Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/miniatur-wunderland-schiffe-versenken-die-schoensten-plaene-1704-127057.html    Veröffentlicht: 07.04.2017 12:09    Kurz-URL: https://glm.io/127057

Miniatur Wunderland

Schiffe versenken die schönsten Pläne

Tausende Züge, Hunderte Autos und Hunderttausende Lampen waren den Machern der weltgrößten Modelleisenbahn nicht genug. Schiffe, dachten sie, wären eine simple Erweiterung. Das ist 14 Jahre her - und die Steuerung ist immer noch ein Problem.

Wir befinden uns im Jahr 2017, und die ganze Welt wird von Software beherrscht: die verkehrsreiche Landschaft des Miniatur Wunderland Hamburg - der größten Modelleisenbahnanlage der Welt. Knapp 1.000 Züge fahren auf über 15 Kilometern Gleisen der Spur H0, 300 Autos kurven durch die Straßen, 45 Flugzeuge starten und landen exakt nach Flugplan. Und dabei soll kein Tag dem anderen gleichen. Das ermöglicht die eigens für den Zweck entwickelte Software, die über alles wacht. Doch ein unbeugsamer Ort hört nicht auf, Widerstand zu leisten: Skandinavien.

Vor dem 33.000 Liter fassenden Wasserbecken, in dem Containerfrachter, Fähren und ein Kreuzfahrtschiff umherfahren, sitzen Kapitäne und steuern ihre Schiffe mit einer Funkfernbedienung. Während sieben Kollegen vor 70 Monitoren alle anderen Fahrzeuge überwachen und nur zuweilen aufstehen müssen, um einen entgleisten Zug wieder auf die Schienen zu setzen, ist in der Schifffahrt Handarbeit gefragt. Auch nach 14 Jahren arbeitet Gerrit Braun, der das Miniatur Wunderland 2000 zusammen mit seinem Zwillingsbruder Frederik gegründet hat, an einer technischen Lösung für etwas, das eigentlich eine schnelle und einfache Sache werden sollte.

Züge und Autos machen Probleme

Als Braun 2003 die Idee für das Wasserbecken mit Schiffen hatte, hatte er schon drei Jahre Erfahrungen mit anderen Fahrzeugen hinter sich. Zügen entgleisten, Autos verließen den Draht, an dem sie eigentlich entlangsteuerten und fuhren in die Walachei. Oder sie starteten nicht, weil zu wenig Öl im Getriebe war. Oder die Geschwindigkeitsregelung funktionierte nicht einwandfrei. Oder, oder, oder. Braun hatte Sehnsucht nach etwas, das weniger anfällig ist als Züge und Autos und weniger Schwierigkeiten macht.

"Schiffe", dachte sich Braun damals, "Schiffe haben solche Probleme nicht. Da geht alles ganz langsam ab. Der Rechner hat Kapazität ohne Ende, weil ich ja so viel Zeit habe. Eine Schiffsschraube wird sich schon drehen. Ansonsten fahre ich zur Not mit kleinen Pulsen des Antriebs, die sind immer gleich - alles super." Er gab sich acht Monate Zeit für die Schiffssteuerung.

Manövrieren oder Navigieren?

"Nach acht Monaten war ich gerade mal so weit, dass ich unterscheiden konnte zwischen Navigieren und Manövrieren", erzählt er. Das heißt zwischen dem Absetzen eines Kurses von einem Punkt zum anderen und dem tatsächlichen Abfahren des Kurses und gleichzeitigem Ausweichen von Hindernissen oder Gegenverkehr. Einfach? "Pustekuchen!".

