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Digitaler Funk/Regiofunk

Von einer guten Kommunikation im Nahverkehr profitieren Verkehrsunternehmen, Fahrgäste und Einsatzkräfte gleichermaßen. Nordrhein-Westfalen fördert daher einheitliche Funkstandards.

Die digitale Funktechnik übernimmt bei der Kommunikation zwischen Leitstelle und Fahrpersonal immer mehr die Vorherrschaft. Gegenüber der Analogtechnik punktet sie mit einer höheren Übertragungsqualität und weiteren praktischen Funktionen. Die Akteure im NRW-Nahverkehr treiben den Einsatz von digitaler Funktechnik unter der Bezeichnung „Regiofunk“ voran. Landesweit oder zumindest in den jeweiligen Verbünden sollen einheitliche Funkstandards für einen reibungslosen Austausch zwischen den Verkehrsunternehmen sorgen und den Betriebsablauf verbessern. Das trägt auch dazu bei, die Anschlusssicherung für die Fahrgäste zu optimieren und Einsatzkräfte bei Notfällen besser zu koordinieren.

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Ausgangslage

Der Umfang und das Alter der in den Verkehrsunternehmen eingesetzten Funktechniken ist sehr unterschiedlich. Neben alten, erneuerungsbedürftigen Analoganlagen sind bei anderen Verkehrsunternehmen bereits hochmoderne digitale Funkanlagen in Betrieb. Zudem tritt vermehrt die Nutzung öffentlich zugänglicher Funksysteme auf. Zusätzlich sind bei vielen Unternehmen Breitbandübertragungssysteme im Einsatz, die zur Versorgung von Fahrzeugen mit umfangreichen quasi statischen Daten genutzt werden.

Im Einzelnen stellen sich die digitalen Funktechniken wie folgt dar:

1) Digitale Bündelfunksysteme
Der digitale Bündelfunk vereint die Vorteile des Bündelfunks (Kommunikation von verschiedenen Nutzergruppen über dasselbe Funknetz bei dynamischer Zuweisung von Kommunikationskanälen) mit denen des digitalen Mobilfunks (flexible Bildung von Nutzergruppen, hohe Übertragungsqualität bei Sprache und Daten, Prioritätenreihung der Verbindungen). Der digitale Bündelfunk ist für eine hohe Anzahl Teilnehmer ausgelegt. In Europa bestehen zurzeit zwei digitale Bündelfunksystemstandards, Tetra und Tetrapol, die den Ansprüchen an ein umfassendes Kommunikationssystem im ÖPNV genügen. Sie bieten unter anderem eine leistungsfähige Sprach- und Datenübertragung, gesicherte Notrufabwicklung und Abhörschutz.

Tetra („Terrestrial Trunked Radio”) ist ein europaweiter Standard für digitale Bündelfunksysteme. Er wurde vom europäischen Normierungsinstitut für Telekommunikationsstandards ETSI (European Telecommunications Standards Institute) in Zusammenarbeit mit mehreren namhaften Herstellern von Mobilkommunikationsgeräten, Netzbetreibern und Regulierern als unabhängiger Standard entwickelt, der die Interoperabilität bei der Zusammenarbeit verschiedener öffentlicher Einrichtungen (z. B. Polizei und Rettungswesen) gewährleisten soll. Der Tetra-Standard ist herstellerunabhängig, d.h. die Endgeräte eines Tetra-Netzes können von verschiedenen Herstellern stammen. Zudem ist zwischen verschiedenen Tetra-Netzen eine Kommunikation und ein Datentransfer möglich.

Tetrapol („Terrestrial trunked radio pour les services de sécurité”) ist ein unternehmensspezifischer Standard für digitale Bündelfunksysteme, der von der französischen Firma Matra entwickelt wurde und nicht dem europäischen Standard ETSI entspricht. Ursprünglich wurde Tetrapol für die französischen Sicherheitskräfte entwickelt. In Deutschland wird Tetrapol unter anderem als digitaler Funk bei der Bundeswehr eingesetzt.

