Alptransit

Dank Cloud, Hightech unter den Alpen im Griff

Datenpunkt-Management-Tool (DAMA) im Ceneri-Basis-Tunnel

Datum: 18.11.2019

 

Um die Projektierungsdaten in grossen Systemen sinnvoll analysieren zu können entwickelte Siemens Mobility ein innovatives Datenanalyse-Webseite-Tool DAMA «in the cloud». Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme des Gotthard-Basistunnels im Jahr 2016 hat sich herausgestellt, dass die Analyse von Fehlermeldungen und Störungen, welche dem Tunnelleitsystem gemeldet werden, eine grosse und zeitintensive Herausforderung darstellen.

 

Über 100 000 Datenpunkte des Ceneri- und später auch des Gotthard-Basistunnels können damit firmenübergreifend geprüft und analysiert werden. Vor dem Einspielen neuer Datenstände lassen sich fehlerhafte Projektierungen frühzeitig erkennen und effizient beheben.

 

Herausfordernd – der Betrieb der neuen Eisenbahn-Alpentransversale

 

Die AlpTransit Gotthard AG (ATG) ist Bauherr der neuen Eisenbahn-Alpentransversalen, bei der Achse Gotthard, mit seinen beiden Tunneln durch das Gotthard- und Ceneri-Massiv. Sie ist eine 100-prozentige Tochtergesellschaft der SBB und beauftragte neben Siemens Mobility auch diverse andere Firmen zum Bau der Eisenbahntechnischen Einrichtungen im Gotthard- und aktuell im Ceneri-Basistunnel.

 

Um potenzielle Projektierungsfehler des Befehls- und Meldespektrums zwischen den Subsystemen und der Tunnelleittechnik beim neu entstehenden Ceneri-Basistunnel früh erkennen zu können, gab ATG die Entwicklung eines neuen Datenanalyse-Tools bei Siemens Mobility in Auftrag. In Zusammenarbeit mit der Entwicklungsabteilung von Siemens Mobility wurde das Datenpunkt-Management-Tool GBT/CBT oder kurz DAMA entwickelt. Entstanden ist eine Webseite, die in der Amazon-Cloud betrieben wird und mit etablierten, aber auch neuen Technologien wie beispielsweise Angular umgesetzt wurde.  

 

Modernste Datentechnik, wie Spring-Security mit SSL/TLS-Verschlüsselung oder eine moderne Benutzerverwaltung über KeyCloak, gewährleisten einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Webseite in der Amazon-Cloud.

 

Überwachung von über 100 000 Datenpunkten

 

Nach den Erfahrungen des Vorgängerprojekts, dem Bau und Betrieb des 57 km langen Gotthard-Basistunnels, braucht es jede Menge Hightech, um Tunnel sicher betreiben zu können. Der Gotthard-Basistunnel verbindet die Orte Erstfeld und Bodio mit zwei Röhren, gesichert durch 178 sogenannte «Querschläge» im Abstand von 325 Metern. Im Notfall ermöglichen sie eine Evakuierung der Zugpassagiere in die parallele Röhre. Unzählige Sensoren garantieren den reibungslosen Betrieb des Tunnels. So werden zum Beispiel die Zustände der Querschlagtüren, Lüftungen und Temperaturen gemessen und an das von uns installierte Tunnelleitsystem LP60 gemeldet.

 

Das Tunnelleitsystem LP60 dient als Anzeige und Bedienung aller Sensoren vom Gotthard- und Ceneri-Basistunnel. Bei einem Ereignis, wie z.B. bei einer Zugsstörung wird ein Tunnelreflex durch die Tunnelautomatik der Sicherungsanlage ausgelöst. Hier ist es wichtig, den aktuellen Zustand der Systeme im Tunnel, wie beispielsweise die Steuerung der Pumpen des Entwässerungs-Systems oder die Motoren der Lüftungsanlagen zu kennen. Jeder Sensor und Aktor, die die wichtigen Informationen liefern, werden als Datenpunkte bezeichnet. Insgesamt kommen so mehr als 100 000 überwachende und steuernde Datenpunkte zusammen. Die unglaubliche Grösse des Bauwerks lässt sich durch die Unterhalts- und Betriebskosten des Gotthard-Basistunnels nur erahnen: Gemäss Angaben der SBB kostet der Unterhalt und sichere Betrieb knapp 68 Millionen Franken pro Jahr.

 

Wie wurde DAMA entwickelt?

