund.

6.2.2 Inhalt

Ausgehend von der Grundidee, durch den Einsatz kompakter, weitgehend autarker und intelligenter Modulzüge, die sich ohne Rangiervorlauf auf freier Strecke zu virtuellen Zugverbänden zusammenfinden, eine Alternative zum LKW bereitzustellen und auf diese Weise die Attraktivität des Schienengüterverkehrs zu steigern, erwuchs die Notwendigkeit, Betriebs- und Organisati-onskonzepte zu entwerfen, die einen nutzbringenden Einsatz kleiner autonomer Transporteinheiten ermöglichen. Bei der Erarbeitung eines entsprechenden skalierbaren und flexiblen Produktionskonzepts für den Schienengüterverkehr wurde im Rahmen der Forschungsarbeiten von der Anwendung herkömmlicher, zentraler Planungs-, Leit- und Sicherungsverfah-ren abgegangen und ein Ansatz verfolgt, der eine Selbstorganisa-tion von Transporteinheiten in Planung und Betrieb beinhaltet. Dieses Konzept erfordert die wechselseitige Vernetzung bisher isolierter und rückwirkungsfrei verknüpfter Planungs- und Betriebsprozesse, womit die Komplexität der Problemstellung signifikant steigt. Um diese bewältigen zu können, wird der Ansatz eines dezentralen Systems verfolgt, in dem alle Akteure nach einfachen individuellen Regeln und Zielvorgaben handeln und gemeinsam ein hochkomplexes und dennoch effizientes Gesamtverhalten des Verkehrssystems bewirken. Zu diesem Zweck wird ein agentenbasiertes System entworfen und proto-typisch implementiert, in dem Transporteinheiten, Flotten- und Infrastrukturbetreiber sowie Versender in unter-schiedlichen Planungs- und Betriebsprozessen durch so genannte Software-Agenten.


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Versender Flottenbetreiber

FlotteFlottenbetreiber

Transporteinheit

Verkehrsteilnehmer

Verkehrsweg

Organisation und Betr ieb

Auftragsvergabe/ -akquisition

Flotte ndispo sition/Auftragsallokation

Fahrbe trieb

Fahrten pla nung

Bild 6-1: Use-Case-Diagram für Organisation und Betrieb Auch die Abwicklung des Fahrbetriebs erfolgt dezentral, nach einem Betriebsverfahren, in dem dezentral angeordnete und untereinander isolierte netzseitige Koordinationseinrichtungen zum Einsatz kommen, die auf aktive Anforderungen von Zügen entsprechende Fahrstraßen innerhalb ihres Netzbereichs bereit-stellen und einen verklemmungs- und kollisionsfreien Betrieb sicherstellen.

Bild 6-2: Kommunikationsprotokoll bei der Verbandsbildung

Das erarbeitete dezentrale Betriebsverfahren gliedert sich in ein grundlegendes sowie ein erweitertes Betriebsverfahren. Das grundlegende Betriebsverfahren entspricht in den Grundzügen sowie in den Anforderungen an die zug- und streckenseitige Infrastruktur einem Betriebsverfahren nach ETCS Level 3. Hierbei bewegt sich ein Zug mit Hilfe lokaler netzseitiger Koor-dination und wird nach dem Abstandshalteverfahren des Moving Block kollisionsfrei durch das Netz geführt. Auf diese Weise können dichtere Zugfolgeabstände als mit den heutigen Blockba-sierten Abstandshalteverfahren realisiert werden. Ein Zug darf sich hierbei nur innerhalb des speziell für ihn freigegebenen Streckenbereichs aufhalten und hat sicherzustellen, dass er jederzeit innerhalb dieses Bereichs zum Stillstand kommen kann, d.h. dass seine Bremskurve niemals über den freigegeben Stre-ckenbereich hinausgeht. Das erweiterte Betriebsverfahren bietet darüber hinaus die Möglichkeit einer dynamischen Zugverbandsbildung und -auflösung während der Fahrt. Dies erschließt weitere betriebli-che Vorteile, wie eine zusätzliche Erhöhung der Streckenkapazi-tät durch reduzierte Zugfolgeabstände sowie eine verbesserte Elastizität im Betrieb zur Vermeidung und Behebung betriebli-cher Störungen. Da es möglich ist, das Netz parallel sowohl nach dem grundle-genden als auch nach dem erweiterten Betriebsverfahren zu befahren, kann konventioneller Zugbetrieb nach ETCS Level 3 mit Zugbetrieb unter „Virtueller Zugverbandsbildung“ auf einem Netz gemischt werden. Transporteinheiten, die für das erwei-terte Betriebsverfahren mit telematischen und regelungstechni-schen Komponenten ausgerüstet sind, profitieren von den

Vorteilen des erweiterten Betriebsverfahrens, während konven-tionell ausgerüstete Züge dennoch weiterhin das Schienennetz uneingeschränkt nutzen können. Im Rahmen der aktuellen Arbeiten wird die Funktionsfähigkeit des in der vorangehenden Phase entworfenen dezentralen Betriebskonzepts und der Leit- und Sicherungstechnik für „Vir-tuelle Zugverbände“ validiert und demonstriert. Die Funktions-weise des Betriebsverfahrens, in dem leit- und sicherungstechni-sche Konzepte für „Virtuelle Zugverbände“ in Kombination mit Verfahren nach ETCS Level 3 zur Anwendung kommen, wird mit Hilfe einer Multi-Agent-basierten Simulationsumgebung untersucht und anhand von Hardware-in-the-Loop-Simulationen unter Nutzung des institutseigenen Eisenbahndemonstrators veranschaulicht.

Bild 6-3: Systemarchitektur des Projektes DOGMA

6.3 Bahn 2050 Phase IIIb – Eine Methode zum Nachweis mindestens gleicher Sicherheit von neuen Eisenbahnbetriebsverfahren

Bearbeiter: Jörn Drewes, Tobias Ständer Projektpartner: Siemens AG, Transportation Systems

Braunschweig Im Rahmen des 1998 von Siemens Transportation Systems initiierten Projektes Bahn 2050 wurde innerhalb des Zentrums für Verkehr der TU Braunschweig (ZVB) ein neues Betriebskon-zept entwickelt und mittels eines Demonstrators validiert, welches die Attraktivität des Schienengüterverkehrs durch Verbindung der Systemvorteile von Straße (Flexibilität) und Schiene (energetisch günstiger Transport) erhöht. Da dieses Konzept auf der Bildung virtueller Zugverbände basiert, die über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk gekoppelt werden, und damit von den anerkannten Regeln der Technik abweicht, erfordert die Eisenbahn-Bau und Betriebsordnung (EBO) den Nachweis der Sicherheit. Hieraus folgt die grundlegende Zielset-zung der Durchführung eines Nachweises mindestens gleicher Sicherheit (MGS). Entsprechend der Phasen 1-3 nach CENELEC EN 50126 erfolgt dieser Nachweis der gleichen Sicherheit auf Basis des Design-konzeptes ohne bereits detaillierte Implementierungsansätze zu berücksichtigen. Dieses Vorgehen auf einer eher abstrakteren Ebene erhöht die Implementierungsfreiheit bei gleich bleibender Sicherheit. Aufgrund der im Detail noch nicht bekannten techni-schen Komponenten zur Realisierung des betrieblichen Konzep-tes wird für den Nachweis der MGS ein prozessorientierter Ansatz ausgewählt der den Transportprozess im Ganzen be-trachtet. Um den Nachweis „mindestens gleicher Sicherheit“ führen zu können, bedarf es zunächst der Identifizierung eines Referenzsystems/-prozesses. Hierfür wird ein stufenweise aufgebautes Kanal-Instanzen-Modell erarbeitet, mit welchem sich u. a. sowohl im Betrieb befindliche und zugelassene manuel-le nicht-technisch gesicherte Betriebsverfahren (z. B. Zugleitbe-trieb), als auch zukünftige automatisierte technisch gesicherte


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Betriebsverfahren (ETCS Level 3) abbilden und hinsichtlich potentieller Gefährdungen analysieren lassen. Da es sich laut EBO bei dem Referenzsystem um ein im Betrieb befindliches und zugelassenes System handeln muss, wird im Folgenden die Zugleit- und Sicherung per ETCS in der Ausbaustufe Level 2 als mit dem derzeit höchsten zugelassenen Automatisierungsgrad als Referenzsystem betrachtet. Die von den verschiedenen Teilprozessen des Transport-prozesses ausgehenden potentiellen Gefahren werden sowohl für den Betrieb der virtuellen Zugverbände als auch für den Betrieb mit ETCS Level 2 mit Hilfe einer Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse (FMEA) untersucht und konform zur EN 50126 qualitativ hinsichtlich ihres Risikos bewertet. Daran an schließt sich eine quantitative Beurteilung der Risiken, welche auf, aus den in der EN 50126 verbal beschriebenen Auswirkun-gen und Eintrittswahrscheinlichkeiten, abgeleiteten Zahlenwer-ten basiert. Auf Grundlage dieser Zahlenwerte kann der Nach-weis erbracht werden, dass der Betrieb der virtuellen Zugver-bände mindestens genauso sicher durchgeführt werden kann, wie der Betrieb unter ETCS Level 2, wenn das drahtlose Kom-munikationsnetzwerk zwischen den virtuell zu koppelnden Zügen eine Mean Time Between Failure (MTBF) von weniger als einer Stunde nicht unterschreitet. Vergleicht man diesen Wert mit realistischen Werten technischer Systeme, deren MTBF in der Regel mehrere Zehnerpotenzen höher liegen, so wird deutlich, dass der Betrieb der virtuellen Zugverbände schon unter Einsatz einfacher, und damit preiswerter, Komponenten einen die Sicherheit des Gesamtprozesses „Transport“ steigern-den Effekt hat. Dies ist leicht nachvollziehbar, da das neue Betriebsverfahren fast vollkommen auf den Einsatz menschlicher Kräfte im Gefährdungsbereich (Gleisbereich und Bereich aero-dynamischer Einflüsse) verzichten kann, wodurch die Gefahr von Unfällen – und damit von Verletzten und Todesopfern – erheb-lich reduziert wird. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die von der Eisenbahn-Bau und Betriebsordnung an das System gestellte Forderung nach mindestens gleicher Sicherheit dem-nach mittels des entwickelten Verfahrens erbracht werden kann.

6.4 EURNEX

Bearbeiter: Roman Slovak

Auftraggeber: Europäische Kommission

Das Europäische Exzellenznetzwerk für Eisenbahnforschung (EURNEX- European Rail Research Network of Excellenz) wurde zum 01.01.2004 unter dem 6. Rahmenprogramm der Europäischen Kommission gegründet. Seine Mitgliederbasis bestand aus 66 Forschungsinstituten und Universitäten zusam-men mit den wichtigsten Eisenbahnverbänden wie UNIFE, UIC, UITP, geleitet durch Forschungs- und Anwendungsverbund Verkehrssystemtechnik Berlin (FAW). Das Ziel des Netzwerkes ist Integration der fragmentierten Bahnforschung, Unterstützung des Eisenbahnwesens bei seiner nachhaltigen Entwicklung und Verbesserung seiner Wettbe-werbsfähigkeit und wirtschaftlicher Stabilität. Im Rahmen des Excellenznetzwerkes wurden 10 thematische Pole formiert. Diese haben deren eigene Entwicklungspläne und organisatorische Leiter. Eine der wichtigsten Aufgaben innerhalb der thematischen Pole ist Identifikation des Forschungsbedarfes und Formulierung von Antragskizzen und derer Verfeinerung. Das iVA koordiniert die Aktivitäten der TU Braunschweig im EURNEX. Selbst ist beteiligt in thematischen Polen „Operation and Performance“ und „Safety and Security“. Im Sommer 2005 übernahm iVA die Veranstaltung des ersten thematischen EUR-NEX Workshops zu der Sicherheit auf den Bahnübergängen.

Aus dieser Aktivität wurde unter Leitung des iVA kurzfristig ein Europäischen Antrag SELCAT (Safer European Level Crossing Appraisal and Technology) formuliert, dessen Ziel eine Koordi-nierung der Forschung auf dem Gebiet der Bahnübergänge ist. Der SELCAT wurde inzwischen von der Europäischen Kommis-sion positiv begutachtet und die 18 beteiligten Partner (inklusive Japan) werden mit der Projektarbeit unter der Förderung durch den 6. Rahmenprogramm voraussichtlich Mitte 2006 beginnen können.

6.5 EuroMetropolis Bearbeiter: Imma Braun, Stefan König Auftraggeber: iVA-Eigenfinanzierung Partner: Bosch, DLR,

Projekt REGION BRAUNSCHWEIG GMBH, Siemens AG, TU Braunschweig, Volkswagen AG, Volkswagen AutoUni, Wolfsburg AG

6.5.1 Die Vision: Eine neue Mobilitätsinfrastruktur

Die Verknüpfung der vorhandenen Verkehrswege mit einer wachsenden Infrastruktur für Kommunikation und Ortung bereitet den Weg für eine neue Mobilitätsinfrastruktur mit hoher Lebensqualität. Reisen wird mit den neuen ITS-Diensten (Intelli-gent Transport Systems) sowohl sicherer und verlässlicher als auch attraktiver und unterhaltsamer. Ziel der Initiative EuroMetropolis sind die gemeinsame Entwick-lung und Anwendung neuer Technologien, Produkte und Dienst-leistungen. Damit wird zusätzlich eine wirtschaftliche und wis-senschaftliche Stärkung der Partner und der Region erreicht.

6.5.2 Die Themencluster

Schwerpunkte in der Initiative sind die drei Themen Verkehrsin-formation, Reisemanagement und Vernetzung des Autos mit Haus und Büro. Auf der Seite der Infrastruktur wird insbesonde-re WLAN und Satellitenortung bearbeitet. • Verkehrsinformation Ziel sind flächendeckende und verlässliche Verkehrsinformatio-nen in Europa. Zusammen mit einer dynamischen individuellen Navigation wird der Verkehr sicherer und effizienter und das Fahren komfortabler und entspannter. • Reisemanagement POIs (Points of interests) werden zukünftig zeit- und ortsabhän-gig kontinuierlich während der Reise aktualisiert. Der Reisende kann je nach Fahrtzwecken die POIs situativ auswählen und bekommt diese in das Fahrzeug übertragen. Das Navigationssys-tem wird damit zum persönlichen Reisebegleiter. • Vernetzung In einer vernetzten Welt werden die Fahrzeuge auch mit Haus und Büro kommunizieren. Ziel ist die Verfügbarkeit der persön-


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lichen Daten, von Musik und Informationen unabhängig vom momentanen Aufenthaltsort.

6.5.3 Die Region EuroMetropolis

Die Region Hannover - Braunschweig - Wolfsburg - Berlin liegt an einem Knotenpunkt europäischer Verkehrsströme. Sie stellt damit ein verkehrstechnisch interessantes Versuchsgebiet dar. Die Einführung von ITS-Infrastruktur macht die Region zu einem Anziehungspunkt und Testgebiet für neue Mobilitätsdienste.

Bild 6-4: Region EuroMetropolis

6.6 Modellbasierte Fehlerdiagnose

Bearbeiter: Jörg R. Müller

Auftraggeber: iVA – Eigenfinanzierung

Partner: IAV, Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr, Gifhorn

6.6.1 Kurzfassung

Im Fokus dieses Projektes steht die Adaption theoretischer Ergebnisse auf industrielle Aufgabenstellungen. In diesem Rah-men wird die modellbasierte Fehlerdiagnose mittels erweiterten höheren Petrinetzen anhand eines (bisher: vereinfachten) An-saugsystems (auch „Luftstrecke“) eines Turbomotors durchge-führt (vgl. Bild 6-5) und damit das Potential des wissenschaftli-chen Ansatzes demonstriert.

6.6.2 Motivation

Nicht nur in der Automobilindustrie führen neue Anforderungen etwa bezüglich Kosten und Emissionen zu beträchtlichen Her-ausforderungen an die modellbasierte- und, im speziellen, an die modellbasierte on-board Diagnose. Zwar wurden bisher einige mehr oder weniger formale Methoden vorgestellt, doch ist diesen gemeinsam, dass für unterschiedliche Fehlerfälle ver-schiedene Fehlermodelle, oftmals unabhängig vom (ggf. vorhan-denen) Systemmodell, erstellt werden müssen.

Hierin liegt schließlich die Motivation dieses Projektes begrün-det: Ist ein formales Modell zur Beschreibung des Systemverhal-tens vorhanden, dann müssen die in diesem Modell innewoh-nenden (xxx immanente) Informationen auch zu Diagnosezwe-cken genutzt werden können. Unter Voraussetzung einer for-malen Systembeschreibung muss es möglich sein, diese Informa-tionen auf automatisierte Weise in eine für Diagnosezwecke adäquate Repräsentation zu überführen.

6.6.3 Ansatz

Ausgehend von einem höheren Petrinetz-Systemmodell (d. h. einer formalen Systembeschreibung), wird unter Rückgriff auf die Dualraumtheorie der Linearen Algebra mittels rein formaler, mathematischer Transformationen ein „Diagnosemodell“ be-rechnet. Letzteres besteht aus dem um „adjungierte“ Abbildun-gen angereicherten Systemmodell (adjungierte Abbildungen stellen eine besondere Form „dualer“ Abbildungen dar). So ist

jede Kante des Diagnosemodells sowohl mit einer primalen wie auch einer adjungierten Abbildung annotiert. Daneben tragen in diesem Modell nicht nur Stellen, sondern auch Transitionen Marken, durch die im Zuge einer Fixpunktberechnung Informa-tionen zur Ursache(kombination) von beobachteten (Fehler-) Symptomen sukzessive deduziert werden können (vgl. Bild 6-6).

6.6.4 Umsetzung – Die Machbarkeitsstudie

In der untersuchten und vereinfachten Luftstrecke wurden folgende Elemente beachtet (siehe Bild 6-5): Eine Drosselklappe, die, in Abhängigkeit der Gaspedalstellung, die Menge an in den Luftpfad einströmender Frischluft beeinflusst (in der Stellung „Vollgas“ etwa ist die Drosselklappe nahezu vollständig geöffnet; bei „Standgas“ ist sie nahezu vollständig geschlossen). Der Luftdruck zwischen Drosselklappe und Kompressor („MAP-UP“-Wert: „Magnifold Absolute Pressure-Upstream“) wird mit einem Sensor gemessen. Durch den Kompressor wird die Luft verdichtet in dem Motor abgegeben. Der „MAP“-Wert („Magni-fold Absolute Pressure“) wird zwischen Kompressor und Motor wird gemessen. Zudem wird ein Bypassventil (parallel zum Kompressor) berücksichtigt, das im Arbeitspunkt „Vollgas“ geschlossen und im Arbeitspunkt „Standgas“ geöffnet ist. Als potentielle Fehlerquellen wurden Leckagen vor und hinter dem Kompressor, sowie ein fehlerhaft arbeitendes Bypassventil sowie Kombinationen aus diesen Einzelfehlern in Betracht gezogen.

