1 Einführung 2. Inhaltsverzeichnis. 1.1 Aufgabenstellung. Michael Baron Alternativen zu Toll Collect

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1 1 Einführung Inhaltsverzeichnis Michael Baron Einführung Aufgabenstellung Alternativen zu Toll Collect Kassenhaus-Modell Vignetten-basiertes Freeflow-Modell Electronic Toll Collection ohne Rückkanal Toll Collect (Beispiel für ETC mit Rückkanal) Funktionsweise Maut-Erhebung Manuelle Maut-Erhebung Automatische Maut-Erhebung Probleme der Automatischen Erhebung Mechanismen der Kontrolle Automatische Kontrolle Stationäre Kontrolle Mobile Kontrolle Back Office Fehler und Datenschutz Design-Fehler Datenschutz Fazit Aufgabenstellung Aufgabe des Toll Collect Consortiums ist die Erhebung von Maut für die Benutzung von Bundesautobahnen mit schweren Nutzfahrzeugen über 12t zulässigen Gesamtgewichts. Hinzu kommt die Kontrolle der Maut-Entrichtung sowie die Integration sämtlicher hiermit verbundener Prozesse in einer Zentrale (einem Back Office). Hierbei wird das im weiteren Teil des Vortrags vorgestellte Electronic Toll Collection System des Unternehmens Daimler Chrysler Services Mobility Management verwendet - ein modularisiertes System, welches diese drei Bereich vollständig abdeckt. 1.2 Alternativen zu Toll Collect Alternativen zu Toll Collect bestehen im wesentlichen im Kassenhaus-System, welches unter anderem in Frankreich, Italien und Spanien Verwendung findet sowie im Vignetten-basierten Freeflow-System, welches die beiden Alpenländer Österreich und die Schweiz bereits seit längerem einsetzen Kassenhaus-Modell Punkte, die für das Kassenhaus-Modell sprechen sind hierbei die einfache Realisierung, falls es bereits in die Planungsphase der entsprechenden Autobahn integriert wurde und die Möglichkeit der streckenbezogenen Bemautung. Ferner resultieren aus diesem Modell direkt sichtbare Arbeitsplätze (in Europa an die dreibis vierhunderttausend an der Zahl). Punkte, die gegen dieses System sprechen sind ein enormer Platzbedarf, welcher mit einer sehr unschönen Ausfahrt-Infrastuktur verbunden ist und die Behinderung fließenden Verkehrs durch entsprechende Staus vor den Mautstellen. Zusätzlich entstehen im laufenden Betrieb imense Personalkosten, welche die Benutzungsgebühren im Vergleich mit anderen Systemen ins Unermässliche ansteigen lassen. 1 1 eine Jahresvignette für Österreich kostet EUR 72,60, ca. genausoviel, wie eine Fahrt von Nord- nach Süditalien. 2

2 Für den Einsatz in Deutschland zur Erhebung der LKW-Maut ist dieses System jedoch aufgrund einer kaum gegebene Nachrüstbarkeit ungeeignet, da der Umbau aller Ausfahrten große baurechtliche Auseinandersetzungen bedeutet, folglich nicht realisierbar ist Vignetten-basiertes Freeflow-Modell Dieses System charakterisiert sich dadurch, dass keinerlei Verkehrsbehinderung auftritt, die Betriebskosten durch äußerst wenig Personal niedrig gehalten werden und es somit durch niedrige Benutzungsgebühren gerade Viel-Nutzern interessant erscheint. Nachteile liegen im Mangel entfernungsabhängiger Abrechung, was mitunter in leicht höheren Nutzungsgebühren für Gelegenheits-Nutzer resultiert und in der Tatsache, dass eine zusätzliche Kontrollinstanz zur Überprüfung der Vignetten benötigt wird. Zudem lassen sich hiermit nicht so hohe Einnahmen erzielen, wie mit streckenabhängigen Systemen, was einer rot-grünen Bundesregierung, die das Toll Collect System in Auftrag gab, natürlich ein Dorn im Auge war - gerade mit der Absicht, Mehreinnahmen in Milliardenhöhe zu erzielen, musste die bisherige LKW-Euro-Vignette einem streckenabhängigen System weichen Electronic Toll Collection ohne Rückkanal Electronic Toll Collection ohne Rückkanal beschreibt eine Transponder-basierte Form der Maut-Erhebung. Hierbei sind alle am System teilnehmenden Fahrzeuge mit On Board Units ausgerüstet, welche der Identifikation dienen und von den - in diesem Fall Maut-erfassenden - Kontroll-Brücken ausgelesen werden können. Vorteile