Die digitalen Bündelfunkstandards Tetra und Tetrapol sind aus einem analogen Betriebs- oder Bündelfunksystem nicht direkt zugänglich oder miteinander kompatibel. Ein Übergang zwischen analogem und digitalem Funk bzw. zwischen den beiden digitalen Systemen ist lediglich auf der Festnetzebene möglich, jedoch gehen dabei Leistungsmerkmale verloren. Der Aufbau einer Schnittstelle zwischen den Systemen Tetra und Tetrapol ist prinzipiell möglich, wurde jedoch bislang noch nicht realisiert. Tetra hat sich zwischenzeitlich als Standard für die professionelle mobile Kommunikation beim digitalen Bündelfunk durchgesetzt.

2) Digitaler Betriebsfunk
DMR („Digital Mobile Radio“) ist ein vom ETSI als Standard definierter digitaler professioneller Betriebsfunk und ist für eine mittlere Anzahl Teilnehmer ausgelegt. Er besitzt mit Funktionen wie Rufpriorisierung, Notruf und Gruppenruf bzw. Rundspruch ähnliche Leistungsmerkmale wie Tetra, Tetrapol oder GSM-R und füllt die Lücke zwischen dem klassischen Analogfunk und dem komplexen digitalen Bündelfunk. Gegenüber anderen digitalen Technologien ermöglicht DMR eine kostengünstige und sanfte Migration von analogen zu digitalen Betriebsfunknetzen. Vorhandene analoge Funkfrequenzen und Standortinfrastrukturen können weiterbenutzt werden.

dPMR (Digital Private Mobile Radio) ist ebenfalls ein vom ETSI definierter Standard für Sprach- und Datenfunk in nichtöffentlichen Funknetzen und aus technischer Sicht ein direkter Konkurrent zu DMR, da in etwa die gleiche Zielgruppe angesprochen wird. Ausgelegt ist dPMR für eine kleine bis mittlere Anzahl von Teilnehmern.

3) Systeme nach GSM-/ GSM-R/ UMTS- Standard
Der GSM-R-Standard („Global System for Mobile Communications – Rail“) wurde aus den Techniken des GSM-Standards, der im öffentlichen Mobilfunknetz genutzt wird, entwickelt. Dabei ist GSM-R speziell den Anforderungen des Eisenbahnverkehrs angepasst worden und entspricht dem europäischen Standard ETSI. Die Infrastruktur und das Netz auf der Basis des GSM-R-Standards werden ausschließlich für EVU (Eisenbahnverkehrsunternehmen) als „geschlossene Nutzergruppe“ zur Verfügung gestellt. Eine Erweiterung dieser Nutzergruppe ist aufgrund der von der Bundesnetzagentur (BNetzA) vergebenen Lizenzen ausgeschlossen. Wie bei den Systemen Tetra und Tetrapol ist auch hier der Übergang zu anderen digitalen und analogen Systemen nur über die Festnetzebene möglich.

Die DB AG führt gemeinsam mit den europäischen Bahnen digitalen Funk auf Basis des GSM-R-Standards ein und baut das Netz schrittweise aus. Als einheitliche, standardisierte und europaweit interoperable Systemplattform wird GSM-R von der Deutschen Bahn AG für mobile Sprach- und Datenfunkanwendungen verwendet. Neben der Sprachkommunikation wird GSM-R zusätzlich zur Zugsicherung eingesetzt.

Im ÖPNV werden öffentlich zugängliche Funksysteme nach den GSM-/ UMTS- Standards verwendet oder deren Nutzung geplant. Vorteilhaft erscheinen hierbei vor allem der Kostengesichtspunkt durch Fortfall hoher Erstinvestitionen, der kalkulierbare jährliche Gebührenaufwand, die von vornherein gegebene Flächenabdeckung der öffentlichen Mobilfunknetze und die Teilhabe an den technischen Entwicklungen. Als Nachteil sind im Wesentlichen die Sorge um die Verfügbarkeit in Zeiten hohen Gesprächsbedarfs sowie das Fehlen spezieller Sonderfunktionen zu sehen.

Akteure

Tetrapol wird in Deutschland von EADS vertrieben und von verschiedenen Verkehrsunternehmen genutzt. Die Hamburger Hochbahn AG, die HEAG Verkehrs-GmbH in Darmstadt sowie die Berliner Verkehrsbetriebe BVG (Ressort Bus und Straßenbahn) wenden digitalen Betriebs-/Bündelfunk basierend auf dem Tetrapol-Standard an.

