Das elektronische Ticket in Bus und Bahn
Nie mehr Schwarzfahren

Im Auftrag ihres Kunden IVU entwickelte und fertigte die MCS Micronic Computer Systeme GmbH den Fahrkarten-Validator für das elektronische Ticket. Das E-Ticket ist ein Projekt des Verbandes der deutschen Verkehrsunternehmen (VDV). Das Projekt hat das Ziel, Fahrpreise im öffentlichen Personennahverkehr automatisch, bargeld- und vor allem berührungslos abzurechnen. Das E-Ticket gilt in allen beteiligten Verkehrsverbunden.

Der E-Ticket Validator für berührungsloses Abrechnen verhindert Schwarzfahren und den Kauf eines falschen Tickets. (Bild: congatec AG)

Nicht nur Reisende stehen in einer fremden Stadt oft ratlos vor komplizierten Menüs am Fahrkartenautomaten. Zeitraubend ist der Ticketerwerb am Automaten allemal. Und hält der Fahrgast das Papier endlich in der Hand, ist meist noch fraglich, ob er den Fahrschein womöglich vor Fahrtantritt entwerten muss, denn jede Region hat ihre eigenen Regeln. Fehlendes Kleingeld, komplizierte Menüführung am Automaten und eine unüberschaubare Tarifgestaltung mit Zonen, Zeiten und Streifenkarten machen aus zahlungswilligen Reisenden oft unfreiwillige Schwarzfahrer. Für Nutzer von Bus und Bahn ist das derzeit papiergebundene Fahrkartensystem kompliziert, für die Verkehrsbetriebe ist es teuer. Das elektronische Ticket oder E-Ticket soll Abhilfe schaffen und hält schrittweise Einzug bei den Verkehrsbetrieben. Berlin hat bereits Strecken damit ausgerüstet. Das E-Ticket macht den Ablauf für Fahrgäste einfacher und schneller, in naher Zukunft soll die gesamte Reisekette aus Bus, Stadtbahn, S-Bahn, Fernzug oder Flugzeug mit einem einzigen Medium genutzt werden können. Unkompliziert fahren Reisende dann in allen Verkehrsverbünden und -unternehmen, ohne über Tarifzonen nachdenken zu müssen oder sich mit Fahrkartenautomaten zu plagen.

Das Qseven Computer-on-Module Konzept besteht aus Trägerboard und Computermodul. (Bild: congatec AG)

Tarifsystem: Leistungs- bezogen statt pauschal

Mit dem Erwerb des E-Tickets haben Fahrgäste eine dauerhafte Fahrkarte. Fahrgäste halten beim Einsteigen ihr E-Ticket an eine entsprechend markierte Fläche am Validator und die Einsteigehaltestelle wird erfasst. E-Tickets gibt es in unterschiedlichen Formen, in dem hier beschriebenen Beispiel handelt es sich eine elektronische Chipkarte. Beim Aussteigen wird das E-Ticket erneut an den Validator gehalten und die Zielhaltestelle ebenfalls erfasst. Für die gefahrene Strecke bekommen Nutzer des öffentlichen Nah- und Fernverkehrs eine Rechnung. Dabei entscheidet jeder Verkehrsverbund für sein Gebiet, ob die gefahrenen Strecken per Rechnung bezahlt oder per Vorkasse von der Karte abgebucht werden. Reisende besitzen damit stets einen gültigen Fahrschein und bekommen lediglich die tatsächlich gefahrene Strecke berechnet. Das E-Ticket ersetzt damit das pauschale Tarifsystem durch ein leistungsbezogenes. Durch die berührungslose Kommunikation geht das Einsteigen mit E-Ticket wesentlich schneller als bei einer Fahrkarte, die in einen Entwerter gesteckt werden muss. Doch auch Verkehrsbetriebe profitieren von dem berührungslosen Ticketsystem. Das Verkehrsunternehmen bekommt eine genaue Statistik über das Fahrgastaufkommen an jeder Haltestelle und kann sein Angebot dem Bedarf anpassen. Die Auswertung zeigt Einsparpotenzial auf und verbessert gleichzeitig den Service in Stoßzeiten. Die Haltezeiten lassen sich verkürzen, weil das Einsteigen schneller geht. Das berührungslose System ist zudem immun gegenüber Manipulationsversuchen. Auch Vandalismus hat weniger Chancen, denn es fehlt ein Entwerterschlitz, den z.B. ein Kaugummi zukleben könnte. Die wenigen noch notwendigen E-Ticketautomaten können an zentraler, gut überwachter Stelle stehen. Die Verkehrsbetriebe sparen Geld und ihre Erlöse steigen, weil Versand von Monatsmarken und Papierdruck von Fahrkarten wegfallen. Die Bargeldlogistik für Automaten verringert sich, die Anzahl der nötigen Automaten sinkt und damit auch die Wartungs- und Reparaturkosten. Das berührungslose Ticketkonzept mit dem IVU.validator der IVU Traffic Technologies AG ist bereits international im Einsatz: In Kolumbien beispielsweise sind rund 600 Busse mit dem System ausgerüstet.