Was ihm am meisten Kopfzerbrechen bereitete, war die Ortung der Schiffe. Züge und Autos auf der Anlage zu finden, ist recht trivial. Bei den Zügen sind zwei Systeme im Einsatz, über die die Steuerungssoftware Railware erfasst, wo sie sich befinden. Es sind zwei, weil die Anlage für Züge mit Zwei- und Dreileitersystem ausgelegt ist, die beide auf unterschiedliche Weise erfasst werden. Die Modellbauer haben sich dafür entschieden, beide Systeme zu nutzen, um aus einem größeren Angebot von Lokomotiven und Wagen auswählen zu können. Inzwischen ziehen sie aber mehr und mehr das Zweileitersystem dem robusteren Dreileitersystem vor. "Aus Perfektionismus", sagt Braun. Ohne den Mittelleiter sähen die Schienen nun mal originalgetreuer aus.

Von der Schwierigkeit, Schiffe zu orten

Die Autos werden vom System Fahrsteuerung mit zwei Parametern geortet: Die Software erteilt dem Fahrzeug per IR-Kommunikation einen Fahrbefehl. Unterwegs passiert das Auto Stoppstellen, die im Abstand von 50 Zentimetern in die Strecke eingelassen sind. Die Software kennt die Routen der Autos und weiß entsprechend, wann es an einer bestimmten Stoppstelle ankommen muss.

Passiert ein Auto eine Stoppstelle, prüft sie, ob es das erwartete Fahrzeug und zum erwarteten Zeitpunkt war. So lassen sich Fehler schnell erkennen, etwa wenn zwei Autos nach einer Kollision an einer Kreuzung ihre Routen vertauscht haben. Bevor dieses Kontrollsystem eingeführt wurde, sei einmal ein Bus einen halben Tag lang in einem Feuerwehrverband mitgefahren, erzählt Daniel Wolf, der mit Braun die Steuerungssoftware fürs Miniatur Wunderland entwickelt.

Millimetergenaue Ortung scheitert

Schiffe hingegen fahren nicht auf Straßen oder Schienen. Eine millimetergenaue Ortung ist aber notwendig, damit ein Anlegemanöver genau und realistisch abläuft - und das ist der Anspruch im Miniatur Wunderland: Alles muss absolut realistisch sein. Mache das Schiff abrupte Bewegungen, sei "das ganze Bild zerstört", sagt Braun.

Zuerst versuchte er mit Kameras, ein Schiff über eine Infrarot-Leuchtdiode (IR) zu orten: Die Kameras hingen unter die Decke und waren senkrecht direkt nach unten gerichtet. Das Konzept gab er nach wenigen Monaten aber wieder auf. "Wir haben es einfach nicht hinbekommen, dass der Pixel bis auf den Millimeter genau lokalisiert wird", sagt Braun. Grund seien die zu großen Fertigungstoleranzen der Objektive gewesen sowie fehlende Rechenleistung.

Die nächste Idee war ein kombiniertes System aus IR-Kommunikation und Ultraschalllautsprechern: Das Schiff bekommt per IR mitgeteilt, dass einer der Lautsprecher aktiviert wird. Der sendet ein Signal aus, das Schiff misst die Laufzeit bis zum Eintreffen. Dann erhält das Schiff die Nachricht, dass der nächste Lautsprecher aktiviert wird. Erneut wird die Laufzeit des Ultraschallsignals gemessen. Anhand der Laufzeiten und der bekannten Karte der Anlage berechnet das Schiff seine Position und meldet sie per IR an den Computer.

Das Schiff braucht einen Kommunikationskanal

"Das war auch eventuell im Nachhinein eine falsche Entscheidung", sagt Braun: Die Berechnung der Postion sei rechenintensiv. Außerdem sei ein Rückkanal notwendig, damit das Schiff seine Position melden könne. Aber das waren Kleinigkeiten. Nach drei Monaten war das System fertig. "Hat super funktioniert", sagt Braun. Bis zum Winter.