Digitale Bündelfunksysteme, die auf dem Tetra-Standard basieren, gewinnen bei den Verkehrsunternehmen des öffentlichen Personennahverkehrs zunehmend an Bedeutung und werden in Deutschland inzwischen bei mehreren Verkehrsunternehmen eingesetzt bzw. finden sich in der Vorbereitung. Hierzu zählen zum Beispiel folgende Verkehrsunternehmen:

  • Verkehrs-Aktiengesellschaft Nürnberg (VAG),

  • Berliner Verkehrsbetriebe (BVG) – Ressort U-Bahn,

  • Kölner Verkehrs-Betriebe AG (KVB),

  • Rheinbahn AG,

  • Via Verkehrsgesellschaft (Via) mit den Unternehmen DVG, EVAG, MVG,

  • Stadtwerke Bonn Verkehrs GmbH (SWB Bus und Bahn),

  • verschiedene Verkehrsunternehmen der „Kooperation östliches Ruhrgebiet“ (Bogestra, HCR, DSW21),

  • WSW mobil GmbH (WSW),

  • Würzburger Straßenbahn GmbH (WSB) und

  • Verkehrsverbund Oberelbe im Bereich von Dresden.

Die KVB haben zwischen 2005 und 2008 stufenweise ein digitales Netz auf der Basis des Bündelfunks Tetra in Betrieb genommen. Insgesamt sind über 600 Busse und Bahnen des Unternehmens mit Bordcomputern und digitalen Funkgeräten ausgestattet, die über das Tetra Netz mit der Leitstelle verbunden sind. Zusätzlich sind mehr als 650 digitale Handfunkgeräte für die Entstör- und Service-Dienste im Einsatz. Die Ansteuerung von über 100 Lichtsignalanlagen (LSA) erfolgt ebenfalls bereits über Digitalfunk. In einer weiteren Stufe sollen bis zu 250 weitere LSA umgerüstet werden.

Die Stadtwerke Bonn (SWB Bus und Bahn) realisieren derzeit die Einführung eines digitalen Funknetzes. Sie haben sich dazu entschlossen, kein eigenständiges Netz zu errichten, sondern sich am KVB-Netz zu beteiligen. Hierzu werden in Bonn zehn weitere Sende-/Empfangsstationen errichtet.

Bei der VAG Nürnberg ist die U-Bahn zwischen 2004 und 2008 vom analogen Funk auf den digitalen Bündelfunk nach dem Tetra-Standard umgerüstet worden. In einem nächsten Schritt wird zurzeit das gesamte Oberflächennetz (Busse und Straßenbahnen) in Nürnberg, Fürth, Erlangen und Schwabach zunächst mit Ausnahme der LSA-Ansteuerung auf die digitale Funktechnik umgerüstet.

Die BVG Berlin (Ressort U-Bahn) betreibt ein Tetra-Funknetz entlang der neun U-Bahnlinien.

In Europa wird der Tetra-Standard eingesetzt bzw. ist der Einsatz geplant z. B. von London Underground Limited, der Metro Kopenhagen, den Prager Verkehrsbetrieben, den Pariser Verkehrsbetrieben, der Metro Lissabon und der Metro in St. Petersburg. In Deutschland erfolgt zzt. der Aufbau eines digitalen Funknetzes auf Basis des Tetra-Standards für die Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS), der voraussichtlich 2014 abgeschlossen sein wird.

Für die Nutzung von DMR bei Verkehrsunternehmen ist noch kein nationales Projekt vorhanden. International befindet sich der Aufbau eines digitalen Funknetzes im DMR-Standard in Budapast bei der Budapester Verkehrs-Aktiengesellschaft (BKVzrt) für 2.600 Busse und Straßenbahnen im Aufbau. Dabei steht primär das DMR-Netz für Sprache, Lokalisierung und Telemetrie zur Verfügung. Über GSM werden Datenpakete für die Fahrgastinformationen (Display im Fahrzeug) und Videoüberwachung übermittelt. Über WLAN werden Massendaten wie z.B. Nachrichten und Werbespots sowie die LSA-Steuerung übertragen.