dieser On Board Units im Vergleich mit denen für Systeme mit Rückkanal ergeben sich hierbei in der einfacheren Konstruktion, da unter anderem simple RFID-Chips hierfür ausreichend sind. Nachteile dieses Systems bestehen jedoch darin, dass jede einzelne Ausfahrt mit entsprechenden Baken ausge- stattet werden muss und in mangelnden Kontroll-Möglichkeiten. Weiterhin besteht die Gefahr der Fälschung von OBUs. Somit eignet sich dieses System eigentlich nur als Ergänzung zum Kassenhaus-System zur Vermeidung von Wartezeiten an entsprechenden Mautstellen (wie es zum Beispiel in Italien in Form eines Telepass-Systems eingesetzt wird) oder zum vignetten-basierten System (wie zum Beispiel in Österreich in Form einer GO-Box für Fahrzeuge über 3, 5t), da in beiden Fällen bereits Kontroll-Instanzen existieren. 1.3 Toll Collect (Beispiel für ETC mit Rückkanal) Bei Electronic Toll Collection mit Rückkanal handelt es sich um ein neuartiges modularisiertes System zur Erhebung von Maut für die unterschiedlichsten Infrastrukturen (seien es komplette Netze, oder individuelle Bauwerke, City-Maut,...). Es besteht im Wesentlichen aus Komponenten für die Erhebung und Kontrolle von Maut, sowie Modulen für Integration aller Prozesse. Revolutionär ist jedoch das Funktionsprinzip auf Basis von GNSS/CN, da die Erhebung hier vollständig automatisch durch Positionsbestimmung via Global Navigation Satellite System, einen entsprechenden Datenabgleich auf Mautpflicht, sowie den anschließenden Versand der berechneten Gebühren über den Rückkanal Cellular Network erfolgt. Im Falle von Toll Collect kann sowohl das bestehende Satelliten-Navigations- System GPS (Global Positioning System) als auch nach einem Software- Update das zukünftige europäische Navigations-System Galileo verwendet werden. Als Rückkanal dient das bekannte Mobilfunk-Netz GSM (Global Standard for Mobile Communication). Da diese Technologien aber auf sogenannten On Board Units (OBU) aufbauen, deren Einbau nach EU-Recht nicht vorgeschrieben werden darf, existiert noch ein paralleles System ohne die Unterstützung von GPS/GSM. Dieses basiert nun auf Zahlstellen-Terminals, die in ihrer Stückzahl so dimensioniert sind, dass man sie als Backup-System nutzen kann. Alles in allem ist Electronic Toll Collection ein Modell eines entfernungsabhängigen Mautsystems ohne Verkehrsbehinderung. 2 Funktionsweise 2.1 Maut-Erhebung Im Folgenden unterscheidet man zwischen manueller Maut-Erhebung mittels spezieller Terminals sowie der automatischen Erhebung mittels der On Board 3 4

3 Units. Für diesen Vortrag Ausschlag-gebend ist hierbei die Tatsache, dass es sich bei beiden jeweils um Eingebettete Systeme handelt, also Systeme die in ihre Aufgabe hinein eingebettet (optimiert wurden). Sie sollen also ein weniger bekanntes Anwendungsbeispiel des relativ weiten Anwendungsbereichs solcher Systeme, das vom Organizer bis hin zum Internet-Kühlschrank reicht, widerspiegeln Manuelle Maut-Erhebung Abbildung 1: Manuelles Einbuchungs-System Unter manueller Maut-Erhebung versteht man die Bezahlung von Maut vor der eigentlichen Nutzung, sei es an den bereits mehrfach erwähnten Terminals oder auch nach einer Registrierung über das World Wide Web. Es ist also vergleichbar mit dem Kauf eines Tickets für ein öffentliches Verkehrsmittel. Da die Maut jedoch von der gefahrenen Strecke abhängig ist, muss man sich hierbei im Voraus auf eine solche - automatisch errechnete - Strecke festlegen. Zudem ist auch eine Festlegung eines Zeitfensters, welches Mehrfachnutzung dieser Strecke vermeiden soll, erforderlich. Dank eines Karten-Interfaces der Maut-Terminals lässt sich dann dieses Ticket bequem mit sämtlichen gängigen Karten (von EC, Visa, Eurocard hin zu speziellen Kundenkarten) bezahlen. Es ist jedoch genauso eine Barzahlung an der Kasse möglich, falls es sich um ein Indoor-Terminal handelt, was die Vermutung nahe legt, dass hier eine Schnittstelle zur Kassensoftware bestehen muss. Die Bezahlung