Bild 6-5: Schematische Darstellung des vereinfachten Luftpfades

In Bild 2 ist das Petrinetz-Systemmodell dargestellt – wie oben angesprochen ist jede Kante mit zwei Abbildungen beschriftet und sowohl Stellen als auch Transitionen tragen Marken. Zu Beachten ist hier, dass im Kontext dieser Machbarkeitsstudie der Schwerpunkt nicht auf der realitätsnahen Abbildung physikali-scher und chemischer Prozesse lag, sondern auf der Anwendung und Verfeinerung eines gänzlich neuen Ansatzes zur Mehrfehler-diagnose.

Bild 6-6: Das Diagnosemodell des Luftpfades

Auf der Basis dieser Beschreibung von System und beobachte-tem Zustand wird der Raum möglicher Fehler („Fehlerraum“) durch eine Fixpunktberechnung sukzessiv eingeschränkt. Unter-schiedliche Beobachtungen an verschiedenen Arbeitspunkten führen im Allgemeinen zur Berechnung mehrerer Fixpunkte (jeweils einen Fehlerraum repräsentierend) – die Schnittmenge dieser Räume stellt schließlich den Fehlerraum dar, der allen Beobachtungen gerecht wird (vgl. Bild 6-7).


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Bild 6-7: Die Fehlerräume schneiden sich in einer Ursachen-kombination

Im konkreten Szenario konnte geschlossen werden, dass die beobachteten Werte mit einer Kombination aus einem fehlerhaft arbeitenden Bypassventil und einer Leckage hinter der Drossel-klappe zu erklären sind. Weiter kann gefolgert werden, dass vor der Drosselklappe kein Leck ist.

6.7 Step X Bearbeiter: Marc Horstmann, Jan Pavlik, Stefan Kuhler Partner: Volkswagen AG Wolfsburg

Institut für Software, Abteilung Programmier-sprachen, Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik der TU Braunschweig

6.7.1 Überblick

Ziel des Projektes Step-X ist das Aufzeigen eines durchgängigen Entwicklungsprozesses für den Entwurf von Steuerungen in Automobilen. Dazu werden geeignete Beschreibungsmittel, Methoden und Werkzeuge untersucht und beispielhaft ange-wendet. Neben dem Entwicklungsprozess als solchem sind auch die Einbindung von Testen und Diagnose sowie die Buskommu-nikation wichtige Bestandteile von Step-X. Für die Ermöglichung dieser Einbindung sowie der Durchgängigkeit des Entwicklungs-prozesses wird das Thema Toolkopplung behandelt.

Step-X ist eine Kooperation zwischen dem Zentrum für Verkehr der TU Braunschweig und der Volkswagen AG. Aus dem Zent-rum für Verkehr sind neben dem Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik auch das Institut für Software (ips) und das Institut für Messtechnik und Grundlagen der Elektro-technik (emg) beteiligt.

Am iVA wird insbesondere der Bereich Testen behandelt. Dabei steht die Frage nach einer geeigneten Verflechtung zwischen Test- und Entwicklungsprozess im Vordergrund. Teile des Testprozesses können sowohl methodisch und beschreibungs-mitteltechnisch wie auch auf Werkzeugebene vollständig in den Entwicklungsprozess integriert werden. Die Verflechtung zwi-schen Entwicklungsprozess und Test basiert auf den im Folgen-den beschriebenen Maßnahmen und wird im Rahmen des Pro-jektes STEP-X (Strukturierter Entwicklungsprozess am Beispiel von Automotive Anwendungen) in Form eines Rahmenwerks realisiert.

6.7.2 Verflechtung innerhalb des Lastenheftes

Die erste Möglichkeit einer deutlich engeren Verflechtung zwischen Test und Entwicklung als bisher praktiziert ergibt sich

bei genauerer Betrachtung der verwendeten Methoden des Requirementsengineering. Die dort vorhandenen verschiedenen Sichten stellen auch die Basis der Testspezifikation dar, weshalb sich eine Integration des Testmanagements in die Verwaltung der Systemanforderungen anbietet (vgl. Bild 6-8).

Dazu werden zusätzliche Module mit Beschreibungen zu Test-zielen und Testkriterien erstellt, auf deren Basis die Testspezifi-kation erfolgen kann. Als Basis einer automatisierten Testfallspe-zifikation können Schnittstelleninformationen automatisch aus den Systemvariablen gewonnen werden. Die zu spezifizierenden Testfälle können teilweise aus den Nutzer- oder Systemanforde-rungen sowie der Implementierungsspezifikation abgeleitet und durch die notwendigen Daten aus dem Parametermodul vervoll-ständigt werden. Anschließend erfolgt eine strukturierte Ablage der gewonnen Daten in Tabellenform, die nach einer entspre-chenden Testdurchführung und Testauswertung um die Testdo-kumentation vervollständigt werden.

Als wesentlicher Vorteil gegenüber einem entkoppelten Test-prozess ergeben sich insbesondere die Nutzung einer gemein-samen Datenbank und der damit verbundene Zugriff auf diesel-ben Parameter- und Variablenmodule. Des Weiteren können funktionale Anforderungen mit den korrespondierenden Testse-quenzen verlinkt werden, wodurch beispielsweise auch der Teststatus einer Funktion abgefragt werden kann.

Bild 6-8: Integration des Testmanagements in das RE

6.7.3 Test auf verschiedenen Abstraktionsebenen

Die modellbasierte Systementwicklung verlagert wesentliche Teile des Entwicklungsaufwandes hin zu früheren Phasen – dies kann auch für den Test gelten. Wenn auf Entwicklungsseite bereits gegen Ende der Analysephase erste ausführbare Modelle zur Verfügung stehen, die in abstrakter Weise das Systemverhal-ten abbilden, so können diese Modelle einem ersten Abnahme-test unterzogen werden, vorausgesetzt dass die Schnittstellen des Modells gemäß der Spezifikation ausgeführt sind.

So können bereits zu sehr frühen Zeitpunkten, in denen die Kosten der Fehlerbeseitigung niedrig sind erste Unstimmigkeiten aufgedeckt werden. Das Auffinden von Fehlern auf derart abs-trakter Ebene erlaubt außerdem in weiter detaillierten Ebenen eine Konzentration auf die für den jeweiligen Abstraktionsgrad typischen Fehler.

Damit erfolgt eine Umkehrung der klassischen Testreihenfolge. Klassischerweise wird mit dem Modultest begonnen, da erstmals zu diesem Zeitpunkt ausführbare Einheiten existieren. Durch die modellbasierte Entwicklung können bereits sehr früh, noch lange vor den klassischen Modultests Abnahmetests auf abstrakten Ebenen durchgeführt werden.

Req

uire

men

tsm

anag

emen

tAnforderungsbeschreibung

Analyse

Funktionaler Grobentwurf

Partitionierung

Code-Generierung

Architekturentwurf

Feinentwurf

HW SW (hybr.) SW (diskret)


SW (diskret)

HWSW (diskret)SW (hybr.)

SW (hybr.)HW

Anforderungsbeschreibung

Analyse

Funktionaler Grobentwurf

Partitionierung

Code-Generierung

Architekturentwurf

Feinentwurf



SW (diskret)

HWSW (diskret)SW (hybr.)

SW (hybr.)HW

Tes

tman

agem

ent


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Neben einer frühen Testmöglichkeit ist die Wiederverwendung von Tests ein wesentlicher Vorteil. Wenn es gelingt, die Schnitt-stellen auf allen Ebenen gemäß dem Lastenheft zu definieren, dann können die spezifizierten Testfälle auf anderen Ebenen, beispielsweise im Feinentwurf, durch Hardware-In-the-Loop Konfigurationen oder am realen System abgeprüft werden.

6.7.4 Unabhängige Testinstrumentierung durch Tool-kopplung

Toolkopplung ist ein wesentlicher Bestandteil der vorgeschlage-nen Testmethodik. Zum einen ermöglicht diese bei Verwendung von unterschiedlichen Beschreibungsmitteln und Werkzeugen innerhalb einer Entwurfsphase überhaupt erst die Möglichkeit von frühen Tests, indem durch Co-Simulationen über Werk-zeuggrenzen hinweg ausführbare Modelle für den Test zur Verfügung stehen.

Zum anderen unterstützt die Toolkopplung maßgeblich bei einer flexiblen Testinstrumentierung. Da unterschiedliche Beschrei-bungsmittel und Werkzeuge die Testsequenzen jeweils in ver-schiedenen Formaten benötigen, ist normalerweise eine speziel-le Anpassung der Testinformationen notwendig. Durch den Einsatz von Mechanismen zur Kopplung verschiedener Werk-zeuge entfällt dieses Problem, sofern alle benötigten Werkzeuge Teil des Toolverbundes sind.

Bild 6-9: STEP-X Test-Demonstrator

Auch Testinstrumentierungen, die über die reine Modellebene (Software-In-the-Loop) hinausgehen sind möglich, sofern ent-sprechende Schnittstellenfunktionalitäten bereitstehen. Dabei kommen insbesondere Hardware-In-the-Loop Konfigurationen, bzw. ein Prototyp des Gesamtsystems in Frage. Letztere Konfi-guration ist für das Anwendungsbeispiel „Elektrischer Fenster-heber“ in Bild 6-9 dargestellt.

6.8 Eisenbahn-Demonstrator

Bearbeiter: Frank Hänsel, Jan Poliak, Roman Slovák

Auftraggeber: DFG SPP Softwarespezifikation

Partner: Institut für Softwaretechnik und Theore-tische Informatik, TU Berlin

Im Rahmen der Betreuung der Referenzfallstudie Verkehrsleit-technik im Rahmen des Schwerpunktprogramms „Integration von Techniken der Softwarespezifikation für ingenieurwissen-schaftliche Anwendungen“ der DFG wurde am Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik ein physikali-sches Modell zur Problemstellung der funkbasierten Bahnüber-gangssteuerung in Form einer Demonstrationsanlage realisiert. Die Anlage dient der praktischen Vorführung, Erprobung und

Validierung von Steuerungsimplementierungen aus den einzel-nen Projekten des Scherpunktprogramms sowie, dank einer universellen Systemarchitektur, allgemeiner Fragestellungen im Bereich des spurgebundenen Landverkehrs.

Der Eisenbahn-Demonstrator stellt dazu neben dem Gleis- und rollenden Material im Maßstab 1:22,5 (LGB-Format) modular aufgebaute Bahnübergänge bereit, die jeweils aus den Kompo-nenten Schrankbaum, Lichtzeichenanlage, Fahrzeugsensor (Achszähler) und Systemanbindung bestehen. Zusätzlich verfü-gen einige Module über Weichen. Die Kommunikation aller streckenseitigen Komponenten ist mit Hilfe eines handelsübli-chen Feldbussystems realisiert, so dass sich völlige Freiheit in Bezug auf die Platzierung und Skalierung von Modulen des Bahnübergangs sowie weiterer streckenseitiger Komponenten ergibt.

Der Eisenbahn-Demonstrator soll ebenso für weitere Projekte wie Bahn 2050 genutzt werden. Es hat das Ziel flexibler Bahn-verkehre der Zukunft. Bei diesem Konzept wird auf streckensei-tige Sicherungseinrichtungen weitgehend verzichtet und die Kommunikation per Funk zwischen den Zügen und Strecken-elementen abgewickelt.

Die Hardware des Eisenbahndemonstrators wurde vollständig modular aufgebaut, um einen universellen Einsatz für verschie-dene Fragestellungen zu ermöglichen. Das streckenseitige Feldbussystem ist an einen zentralen Server angebunden, der ebenfalls die Kommunikation mit den Lokomotiven verwaltet. Die Lokomotiven sind über Wireless LAN mit dem Netzwerk des Institutes verbunden. Dieser zentrale Server stellt seinerseits einen Netzwerkdienst zur Verfügung, über den der Zugriff auf alle Komponenten des Demonstrators unter Nutzung eines einheitlichen Protokolls erfolgt. Dieses Protokoll kapselt die darunterliegenden Kommunikationssysteme und abstrahiert von deren spezifischen Eigenschaften. Bild 6-10 veranschaulicht diese Architektur.

Im Fall der Referenzfallstudie erfolgt der Zugriff auf den De-monstrator über eine Java-Schnittstelle, die in Matlab/Simulink eingebunden ist und den Funktionsumfang des Netzwerkdiens-tes des zentralen Demonstratorservers in Simulink bereitstellt.

Bild 6-10: WLAN-Architektur Unterschichten

Die weiteren Blöcke der funktionale Grobstruktur Demonstra-tors (s. Bild 6-11) wurden in der Umgebung von Matlab Simulink realisiert. Die Umgebungsteuerung er-möglicht das Verhalten des Lokführers und Fahrdienstleiters in das Experiment einzu-schließen sowie den Auftritt der in der Referenzfallstudie defi-nierten Störungen zu simulieren. Einerseits erlaubt eine Konfigu-rationsdatei das Experiment vorab off-line vorzubereiten, ander-seits kann der Experimentdurchlauf manuell über die Störungs-tasten im Modell oder über einer Rechnerbedienoberfläche online beeinflusst werden. Für die Testzwecke wurde ein forma-les Steuerungsmodell mit State-Flows in MATLAB Simulink realisiert. Über eine Software zur Toolkopplung (ExITE)ist es möglich neben MATLAB auch UML-Steuerungsmodelle in Rhapsody und Statemate (in Vorbereitung) sowie in Form eines C++ Codes zu validieren. Eine Videoüberwachung ermöglicht eine Fernsteuerung des Experimentes.


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SteuerungsmodellSteuerungsmodell

Experimentsteuerung

Bahnanlagensteuerung

Bahnanlagenmodell

Umgebungssteuerung

Demonstratorbasisfunktionen

Experimentierfunktionen

Betriebs-zentrale

BÜ-Steuerung

Fahrzeug-steuerung

Matlab Steuerungsmodell

Betriebs-zentrale

BÜ-Steuerung

Fahrzeug-steuerung

Matlab Steuerungsmodell

Betriebs-zentrale

BÜ-Steuerung

Fahrzeug-steuerung

C++ Steuerungsmodell

Betriebs-zentrale

BÜ-Steuerung

Fahrzeug-steuerung

C++ Steuerungsmodell

Betriebs-zentrale

BÜ-Steuerung

Fahrzeug-steuerung

Rhapsody Steuerungsmodell

Betriebs-zentrale

BÜ-Steuerung

Fahrzeug-steuerung

Rhapsody Steuerungsmodell

Betriebs-zentrale

BÜ-Steuerung

Fahrzeug-steuerung

Statemate Steuerungsmodell

Betriebs-zentrale

BÜ-Steuerung

Fahrzeug-steuerung

Statemate Steuerungsmodell

ExITE

Bild 6-11: Toolkopplung in einer Experimentalplattform

Zurzeit wird der Ausbau des Eisenbahn-Demonstrators voran-getrieben, so dass im Laufe des Jahres eine Gesamtstrecke von ca. 60m Gleis (entsprechend 1,35 km in der Realität) verfügbar sein wird. Darin sind zwei Bahnübergänge und etwa 20 Weichen enthalten. Damit sind vielfältige Möglichkeiten der Anordnung der Gleismodule gegeben, um die Anlage für verschiedene Anwendungsfälle aufzubauen. Es ist auch geplant, den De-monstrator in weiteren Projekten zu Nutzen. Zusätzlich wird die Anlage auch für Lehrzwecke genutzt.

Bild 6-12: Leitstand für Anlagensteuerung

Für den Betrieb sowie die Überwachung der gesamten Anlage wurde ein Leitstand errichtet (Bild 6-12), auf dem realitätsnah eine Arbeitsumgebung geschaffen werden kann, die denen von Zentralen des Eisenbahnsektors entspricht. Hierdurch wird der Eindruck der Realitätsnähe der gesamten Anlage noch unter-mauert.

6.9 DemoOrt: Entwicklung eines Demonstra-tors für Ortungsaufgaben mit Sicher-heitsverantwortung im Schienengüter-verkehr

Bearbeiter: Uwe Becker, Frank Hänsel, Jörg May, Jan Poliak

Auftraggeber: Bundesministerium für Bildung und For-schung (BMBF), "Mobilität und Verkehr, Bauen und Wohnen" bei der TÜV-Akademie Rheinland GmbH

Partner: Vehico GmbH, Braunschweig, Extessy AG, Wolfsburg

6.9.1 Motivation und Idee

Bisherige Verfahren der Ortung im Eisenbahnbereich beruhen auf technischen Einrichtungen an der Strecke (z.B. Achszähler, Gleisstromkreise etc.). Diese Einrichtungen stellen Ortsinforma-tionen mit einer Genauigkeit von im besten Fall wenigen 100m zur Verfügung, was bei derzeitigen Sicherungssystemen aus-reicht; die Verfügbarkeit bzw. Streckenkapazität jedoch ein-schränkt. Zusätzlich lassen sie sich neben dem erheblichen Wartungsaufwand auch nur unzureichend an veränderte und innovative Betriebsanforderungen anpassen. Für moderne Betriebsverfahren wie dem ERTMS/ETCS System etc. sind eine fahrzeugseitige, kontinuierliche Ortung und Zugvollständig-keitssprüfung mit hoher Genauigkeit, Verfügbarkeit und Sicher-heit erforderlich, um zukünftig einen modernen und flexiblen Bahnbetrieb gewährleisten zu können. Um auch auf Nebenstre-cken mit wenig Verkehr und keinerlei Sicherungseinrichtungen die Kapazitäten zu erhöhen, ist eine derartige Ortung zwingend erforderlich.


Die grundlegende Idee von DemoOrt besteht im Aufbau einer Plattform mit bordautonomer Technik, bei der vorhandene und innovative Technologien integriert und genutzt werden, wobei insbesondere Wert auf die satellitenbasierte Ortungstechnologie (GNSS) gelegt wird. Das System ist hochverfügbar ausgelegt und steht für Anwendungen im Sicherungsbereich mit Sicherheits-verantwortung zur Verfügung. Um diese Anforderungen zu erzielen ist die Fusion diverser Positionsinformationen erforder-lich. Durch die dadurch gewonnen Systemredundanz kann das bereits erwähnte hohe Maß an Systemsicherheit, -genauigkeit und -verfügbarkeit gewährleistet werden.

6.9.3 Umsetzung und Tests

Durch den aufeinander abgestimmten Ansatz unterschiedlicher, robuster Technologien werden eine Genauigkeit und vor allem eine witterungsunabhängige Zuverlässigkeit gewährleistet.

Durch die Kombination der Systeme kann die erforderliche Sicherheitsstufe nach CENELEC erreicht werden.

Ein Sicherheitsnachweis für das System wird erarbeitet; ausgie-bige Tests werden bei der Albtalbahn (AVG) in Karlsruhe sowie den Tatra-Bahnen in der Slowakei durchgeführt.

