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Forschungsstelle
ASTRA SBT
Projektnummer
VSS2009/901
Projekttitel
Experimenteller Nachweis des vorgeschlagenen Raum- und Topologiemodells für die VM-Anwendungen in der Schweiz (MDA Trafo) (Validation expérimentale du modèle de repérage spatial et topologique proposé pour les applications de la GTT en Suisse
Projekttitel Englisch
Experimental verification of the proposed space and topology model for the TM applications in Switzerland (MDA Trafo)

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Schlüsselwörter
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Kurzbeschreibung
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Projektbeschreibung
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Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser
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Methoden
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Spezielle Geräte und Installationen
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Allgemeiner Stand der Forschung
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Projektziele
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Forschungsplan
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Umsetzung und Anwendungen
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Berichtsnummer
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Literatur
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Deutsch)

Verkehrstelematik, Datenaustausch, Raum- und Topologiebezug, Multimodalität, Verkehrsdaten, modellbasiertes Vorgehen, INTERLIS

Schlüsselwörter
(Englisch)

Intelligent transportation systems, data exchange, spatial and topological reference, multimodality, traffic data, model-driven approach, INTERLIS

Kurzbeschreibung
(Deutsch)

Das in der Norm SN 671'941 definierte Gesamtmodell der Koordinatensysteme und Transformationen soll für praktischen Einsatz konkretisiert werden. Das Vorgehen hierzu ist in drei Arbeitspakete unterteilt:

AP1: Grundlagen der signifikanten Anwendungen der Verkehrstelematik beschaffen. Für den experimentellen Nachweis ist ein Autobahnabschnitt mit Anschlüssen auszuwählen.

AP2: Konzept und Implementierung eines Prototyps mit linearen, planaren und topologischen Bezugsystemen samt den Transformationen für das Testgebiet. Als Basis dient der Prototyp aus dem Forschungsprojekt VSS2007/902. Parallel dazu werden die Daten auf dem ausgewählten Autobahnabschnitt bei den Betreibern der Anwendungen der Verkehrstelematik beschafft.

AP3: Einsatz des Prototyps in verschiedenen Szenarien für das Beispielgebiet des Autobahnabschnitts und Auswertung der Ergebnisse. Darauf basierend werden Vorschläge für die Umsetzung auf dem gesamten schweizerischen Strassennetze erarbeitet.

Kurzbeschreibung
(Englisch)

The standard SN 671'941 has defined the overall model for the transformations between coordinate systems and will be further clarified for practical use. This approach is divided into three work packages:


WP1: Basics of the significant applications of the Traffic Management. This WP will select a test area (complex motorway with junctions) for the practical analysis.


WP2: Concept and implementation of a prototype with the procedure of transformation (linear, planar and topological) applied to the test area. The prototype developed in the research project VSS2007/902 will serve as a basis. In parallel, the data on the test area will be provided by the service operator of traffic management.


WP3: Application of the prototype in different use cases based on the test area, and analysis of results. This WP will elaborate proposals for the implementation on the entire Swiss road networks.

Projektbeschreibung
(Deutsch)

Die heutigen Anwendungen der Verkehrstelematik in der Schweiz werden in der Regel als isolierte Systeme betrieben. Jedes dieser Systeme ist selber für die Beschaffung der Daten verantwortlich. Mit dem vermehrten Bedürfnis an die Vernetzung der Systeme entstehen gleichzeitig hohe Anforderungen an den Datenaustausch und an die Transformationen der Sensoren, Einrichtungen und Ereignisse im Strassenraum.

Beim aktuellen Forschungsprojekt VSS 2009/901 geht es schon darum, aufzuzeigen, dass und wie das Gesamtmodell für Referenzsysteme und Transformationen aus der Norm 641971 in der Praxis einsetzbar ist. Das war bereits geplant parallel zur Ausarbeitung der Grundlagen für diese Norm im Projekt VSS 1999/261, wurde damals hingegen nicht gestartet. Neu kommt jetzt aber dazu, dass diese Praxisevalua­tion modellbasiert erfolgt. Nach der Methode, die sich im Projekt VSS 2007/902 bewährte, um heterogene Schnittstellen der SVT in den Griff zu bekommen, soll auch die Praxis der heterogenen Referenzsysteme und der nötigen Transformationen bearbeitet werden. Dazu gilt es insbesondere auch noch die konzeptionellen Schemasprachen UML und INTERLIS zu erweitern um Sprachelemente zur Beschreibung der im RBBS verwendeten (kurvi-)linearen Koordinatensysteme.