kann aber genausogut über ein (Giro-)Konto erfolgen. Diese Terminals stammen vom in diesem Bereich führenden Hersteller Höft und Wessel und bieten neben einem viersprachig internationalisierten GUI auch eine Möglichkeit der Kommunikation mit dem Support-Center, was insbesondere in Fragen zur Stornierung von Routen hilfreich ist Automatische Maut-Erhebung Die automatische Erhebung von Maut ist das Kernstück von Toll Collect und erfolgt mittels der berühmt berüchtigten On Board Units. Diese sind Eingebettete Systeme und bestehen aus einer CPU, Speicher, einem GPS- Prozessor, einem GSM-Modul, sowie einer Infrarot-Schnittstelle. Es handelt sich also mehr oder weniger um einen PDA - aber einen entsprechend angepassten. Man unterscheidet hierbei zwischen den DIN-Schacht-Geräten des Herstellers Grundig, welche noch zusätzlich mit entsprechenden Antennen für GPS und GSM, sowie dem Kommunikationsmodul für die Dedicated Short Range Communication ausgestattet werden müssen, und den Aufbau-Geräten von Siemens/VDO, welche sämtliche Antennen und das DSRC-Modul bereits eingebaut haben. Nun zur Funktionsweise: Bei Einschalten der Zündung sind die entsprechenden Fahrzeugvariablen einzugeben, wie das momentane Gewicht und die Achsenzahl, da diese im allgemeinen bei LKW nicht konstant sind. Fährt man dann, so bestimmt das GPS-System kontinuierlich die momen- 5 6

4 tane Fahrzeugposition und vergleicht sie mit dem in der OBU installierten Kartenmaterial. Handelt es sich nun um eine mautpflichtige Strecke, so läuft die Berechnung und es werden jeweils nach einer gewissen Distanz (oder nach einem gewissen Betrag) Zwischenstände über GSM in Form einer SMS an die Zentrale geschickt. Man bekommt dann später eine Rechnung für die gefahrenen Strecken. 2.2 Mechanismen der Kontrolle Ziel der Kontrolle ist hierbei die Minimierung der Anzahl von Schwarzfahrten und somit die Maximierung des Gewinns. Im Electronic Toll Collection System stehen dabei drei Möglichkeiten zur Verfügung. Zum einen die automatische Kontrolle, zum anderen die Möglichkeit stationärer sowie mobiler Kontrolle. Abbildung 2: Automatisches Einbuchungs-System Automatische Kontrolle Probleme der Automatischen Erhebung Probleme liegen hierbei hauptsächlich in dem Einsatz des GPS-Systems, da es in Tunneln und Unterführungen keinen GPS-Empfang gibt, der GPS- Empfang bekanntlich durch sogenannte GPS-Jammer gestört werden kann und die Positionsbestimmung über GPS darüberhinaus noch äußerst ungenau ist (die Unschärfe beträgt hierbei 10m in der Ebene sowie 25m in der Höhe, was allerdings nur im Aerospace-Bereich eine Rolle spielt.) Hieraus resultieren dann Probleme bei paralleler Streckenführung mautpflichtiger und nicht-mautpflichtiger Straßen bzw. falls diese Strecken sogar übereinander verlaufen. Diese Probleme löst man mittels der bereits angesprochenen Dedicated Short Range Communication mit Stützbaken, welche eine Korrektur der Fahrzeugposition an das entsprechende DSRC-Modul (in diesem Fall auf Infrarot- Basis) senden. Es ist natürlich genausogut eine Kommunikation auf Mikrowellen-Basis vorstellbar, was z.b. im italienischen Telepass-System Anwendung findet. 7 Die automatische Kontrolle stellt hierbei die wichtigste Form der Kontrolle dar, da sie so gut wie kein Personal benötigt. Sie basiert auf den sogenannten Toll Checkern, also Brücken, die an festen Standorten über der Fahrbahn aufgebaut sind. Mit Hilfe der Laser-Abstands-Sensoren dieser Brücken wird nun der komplette Verkehr auf allen Spuren der Autobahn inklusive der Standspur vermessen, was ein Aufgabengebiet der Visuellen Sensorik und Informationsverarbeitung ist, da hier die essentiellen Informationen (etwa zur Fahrzeuggröße) aus dem Bild extrahiert werden müssen. Handelt es sich nun um einen LKW, so wird der Versuch einer Kommunikation über DSRC mit dem LKW unternommen, was natürlich nur dann 8

