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Die Komponenten des Fahrzeug-Management- Systems: Der zentrale Bordcomputer, an den die Fahrerkonsole, die GSM Sprach- und Audio-Box und der RFID-Reader angeschlossen sind.
Der Bordcomputer basiert auf einem COM Express Computer-on- Module und zwei applikationsspezifischen Carrier-boards.
Das Herz des Fahrzeug-Management-Systems: Das kreditkartengroße Computer-on-Module mit Intel-Atom-Prozessor.

Busse und Bahnen im öffentlichen Personennahverkehr nutzen zunehmend elektronische Kommunikationssysteme, um das Flottenmanagement wirtschaftlicher und zuverlässiger zu machen und den Fahrgästen mehr Service und Komfort zu bieten. Viele unterschiedliche Einzelsysteme führen jedoch zu einem erhöhten Aufwand bei Unterhalt und Wartung. Eine uneinheitliche Gerätestruktur kann zudem durch die verschiedenen Funktionalitäten und Datenstrukturen große Probleme für die im ÖPNV obligatorische flächendeckende Vernetzung der Datenerfassung und Steuerung ergeben. Mit genau diesen Schwierigkeiten sah sich auch die Transportgesellschaft der wallonischen Region mit ihren fünf regionalen Verkehrsbetrieben konfrontiert.

Heterogenes System schafft Probleme

In den rund 2.500 Bussen und Straßenbahnen nutzte das Unternehmen für das Ticketing einen Bordcomputer, an den die Fahrerkonsole für den Fahrkartenverkauf angeschlossen war. Zusätzlich war in jedem Fahrerhaus noch ein zweiter Bordrechner für die Fahrtroutensteuerung und die Kommunikation mit der Leitstelle verbaut, der auch die Anzeige und Ansagen der Fahrgastinformationen wie Haltestellenangaben oder Anschlusslinieninformationen steuert. Aufgrund der Aufteilung in fünf verschiedene Verkehrsbetriebe für die einzelnen Regionen der Wallonie kamen zudem nicht ein, sondern mehrere verschiedene Systeme dieser Art von unterschiedlichen Herstellern zum Einsatz. Das gestaltete die Bedienung für den Fahrer kompliziert, da er oft mit jedem Bus- oder Linienwechsel eine andere Infrastruktur vorfand.

Um diesen heterogenen Gerätepark zu vereinheitlichen und eine insgesamt höhere Wirtschaftlichkeit zu erreichen, entschloss sich die Verkehrsgesellschaft, die gesamte Fahrzeugflotte mit einem neuen einheitlichen Fahrzeugmanagement-System auf Basis offener Embedded-Computer-Technologie auszustatten. Das neue Managementsystem sollte alle Computingaufgaben für Ticketing, Fahrgastinformationen und Ansagen, Standortermittlung, Betriebsdatenerfassung, Fahrzeug- (via CAN-Bus) und Systemdiagnose sowie das interne und externe Kommunikationsmanagement auf einem Bordcomputer zentralisieren. Das sollte den Datenaustausch zwischen den Fahrzeugen und stationären Einrichtungen rationalisieren. Weiterhin war eine möglichst kurze Mean-Time-To-Repair (MTTR) gefordert, um die Verfügbarkeit der Fahrzeuge zu erhöhen und die Wartungskosten zu senken. Gleichzeitig musste das System aber im Hinblick auf künftige Entwicklungen offen genug für Erweiterungen sein, wie Rückfahrkameras, Innenraum-Videoüberwachung, Vernetzung mit mobilen Kontrollgeräten oder Personenzählsysteme.

Der Embedded-Spezialist Kontron war in der Lage, nicht nur den Bordcomputer zu entwickeln und zu fertigen, sondern direkt die Umsetzung der Peripheriegeräte wie Fahrerkonsole und RFID-Badge-Reader anzugehen und so die Verantwortung für die gesamte Hardwareplattform zu übernehmen. Für die Verkehrsgesellschaft eine effiziente Kombination, da das kundenspezifische Systemdesign, die Fertigung aller Komponenten inklusive Computing-Core und die Auslieferung aus einer Hand kommen. Das bedeutet kurze Wege und lediglich einen Ansprechpartner, was den Aufwand beim Lieferantenmanagement reduziert.

Direkter Kontakt zu den Entwicklern

Überzeugend für SRWT/TEC war außerdem die Tatsache, dass sie direkt mit den Entwicklern sprechen konnten und so auf alle Anforderungen und Fragen schnell Lösungsvorschläge erhielten, beispielsweise ein optimiertes MTTR-Systemdesign. So erfolgte Ende 2008 der Vertragsabschluss. Die Programmierung der Applikationssoftware für die neuen Systeme konnte die Verkehrsgesellschaft parallel zur Hardwareentwicklung vornehmen, da der Embedded-Spezialist in einem frühen Projektstadium ein Evaluation-Kit zur Verfügung stellte, welches das Management-System von Seiten der Hardware funktionsgleich abbilden konnte. Nur so war es möglich, den bereits für Mitte 2010 avisierten Roll-out der sogenannten Venturo-Systeme einzuhalten.

Komponenten und Schnittstellen zentralisieren

Das Herz der Venturo Vehicle Management Plattform ist der EN50155-konforme Kontron Bordcomputer Venturo  CBox. Er basiert auf einem Intel-Atom-Prozessor. Die x86er-Architektur ermöglicht eine höhere Softwarekompatibilität zu den übergeordneten IT-Systemen in der Leitstelle. Außerdem ist die Architektur offen für zukünftige Aufgaben wie Videoüberwachung oder Digital-Signage-Applikationen.

