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Linux und Geodaten bei der Brandenburger Polizei

Mit Tux auf Streife

Das Projekt "Interaktiver Funkstreifenwagen" des Landes Brandenburg bündelt Ubuntu, die freie Navigationssoftware Navit, ein ausgefeiltes modulares Rechnersystem und 3G-Kommunikation zu einem zeitgemäßen Einsatzsystem für die Polizei.

Leergesaugte Autobatterien, in der Hitze versagende Car-PCs, Speicherüberläufe – die mit der Realisierung eines interaktiven Funkstreifenwagens beschäftigte Technikergruppe der Brandenburger Polizei [1] hat in den letzten Jahren einige Erfahrungen gemacht und aus ihnen gelernt. Aktuell testet die Polizei im ostdeutschen Flächenland vier interaktive Funkstreifenwagen, die einer einsatzfähigen Lösung sehr nahe kommen.

Die am Test beteiligten Einsatzfahrzeuge vom Typ Mercedes und Volkswagen Transporter T5 beherbergen neben den üblichen Gerätschaften wie Funk, Sirene und Blaulicht einen Multifunktions-PC mit Ubuntu, einen ins Cockpit eingelassenen Touchscreen, eine Dockingstation für einen mobilen Arbeitsplatz, zwei IP-Kameras und acht Mobilfunkantennen. Der interaktive Funkstreifenwagen soll den Ordnungshütern das Leben leichter machen und für mehr Mobilität in der Fläche sorgen.

Mit Navigation, Einsatzmittellokalisierung, Auftragsverwaltung, mobilen Arbeitsplatz mit Drucker, IP-Kameras zur Einsatzüberwachung und Eigensicherung und ständiger Verbindung zur Leitstelle vereinfachen die neuen Gerätschaften die Arbeit der Beamten erheblich. Sie sehen nicht nur, wo sie sich befinden, und können sich zu einem Ziel leiten lassen. Sie empfangen auch noch während der Fahrt Aufträge mit Einsatzort und Informationen und sehen, welche anderen Einsatzfahrzeuge schon in der Nähe sind und bei Schwierigkeiten schnell helfen können. Anzeigen und Einsatzberichte kann der Beamte auf dem Beifahrersitz bereits während der Fahrt schreiben und gleich in das Informationssystem der Polizei einspeisen – das spart Zeit, Wege und letztlich Geld. Bewährt sich das System im Test, soll es schon bald in vielen der 350 Einsatzfahrzeuge der Brandenburger Polizei zum Standard gehören – und eventuell auch über die Landesgrenzen hinaus anzutreffen sein.

Fünf Jahre Entwicklung

Der Weg zum jetzigen System war lang. Bereits vor fünf Jahren erhielt eine Arbeitsgruppe von vier ausgewählten Technikern des Zentraldienstes der Polizei Brandenburg (ZDPol, [2]) den Auftrag zur Realisierung der neuen Fahrzeugtechnologie. Die Beteiligten, allesamt an neuer Technik und Linux interessiert und Spezialisten für verschiedene polizeiliche Systeme, begannen ihre Experimente mit einem handelsüblichen Car-PC und einem Informationssystem für normale Fuhrunternehmen.

Bald zeigte sich, dass beides den Anforderungen und den harten Einsatzbedingungen der Polizei nicht gerecht wurde. Die Rechner kamen mit Temperatur- und Stromschwankungen nicht zurecht, Festplatten verschlissen zu schnell, Steckerverbindungen lösten sich häufig und die Software ließ sich nicht oder nur kostspielig erweitern. Hinzu kam die Tatsache, dass die Lizenzierungspolitik mancher Softwarehersteller bei einer großen Anzahl Fahrzeuge schnell reichlich Steuergelder verschlungen hätte.

Mit jeder neu gemachten Erfahrung stellten sich neue Anforderungen heraus. In einer Ruhephase durchdachte die Gruppe das Projekt noch einmal und entwickelte eine Einsatzmittellokalisierung. Dieses mit einem Interface zur Leitstelle versehen System wird in jedes Fahrzeug verbaut und zeigt, wo sich dieses gerade befindet. Als nächstes nahmen die Techniker den Multifunktions-PC nach MicroTCA-Standard [3] in Angriff, der mehrere Gerätschaften miteinander verbindet und den Datenaustausch mit der Leitstelle abwickelt. Der Bordcomputer bietet die Rechenleistung eines Dual-Core-Prozessors und besteht aus speziell zusammengestellten Modulen, die jeweils über Ethernet miteinander kommunizieren: Eine Display-Einheit zeigt die Informationen im Cockpit an und nimmt Eingaben entgegen, ein Stromsteuerungsmodul neutralisiert Stromschwankungen und ein Kanalbündelungsmodul mit vier GPRS/UMTS-Modems dient zur Datenübertragung.

