[Text eingeben] SWARCO TRAFFIC SYSTEMS GMBH. Straßenzustands- und Wetterinformationssysteme SWIS Beschreibung. SWIS_Systeme_00_de

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1 [Text eingeben] SWARCO TRAFFIC SYSTEMS GMBH Straßenzustands- und Wetterinformationssysteme SWIS Beschreibung

2 Inhalt 1 Funktionsweise der SWIS-Systeme Die SWIS-Zentrale Aufgaben Bedienstationen / Bediensoftware Architektur der Zentralensoftware Systemarchitektur Datenhaltung und -archivierung Applikationen Kommunikation mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) Bereitstellen der Messstellendaten für den DWD Datenempfang vom DWD Datenbereitstellung durch den DWD für die Prognose Datenübernahme und -aufbereitung Plausibilitätsprüfungen Datenaufbereitung Fahrbahnzustand Prognosen Trendprognosen Berücksichtigung der Wetterprognosen des DWD Glättewarnmodell der BASt Allgemein Umsetzung des Algorithmus Datenbasis Berechnungsintervalle Algorithmus / resultierende Warnstati Alarmierung Generieren von Alarmen Benachrichtigung per SMS und Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 2/17

3 1 Funktionsweise der SWIS-Systeme Messstationen erfassen eine Vielzahl von Messdaten wie z.b. Fahrbahntemperatur, Salzrest, Niederschlag. Die gesammelten Daten werden in der Rechnerzentrale vor Ort mit allgemeinen Wetterdaten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) verknüpft. Die daraus resultierenden zeitlich und örtlich differenzierten Informationen über die Wetterund Straßenverhältnisse werden ausgewertet und in einer graphischen Benutzeroberfläche dargestellt. Sie liefern die Voraussetzung für einen optimierten, der aktuellen Wetterlage angepassten Winterdienst. Abbildung 1 Übersichtskarte SWIS Hessen Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 3/17

4 2 Die SWIS-Zentrale 2.1 Aufgaben Kommunikation per TLSoverIP oder TC57 Protokoll Abruf der Daten, der über das am GSM-Netz angebundenen Stationen, vom FTP- Server Datenempfang per GSM-SMS Zentrale Datenarchivierung aller SWIS-Daten Schnittstelle zum Deutschen Wetterdienst DWD (Versand von Messstellendaten, Empfang und Weiterleitung von Wetterberichten und Wetterwarnungen) Wan-COM-Schnittstelle zum Austausch von Messstellendaten (zunächst nur Versand, Option zum Empfang für zukünftige Erweiterungen) Bereitstellung von Daten verschiedener Messstellen auf einem FTP-Server Plausibilitätsprüfung, Datenaufbereitung für alle Messstellen Ermitteln von Prognosewerten, Alarmen und Warnstati für alle Messstellen Bereitstellung einer web-basierten Bedienoberfläche für das gesamte SWIS-System Alarmierung der Winterdienstmitarbeiter per SMS / 2.2 Bedienstationen / Bediensoftware Kartografische, tabellarische und grafische Anzeige der Wetterdaten Zugriff auf historische Daten Überblick über Störungsmeldungen Zugriff auf Wetterberichte und Wetterwarnungen Zugriff auf Parametereinstellungen (Datenaufbereitung, Prognose, Glättewarnmodell, Alarmierung usw.) Zugriff auf Konfigurationseinstellungen (Messstellendaten, Benutzerrechteverwaltung, Datenversand / -empfang über externe Schnittstellen usw.) Die Bediensoftware ist web-basiert, die Bedienung und Visualisierung aller Messstellen erfolgt über die SWIS-Zentrale. Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 4/17