Weiterführend soll das System in Leit- und Sicherungstechniken, insbesondere bei Nebenbahnen, eingesetzt und auf Betriebs-tauglichkeit hin getestet werden.

1. Satellitenbasiertes System

a) ein terrestrisches Signal notwendig

b) durch Nutzung des Systems Galileo eine garantierte Ver-fügbarkeit und Qualität des Signals vorhanden.

2. Wirbelstrominduzierendes System

a) witterungsunabhängig

b) widerstandsfähig

c) präzise Messung der metallischen Inhomogenitäten der Strecke

3. Map Matching

a) gewonnene Daten können verifiziert werden.

b) grafische Darstellungen möglich


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Bild 6-13: Wirbelstromsensor

6.9.4 Referenzmessplattform

Das am Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungs-technik der TU-Braunschweig (iVA) entwickelte Referenzmess-system dient der qualifizierten Validierung des Gesamtsystems DemoOrt. Bei der Entwicklung sowie der Sensorauswahl wur-den die gebietsspezifischen Anforderungen an das System und auch die system-spezifische Genauigkeit von +/- 0,5 m (in Längsrichtung) berücksichtigt. Zur Realisierung des Referenz-messsystems werden zur kontinuierlichen Ortsmessung ein Mikrowellenradar und zur ereignisorientierten Ortsinformation RFID-Datenträger verwendet.

Bild 6-14: Messdatenverarbeitung

6.10 Echtzeitdisposition im Schienenverkehr

Bearbeiter: Stefan Wegele

Auftraggeber: IVA – Eigenfinanzierung

Partner: Siemens AG, Deutsche Bahn AG

6.10.1 Motivation

Der Eisenbahntransportprozess lässt sich als eine kontinuierlich-diskrete Regelungsstrecke auffassen. Dessen Steuerung wird bei der Eisenbahn in zwei fast unabhängige konsekutive Teile zer-legt:

1. Erstellung eines möglichst robusten Fahrplans, der als Führungsgröße für den zweiten Teil dient.

2. Disposition, die eine möglichst geringe Abweichung der realen Prozesses von der Führungsgröße erreichen soll (vgl. Bild 6-15).

Trassen-planung

DispositionVerkehrs-prozess

Anfragen Fahrplan

Externe Störungen

Bild 6-15: Regelung des Verkehrsprozesses

Die Anzahl der Transportdienstleistungen durch die Deutsche Bahn ist in den letzten Jahrzehnten stetig gewachsen, eine weitere Steigerung wird gewünscht.

Die Steuerung dieses immer komplexer werdenden Systems erfolgt heutzutage überwiegend durch menschliche Planer bzw. Disponenten. Durch die daraus resultierenden langen Vorlauf-zeiten und relativ geringe Pünktlichkeit verliert die Bahn im Konkurrenzkampf gegen die Straße. Ziel unserer Arbeit ist dem entsprechend die Entwicklung eines Algorithmus zur automati-schen Trassenplanung, der sowohl in der Trassenplanungsphase als auch in der Disposition einsetzbar wäre.


In beiden Fällen sollen ähnliche Qualitätskriterien erfüllt werden. Diese lassen sich als eine Optimierungsaufgabe darstellen:

{ Abweichungen von den Fahrplanwünschen } � min

Diese Aufgabe lässt sich verallgemeinern für beide Anwendungs-fälle mit Hilfe einer Straffunktion, die Abweichungen von den gewünschten Ankunftsintervallen der Züge bestraft.

Als Freiheitsgrade für die Lösung stehen typische Dispositions-maßnahmen zur Verfügung: zusätzliche Wartezeiten, Variation der Fahrwege in den Bahnhöfen, Aufgabe der Umsteigebezie-hungen. Die Optimierungsaufgabe stellt ein NP-hartes Problem dar. Zur deren Lösung wurden genetische Algorithmen in Kom-bination mit dem Branch-and-Bound Verfahren eingesetzt. Genetische Algorithmen sind nach dem Vorbild der Natur aufgebaut und werden zur Optimierung komplexer Systeme angewendet. Zur Suchraumeinschränkung und Steigerung der Sucheffizienz wird das Branch-and-Bound Verfahren eingesetzt. Die Optimierung läuft nach dem folgenden Iterationsschema ab (s. Bild 6-16).

Variation des Fahrplans =Optimierung

Simulation des Fahrplanes =Auswertung

Optimierter Fahrplan

Petrinetz-modell

Bild 6-16: Optimierungsablauf bei der Disposition

Für die Anwendung der Genetischen Algorithmen wurden umfangreiche Untersuchungen zu günstigen Kodierung (Chro-mosomaufbau) von Fahrplan, Topologie, Betriebsabläufe hin-sichtlich ihrer kontinuierlich-diskreten Natur durchgeführt, sowie verschiedene Arten/Parametrierungen zur Modellierung der genetischen Operatoren (Crossover, Mutation, Selektion) untersucht.

Die Güte der erreichten Lösung hängt sehr stark von der zur Verfügung stehenden Zeit ab. Im Falle einer Disposition sind es wenige Minuten, die zwischen einer Verspätungsmeldung und den neu berechneten Dispositionsmaßnahmen liegen. Eine der Möglichkeit, kurze Laufzeiten zu erreichen, liegt in der Paralleli-sierung der Berechnungen. Dies ist ohne weiteres möglich, da das zugrunde liegende Optimierungsverfahren von „Natur“ aus parallel ist.


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Eine andere Möglichkeit besteht in der Effizienzsteigerung der Simulation. Zu diesem Zweck wurde das Betriebsverfahren der Eisenbahn auf Petrinetze abgebildet. Die Zuordnung unter-schiedlich genauer Berechnungsvorschriften zu den Transitionen des Petrinetzes ergibt effiziente Simulationsverfahren, die an die jeweilige Optimierungsphase angepasst sind.

6.10.3 Implementierung

Das Verfahren wurde unter Linux in C++ prototypisch imple-mentiert und an realen Beispielen der Deutschen Bahn AG getestet, die ca. 2% des Verkehrsaufkommens Deutschlands entsprechen (vgl. Bild 6-17).

Bild 6-17: Disponierte Netztopologie

Die Antwortzeiten für den Testfall, bei dem über 1000 Züge eine gleichverteilte Einbruchsverspätung von 0 bis 30 Minuten bekommen haben, lagen je nach Lauf unter einer Minute und die Lösungsgüte erreichte ca. 88% des theoretisch globalen Opti-mums. Dies bestätigt eine hohe Effizienz der Lösung. Um die berechneten Lösungsvorschläge auch einem menschlichen Disponenten zur Verfügung zu stellen wurde eine graphische Benutzungsoberfläche entwickelt (vgl. Bild 6-18).

Bild 6-18: Graphische Oberfläche zur Störungserfassung und Visualisierung der Lösungsvorschläge

6.11 KORTE: Konstruktion und Optimierung robuster Trassen für den Eisenbahn-betrieb

Bearbeiter: Stefan Wegele

Auftraggeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft

6.11.1 Motivation

Moderne Fahrplanung im Eisenbahnbetrieb stellt ein iteratives Verfahren dar, bei dem abwechselnd Trassen eingeplant werden und die Fahrplanstabilität untersucht und verbessert wird. Die Trassenplanung geschieht im Wesentlichen manuell, wobei Softwarewerkzeuge vorwiegend zur Fahrzeitberechnung ge-nutzt werden. Erst fertige Fahrpläne werden auf deren Robust-heit mit Hilfe von Werkzeugen auf der Basis der Monte-Carlo Methode untersucht. Dafür werden bis zu 100 zufällig gestörten Läufe generiert und daraus statistische Aussagen über die Fahr-planstabilität getroffen. Der Schwerpunkt dieses Vorhabens liegt in der Entwicklung eines Optimierungsverfahrens, das bei der Trassenplanung neben der optimalen Erfüllung von Transportan-forderungen auch die Robustheitsaspekte mit integriert. Damit ließe sich die Konstruktion robuster Trassen und hochwertiger Fahrpläne vollständig automatisieren und mit sehr hoher Effi-zienz durchführen.

6.11.2 Stand der Technik

Der Prozess der Trassenplanung wird heutzutage in zwei Phasen gegliedert: Variation der Zugtrassen und Prüfung der Fahrplan-stabilität (s. Bild 6-19).

Bild 6-19: Prozess der Fahrplankonstruktion

Existierende Arbeiten im Aufgabenbereich zur Fahrplankon-struktion lassen sich eindeutig zu einem der drei zusammenspie-lenden Blöcke zuordnen: Trassenplanung, Dimensionierung der Pufferzeiten, Stabilitätsanalyse.

Ziel der Stabilitätsanalyse ist der Nachweis der Fahrplanstabilität unter definierten Störungen. Die Störeinflüsse haben stochasti-schen Charakter. Alle Verfahren lassen sich wie folgt strukturie-ren (s. Bild 6-20). Zu den simulativen Analyseverfahren zählen die bereits vorhandenen Softwarewerkzeuge: FAKTUS, SABI-NE, Simu, RailSys. Hier werden nach dem Monte-Carlo-Prinzip mehrere Simulationsläufe durchgeführt, bei denen stochastische Störungen wie Einbruchsverspätungen, Weichenstörungen, Verlängerungen der Fahrzeiten etc. nach vorgegebenen Vertei-lungen „gewürfelt“ und simuliert werden. Dabei werden die Dispositionseingriffe bereits zum Teil nachgebildet. Eine voll-ständige Nachbildung der manuellen Disposition bei der Stabili-tätsanalyse ist nicht möglich.


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Analyseverfahren

SimulativeAnalyseverfahren

AnalytischeAnalyseverfahren

Wartenschlangen-modelle

Max-PlusAlgebra

Bild 6-20: Einordnung der aktuellen Ansätze zur Stabilitäts-analyse

6.11.3 Ziel

Die bereits existierenden Verfahren zur Trassenplanung berück-sichtigen die stochastischen Einflüsse auf die Betriebsdurchfüh-rung infolge von technischen Ausfällen und betrieblichen Störun-gen nur unzureichend. Der immense Aufwand zur Abschätzung der Störungen durch Monte-Carlo Simulation verhinderte bisher die Anwendung stochastischer Information in der Optimierung. Ergebnis sind unzuverlässige Zugtrassen, die immer wieder Grund für Beanstandungen seitens Eisenbahnverkehrsunter-nehmen sind. Mit Hilfe des vorliegenden Ansatzes würde die Monte-Carlo-Simulation durch die auf Verteilungsfunktionen basierte Simulation ersetzt. Damit würde nur in einem Simulati-onslauf soviel Information über die Aufenthaltswahrscheinlich-keiten der Züge ermittelt werden, wie beim konventionellen Monte-Carlo-Ansatz erst nach tausenden Simulationen. Die resultierende Reduktion der Simulationszeit ermöglicht die Aufnahme der Information über die Verteilungen in die Optimie-rung, wodurch der iterative Prozess der Trassenplanung voll-ständig automatisierbar wäre.

6.12 Quantitative Methoden der Zukunfts-forschung

Bearbeiter: Imma Braun, Jörg Wansert

Auftraggeber: Volkswagen AG

Partner: ZMB, Technische Universität Braunschweig

Das Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik der Technischen Universität Braunschweig erstellt im Auftrag der Volkswagen AG eine Bewertung quantitativer Zukunftsfor-schungsmethoden. Zunächst werden gängige quantitative Me-thoden der Zukunftsforschung zusammengestellt. Ein Kriterien-katalog zur Bewertung der Methoden hinsichtlich ihrer Eignung zur simulativen Vorausschau der Zukunft, der sich in die Berei-che Ausprägungen der Methode, Prognosegegenstand, Progno-semodell und Daten gliedert wird aufgestellt, um anschließend die betrachteten Methoden der quantitativen Zukunftsprognose anhand dieses Anforderungskatalogs zu klassifizieren.

6.13 RegioCitadis I – Normkonformer Nach-weis der betrieblichen Sicherheit eines Bremssystems – Durchführung einer Feh-ler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse (FMEA)

Bearbeiter: Jörn Drewes, Jörg May, Tobias Ständer

Auftraggeber: Alstom LHB GmbH, Salzgitter

Partner: IFS – Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung, DLR – Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.

6.13.1 Motivation

Für die Neuzulassung- und Abnahmeprozedur von Schienen-fahrzeugen ist in Deutschland gemäß der Eisenbahn-Bau und Betriebsordnung (EBO) ein normkonformer Nachweis der Sicherheit zu erbringen. Speziell an das Bremssystem werden Sicherheitsanforderungen gestellt, die für die Zulassung in Form einer Ausfallursachenanalyse eingehend untersucht werden müssen.

6.13.2 Inhalt

Im Rahmen des Projektes wurde eine Ausfallursachenanalyse basierend auf der Vorgehensweise einer Fehler-Möglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) nach DIN 25448 auf Systemebene für ein neues Stadtbahnfahrzeug des Auftraggebers durchge-führt. Da es zum einen galt die betriebliche Sicherheit des Bremssystems auf Systemebene nachzuweisen, jedoch gleicher-maßen auch von Zulieferern erstellte Komponenten-FMEAs zu berücksichtigen, wurde eine Methode entwickelt, um die ver-schiedenen FMEA-Ebenen mittels einer zwei- und mehrstufigen FMEA zu verknüpfen.

6.14 RegioCitadis II – Sicherheitskonzept eines Stadtbahnfahrzeuges

Bearbeiter: Jörg May, Tobias Ständer

Auftraggeber: Alstom LHB GmbH, Salzgitter

Partner: IFS – Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung, DLR – Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Braunschweig

6.14.1 Motivation

Wie bereits im vorherigen Projekt „RegioCitadis I“ war ein weiterer Meilenstein für die Neuzulassung- und Abnahme eines Schienenfahrzeugs, welches insbesondere sowohl auf Straßen-bahnstrecken als auch auf Fernstrecken der Deutschen Bahn eingesetzt werden soll, die Erstellung eines umfassenden norm-konformen Sicherheitskonzeptes.

6.14.2 Inhalt

Im Rahmen dieses Projektes war gefordert, ein Sicherheitskon-zept für ein Regionalbahnfahrzeug anzufertigen, welches unter verschiedenen Betriebsordnungen (Straßenbahn und Fernbahn) betrieben werden kann. Ziel dieses Konzepts ist es, gegenüber dem Gesetzgeber sicherzustellen, dass sich das Fahrzeug auch im Falle eines eintretenden Fehlers immer noch in einem siche-ren Zustand befindet bzw. mit Gewissheit in diesen übergeht. Im Sicherheitskonzept wird beschrieben auf welche Weise die verschiedenen Systemkomponenten des Fahrzeuges den siche-ren Betrieb realisieren und gewährleisten. Des Weiteren wer-den anzunehmenden Fehlern Methoden zugeordnet, mit denen das vom System ausgehende Risiko auf ein akzeptables Restrisi-ko minimiert wird.

6.15 SAMNET

Bearbeiter: Roman Slovak


Das Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik war ein Gründungsmitglied des Europäischen Thematischen Netzwerkes SAMNET (SAfety and interoperability thematic NETwork for railway systems). Das SAMNET Netzwerk wurde im 5. Rahmenprogramm der Europäischen Kommission zur Förderung bewilligt und bestand bei seiner Gründung zum 01.01.2003 aus 24 Mitgliedern aus den Bereichen Forschung, Eisenbahnverkehrs- und Infrastrukturunternehmen, Industrie,


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Sicherheitsbehörden und Universitäten, koordiniert durch das französische Forschungsinstitut für Verkehr und seine Sicherheit (INRETS). Bis zu seiner Auflösung zum 31.12.2005 bestand SAMNET aus 36 Mitgliedern.

Das Ziel von SAMNET war zu untersuchen und vorschlagen Ansätze zur Implementierung der bahnspezifischen Anforderun-gen, die in der Europäischen Direktiven identifiziert wurden. Gegendstand des besonderen Interesses waren die Direktiven zur Interoperabilität (96/48/EC und 2001/16/EC) und zur Si-cherheit (2004/49/EC). Im Konkreten ginge es um die Entwick-lung der Regeln des Sicherheitsmanagements, Vorschlag gemein-samen Sicherheitsindikatoren (CSI), -zielen (CST) und -methoden (CSM) unter Harmonisierung der Sicherheitsphiloso-phien, -anforderungen und Zulassungsverfahren. Durch Beteili-gung der Mitglieder aus allen genannten Bereichen bot SAMNET hervorragende Bedingungen zum Wissensaustausch und Kontak-tenknüpfung.

Das iVA war direkt beteiligt in der Arbeitsgruppe 1 „Strategische Forschung“, geleitet durch die Technische Universität Delft. Ziel der Arbeitsgruppe war, anhand der gesamten Ergebnisse des SAMNET den zukünftigen Forschungsbedarf im Bereich des Sicherheitsmanagements und -interoperabilität zu identifizieren. Es würden insgesamt 32 Forschungsrichtungen definiert, die durch das gesamte SAMNET Konsortium sowie durch ERRAC (European Rail Research Advisory Council) begutacht und priori-siert wurden.

Das Dokument zum strategischen Forschungsbedarf zusammen mit anderen SAMNET Ergebnisberichten bildet eine direkte Unterlage für Weiterentwicklung durch die vor kurzem gegrün-dete Europäische Eisenbahnagentur (ERA). Die Ergebnisse werden auch bei Gestaltung des 7. Rahmenprogramms der Europäischen Kommission berücksichtigt.

6.16 Satellitengestütztes Navigationsexperi-ment auf einem spurgeführten Fahrzeug

Bearbeiter: Frank Hänsel, Lothar Ganzelmeier, Lorenz Däubler, Uwe Becker

Auftraggeber: BMBF, Bundesministerium für Bildung und Forschung

Partner: Vehico GmbH, Braunschweig, Extessy AG, Wolfsburg

GNSS Antenne

Spur-sensor

Laser-abstands-

sensor

Spur

Carla: Computer Aided Road LAboratoryCarolo Wilhelmina zu Braunschweig

Bild 6-21: Navigationsfahrzeug mit Ausrüstung

Im Rahmen des Vorhabens soll das in der zweiten Phase des Projekts SATNAB entwickelte und im Rahmen von Experimen-ten bereits praktisch erprobte Referenzmessverfahren auf der

Basis eines spurgeregelten Fahrzeugs im Hinblick auf ein robus-tes industrietaugliches Verhalten überarbeitet werden. Das bisherige prototypische Verhalten des Messsystems, bei dem die Anwesenheit meistens mehrerer Ingenieure erforderlich ist, soll insbesondere unter dem Aspekt der Bedienbarkeit und Robust-heit optimiert werden. Dies soll durch Verbesserung des Mess-aufbaues in Verbindung mit einer automatisierten Auswertung der Messdaten unter Anwendung der bereits in Phase 2 model-lierten Messfehler und eines echtzeitfähigen Bordrechensystems geschehen. Ziel ist es, eine Messumgebung zu schaffen, mit der zu-künftige Satellitennavigationssysteme partiell validiert werden können. Als eines der wichtigsten Ergebnisse des Projektes SATNAB Phase 2 ist festzuhalten, dass für die Positionsbestim-mung eines spurgebundenen Fahrzeugs entlang einer bekannten Trajektorie die Auswertung der momentanen Pseudo-Schrägentfernung zu einem einzigen Navigationssatelliten mit bekannter Bahnkurve genügt. Anhand der durchgeführten Schienen- und Fahrzeugexperimente wurde die Leistungsfähig-keit eines einzelnen Navigationssatelliten bezüglich mobiler Anwendungen unter realistischen Umweltbedingungen und genau definierten Bewegungen des Empfängers überprüft. Mit dem im Rahmen von SATNAB Phase 2 erarbeiteten System werden sowohl hohe, nach internationalen Messstandards ermittelte Messgenauigkeiten als auch genau überprüfbare Bewegungen des Navigationsempfängers erreicht.