Die Forschungsarbeit wird in die folgenden drei Pakete unterteilt.

In Arbeitspaket 1 (AP1) sind die Grundlagen der signifikanten Anwendungen der Verkehrstelematik zu beschaffen. Es ist darauf zu achten, dass die drei Klassen von Bezugssystemen linear (z.B. RBBS), planar (z.B. Landeskoordinaten) und topologisch (z.B. TMC, RADEF) vertreten sind. Weiterhin ist eine Analyse über den Stand der Technik zur Definition und Realisierung von Koordinatensystemen und Transformationen zwischen diesen für die Strassenverkehrstelematik in der Schweiz durchzuführen sowie über den Stand der entsprechenden internationalen Forschungs- und Normierungsarbeiten. Für den experimentellen Nachweis ist ein Beispielgebiet auszuwählen, das signifikante Anwendungen der Verkehrstelematik abdeckt unter Berücksichtigung der in der Zielsetzung erwähnten SVT-Normen. Aus der Abklärung der Bedürfnisse der wesentlichen VM-Dienste werden die Anwendungen der Verkehrstelematik ausgewählt, die für den experimentellen Nachweis genutzt werden. In AP1 werden INTERLIS Sprachelemente erarbeitet für die konzeptionelle Definition der linearen und topologischen Systeme)

Arbeitspaket 2 (AP2) beinhaltet die Umsetzung des Gesamtsmodells in dem die linearen, planaren und topologischen Bezugssysteme inklusive der Transformationen in einem Prototyp implementiert werden. Dieses geplante Demonstrator-Programm ist eine Erweiterung des bereits für das Projekt VSS 2007/902 entwickelten Demonstrators (siehe Beziehungspfeil zwischen VSS 2007/902 und VSS 2009/901 im Abschnitt Stand der Forschung) und wird zeigen, dass die modellbasierte Beschreibung der Praxis auch einfachen Zugang zur digitalen Bearbeitung eröffnet. Das Programm steht nach Abschluss des Forschungsprojektes open source zur Verfügung, z.B. für die Realisierung eines neuen oder für die Ergänzung eines bestehenden Transformationsdienstes..
Parallel dazu werden die Daten im ausgewählten Beispielgebiet bei den Betreibern der Anwendungen der Verkehrstelematik beschafft. Es ist beabsichtigt, sowohl statische Daten (z.B. unterschiedliche Beschreibungen des Verkehrsnetzes), dynamische Daten (z.B. Ereignisse auf dem Strassennetz) als auch statistische Daten (z.B. Verkehrsdaten) zu berücksichtigen. Für den experimentellen Nachweis werden verschiedene Einsatzszenarien definiert, die in AP 3 durchgespielt werden.

Das Arbeitspaket 3 (AP3) dient dem Durchspielen der definierten Einsatzszenarien sowie der Bestimmung der Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes des Gesamtmodells gemäss SN 671'941 in der SVT. Daraus werden Schlussfolgerungen hinsichtlich der Umsetzung des Gesamtmodells für den Einsatz auf dem gesamten schweizerischen Strassennetz für SVT-Anwendungen erarbeitet. Die Resultate des Forschungsprojekts werden in einem Bericht zusammengefasst. Sie dienen als Grundlage für die allfällig später folgende Norm "Verwendung eines Gesamtmodells für die Koordinatentransformation, angewandt auf die Standards der Strassenverkehrstelematik".
Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser
(Deutsch)

Die Hauptnutzniesser der Forschungsarbeit sind:

- Die Dienste und die wesentlichen Funktionen des Verkehrsmanagements welche georeferenzierte Daten benötigen

- Die Anwendungen im Bereich des Verkehrsdatenverbunds für VM-CH

- Die Standardisierung und Normierung von Bezugsystemen und Transformationen

- Das ASTRA als Betreiber und Ersteller der Infrastruktur NS, welches bestehende Infrastruktur auf der NS aus den Kantonen übernommen hat.