5 funktionieren kann, falls der LKW am automatischen System teilnimmt und es werden dann die Parameter der OBU mit den ermittelten Werten (etwa die Achsenanzahl) verglichen. Zusätzlich werden noch mittels einer Digital-Camera Aufnahmen des Fahrzeugs angefertigt und diese inklusive der bereits ermittelten Daten an die Zentrale weitergeleitet, was über GSM erfolgt und über ISDN erfolgen könnte - wäre die Deutsche Telekom nur bereit, sämtliche Brücken mit Festnetzanschlüssen zu versehen. Nimmt der LKW jedoch am manuellen System teil, so führt der Toll Checker vorher noch eine Erkennung des Kennzeichens durch, was auf Basis der Optical Character Recognition (wie vom Scanner bekannt) erfolgt. Probleme bestehen hierbei jedoch bei Kennzeichen in nicht-lateinischer Schrift sowie bei Kennzeichen, die nur wenigen Standards entsprechen. Für diese Fälle steht aber ein Team zur Identifikation und Klassifizierung von Fahrzeugen im Back Office bereit. Im Back Office wird dann auf entsprechende Einbuchung überprüft, was einer Datenbank-Query entspricht und es werden danach sämtliche Ermittlungsdaten gelöscht, falls eine entsprechende Query positiv beantwortet werden kann. Falls ein solcher Datensatz jedoch nicht existiert, so gibt das Toll Collect Consortium die ermittelten Daten an eine entsprechende Vollstreckungs-Instanz weiter und ein Bußgeld-Verfahren beginnt Stationäre Kontrolle Die stationäre Kontrolle ist im Grunde genommen eine Variation der automatischen Kontrolle, nur dass hier die entsprechende Toll Checker-Brücke mit einem Wireless LAN Accesspoint ausgestattet ist, über den dann das Kontrollpersonal Informationen zu potentiellen Maut-Verstößen beziehen kann. Es kann also entsprechende Fahrzeuge am nächstgelegenen Parkplatz zur Überprüfung aus dem Verkehr ziehen. Dabei besteht das Problem des relativ kurzen Abstands zwischen Toll Checker und Parkplatz, was dazu führt, dass nicht alle LKW in dieser Zeit korrekt identifiziert werden können, was dann Mehr-Kontrollen und letztlich Staus zur Folge hat. Diese Form der Kontrolle ist von daher nur zur Überprüfung des automatischen Kontroll-Systems geeignet. Zudem besteht die Gefahr der Abhörung durch Wardriver, da das drahtlose Netzwerk zum einen einen Fehler in der Implementierung der Wired Equivalent Privacy (WEP) besitzt und zum anderen die Kommunikation mit nur 128-Bit verschlüsselt Mobile Kontrolle Hierbei handelt es sich um eine Kontrolle aus Fahrzeugen des Bundesamts für Güterverkehr (BAG), welche grundsätzlich genauso, wie die automatische Kontrolle abläuft, was in etwa die Kommunikation mit dem Back Office betrifft, jedoch eine manuelle Identifikation und Klassifikation durch entsprechendes Personal verwendet. Zur Auststattung dieser Fahrzeuge bleibt zu sagen, dass sie neben der Kommunikation via GSM über einen Kontroll-PC für Datenbankabfragen verfügen und ein DSRC- Kommunikationsmodul für die Kontrolle der automatisch eingebuchten LKW besitzen. 2.3 Back Office Das Back Office dient der Integration aller Prozesse, welche mit dem Erhebungs-, Kontroll-, sowie Abrechnungs-System zu tun haben und besteht im wesentlichen aus Sun Servern. Diese führen anhand einer Datenbank Buch über sämtliche teilnehmenden Fahrzeuge und kommunizieren über diverse Schnittstellen (zuerst aber über das Internet, dann über weiterführende Technologien wie z.b. GSM). Zum einen mit den Eingebetteten Systemen wie den OBUs und den Maut- Terminals, zum anderen über ein CGI, welches das WWW-Interface bereitstellt, mit den Kunden, die sich über das Internet einbuchen. Man stellt also auch am Beispiel Toll Collect fest, dass das Thema Eingebettete Systeme eng mit dem Begriff der Client-Server-Architektur verbunden ist, auch wenn diese Bereiche grundsätzlich nichts miteinander zu tun haben. 3 Fehler und Datenschutz In diesem Kapitel beschäftigen wir uns zunächst mit den Design-Fehlern, bevor wir dann datenschutzrechtliche Aspekte ansprechen und uns ein abschließendes Urteil bilden. Da Fehler, die die Implementierung betreffen - und somit den Beginn der Maut-Erhebung verzögert haben - bestehen aus mangelhafter Problemkenntniss der über 20 beteiligten Firmen und mangelnder Kooperation sowie fehlerhafter Zeitplanung. Wir werden sie aber nicht weiter betrachten, da es sich hierbei um grundsätzliche Probleme der System- und 10

