Basistechnologien für die intermodale Nutzungserfassung im Personenverkehr

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: VSS2009/903
• Projekttitel Englisch: Basic technologies for use in the detection of passengers

Schlüsselwörter (Deutsch)

Nutzungserfassung, Mobiltelefonie, Road pricing, Near Field Communication (NFC), RF-Technologien

Schlüsselwörter (Englisch)

Billing, mobile telephony, road pricing, Near Field Communication (NFC), RF technologies

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die elektronische intermodale Nutzungserfassung im Personenverkehr ist ein hochaktuelles Thema mit vielen Facetten. Auf der Strasse (Bsp: Road Pricing, P+R, LSVA), der Schiene (Bsp: E-Ticketing), im Wasser und in der Luft verspricht sie Vorteile bezüglich Komfort, Sicherheit, Kosten, Steuerung und Planung.

Neue Technologien werden in der Zukunft noch bequemere und effizientere Lösungen ermöglichen. Vor allem in der Drahtloskommunikation tauchen Neuerungen fast täglich auf, verschwinden meistens allerdings ebenso schnell. Technologien und Lösungen für die Nutzungserfassung im Personenverkehr müssen sich auf Dauer bewähren, grenzüberschreitend zusammenspielen, mit internationalen Standards konform sein und regulatorischen Anforderungen genügen.

Die Planung, Konzipierung und Entwicklung sowie auch die Beurteilung von Lösungen erfordern eine profunde Kenntnis der heute und in absehbarer Zukunft verfügbaren Technologien sowie auch der Anforderungen von Nutzern, Betreibern und Systemlieferanten. Nur so lassen sich kostspielige Chancen und Risiken abschätzen und Fehlentscheidungen vermeiden. Synergien können erkannt und genutzt werden.

Unser Projekt wird dazu eine Wissensbasis und Grundlagen schaffen, insbesondere

· Eine Systematik der Nutzungserfassung ausarbeiten,

· Eine Übersicht über relevante Technologien und Lösungsansätze erstellen,

· Ihre Funktionsweisen, technischen und ökonomischen Charakteristiken erläutern und bewerten,

· Die Anforderungen und Sichtweisen von Nutzern, Betreibern und Systemlieferanten eruieren,

· Einflussfaktoren wie z.B. die Standardisierung und Regulation darstellen.

Auf Basis dieser Ergebnisse soll aufgezeigt werden, wie diese unterschiedlichen Systeme und Lösungen zu einem einheitlichen, kompatiblen intermodalen Lösungsansatz zusammengeführt werden können. Es gilt zu verhindern, dass parallel unterschiedliche, inkompatible Systeme aufgebaut werden.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Electronic data capture and tracking in public passenger transportation is a hot topic with numerous facets, benefitial for convenience, safety, costs, control and planning of road, rail, ship and air traffic.

Solutions of most different types already exist, as the following examples are demonstrating.

New technologies will foster even more convenient and efficient solutions in the future. Particularly in wireless communications innovations appear almost daily, in most cases just to disappear as rapidly. Technologies and solutions for the data capture and tracking in public passenger transportation must be durable, cross-border interoperable and compliant with International Standards and regulatory requirements.

For the planning, design and development of solutions and the assessment of opportunities and risks profound knowledge of today's and tomorrow's technologies as well as of customer, operator and manufacturer requirements is needed.

Our project is to create a knowledge base and foundations, especially

· • A systematic of possible types of electronic data capturing and tracking in multi-modal public passenger transportation.

· Identification of technologies and technical approaches.

· Investigation of user, operator and manufacturer requirements.

· Assessment of influencing factors such as standardization, regulation a.s.f.

From the results it will be derived, how this variety of systems and solutions can be merged to a consistent, compatible intermodal solution. It must be prevented that heterogenous, incompatible systems are introduced in parallel.