Die Kantone und Städte (z.B. DAV Stadt Zürich)
Methoden
(Deutsch)
Einsatz des modellbasierten Vorgehens (Model Driven Approach MDA).
Überprüfung des Gesamtmodells aus der Norm SN 671'941 durch Anwendung eines Prototyps
Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
Keine.
Allgemeiner Stand der Forschung
(Deutsch)

Das beantragte Forschungsprojekt baut direkt auf den folgenden Ergebnissen auf:

· VSS 1999/261 Architektur und Zeitaspekte von SVT Daten, Forschungsbericht Dezember 2005 (# 1149) enthält die Grundlagenarbeit für die Norm SN 671941, deren Gesamtmodell für Referenzsysteme und Transformationen Gegenstand des Projektantrages ist. Von VSS 1999/261 gilt es u.a. zu übernehmen, welche Anwendungsbereiche wie zum Gesamtmodell beigetragen haben.

· VSS 2002/706: NAVAROU – Potentiel d’utilisation des données routières de la navigation automobile pour l’entretien routier, mars 2008. Hier sind u.a. die Transformationen zwischen den Referenzsystemen der Autonavigationssysteme (GDF) und dem RBBS analysiert.

· VSS 2007/902: Einsatz modellbasierter Datentransfernormen in der Strassenverkehrstelematik am Beispiel der Verkehrsdaten, Forschungsbericht April 2009. Davon kann u.a. die modellbasierte Methode und der implementierte Demonstrator-Prototyp übernommen und ergänzt werden um Referenzsysteme und Transformationen.

Ferner liefern die geplanten Arbeiten wesentlichen praktischen Input für das folgende Forschungspaket:

· VSS 2009/709 gemeinsames Forschungspaket EK 7.03 / EK 9.03: Nutzensteigerung für die Anwender des Strasseninformationssystems. Dieses Forschungspaket wird theoretisch grundsätzlich folgende Themen klären: "Concepts de transformations entre systèmes de repérage" (#130), "Etude des conditions des transformations sémantiques avec conservation de propriétés" (#131). "Etude du repérage spatial dans les voies de circulation" (#132) etc. Dazu liefert unser beantragtes Projekt VSS 2009/901 durch die systematische modellbasierte Analyse der praktischen Situation bei Referenzsystemen und Transformationen wesentlichen Praxisinput. Es ist daher wichtig, unser Projekt rasch und vor dem Forschungspaket zu starten.

Die folgende Figur liefert eine grafische Übersicht über die Vernetzung des beantragten Projektes mit bestehenden und geplanten Forschungsprojekten des VSS sowie mit bereits bestehenden und geplanten Normen:

siehe Tabelle unten

Zugehörige Dokumente
Projektziele
(Deutsch)

Vor den Projektzielen kurz einige Erläuterungen und Beispiele zu den verwendeten Begriffen:

Zur Lokalisierung von Sensoren, Einrichtungen und Ereignissen im Strassenraum braucht es Referenzsysteme. Für eine Staumeldung genügt es zu wissen, zwischen welchen Knoten des Strassennetzes der Stau ist (z.B. zwischen der Raststätte Stalvedro und dem Gotthard Südportal). Ein Referenzsystem, das solche Ortsangaben wie „zwischen“, „neben“, „in der Nähe von“ ermöglicht heisst topologisches Referenzsystem. Einen Belagsdefekt oder eine Baustelle möchte man präziser lokalisieren (z.B bei km 17.35 der Nationalstrasse N4). Ein solches Referenzsystem mit Hilfe der Strassenachse nennt man lineares (genau: curvilineares) Referenzsystem. Damit ein Rettungshelikopter den Unfallort findet, muss dieser Ort auf der Landeskarte eingetragen werden können, dazu benötigt man die Landeskoordinaten des Unfallorts (z.B. 642311.5 / 221768.2). Das Referenzsystem der Landeskoordinaten ist ein Beispiel für ein sog. planares Referenzsystem. Von jedem der drei Referenzsystem-Typen (topologisch, linear, planar) gibt es je verschiedene Ausprägungen in der Praxis. Die Norm SN641971 enthält eine Übersicht der Referenzsysteme, genannt „Gesamtmodell“. Ein Referenzsystem wird auch Koordinatensystem oder Bezugssystem genannt.