5 3 Architektur der Zentralensoftware 3.1 Systemarchitektur Das Gesamtdesign basiert auf den drei Teilen Datenverteiler, Datenhaltung und den sonstigen Applikationen. Der Datenverteiler stellt die zentrale Systemkomponente dar, über die alle Applikationen miteinander kommunizieren. Die Datenhaltung dient als Archiv aller protokollierten Daten und hält die Datensätze zur Systemkonfiguration und -parametrierung vor. Durch die Applikationen werden alle fachlich und DV-technisch notwendigen Anforderungen abgedeckt, die nicht durch den Datenverteiler oder die Datenhaltung abgedeckt werden, also u. a. die Datenerfassung und -aufbereitung, das Steuermodell, die externe Kommunikation sowie die Bedienung und Visualisierung. Die wichtigste systeminterne Schnittstelle ist somit die Schnittstelle zwischen den Applikationen und dem Datenverteiler. Externe Schnittstellen werden über Applikationen bereitgestellt, die als Protokollumsetzer zwischen internen und externen Datenformaten fungieren. 3.2 Datenhaltung und -archivierung Die Datenhaltung speichert nach den Vorgaben des MARZ 99 1 sämtliche im Betrieb des Systems anfallenden Daten (Daten der Außenanlagen, Ergebnisse der Datenaufbereitung, Wetterberichte des Deutschen Wetterdienstes usw.) und für den Betrieb der Anlagen notwendigen Daten (speziell Konfiguration und Parametrierung) in einer zentralen Datenbank. Alle Daten werden auf der SWIS-Zentrale gespeichert oder täglich aus der Datenbank exportiert. Dateiformat und Dateinamensschema der Exportdatei können kundenspezifisch abgestimmt werden. 3.3 Applikationen Funktionen: Konfiguration des Gesamtsystems bei Systemstart / Abfrage sämtlicher die Anlage konfigurierender Daten aus der zentralen Datenhaltung (Konfigurationsliste der Außenanlagen, Konfiguration der Bedienung und Visualisierung etc.) Verwaltung der online änderbaren Parameter (Parametrierung der Datenerfassung und -aufbereitung, Glättewarnalgorithmen, Alarmierung etc.) Die Abfrage und Anpassung (Edit) sämtlicher Parametrierungseinstellungen sowie der Konfiguration erfolgt über die Bediensoftware. Änderungen in der Parametrierung werden ohne Neustart im nächsten Zyklus übernommen. Konfigurationsänderungen können je nach Art der Änderung (z.b. Änderung der Konfiguration einer SST) einen Neustart des Systems erforderlich machen. 1 MARZ: Merkblatt für die Ausstattung von Verkehrsrechenzentralen und Unterzentralen Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 5/17

6 4 Kommunikation mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) Funktionen und Aufgaben: Bereitstellung der Messstellendaten im DWD-Format und zyklischer Upload auf den DWD-Server Abruf der aktuellen Wetterberichte und Wetterwarnungen vom DWD-Server Abruf der stationsbezogenen Wetterprognosen vom DWD-Server 4.1 Bereitstellen der Messstellendaten für den DWD Die jeweils aktuellen Messstellendaten werden in einem Zyklus von 15 Minuten (jeweils um XX:00, XX:15, XX:30, XX:45 Uhr) zusammen gestellt, in das DWD-Datenformat konvertiert und zum DWD versendet. Der Upload zum DWD erfolgt über das Internet per FTP auf den Server des DWD. Es werden von der SWIS-Zentrale an den DWD nur Daten weitergegeben, die im Rahmen der Datenübernahme und -aufbereitung als plausibel erkannt wurden. Implausible oder fehlerhafte Daten werden nicht übertragen, stattdessen wird die entsprechende Fehlerkennung verwendet. Über die Bedienung und Visualisierung ist eine Konfiguration des Datenversandes zum DWD möglich, wobei die Auswahl der zu übertragenden Daten (beteiligte Messstellen, Umfang der zu übertragenden Daten pro Messstelle), die DWD-Kennungen und geographischen Kenngrößen der Messstellen und von entsprechend berechtigtem Bedienpersonal eingestellt werden können. Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. 6/17