Das Verfahren eignet sich einmal für die Überprüfung von Systemeigenschaften sowie zur Validation einzelner Navigations-satelliten und verspricht gleichzeitig praktische Vorteile für spätere operationelle Anwendungen im spurgebundenen Ver-kehr. Bereits mit zwei verfügbaren Satellitensignalen ist eine hochgenaue Positionsbestimmung entlang einer bekannten Trajektorie möglich. Im Empfangsgerät ist dann keine Atomuhr erforderlich.

L1,L2 L3T

RS232

PPS

Antenne

onboard-computer display

atomic clock

measurement-receiver

track-guidance

actuators

CANL1,L2 L3Spur-

sensor

RS232

PPS: Puls pro Sekonde

Bord-computer Display

Rubidium-normal

GNSS Mess-empfänger

Spur-führung

Aktuatoren

Kommunicationsnetzwork

Laserabstands-sensor

WLAN

Bild 6-22: Messdatenverarbeitung für genaue Positionsbestim-mung

Die vorgeschlagenen konzeptionellen und inhaltlichen Randbe-dingungen für das Re-design ergeben sich aus bereits erarbeite-ten Untersuchungen für die dynamische Validation des geplante Satellitennavigationssystem GALILEO. Ziel dieses Experiments ist der Test und die Validation der neu zum Einsatz kommenden Technologien und Verfahren (Zeitnormal, Signalstrukturen, Empfänger). Insbesondere soll die Tauglichkeit dieser Technolo-gien zur satellitengestützen Navigation nachgewiesen werden. Im Zuge der Navigationsexperimente sind Teilexperimente geplant, die unter statischen und dynamischen Bedingungen durchgeführt werden. Die aufzubauende Referenzmessplattform ermöglicht die Durchführung der dynamischen Navigationsexpe-rimente. Es entsteht somit die Möglichkeit zukünftige Satelliten-systeme zu qualifizieren.


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6.17 Studiengang „Mobilität und Verkehr“

Bearbeiter: Stefan Detering, Stefan König

Auftraggeber: TU Braunschweig

Nach einer längeren Planungsphase unter Beteiligung von Herrn Prof. Schnieder, Dr.-Ing. Stefan König und Dipl.-Ing. Stefan Detering vom Institut für Verkehrssicherheit und Automatisie-rungstechnik in einer Arbeitsgruppe beginnt der neue fächer-übergreifende Studiengang „Mobilität und Verkehr“ an der Technischen Universität Braunschweig im Wintersemester 2006/07. Er behandelt die soziale und technische Gestaltung und Beherrschung von Mobilität und Transport in der modernen Gesellschaft.

Verkehr und Mobilität sind die Grundpfeiler einer Volkswirt-schaft. Die verkehrsbezogene Wirtschaft hat in Niedersachsen traditionell eine herausragende Bedeutung. Die Analyse der Anzahl von Beschäftigten im Verkehrsbereich sowie der Um-satzzahlen der größten Unternehmen sowohl in Niedersachsen als auch in Deutschland, bestätigte während der Planung des Studienganges den auch in einer bundesweiten Studie herausge-stellten Bedarf an qualifizierten Verkehrsingenieuren.

Aus den bisherigen akademischen Studiengängen im Maschinen-bau und Bauingenieurwesen wird die steigende Nachfrage nach interdisziplinär ausgebildetem Personal bislang nicht bedient, so dass sich die Chance für ein neuartiges marktgerechtes Ausbil-dungsprofil und damit für neue Studien- und Arbeitsplätze bietet.

„Mobilität und Verkehr“ ist ein konsekutives Bachelor-Master-Studium, das in dieser Form erstmals in Deutschland angeboten wird. Im sechssemestrigen Bachelorstudium und dem anschlie-ßenden viersemestrigen Masterstudium wird das gesamte Ver-kehrswesen in seiner Interdisziplinarität betrachtet und lässt durchaus die Möglichkeit für Spezialisierungen (Bild 6-24).

Hierzu sind am Studiengang die fünf Fakultäten der TU Braun-schweig Architektur, Bauingenieurwesen und Umweltwissen-schaften, Elektro- und Informationstechnik, Maschinenbau, Mathematik und Informatik sowie die Wirtschafts- und Sozial-wissenschaften beteiligt.

Mit einem breiten Grundlagenwissen im Bachelorstudiengang und einer Spezialisierung in einem oder mehreren Quali-fikationsprofilen im Masterstudiengang wird den Studierenden das Rüstzeug verschafft, um in unterschiedlichen Unternehmen und Branchen des Verkehrs attraktive Positionen zu finden. Bild 6-23 zeigt eine Zuordnung der Qualifikationsprofile Planung, Herstellung, Prüfung und Betrieb zu Arbeitsfeldern und Berufs-zweigen, wobei die Wissenschaft übergreifend über alle Arbeits-felder zu finden ist.

Beide Studiengänge beinhalten sowohl Fachpraktika, um gezielt Kenntnisse für das berufliche Umfeld zu erwerben, als auch einen Professionalisierungsbereich, in dem Schlüsselkompeten-zen wie etwa Projektmanagement, Sprachen oder Präsenta-tionstechniken erworben werden.

Bild 6-23: Qualifikationsprofile des Studiengangs Mobilität und Verkehr

Nach der sehr positiven Begutachtung durch die Akkreditie-rungsagentur ASIIN wird der Bachelorstudiengang im Winter-semester 2006/07 starten, der Masterstudiengang beginnt ein Jahr später im Wintersemester 2007/08.

Die beteiligten Fakultäten sehen in der Einrichtung dieses Stu-dienganges einen nachhaltigen Beitrag zur thematisch sinnfälligen Ergänzung und Intensivierung vorhandener Stärken in der Lehre und in der daraus resultierenden Forschung an der Technischen Universität Braunschweig.

www.tu-braunschweig.de/move .

Bild 6-24: Struktur des Studiengangs

6.18 Tomasen: Toolunterstützte Model-lierung, Analyse und Synthese sicher-heitsrelevanter Steuerungen für den Ei-senbahnverkehr mit Petrinetz-technologie

Bearbeiter: Jörg R. Müller, Roman Slovák

Auftraggeber: DFG, Deutsche Forschungsgemeinschaft

Partner: Institut für Softwaretechnik der Universi-tät Koblenz-Landau, Fakultät für Elektro-technik der Universität Žilina

Im Fokus dieses Projektes steht die Entwicklung einer integrier-ten Vorgehensweise zur Modellierung, Analyse und Synthese sicherheitsrelevanter Steuerungssysteme im Anwendungsbereich der Eisenbahnleittechnik. Einen besonderen Stellenwert hat dabei die Berücksichtigung der Anforderungen der CENELEC-Normen an den Entwicklungsprozess, die eine qualitative sowie quantitative Verifikation der Eigenschaften des Steuerungssys-tems verlangen. In diesem Projekt wird erstmalig der gesamte Designprozess auf Basis der Reduktion des betrieblichen Risikos betrachtet. Für die integrierte Vorgehensweise wird in diesem Rahmen ein geeignetes Beschreibungsmittel, eine Anwendungs-methodik sowie eine passende Werkzeugunterstützung unter-sucht und erprobt.

6.18.1 Motivation

Zur Gewährleistung der Sicherheit im Eisenbahnverkehr werden heute in europäischen Ländern noch unterschiedliche Struktu-ren, Strategien und betriebliche Regeln genutzt. Durch das Zusammenwachsen dieser Länder in der Europäischen Union steigen die Anforderungen der Interoperabilität und führen so zum Bestreben nach Harmonisierung. Auf Grundlage der von der CENELEC herausgegebenen europäischen Normen werden


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Eigenschaften bezüglich der Sicherheit, Zuverlässigkeit, Verfüg-barkeit und Instandhaltbarkeit von Eisenbahnsystemen ver-gleichbar (siehe Bild 6-25). Indem nun eine formale Sprache zur Systemmodellierung angewendet wird, muss auf Basis formaler Analysen die Erfüllung von Norm-Anforderungen nachgewiesen werden können.

Bild 6-25: Die CENELEC-Normen quantifizieren Sicherheitsan-forderungen

6.18.2 Ansatz

Da die in den CENELEC-Normen empfohlenen Methoden zur Sicherheitsanalyse zwar auf etablierten, jedoch verschiedenen Beschreibungsmitteln basieren, empfahl sich die Suche nach einer formalen lingua franca, die als universelle Basis zur Integra-tion unterschiedlicher Modelle und Methoden qualifiziert. Da Petrinetze ein geeignetes Werkzeug zur formalen Modellierung und Analyse von Systemen darstellen, sind sie als formale Uni-versalsprache für die im Fokus stehenden Aufgaben prädestiniert (siehe Bild 6-26).

Bild 6-26: Ein vereinfachtes stochastisches Petrinetzmodell eines Bahnübergangs

6.18.3 Umsetzung

Sicherheitsrelevante Steuerungen im Verkehrswesen müssen zahlreiche Eigenschaften aufweisen und erfüllen, die nicht nur logisch-kausal, sondern oftmals temporal-stochastisch zu be-schreiben sind. Gleichzeitig stellt die Sicherheitsrelevanz wäh-rend der Entwicklung hohe Anforderungen an die nachvollzieh-bare und prüfbare Dokumentation der erarbeiteten Ergebnisse. Zur Erfüllen dieser Zwecke werden auf Basis von Petrinetzen als bereits in der Norm nachdrücklich empfohlenes Beschrei-bungsmittel zusätzliche Modellierungseigenschaften wie z. B. Wahrscheinlichkeitsverteilung und deren Parameter in den Netzformalismus hineininterpretiert und semantisch fundiert.

In methodischer Hinsicht konnte ein bisher weitgehend infor-meller Entwurfsprozess strukturiert und algorithmisiert werden, was über einzelne übliche Vorgehensmodelle und Beschrei-bungstechniken hinausgeht und die Durchgängigkeit ermöglicht (PROFUND-Ansatz, siehe Bild 6-27).

Bild 6-27: PROFUND-Ansatz zur Gewährleistung der Durch-gängigkeit

Da für die Modellierung unterschiedlicher Betriebsverfahren oder auch der Steuerungseinrichtungen sowie des technischen Verhaltens diverse, domänenspezifische Sprachen etabliert sind, wird ein Werkzeugverbund konzipiert, implementiert und erprobt, in dem vorhandene Werkzeuge und neue Teilaufgaben kooperativ zusammenwirken. So können die ggf. heterogenen Modelle und methodischen Ansätze integriert werden.

6.19 SELCAT: Mehr Sicherheit an Europäi-schen Bahnübergängen

Bearbeiter: Roman Slovak, Jörn Drewes, Arno Schielke


6.19.1 Einleitung

Das Projekt zielt darauf ab, weltweite Forschungsergebnisse zu sammeln, sinnvoll zu strukturieren und zu analysieren sowie neue Erkenntnisse auf dem Gebiet der Bahnübergangssicherheit auszutauschen und zu verbreiten. Neben Tunneln und spezifi-schen Gefahrenpunkten auf der Straße wurden Bahnübergänge als ein besonderer Schwachpunkt in der straßenbezogenen Infrastruktur identifiziert, der die Straßensicherheit ernsthaft berührt. Etwa fünfzig Prozent aller Unfälle im Schienenverkehr geschehen an Bahnübergängen. Jedes Jahr sterben in der Euro-päischen Union in mehr als 1200 Unfällen an Bahnübergängen mehr als 330 Menschen. Hohe Sicherheitsbestimmungen im Europäischen Schienenverkehrsbereich für Bahnübergänge verursachen ein hohes Kostenhindernis, welches oft die techno-logische Aufrüstung von bereits existierenden Systemen behin-dert.

6.19.2 Ziele

Das Projekt SELCAT soll helfen, das Engagement von Verkehrs-ingenieuren und Verantwortlichen innerhalb der Europäischen Union zur Entwicklung von besseren und eleganteren Lösungen zu fördern und zu Finanzierungsmöglichkeiten führen. Das Gemeinschaftsprojekt „SELCAT“ zielt konkret darauf, Unfälle an Bahnübergängen zu reduzieren durch


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• Sammlung, Analyse und Verbreitung von existieren-den Forschungsergebnissen und die Stimulierung des Austausches von neuen Erkenntnissen im Bereich der Bahnübergangssicherheit

• Bildung eines Netzwerks, in dem europäische Part-ner im Straßen- und Schienenbereich gemeinsam zur Reduzierung der Unfälle, Verletzungen und Todesfäl-le an Bahnübergängen beitragen

• Verstehen und Klassifizieren von existierenden und geplanten Forschungen

• Integration von Datenbanken

• Erkundung neuer Techniken und Nutzung und Opti-mierung vorhandener Techniken

Das Projekt SELCAT ist eine konkrete Maßnahme in Überein-stimmung mit dem „Weißbuch Verkehrspolitik“ („Commission White Paper on European Transport Policy“) der Europäischen Kommission, der Strategic Rail Research Agenda (SRRA) und des European Rail Research Advisory Council (ERRAC), die sich auf die Reduzierung von Todesfällen, die Einschätzung der Metho-dologie von gewöhnlichen Risiken und den Prozess der Kosten-Nutzen-Analyse konzentriert.

Um die wissenschaftlichen und technischen Ziele zu erreichen, beabsichtigt SELCAT, zahlreiche Gemeinschaftsaktivitäten durchzuführen. So werden die Ergebnisse des Projekts bei internationalen Veranstaltungen sowie in einem neu konzipierten Internetportal (www.levelcrossing.net) verbreitet, in dem be-reits weitere Informationen zu finden sind.

7 Technische Ausstattung

7.1 Experimentalbereich Durch die Konzentration der Luft- und Raumfahrttechnischen Institute am Forschungsflughafen Braunschweig erhielt das Institut im Herbst 2001 die Möglichkeit der Nachnutzung einer Versuchshalle am Langen Kamp. Die Ausstattung mit mehreren Prüfständen (Hydrauliklabor, Universalprüfstand) dient zu Forschungszwecken sowie der Durchführung von Praktika. Darüber hinaus beherbergt die Versuchshalle den instituts-eigenen Eisenbahndemonstrator und wird für Arbeiten an den Versuchsfahrzeugen genutzt.

7.2 Eisenbahn-Demonstrator Beim Eisenbahn-Demonstrator des Instituts (Bild 7-1) handelt es sich um ein System zur Validation und Visualisierung von Ver-kehrsprozessen im Landverkehr (Schiene und Straße). Dieser Demonstrator ist als „Referenzfallstudie Verkehrsleittechnik“ im Rahmen des Projektes KNOSSOS des DFG-SPP „Softwarespezi-fikation“ entstanden und kann nun auch allgemein für die For-schung und Lehre eingesetzt werden.

Bild 7-1: Ein Zug des Demonstrators wartet vor dem Bahnüber-gang

Der Demonstrator umfasst als Hardware-Komponenten ca. 60 m Gleise, die durch modulare Bauweise flexibel in der Topologie sind, sowie 12 Lokomotiven. Ergänzt wird die Anlage durch Software für die Kommunikation mit den verschiedenen Teilen sowie zur Simulation von Eisenbahnprozessen. Durch Ausgestal-tung der einzelnen Software-Komponenten kann der De-monstrator aus verschiedenen Software-Umgebungen heraus angesteuert und genutzt werden. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit zur breiten Nutzung, wie dies zurzeit schon zur Onlinedisposition im Umfeld der Projekte Bahn 2050, DOGMA und GADis erfolgt.

Betrachtet man die Züge abstrakt als Landfahrzeuge, so kann auf dem Demonstrator, mit gewissen Einschränkungen, auch Stra-ßenverkehr nachgebildet werden.

Die gesamte Anlage verfügt über mehre Videokameras, die ihre Bilder über das Internet zugänglich machen. Hierdurch kann der Demonstrator auch von Forschungsgruppen genutzt werden, die nicht vor Ort in Braunschweig sind. Zu nennen ist hier z.B. die Universität Zaragoza in Spanien, die Universität von Zilina in der Slowakei, sowie die Universitäten Oldenburg, Bremen und Augsburg.

Zusätzlich wird der Eisenbahn-Demonstrator in der Lehre eingesetzt. Hier werden verschiedene Aspekte des Bahnbetriebs vorgeführt und die Automatisierung von Steuerungssystemen veranschaulicht. Zusätzlich war der Demonstrator Gegenstand mehrerer studentischer Arbeiten.

7.3 Verkehrsleitstand Für den Betrieb sowie die Überwachung der gesamten Anlage wurde ein Leitstand errichtet, auf dem realitätsnah eine Arbeits-umgebung geschaffen werden kann, die denen von Zentralen


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des Eisenbahnsektors entspricht. Hierdurch wird der Eindruck der Realitätsnähe der gesamten Anlage noch untermauert.

Bild 7-2: Leitstand für Anlagensteuerung

7.4 Versuchsfahrzeuge Seit 2004 verfügt das Institut über zwei Versuchsfahrzeuge für den Straßenverkehr. Hierbei handelt es sich um VW-Busse vom Typ T4. Diese sind in Bild 7-3 zu sehen.

Einer dieser Busse wurde bereits mit verschiedenen Kompo-nenten ausgestattet. Dazu gehört Sensorik zur Erfassung des Fahrzeugzustands sowie zur Positionsbestimmung, Aktorik zur autonomen Führung des Fahrzeugs sowie Computer- und Kommunikationstechnik. Den ersten Einsatz findet dieser Bus im Projekt SATNAB, bei dem die Möglichkeiten und Grenzen der Satellitenortung im bodengebundenen Verkehr aufzeigt werden.

Bild 7-3: Versuchsfahrzeuge des iVA

Das zweite Fahrzeug wird ebenfalls mit ähnlichen Komponenten ausgestattet, wodurch auch Untersuchungen von Verkehrssitu-ationen, Car to Car-Kommunikation usw. möglich werden.

7.5 Rechentechnik Das Institut verfügt über ein eigenes lokales Rechnernetz (LAN), das auf der Basis von TCP/IP die Rechner miteinander verbindet, sowie über ein drahtloses Netwerk (WLAN).