Projektbeschreibung (Deutsch)

Die Erfassung der Nutzung von Verkehrmitteln und der Verkehrsinfrastruktur durch den Verkehrsteilnehmer muss in Zukunft effizient und automatisch erfolgen. Dabei müssen Bequemlichkeit, Vollständigkeit, Sicherheit und Effizienz gewährleistet sein. Elektronische Nutzungsdaten werden benötigt für die Gebührenerhebung, die Systemsteuerung, die Statistik, die Planung u.a.m.

Lösungen unterschiedlichster Art sind heute schon Realität, wie die folgenden Beispiele zeigen. Japan hat mit durchschlagendem Erfolg e-Ticketing im Öffentlichen Verkehr mit Kontaktloskarten und Mobiltelefonen eingeführt und bereits auf weite Landesteile verbreitet. Auch in der Schweiz und unseren Nachbarländern sind regional schon ähnliche Lösungen in Betrieb, und die Verkehrsbetriebe befassen sich intensiv mit dieser Thematik. Eine interessante Alternative basierend auf QR-Codes verfolgen konsequent die SBB. Tickets werden auf Papier ausgedruckt oder auf dem Handy-Bildschirm dargestellt und vom Zugebegleiter mit dem ZGB-II gelesen und geprüft.

In zahlreichen Ländern (z.B. USA, Frankreich, UK, Schweden) wird die Nutzung der Strasseninfrastruktur mit RFID-Transpondern erfasst. Die Schweiz hat ein elektronisches System für die LSVA mit grossem Erfolg eingeführt.

Unter der Führung der IATA haben die Fluggesellschaften eine andere Art von e-Tickets, sogenannte On-Line-Tickets, eingeführt, welche die bisherigen Wertzeichen vollständig ersetzen. Der Reisende weist sich am Check-In aus und erhält seine Einsteigekarte.

Für die elektronische Nutzungserfassung gibt es eine breite Palette von Technologien, wie z.B. Kontaktloskarten, Near Field Communication, RFID-Transponder, WiFi, GPS usw. Neue Technologien kommen laufend dazu und verdrängen ihre Vorgänger. Heute vorrangige Technologien sind morgen überholt und unökonomisch.

Bei der Planung, Konzipierung und Entwicklung von Lösungen für die Nutzungserfassung ist die Kenntnis der bestehenden Technologie-Palette und ihrer absehbaren Entwicklung unerlässlich, da Fehlentscheidungen bei der Technologiewahl teuer zu stehen kommen. Nur ein weitreichender Überblick ermöglicht es, Lösungen für die Nutzungserfassung so zu planen und zu konzipieren, dass sie mit der Technologieentwicklung Schritt halten können und nicht in eine Sackgasse führen.

Nutzer, Betreiber und Systemlieferanten haben unterschiedliche Bedürfnisse, Präferenzen und Sichtweisen, mit denen verschiedene Technologien und Lösungsansätze in unterschiedlicher Weise harmonieren. Daraus ergeben sich Anforderungen an Lösungen für die Nutzungserfassung, welche über Akzeptanz und Erfolg entscheiden.

Bei der Planung, Konzipierung und Entwicklung von Lösungen für die Nutzungserfassung muss man sich dieser Faktoren wohl bewusst sein, damit nicht Lösungen entstehen, welche von den einen oder anderen Partnern abgelehnt werden.

Das Projekt soll als Grundlage für die Planung, Konzipierung und Entwicklung von Lösungen für die Nutzungserfassung sowie für die Beurteilung von Lösungsansätzen folgendes erarbeiten:

1. Systematik der Nutzungserfassung

· System-Umgebungen, in welchen Nutzungsdaten zu erfassen sind

· Art und Umfang der zu erfassenden Daten

· Verwendungsarten der erfassten Daten

· Erfassungsmethoden

· Kriterien der Nutzer, Betreiber und Systemlieferanten

2. Systematik der Technologien und Lösungsansätze für die Nutzungserfassung

· Technologie-Kategorien und Funktionsprinzipien

· Aktuelle Technologien und Entwicklungstrends

· Standardisierung und Regulation

· Technische und ökonomische Charakteristiken und Parameter

· Erfüllungsgrad der Kriterien von Nutzern, Betreibern und Systemlieferanten

3. Aufzeigen von Lösungsansätzen für die Systemspezifikation

· Beschreibung der Synergien

· Empfehlung für die Wahl der Technologie

· Definition der Systemarchitektur

· Beschreibung der Schnittstellen

Der Schlussbericht beschreibt Technologien und Trends, zeigt verborgene Gesetzmässigkeiten und Abhängigkeiten auf, weist auf Risiken hin und gibt konkrete Empfehlungen für die Umsetzung. Er stützt sich auf Internet-Recherchen, Publikationen und Reports, Interviews mit Fachleuten und die eigene Expertise im Bereiche der Technologie-Strategie und –Standardisierung.

Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser (Deutsch)

Unsere Studie richtet sich an die Entscheidungsträger im privaten und öffentlichen Verkehr. Sie gibt ihnen einen Überblick über die komplexe Thematik der elektronischen Nutzungserfassung und dient als Grundlage für die Diskussion und Planung heutiger und künftiger Projekte. Dazu soll die Studie auch konkrete Empfehlungen zur Systemarchitektur und Wahl der Technologie abgeben.

Ein zusätzlicher Nutzen ist nach der praktischen Umsetzung der Forschungsresultate. Die Ergebnisse der Anwendungen können benutzt werden in der Einsatzplanung, zum Beispiel beim öffentlichen Verkehr, bei der Bestimmung des Auslastungsgrades der Strasseninfrastruktur oder auch zur Erfassung von Nutzerketten im intermodalen Reiseverkehr.

Methoden (Deutsch)

Phase A, Technologische Grundlagen und Lösungsansätze

In einem ersten Schritt werden die technologischen Lösungsansätze und Forschungsarbeiten untersucht zum Thema. Dabei werden vor allem die Bereiche GSM/UMTS, near field communication (NFC), radio frequency identification (RFID), Tracking und Sicherheit untersucht.

Die Drahtloskommunikation wird von ISO/IEC, ITU-T, ETSI, Ecma, IEEE und weiteren Organisationen standardisiert. Im Umfeld dieser Organisation findet man daher Information über die Technologien, welche in 5 Jahren standardisiert und in 10 Jahren flächendeckend verbreitet sind.

Relevant sind insbesondere:

· Kontaktlose Chiptechnologie (ISO 18092, ISO 14443, ISO 15693). Stichworte: Charakteristiken, Gemeinsamkeiten und Unterschiede, Stand und künftige Entwicklungen.

· Chipkarten mit 14443 und/oder 15693-Schnittstelle. Stichworte: Architektur, Kombinationen mit anderen Chips und Funktionen, Verbreitung, Interoperabilität.

· Mobiltelefone mit NFC-Schnittstelle und Verbindung zum Mobilen Internet. Stichworte: NFC, Architektur, Stärken und Schwächen, voraussichtliche Verbreitung.

· Tracking. StichworteTracking auf Grund der Netzwerkzellen, mit GPS, mit anderen Mitteln (z.B. Vicinity), Zuverlässigkeit, Kosten, Verbreitung.

· Mobile Konnektivität. Stichworte: Entwicklung der Bandbreiten, Kosten, Verbreitung.

· Transaktionsverarbeitung. Stichworte: Entwicklung der Kapazitäten und Kosten, Vor- und Nachteile zentraler und dezentraler Architekturen.

Sicherheit ist ein integrierender Bestandteil jeder Dienstleistung und jedes Produktes. Die Nutzungserfassung birgt spezifische Risiken, die hier analysiert werden sollen.

· Chip-Technologie: Stichworte. Physische Sicherheit, Dauerhaftigkeit, Transaktionssicherheit, Multi-Applikations- und Key Management. Stand der Technik, Trends, Anforderungen.