Für das Systemdesign setzte der Embedded-Spezialist auf das scheckkartengroße, COM-Express-kompatible Computer-on-Module Kontron nanoETXexpress-SP mit energieeffizientem Intel-Atom-Prozessor. Um die Abmessungen des Bordcomputers möglichst kompakt zu halten, kommen zwei bereinanderliegende Boards zum Einsatz. Das obere Carrierboard integriert neben dem COM Express Board einen vierfach Ethernet-Switch sowie eine optionale 2,5“-Automotive-Festplatte beziehungsweise SSD (Solid State Drive). Auf dem unteren Carrierboard befinden sich das GSM-Modul für die drahtlose Kommunikation via HSxPA, UMTS, GPRS und Edge, das Wifi-Modul für die drahtlose Vernetzung mit IEE 802.11/a/b/g Wlan sowie ein GPS-Modul mit Gyroskop und Odometer-Interface für die Koppelnavigation. Damit zentralisiert der Bordcomputer alle Komponenten und Anschlüsse des neuen Fahrzeug-Management-Systems in einem IP54-geschützten, lüfterlosen Aluminiumgehäuse, das auch für die in Bussen erforderlichen erweiterten Temperaturbereiche ausgelegt ist.

Die Anschlüsse des Bordcomputers sind ergonomisch ausgeführt. So liegen die drei Antennenanschlüsse für Wlan, GPS und GSM gegenüber sämtlichen anderen Anschlüssen, was eine geordnete Kabelführung vereinfacht. Über einen robusten, 90-poligen, IP68-geschützten Automotive-Stecker werden alle weiteren I/Os – CAN-Bus, zwölffach EN50155-konforme RSxxx, vierfach RS232 und zwölf EN50155-konforme digitale I/Os – sowie die Stromversorgung angeschlossen. Über vier M12-Buchsen lassen sich Fast-Ethernet-Komponenten anschließen und ein 50-poliger DSUB-Stecker bindet alle Komponenten der Fahrerkonsole über ein bis zu 15 m langes Kabel an. Dieses Konzept reduziert die Anzahl der Stecker mit dem Vorteil, dass weniger zu lösende Verbindungen auch den Aus- und Einbau der Systeme beschleunigen und so die Wartungszeiten reduzieren. Bei einer Mean Time Between Failure (MTBF) von 80?000 Stunden in einem Temperaturbereich von -25 bis 70 °C dürfte dieser Fall nur selten auftreten.

Unabhängige Sicherheitsfunktionen

Die GSM-Sprach- und Audiobox Venturo GBox kombiniert Notruffunktionen und Audioswitch. Sie lässt sich frei in der Nähe der Audioquellen platzieren, um den Verkabelungsaufwand zu verringern. Unabhängig vom Bordcomputer übernimmt sie wichtige Sicherheitsfunktionen. Bei Aktivierung eines von insgesamt zwei anschließbaren Notfalltastern wird automatisch eine Sprechverbindung über das integrierte GSM-Modul initiiert. So lässt sich im Notfall direkt eine Sprechverbindung zwischen Fahrgastraum oder Fahrerkabine zur Leitstelle herstellen. Eine parallel verschickte SMS mit den genauen Positionsangaben des Fahrzeugs ermöglicht schnelle Hilfe. Für diese grundlegenden Sicherheitsfunktionen sowie die programmierbare Aufschaltung von bis zu fünf Audioquellen auf drei Ausgänge, verfügt die lüfterlose GSM-Sprach- und Audiobox über eine Java-Recheneinheit auf Basis der ARM-9-Prozessorarchitektur. Dies ermöglicht den Betrieb der Sprach- und Audiobox als Stand-Alone-Gerät und bedeutet hohe Zuverlässigkeit ohne Single-Point-of-Failure. Die Sprach- und Audiobox verfügt über das gleiche Verkabelungskonzept wie der Bordcomputer.

Die Peripherie für den Bus ist mit dabei

Der Embedded-Spezialist entwickelte und fertigte nicht nur das zentrale Computing-System und die GSM-Sprach- und Audiobox, sondern auch die benötigten Peripheriekomponenten wie die Fahrerkonsole und den RFID-Leser. Die Fahrerkonsole mit ihrem 8,4“ großen Touch-screen ist das zentrale Bedieninterface für das gesamte Management-System. Optional lassen sich noch ein Ticketdrucker sowie ein zweizeiliges Fluoreszenz-Display für Kundeninformationen integrieren, die der Bordcomputer jeweils über eine serielle RS422-Schnittstelle (amerikanisch EAI422) zentral ansteuert. Da das Management-System zudem auf gängige Schnittstellen-Standards setzt, können alternativ auch Fahrerkonsolen anderer Hersteller zum Einsatz kommen.

Der RFID-Kartenleser ermöglicht es, zwei ISO 14443A/B-konforme RFID-Karten gleichzeitig einzulesen. Die Karten können permanent eingesteckt bleiben, ohne Risiko von Beschädigungen oder ungewolltem Auswurf bei Schocks und Vibration im Fahrbetrieb. Er dient der Identifikation beziehungsweise der Autorisation von Fahrer und Kontrolleur.