Miniatur Wunderland Hamburg

Direkt an der Elbe in Hamburgs Speicherstadt ist die größte Modelleisenbahn der Welt beheimatet – das Miniatur Wunderland.

Hamburgs Touristenattraktion Nr. 1 und die beliebteste Sehenswürdigkeit Deutschlands lockt jährlich 1,5 Millionen Besucher aus allen Teilen der Welt in seine Ausstellung und begeistert nicht nur Modellbahnbegeisterte. Auf 1.700 qm Modellfläche ist in rund 1,2 Millionen Arbeitsstunden eine einzigartige Miniaturwelt entstanden. Sie besticht neben ausgefeilter Technik vor allem durch ihren Detailreichtum. 290.000 liebevoll in Szene gesetzte Figuren, fahrende Züge und Autos, Schiffe; sogar Flugzeuge starten am Knuffingen Airport im Minutentakt. Ein atemberaubender Miniaturkosmos, den es so nirgendwo anders auf der Welt zu sehen gibt.

Die Herausforderung

Im Jahr 2000 begann der Bau des Miniatur Wunderlandes. Das Vorhaben der Zwillingsbrüder Gerrit und Frederik Braun sowie Stephan Hertz wurde zu Beginn noch von vielen belächelt. Doch aus dem Lachen sind bereits bei der Eröffnung im Jahr 2001 Loblieder geworden. Die Anlage lädt zum Träumen ein und zeigt nicht nur detailgetreue Abbilder aus der ganzen Welt, sondern stellt immer wieder aktuelle Ereignisse in den Vordergrund.

Wenn man an 365 Tagen im Jahr geöffnet hat, an Werk-, Sonn- und Feiertagen alle Systeme quasi permanent verfügbar sein müssen, dann gehört dazu nicht das große Engagement der über 400 Mitarbeiter, sondern auch Hard- und Software, die diesen Herausforderungen Stand hält. Die verschiedenen Anlagenteile und Teilsysteme müssen synchron gesteuert werden, nicht nur die 1.200 Züge, sondern auch die über 520.000 Lichter, 11.000 Autos, 52 Flugzeuge und 16 Schiffe in der fiktiven Stadt Knuffingen. So gilt es beispielsweise, die Bewegung der Autos mit den Lichtsignalen der Ampeln zu synchronisieren oder die Beleuchtung der Straßen und Häuser mit der Tag- und Nacht-Stimmung des Deckenlichts in Einklang zu bringen.

Wir benötigen bei unserer Software eine hohe Zuverlässigkeit für den Betrieb des Wunderlandes – mit Delphi erfahren wir diese seit über 20 Jahren.

Daniel Wolf, Minatur-Software-Developer

DIE ANWENDUNGEN

Diese wahnsinnig komplexen technischen Herausforderungen, wo so ziemlich alles, was man sehen, riechen, hören und (nicht) anfassen kann, von sehr cleverer Technik angetrieben und gesteuert wird, wo das Dröhnen der Motoren rasender Rennwagen, der Lärm aufgeregter Zuschauer und der Hektik eines Flughafens alles präzise ineinander greift, dort arbeiten seit über 20 Jahren sehr unterschiedlichen Delphi-Programme im Hintergrund und halten die breitgefächerte Software-Landschaft am Laufen. Die auf Delphi basierende Code-Basis umfasst mittlerweile rund 1 Million Zeilen.

Natürlich sind auch operative Anwendungen des Unternehmens, wie das Ticketing System mit dem Wartezeit Management, die Lagerverwaltung oder die Zeiterfassung des Personals zuverlässige Delphi Anwendungen.

Bei der Steuerung sämtlicher Fahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe werden deren Fahrtrouten geplant und überwacht, Ereignisse wie zum Beispiel Feuerwehr-Einsätze kontrolliert und zum jeweiligen Einsatzort dirigiert, damit sie auf ihrem Weg dorthin Vorrang vor anderen Fahrzeugen erhalten. Gesteuert werden die Autos dabei von einem „kontrollierten Zufall“, der dafür sorgt, dass Autos verschiedenste Routen nutzen und so zu einem lebendigen Bild der Anlage beitragen. Dennoch werden Regeln eingehalten – so gilt im Wunderland auch für die kleinen Autos das Rechtsfahrgebot, Kreuzungen werden bei Staus freigehalten und ein Schwertransporter wird – sofern er andere Wege findet – nicht durch die Knuffinger Innenstadt geleitet.