Möchte man nun beispielsweise Informationen zur Strasse, die in verschiedenen Referenzsystemen lokalisiert sind (z.B. eben Staumeldungen und Baustellen und Unfälle) gemeinsam auf einer Übersichtskarte darstellen, dann müssen alle Lokalisierungen umgerechnet werden ins Referenzsystem dieser Übersichtskarte. Eine solche Umrechnung heisst (Koordinaten-) Transformation. Im „Gesamtmodell“ der Norm SN641971 sind auch alle möglichen Transformationen zwischen Referenzsystemen enthalten

Genau gesagt enthält das „Gesamtmodell“ von SN641971 nur Referenzsystem- und Transformations-Typen gemäss theoretischen Überlegungen. Das beantragte Forschungsprojekt will nun zunächst systematisch analysieren und beschreiben, was in der Praxis an Referenzsystemen und Transformationen effektiv im Einsatz ist. Dabei soll diese Beschreibung nicht nur in Umgangssprache erfolgen, sondern präzis und system-unabhängig mit einer konzeptionellen Beschreibungssprache, d.h. mit einer Art Programmiersprache. Dieses sogenannte modellbasierte Vorgehen hat sich im Forschungsprojekt VSS 2007/902 bereits bewährt, um die heterogen strukturierten Daten verschiedener Systeme der SVT präzis zu beschreiben (man sagt auch: zu modellieren), zu prüfen, zu harmonisieren und zusammenzuführen, ohne an den Systemen selbst sofort etwas ändern zu müssen. Mit derselben Methode will das beantragte Projekt die Vielfalt praktischer Ausprägungen der Referenzsystem- und Transformations-Typen „in den Griff bekommen“. Damit wird einerseits gezeigt, dass und wie das „Gesamtmodell“ die Praxis beeinflusst. Andererseits entsteht dabei eine breite praktische Erfahrungsbasis, auf die sich die weitergehenden Detailstudien des Forschungspakets VSS 2009/709 abstützen können. (Weitere Details dazu siehe Abschnitte „Stand der Forschung“ und „Umsetzung / Anwendung“.)

Damit zu den Forschungszielen:

Es gilt aufzuzeigen, dass und wie das Gesamtmodell für Referenzsysteme und Transformationen in der Praxis eingesetzt ist, das in der Norm SN 671'941 «Strassenverkehrstelematik Referenzierung für Verkehrsdaten und Verkehrsinformationen» definiert ist. Dieses Ziel kann in die folgenden Teilziele gegliedert werden:

· Analyse und präzise Beschreibung praktischer Ausprägungen der im Gesamtmodell der Norm SN 671'941 definierten Typen von Referenzsystemen und Transformationen anhand praxisnaher Datenaustauschprozesse mit Daten aus der Realität. Insbesondere sind hier die Datenaustauschprozesse zwischen allen beteiligten Systemen und organisatorischen Einheiten über alle Ebenen des Verkehrmanagements hinweg zu betrachten, z.B. wenn automatisch erfasste Verkehrsereignisse im Referenzsystem X zur Verbreitung via Radio in ein Referenzsystem Y transformiert werden müssen.
Hierzu sollen Transformationen zwischen Referenzsystemen mit Daten gemäss den Normen der SVT (GDF, Alert-C, TPEG,...) aus signifikanten Anwendungen der Verkehrstelematik durchgeführt werden.
Mit diesem Schritt soll die Interoperabilität der Referenzsysteme aufgezeigt werden, d.h. dass auch in der Praxis Transformationen existieren zwischen Referenzsystemen vom linearen (z.B. RBBS), planaren (z.B. Landeskoordinaten) und topologischen Typ (z.B. TMC, RADEF) .

· Aufzeigen der Möglichkeiten und Grenzen des modellbasierten Vorgehens zum Schaffen der datentechnischen Voraussetzungen für automatische Koordinatentransformationen zwischen verschiedenen Referenzsystemen. Dabei sollen die nötigen Algorithmen im modellbasierten Vorgehen bei der semantischen Transformation integriert werden.

