Diese Studienarbeit gibt einen Überblick über ausgewählte Teile des Softwareentwicklungsprozesses für sicherheitsrelevante Applikationen am Beispiel eines videobasierten Zugerkennungssystems. Eine IP-Kamera und ein externer Bildverarbeitungscomputer wurden dazu mit einer speziell entworfenen, verteilten Software ausgestattet. Die in Ada und C geschriebenen Teile kommunizieren dabei über ein dediziertes, UDP-basiertes Netzwerkprotokoll. Beide Programme wurden intensiv anhand verschiedener Techniken analysiert, die in der Norm EN 50128 festgelegt sind, welche sich speziell an Software für Eisenbahnsteuerungs- und überwachungssysteme richtet. Eine an der Norm orientierte Struktur mit Verweisen auf die diskutierten Techniken zu Beginn eines jeden Abschnitts erlaubt einen schnellen Vergleich mit den originalen Anforderungen des Normtexts. Zusammenfassend haben sich die Techniken bis auf wenige Ausnahmen als sehr geeignet für die praktische Entwicklung von sicherer Software erwiesen. Allerdings entbindet die Norm durch ihre teils sehr abstrakten Anforderungen das am Projekt beteiligte Personal in keinster Weise von seiner individuellen Verantwortung. Entsprechend sind die hier vorgestellten Techniken für andere Projekte nicht ohne Anpassungen zu übernehmen. / This paper intends to give an overview of selected parts of the software development process for safety-relevant applications using the example of a video-based train detection. An IP-camera and an external image processing computer were equipped with a custom-built, distributed software system. Written in Ada and C, the system parts communicate via a dedicated UDP-based protocol. Both programs were subject to intense analysis according to measures laid down in the EN 50128 standard specifically targeted at software for railway control and protection systems. Preceding each section, a structure resembling the standard document with references to the discussed measures allows for easy comparison with the original requirements of EN 50128. In summary, the techniques have proven to be very suitable for practical safe software development in all but very few edge-cases. However, the highly abstract descriptive level of the standard requires the staff involved to accept an enormous personal responsibility throughout the entire development process. The specific measures carried out for this project may therefore not be equally applicable elsewhere.

In dieser Arbeit sollen die maßgeblichen nationalen Zugbeeinflussungssysteme der Länder Polen (SHP, Radio-Stop, KHP), Slowakei und Tschechien (LS, MIREL VZ1) vorgestellt und miteinander verglichen werden. Der Fokus liegt dabei auf einer funktionellen Betrachtung, wobei auch der technische Hintergrund nicht unberücksichtigt bleibt. Ein Ausblick auf die zukünftigen Bemühungen hinsichtlich ETCS rundet den Überblick ab.:1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 LS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1 Zielstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 Funktionsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3 Betriebsmodi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.4 MIREL VZ1-Erweiterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.5 Weitere Entwicklungen in der Slowakei und in Tschechien . . . . . . . . . . 13 3 SHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.1 Zielstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.2 Funktionsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.3 KHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.4 Radio-Stop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.5 Weitere Entwicklungen in Polen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4 Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 / This paper compares the major national train protection systems of Poland (SHP, Radio-Stop, KHP), the Slovak Republic and Czechia (LS, MIREL VZ1). The emphasis is placed on a functional description, while mentioning the relevant technical background where necessary. An outlook on future developments regarding ETCS in the respective countries concludes each chapter.:1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 LS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1 Zielstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 Funktionsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3 Betriebsmodi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.4 MIREL VZ1-Erweiterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.5 Weitere Entwicklungen in der Slowakei und in Tschechien . . . . . . . . . . 13 3 SHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.1 Zielstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.2 Funktionsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.3 KHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.4 Radio-Stop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.5 Weitere Entwicklungen in Polen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4 Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