Formel 1 in Monaco

Das neueste Projekt der Hamburger Miniaturbauer sprengt alles bisher Dagewesene - Monaco und das realitätsnahe Formel 1 Rennen auf einer 24 Meter langen Rennstrecke.

Auf ihr werden Formel-1- und Formel-E-Rennen ausgetragen. Beide Rennserien umfassen jeweils 20 Fahrzeuge, von denen pro Rennen maximal 14 gleichzeitig auf der Strecke sind. Das reduzierte Starterfeld ist auf das angepasste Stadtlayout zurückzuführen, das aber so nah wie möglich an dem ursprünglichen Grundriss der Stadt Monaco gestaltet wurde. Einige Teile der Stadt mussten ein wenig „komprimiert" werden, damit die gesamte Stadt abgebildet werden konnte.

Im realen Rennen erreichen die Autos Geschwindigkeiten von fast 300 km/h. Auf den Maßstab des Miniatur Wunderlandes heruntergebrochen entspricht das etwa einem Meter pro Sekunde. Um Kurskorrekturen zu ermöglichen und Kollisionen zu vermeiden, werden die Rechen-Threads 10 Sekunden im Voraus berechnet. Bei Konflikten kann es vorkommen, dass ein Teil dieser Berechnungen verworfen werden muss, wenn ein Auto entweder von sich aus feststellt, dass ein Überholvorgang nicht funktioniert, oder wenn das Auto von der Rennleitung die Anweisung erhält, das nachfolgende Fahrzeug passieren zu lassen ("blaue Flagge"). Hieraus ist erkennbar, dass alle Rennautos intelligent sind und ihre eigenen Entscheidungen treffen!

Alle Rennen werden live berechnet, jedes Auto erhält seine eigene Rennstrategie und jeder Fahrer aus der aktuellen Weltrangliste unterliegt verschiedenen Parametern, die das Rennen unterschiedlich steuern. Der Delphi-Code generiert zusätzlich Zufallswerte, so dass der Miniatur-Verstappen nicht immer gewinnt.

Das Miniatur Wunderland wird von Delphi gesteuert und alles geschieht live und in Echtzeit. Der zentrale Baustein ist die in Delphi geschriebene Carsystem-Software. Hier laufen alle Fäden zusammen.

Der Fahrzeugantrieb

Wie funktioniert die einzigartige Antriebsart der Autos? Aufgrund ihrer Größe von etwa 5 cm haben die Fahrzeuge weder ein Getriebe noch einen Motor oder gar eine Batterie. Sie werden durch ein von der Straßenoberfläche erzeugtes Magnetfeld, ein "Halbach-Array", angetrieben und von einer zweiten Schicht unter der Fahrbahn, die mit Sensoren ausgestattet ist, lokalisiert und kontrolliert. Dadurch könnte ein Fahrzeug auch manuell auf der Strecke festgehalten werden und das Tracking-System aktiviert für diesen Sektor die Anzeige der gelben Flaggen und lässt die Route der anderen Fahrzeuge überprüfen und ggf. neu berechnen, so dass diese um das Hindernis herumfahren.

Delphi ist hier im Hause eines der beliebtesten Entwicklungs-Werkzeuge

Daniel Wolf, Minatur-Software-Developer

Natürlich gibt es noch viele andere unglaubliche Delphi-Projekte im Miniatur Wunderland, wie z.B. die Live TV Übertragung, die wie im echten Rennen, hier auf 2 Zoll Miniatur Displays am Rand der Strecke die 29 Videoströme verschiedener Raspberry Pi Kameras zeigt. Aber auch die echten Wunderland Zuschauer können sich das Rennen auf großen Monitoren anschauen. Wenn diese Aufnahmen sich gänzlich im Maßstab 1:87 abspielen und keine Referenzobjekte im Bild sind, dann verschwimmt für den Betrachter die Grenze zwischen Miniatur und Original. Daraus entsteht ein faszinierendes Spiel der Größenordnungen.