· Herstellen des Bezugs zu den internationalen Normen (ISO 14825 GDF, ISO 19111 Coordinate Reference Systems, ISO 19148 Linear Reference Systems, ISO 17572 1,2,3 ITS Location referencing gemäss VSS 671941)

Erarbeiten der Grundlagen für die vorgesehenen Normen 671941-1 und 671941-2.

Projektziele
(Englisch)

It has to be shown, that and how the general model for reference systems and transformations defined in the standard VSS 671941 is practically be applied. This goal can be divided in three parts:

§ Analyze and precisely describe practical realizations of the reference system and transformation types given by the general model according the standard VSS 671941 by means of practical data exchange processes and the use of real data. This task has to take into account the data exchange processes between all the concerned systems and organizational units across all levels of the traffic management, e.g., if automatically recorded traffic events in reference system X have to be distributed by radio and therefore need to be transformed in a reference system Y.
To achieve this, transformations between reference systems have to be analyzed for data according to the standards (like GDF, Alert C, TPEG,...) of significant applications of intelligent transportation systems (ITS).
With this step, the interoperability of reference systems will be demonstrated, i.e. in practice as well there exist transformations between reference systems of linear (like RBBS) , planar (like Swiss coordinates) and topological type (like TMC, RADEF).

§ Explain the possibilities and limitations of model-driven approach for the automation of coordinate transformations between different spatial reference systems and topology systems. In this step, the adequate algorithms for the semantic transformation should be integrated.

§ Link this research with the international standards (ISO 14,825 GDF ISO 19111 Coordinate reference system, ISO 19,148 Linear Reference Systems, ISO 17572 1,2,3 ITS location referencing according VSS 671941)

Propose the basics for the future standards 671941-1 and 671941-2.
Forschungsplan
(Deutsch)

Gemäss den obigen Abschnitten Zusammenfassung und Projektbeschreibung gibt es 3 Arbeitpakete:

AP1: Grundlagen der signifikanten Anwendungen der Verkehrstelematik beschaffen:
Start:2010-02-01, Zwischenbericht: Ende April 2010

AP2: Konzept und Implementierung eines Prototyps mit linearen, planaren und topologischen Bezugsystemen samt den Transformationen für das Testgebiet
Start: 2010-04-15 / Zwischenbericht: Ende Juli 2010

AP3: Einsatz des Prototyps in verschiedenen Szenarien für das Beispielgebiet des Autobahnabschnitts und Auswertung der Ergebnisse
Start: 2010-07-12 / Schlussbericht: Ende Oktober 2010

(Plan1 siehe unten)

Zugehörige Dokumente
Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)

In der SVT kommen heute verschiedene Koordinatensysteme zum Einsatz, die in der zukünftigen Systemwelt im Einsatz insbesondere auf der Nationalstrasse in einen direkten Bezug zueinander gesetzt werden müssen. Die bestehende Norm SN 671'941 zeigt in der Theorie, wie dieser Bezug zwischen bestehenden Koordinatensysteme in einem Gesamtmodell stattfindet.

Die vorliegende Forschungsarbeit soll zusammenstellen, welche Probleme mit Referenzsystemen und Transformationen es in der Praxis der SVT gibt, und aufzeigen, ob und wie der theoretische Ansatz des Gesamtmodells aus der Norm zu deren Lösung einzusetzen ist. Hier einige Beispiele für Systeme und Transformationen:

· RBBS ? Landeskoordinaten gemäss MISTRA Service (tote Winkel, Referenzachsen)

· GDF ? Landeskoordinaten (Navigationssysteme)

· RADEF ? Landeskoordinaten / RBBS

· GEWI-TIC ? Landeskoordinaten / RBBS (Polizeimeldungen)

· Bei der modellbasierten Vernetzung heterogener SVT-Systeme im Projekt VSS 2007/902 zeigte sich die Schwierigkeit, die massgebenden (kurvi-) linearen Referenzsysteme und ihre Achsen zu finden, um z.B. Sensorpositionen festzulegen. (Polizeikilometer? Unterhaltsachsen?)