Qseven Computer-On-Module conga-QA mit Intel-Atom-Z530 Prozessor (Bild: congatec AG)

Berührungslos mit E-Ticket

Das E-Ticket enthält RFID und kommuniziert über eine Distanz von maximal vier Zentimetern berührungslos mit dem Prüfgerät, dem Validator. Das technische Konzept der VDV-Kernapplikation sieht kryptografische Methoden vor, um die Echtheit des Gegenübers zu prüfen. Ticket und Validator können also sicher sein, dass die gegenseitig angebotenen Daten gültig sind und die Quelle der Daten authentisch ist. Während ein Papierticket einfach zu fälschen war, ist das E-Ticket dadurch wesentlich sicherer. Das E-Ticket mit RFID hat gegenüber Lösungen mit Magnetstreifen oder Chip einen systembedingten Vorteil: Verschmutzte Kontakte oder abgenutzte Magnetstreifen gibt es nicht. Die Kommunikation funktioniert berührungslos, das heißt auch in verunreinigter Umgebung ist der Datenaustausch möglich. Es sind Überlegungen im Gang, Serviceleistungen rund um das Reisen wie z.B. Parkgaragen, Carsharing oder Gastronomie im Bahnhof in das E-Ticket einzubeziehen. Die berührungslose Technik ist hygienisch und die Geräte sind leicht zu reinigen. Der IVU.validator kontrolliert Ein- und Ausstieg im Fahrzeug. Er kommuniziert kryptografisch gesichert mit dem RFID des E-Tickets, erfasst Abrechnungsdaten und leitet sie weiter. Ein optionaler Touchscreen mit Helligkeitssensor stellt sich auf Beleuchtungssituationen ein und ist damit jederzeit gut lesbar, selbst die Kartenleseantenne ist leuchtend markiert. Der Validator unterstützt kontaktlose Chipkarten ISO14443 (A/B) und NFC-Geräte nach ISO/IEC18092. Darüber hinaus können Tickets mit Barcode (1d/2d) gescannt und geprüft werden. GPS-Ortung gibt Auskunft über den Standort. Der Validator kommuniziert via UMTS. Alle diese Eigenschaften verlangen nach Rechenleistung. Und es könnten in der Zukunft noch weitere Ideen und Anforderungen hinzukommen. Gleichzeitig ist das Gerät energiesparend gebaut, denn im eingebauten Zustand hängt es mit seiner Stromversorgung an der Fahrzeugbatterie. Es wurden deshalb Vorkehrungen gegen Spannungseinbrüche, Transienten und andere Störungen getroffen. Weil der Validator im Fahrzeug mitfährt, ist er mechanisch robust, schock- und vibrationsfest, vandalismussicher gebaut und für den erweiterten Automotive-Temperaturbereich spezifiziert.

Block Diagramm des Qseven Computer-On-Module conga-QA mit Intel-Atom-Z530 Prozessor (Bild: congatec AG)

Kooperation von Software- und Steuerungsentwickler

IVU Traffic Technologies AG als Anbieter des E-Tickets und des Validators arbeitet als großes Softwarehaus. Die Kernkompetenz des Unternehmens liegt in der Entwicklung von IT-Lösungen für den öffentlichen Personen- und Güterverkehr und für die Transportlogistik. 350 Mitarbeiter entwickeln Software, erarbeiten Konzepte, implementieren Systeme, optimieren Abläufe und beraten weit mehr als 500 Kunden. Für das E-Ticketing wurde ein leistungsstarkes Gerät benötigt. Dafür suchte sich das Unternehmen einen Partner mit Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung von Geräten, die in Fahrzeugen eingebaut werden können. Diese Kompetenz fand IVM bei der MCS Micronic Computer Systeme GmbH. Es entwickelt und produziert seit 1977 kundenindividuelle Hightech-Lösungen und -Geräte wie Maschinen- und Automatensteuerungen, Bezahlsysteme, GPS-Module, Druckereinheiten und Modems für Automaten, die im Außenbereich außergewöhnlichen Anforderungen ausgesetzt sind. Das Unternehmen bekam vom Kraftfahrt-Bundesamt (KBA) für den Geltungsbereich Hard- und Softwareentwicklung, Produktion, Vertrieb und Service von Geräten und Komponenten im Bereich der Dienstleistungsautomaten, Maschinensteuerungen und der Messtechnik die Zertifikatsergänzung zur ISO 9001. MCS ist KBA-zertifiziert und darf damit Geräte für Fahrzeuge bauen. Zudem verfügt es über spezielles Bus- und Bahn-Know-how: Auf Bordnetzen in diesen Fahrzeugen findet man zahlreiche Störungen, Transienten und Spannungsspitzen. Diese Verhältnisse gilt es in der Gerätedimensionierung zu berücksichtigen. Weiterhin hat das Unternehmen Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung von berührungslosen Bezahlsystemen. Anforderungen von IVU und Leistungsfähigkeit von MCS passten zusammen wie Schloss und Schlüssel. MCS Micronic Computer Systeme GmbH übernahm für die IVU Traffic Technologies AG die komplette Produktverantwortung für den Validator. Dazu gehört Entwicklung, Pflichtenhefterstellung, Design, Konstruktion, Formenbau, Hard- und Softwareentwicklung, Prototypenbau, Vorserie und Serienfertigung. Die eigene Fertigung gilt als weiterer Pluspunkt gegenüber einem reinen Entwicklungsbüro. Das Ergebnis ist ein Validator, der EMV-fest ist, Schock und Vibrationen widersteht und den Normen der Branche entspricht. In seinem Gehäuse aus Aluminium und Kunststoff sorgt das COM-Modul conga-QA/Z510-1G von congatec für die notwendige Computing-Power.

