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30.01.2012
Folge 307

Mathematik für Verkehrssicherheit

Wenn Züge in kurzen Abständen über Gleise rollen oder Flugzeuge im Minutentakt von der Startbahn abheben, hängt die Sicherheit der Passagiere von komplexen IT-Systemen ab. Diese müssen extrem zuverlässig arbeiten, dürfen also keine Softwarefehler enthalten. Im Sonderforschungsbereich AVACS  – das steht für „Automatic Verification and Analysis of Complex Systems“- an der Universität des Saarlandes werden dafür seit 2004 mathematische Modelle und Methoden entwickelt.



Heinz Schmitz über Forscher, die Methoden, Modelle und Software zur Erhöhung er Verkehrssicherheit entwickeln.

Für den europäischen Schienenverkehr wurde ein Leitsystem entwickelt, genannt European Train Control System (ETCS), das dafür sorgen soll, dass die Züge auch über Grenzen hinweg sicher über die Gleise gelotst werden. „Um Hochleistungsstrecken effektiv zu nutzen, sollten die Züge in möglichst kurzen Abständen aufeinander folgen. Sie dürfen sich aber nicht zu nahe kommen und müssen bei Störfällen automatisch bremsen“, erläutert Bernd Finkbeiner, Professor für Reaktive Systeme der Universität des Saarlandes, das System. Jeder Zug soll daher künftig mit einer Software ausgestattet sein, die seine Fahrposition immer genau ortet und den Sicherheitsabstand zu den vorausfahrenden Zügen genau festlegt. „Wenn dieser Abstand überschritten wird oder der Funkkontakt zum Zug abbricht, wird automatisch die Notbremse gezogen. Damit die Passagiere dann aber nicht aus ihren Sitzen geschleudert werden, muss diese Bremsung sehr behutsam erfolgen“, erklärt Finkbeiner. Das macht eine komplizierte Steuerung erforderlich, weil die Bremsmanöver nicht nur von der Geschwindigkeit abhängen, sondern auch von der Kurvenführung der Strecke.

Die Informatiker entwickeln daher im Sonderforschungsbereich Methoden, mit denen man voraussagen kann, wie verlässlich die Eigenschaften eines Systems sind. „So werden etwa auch in Autos die Airbags und Bremssysteme durch viele kleine Rechner gesteuert. Das Netzwerk dieser kleinen Rechner muss immer pünktlich und zuverlässig reagieren“, betont der Saarbrücker Informatiker. Auch im Flugzeug sorgt ein komplexes System von Software und Prozessoren dafür, dass zum Beispiel auch sehr große Flieger wie der Airbus A 380 sicher durch die Lüfte schwebt. „Beim Zusammenspiel dieser einzelnen Prozessoren kommt es entscheidend darauf an, dass jedes einzelne Teilsystem genau zur richtigen Zeit seine Aufgabe erledigt und damit auch pünktlich fertig wird“, meint Bernd Finkbeiner. Saarbrücker Informatiker der Firma AbsInt Angewandte Informatik, die auch am Sonderforschungsbereich beteiligt ist, hatten für die Airbus France SA eine Software entwickelt, die so genannte "Laufzeitgarantien" für zeitkritische Systeme abgibt. Sie kann durch beweisbar korrekte Methoden vorhersagen, wann ein Computer in einem Rechnersystem seine Aufgabe spätestens ausgeführt hat. In einem weiteren Teilprojekt von AVACS werden am Beispiel einer drahtlosen Fahrradbremse Methoden erforscht, wie auch Funksysteme immer verlässlich und sicher Daten übermitteln können.

An dem Sonderforschungsbereich sind von der Universität des Saarlandes neben Bernd Finkbeiner die Professoren Reinhard Wilhelm, Sebastian Hack und Holger Hermanns sowie die Nachwuchsforscherin Verena Wolf beteiligt. Am Max-Planck-Institut für Informatik wirken die Professoren Kurt Mehlhorn und Christoph Weidenbach mit.


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