· Kontaktlose Chiptechnologie. Stichworte: Drahtlose Datenübermittlung, Aktivierung, Privatsphäre. Stand der Technik, Trends, Anforderungen.

· Mobiltelefone. Stichworte: NFC-Schnittstelle, Netzwerk, User Interface, SW und Programmierung, SIM und SIM-Applikationen, Gerätemanagement, SIM-Management, Multi-Applikations- und Key Management. Stand der Technik, Trends, Anforderungen.

· Tracking. Stichworte: Zuverlässigkeit und Eindeutigkeit, Aktivierung/Deaktivierung, Datenschutz. Stand der Technik, Trends, Anforderungen.

· Transaktionssystem. Stichworte: Betriebssicherheit, Sabotage, Datenschutz. Stand der Technik, Trends, Anforderungen.

· Normierung: Entstehung, Arten, Bedeutung und Grenzen von Normen, Normierungs-Organisationen.

· Einschlägige Normen und Spezifikationen: Auflistung, Diskussion und Bewertung, Stand, voraussichtliche Entwicklung

Phase B, Bestandsaufnahme und Anforderungen aus Anwender- und Betreibersicht

In dieser Phase müssen die Anforderungen an Nutzungserfassungs-Systeme aus Sicht der Betreiber aufgenommen werden. Dies kann durch gezielte Interviews erfolgen. Als Rahmenbedingungen müssen die möglichen Anwendungsfelder bestimmt werden. Dabei sind auch zukünftige Anwendungen einzubeziehen. Daneben müssen jedoch auch die Lösungsansätze beurteilt werden.

Die Lösungsansätze werden am Anforderungskatalog gemessen. Insbesondere werden auch folgende Aspekte berücksichtigt:

· Useability. Sicht der Reisenden, Sicht des Betriebspersonals, Sicht der Unternehmen.

· Kosten. Entwicklung, Einführung, Betrieb.

· Interoperabilität. Direkter Verkehr, Kompatibilität mit bestehenden bzw. geplanten Lösungen, grenzüberschreitende Interoperabilität, Zukunftssicherheit.

· Qualität und Sicherheit. Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Betrugssicherheit, Sabotagesicherheit.

· Datenschutz und Privatsphäre. Datenverwendung, Zugangskontrolle, Persönlichkeitsschutz.

· Umsetzbarkeit. Vorgehen, technische und organisatorische Massnahmen für die Umsetzung.

· Akzeptanz. Betreibersicht, Kundensicht.

Die Erfahrungen aus Feldversuchen und laufenden Projekten werden auch in diese Phase einfliessen. Die praktischen Erfahrungen der Betreiber werden erfragt:

· Bestehende Lösungen verschiedener Verkehrsbetriebe und Infrastrukturbetreiber werden beschrieben. Lösungsbeschreibung, History, Mengengerüst, Erfahrungen, Ausbaupläne.

Phase C, Konzept und Formulierung der Empfehlungen, Schlussbericht und Präsentation

Die Ergebnisse der vorangehenden Phasen werden ausgewertet und konsolidiert. Es werden konkrete Empfehlungen formuliert für die Umsetzung von Systemen zur automatischen, individuellen Nutzungserfassung. Dabei werden Synergien aufgezeigt, die notwendigen Schnittstellen spezifiziert und Empfehlungen zur Wahl der Technologie formuliert. Abschliessend werden .die abzuliefernden Dokumente erstellt:

· Forschungsbericht

· Präsentationsunterlagen

Liste bestehender Standards.

Spezielle Geräte und Installationen (Deutsch)

Keine

Allgemeiner Stand der Forschung (Deutsch)

Während viele Studien und Publikationen sich auf spezifische, proprietäre Lösungen und Produkte fokussieren, erscheinen uns vor allem die Internationalen Standards beachtenswert. Sie sind aussagekräftige Indikatoren für den Stand der etablierten Ergebnisse von Forschung und Entwicklung.