Details werden im Rahmen des beantragten Projektes zu erarbeiten sein. Hierzu wird auf die Grundlagen aus den Forschungsprojekten VSS1999/261 und VSS2007/902 zurückgegriffen. Die dortigen Erfahrungen werden genutzt und die dort eingesetzten Methoden weiterentwickelt. Die neuen Erkenntnisse bilden die Basis für Normen zum Einsatz des Gesamtmodells aus SN 671’941 in der Praxis. Der Prototyp steht zur Verfügung z.B. für die Realisierung eines neuen oder für die Ergänzung eines bestehenden Transformationsdienstes.

Konkreter Bedarf seitens VM:

Aktuell werden im Rahmen des Projekts SA-CH neue Vorgaben für den Aufbau des zukünftigen Gesamtsystems auf der Nationalstrasse entwickelt. Im Projekt VM-CH werden mit der Entwicklung der Integrierten Applikationen (INA) zukünftige Anwendungen im Bereich des Verkehrsmanagements entwickelt. Praktisch in jedem neuen Anwendungsbereich werden zukünftig Koordinatentransformationen benötigt, da - mindestens in einer Übergangsphase, die sich voraussichtlich über mehrere Jahre erstrecken wird (Ablösezyklus der VM-Anlagen entlang der Strecke i.d.R. 15 Jahre) - bestehende Systeme aus der Fläche in das neue Gesamtsystem integriert werden müssen.

Beispiele:

· Darstellung der vorliegenden Meldungen aus den verschiedenen Quellen, die unterschiedliche Koordinaten verwenden, auf einer schweizerischen Landeskarte.

· Auswertung der vorliegenden Verkehrsmeldungen auf die Kapazitätsermittlung des betroffenen Streckenabschnitts. Auch hierzu ist die Referenzierung nach einem gemeinsamen Koordinatensystem erforderlich.

· Nutzung der automatischen Koordiantentransformation für die Einbindung heute bestehender Systeme mit u.U. veralteten Bezugssystemen auf ein neues Bezugssystem.

Überführung der vorliegenden Inventardaten der offenen Strecke der Nationalstrasse, die im Rahmen der Inventarisierungen in Landeskoordinaten erfasst werden, in das innerhalb MISTRA geltende RBBS-Format.
Berichtsnummer
(Deutsch)
1421
Literatur
(Deutsch)

· Bericht der Konzeptphase von VM-CH Teilprojekt 4 „Nationaler multimodaler Verkehrsdatenver­bund“

· Forschungsbericht „SYRROU Systèmes de repérage spatial des données routières“ VSS 1999/10, Mai 2000 (# 452)

· Forschungsbericht „AGRAM Étude de l’acquisition d’une géométrie de référence des axes de maintenance“ VSS 2000/362, April 2003 (# 1047)

· Forschungsbericht „Architektur und Zeitaspekte von SVT Daten“ VSS 1999/261, Dezember 2005 (# 1149)

· Forschungsbericht „Datenverarbeitung für eine verkehrsträgerübergreifende Mobilitätssteuerung“ VSS 2003/901

· Forschungsbericht „Einsatz modellbasierter Datentransfernormen in der Strassenverkehrstelematik am Beispiel der Verkehrsdaten“ VSS 2007/902

· Gnägi H.R., B. Späni „Systemunabhängige Daten- und Anwendungsmodellierung“, Kapitel im Buch von R. Bill, R. Seuss, M. Schilcher „GIS in Kommunen - Basiswissen und Leitfaden“, Wichmann Verlag, 2002

· ISO Normen: ISO 14825 GDF, ISO 19111 Coordinate Reference Systems, ISO 19148 Linear Reference Systems, ISO 17572 1,2,3 ITS Location referencing

· SNV Norm SN 612031 „INTERLIS 2, Modellierungssprache und Datentransfermethode (V2.3)“, Kapitel 1 Grundprinzipien. SNV, Winterthur, April 2006. Siehe auch www.interlis.ch

· Vorgaben und Vorgehen zur Bewertung des Forschungsprojektes durch EK9.03

· VSS Norm 671 941 „SVT Referenzierung für Verkehrsdaten und Verkehrsinformationen“

VSS Normentwurf 671 951 „SVT - Funktionale Systemarchitektur“, Mai 2008 (V 16)