Winter is coming

Dann trugen die Besucher Streumaterial ins Miniatur Wunderland, und der Splitt verursachte Störsignale über Störsignale. "Wenn man sich das auf dem Oszilloskop angeschaut hat, zuckte da alles wild", erzählt Braun. "Irgendwann tauchte die Welle eines Signals, das wir hören wollten, auf." Damit war eine genaue Ortung kaum mehr möglich: Das System war dafür darauf angewiesen, die erste Welle des Signals zu erkennen. Verpasste es die und erkannte erst die zweite Welle, war die Ortung um 9 Millimeter falsch, beim dritten Signal um 18 Millimeter und so weiter.

Das Anlegen verläuft ruckartig

Gleichzeitig ließ sich aber aus technischen Gründen nur eine Ortung pro Sekunde durchführen - mit dem Ergebnis, dass die Software, die das Schiff steuerte, eine Positionsbestimmung mit Verzögerungen bekam, oft von mehreren Sekunden. Problematisch wurde das dann bei Anlegemanövern: Das Schiff driftete gemächlich mit einer Geschwindigkeit von 3 Millimetern pro Sekunde auf die Kaimauer zu. Die Software hingegen glaubte wegen der verzögerten Positionsmeldung, es sei weiter entfernt, driftete also weg. Also gab sie Schub, und das Manöver wurde ruckartig und sah merkwürdig aus.

"Wir haben gemerkt: Die Genauigkeit von einem Millimeter auf dem Wasser, wo jeder denkt, da reichen auch fünf Zentimeter, die müssen wir haben, wenn das Signal springt", resümiert Braun. "Das haben wir bis zur Eröffnung nicht hinbekommen."

Wo die Software herrscht

Die Idee, ein zweites Signal als Kontrollsignal einzuführen, kam zu spät. Also wurden die Schiffe bei der Eröffnung der Skandinavien-Anlage im Juli 2005 per Hand gesteuert. Braun nahm sich vor, sich wieder damit zu beschäftigen - "wann immer Zeit ist". Doch es kamen immer andere Projekte dazwischen: 2007 wurde der Abschnitt Schweiz eröffnet, 2011, nach fünf Jahren Bauzeit, der Flughafen. 2013 wurde die Hafencity und - vier Jahre vor dem Vorbild um die Ecke - die Elbphilharmonie eingeweiht. Zuletzt kam im September 2016 der Abschnitt Italien hinzu.

Vier Mal in der Stunde wird es Nacht und wieder Tag. Und: "Kein Tag und keine Nacht gleicht der anderen", sagt Braun. Trotzdem ist die Fehlerquote in der knapp 1.500 Quadratmeter großen Modellwelt mittlerweile überraschend gering: Software-Abstürze treten praktisch nicht mehr auf. Rund 30 Rechner steuern das Geschehen. Das Miniatur Wunderland wird nicht zentral gesteuert, sondern jeder Abschnitt der Anlage hat mehrere eigene Computer. Aus Sicherheitsgründen, sagt Braun: "Wenn etwas ausfällt, ist nur ein kleiner Bereich betroffen."

Die Computer sind handelsübliche Systeme mit Standardkomponenten. Die haben den Vorteil, dass sie günstig sind und beim Komplettausfall schnell ersetzt werden könnten. Beim 2011 eröffneten Flughafen etwa sind es drei: einer für die Lichter in den Gebäuden und auf dem Rollfeld, einer für die Flugzeuge und Autos, die über den Flughafen wuseln, und schließlich einer für die Züge. Im Abschnitt Italien sogar jeweils zwei Computer Züge und Licht.

Regeln und Zufälle

Die Software sorgt dafür, dass der ICE durch Deutschland oder der Zug der Santa Fe Railway durch den Grand Canyon fährt, dass Flugzeuge auf dem Knuffingen Airport starten und landen, dass die Feuerwehr zum Großbrand ausrückt und dafür, dass bei Nacht Tausende Leuchtdioden leuchten. "Das Ganze läuft nach einem geregelten Zufall ab", beschreibt Braun das Prinzip, nach dem die Anlage funktioniert.