7 4.2 Datenempfang vom DWD Vom DWD werden die folgenden Wetterberichte und Wetterwarnungen entgegen genommen: 10 Tages-Vorhersage Deutschland, Regionaltabellen Hessen täglich 1x Wochenvorhersage Wettergefahren täglich 1 x Allgemeine Straßenwettervorhersage (gesamt Hessen) täglich 5 x detaillierte Straßengebietswettervorhersage (nach Klimazonen) täglich 8 x regionaler Warnlagebericht Hessen mehrmals täglich Wetterwarnungen vor Frost, Schneefall, Schneeverwehungen und Glätte (landkreisbezogen) fallweise Die eingehenden Wetterberichte und -warnungen werden anhand der Kennungen im Kopf der Nachricht automatisch ausgewertet und sortiert nach: Art des Wetterberichts (10-Tage / allgemein /detailliert / Wetterwarnung) Klimazone (detaillierte Vorhersagen) Landkreis (Wetterwarnungen) Typ der Wetterwarnung Der Empfang der Daten erfolgt durch FTP-Transfer über das Internet. Die SWIS-Zentrale prüft zyklisch die Verfügbarkeit neuer Wetterberichte und Wetterwarnungen und lädt diese herunter. Die Zugangsinformationen und Passwörter können über die Bedienoberfläche vom Administrator eingestellt werden. Die vom DWD übernommenen Daten werden auf der SWIS-Zentrale gespeichert. 4.3 Datenbereitstellung durch den DWD für die Prognose Die Datenübergabe erfolgt in einem aktuellen Format (komma- bzw. semikolongetrennt). Es können auf die einzelnen Standorte der SWIS-Messstellen bezogen aktuelle Prognosewerte (Luft- und Fahrbahntemperaturen, Niederschlag) mit einem Horizont von 6 Stunden zur Verfügung gestellt werden. Eine stündliche Aktualisierung der Prognosewerte auf Basis aktueller Messwerte der SWIS-Messstellen ist vorgesehen. Die Daten werden für jede Station als zusätzlicher Datensatz gespeichert und sind über ein separates Protokoll abrufbar. Die Daten werden zudem für die zentralenseitige Prognose genutzt, wobei die Nutzung pro Station parametrierbar und abschaltbar ist. Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 7/17

8 4.4 Datenübernahme und -aufbereitung Die SWIS-Zentrale übernimmt alle Zustandsdaten der folgenden Funktionsgruppen (nach TLS 2 und MARZ) von den Streckenstationen der Messstellen: FG 3: Umfelddaten FG 6: Betriebsmeldungen FG 254: Systemmeldungen Sämtliche Daten, die durch die TLS-Kommunikationsschnittstellen (Inselbusse, GPRS-FTP und GSM-SMS) von den Messstellen erfasst werden, werden übernommen und weiter verarbeitet. Die Messstellen, für die keine automatische Zeitsynchronisation durchgeführt werden kann (GSM / GPRS-Messstellen generell), senden ihren Zeitstempel im UTC-Format ohne Berücksichtigung der Sommerzeit. Für diese Messstellen ergänzt die SWIS-Zentrale, im Rahmen der Datenübernahme den jeweils korrekten lokalen Zeitstempel (Zeitzone, Sommer- / Winterzeit) auf Basis des gemeldeten Zeitstempels. 4.5 Plausibilitätsprüfungen Die von den Streckenstationen übernommenen FG3-Daten werden einer Plausibilitätsprüfung unterzogen. Eine Messwertersetzung erfolgt nicht. Es erfolgen folgende Plausibilitätsprüfungen: Ausfallüberwachung: Ein als fehlerhaft gekennzeichneter oder innerhalb einer parametrierbaren Zeit nach Ablauf des Messintervalls nicht übertragener Messwert gilt als ausgefallen (SMS-Daten sind davon ausgenommen). Grenzwertüberwachung: Überwachung, ob der Messwert innerhalb eines definierten, parametrierbaren Wertebereiches liegt. Die Parametrierung dieses Wertebereiches ist für jeden einzelnen Sensor separat möglich. 2 Technische Lieferbedingungen für Streckenstationen Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 8/17