6 Software-Entwicklung handelt, die nur insofern mit Eingebetteten Systemen zu tun haben, dass es bei der Entwicklung solcher Systeme besonders viele Nebenbedingungen, welche aus der Umgebung dieser Systeme resultieren, gibt und somit das Risiko in diesem Bereich größer ist. 3.1 Design-Fehler Größter Design-Fehler dieses Systems ist die mangelhafte Integration in die CarIT eines Autos. Zum einen lässt sich das bereits als Navigationssystem verbaute GPS (und somit seine Antenne) nicht an die OBU anschließen, zum anderen fehlt die Schnittstelle zum Autotelefon, welches bekanntlich auch ein GSM-Telefon darstellt. Dies führt dann wie gesagt zu abenteuerlichen Antennen-Konstruktionen auf dem Fahrzeug-Dach. Weiterhin handelt es sich bei der OBU um ein DIN-Schacht-Gerät und beide Probleme führen dazu, dass das OBU-System in dieser Form für den Einsatz in PKW ungeeignet ist, da dort meistens nur ein einziger DIN-Schacht zur Verfügung steht, der seinerseits für das Autoradio vorgesehen ist. Ferner fällt negativ auf, dass die Interoperabilität mit anderen Maut-Systemen (wie z.b. dem österreichischen GO-Box-System oder dem italienischen Telepass-System) aufgrund fehlender Implementierung der CARDME-Norm nicht möglich ist, was sich dann in Form eines Wirrwarrs aus dutzenden Geräten auf dem Armaturenbrett niederschlägt. Und zuletzt fehlt auch eine sinnvolle Integration der Buchung über WWW in bestehende Flotten-Management-Applikationen, so dass Daten aus der Routenoptimierung direkt eingebucht werden könnten. Ganz zu schweigen von den bisher fehlenden Telematik-Diensten (Mehrwert- Diensten), welche ebenfalls für interne Flotten-Optimierung genutzt werden könnten, was aber aufgrund datenschutzrechtlicher Überlegungen nicht so ohne weiteres möglich ist. 3.2 Datenschutz Zum Datenschutz ist zu sagen, dass ermittelte Daten von Toll Collect nur zur Optimierung des Systems sowie zur Fehlererkennung und -beseitigung genutzt werden. Inwieweit man dieser Aussage glauben kann, bleibt aber jedem selbst überlassen. Weiterhin sind die verwendeten Technologien nicht unbedingt die sichersten. Zum einen ist da die Kommunikation über GSM, was ebenso eine indirekte Verfolgung ermöglicht, zum anderen können die Wireless LAN AP der Toll Checker abgehört werden. Nebenbei sei angemerkt, dass entsprechende Toll Checker nach einem Software-Update ebenso Geschwindigkeits- und Abstandskontrollen durchführen könnten und es bei Einsatz von Toll Collect für die Erfassung von PKW- Maut und entsprechende Telematik-Dienste auch zu einer firmeninternen Dienstwagen-Überwachung kommen könnte. 4 Fazit Alles in allem bleibt Toll Collect ein System, welches trotz streckenabhängiger Maut-Abrechnung den Verkehrsfluss nicht behindert - und das ist so ziemlich das einzig positive an Toll Collect, neben der für uns interessanten Tatsache, dass hier durch Verwendung Eingebetteter Systeme Personal und somit hohe Kosten eingespart werden können. Negativ fällt jedoch die Realisierung von Toll Collect aus, was etwa Problem- Defintion, Zeitplanung und Kooperation der Beteiligten betrifft. Ansonsten fehlen (die Implementierung von) Standards zur Integration in die CarIT, zur Interoperabilität mit anderen Maut-Systemen, sowie entsprechende Telematik-Dienste, die immerhin ein ausschlaggebendes Marketing- Argument waren. Bleiben noch die Probleme datenschutzrechtlicher Natur, die niedrige Manipulations-Sicherheit des GPS-Systems (etwa durch GPS-Faker) und die Tatsache, dass der Betrieb für größere Fahrzeug-Basen (etwa Maut ab 3, 5t, oder PKW-Maut) unrentabel ist und man sieht, dass dieses innovative System verbessert werden kann

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