7.5.1 Hardware

Den Kern des institutsinternen Rechnernetzes bilden 2 Doppel-prozessor Pentium 4 (2.4 bzw. 2.8 GHz 4 GByte RAM) Rack-mount-Server mit RAID-System, die unter dem Betriebssystem Linux die Aufgaben als File-Server, Web-Server, Mail-Server, Compute-Server, Database-Server und Backup-Server über-nehmen. Des Weiteren ist für die Domain-Verwaltung unter Windows ein WindowsNT Server verantwortlich, welcher durch einen Replikationsserver unterstützt wird. Für spezielle Anwen-dungen stehen Workstations von HP (HP9000-700 bzw. 715) und SUN UltraSPARC zur Verfügung. Ein weiterer Rackmount-Server Pentium 4 (2,5 Ghz 4GByte RAM) dient als Compute-

Server unter Windows 2000 Server mit der Multiuser-Multitaskingerweiterung von Citrix. Dieser steht den Mitarbei-tern und Studenten auch über das Internet zur Verfügung. Im Februar 2004 wurde das Praktikum für Automatisierungstechnik mit 14 studentischen Arbeitsplätzen erfolgreich vom Citrix Metaframe-Server bewältigt.

Den Mitarbeitern stehen Pentium 4 Workstations unter Win-dows XP mit mindestens 2,4 Ghz und 1 GByte RAM zur Verfü-gung. Für Studenten sind 14 Arbeitsplätze eingerichtet, auf denen teils mit einem Citrix-Client eine Verbindung zum Citrix-Server hergestellt werden kann. Für die Video- und Grafik-bearbeitung steht den Mitarbeitern ein Multimediarechner (Pentium 4 3.0 GHz mit 1GByte RAM) mit diversen installierten Softwarepaketen für unterschiedlichste Bearbeitungsmöglich-keiten zur Verfügung. An diesem besteht darüber hinaus die Möglichkeit den angeschlossenen Scanner mit Einzelblatteinzug zur Dokumentenaufnahme zu verwenden.

Die Hauptanwendungsgebiete der Rechner sind die unterschied-lichen Forschungsarbeiten sowie die dazugehörige Dokumenta-tionserstellung (Texte, Grafiken, Tabellen usw.). Die Workstati-ons dienen nicht nur als Server, sondern werden auch zur Pro-zessvisualisierung und -simulation (Petrinetze) sowie zur Soft-wareentwicklung benutzt. Auf PC's fallen die Anwendungs-gebiete Software- und Systementwicklung (Petrinetze, Metho-den) und CAD sowie die Textverarbeitung. Weitere Rechner werden zur Messdatenerfassung sowie zur Steuerung von Experimentalplätzen genutzt. Für Vorlesungen und Vor-führungen befinden sich Notebooks sowie Beamer im Institut. Zur Dokumentationserstellung stehen mehrere postscriptfähige Laserdrucker und für farbige Ausdrucke ein Farblaserdrucker zur Verfügung.

7.5.2 Software

Am Institut wird mit den Betriebssystemen Windows XP, 2000, NT sowie Linux (PC), Solaris (UltraSPARC) und HP/UX (HP 9000er) gearbeitet. Unter den Windows Betriebssystemen kann mit Hilfe des X-Window-Servers auf die UNIX-Welt zugegriffen werden.

Es steht diverse Software zum Einsatz zur Verfügung: Pro-grammiersprachen (Assembler, Basic, Fortran, Pascal, C und C++), Textverarbeitungsprogramme (MS-Office, Tex) CAD/Grafik-Software (ProEngineer, Autocad, Corel-Draw u.a.), Methoden (DOORS) sowie Software zu den Bereichen Daten-bank, Desktop-Publishing, Simulation (Matlab/Simulink), Petri-netz-, Regelungstechnik- und Mikroprozessor-Tools, Orcad und Eagle für Schaltplan- und Platinenentwicklung. Als Standard-browser und E-Mail Client wird Netscape eingesetzt. Weiterhin sind viele kostenlos erhältliche Programme unter Linux verfügbar.


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8 Literatur

8.1 Veröffentlichungen

2004

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Hänsel, F.; Schnieder, E.: Concept of Conformity Assessment for GALILEO Applications in Transportations. Proceedings of International Symposium on Certification of Galileo System & Services Cergal, 2005. Cergal 2005 - International Symposium on Certification of Galileo System & Services/Braunschweig, 12.-14.04.2005.

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König, S.: Middleware für evolutionäre Architekturen und An-wendung für ein kooperatives Produktionskonzept im Schienen-güterverkehr. Dissertation, Technische Universität Braun-schweig, Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungs-technik, 2005.

Mross, B.; Poliak, J.; Schnieder, E.: Ein Eisenbahn-Demonstrator zur Validation und Visualisierung von Prozessen und Leitsyste-men im Eisenbahnbetrieb. In: Universität Zilina, Hrsg.: Tagungs-band der TRANSCOM 2005, S. 175-178, 2005. 6th European Conference of Young Research and Science Workers in Trans-port and Telecommunications - TRANSCOM 2005, Section 3/ 27.-29.06.2005; Zilina, Slovakei.

Müller, J. R.: Modellbasierte Fehlerdiagnose und -propagation. Tagungsband 22. Tagung Technische Zuverlässigkeit, S. 229-244, Düsseldorf, 2005. 22. Tagung Technische Zuverlässigkeit/ 07.-08.04.2005, Stuttgart, VDI Verlag.

Schnieder, E.: Integrierte Modellierung der Funktion und Zuver-lässigkeit komplexer Mensch-Maschine-Systeme zur Bestim-mung der Verfügbarkeit und Sicherheit. Tagungsband 22. Tagung Technische Zuverlässigkeit, S. 67-85, Düsseldorf, 2005. TTZ - 22. Tagung Technische Zuverlässigkeit/ 07.-08.04.2005, Stutt-gart, VDI Verlag.

Schnieder, E.: Ist Verkehrssicherheit berechenbar?. In Braun-schweigische Wissenschaftliche Gesellschaft, Hrsg.: Jahrbuch 2004 der Braunschweigischen Wissenschaftlichen Gesellschaft. J. Cramer Verlag, S. 155-178, Braunschweig, 2005.

Schnieder, E.: LiLoLe-Verlagsprogramm zur Technischen Zuver-lässigkeit. at - Automatisierungstechnik. 53(12), S. 627-628, 2005.

Schnieder, E.: Potenziale der Verkehrssicherheit im Straßenver-kehr heute und morgen. Proceedings of the 2nd European Status and Strategy Conference "European Automotive Safety" - EAS / 11.-12.10.2005, Bad Nauheim, S. 9-21, 2005.

Schnieder, E.: Prevequisites for Innovation in Transportation. In: GZVB e. V., Hrsg.: Tagungsband der AAET 2005, S. III-IV, 2005. AAET - Automation, Assistance and Embedded Real Time Platforms for Transportation/ 16.-17.02.2005, Braunschweig.

Schnieder, E.: Wieviel Theorie brauchen sicherheitsrelevante Systeme im Verkehr. In: TÜV Süd, Hanser Automotive, Hrsg.: Tagungsband safetronic 2005/08.-09.11.2005, München, 2005.

Schnieder, E.; Müller, J. R.: A Formal Description of the Basic Concepts of System Theory for Transportation. In Kreowski, H.-J.; Montanari, U.; Orejas, F.; et al, Hrsg.: Formal Methods in Software and Systems Modelling: Essay Dedicated to Hartmut Ehrig on the Occasion of his 60th Birthday. Bandnummer 3393. Springer Verlag GmbH, S. 402-411, 2005.

Schnieder, E.; Slovak, R.; Wegele, S.: New and Conventional Measures for Quantifying Risk in Rail Transport. Journal of System Safety. 41(1), Januar/Februar 2005.

Slovak, R.; Wegele, S.; Schnieder, E.: Ein Auswertungsverfahren für Verlässlichkeitsanalysen in der Bahntechnik. Tagungsband 22. Tagung Technische Zuverlässigkeit, S. 213-228, Düsseldorf, 2005. TTZ - 22. Tagung Technische Zuverlässigkeit/07.-08.04.2005, Stuttgart, VDI Verlag.

Stoytcheva, N.; Kassev, K.; Slovak, R.; Schnieder, E.: Quantita-tive RAMS Modelling and Analysis with Markov Chains and Stochastic Petri Nets. In: Universität Zilina, Hrsg.: Tagungsband

des 12. Internationalen Symposium Zel 2005/ 24.-25.05.2005, Zilina, Slovakei, S. 219 - 229, Bd. II, Zilina, Slovakei, 2005.

Wegele, S.: Echtzeitoptimierung für die Disposition im Schienen-verkehr. Dissertation, Technische Universität Braunschweig, Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik, 2005.

Werther, B.; Schnieder, E.: Formal Cognitive Resource Model: Modeling of Human Behavior in Complex Work Environments. Proceedings of the International Conference on Computational Intelligence for Modeling Control and automation CIMCA 05/ 28.-30.11.2005, Wien, S. 606-612, 2005.

2006

Becker, U.; Hänsel, F.; Lux, M.; May, J.; Poliak, J.; Schnieder, E.: Reference Measurements Platforms for Satellite Based Position-ing Systems in Safety Related Transport Applications for Ground Transportation. Proceedings of the International Symposium on Certification of GNSS Systems & Services - CERGAL 2006 , Braunschweig, 2006.

Becker, U.; Hänsel, F.; May, J.; Poliak, J.; Schnieder, E.: Concept of vehicle autonomous localisation for railway application. Pro-ceedings of the 6th International Confrence on ITS Telecommu-nications Proceedings, Chengdu/China, 2006.

Becker, U.; Hänsel, F.; May, J.; Poliak, J.; Schnieder, E.: Safe Vehicle Autonomous Localisation for Railway Applications. Proceedings of the 14th International Symposium Eurnex - Zel 2006 "Towards the Competitve Rail Systems in Europe" / ; Zilina, Slowakei, S. 198-207, Zilina/Slowakei, 2006.

Becker, U.; Hänsel, F.; May, J.; Poliak, J.; Schnieder, E.: Vehicle Autonomous Localisation for Safe Railway Applications. In: van Zuylen, H.; Middelham, F., Hrsg.: Proceedings of the 11th IFAC Symposium on Control in Transportation Systems - CTS 2006, S. 349-351, Delft/Niederlande, 2006.

Becker, U.; Hänsel, F.; May, J.; Poliak, J.; Schnieder, E.: Vehicle Autonomous Positioning as a Basis for a Low cost Train Protec-tion System. Proceedings of the ITS World Congress 2006, London, 2006.

Becker, U.; Ständer, T.:Derivate der Sicherheitsgrundnorm IEC 61508. Tagungsband der TÜV-Tagung "Risikomanagement in der Automobilindustrie", Stuttgart, 2006. TÜV Süd Akademie GmbH.

Becker, U.; Ständer, T.: Eine vergleichende Betrachtung globaler Sicherheitsstandards für Verkehrssysteme. In: Plödereder, E.; Keller, H.; Dencker, P.; Tonndorf, M., Hrsg.: Automotive - Safety & Security 2006 - Tagungsband, S. 173-182, Stuttgart, 2006.

Braun, I.; Schnieder, E.: 5. Gesamtverkehrsforum in Braun-schweig. ATZ. 108, S. 142-144, Februar 2006.

Braun, I.; Ständer, T.; Drewes, J.; Schnieder, E.: Operational and Safety Concepts for Railway Operation with Virtual Train-Sets. In: van Zuylen, H.; Middelham, F., Hrsg.: Proceedings of the 11th IFAC Symposium on Control in Transportation Systems - CTS 2006, S. 261-266, Delft, Niederlande, 2006.

Däubler, Lorenz: Strukturverträgliche Ontologien der Automa-tisierungstechnik. Dissertation, Technische Universität Braun-schweig, Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierung-stechnik, 2006.

Gläser, S.; Schnieder, E.; Höwing, F.; Rech, B.: Flexible Infotain-ment-Architektur mit automatischer Fehleranalyse. In: GZVB - Gesamtzentrum für Verkehr Braunschweig e. V., Hrsg.: IMA


30

2006 - Informationssysteme für mobile Anwendungen, S. 7-26, Braunschweig, 2006.

Hänsel, F.; Becker, U.; Lux, M.; Poliak, J.; Schnieder, E.: Carla - an Experimental Platform for Land Based Traffic. Proceedings of the ITS World Congress 2006, London, 2006.

Hänsel, F.; Däubler, L.; Becker, U.: Bestimmung der Messunsi-cherheit bei dynamischen Satellitennavigations-experimenten. Tagungsband der Tagung "Messunsicherheit praxisgerecht bestimmen", S. 59 - 68, Erfurt, 2006. VDI/VDI-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik, VDI Verlag.

Hänsel, F.; Poliak, J.; Becker, U.; Schnieder, E.: Methods and platforms for certification of satellite based localisation systems in transportation. Proceedings of the 6th International Con-frence on ITS Telecommunications Proceedings, Chengdu/China, 2006.

Hänsel, F.; Poliak, J.; Lux, M.; Becker, U.; Schnieder, E.: Plat-forms for Qualification of Positioning Systems for Ground Transportation. In: van Zuylen, H.; Middelham, F., Hrsg.: Pro-ceedings of the 11th IFAC Symposium on Control in Transporta-tion Systems - CTS 2006, S. 509-512, Delft/Niederlande, 2006.

Hänsel, F.; Poliak, J.; Schnieder, E.: Methods for Certification of Satellite Based Localisation Systems in Transportation. Proceed-ings of the 14th International Symposium Eurnex - Zel 2006 "Towards the Competitive Rail Systems in Europe" / 30.-31.05.2006; Zilina, Slowakei, S. 208-213, 2006.

Hänsel, F.; Poliak, J.; Schnieder, E.; Barbu, G.: Safety Related Usage of Satellite Based Positioning Systems in Transportation – Methods for Certification. Proceedings of the International Symposium on Certification of GNSS Systems & Services - CERGAL 2006 / 04.-05.04.2006, Braunschweig, 2006.

Hänsel, F.; Schnieder, E.; Barbu, G.; Poliak, J.: Framework for Certification of GALILEO for Railway Applications. Abstracts of the 7th World Congress on Railway Research - WCRR/ 04.-08.06.2006, Montréal, S. 251, 2006.

Kassev, K.; Slovak, R.; Ivanov, E.; Stoytcheva, N.; Schnieder, E.: An Application of Phase-Type Distributions for Modeling of railway safety-critical systems. Proceedings of the 14th Interna-tional Symposium Eurnex - Zel 2006 "Towards the Competitve Rail Systems in Europe" / 30.-31.05.2006; Zilina, Slowakei, S. 148-159, 2006.

Müller, J. R.; Schnieder, E.: The Concept of Duality in Petrinets and it’s Impact for Reliability Engineering. In: Breitenecker, F.; Troch, I., Hrsg.: Proceedings of the 5th Vienna Symposium on Mathematical Modelling - Mathmod/08.-10.02.2006, Vienna, S. 251, 2006.

Müller, L.; Schnieder, E.: Prozessoptimierung als Beitrag zur Sicherheitskultur in der Eisenbahnindustrie. ETR - Eisen-bahntechnische Rundschau. , 2006.

Schnieder, E.: Approaches of methodological Modelling for Traffic and Transport Dependability. Proceedings of the 16th Scientific Conference "Transport 2006", Sofia, 2006.

Schnieder, E.; Becker, U.; May, J.; Hänsel, F.; Poliak, J.: Vehicle Autarkic Positioning as a Basis for a Low Cost Train Protection System on Secondary Lines . Abstracts of the 7th World Con-gress on Railway Research - WCRR , S. 86, Montréal, 2006.

Schnieder, E.; Müller, J. R.: Petrinets as a Concept for Modeling Transport Automation Systems. In: Breitenecker, F.; Troch, I.,

Hrsg.: Proceedings of the 5th Vienna Symposium on Mathemati-cal Modelling - Mathmod/08.-10.02.2006, Vienna, S. 245, 2006.

Schnieder, E.; Wegele, S.: Automated dispatching of train opera-tions using discrete optimisation method. In: Mattfeld, D. C.; Suhl, L., Hrsg.: Tagungsband der Session "Informationssysteme in Transport und Verkehr" der Mulitkonferenz Wirtschaftsinfor-matik / 20.-22.02.2006, Passau, S. 117-128, 2006.

Slovak, R.; El Koursi, E. M.; Tordai, L.; Woods, M.; Schnieder, E.: SELCAT – a New European Project for Safer Level Crossings. Proceedings of the 9th International Level Crossing Safety and Trespass Prevention Symposium, Montréal/Canada, The UIC Working Group: Integration of technologies for maximisation of effects. 2006.

Wegele, S.; Slovak, R.; Schnieder, E.: Echtzeitoptimierung für die Disposition im Schienenverkehr. Signal + Draht. 98(6), S. 6-10, 2006.

Wegele, S.; Slovak, R.; Schnieder, E.: Real-Time Optimisation for Dispatching in Rail Transport. Proceedings of the 14th Interna-tional Symposium "Towards the Competitive Rail Systems in Europe" Eurnex - Zel 2006 / 30.-31.05.2006; Zilina, Slowakei, S. 80-89, Zilina, 2006.

8.2 Dissertationen Die bis auf mit einem + gekennzeichneten Dissertationen sind als Fortschritt-Berichte des VDI-Verlages als Berichte der Insti-tute für Automatisierungstechnik der TU Braunschweig in den jeweiligen Reihen erschienen.

Böning, D.: Bewertung flexibler Multiprozessorsysteme zur problemorientierten Rechnerkonfiguration und Leistungsver-teilung. TU Braunschweig 1994.

Lemmer, K.: Diagnose diskret modellierter Systeme mit Petri-netzen. Dissertation, TU Braunschweig 1994.

Kiriczi, S.: Signaltechnisch sichere Fehlergrenzen für die Erfas-sung der Bewegungszustände von Bahnen. TU Braunschweig 1995.

Wend, F.: Konzept eines neuartigen Umschlagsystems für den Kombinierten Ladungsverkehr. TU Braunschweig 1995.

Kiefer, J.: Methodische Partionierung und Parametrierung von Feldbussen. TU Braunschweig 1996.

Leinhos, D.: Analyse und Entwurf von Ortungssystemen für den Schienenverkehr mit strukturierten Methoden. TU Braun-schweig 1996.

Müller, J.-O.: Entwurf einer optimalen Mensch-Prozeß-Kommunikation für einen Dispositionsarbeitsplatz im Magnet-Schnellbahnverkehr. TU Braunschweig 1996.

Voß, H.-J.: Optimale Fahrprofilausnutzung bei schienen-gebundenen Nahverkehrsfahrzeugen durch die Kombination von konventioneller Regelungstechnik und Fuzzy Control. TU Braun-schweig 1996.

Janhsen, A.: Anthropozentrische Modellierung und Spezifikation komplexer Systeme am Beispiel von Eisenbahnleitsystemen. TU Braunschweig 1997.