Die Nutzung von öffentlich zugänglichen Funksystemen (GSM/GPRS/UMTS) wird derzeit vor allem bei kleineren Verkehrsunternehmen geplant, die entweder keinen RBL-Betrieb planen oder generell die hohen Investitionskosten scheuen. Als Beispiel für die Nutzung von öffentlich zugänglichen Funksystemen seinen beispielhaft die Märkische Verkehrsgesellschaft GmbH (MVG) in Lüdenscheid und die Rhein-Sieg-Verkehrsgesellschaft mbH (RSVG) genannt. Darüber hinaus bestehen auch bei den Anwendern von digitalen Bündelfunksystemen aus Kostengründen Überlegungen, Funkbereiche, die nur sehr aufwendig auszuleuchten sind oder nur wenig Verkehrsleistungen aufweisen, mit GSM/GPRS/UMTS- Systemen zu bedienen und diese ergänzend in ihr Leitsystem zu integrieren. Ein Beispiel hierfür ist der Verkehrsverbund Oberelbe, der im Bereich von Dresden ein TETRA-Bündelfunknetz betreibt und im restlichen Verbundgebiet auf ein öffentliches Funknetz zurückgreift.

Die DB AG stattet derzeit mehr als 28.000 Streckenkilometer mit GSM-R aus. Seit März 2009 ist der GSM-R-Zugfunk bereits auf mehr als 24.500 Streckenkilometern in Betrieb. Als erste Strecke, deren Zugfunk nur auf der GSM-R-Technik basierte, ging am 1. August 2002 die Neubaustrecke Köln-Rhein/Main in Betrieb. Auch das geplante europäische Zugsteuerungs- und -leitsystem ETCS (European Train Controlsystem) wird auf den GSM-R-Standard aufsetzen. Voraussichtlich Mitte 2014 ist der überwiegende Teil des Streckennetzes in NRW mit GSM-R ausgestattet.

In den Verkehrsverbünden Nordrhein-Westfalens gibt es Überlegungen, digitale Bündelfunksysteme einzurichten, um unternehmensübergreifende Kommunikation und Steuerung von ortsfesten technischen Anlagen sowie direkte Vermittlung von Notrufen zu ermöglichen. In den Jahren 2000 bis 2002 wurden hierzu die Kommunikationsplattformen (Nutzergruppen) „regiofunk rhein ruhr“ und „regiofunk rhein sieg“ geschaffen.

Innerhalb der Nutzergruppe „regiofunk rhein ruhr“ im VRR wurden Migrationsplanungen für den Wechsel von analogem zu digitalem Funk angedacht, Finanzierungsanträge entwickelt sowie Investitionskosten berechnet. Aufgrund der sehr hohen Investitionskosten wurde bislang im VRR lediglich mit den Betrieben Bogestra, HCR und DSW21 ein gemeinsames RBL-System mit digitalem Bündelfunk im Rahmen der „Kooperation Östliches Ruhrgebiet“ aufgebaut, das die bisherigen Insellösungen der einzelnen Verkehrsbetriebe ablöste. Weitere koordinierte Planungen zum Ausbau des unternehmensübergreifenden digitalen Betriebsfunks werden gegenwärtig vom VRR nicht durchgeführt. Die Verkehrsunternehmen der Via-Verkehrsgesellschaft (Duisburger Verkehrs AG, Essener Verkehrs AG, Mülheimer Verkehrsgesellschaft mbH) und die Rheinbahn AG bauen zurzeit ein gemeinschaftliches Intermodal Transport Control System (ITCS) und ein TETRA-Digitalfunk-Systems auf.

Von VRS und KVB wurden im Rahmen des „regiofunk rhein sieg“ Vertragsentwürfe zur Einführung des Regiofunks entwickelt. Darüber hinaus gibt es auch hier zurzeit keine weiteren Aktivitäten. Die Festlegung auf ein einheitliches Funksystem für alle Beteiligten hat sich als nicht umsetzbar erwiesen, da für die meisten Unternehmen keine Notwendigkeit für eine Erneuerung des Funksystems bestand bzw. die erforderlichen Investitionen nicht finanzierbar waren. Mit der geplanten Nutzung des Tetra-Funknetzes der KVB durch die SWB wird die ursprüngliche Idee des „regiofunk rhein sieg“ zumindest anteilig in die Praxis umgesetzt. Bundesweit haben sich mit „regiofunk Hamburg digital“ und „regiofunk rhein main“ weitere Nutzergruppen im Bereich ÖPNV gebildet.