9 Es gilt: o NI_u_Grenz (0) <= NI <= NI_o_Grenz (20) o NS_Wertemenge = 0, 40, 41, 42, , 100 o FBZ_Wertemenge = 0, 1, 32, 64, 65, 66, 67; zus.: 5, 9, 13 (nur boschung) o WFD_u_Grenz (0) <= WFD <= WFD_o_Grenz (3) o LT_u_Grenz (-30) <= LT <= LT_o_Grenz (60) o RLF_u_Grenz (10) <= RLF <= RLF_o_Grenz (100) o HK_u_Grenz (0) <= HK <= HK_o_Grenz (60000) o FBT_u_Grenz (-30) <= FBT <= FBT_o_Grenz (80) o RS_u_Grenz (0) <= RS <= RS _o_grenz (100) o GT_u_Grenz (-30) <= GT <= GT_o_Grenz (0) o TPT_u_Grenz (-30) <= TPT <= TPT_o_Grenz (30) o TT1_u_Grenz (-30) <= TT1 <= TT1_o_Grenz (80) o TT3_u_Grenz (-30) <= TT3 <= TT3_o_Grenz (80) o WGS_u_Grenz (0) <= WGS <= WGS_o_Grenz (60) o WGM_u_Grenz (0) <= WGM <= WGM_o_Grenz (40) o WR_u_Grenz (0) <= WR <= WR_o_Grenz (359) Prüfung auf dauerhafte Lieferung identischer Messwerte (Defekt Sensor / Messstelle); der Zeitbereich ist pro Messwert individuell konfigurierbar. Abgleich von Daten verschiedener Sensoren untereinander: Plausibilitätsprüfung Weitere Prüfung plausibel unplausibel NS = Regen LT < NS_LT_Grenz (-5 C) NS FBZ = trocken UND WFD > 0 FBZ, WFD FBZ = nass UND WFD = 0 FBZ, WFD NS = Niederschlag (#0) UND NI = 0 mm/h RLF < RLF_trocken_Grenz (60%) NI NS NS = kein Niederschlag UND NI > NI_min (0,1 mm/h) RLF < RLF_trocken_Grenz (60%) NS NI NI > 0,5 mm/h UND WFD = 0 Delta_t_trocken > 3 min UND RLF < RLF_trocken_Grenz (60%) WFD NI Delta_t_nass > 3 min UND RLF > RLF_nass_Grenz (78%) NI WFD Sämtliche Grenz- und Schwellenwerte der Plausibilitätsprüfungen sind parametrierbar. Unvollständige Datensätze bzw. implausible und fehlerhafte Einzeldaten werden gekennzeichnet und von der weiteren Verarbeitung (insbesondere Visualisierung, Prognosen, Warnstatusermittlung) ausgeschlossen. Die gültigen Werte eines unvollständigen Datensatzes bzw. eines Datensatzes mit z.t. implausiblen oder fehlerhaften Daten werden in jedem Fall weiter verarbeitet. Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 9/17