COM: Prozessor plus Peripherie und Versorgung

Das technische Konzept und die Spezifikation des VDV fordert eine flexible, sichere Lösung für ein interoperables, modernes Ticketingsystem, das auch noch unbekannte Anforderungen in der Zukunft bewältigen kann. Deshalb wählte MCS als Basis für den Validator COM. Die Stärke des COM-Konzeptes liegt genau in dieser flexiblen Zukunftssicherheit. COM ist ein Standard, für den viele Hersteller Prozessormodule anbieten. Solange nur die standardisierten Eigenschaften innerhalb eines COM-Formfaktors genutzt werden, sind Entwickler herstellerunabhängig und können beliebige Module dieses Formfaktors einsetzen. Ein COM-Modul enthält den Prozessor mit der notwendigen Peripherie und Versorgung und ist damit ein vollständiger Rechner. Das COM-Modul wird auf ein kundenspezifisches Trägerboard gesetzt, auf dem alle applikationsspezifischen Eigenschaften untergebracht sind. Aus der Kombination COM-Modul und Trägerboard entsteht ein applikationsspezifisches Gerät mit aktuellster Computing-Power. Das entscheidende Know-how bleibt im eigenen Haus. COM-Hersteller wie die congatec AG haben sich auf Entwicklung und Fertigung dieser direkt einsetzbaren, vorkonfigurierten Module spezialisiert. MCS entschied sich für das congatec-Modul conga-QA/Z510-1G mit x86 ATOM Plattform wegen der geringen Leistungsaufnahme und der moderaten Stückkosten. Ein weiteres Entscheidungskriterium waren die physikalischen Abmessungen des Moduls, denn der Platz im Validator ist beschränkt.

Firmware, Software und Betriebssystemanpassungen

Ein weiterer Vorteil des COM-Konzeptes ist seine Skalierbarkeit. Innerhalb einer Applikation kann der Bedarf nach Rechenleistung unterschiedlich hoch sein. Auf dem Markt sind kompatible COM mit den unterschiedlichsten Prozessoren erhältlich, die alle auf dem gleichen Trägerboard funktionieren. Damit lässt sich ein Modul nach Preis-Leistungs-Gesichtspunkten innerhalb einer Gerätefamilie optimal auswählen. Neue Geräte entstehen aus der Kombination von eigenem Carrier Board und der für die Applikation geeigneten Prozessorgeneration. Dabei sind meist nur geringe Anpassungen nötig. Seit sechs Jahren arbeitet MCS nun mit congatec zusammen und nutzt deren Computer-on-Modul-Produkte für anspruchsvolle Kundenapplikationen. Zwar sind die Module selbst standardisiert, ein erfolgreicher Einsatz aber hängt von Details wie mitgelieferter Firmware, Software, Betriebssystemanpassungen und Desingnunterstützung ab. In den Modulen des Unternehmens sind viele Standards und Echtzeit-Betriebssysteme sowie alle nötigen Peripherietreiber bereits integriert. n IVU.validator im Überblick

? Check-in / Check-out

? Anzeige E-Tickets und Kartenguthaben

? Ticketverkauf

? Bezahlung mittels Kartenguthaben

? Sperrlisten-Prüfung

? Aktionslisten-Verarbeitung

Entscheidung für congatec conga-QA/Z510

„Neben dem Preis-Leistungs-Verhältnis waren für uns die Skalierbarkeit der CPU-Leistung und die optionale Onboard IDE SSD mit 8 GByte wichtig. Das Modul mit Intel-Atom-Z500 Prozessor hat uns durch die geringe Leistungsaufnahme und die physikalisch kleinen Abmessungen überzeugt. Platz und Batteriekapazität im Fahrzeug waren unsere limitierenden Faktoren.“

Zitat Bernd Strößner, Geschäftsführer MCS

congatec als Partner

„Wir kennen die technischen Spezialisten bei congatec persönlich. Uns wird immer sehr schnell und kompetent geholfen. Unsere Wege sind kurz. Die Produkte von congatec sind qualitativ sehr gut und haben wettbewerbsfähige Preise. Diese Vorteile können wir an unsere Kunden weiterreichen.“

Zitat Reinhold Mühlich, Geschäftsführer MCS