Bahntechnik

Embedded-Datenbank macht Londons U-Bahn fit für das 21. Jahrhundert

| Redakteur: Franz Graser

Die 1863 eröffnete Londoner Tube ist die älteste U-Bahn der Welt und die Untergrundbahn mit dem längsten Streckennetz Europas. Mit Hilfe von Embedded-Datenbanken wurde die Leittechnik des Nahverkehrssystems auf der Piccadilly-Linie grundlegend modernisiert.
Die 1863 eröffnete Londoner Tube ist die älteste U-Bahn der Welt und die Untergrundbahn mit dem längsten Streckennetz Europas. Mit Hilfe von Embedded-Datenbanken wurde die Leittechnik des Nahverkehrssystems auf der Piccadilly-Linie grundlegend modernisiert. (Bild: Raima)

Die London Underground, oft auch Tube (Röhre) genannt, wurde 1863 eröffnet und ist damit die älteste U-Bahn der Welt. Da die Tube pro Jahr mehr als eine Milliarde Menschen transportiert, ist eine Modernisierung der Leittechnik ein diffiziles Unterfangen. Besondere Bedeutung kommt hier der Datenspeicherung zu.

Die Piccadilly-Linie der Londoner Untergrundbahn ist eine der letzten Strecken, die von Transport for London (TfL) aufgerüstet wird. TfL will die Beförderungskapazität der Linie für 2014 um 24 Prozent aufstocken und außerdem eine neue Leitstelle in Hammersmith aufbauen.

Das heißt, dass die U-Bahn-Züge häufiger und pünktlicher fahren müssen, was wiederum eine höhere Last für Gleise, Zugsicherung und Steuerungsinfrastruktur bedeutet. Erschwerend kommt hinzu, dass die Betriebsstätten nur begrenzt für Wartungszwecke zugänglich sind.

Ein Großteil der Steuereinrichtungen der Strecke war fast 30 Jahre alt. Durch den Austausch elektromechanischer und elektrooptischer Sensoren gegen Halbleiterbauteile war schon viel gewonnen. Außerdem wurden Kommunikationsverbindungen installiert, die eine Fernüberwachung und Fernsteuerung von Fahrplaninformationen ermöglichen. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz von mit Geo-Tags versehenen Basisstationen.

Besondere Bedeutung kommt der Softwareschnittstelle zu, die den kontinuierlichen Datenstrom, den die Weichen und Signalzustandssensoren senden, organisiert und einer optimierten relationalen, hierarchischen Datenbank zuordnet. Sie empfängt die Daten und gibt die relevanten Informationen sowohl an automatische als auch an menschliche Steuerglieder weiter.

Als zentrale Speicherdatenbank für sämtliche Bahndaten, Gleisbelegung, Signalzustand und sonstige statische Daten wurde der Raima Database Manager (RDM) eingesetzt. Hersteller der Embedded-Datenbanklösung ist der US-Softwerker Raima mit Sitz in Seattle.

Die generierten Daten werden dazu verwendet, um den Linienbetreibern und Wartungsmannschaften Informationen über Zugpositionen, Zugnummern, Zielbahnhöfe und Strecken anzuzeigen. So sind die Betreiber und Wartungsmannschaften in der Lage, diverse Befehle zur Änderung von Zielbahnhöfen, zum Fahrplanbetrieb und zu Zugnummern auszugeben. Diese neuen Funktionen waren zudem notwendig zur Einhaltung der strengen SIL-Zertifizierung (Sicherheits-Integritätslevel) in der Bahnindustrie.

Die Auswahl des Datenbankmodells (das vom Anwender in C oder C++ zu konfigurieren ist) ermöglicht eine effiziente Nutzung des Gerätespeichers und deutlich beschleunigte Abfragegeschwindigkeiten, die die Kommunikation über den Netzwerkstatus nahezu in Echtzeit ermöglichen.

Der RDM verfügt über komplexe MVCC-Funktionalität (Multiversion Concurrency Control). Das bedeutet, die Daten sind nicht gesperrt während sie von den U-Bahn-Betreibern gelesen werden. Die Datenbank wird laufend aktualisiert, sodass die Betreiber stets mit den aktuellsten Informationen arbeiten können.

Da die geplanten Modernisierungsarbeiten an der Linie über das Jahr 2020 hinaus andauern werden, ist es unerlässlich, dass die Steuerungssysteme die Änderungen und den Anstieg des zu verarbeitenden Datenaufkommens bewältigen können. Der Geschäftsplan der TfL aus dem Jahr 2011 sieht vor, bis 2020 eine neue Flotte von U-Bahn-Zügen mit verbesserter Motorleistung und höherer Durchgangskapazität für Fahrgäste einzuführen. Die Zugsteuerungssysteme müssen in der Lage sein, diesen zukünftigen Zuwachs an Fahrgastaufkommen zu handhaben.

Leitstelle der Piccadilly-Linie der Londoner U-Bahn: Die Datenbanklösung des US-Herstellers Raima trägt dazu bei, dass der Zustand auf der Linie in Echtzeit sichtbar wird.
Leitstelle der Piccadilly-Linie der Londoner U-Bahn: Die Datenbanklösung des US-Herstellers Raima trägt dazu bei, dass der Zustand auf der Linie in Echtzeit sichtbar wird. (Bild: Raima)

Die Vermeidung von Zugstillständen hat eine besonders hohe Priorität und wird teilweise durch die IEC61508 (Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer, elektronischer beziehunsweise programmierbarer elektronischer Systeme) geregelt. Das Grundkonzept der Norm ist, dass elektronische Steuerungen ein hohes Maß an funktionaler Zuverlässigkeit und Redundanz erreichen müssen.

Deshalb ermöglicht das RDM-System die Spiegelung und Reproduktion von Datenbanken auf andere Geräte, um zu gewährleisten, dass im Falle eines Problems die Informationen für den Zugbetrieb immer verfügbar sind. Das andere Kernelement der funktionalen Zuverlässigkeit ist die Stabilität und Langlebigkeit der konkreten Systeme bzw. Software. Auch hier wurde Raima allen Anforderungen gerecht.

Die installierte Version des RDM ist bereits für den Multi-Core-Betrieb konfiguriert, um die Leistungsfähigkeit aktueller und zukünftiger Mikroprozessoren optimal nutzen zu können. Sollte es erforderlich sein, dass verschiedene Software-Plattformen mit den Liniendaten arbeiten müssen, ermöglicht der RDM dies durch Unterstützung der üblichen ODBC-, JDBC- und ADO.Net-Treiber sowie des Industriestandards SQL API.

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