10 Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. 10/17

11 4.6 Datenaufbereitung Fahrbahnzustand Die von den SWIS-Messtellen übernommenen Fahrbahnzustände (DE-Typ 70 gem. TLS 2002) werden den folgenden Fahrbahnzuständen zugeordnet (Codierung gem. TLS 2000/2002): trocken: Code 0 feuchtnass: Codes 1, 32 bei Wasserfilmdicke < X mm nass: Codes 1, 32 bei Wasserfilmdicke X mm glatt: Codes Die Unterscheidung zwischen feuchtnass und nass erfolgt im Abgleich mit der Wasserfilmdicke. Die Schwellenwerte sind parametrierbar, die Grundversorgung erfolgt in Abstimmung mit dem Kunden. Die Aufbereitung ist pro Messstelle aktivierbar / deaktivierbar. 4.7 Prognosen Trendprognosen Die Prognosewerte werden als Trendprognose (Horizont 90 Minuten, parametrierbar) auf Basis aktueller Messwerte für die folgenden Messwerte geliefert: Lufttemperatur Relative Luftfeuchte Taupunkttemperatur Fahrbahntemperaturen (Oberfläche, TT1, TT3) Die Prognose erfolgt mittels einer linearen Trendextrapolation aus den Messwerten der letzten 5 bis 120 Minuten (parametrierbar). Die Parameter des Algorithmus können online vom Administrator für jede Messstelle einzeln bzw. für alle Messstellen gesamt geändert werden Berücksichtigung der Wetterprognosen des DWD Messstellenbezogenen Prognosewerten für Luft- und Fahrbahntemperatur des DWD werden in die Prognosewertermittlung berücksichtigt, indem eine entsprechende Erweiterung des Prognosealgorithmus über eine Gewichtung der Trendprognose und der Prognosewerte des DWD erfolgt. Die vom DWD zur Verfügung gestellten Niederschlagsprognosen pro Standort werden für den Prognosehorizont in Form einer Niederschlagswahrscheinlichkeit aufbereitet. Die Algorithmen zur Verarbeitung / Fusion der DWD-seitigen Wetterprognosen werden kundenspezifisch abgestimmt Die Parameter sind einstellbar, die Fusion der Prognosewerte ist deaktivierbar. Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 11/17

12 5 Glättewarnmodell der BASt 5.1 Allgemein Das BASt 3 -Modell zur Glättewarnung dient der Vereinheitlichung der Glättewarnung auf Basis von folgenden standardmäßig verfügbaren Daten: Fahrbahnoberflächentemperatur Fahrbahnzustand Lufttemperatur Taupunkttemperatur Neben der Betrachtung von Glätte infolge Niederschlags wird anhand der Betrachtung von Fahrbahntemperatur und Taupunkttemperatur auch Glätte infolge Reifbildung berücksichtigt. Es werden definierte Warnmeldungen und Farbcodierungen mit entsprechend zugeordneter Bedeutung verwendet: Grün keine Glättegefahr Weiß Glättegefahr bei Wetteränderung (z.b. einsetzender Niederschlag) möglich Gelb Glätte kurzfristig möglich bei gleich bleibendem Trend Rot Glätte sofort möglich Hierbei sind auch kombinierte Warnmeldungen möglich. Abbildung 2 BASt Warnmodel 3 Bundesanstalt für Straßenwesen Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 12/17

13 5.2 Umsetzung des Algorithmus Zum Einsatz kommt das erweiterte BASt-Modell gem. Bericht Modell zur Glättewarnung im Straßenwinterdienst der BASt vom Juli Das Warnmodell ist auf Ebene der SWIS- Zentrale pro Messstelle ein-/ausschaltbar und parametrierbar Datenbasis Als Datenbasis fungieren die Kenngrößen gem. TLS-Codierung nach TLS 2002: Fahrbahnoberflächentemperatur Fahrbahnzustand Lufttemperatur Taupunkttemperatur Prognosewert Fahrbahnoberflächentemperatur Prognosewert Taupunkttemperatur Es werden nur Datensätze weiterverarbeitet, in denen die o.g. Analysedaten vollständig und fehlerfrei vorliegen. Liegen die Prognosewerte nicht vollständig vor, wird der Algorithmus trotzdem durchlaufen, entsprechende Abbruchbedingungen sind innerhalb des Algorithmus vorgesehen Berechnungsintervalle Mit dem Eingehen neuer Messwerte (in der Regel minütlich) wird das Warnmodell für jede Messstelle neu durchlaufen. Die Neuberechnung erfolgt mit einer kurzen Verzögerung nach Berechnung der aktualisierten Prognosewerte. Der Warnstatus der Messstelle bleibt bis dahin unverändert auf dem alten Wert. Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. 13/17

14 5.2.3 Algorithmus / resultierende Warnstati Das folgende Schema verdeutlicht den Ablauf des Warnalgorithmus: Abbildung 3 Ablauf des Warnalgorithmus Die Ergebniskästen zeigen den jeweiligen Warnstatus an. Die Einfärbung des Kastens gibt dabei den Haupt-Warnstatus gem. obiger Erläuterungen an, während eine abweichende Einfärbung des Rahmens eine mögliche Warnstatus-Änderung bei spontaner Wetteränderung anzeigt (kombinierte Warnungen). Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 14/17