Alle Module (siehe Tabelle "Interaktiver Funkstreifenwagen: Was steckt drin?") verkraften Temperaturschwankungen zwischen -40 und +84 Grad Celsius sowie Betriebsfeuchten von 20 bis 80 Prozent (nicht kondensierend). Sie sind schock- und vibrationsresistent in einem robusten Rack (Abbildung 1) untergebracht, das auch Attacken von Insassen widersteht, die eigentlich nicht mitfahren wollen und entsprechenden Widerstand leisten, wenn die Beamten sie in den Einsatzwagen verfrachten. Zu Wartungszwecken wurden die einzelnen Module auf Schienen montiert (Abbildung 2), sodass sie sich gegebenenfalls schnell aus- und wieder einbauen lassen.

Abbildung 1: Alle Module des Multifunktions-PCs logieren in einem robusten Kasten und kommunizieren via Ethernet.
Abbildung 2: Das MicroTCA-Rack ist auf Schienen montiert und lässt sich zu Wartungszwecken herausziehen.

In der Einsatzpraxis zeigte sich, dass zwischen einzelnen Komponenten so wenig Kontakt wie möglich bestehen sollte. Deswegen ließ die Brandenburger Polizei für den Datenaustausch mit der Display-Einheit ein spezielles Kabel entwickeln, das neben dem Daten für den Touchscreen auch je eine USB- und Ethernet-Schnittstelle ins Cockpit führt. An den Ethernet-Port lassen sich entweder eine IP-Kamera oder ein speziell für die Polizei konfiguriertes Notebook als mobiler Arbeitsplatz anschließen.

Die kompletten Gerätschaften rund um den Multifunktions-PC werden über den Funkhauptschalter aktiviert oder abgeschaltet. Momentan bootet das System innerhalb von rund 90 Sekunden; die Techniker arbeiten daran, den Vorgang auf weniger als eine Minute Sekunden zu verkürzen. Während des Bootens zeigt das Display einen Laufbalken sowie Meldungen darüber an, welche Programmkomponenten gerade geladen werden. Das verkürzt nicht nur die Wartezweit, sondern hilft auch eventuelle Fehler einzugrenzen.

Interaktiver Funkstreifenwagen: Was steckt drin?

Hauptrechner
Prozessor Intel (Atom) Z520 PT, 1.3 GHz
Chipsatz Intel US15W PT
Hauptspeicher 512 MByte DDR2 onboard
Programmspeicher SSD, 1 GByte (USB)
Datenspeicher SSD, 30 GByte (S-ATA)
Schnittstellen (intern) 5 x 1000Base-BX over Backplane; 1 x USB 2.0
Schnittstellen (extern) 1 x 10/100/1000Base-T/TX, RJ45; 2 x USB 2.0; VGA
Display-Interface PCIe-over-Cable-Technologie für abgesetzte Funktionen von Grafik, Ethernet und USB im Display-System, Kabellängen bis 15 Meter
Sonstiges Mini-PCIe-Modulsockel zur Aufnahme von WLAN/WWAN-Modulen; GPS-Empfänger
Betriebssystem Linux (Ubuntu 9.04)
Security Gateway
Prozessor Intel (Atom) Z510 PT, 1.1 GHz
Chipsatz Intel US15W PT
Hauptspeicher 512 MByte DDR2 onboard
Programmspeicher SSD, 1 GByte (USB)
Schnittstellen (intern) 1 x 1000Base-BX over Backplane; 1 x USB 2.0 over Backplane
Schnittstellen (extern) 1 x 10/100/1000 Base-T/TX, RJ45; 2x USB 2.0 (Typ A)
Sonstiges Mini-PCIe-Modulsockel zur Aufnahme von WLAN/WWAN-Modulen; USB-Backplane-Interfaces zur Ansteuerung der UMTS-Modems auf dem Trägereinschub
Betriebssystem Linux (Ubuntu 9.04)
Security-Software NCP Secure Enterprise Gateway
WWAN/LIN-Trägereinschub
Modulerweiterung MiniPCIe-Modulsockel zur Aufnahme vom WLAN/WWAN-Modulen; 3 Kanäle; Ansteuerung erfolgt direkt vom Security Gateway
LIN-Interfaces LIN-Busmaster-Controller; 3 Kanäle; interne Versorgung der LIN-Stränge; Ansteuerung direkt vom Hautrechner
Schnittstellen (intern) 2 x USB 2.0 over Backplane
Display-Einheit
Bauform Doppel-DIN-Format zur Integration im Armaturenbrett
Display Farb-TFT 800 x 480 Punkte, 500 cd Helligkeit
Beleuchtung Hintergrund-LED einstellbar in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit
Bedienung über integrierten Touch-Sensor vor dem Display
Audio integrierter Verstärker für externen Lautsprecher und Schnittstelle für externes Mikrofon
Schnittstellen USB (Typ A) und RJ45 einfach zugänglich auf der Frontplatte