Die Standardisierung der elektronischen Nutzungserfassungssysteme findet vor allem im CEN TC224 und CEN TC278 sowie im ISO TC204 statt. Beispiele für die Arbeit dieser Gremien sind die EN 15320 "Identification card systems – Surface transport applications – Interoperable Public Transport Application (IOPTA)", die EN 14062 „Identification card systems – Surface transprot applications – Electronic fee collection“, die EN 1545 „Identification card systems - Surface transport applications – Data types, code lists and data elements“ sowie der ISO 24014 "Public transport – Interoperable fare management system".

Diese Standards bewegen sich somit auf der Systemebene. Standards für die technischen Substrate von Off-line-e-Tickets existieren vor allem im Bereich der Identifikationskarten. Für die online E-Tickets der Luftfahrt gibt es keine interoperablen Standards, sondern jede Fluggesellschaft hat eine proprietäre Lösung.

Projektziele (Deutsch)

Sowohl im öffentlichen als auch privaten Verkehr ist die intermodale Nutzungserfassung des Verkehrsteilnehmers zunehmend von zentraler Bedeutung. Dabei soll einerseits die Nutzung der Infrastruktur als auch die Nutzung des Verkehrsmittels (statistische Auswertung, Verkehrslageerfassung, Zuschneidung, Reservationsüberprüfung, Abgabenerhebung, Prüfung Zugangsberechtigung etc.) erfasst werden. Die Erfassung muss einfach, kostengünstig und sicher erfolgen. Die effiziente Erfassung der Nutzung basiert auf unterschiedlichsten technologischen Ansätzen. In diesem Projekt sollen diese Technologien untersucht und Trends aufgezeigt werden. Das Projekt bezweckt eine Übersicht der technologischen Ansätze und konkrete Empfehlungen bei der richtigen Wahl der Technologien. Das Projekt soll aufzeigen, wie vermieden wird, dass Betreiber von unterschiedlichen Verkehrsträgern ähnliche, jedoch inkompatible Systeme parallel aufbauen. Dabei werden folgende Themen behandelt:

· Eine systematische Darstellung der möglichen Ausprägungen der elektronischen Nutzungs-Erfassung im multi-modalen privaten und öffentlichen Personenverkehr.

· Die Identifikation von möglichen Technologien und Lösungsansätzen.

· Die Eruierung der Anforderungen von Nutzern, Betreibern und Systemlieferanten.

· Die Abschätzung von Einflussfaktoren (Standardisierung, Regulation, etc.)

Formulierung von konkreten Empfehlungen für die Umsetzung auf Systemebene unter Ausnutzung der technologischen Synergien

Projektziele (Englisch)

The project aims to:

· A systematic of possible types of electronic data capturing and tracking in multi-modal public passenger transportation.

· Identification of technologies and technical approaches.

· Investigation of user, operator and manufacturer requirements.

· Assessment of influencing factors such as standardization, regulation a.s.f.

Formulation of recommendations for implementation at the system level

Forschungsplan (Deutsch)

Für die Bearbeitung der Forschungsarbeit ist folgende Vorgehensweise und Arbeitsmethodik geplant. Dabei wird die Arbeit in die nachfolgenden Arbeitsmodule unterteilt:

Arbeitsinhalte / Resultate			Methoden
Phase A	Systematik, Technologische Grundlagen und Lösungsansätze Systematik/Modelle der Nutzungserfassung. Basistechnologien (Handys, Chips, NFC, RFID, Tracking) Sicherheit Normen und Spezifikationen Technologietrends		Desk research Interviews/Workshops mit Ex-perten
Phase B	Bestandsaufnahme und Anforderungen aus Anwender- und Betreibersicht Bestehende Lösungen (Bahn, Strasse, Luftfahrt, Schifffahrt) Mengengerüst Useability Kosten Interoperabilität/Direkter Verkehr Qualität und Sicherheit Datenschutz und Privatsphäre		Desk research Interviews/Workshops mit ÖV-Systembetreibern, Mobilfunkanbietern, Datenschützern.
Phase C	Konzept und Formulierung der Empfehlungen, Schlussbericht und Präsentation Forschungsbericht Präsentationsunterlagen Grundlagen für weitere Arbeiten Hinweise auf Normen		Schriftliche Ausarbeitung Folienvortrag vor Fachpublikum