Ein weiteres Projekt, welches im Kontext der Formel 1 entstanden ist, aber inzwischen mehrere Verwendungen hat, ist die Sound-Matrix. Die kleinen Formel 1 Autos geben keinerlei Geräusche von sich, so dass diese über 19 unter der Rennstrecke verteilten Lautsprechern kommen müssen. Mithilfe der externen Bibliothek BASS.DLL wird der jeweils zur Fahrsituation passende Ton (Beschleunigen, Bremsen, Vollgas, Leerlauf etc.) eines Fahrzeuges an den räumlich passenden Lautsprecher ausgespielt, so dass die Position der Audioquelle mit der tatsächlichen Position eines Formel 1 Autos übereinstimmt. In einer veränderten Grundkonfiguration kommt diese Sound-Matrix auch am Knuffinger Flughafen zum Einsatz und sorgt dort für den Sound des Flugbetriebs.

Die Miniatur Wunderland Skycam-Ansicht

Ein weiteres Projekt, das bei der Entwicklung sehr geholfen hat, ist die Fehleranalyse. Das Team kann sich per Laptop mit dem Formel-1-System verbinden, um die Betriebsparameter abzurufen und auszuwerten. Auch hier konnten die Techniker die Stärken von Delphi nutzen, denn die Leistungsdarstellung von großen Datenmengen ist vergleichsweise einfach. Die hierbei gewonnenen Daten und Erkenntnisse führten dazu, dass die Fahrmanöver der Formel 1 Autos noch präziser ausgearbeitet werden konnten und auf diese Weise unter anderem mehr Überholmanöver auf der auch im Original schon engen Strecke ermöglichen.

Die Software, die die Formel 1 Strecke kontrolliert, stammt bereits im Grundkonzept von den Vorgänger-Projekten, wie dem Hafen, dem Flughafen und den Fahrzeugen in Knuffingen ab. Diese Steuerung ist jeweils zuständig für die Planung und Überwachung von Fahrtrouten und kontrolliert alle Ereignisse wie zum Beispiel Feuerwehr-Einsätze, für die die Fahrzeuge zum jeweiligen Einsatzort dirigiert werden und auf ihrem Weg dorthin Vorrang vor anderen Fahrzeugen erhalten. Aber nicht nur das: Die Software achtet auf das allgemeine Rechtsfahrgebot, führt große Transporte wie Sattelschlepper samt ihrem Konvoi über Umgehungsstraßen und setzt den Warnblinker, wenn auf der Autobahn am Stauende angehalten werden muss.

Die Lichtsteuerung, die neben sämtlichen Anlagen- und Fahrzeuglichtern auch das Deckenlicht kontrolliert, sorgt so für imposante Tag- und Nachtszenen. Dabei werden die verschiedenen Bereiche perfekt synchronisiert, damit an den Fahrzeugen oder in den Häusern genau dann das Licht angeht, wenn die Dämmerung einsetzt.

Neue Projekte

Mit dem neuen großen Bauabschnitt Asien und seinen Megastädten werden sich insbesondere für den Bereich der Lichtsteuerung ganz neue Herausforderungen ergeben: Ihre Skylines sind nachts illuminiert, ganze Hochhäuser werden zu Projektionsflächen. Auf den Maßstab 1:87 heruntergebrochen, wird ein Hochhaus etwa 1,80m hoch sein. Bis zu 7.000 LEDs pro Haus werden die Fassaden illuminieren und müssen dafür individuell adressiert werden. Die technische Planung in enger Zusammenarbeit mit den Hardware-Entwicklern dafür beginnt bereits 2025.

Mit Delphi als primärem Entwicklungswerkzeug können wir den vielfältigen Anforderungen des Wunderlandes gerecht werden

Daniel Wolf, Minatur-Software-Developer

Fazit

Das Miniatur Wunderland ist ein hervorragendes Beispiel dafür, was man mit Delphi und viel Talent erreichen kann! Delphi hat sich seit mittlerweile über 20 Jahren als investitionssicheres und verlässliches Entwicklungswerkzeug etabliert, welches einerseits den Software-Bestand schützt und auf der anderen Seite kontinuierlich neue Möglichkeiten zur Verfügung stellt.

Dadurch war – und ist – es möglich, gewachsene Projekte nicht nur zu verwalten, sondern zu gestalten und so auf völlig neue Anforderungen zu reagieren: Die Planungen neuer Projekte sind bereits in Gang, um auch weiterhin vielen Millionen Menschen große Freude zu bereiten.

Weitere Information zur Technik und den verschiedenen Wunderwelten auf der Webseite Miniatur Wunderland und dem Formel 1 Blog.

Auf Youtube gibt es interessante Videos zum Miniatur Wunderland und zur technischen Entstehung der Formel 1 Strecke sowie über die fürstliche Eröffnung durch Prinz Albert II