Im System sind Regeln hinterlegt, an die sich Züge, Autos und Flugzeuge halten. Die Regeln für den Zugverkehr etwa bestimmen, welcher Zug welche Gleise befahren darf. Ein Güterzug fährt auf dem Mittelgleis durch den Bahnhof, ein Personenzug hält am Bahnsteig. Ein Bummelzug stoppt an jedem Bahnhof, der ICE nur in großen. Aber es sind auch Zufallsereignisse im System hinterlegt.

Die Software trifft Zufallsentscheidungen

Fährt ein Zug in einen Schattenbahnhof unter der Anlage, schickt die Software einen anderen Zug der gleichen Gattung auf die Strecke - welcher das ist, entscheidet die Software. Ebenso, wohin ein Auto fährt: Dreht es eine Runde und verschwindet wieder oder cruist es durch die Stadt? Läuft die Landung eines Flugzeugs glatt oder fällt ein Motor aus und die Feuerwehr muss ausrücken, um die Landung zu überwachen?

Züge, Flugzeuge und Autos sind mit Mikrocontrollern ausgestattet, über die die Steuerungssoftware ihnen den Befehl zum Losfahren gibt und die Geschwindigkeit per IR-Kommunikation regelt. Die Züge sind inzwischen serienmäßig mit solchen Controllern ausgestattet, Autos und Flugzeuge werden in der eigenen Werkstatt umgebaut. Das System aus Zufall und Regeln funktioniert gut. Meistens jedenfalls.

Ganz ohne Fehler geht es nicht

Manchmal blockiert sich das System auch selbst - wie gerade auf dem Flughafen: Auf dem Kontrollbildschirm neben dem Flughafen blinkt es bunt. Ein Polizeiauto, das zu einem parkenden Flugzeug fahren sollte, in dem sich - Zufallsereignis - Passagiere gestritten haben, hat eine Störung ausgelöst. Ein Bus, der Passagiere zu einer Maschine bringen sollte, versperrte ihm den Weg. Der Mannschaftswagen hätte den Bus rammen müssen, um vorbeizukommen. Also wartet er. Da die Polizei aber Vorrang hat, bewegt sich gerade kein Auto auf diesem Teil des Knuffinger Flughafens. Doch solche Probleme lassen sich per Mausklick lösen: Braun schickt die Polizei zurück zu ihrem Ausgangspunkt, prompt setzen sich die anderen Fahrzeuge wieder in Bewegung, die blinkenden Punkte verschwinden.

Auch die Technik der Fahrzeuge hat genug Tücken, die den täglichen Ablauf unterbrechen. Die Züge sind diffizile Gebilde, anfällig gegen Verschleiß und vor allem gegen Staub, der sich in die Achsen setzt. Laufen die dadurch unterschiedlich schwergängig, kann der Zug entgleisen. Eine Software soll solche Unregelmäßigkeiten künftig rechtzeitig erkennen. Die ist allerdings erst in der Entwicklung.

Jetzt weiß Braun, wo das Schiff ist

Auch am Problem der Schiffsortung arbeitet Braun neuerdings wieder, zusammen mit Software-Entwickler Daniel Wolf. Das neue System nutzt wieder IR-Kameras. Vorteil: In der seither vergangenen Zeit ist die Technik besser und günstiger geworden. Außerdem haben die Modellbahner aus ihren Erfahrungen gelernt, und die Kameras schauen jetzt nicht mehr senkrecht, sondern schräg auf die Anlage. Aus mehreren Ansichten eines Schiffes wird dann dessen Position durch Bilderkennung errechnet.

Kurz gesagt: "Die Ortung der Schiffe ist gelöst. Wir fangen jetzt demnächst an, damit auch zu fahren", sagt Braun. Das Testschiff liegt schon im Schattenhafen hinter den skandinavischen Bergen.  (wp)


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