15 6 Alarmierung 6.1 Generieren von Alarmen Es werden messtellenbezogene Alarme und weitere Alarme generiert und in das Alarmmeldungsmanagement eingespeist sowie per SMS und weiter geleitet: Alarme in Abhängigkeit vom Warmstatus des BASt-Modells o Glätte vorhanden (rot) o Eisglätte sofort möglich (rot) o Reifglätte sofort möglich (rot) o Hohe Reifglättegefahr (gelb-rot) o Glätte bei Niederschlag sofort möglich (weiss-rot) Benutzerdefinierte Alarme in Abhängigkeit von Messstellenwerten o Einbezug aller Messgrößen einer Messstelle o Abgleich mit Schwellenwerten (=, #, <, >) o Verknüpfung mehrerer Bedingungen (UND, ODER) Alarme bei Eingehen von Wetterberichten / Wetterwarnungen o nur spezielle Typen, einstellbar Alarme bei Störungen o Ausfall einer Messstelle o Ausfall eines KRI Die Alarmmeldungen umfassen dabei mindestens die folgenden Informationen: betroffene SWIS-Station (bzw. KRI) Zeitstempel Art der Alarmmeldung Meldungstext in Klartext Die Alarmgenerierung ist pro Messstelle ein- und ausschaltbar. Sämtliche Grenz- und Schwellenwerte sowie Mindeststandzeiten der Alarmierung sind parametrierbar. Der Zuständigkeitsbereich für die Alarmmeldung ist ebenfalls messstellenbezogen veränderbar, es können also bestimmten Alarmmeldungen den Benutzern bzw. Benutzergruppen, die diese Alarmmeldungen über die Benutzeroberfläche erhalten sollen, zugewiesen werden.. Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 15/17

16 6.2 Benachrichtigung per SMS und Zusätzlich zu der Anzeige auf der Benutzeroberfläche werden die zuständigen Winterdienstmitarbeiter per SMS und/oder per bei Alarmen benachrichtigt. Dabei kann für jede Alarmmeldung konfiguriert werden, ob und an wen diese weitergeleitet wird. Die Benachrichtigung per SMS und erfüllt folgende Anforderungen: Zuweisung eines oder mehrerer Empfänger (SMS und/oder ) pro Alarm Einstellen einer Mindestzeit, in der eine erneute Versendung der Alarmmeldung bei erneutem Auftreten des Alarms unterbleibt o gilt für benutzerdefinierte Alarme in Abhängigkeit von Messstellenwerten und Alarme bei Störungen o Änderungen im Warnstatus des BASt-Modells werden bei Flankenwechsel gemeldet Verwaltung der Meldungsempfänger wie folgt: o Name, zugehörige AM/ SM o Telefonnummer oder -Adresse o Erreichbarkeitszeitraum nach Tagesgruppen und Zeiten Die SMS bzw. s enthalten den Alarmmeldungstext, beim SMS-Versand wird ein Kurztext (max. 160 Zeichen) verwendet. Außerhalb des Erreichbarkeitszeitraumes erfolgt kein Versand an den jeweiligen Empfänger. Der Versand der Meldungen und ggf. auftretende Störungen beim Versand werden protokolliert. Die Konfiguration der Benachrichtigung (Zuweisung von Empfängern, Einstellen von Mindestzeiten, Verwaltung der Empfänger und der Kontaktdaten usw.) wird von dem Administrator über die Bedienoberfläche vorgenommen. Zusätzlich kann die Benachrichtigung global aktiviert / deaktiviert werden (z.b. im Sommer), ohne dass die dahinter liegende Konfiguration geändert werden muss. Zum Versand der Benachrichtigungen per SMS wird das GSM-Modem der SWIS-Zentrale genutzt. Der -Versand erfolgt über einen Mailserver. Niederkircher Straße 16, D Trier, T , F , E. interurban@swarco.de 16/17

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