In der Arbeit wird eine Methodik einer zusammenhängenden Analyse und modellhaften Beschreibung der Verkehrssicherheit in städtischen Hauptstraßennetzen am Beispiel der Stadt Dresden entwickelt. Die dabei gewonnenen Modelle dienen der Abschätzung von Erwartungswerten von Unfallhäufigkeiten mit und ohne Personenschaden unter Berücksichtigung der Verkehrsbeteiligungsart. Die Grundlage bilden multivariate Regressionsmodelle auf Basis verallgemeinerter linearer Modelle (GLM). Die Verwendung verallgemeinerter Regressionsmodelle erlaubt eine Berücksichtigung von Verteilungen, die besser geeignet sind, den Unfallentstehungsprozess wiederzugeben, als die häufig verwendete Normalverteilung. Im konkreten Fall werden hierzu die Poisson-Verteilung sowie die negative Binomialverteilung verwendet. Um Effekte im Hauptverkehrsstraßennetz möglichst trennscharf abbilden zu können, werden vier grundsätzliche Netzelemente differenziert und das Netz entsprechend zerlegt. Unterschieden werden neben Streckenabschnitten und Hauptverkehrsknotenpunkten auch Annäherungsbereiche und Anschlussknotenpunkte. Die Kollektive der Knotenpunkte werden ferner in signalisierte und nicht-signalisierte unterteilt. Es werden zunächst Modelle unterschiedlicher Unfallkollektive getrennt für alle Kollektive der vier Netzelemente berechnet. Anschließend werden verschiedene Vorgehensweisen für eine Zusammenfassung zu Netzmodellen entwickelt. Neben der Verwendung verkehrstechnischer und infrastruktureller Größen als erklärende Variable werden in der Arbeit auch Kenngrößen zur Beschreibung der Umfeldnutzung ermittelt und im Rahmen der Regression einbezogen. Die Quantifizierung der Umfeldnutzung erfolgt mit Hilfe von Korrelations-, Kontingenz- und von Hauptkomponentenanalysen (PCA). Im Ergebnis werden Modelle präsentiert, die eine multivariate Quantifizierung erwarteter Unfallhäufigkeiten in Hauptverkehrsstraßennetzen erlauben. Die vorgestellte Methodik bildet eine mögliche Grundlage für eine differenzierte Sicherheitsbewertung verkehrsplanerischer Variantenabschätzungen. / A methodology is developed in order to predict the number of accidents within an urban main road network. The analysis was carried out by surveying the road network of Dresden. The resulting models allow the calculation of individual expectancy values for accidents with and without injury involving different traffic modes. The statistical modelling process is based on generalized linear models (GLM). These were chosen due to their ability to take into account certain non-normal distributions. In the specific case of accident counts, both the Poisson distribution and the negative binomial distribution are more suitable for reproducing the origination process than the normal distribution. Thus they were chosen as underlying distributions for the subsequent regressions. In order to differentiate overlaying influences, the main road network is separated into four basic elements: major intersections, road sections, minor intersections and approaches. Furthermore the major and minor intersections are additionally subdivided into signalised and non-signalised intersections. Separate models are calculated for different accident collectives for the various types of elements. Afterwards several methodologies for calculating aggregated network models are developed and analysed. Apart from traffic-related and infrastructural attributes, environmental parameters are derived taking into account the adjacent building structure as well as the surrounding land-use, and incorporated as explanatory variables within the regression. The environmental variables are derived from statistical analyses including correlation matrices, contingency tables and principal components analyses (PCA). As a result, a set of models is introduced which allows a multivariate calculation of expected accident counts for urban main road networks. The methodology developed can serve as a basis for a differentiated safety assessment of varying scenarios within a traffic planning process.

In der Arbeit wird eine Methodik einer zusammenhängenden Analyse und modellhaften Beschreibung der Verkehrssicherheit in städtischen Hauptstraßennetzen am Beispiel der Stadt Dresden entwickelt. Die dabei gewonnenen Modelle dienen der Abschätzung von Erwartungswerten von Unfallhäufigkeiten mit und ohne Personenschaden unter Berücksichtigung der Verkehrsbeteiligungsart. Die Grundlage bilden multivariate Regressionsmodelle auf Basis verallgemeinerter linearer Modelle (GLM). Die Verwendung verallgemeinerter Regressionsmodelle erlaubt eine Berücksichtigung von Verteilungen, die besser geeignet sind, den Unfallentstehungsprozess wiederzugeben, als die häufig verwendete Normalverteilung. Im konkreten Fall werden hierzu die Poisson-Verteilung sowie die negative Binomialverteilung verwendet. Um Effekte im Hauptverkehrsstraßennetz möglichst trennscharf abbilden zu können, werden vier grundsätzliche Netzelemente differenziert und das Netz entsprechend zerlegt. Unterschieden werden neben Streckenabschnitten und Hauptverkehrsknotenpunkten auch Annäherungsbereiche und Anschlussknotenpunkte. Die Kollektive der Knotenpunkte werden ferner in signalisierte und nicht-signalisierte unterteilt. Es werden zunächst Modelle unterschiedlicher Unfallkollektive getrennt für alle Kollektive der vier Netzelemente berechnet. Anschließend werden verschiedene Vorgehensweisen für eine Zusammenfassung zu Netzmodellen entwickelt. Neben der Verwendung verkehrstechnischer und infrastruktureller Größen als erklärende Variable werden in der Arbeit auch Kenngrößen zur Beschreibung der Umfeldnutzung ermittelt und im Rahmen der Regression einbezogen. Die Quantifizierung der Umfeldnutzung erfolgt mit Hilfe von Korrelations-, Kontingenz- und von Hauptkomponentenanalysen (PCA). Im Ergebnis werden Modelle präsentiert, die eine multivariate Quantifizierung erwarteter Unfallhäufigkeiten in Hauptverkehrsstraßennetzen erlauben. Die vorgestellte Methodik bildet eine mögliche Grundlage für eine differenzierte Sicherheitsbewertung verkehrsplanerischer Variantenabschätzungen. / A methodology is developed in order to predict the number of accidents within an urban main road network. The analysis was carried out by surveying the road network of Dresden. The resulting models allow the calculation of individual expectancy values for accidents with and without injury involving different traffic modes. The statistical modelling process is based on generalized linear models (GLM). These were chosen due to their ability to take into account certain non-normal distributions. In the specific case of accident counts, both the Poisson distribution and the negative binomial distribution are more suitable for reproducing the origination process than the normal distribution. Thus they were chosen as underlying distributions for the subsequent regressions. In order to differentiate overlaying influences, the main road network is separated into four basic elements: major intersections, road sections, minor intersections and approaches. Furthermore the major and minor intersections are additionally subdivided into signalised and non-signalised intersections. Separate models are calculated for different accident collectives for the various types of elements. Afterwards several methodologies for calculating aggregated network models are developed and analysed. Apart from traffic-related and infrastructural attributes, environmental parameters are derived taking into account the adjacent building structure as well as the surrounding land-use, and incorporated as explanatory variables within the regression. The environmental variables are derived from statistical analyses including correlation matrices, contingency tables and principal components analyses (PCA). As a result, a set of models is introduced which allows a multivariate calculation of expected accident counts for urban main road networks. The methodology developed can serve as a basis for a differentiated safety assessment of varying scenarios within a traffic planning process.