SIGNOS
Standardisierte Interfaces, Geräte und Netzwerke zur Steuerung von Lichtsignalanalgen auf der Basis von OCIT-Schnittstellen.
Das Vorhaben SIGNOS hat zum Ziel, die Chancen für Innovative KMU auf dem Markt für Verkehrssteuerung und -managementsystemen entscheident zu verbessern, indem:
- Im Kontext der weiteren Standardisierung eine OCIT-Control-Schnittstelle spezifiziert und softwaretechnisch bis zur Produktreife umgesetzt wird und
- Im Rahmen der Erschliessung von Netzwerktechnologien für Steuergeräte mit OCIT-Outstations-Schnittstelle ein neuartiges Produkt entwickelt wird, welches die kommunikationstechnische Erreichbarkeit dieser LSA-Steuergeräte über solche drahtgebundenen und drahtlosen Kanäle ermöglicht, die bislang außerhalb des OCIT-Standards stehen.
Projektpartner
GEVAS software GmbH
EAI gmbH
s.a.d Systemanalyse und -Design GmbH
TRANSVER
Institut für Automation und Kommunikation e.V.
Institut für Verkehrswirtschaft, Straßenwesen und Städtebau – Universität Hannover
Projekthintergrund und Motivation
In Deutschland, wie in den meisten Ländern, werden hauptsächlich Lichtsignalanlagen (LSA) zur Steuerung und Regelung von straßengebundenen Verkehrsströmen an Knotenpunkten verwendet. Derzeit sind ca. 75.000 LSA in Deutschland installiert. Man geht von Lebenszyklen zwischen 15 und 20 Jahren aus.
Eine LSA besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten:
- Steuergerät, bestehend aus Steuereinheit, Lastteil und Schrank
- Außenanlage, bestehend aus Signalgebern (rot-gelb-grün), Masten, Detektoren und sonstigen Erfassungseinrichtungen
- Kommunikationsschnittstelle zu übergeordneter Steuerungsebene (Verkehrsrechner)
Die Signalisierung wird durch Steuerungsverfahren realisiert. Diese reichen von der sogenannten Festzeitsteuerung (zyklisch wiederkehrende Freigaben) über verkehrsabhängige Verfahren (z. B. logikbasierte Verfahren wie TRELAN/TRENDS oder parametrisierbare Standardverfahren wie VSPLUS) bis hin zu verkehrsadaptiven Steuerungsverfahren. Letztere sind modellbasierte Verfahren, die auf der Grundlage einer Verkehrsmodellierung und einer Prognoserechnung die Optimierung der Steuerung vornehmen.
Der Markt für die Herstellung und Errichtung von LSA wird in Deutschland von wenigen Signalbaufirmen dominiert, wobei ein eindeutiger Marktführer, die Firma Siemens AG, mit einem Anteil von wahrscheinlich über 60% der installierten LSA-Steuergeräte auszumachen ist. Der Betrieb von LSA liegt fast ausschließlich in der öffentlichen Hand. Die Beschaffung von LSA bei Neubau oder Austausch findet meist über öffentliche Ausschreibungen statt, wobei durch die bestehende Systemtechnik oftmals strikte Restriktionen formuliert werden, die den Bieterkreis häufig erheblich einschränken. Aus diesem Grund ist seit 1999 durch die deutschsprachige Initiative der Signalbaufirmen, der Komponentenhersteller, der Städte und der Ingenieurbüros eine Standardisierungsbewegung unter dem Namen OCIT (Open Communication Interface for Road Traffic Control Systems) ins Leben gerufen worden, die sich mit der Vereinheitlichung aller Schnittstellen und Datenstrukturen im gesamten Verkehrssteuerungs und -managementsystem beschäftigt. Mittlerweile sind die folgenden Schnittstellen standardisiert: OCIT Outstation – Schnittstelle zwischen Verkehrsrechner und LSA und OCIT Instation – Basisversorgung von LSA. In einer Reihe von Arbeitsgruppen und weiterer Gremien werden derzeit alle Schnittstellen einer Vereinheitlichung zugeführt, die in der Folge umgesetzt werden müssen. Die mittels LSA realisierten Steuerungen werden in einem Projektierungsprozess erstellt und gepflegt. Diese Projektierungen werden von den Betreibern, beauftragten Ingenieurbüros, aber auch von den Signalbaufirmen selbst mittels sogenannter Verkehrsingenieur-Arbeitsplätze vorgenommen. Die Projektierung der Steuerungen ist von Anfang an auf eine hersteller-proprietäre Programmierung der LSA-Steuergeräte auszurichten, wenn nicht hersteller-unabhängige Verfahren eingesetzt werden. Derzeit sind zwei solche hersteller-unabhängigen Steuerungsverfahren am deutschen Markt erhältlich: TRELAN/TRENDS von GEVAS software GmbH und VS-PLUS von der Verkehrs Systeme AG, Basel, s.a.d. Systemanalyse und -Design GmbH, Kassel. Hauptsächlich im Rahmen von europäischen und nationalen Forschungsarbeiten entstanden in den letzten Jahren weitere innovative Methoden und Verfahren zur verkehrsadaptiven Steuerung von LSA und LSA-Netzen, die in Simulationsuntersuchungen hervorragende Ergebnisse vorweisen konnten. Durch die oben geschilderte Praxis bei der Errichtung von LSA ist es heute nur in Ausnahmefällen möglich, diese innovativen Verfahren „auf die Straße zu bringen“, da dies immer bedeutet, dass der Verfahrenshersteller seine Software in das Betriebssystem des Steuergeräte-Herstellers implementieren müsste. Dies wird von den Signalbaufirmen in der Regel mit dem Argument der Systemverantwortung verhindert. Leider wird hierdurch die Installation von solchen innovativen Steuerungen stark behindert, die das Verkehrsgeschehen gerade in den Städten essenziell verbessern würden. Außerdem werden Verfahrensanbieter, also KMU, trotz ihrer ausgewiesenen Expertise in einem Markt benachteiligt, der die angebotenen Innovationen durchaus nachfragen würde.