Der VDV unterstützt die Entwicklung des Regiofunks, vor allem bei verbundübergreifenden Kooperationen. Er hat zum Thema „Digitaler Betriebs- und Bündelfunk“ Mitteilungen herausgegeben sowie die VDV-Schriften 423 (Anforderungen an eine offene, standardisierte, ortsfeste und mobile Netzwerkstruktur) und 424 (Betriebliche Anforderungen), die jedoch auf Grund der schnellen Entwicklung der digitalen Kommunikationstechnik nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik entsprechen.

Die ÖPNV Arbeitsgruppe Digitalfunk, der acht Verkehrsunternehmen aus Deutschland und der Schweiz angehören, unterstützt den VDV bei der Erstellung von themenbezogenen Richtlinien und hat einen Anforderungskatalog für digitale Betriebsbündelfunksysteme (DBB) im Nahverkehr erstellt, der als Orientierungshilfe und Leitfaden für Industrie und Nahverkehrsbetriebe dient. Zudem hat die Arbeitsgruppe Digitalfunk die VDV-Schrift 424 weiterentwickelt und an den aktuellen Technikstand angepasst. Auf Basis dieser Schriften wird zurzeit die Beschaffung eines digitalen Bündelfunksystems nach dem TETRA-Standard bei Rheinbahn, DVG, MVG und EVAG durchgeführt.

Probleme und Aufgaben

Die Umrüstung von Analogtechnik auf Digitaltechnik erfordert einen erheblichen finanziellen Aufwand und einen tiefgreifenden Wandel in der technischen Infrastruktur der Verkehrsunternehmen. Nicht nur die Fahrzeuge und innerbetrieblichen Anlagen (z. B. Leitstelle, Betriebshöfe, Werkstätten) müssen umgerüstet werden, sondern auch bereits eingerichtete LSA-Steuerungen zur Beschleunigung des ÖPNV und dynamische Fahrgastinformationsgeräte. Während die betrieblichen Vorteile sofort wirksam werden, entstehen Kosteneinsparungen erst im Laufe der Zeit, da ein erheblicher Teil der Aufwendungen auf die Instandhaltung der analogen Technik entfällt. Es sind daher Konzepte notwendig, die sicherstellen, dass die Umrüstung finanziell machbar bleibt, ohne die Kommunikationsfähigkeit im laufenden Betrieb einzuschränken. Aufgrund der sehr hohen Investitionskosten und des Kostendrucks der Verkehrsunternehmen sind Aktivitäten zur Einführung von digitalem Bündelfunk momentan eingeschränkt.

Bei der Umsetzung des Digitalfunks im ÖPNV sind verschiedene Aspekte zu beachten. Beispielsweise müssen in der Regel Ausschreibungen bezüglich des Digitalen Bündelfunks europaweit erfolgen. Auch sollten fahrgastorientierte Leistungsmerkmale, z. B. die Übertragung von Echtzeitdaten für die dynamische Fahrgastinformation, neben den betriebsinternen Leistungsmerkmalen berücksichtigt werden, da sie für einen modernen ÖPNV unabdingbar sind.

Da für Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben andere Frequenzen als für den digitalen Betriebsfunk im ÖPNV reserviert sind, kann keine unmittelbare Kommunikation über Funk mit Dritten wie Polizei, Feuerwehr, Rettungswesen etc. durchgeführt werden. Die Kommunikation erfolgt daher mittels Durchleitung über das Telefonfestnetz.
Die Nutzung unterschiedlicher Standards für digitale Bündelfunksysteme (GSM, Tetra, Tetrapol) bei Verkehrsunternehmen schränkt die Kommunikationsmöglichkeiten untereinander ein. Daher ist die Verständigung zur Nutzung eines einheitlichen Standards (z. B. Tetra) naheliegend. Im Fall von Ausschreibungen der Verkehrsleistung wäre dieser Standard von allen Anbietern zu erfüllen. Im Interesse der Chancengleichheit aller Anbieter wären z. B. Betreibergesellschaften für die digitalen Bündelfunksysteme denkbar.