Klinge, K.-A.: Konzept eines fahrzeugautarken Ortungsmoduls für den spurgebundenen Verkehr. TU Braunschweig 1997.

Mircescu, A.: Über die Beschreibung und Optimierung verteilter Automatisierungssysteme. TU Braunschweig 1997.


31

Fay, A.: Wissensbasierte Unterscheidungsunterstützung für die Disposition im Schienenverkehr. TU Braunschweig 1998.

Müller, K.: Verkehr in systemtechnischer Darstellung und ihre Anwendung auf ein multimodales Güterverkehrskonzept. TU Braunschweig 1998.

Chouikha, M.: Entwurf diskret-kontinuierlicher Steuerungs-systeme – Modellbildung, Analyse und Synthese mit hybriden Petrinetzen. TU Braunschweig 1999.

Krone, M.: Entwicklung und empirische Evaluierung einer simu-lationsorientierten Anforderungserklärung für Betriebs-leitsysteme. TU Braunschweig 1999.

Ober, B.: Modellgestützte Synthese ereignisdiskreter Steuerun-gen. TU Braunschweig 1999.

Voit, F.: Methodik zur ereignisdiskreten Modellierung und effi-zienten Simulation komplexer Systeme. TU Braunschweig 1999.

Arenz, A.: Simulation und Regelung starrelastischer Mehr-körpersysteme mit integrierten Werkzeugen. TU Braunschweig 2000. +

Zhu, P.: Betriebliche Leistung von Bahnsystemen unter Stö-rungsbedingungen. TU Braunschweig 2000.

Becker, V.: Regelung elektromechanischer Lenkanlagen für Gabelstapler. TU Braunschweig 2001.

Decknatel, G.: Entwicklung eines Typs kontinuierlich-diskreter höherer Petrinetze und seine Anwendung auf Bahn-systeme. TU Braunschweig 2001.

Bikker, G.; Schroeder, M.: Methodische Anforderungsanalyse und automatisierter Entwurf sicherheitsrelevanter Eisen-bahnleitsysteme mit kooperierenden Werkzeugen. TU Braun-schweig 2002.

Einer, S.: Petrinetzbasierte Spezifikation und Analyse operatio-naler Prozesse am Beispiel Eisenbahnsicherung. TU Braun-schweig 2003.

Helbig, J.: Evaluierung robuster Regelungsstrategien am Beispiel eines automatisch spurgeführten Pkw. TU Braunschweig 2003.

Schrom, H.: Realisierung eines optimierten Feldbussystems und Modellierung mit Petrinetzen. TU Braunschweig 2003.

Meyer zu Hörste, M.: Methodische Analyse und generische Modellierung von Eisenbahnleit- und –sicherungssystemen. TU Braunschweig, 2004.

Becker, U.: Steuerungs- und Regelungsverfahren für fluidtechni-sche Anwendungen mit Schaltventilen. TU Braunschweig, 2004.

Müller, J. R.: Dualität und Analyse von Formalen Modellen - Prädikat/Transitions-Netze und ihr Bezug zur Linearen Algebra. Universität Koblenz-Landau, 2004. +

König, S.: Middleware für evolutionäre Architekturen und An-wendung für ein kooperatives Produktionskonzept im Schienen-güterverkehr. TU Braunschweig 2005. +

Wegele, S.: Echtzeitoptimierung für die Disposition im Schienen-verkehr. Dissertation, Technische Universität Braunschweig, Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik, VDI Verlag Düsseldorf, 2005. +

Ganzelmeier, L.: Nichtlineare H∞ Regelung der Fahrzeug-längsdynamik. Dissertation, Technische Universität Braun-schweig, Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungs-technik, VDI Verlag Düsseldorf, 2005. +

Horstmann, Marc: Verflechtung von Test und Entwurf für eine verlässliche Entwicklung eingebetteter Systeme im Automobil-bereich. Dissertation, Technische Universität Braunschweig, Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik, 2005.

Däubler, Lorenz: Strukturverträgliche Ontologien der Automati-sierungstechnik. Dissertation, Technische Universität Braun-schweig, Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungs-technik, 2006.

Werther, Bernd: Kognitive Modellierung mit Farbigen Petrinet-zen zur Analyse minschlichen Verhaltens. Dissertation, TU Braunschweig, 2006.

8.3 Studentische Arbeiten im Berichtszeit-raum

Abu Farha, Anan: Optimale Aufteilung der Fahrzeitreserven in der Planung des Eisenbahnbetriebes.

Ahrholdt, Wolf: Fahrstabilitätsregelsystem DSC - Analyse, Vali-dierung und Weiterentwicklung eines Konzeptmodells.

Ahrholdt, Wolf: Entwicklung eines Entwurfwerkzeuges für l1-optimale Abtastregelungen mit minimaler Stellgröße.

Antova, Mariya: Analyse satellitenbasierter Ortungssysteme für sicherheitsrelevante Applikationen im bodengebundenen Ver-kehr

Baranski, Krzysztof: Entwicklung und Erprobung von Auswerte-algorithmen zur funktionalen Validierung von Getriebesteure-rungssystem.

Belka, Knut: Klassifizierung und Bewertung von Beschreibungs-mitteln der technischen Zuverlässigkeit am Beispiel einer auto-matisierten Produktionsanlage

Böhme, Tim: EGR valve position control robustness and verifica-tion using a model based approach

Bücker, Gunthard: Anforderungsanalyse und Evaluierung von Integrationsplattformen zur Ausführung und zum Management von Softwarekomponenten für die Entwicklung vernetzt eingese

Chen, Yang: Vorbereitung eines PDA für Aufgaben der Fahr-zeugautomatisierung.

Decker, Jörg: Entwurf eines Kooperationsmoduls für ein Multi-agentensystem zum Betrieb virtueller Zugverbände.

Detering, Stefan: Optimierung eines intelligenten Sensorsystems zur echtzeitfähigen Ortung eines autonomen Straßenfahrzeuges.

Deweß, Sigrun: Untersuchung von Optimierungsaufgaben innerhalb eines dezentralen Produktionskonzepts für den schie-nengebundenen Verkehr.

Fabritz, Alexander: Realisierung eines Graphical User Interfaces auf der Grundlage eines IPAQ Pocket-PC zur Durchführung von autonomen Messfahrten.

Fabritz Alexander: Mathematische Echtzeit-Optimierung der Positionsbestimmung eines autonom fahrenden Gabelstaplers

Falkenberg, Sascha; Diagnostic and Fault Tolerant Control in Automotive Systems.

Falkenberg, Sascha: Entwurf eines Gesamtregelkonzeptes für ADCS (Advanced Diesel Combustion System) Thermo-management


32

Fazlinoviz, Aida: Drehschwingungsmessung und Parameter-Identifikation eines mechanischen Dieselmotor-Modells.

Fiebig, Sierk: Analyse eines XML-Schemas zur Anwendung in einer HiL-Testumgebung.

Fiebig, Sierk: Terminologie und Verfahren für den Test me-chatronischer Systeme.

Hartwig, Frank: Risikobetrachtung für ein Betriebskonzept für virtuelle Zugverbände.

Horn, Uwe: Entwurf und Implementierung eines agentenbasier-ten Flottenmanagement-Moduls für den schienengebundenen Verkehr.

Jerhot, Jiri: Erstellung und Umsetzung von Testkonzepten für ein Kreuzungsassistenzsystem mit Hilfe einer Simulation

Jiang, Xiaodong: Programming of a graphical tool for Bond Graph modeling and analysis.

Kelsch, Johann: Entwurf und Programmierung eines Beobachter-Clients für einen kollaborativen Petrinetz-Editor.

Kiss, Sandor: Vergleich von Methoden und Anforderungen zur Zertifizierung in verschiedenen Domänen.

Klingspon, Sven: Anpassung der automatisierten Optimierung der Parameter eines Motor-Steuergerätes für die Übergangs-kompensation von Wandfilmeffekten im Saugrohreinspritzer.

Kurdi, Oubida: Model based application of idle-speed control-lers.

Kurdziel, Gregor: Entwicklung einer Methode zur teilautomati-sierten Parametrierung der AGR-Regelung

Maljuk, Oleg: Entwicklung eines Referenzmesssystems für eine Ortungsplattform

Markus, Helge: Automatische testfallgenerierung aus petrinet-zen.

Morgeneyer/Püschmann, Thilo/David: Modellbildung und Simu-lation hybrider Systeme mit kombinierter Bondgraph/Petrinetz-Beschreibung

Nguignang Olivia Susz Janice Nouthé: TRMI Testtool Reportge-nerator MAAB/IAV

Niehaus, Stefan: Methodisches Erfinden mit TRIZ: Verfahren und Werkzeuge zur Unterstützung der Funktionsentwicklung.

Paetsch, Robert: Entwicklung einer beinaufpralltauglichen Fahr-zeugfront für ein SUV.

Paul, Oliver: Modell des Zusammenhangs zwischen Luftzahl L im Brennraum und L-Sondensignal zur Verbesserung einer dynami-schen Regelung der Abgasrückführung.

Peters, Alexander: Entwicklung einer automatischen Trommel-schadendetektion am Hächselaggregat eines "Selbstfahrenden Feldhäckslers" durch Körperschallmikrofone"

Prasertnopakun, Pisanu: Modellgestützte Fehlerdiagnose im Luftpfad des Ottomotors mit Hilfe künstlicher neuronaler Net-ze.

Rodewald, Stefanie:: Erstellung eines formalen Begriffssystems für die Verkehrssicherheit aus systemtheoretischer Sicht

Schaller, Leon: Entwurf zur Problemlösung von Unfällen an niveaugleichen Bahnübergängen.

Schreiber, Marc: Ausarbeitung eines Konzepts für einen Fahr-zeug Kinematiksimulator.

Schreiber, Marc: Geräusche von Kraftstoffpumpen in PKW

Schröder, Hendrik: Konzept für ein marketingorientiertes Wissensmanagement.

Soltwisch, Jochen: Bestimmung der Testabdeckung von Mat-lab/Simuling-Modellen

Ständer, Tobias: Erstellung eines modellbasierten, digitalen Lastenheftes nach CENELEC für einen sicherheitsoptimierten niveaugleichen Bahnübergang.

Steiner, Jan: Entwurf und Implementierung einer grafischen Benutzeroberfläche für einen Streckeneditor.

Tchouamou Pangop, Joel Bertrand: Entwurf und Implementie-rung einer agentenbasierten Betriebszentrale zum Betrieb virtueller Zugverbände.

Tousen, Sarah: Entwurf und Implementierung einer grafischen Benutzeroberfläche zur Darstellung von Zugaktivitäten.

Trüber, Sergej: Untersuchung von automatischen Auslegungs-verfahren für den aktiven Ruckeldämpfer eines Dieselmotors

Voufouo Sobdjio, Alexis: Entwurf und Implementierung eines agentenbasierten zugseitigen Leit- und Sicherungsmoduls für virtuelle Zugverbände.

Weyhersmüller, Christian: Potenziale der satellitenbasieten Ortung im Schienenverkehr.

Wojtalla, Adam: Robuste Lageregelung eines pneumatischen Linearantriebs mit low-cost Schaltventilen.

Zada, Tarik: Optimierung des Zusammenspiels EAT- und AGR-Regelkreis.


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9 Sonstige Aktivitäten

9.1 Fachtagungen

9.1.1 Symposium „Formale Techniken für Automati-sierungs- und Sicherheitssysteme im Eisenbahn- und Automotivebereich“ – FORMS/FORMAT 2004

Wissenschaftler auf dem Gebiet der Formalen Techniken, Fach- und Führungskräfte, Entwickler und Gutachter der Automobil- und Eisenbahnwirtschaft sowie Betreiber von Verkehrssystemen mit Interesse am Themengebiet trafen sich am 02. und 03. Dezember 2004 zum fünften Symposium FORMS/FORMAT 2004 in Braunschweig. Die Veranstaltung wurde, wie die Vor-hergehenden der Reihe, unter der wissenschaftlichen Leitung von Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. E. Schnieder vom Institut für Ver-kehrssicherheit und Automatisierungstechnik der TU Braun-schweig gemeinschaftlich mit Prof. Dr.-Ing. G. Tarnai vom Institut für Verkehrsautomatisierung der TU Budapest veranstal-tet.

Unter den Generalthemen des Symposiums – Formalen Techni-ken für Bahn- und Automotive-Anwendungen – stand diesmal insbesondere die Anwendbarkeit Formaler Techniken bei Risi-kodefinitionen und -analysen neben der Darstellung neuer Entwicklungsmethoden, Werkzeugen und Beschreibungsmittel im Vordergrund. Ein eigenes Kapitel widmete sich der UML-Modellierung und deren Analysemöglichkeiten. Ferner wurden Methoden der Testfallgenerierung, Analysestrategien und An-wendungsbeispiele der automatisierten Verifizierung behandelt.

Den Auftakt der Veranstaltung für die über 170 Teilnehmer aus 21 Nationen bildete die „Welcome Reception“ im Braunschwei-ger Eisenbahnmuseum am Vorabend zur nostalgischen Einstim-mung auf die Tagung. An den darauf folgenden beiden Tagen wurde das Symposium in der Stadthalle Braunschweig mit acht Schwerpunkt-Sitzungen durchgeführt. Neben zwei eingelade-nen, wurden 25 ausgewählte Vorträge und 11 Posterbeiträge präsentiert.

Nach einer Einführung durch Prof. Schnieder erläuterte der Präsident der Bundesanstalt für Straßenwesen (BAST), Prof. Dr. J. Kunz, in seinem eingeladenen Auftakt-Vortrag die Aufgaben und die Arbeit seiner Organisation. Zur Sicherheitssteigerung im Straßenverkehr wurden die aktuellen Statistiken basierend auf Unfall-Analysen, Unfalltypen sowie -ursachen ebenso wie zu-künftige Aufgaben bzw. Ansätze vorgestellt und bewertet. Aktivitäten der europäischen Staaten in Bezug auf die Verbesse-rung und Potentiale der passiven als auch der aktiven Sicherheit im Straßenverkehr wurden aufgezeigt und gegenübergestellt.

Anschließend wurde in insgesamt sieben Vorträgen das Themen-feld der Formalen Methoden in Bezug auf Risikoanalysen und -definitionen behandelt. Prof. Dr. J. Braband der Siemens AG stellte in seinem Beitrag die Frage nach der formalen Bestim-mung des Risikos und erläuterte ein mathematisches Modell bzgl. Risikodefinition an einem Beispiel. Weiterhin ging Prof. Braband in seinem Beitrag auf die verschiedenen themenbezo-genen Normen sowie auf das Standardisierungswesen ein und erläuterte, dass bedingt durch finanzielle wie auch zeitliche Knappheit der Verantwortlichen von Normungskomitees even-tuelle Qualitätsmängel überdacht werden sollten. N. König von Euro-Interlocking (CH) stellte eine neue, vollständige und gene-rische Hazard-List für Eisenbahnsysteme vor. Der mittels UML-Klassendiagrammen sowie stochastischer Petrinetze verfolgte Ansatz und das Vorgehen sowie die Umsetzung und das Ergeb-nis wurden ausführlich dargestellt; in Form von Qualitätstests der Hazard-List durch die Aufstellung systemspezifischer Sicher-heitsanforderungen wird die Arbeit in 2005 fortgesetzt.

Für die Entwicklung eines Eisenbahnsicherungssystems stellte Prof. Dr. B. Stadlmann, FH Wels (A), einen Ansatz mittels UML-Design vor. Einführend erläuterte er das innovative und im Testbetrieb befindliche Sicherungssystem und stellte anschlie-ßend anhand der systematisch entwickelten UML-Diagramme das Systemdesign dar.

Im letzten Themengebiet des ersten Veranstaltungstages, der Beschreibungsmittel und Werkzeuge, stellte Dr. P. Mosterman, The MathWorks Inc. (USA), die formale Definition der spezifi-schen Sprache „Traffic“ für den Bereich des Verkehrs vor. Ausgehend von der Erläuterung der Graph Transformationen, wurde der Formalismus von „Traffic“ mittels eines Meta-Modells vorgestellt. Anschließend erläuterte Herr Mosterman die Transformation von „Traffic“ in zeitbehaftete Petrinetze.

Der zweite Veranstaltungstag der FORMS/FORMAT 2004 wurde mit dem eingeladenen Vortrag von Herrn O. Stadler der Schweizerischen Bundesbahnen AG (SBB) eröffnet. Herr Stalder gab in seinem Vortrag einen Überblick über das Projekt „Bahn 2000“ der SBB, bei dem neben einem komplett innovativen Fahrplan das neue Sicherungssystem ETCS in der Schweiz eingeführt wird. Insbesondere auf die im Rahmen der erforderli-chen Arbeiten im Bereich der Sicherheitsverantwortung, zur Umsetzung der Projektziele, bei den SBB angewendeten forma-len Beschreibungsmittel und Methoden, ging Herr Stalder in seinem Beitrag ein.

In den anschließenden Sitzungen wurde auf Themen der Model-lierung mit UML und speziell auf die Testfall-Generierung einge-gangen. Herr S. Kuhler der TU Braunschweig stellte in seinem Beitrag einen – in Kooperation mit der Volkswagen AG – entwi-ckelten Ansatz für die automatisierte Testfall-Generierung bei eingebetteten Systemen vor. Basierend auf einem formalen Petrinetz-Modell, erläuterte Herr Kuhler seinen strukturierten Ansatz und führte mittels einer Simulation die Projektrealisie-rung vor.

Die letzten beiden Sitzungen befassten sich mit Fragestellungen zur Analyse sowie zur Verifikation. Über die automatisierte Verifikation von Eisenbahnsicherungssystemen berichtete Prof. Dr. J. Peleska, Uni Bremen. Ein automatisierter Verifikationsan-satz basierend auf Modelchecking sowohl für Straßen- als auch für Vollbahnen wurde vorgestellt. In einer Studie wurde ein Steuerungssystem für Straßenbahnen mit dem Ziel entwickelt, ein generisches System zu erhalten. Das betrachtete System sowie berücksichtigte Verifikationssprachen wurden erläutert.

Im Anschluss an alle Sitzungen wurde jeweils eine offene Podi-umsdiskussion angeboten und durch das Auditorium in weiter-führenden Diskussionen aufgenommen. Gewonnene Erkenntnis-se, Erfahrungen aber auch Schwierigkeiten beim Umgang mit Formalen Techniken wurden aufgezeigt und diskutiert. Ein ergänzender wissenschaftlicher Austausch zwischen den Teil-nehmern war durch den feierlichen Rahmen des Abendempfangs im Rittersaal der Burg zu Braunschweig gegeben.

Generell zeigte sich, dass Formale Techniken bereits über den akademischen Bereich Eingang in die praktische Anwendung finden. Dabei sind vorwiegend UML- und Petrinetzbasierte Techniken führend. Ihre Nutzung muss jedoch durch geeignete, praktisch akzeptierte Methoden inkl. stabiler Werkzeuge geför-dert werden.