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Während sich bisherige Publikationen auf eine einzelne Ausprägung der elektronischen Nutzungserfassung konzentrierten, definieren wir eine Palette von Lösungsansätzen, die sich durch ihre technischen Anforderungen und die verwendeten Technologien unterscheiden. Manche von ihnen sind schon heute machbar, andere auf Grund der absehbaren Infrastruktur- und Preis-Entwicklung in wenigen Jahren ökonomisch realisierbar.

Diese Lösungsansätze veranschaulichen, wie man bestehende technische Elemente für unterschiedliche Ausprägungen der elektronischen Nutzungserfassung verwenden kann. Im Vergleich mit den Anforderungen der Kunden und Betreiber schälen sich ihre Vor- und Nachteile heraus. Diese Erkenntnisse sind eine wertvolle Entscheidungsgrundlage für die Planung und Konzipierung künftiger Systeme.

Unsere Studie schafft eine breite Wissensbasis über die technischen Voraussetzungen elektronischen Nutzungserfassung im multi-modalen privaten und öffentlichen Verkehr:

· Eckdaten über die verfügbaren Basistechnologien und ihre absehbare technische Entwicklung. Sie umfassen sowohl die Komponenten- als auch die ebenso wichtigen Systemtechnologien. Die auf ihrer Grundlage mögliche optimale Technologiewahl unter Berücksichtigung langfristiger Trends ist entscheidend für den Erfolg und die Ökonomie der elektronischen Nutzungserfassung.

· Sicherheitsaspekte. Es ergeben sich charakteristische Unterschiede zwischen den Technologien, welche wiederum in die Bewertung bei der Technologiewahl einfliessen müssen.

· Normen und Spezifikationen werden nicht nur aufgelistet, sondern auch diskutiert und ihr Stand sowie ihre absehbare Entwicklung dargestellt.

· Der Anforderungskatalog, den wir in Interviews mit einigen Akteuren erstellen, zeigt deren Prioritäten und Erwartungen auf. Der Vergleich mit den von uns gebildeten Lösungsansätzen liefert wertvolle Erkenntnisse für den künftigen Lösungsfindungsprozess.

· Die Erkenntnisse können direkt bei der Umsetzung von Systemen angewandt werden.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

.

Berichtsnummer (Deutsch)

1343

Literatur (Deutsch)

Im Bereich Nutzungserfassung im intermodalen Verkehr sind folgende Grundlagen erarbeitet worden:

· SI12001/512 Vorstudie zu den Wechselwirkungen Individualverkehr – öffentlicher Verkehr in der Verkehrstelematik

· VSS2000/454 Sicherheit und Komfort von Parkierungsanlagen

· SV2005/004 Einbezug von Reisekosten bei der Modellierung des Mobilitätsverhalten

· SV2007/014 Strategien zur Kooperation und zum Management beim Betrieb von intermodalen Schnittstellen

Die Literatur über elektronische Nutzungserfassungssysteme und die dafür relevanten Technologien ist sehr vielfältig, umfangreich und unübersichtlich. Relevant und informativ sind Publikationen unterschiedlicher Arten. Beispiele:

§ Calypso Functional Specification - Card Application

§ VDV-Kernapplikation – KA_Technische Spezifikation

§ EN 15320 "Identification card systems – Surface transport applications – Interoperable Public Transport Application (IOPTA)"

§ ISO/IEC 18092 "Information technology – Telecommunications and information exchange between systems – near Field Communication – Interface and Protocol (NFCIP-1)"

§ Suica and Pasmo: Mobile and near-field tickets for transport

§ PicoCast – Zone-based G5 Mobile Communication

§ IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems

§ IEEE Transactions on Wireless Communications