 

Als Vorgaben lagen lediglich ein Grobkonzept und Basisanforderungen vor. Von der Anforderungsanalyse bis hin zum fertigen Produkt dauerte es – von Juli 2018 bis Juli 2019 – lediglich ein Jahr, bis DAMA entstand. Dank dem SCRUM-Entwicklungsverfahren, welches ein wiederkehrendes Vorgehensmodell beinhaltet, konnte die ATG während der Entwicklung alle Features von DAMA jederzeit aktiv mitgestalten. Der Kunde schätzt diese Möglichkeit sehr, da das Tool mit jeder monatlich installierten lauffähigen Version von ihm neu beurteilt werden konnte. Entstanden ist ein System, das mit allen Features perfekt auf die Bedürfnisse des Kunden abgestimmt ist.

 

Was kann DAMA?

 

Wichtig zu wissen, um zu verstehen, wie DAMA funktioniert, ist dass die zum Leitsystem gesendeten Sensor- und Aktor-Daten im angewendeten Datenübertragungsverfahren keine Meldungstexte beinhalten. Wie kann nun aber die Tunnelleitechnik wissen, was gemeldet wurde? Jeder Datenpunkt ist global eindeutig durch einen Bezeichner identifizierbar und in der Tunnelleittechnik mit einer Meldung verknüpft.

 

Die Quelle der Sensor- und Aktor-Werte versendet somit nur den jeweiligen Datenpunktbezeichner inklusive der spezifischen Zustände des Sensors oder Aktors.

 

Um den Datenpunkt richtig zu interpretieren, muss der Empfänger, das heisst in diesem Fall die Tunnelleittechnik, den empfangenen Datenpunktbezeichnern einen Meldungstext zuordnen und den Dateninhalt richtig darstellen. Wenn die Tunnelleittechnik einem Datenpunkt eine falsche Meldung zuordnet, kann dies für grosse Verwirrung sorgen und unnötige Fehlleistungskosten sind unvermeidbar. So kommt zum Beispiel ein falscher Störungsmeldetext den Betreiber teuer zu stehen, wenn ein Wartungsmitarbeiter unnötigerweise erst vor Ort feststellt, dass es sich um eine Falschinformation handelt.

 

Das neue DAMA-Tool erkennt diese und ähnliche Projektierungs-Fehler und weist sie aus. Wenn eine Unstimmigkeit erkannt und die Daten korrigiert werden, bietet DAMA zudem die Möglichkeit, den alten und neuen Datenstand auf einfachste Weise zu vergleichen, um die korrekte Umsetzung der Fehlerkorrektur zu überprüfen.

 

Wie kommt DAMA zu den benötigten Daten?

 

Die Projektierungsdaten werden mittels einem speziellen für das DAMA entwickelten XML-Format aus den Leitsystemen auf Basis von WinCC-OA exportiert und auf der DAMA-Webseite hochgeladen. Die importierten Daten werden versioniert und können anschliessend analysiert werden.

 

Erfolgreiche Inbetriebnahme

 

Am 4. Juli 2019 wurde die Webseite in einem offiziellen Abnahmetest durch die Alp Transit Gotthard AG erfolgreich geprüft und ohne Beanstandungen und Auflagen übernommen. ATG ist äusserst zufrieden mit dem entwickelten Tool. Ebenfalls schätzen sie, dass dank dem interativen Entwicklungsverfahren die Analysefunktionen des Tools noch vor der offiziellen Fertigstellung verwendet werden konnten. Dadurch liess sich bereits im Mai 2019 ein Projektierungsfehler erkennen und beheben. Christopher Kennepohl, ATG-Leiter Betriebs-Prozesse, meinte nach einer Tool-Demo am 9. Mai 2019: «Warum hatten wir dieses Tool nicht schon beim Gotthard-Basistunnel-Projekt?» Wir denken, alles richtig gemacht!

 

Geht es weiter?

 

DAMA wurde erfolgreich mit den Daten des Ceneri-Basistunnels in Betrieb genommen. Das Tool ist vorbereitet, auch die Daten des Gotthard-Basistunnels ins Tool aufzunehmen. Ziel ist es, die Datenstruktur einfacher und schneller analysieren zu können, sowie Anpassungen besser zu koordinieren und die Projektierungsqualität zu verbessern.

 

Mit dem aufgebauten Webtechnologie-Know-how ist Siemens Mobility künftig in der Lage, Cloud-basierte Applikationen noch effizienter, sicherer und günstiger zu entwickeln. 

 

Picture credits: © AlpTransit Gotthard AG