Das nächste Symposium der Reihe wird im Frühjahr 2006 an der TU Budapest stattfinden.

Der Tagungsband zur Veranstaltung ist unter dem Titel „FORMS/FORMAT 2004“ erschienen und kann über den Veran-stalter bezogen werden.

9.1.2 Tagung Gesamtverkehrsforum 2005

Ist die deutsche Mobilitätswirtschaft wettbewerbsfähig?

Unter dem Titel „Ist die deutsche Mobilitätswirtschaft wettbe-werbsfähig?“ veranstaltete die VDI-Gesellschaft Fahrzeug- und


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Verkehrstechnik am 16. und 17. November 2005 im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) am Forschungsflughafen in Braunschweig die Tagung Gesamtverkehrsforum 2005 als nunmehr fünfte Veranstaltung dieser Reihe. Verkehr und Mobili-tät bilden ein komplexes System wirtschaftlicher, technischer und sozialer Wechselwirkungen, die im Zeitalter der Globalisie-rung und Öffnung der Verkehrsmärkte zu neuen Herausforde-rungen in volkswirtschaftlicher und unternehmerischer Hinsicht führen. Die Wettbewerbsfähigkeit der Mobilitätswirtschaft ist daher ein Schlüsselfaktor für wirtschaftlichen Erfolg von Unter-nehmen, Gesellschaft und Institutionen aller Verkehrsträger. Vor diesem Hintergrund stellen sich folgende Fragen:

• Welche wettbewerbsrelevanten Ziele und Gestaltungsmög-lichkeiten sowie politischen Rahmenbedingungen bestim-men die zukünftigen Verkehrsmärkte?

• Welche Veränderungen ergeben sich für die Akteure der Mobilitätswirtschaft?

• Welche Technologien und Innovationen unterstützen deren Leistungsvermögen?

• Sind die Geschäftsmodelle und Strukturen zukunftsfähig?

Antworten und Ansätze zu diesen Fragen wurden von namhaf-ten Persönlichkeiten auf dem Gesamtverkehrsforum 2005 vorgestellt, um aus übergreifender Sicht die Wettbewerbsfähig-keit der deutschen Mobilitätswirtschaft zu diskutieren. Unter der wissenschaftlichen Leitung von Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Ecke-hard Schnieder, TU Braunschweig, hatte das Programmkomitee ein erstklassiges Programm mit 16 hochrangigen Referenten aus Politik, Wissenschaft und Industrie zusammengestellt.

Unter dem Leitthema der ersten Sitzung „Wettbewerb - Quo Vadis?“ warf Dr. Hans-Liudger Dienel, TU Berlin, in seinem Eröffnungsvortrag „einen Blick zurück nach vorn auf die deut-sche Mobilitätswirtschaft im letzten Jahrhundert“ und leitete aus wirtschaftshistorischen Analogien aus Schienenverkehr, Auto-mobilwirtschaft, Luft- und Schifffahrt und deren perspektivischer Übertragbarkeit auf die heutigen Märkte Marktpotentiale für eine zukünftige deutsche Mobilitätswirtschaft ab.

Frau RegDir Luise Rau, Leiterin des Referats A14 intermodaler Güterverkehr, Spedition, Logistik des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen, erläuterte, dass der Logis-tikmarkt mit 600 Mrd. Euro Marktvolumen ein bedeutender Bereich der deutschen Wirtschaft sei und prognostizierte ein weiteres Anwachsen dieses Sektors. Zur Unterstützung der künftigen Mobilität treibe die Regierung die Themen Infrastruk-tur, Liberalisierung des Wettbewerbs und eine integrierte Ver-kehrspolitik voran und arbeite an einem Masterplan für Verkehr und Logistik, die über die klassische Bundesverkehrswegepla-nung hinausgeht.

In seinem Vortrag zur Zukunft der deutschen Bahn in einer Wettbewerbslandschaft diskutierte Prof. Dr. Andreas Knie, Wissenschaftszentrum Berlin für Sozialforschung und DB Rent GmbH/DB Fuhrpark, die wirtschaftsstrukturellen und demogra-phischen Entwicklungen Deutschlands in den nächsten 15 Jahren und leitete aus den veränderten Rahmenbedingungen Möglich-keiten für neue und erfolgreiche Geschäftsmodelle der Bahn ab. Er plädierte für die Organisation des Schienenverkehrs im Sinne von Betreibergesellschaften, die regionale Bereiche oder Relati-onen (Infrastruktur, rollendes Material und Personal) von der DB AG pachten und betreiben, um so einen horizontalen Wettbe-werb zwischen den Betreibergesellschaften zu installieren. Prof. Kürner, TU Braunschweig, legte verschiedene Möglichkeiten zur Datenübertragung und Kommunikation in Fahrzeugen dar, die es

dem Nutzer ermöglichen, in Automobil, Bahn und Flugzeug jederzeit und an jedem Ort mit den eigenen Endgeräten zu telefonieren oder im Internet zu surfen. Er skizzierte die Tech-nologien und Kommunikationsnetze der Zukunft und zog ab-schließend das Fazit, dass die Verkehrsmittel auf dem besten Weg sind, sich in mobile Kommunikationszentren zu verwan-deln. Günther Kasties, Geschäftsführer der OECON GmbH, stellte die Anwendungsmöglichkeiten von GALILEO für Mobilitätsdienste vor und führte aus, dass sich die verschiedenen Dienste zurzeit noch in der Definitionsphase befinden. Er erläu-terte, dass in Braunschweig ein Anwendungszentrum entstehen soll, das die Zertifizierung sicherheitsrelevanter Anwendungen für GALILEO durchführen wird. Michael Clausecker, Hauptge-schäftsführer des Verbandes der Bahnindustrie in Deutschland, hob in seinem Beitrag den Wandel des Bahnmarktes in Deutsch-land und Europa hervor und zeigte Erfolgsmodelle und Ge-schäftsinnovationen der Bahnindustrie für die Bahnen von mor-gen auf. Der abschließende Vortrag dieser Sitzung, der von Dr. Klaus Picard, Hauptgeschäftsführer des deutschen Mineralölwirt-schaftsverbands e.V. gehalten wurde, behandelte das Thema Energie für die Mobilität der Zukunft. Neben der langfristigen Versorgungssicherheit mit fossilen Kraftstoffen, die aufgrund der voranschreitenden Technologien, welche mittlerweile auch einen wirtschaftlichen Abbau von Ölsanden ermöglichen, gesi-chert sei, betonte Picard Möglichkeiten des Einsatzes alternati-ver Kraftstoffe zur Aufrechterhaltung der Mobilität auch in der Zukunft.

Der Nutzen von Fahrerassistenzsystemen für einen sichereren und effizienteren Straßenverkehr wurde von Dr. Hans-Jürgen Stauss, Leiter der Abteilung Mobilität der Konzernforschung der Volkswagen AG, anhand von Konzepten mittels Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation präsentiert. Dietmar Dippe, Geschäftsführer der delair Air Traffic Systems GmbH, stellte Lösungen für den Luftfahrtbereich vor, die durch eine Vernet-zung der Planungssysteme am Boden sowie im operativen Betrieb zwischen Bord- und Bodensystemen zu einer Informati-onsdurchgängigkeit und -transparenz verhelfen und so die Verspätungen im Luftverkehr reduzieren helfen können. Insbe-sondere hob er dabei die Notwendigkeit einer länderübergrei-fenden Harmonisierung der Systeme hervor. Werner Sommer-feld, HaCon Ingenieurgesellschaft mbH, betrachtete Softwarelö-sungen für den Schienenverkehr, die es dem Anwender erleich-tern sollen, im Einzelwagen- und Kombinierten Verkehr Zug-fahrten zu planen, sowie Applikationen, die es ermöglichen, im Rahmen der Fahrtenplanung Freiladegleise aufzufinden und so eine Verlagerung von Verkehr auf die Schiene unterstützen helfen.


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Im Rahmen einer weiteren Sitzung wurden innovative Ge-schäftsmodelle im Verkehr vorgestellt. So zeigte Prof. Dr. Manfred Wermuth, TU Braunschweig, wie die Ortung von Mobiltelefonen zum einen als Alternative zur klassischen Haus-haltsbefragungen bei der Erhebung von Daten über das Mobili-tätsverhalten von Verkehrsteilnehmern genutzt werden kann und zum anderen für eine automatisierte Abrechnung von Fahrten im ÖPNV. Prof. Dr.-Ing. Gernot Spiegelberg von der Daimler Chrysler AG stellte ein Konzept zum automatisierten Abfertigen, Waschen und Betanken autonom fahrender LKWs auf abgeschlossenen Betriebsgeländen vor. Dr. Klaus Schaaf, Leiter des Querschnittsressorts Forschung der Volkswagen AutoUni, erläuterte neue Geschäftsmodelle für die Automobil-wirtschaft und zeichnete dabei ein Bild einer kundenorientierten Werkstatt der Zukunft, bei der jeder Fahrzeughalter unter fachkundiger Anleitung und mittels Augmented Reality Techni-ken sein Fahrzeug selbst reparieren kann wie einst beim VW Käfer.

Auch zum Abschluss der Tagung wurden das Thema der Ent-wicklung der Verkehrswirtschaft und die Zukunft ihrer Akteure modenübergreifend diskutiert. Dr. Markus Ksoll referierte zum Thema Perspektiven für einen europäischen Schienengüterver-kehr und ging dabei insbesondere auf die Liberalisierung und zukünftige Marktentwicklung im Schienenverkehr sowie die Rolle der DB AG und deren Entwicklung hin zu einer „europäi-schen Vollbahn“ ein. Prof. Dr. Karl-Hans Hartwig von der Uni-versität Münster erläuterte Chance und Risiken für Logistiker, Spediteure und Frachtführer im deutschen Straßengüterverkehr unter der Perspektive der EU-Osterweiterung und ging dabei auf unternehmerische und politische Lösungsmöglichkeiten ein. Die Zunahme des Containerverkehrs im Rahmen der Globalisie-rung und die daraus resultierende Wettbewerbssituation der deutschen Seehäfen wurde von Dr. Bernt Mester von der BLG Logistics Group AG und Co. KG aus Bremerhaven vorgestellt. Der Strategiewandel der Häfen von reinen Umschlagbetrieben hin zu Logistikdienstleistern führt zu einem steten Wachstum der Marktbereiche in der Seeschifffahrt und damit verbunden einem Ausbau der Kapazitäten der deutschen Seehäfen, so Mester.

In seinem Schlusswort hob Prof. Schnieder hervor, dass das Gesamtverkehrsforum 2005 auch dieses Jahr wieder eine exzel-lente Plattform zur interdisziplinären Diskussion komplexer modenübergreifender Effekte des Verkehrs darstellte und die Vorträge Perspektiven zur Entwicklung einer gesamtverkehrli-chen wettbewerbsfähigen deutschen Mobilitätswirtschaft aufge-zeigt haben. Insbesondere die anregenden Diskussionen nach jedem Vortragsblock gaben Raum zur angemessenen und ganz-heitlichen Erörterung des Komplexes Verkehr aus den verschie-densten Perspektiven, ganz im Sinne eines Forums.

9.1.3 Entwurf komplexer Automatisierungssysteme EKA 2006

Dass die Komplexität technischer Systeme steigt, ist die sich seit Jahrzehnten verstetigende Botschaft in der Technik und somit auch der Automatisierungstechnik. Ist dies nun ein Axiom, um daraus immer wieder neue technische Ansätze, Technologien, Methoden und Notationen zu rechtfertigen und Forschungsvor-haben zu begründen, oder ist es eine aus den Inventionen ent-stehende eigengesetzliche und selbsterfüllende Zwangsläufigkeit, die Negentropie zu erhöhen?

Unabhängig davon, zu welcher Antwort man tendiert, wächst die Notwendigkeit zur Beherrschung komplexer nicht nur technischer sondern auch soziotechnischer und gesellschaftlicher Systeme. Erst aus zeitlicher Distanz wird dies offenkundig, wenn man nicht die Sensibilität besitzt, die Geschwindigkeit inkremen-teller Bewegung zu erkennen. Die nunmehr 9. EKA ist - im

Kontext ihrer Vorgänger - über eine Spanne von eineinhalb Dekaden Instrument dieser Entwicklung und dient gleichzeitig der Erhellung des Augenblicks. Die EKA 2006 stellt die Situation zum Entwurf komplexer Automatisierungssysteme deutlich dar:

Die Systeme werden komplexer, indem sie mehr Aufgaben umfassen, d. h. neben den üblichen Steuerungsaufgaben kom-men neue hinzu: Nicht nur die automatische Zielerreichung zur aktuellen Beeinflussung technischer Prozesse wird verlangt, sondern ihre längerfristige Verlässlichkeit verlangt mehr Auf-merksamkeit, denn Verlässlichkeit ist ein Tribut an die Kom-plexität.

Komplexe Systeme sind - singulär betrachtet bzw. in gewissen Reifestadien - noch nicht akzeptabel verlässlich. Dies gilt insbe-sondere in kapitalintensiven und hoch produktiven Industrien sowie bei täglich und öffentlich genutzten Produkten wie in Verkehrsmitteln, wo daraus resultierende Image-Verluste wie-derum nachhaltig marktrelevant sind. Verlässlichkeit wird dann mit Störanfälligkeit gleichgesetzt, unabhängig davon, ob die Sicherheit der Systeme von außen bedroht wird - Security - oder ob die Systeme die Sicherheit des Betriebes, ihrer Anlage oder ihrer Umgebung beeinträchtigen - i. S. v. Safety. Der Wunsch nach frühzeitiger Aufdeckung von Ursachen der Unzuverlässig-keit vor ihrer Schadensauswirkung drückt sich in der zunehmend gesetzlich verankerten Forderung nach Risiko- und Gefähr-dungsanalysen bzw. -vermeidungskonzepten unter Einschluss von Diagnoseeinrichtungen aus.

Generell ist die Forderung jedoch, den Entwurf komplexer Automatisierungssysteme ganzheitlich, nämlich unter Integrati-on von Betriebs- und Verlässlichkeitsaspekten ganzheitlich zu gestalten, d. h. die Komplexität wird systemischer. Hier setzt die Systembeschreibung an, wo geeignete Begriffsextensionen und korrespondierende Modellkonzepte gefragt sind, welche die Automatisierungstechnik-Aufgaben, die Funktionalitäten, die Verlässlichkeit mit Diagnose und Instandhaltung und letzten Endes auch die Wirtschaftlichkeit in Lebensläufe integrieren müssen.

Notationen, welche diesen Anspruch integrieren, modular und human beherrschbar erfüllen, stehen in Wettbewerb mit ande-ren, kooperierenden und zusammengefügten. Konkret ange-sprochen werden neben UML und anderen Automatenderivaten dabei traditionellerweise Petrinetze, die mittlerweile die Weihen internationaler Standardisierung erhielten und sich immer weiter auch als Metamodelle bis zu wahrscheinlichkeitstheoretischen Konzepten wie Bayesche Netze und Markovketten etablieren. Profitabel werden die modellbasierten Ansätze durch die Trans-ferierbarkeit der Modellbeschreibungen und Datenmodelle, vorzugsweise auf konzeptionellem Niveau und nachgeordnet auf standardisierten Beschreibungsformen. Diese für die systemi-sche Automatisierungstechnik wichtigen Fragen werden ihrer Bedeutung gemäß in den ersten drei eingeladenen Beiträgen von akademisch und industriell ausgewiesenen Repräsentanten behandelt.

Einführung und Nutzung der Konzepte in Beschreibungsmitteln und Methoden ist nur durch reifende Werkzeuge möglich, die insgesamt die Konstituenten des BMW-Konzepts Beschrei-bungsmittel-Methode-Werkzeug bilden. Für die EKA als Platt-form dieser Werkzeuge der Automatisierungstechnik wurde die klassische Toolausstellung nun um eine eigene Sitzung mit Kurz-darstellungen der Werkzeuge im Plenum bereichert.

Mit der Ausweitung der Arbeitsgebiete des Instituts für Ver-kehrssicherheit und Automatisierungstechnik als veranstaltender wissenschaftlicher Institution überspannt das Themenspektrum der EKA den Bereich von Automatisierungs- und Verkehrssys-


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temen. Diese werden jedoch nicht einzeln adressiert, sondern methodisch zusammenhängend auch unter den Aspekten des Entwurfs der Verlässlichkeit behandelt. Innovativ sind dabei die methodischen Transfers der Automatisierungstechnik, Informa-tionstechnik und Mechatronik. Neue Ansätze zur Echtzeitanaly-se kritischer Verkehrssituationen bilden im eingeladenen Vortrag die Überleitung zur konkreten Anwendung im Automobil- und Bahnbereich.

Die eingangs zitierte Evolution der Automatisierungstechnik von komplexen Systemen zur systemischen Komplexität im allge-meinen Kontext der letzten Dekaden im Fokus der EKA-Fachtagungen referiert Martin Polke im eingeladenen Abschluss-beitrag. Als langjähriger Weggefährte kann er ihre Bedeutung für die Etablierung der Automatisierungstechnik als wissen-schaftliche Disziplin aus unserer Sicht bezeugen.

Die Vielzahl der zur Fachtagung eingegangenen Beiträge wurde vom internationalen Programmkomitee kritisch begutachtet. Infolge der hohen Qualitätsmaßstäbe konnte ein inhaltlich gut strukturiertes Programm gestaltet werden, das dank seiner Einzügigkeit dem Auditorium die Qual der Wahl erspart. Die intensive Redaktion der Tagung und des Tutoriums wurde von Herrn Dipl.-Ing. Jörn Drewes und Herrn Dipl.-Ing. Jörg May vorgenommen.

9.2 Braunschweiger Verkehrskolloquium In Zusammenarbeit mit dem Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung, DLR Braunschweig wird der Braunschwei-ger Verkehrskolloquium organisiert. Jeden ersten Donnerstag im Monat werden zwei Vorträge zu den Themen aus den Berei-chen Automotive und Eisenbahn gehalten.