Zielsetzung
Das skizzierte Vorhaben hat zum Ziel, die Chancen für innovative KMU auf dem Markt für LSA-Steuerungen einschneidend zu verbessern, indem eine neuartige LSA-Steuereinheit entwickelt und durch die Partner gemeinsam vermarktet werden soll. Die Steuereinheit KOALA soll folgende Eigenschaften aufweisen:
- moderne, offene Hardware-Basis unter weitgehender Verwendung von Standards
- Einsatz eines weit verbreiteten Echtzeit-Betriebssystems
- kostengünstige Implementierbarkeit von verkehrsabhängigen und verkehrsadaptiven Steuerungsverfahren wie beispielsweise VS-PLUS, TRENDS, BALANCE local
- standardisierte Schnittstellen zum Lastteil des Steuergerätes, zur Detektorik, zum ÖVMeldesystem, zum Verkehrsrechner, zu Tafeln, zu LED-Schildern etc. (ggf. OCIT)
Eine innovative Besonderheit besteht darin, dass die Steuereinheit in zweifacher Weise einsetzbar ist:
- als Steuereinheit in neuen Steuergeräten, die mit einem Lastteil1 ausgestattet sind, das die standardisierte Schnittstelle zur Steuereinheit SIGNOS bedient
- als Bypass-Lösung (Koprozessor) für bestehende Steuergeräte, deren veraltete Steuereinheitfunktional ergänzt werden soll
Insbesondere die zweite Variante ermöglicht eine kostengünstige Modernisierung bestehender Anlagen, da mit dem Koprozessor intelligente Steuerungsverfahren realisiert werden können. Der Einsatz als Bypass-Steuereinheit bietet weitere Vorteile, wie etwa die Begrenzung der Eingriffe in das alte LSA-Steuergerät auf ein Minimum, keine Beeinflussung von sicherheitsrelevanten Hardware- und Softwarekomponenten (z.B. Grünzeitüberwachung, Protokollierung, etc.), keine Umstellung herkömmlicher Programmiertechniken für das Alt-Steuergerät, drahtgebundene und drahtlose Ankopplungsmöglichkeit innovativer Verkehrsdetektoren und schließlich minimale Produktions- und Installationskosten. Auch die Möglichkeit einer direkten Ankopplung an PC-basierte Planungssysteme und Verkehrssimulatoren (Hardware-in-the-Loop) eröffnet neue Wege zur aufwandsminimalen Inbetriebnahme vor Ort. Die Konformität zu bestehenden Richtlinien (beispielsweise zur Richtlinie für Lichtsignalanlagen [1]) wird gewährleistet. Das ifak verfolgt mit dem Vorhaben das Ziel, seine Kernkompetenzen in der kommunikations- und verkehrstechnischen Hard- und Softwarentwicklung in die industrielle Anwendung zu übertragen. Das ivh verfolgt das Ziel, eine offene Plattform für Steuerungsverfahren zu schaffen und damit Innovationsimpulse im Bereich der Verkehrstechnik zu geben. Das ivh erwartet durch den Einsatz einer offenen Plattform auch eine verbesserte Wechselwirkung zwischen Forschung und Praxis. Die Unternehmen GEVAS software und s.a.d. verfolgen das Ziel, dass die von Ihnen entwickelten und am Markt durchaus nachgefragten Steuerungsverfahren einen verstärkten und freien Zugang in bestehende Verkehrssteuerungssysteme finden. Die Firma s.a.d. bringt in das Vorhaben Wissen über die Entwicklung von verkehrsabhängigen Steuerverfahren und erforderlicher Planungs-, Analyse- und Versorgungswerkzeuge ein. Sie verspricht sich von der Projektteilnahme einen Vorteil durch eine enge Abstimmung zwischen den Planungs-, Analyse- und Versorgungswerkzeugen auf die SIGNOS-Steuerungseinheit. Gegenüber Mitbewerbern, die ebenfalls auf die standardisierten Schnittstellen nach OCIT aufsetzen, partizipiert das Unternehmen am Vorlauf und der gemeinsamen Erschließung neuer Märkte durch das Konsortium.
Dies trifft im Wesentlichen auch auf die Firma ifak system zu, die in das Vorhaben ihre automatisierungs-und kommunikationstechnische Expertise bei der Implementierung standardisierter Schnittstellen einbringt. Die Firma STM Verkehrstechnik rechnet mit einer Umsatzsteigerung durch die Installation von LSA-Lastteilen mit einer SIGNOS-Schnittstelle. Schließlich übernimmt die Firma EAI die Produktion der SIGNOS-Steuerungseinheit und erweitert somit seine Produktpalette von mikroprozessorbasierter Gerätetechnik um intelligente verkehrstechnische Baugruppen.