FOSS an Bord

Softwareseitig setzt die Lösung der Brandenburger Polizei ganz auf freie Anwendungen. Der Multifunktions-PC läuft mit Ubuntu 9.04 [4], für die Navigation griffen die Techniker zu Navit [5]: Das wurde als einziges Navigationssystem den gewünschten Anforderungen gerecht. Während der Fahrt können die Beamten das Kartenmaterial wechseln und so beispielsweise die Daten des Openstreetmap-Projekts [6] oder weit genauere, landeseigene GIS-Daten nutzen. Für bestimmte Objekte, wie beispielsweise Flughäfen, Bahnhöfe oder Industriekomplexe, lassen sich noch genauere Pläne heranziehen. Da Navit die Möglichkeit bietet, mit einer zentralen Instanz zu kommunizieren, kann die Leitstelle den Polizisten dynamisch Points of Interest (POI) einspielen oder die Standorte anderer Polizeifahrzeuge in Echtzeit einblenden.

Damit das auch funktioniert, müssen sich die einzelnen Einsatzfahrzeuge in der Leitstelle registrieren, um anschließend eine Funkmeldesystem-Kennung (FMS) zu erhalten. In der Leitstelle stehen ein GPS2GIS-Server und ein PolarIS-Server ("Polizeiliches automobilgestütztes ressourcensteuerndes IT-System"), die ebenfalls mit Linux laufen. PolarIS kümmert sich um die Nutzer- und Einsatzmittelverwaltung. Es umfasst Wartungs- und Videomodule, ein POI-Redaktionssystem sowie eine Schnittstelle, über die sich "benachbarte Kräfte", sprich: andere Einsatzfahrzeuge, ermitteln lassen. Der GPS2GIS-Server dient der Lokalisierung von Fahrzeugen und Personen. Er führt die empfangenen GPS-Koordinaten mit geodätischen Information zusammen und verknüpft sie so mit Straßen und Hausnummern. Dafür verfügt er über Schnittstellen zu GPS-Trackern für Fahrzeuge und Personen, zu einem GIS-Server, zur Auftragsverwaltung und zum Einsatzleitsystem.

Den Multifunktions-PC im Einsatzfahrzeug bedienen die Beamten über einen Touchscreen im Armaturenbrett (Abbildung 3). Dafür implementierten die Entwickler eine spezielle Oberfläche in Java, die einfach, robust und schnell ist (Abbildung 4). "Kein Schnickschnack, sondern nur große Tasten, damit es die Kollegen auch während der Fahrt betätigen können", so beschreibt Mike Peter von der Projektgruppe Interaktiver Funkstreifenwagen des ZDPol die GUI. Sie ist in zwei Bereiche unterteilt.

Abbildung 3: Nur ein einziges Kabel führt zur im Cockpit verbauten Display-Einheit.
Abbildung 4: Die Oberfläche: "Kein Schnickschnack, sondern nur große Tasten".

Links können die Beamten in der Statusanzeige ablesen, wie es um Kameras, GPS-Signal und Feldstärke der Funkverbindung steht. Darüber hinaus blendet das System dort die FMS-Kennung ein und zeigt an, ob noch abzuarbeitende Aufträge anstehen. Den rechten Bereich beherrschen vier große Buttons, die die Beamten zur Navigation, Auftragsverwaltung, Kamera- oder Gerätesteuerung bringen.

Die Auftragsverwaltung (Abbildung 5) informiert die Einsatzkräfte, was es als Nächstes zu tun gibt. Neben der Art des Auftrages erscheinen hier Adresse und Koordinaten des Auftragsortes, nähere Informationen zum Auftrag und eventuell Telefonnummern. Per Knopfdruck lassen sich die Daten und das von der Leitstelle verwendete Kartenmaterial in die Navigationskomponente übernehmen.

Abbildung 5: Die Auftragsverwaltung zeigt, was als nächstes ansteht.

Das Navigationssystem Navit (Abbildung 6) haben die Entwickler der Projektgruppe stark angepasst und um viele für die Polizei unnötige Features erleichtert. Zu dem, was blieb, gehören der Nordpfeil, die Strecke bis zum Zielort, die errechnete Zeit bis zum Eintreffen sowie die Informationen, wann und wohin der Fahrer abbiegen muss. Die Beamten können Navit nicht nur nutzen, um sich zu vorgegebenen Zielen leiten zu lassen, sondern ihre Ziele auch selbst eingeben, wie man es von handelsüblichen Navigationsgeräten kennt.

Abbildung 6: Navit kann als einziges evaluiertes Navigationssystem Kartenmaterialien im laufenden Betrieb wechseln und von außen zugesendete POIs dynamisch einblenden.

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