2004

Oliver Milzarek (DB Systemtechik): "Telekommunikation im automatisierten Bahnbetrieb"

Torsten Wickinger (Siemens Transportation Systems): "Schnitt-stellen im Hochsicherheitsbereich von Betriebszentralen der Deutsche Bahn AG"

Dr. Gert Bikker (EXTESSY AG): "Best of Breed: Kopplung von System Engeneering Werkzeugen für einen durchgängigen Entwicklungsprozeß"

Matthias Linhardt (BBR-Verkehrstechnik GmbH): "Einsatz der UML für die Entwicklung sicherheitskritischer Systeme"

Prof. Henk van Zuylen, Serge Hoogendoorn (TU Delft): "To-wards Reliable Mobility, the research program of the Transport Research Center Delft", "Tracking vehicles and analysis of driver behaviour using remote sensing techniques"

Hartmut Runge, Martin Ruhé (DLR Oberpfaffenhofen / Berlin): „Airborne and Spaceborne Traffic Data Collection"

Jörg Nuttelmann (Siemens Transportation Systems): "U-Bahn New York City – Sprung über zwei technologische Generatio-nen"

Markus Grimm (DB AG Netz): "Die Betriebszentrale Leipzig, ein Leistungszentrum der DB Netz AG"

Carsten Dalaff (DLR Berlin, Institut für Verkehrsforschung): "Optische Informationssysteme für die Verkehrssteuerung / -lenkung"

Prof. Ralf Reulke (Universität Stuttgart): "Sensor- und Datenfusi-on für die Erkennung und Verfolgung von Verkehrsobjekten"

Dr. Ulrich Bock (Siemens AG): "Siemens Rail Automation Aca-demy – Das Kompetenzzentrum für Bahnautomatisierung"

Dr. Andreas Müller (Volkswagen AutoUni): "Master-Degree-Programme und prozeßunterstützende Qualifikation an der Volkswagen AutoUni"

Ralf Westerkamp (eta_max space GmbH): "Prozessgestaltung für Bahnanwendungen nach CENELEC - ideal und real"

H.-M. Schulz (EXTESSY AG): "Vom Anwendungsfall zum Testfall – Zusammenführung von Requirements-Engineering und Test-fallmanagement"

Dipl.-Phys. Reinhold Hundt (Vossloh Informationstechnik, Ge-schäftsführer): "Web-Technologien als Basis für den Fahrplanpla-nungsprozess in offenen Eisenbahnnetzen"

Prof. Thomas Siefer (Universität Hannover, Institut für Ver-kehrswesen, Eisenbahnbau und –betrieb IVE): "Simulation – Hilfsmittel zur Beantwortung eisenbahnbetriebswissenschaftli-cher Fragen"

Prof. Thomas Cerbe (FH Braunschweig / Wolfenbüttel, Fachbe-reich Transport- und Verkehrswesen): "Zeitbezogene Navigati-on im Strassenverkehr"

Günther Kasties (Oecon GmbH): "Von GPS zu Galileo – Anwen-dungen der Satellitennavigation"

Dr. Thorsten Mühlhausen (DLR Braunschweig, Institut für Flugführung): "Simulationsverfahren zur Modellierung flughafen-spezifischer Verkehrsprozesse der Luft- und Landseite"

Elmar Brockfeld (DLR Berlin, Institut für Verkehrsforschung): "Kalibrierung und Validierung von mikroskopischen Verkehrs-flussmodellen"

2005

Dr.-Ing. Stefan Wegele – TU Braunschweig, Institut für Ver-kehrssicherheit und Automatisierungstechnik: "Echtzeitoptimie-rung in der Disposition im Schienenverkehr"

Prof. Dr. Anita Schöbel - Universität Göttingen, Institut für Numerische und Angewandte Mathematik : "Anschlusssicherung aus Fahrgastsicht für die Deutsche Bahn"

Karen Oltersdorf (TÜV Rheinland Group): "Wie viel Gefühl braucht die Ergonomie? Über den Tellerand geschaut: Auf der Suche nach neuen Konzepten für die Entwicklung und Evaluie-rung von Fahrerassistenzsystemen."

Dr. Frank Flemisch (DLR Braunschweig, Institut für Verkehrs-führung und Fahrzeugsteuerung): "Biologisch inspirierte Automa-tion und Interaktion in Flugzeug und Kfz: Zwischenbericht aus dem H-Metapher Projekt (DLR-Braunschweig, NASA Langley)"

Prof. Jürgen Siegmann (TU Berlin, Fachgebiet Schienenfahrwege und Bahnbetrieb): "Die Feste Fahrbahn - ein Schritt zum wirt-schaftlicheren Schienenverkehr?"

Dr. Alfons Buchmann - in Vertretung für Herrn Prof. Hohnecker (Universität Karlsruhe, Institut für Straßen- und Eisenbahnwe-sen): "Feste Fahrbahn und Lärm. Gibt es hier Lösungen?"

Johannes Peuling (ProjektRuhr GmbH) / Carla Eickmann (DLR Braunschweig): "Schienenauto - Cargo-Innovation im Ruhrge-biet?!"

Knut Strübing (Siemens AG): "Technische Lösungen für die Überführung des konventionellen U-Bahn-Betriebs in den automatischen Betrieb"

Ingo Wagner (Universität Kassel - Institut für Mess- und Automa-tisierungstechnik): "Potenziale von Expertenbefragungen bei der formativen Evaluation von Lernsystemem"

Nico Hamacher (RWTH Aachen - Lehrstuhl für technische Informatik): "Automatische Überprüfung von Guidelines zur Usability Bewertung interaktiver Systeme"

Ralf Hoopmann (LNVG Landesnahverkehrsgesellschaft Nieder-sachsen mbH): "Wettbewerb im Schienenpersonennahverkehr -


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Konzepte und Erfahrungen der Landesnahverkehrsgesellschaft Niedersachsen"

Dr. Carsten Hein (Metronom Eisenbahngesellschaft mbH): "Metronom - Ausbau und Betrieb eines Eisenbahnverkehrsun-ternehmens im hochwertigen SPNV"

Eva Savelsberg (ZLW/IMA der RWTH Aachen): "Effizienzsteige-rung im multimodalen Güterverkehr durch innovative Technolo-gien"

Albrecht Wurm (TÜV Management Systems GmbH): "Verkehrs-forschung aus dem Blickwinkel der öffentlichen Forschungsför-derung"

Dr. Hubert Rehborn (DaimlerChrysler AG): "Anwendungen der 3-Phasen-Verkehrstheorie nach Kerner: Verkehrstechnik und Fahrerassistenz"

Dr. Robert Hoyer (Institut für Automation und Kommunikation): "Potenziale einer dynamischen Navigation unter Berücksichti-gung der Verkehrssicherheitslage in Straßennetzen"

Prof. Christoph Stiller (Universität Karlsruhe, Institut für Mess- und Regelungstechnik): "Kognitive Automobile"

Dr. Karl Naab (BMW Group): "Effiziente Sensorik- und Signal-verarbeitungsarchitekturen für Fahrerassistenz und Aktive Sicherheit"

Markus Schacher (KnowGravity Inc.): "Executable UML für sicherheitskritische Systeme"

Jakob Gärtner (ESTEREL Technologies GmbH): "Embedded Software in Transportation (Avionic, Train, Automotive), Me-thodologies for the Design"

Dr. Peter Winter (SBB Consulting): "Stand der Entwicklung und Einführung von ERTMS / ETCS"

Dr. Rüdiger Brandt (Siemens Transportation Systems): "Trends der Bahnautomatisierung in China"

2006

Dr. Christoph Herrmann (TU Braunschweig): "Lebenszyklusori-entierte Produktplanung – Berücksichtigung der Lebenszyklus-kosten"

Christoph Gralla (DB Netz AG): "Themenbereich "ETCS-Migration"

Dr. Tobias Polzin (HaCon Ing.ges.mbH): "Neue Ansätze zur softwaregestützten Konstruktion und Validierung von Fahrplä-nen"

Dr. Volker Klahn (IBS Ingenieurbüro für Bahnbetriebssysteme): "Interaktive Baubetriebplanung und -optimierung mittels Simula-tion"

Tobias Meilinger (Max-Planck-Institut für biologische Kyberne-tik): "Orientierung im Raum mit Karten und wie Menschen ihren Weg von A nach B finden"

Frank Schulz (PTV AG): "Kürzeste Wege in digitalen Straßennet-zen und wie Computer Routen von A nach B berechnen"

Dr. B. Kopp (Neurologisch – Psychiatrische Klinik Klinikum Braunschweig): "Neuronale Mechanismen der visuellen Auf-merksamkeitskontrolle und der Handlungskontrolle"

Dr. Andreas Lüdtke (Oldenburger Forschungs- und Entwick-lungsinstitut für Informatik-Werkzeuge und – Systeme): "Human Error Analysis of Safety Critical Systems based on an Integrated Man-Machine Model"

Thorsten Hiebenthal (Berner & MatterSystemtechnik GmbH): "Modellbasiertes Testen: ein methodisch fundierter und durch-gängiger Ansatz für Systemtests"

Gerald Krampe (Siemens Transportation Systems): "Systemtest und Validation komlexer Gesamtanlagen"

Dr. Wolf Zechnall (Robert Bosch GmbH):"Fahrzeugautonome und infrastrukturgestützte Lösungen zur Verbesserung der Sicherheit im Verkehr"

Mario Brumm (Ibeo Automobile Sensor GmbH):"Ibeo-Laserscanner – der Multi-Applikations-Sensor"

Dr.-Ing. Norbert Wolff (Zweckverband Großraum Braun-schweig): "RegioStadtBahn im Großraum Braunschweig – Pla-nung, Bau, Betrieb"

Hans-Jürgen Rother (ALSTOM LHB GmbH): "Die RegioTram Kassel – ein Fahrzeug für die RegioStadtBahn"

Prof. Matthias Rötting (TU Berlin / Fachgebiet Mensch-Maschine-Systeme): "Untersuchungen zum Fahrerverhalten: Qualitative & quantitative Forschungsansätze, LKW & PKW, USA & China"

Prof. Josef Krems (TU Chemnitz / Allgemeine Psychologie und Arbeitspsychologie): "Methoden zur Evaluation der Mensch-Maschine-Schnittstelle von Fahrerinformationssystemen"

9.3 Road Safety Charta

Das Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik ist seit Anfang des Jahres 2006 Unterzeichner der Europäischen Road Safety Charta.

Die Europäische Charta für die Straßenverkehrssicherheit ist eine der Hauptinitiativen der Europäischen Kommission. Sie hat zum Ziel, bis zum Jahre 2010 die Zahl der Straßenverkehrstoten zu halbieren, gemäß des Weissbuches „Die europäische Ver-kehrspolitik bis 2010“.

Das allgemeine Ziel und Verpflichtung der Unterzeichner ist, die Maßnahmen in deren Verantwortungs- und Tätigkeitsbereich tatkräftig umzusetzen, um Fortschritte bei der Straßenverkehrs-sicherheit zu beschleunigen.

Neben den allgemein akzeptierten Grundsätzen der Road Safety Charta, hat sich das Institut für folgende Selbstverpflichtung entschieden:

Aufgrund der häufig ungenügenden Ausbildung der Fahrzeugfüh-rer bieten wir in der Vorlesung „Verkehrssicherheit“ ein Fahrsi-cherheitstraining an. Die Zielvorgabe ist dabei, dass mindestens 50 % der Studenten an diesem Training teilnehmen.

Um die Aufmerksamkeit der Bevölkerung für das Thema Ver-kehrssicherheit zu erhöhen, soll von unserem Institut im Jahr 2007 ein weiterer Tag der Verkehrssicherheit veranstaltet werden. An diesem Tag wird Verkehrssicherheit in Forschung, Wissenschaft und Technik zum Anfassen geboten. Zielgruppe sind insbesondere junge Fahrer, Studierende sowie Studieninte-ressierte.

Der Erfahrungsaustausch im wissenschaftlichen Bereich soll im zweijährigen Turnus durch die internationale Tagung FORMS / FORMAT (Formal Methods for Automation and Safety in Rail-way and Automotive Systems) gefördert werden. Hier wird eine Teilnehmerzahl von mindestens 150 Personen angestrebt.


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Aufgrund der ungenügenden Anzahl wissenschaftlicher Lehrbü-cher zur Verkehrssicherheit sollen auf diesem Gebiet weitere Forschungsarbeiten stattfinden und ein Lehrbuchskript zum Thema „Verkehrssicherheit“ erstellt werden.

Webseite:

http://europa.eu.int/comm/transport/roadsafety/index_de.htm

9.4 Tag der Verkehrssicherheit am Institut für Verkehrssicherheit und Automatisie-rungstechnik

Im Rahmen des vom Deutschen Verkehrssicherheitsrat (DVR) bundesweit ausgerufenen Tags der Verkehrssicherheit veran-staltete das Institut für Verkehrssicherheit und Automatisie-rungstechnik (iVA) unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Schnieder am 17. Juni 2005 erstmals einen öffentlichen Tag der Verkehrssicherheit.

Es war ein Erlebnistag für alle, die sich für das Thema Verkehrs-sicherheit interessieren: Viele Institutionen aus Braunschweig nutzten den Tag, ihre Arbeit und die Sicherheit im Verkehr dem interessierten Publikum zu präsentieren. Zu den Ausstellern gehörten:

• Allgemeiner Deutsche Fahrrad-Club e.V. (ADFC)

• DLR Braunschweig

• IBEO AS GmbH

• Johanniter Unfallhilfe Braunschweig

• Lions Racing Team

• Technisches Hilfswerk Braunschweig

• Verein Braunschweiger Verkehrsfreunde e.V.

• Verkehrswacht Braunschweig e.V.

• Verkehrswacht Thüringen

• Vehico GmbH.

Ein Höhepunkt war hierbei sicherlich die Rettung eines jungen Mannes aus einem Unfallfahrzeug in einer gemeinsamen De-monstration von Johanniter Unfallhilfe und Technischem Hilfs-werk. Weiterhin konnten die Besucher in einem VW Golf der Verkehrswacht Braunschweig den Ausstieg aus einem auf den Kopf gedrehten Fahrzeug üben. Die Bedeutung des Anschnall-gurtes demonstrierte die Verkehrswacht Thüringen mit Hilfe eines Gurtschlittens.

Das veranstaltende Institut selber präsentierte ein Eisenbahnver-suchsmodell im Maßstab 1:22,5 mit insgesamt über 100 Metern Streckenlänge und 12 intelligenten Fahrzeugen. Des Weiteren wurde das autonom fahrende Straßenfahrzeug CAR-LA, welches unter anderem zur genauen Vermessung von zukünftigen Satelli-tensystemen dient, des Instituts vorgeführt.

Abgerundet wurde das Programm durch stündlich stattfindende Vorträge von namhaften Experten zum Thema Verkehrs-sicherheit in Forschung, Technik und Wissenschaft.

Der nächste vom Institut für Verkehrssicherheit und Automati-sierungstechnik veranstaltete Tag der Verkehrssicherheit wird im Sommer 2007 stattfinden.


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9.5 Mitwirkung in Gremien

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. E. Schnieder

• war von 1994-1997 Beiratsmitglied der Zeitschrift Au-tomatisierungstechnik und für Petrinetze und Automati-sierungstechnik zuständig,

• ist seit 2001 Mitglied des Editorial Board des SDPS-Journals of Integrated Design and Process Science,

• ist Co-Editor Journal of Information, Control and Man-agement Systems, Zilina

• war von 1996 bis 2002 Vorsitzender der Senats-kommission für Elektronische Datenverarbeitung der TU Braunschweig,

• ist seit 1997 Mitglied des Vorstands des Zentrums für Verkehr der TU Braunschweig,

• ist seit 1997 Gutachter des Eisenbahnbundesamts,

• ist seit 2003 Mitglied im DKE K 132 „Zuverlässigkeit“,

• ist seit 2003 Mitglied des IEC TC56 „Dependability“,

• ist seit 2002 Mitglied der Braunschweigischen Wissen-schaftlichen Gesellschaft,

• war von 2003-2005 Gründungsdekan der School of Science and Technology der Volkswagen AutoUni, Wolfsburg,

• ist seit 2004 Mitglied der Arbeitsgruppe "Verkehrsfüh-rung und Verkehrssicherheit" der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen FGSV e.V.,

• ist Mitglied zahlreicher Gesellschaften und Programm-ausschüsse für wissenschaftliche Tagungen,

• ist seit 2002 Mit-Initiator der Workshop-Reihe „Bie-leschweig“,

• ist seit 2006 Mitglied der acatech, Konvent für Technik-wissenschaften der Union der deutschen Akademien der Wissenschaften e.V.

• zusammen mit Dr.-Ing. U. Becker ist aktiv im GMA-Fachausschuss FA 7.62 Steuerung und Regelung in der Kraftfahrzeugtechnik tätig

• zusammen mit Dipl.-Ing. J. May ist aktiv im Fachaus-schuss FA 7.61 Automatisierung für Schienenverkehrs-systeme

• war zusammen mit Dr.-Ing. M. Chouikha aktiv im Fachausschuss FA 1.50 Methoden der Steuerungstechnik tätig mit den Unterausschüssen 1.51 Standardisierte Be-schreibungsmittel der Automatisierungstechnik und 1.52 Software-Werkzeuge in der Steuerungstechnik

• war zusammmen mit Dr.-Ing. L. Däubler und Dr.-Ing. M. Chouikha aktiv im NAMUR-GMA-Fachausschuss FA 7.21 Mensch-Prozess-Kommunikation unter besonderer Berücksichtigung der formalen Prozessbeschreibung

• war zusammen mit Dr.-Ing. M. Horstmann aktiv im Arbeitskreis Modellierung der Gesellschaft für Informatik - Fachgruppe 4.4.2 Echtzeitprogrammierung.

9.6 Kooperationen Es bestehen zahlreiche Kooperationen zu anderen Universitäten (z.B. im Rahmen von Sokrates) und Partnern.

Dazu gehören:

• Universität Arhus, Dänemark

• Universität Bath, Großbritannien

• Universität Linköping, Schweden

• Universität Linz, Österreich

• University of Virginia; USA

• Universität Žilina, Slovakei

• Technische Universität Prag

• Railway Technical Research Institute, Tokyo, Japan

• Todor Kableshkov University of Transport, Sofia, Bul-garien

• INRETS, Lille, Frankreich

• VOLKSWAGEN AutoUni

• Verein Braunschweiger Verkehrsfreunde e.V.

• IfRA Netz e.V.

Darüber hinaus ist das iVA Mitglied des europäischen themati-schen Netzwerkes SAMNET (SAfety Management and intero-perability thematic NETwork for railways systems). Das iVA ist integriert in die Aktivitäten im Bereich CSM (Common Safety Methods) und CST (Common Safety Targets).

Seit Anfang 2004 ist das iVA als Mitglied des Zentrums für Ver-kehr Braunschweig (ZVB) in das europäische „Network of Excellence“ EURNEX eingebunden.


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10 Lageplan

iVALanger Kamp 8

iVA Laborhalle Langer Kamp 19a


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Impressum

Redaktionelle Bearbeitung: Dr.-Ing. Stefan Wegele

Verantwortlich für den Inhalt: Mitarbeiter des Instituts

Redaktionsschluss: 13.12.06

© Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik 2006

Besonderer Dank gilt dem IfRA-Netz e.V. (Freundes- und Fördernetzwerk des Instituts für

Regelungs- und Automatisierungstechnik der TU Braunschweig) für die Unterstützung beim

Druck dieses Institutsberichts.

Documents

Institutsbericht 2006 - iva.ing.tu-bs.de · Institutsbericht 2006 für den Zeitraum 2004 –2006 Langer Kamp 8 38106 Braunschweig Telefon +49 (531) 3913317 Telefax +49 (531) 3915197