Durch die Einführung des GSM-R-Standards im Schienennetz der Deutschen Bahn AG sehen sich die NE-Bahnen gegenüber den DB-eigenen Transporttöchtern im Nachteil, da sie gezwungen sind, zeitnah ihre Fahrzeuge mit GSM-R auszurüsten, wenn die von ihnen befahrenen Streckenabschnitte auf GSM-R umgerüstet werden. DB-eigene Transporttöchter haben ihnen gegenüber diesbezüglich einen Informationsvorsprung. Ein Gutachten zu den Auswirkungen der GSM-R-Einführung auf den Eisenbahnbetrieb führte beim Eisenbahn-Bundesamt (EBA) zu der Auffassung, dass bei entsprechender Kooperation der DB Netz AG und der Eisenbahnunternehmen keine Diskriminierung vorliegt, die behördliche Maßnahmen erfordert.

Probleme beim digitalen Funk gibt es bei der Übertragungsgeschwindigkeit. Die Übertragung von bewegten Bildern, die in der dynamischen Fahrgastinformation verwendet werden könnten, ist nur unter großen Qualitätsverlusten möglich und erfordert hohe Frequenzressourcen. Auch Standbilder benötigen eine relativ lange Übertragungszeit, so dass für diesen Zweck derzeit nur Textübertragungen sinnvoll sind. Die Erweiterung der gegenwärtigen Funktionen und Dienste des Tetra-Release 1 zu einem Tetra-Release 2 Standard könnten hier Abhilfe schaffen, da die Erweiterung unter anderem eine größere Datenrate, eine höhere Reichweite sowie Roaming zwischen Tetra, GSM und UMTS umfasst. Ein wesentlicher Bestandteil von Tetra-Release 2 ist TEDS (Tetra Enhanced Data Service). Der Tetra-Release 2 Standard ist durch das ETSI fertiggestellt und veröffentlicht. Darüber hinaus ist grundsätzlich zu überlegen, ob Aufgaben mit hohem Bandbreitenbedarf überhaupt in Funksysteme integriert werden sollten, oder ob nicht ohnehin Zusatzsysteme – wie schon heute vielfach in Werkstätten genutzt – mit WLAN-Technologien aufgebaut werden sollten, deren Reichweiten und Standortzahl immer weiter zunehmen.

DMR könnte eine preisgünstige digitale Funktechnologie darstellen, die aus Anwendersicht eine geeignete Alternativlösung bei der Entscheidung zwischen der Mitnutzung eines öffentlichen Mobilfunknetzes nach den GSM-/ UMTS-Standards und der Anschaffung sowie dem Eigenbetrieb eines teuren digitalen Bündelfunknetzes darstellt. Vorteilhaft bei der DMR-Technologie ist, dass bis zu einer späteren Ablösung Analog- und Digitalfunk parallel betrieben werden können. Weitere ÖPNV-spezifische Anwendungen wie z.B. eine LSA-Steuerung können beibehalten werden. Die DMR-Technologie könnte für kleinere Verkehrsunternehmen eine Alternative darstellen, da die Nutzerzahl auf eine deutlich geringere Zahl beschränkt ist als z. B. in einem Tetra-Netz. Bei Bestehen eines großflächigen digitalen Bündelfunknetzes kann auch die Mitnutzung der Bündelfunkt-Infrastruktur eine sinnvolle Alternative zur Vorhaltung eines eigenen Netzes sein.

Zusammenfassend muss befürchtet werden, dass die Einführung eines einheitlichen Systems aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen und der zeitlich weit auseinander liegenden Einführungsfristen bzw. Erneuerungszyklen eine Vision bleiben wird. Daher erhält die Herstellung der Interoperabilität auf Festnetzebene große Bedeutung. Ebenso wichtig ist aber das einheitliche Rufnummernkonzept der Verkehrsunternehmen, um Durchleitungen zu ermöglichen, wie es entsprechend bei Vernetzung von RBL-Systemen datentechnisch erforderlich ist. Auch wenn die „Luftschnittstelle“ nicht zu vereinheitlichen sein wird, so kann doch die angestrebte Vernetzung zum Wohle des Fahrgastes wie auch der Verkehrsbetriebe erreicht werden.

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