European Train Control System

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Das European Train Control System (kurz ETCS) ist neben GSM-R eine Komponente des ERTMS. Es soll die Vielzahl der in den europäischen Ländern eingesetzten Zugsicherungssysteme ablösen und so eine dichte, schnelle und grenzüberschreitende Zugführung in ganz Europa ermöglichen. Es soll mittelfristig im Hochgeschwindigkeitsverkehr Verwendung finden und langfristig im gesamten europäischen Schienenverkehr umgesetzt werden. Seit 2000 wird der Betrieb auf Teststrecken der Deutschen Bahn AG (DB AG), der Schweizerischen Bundesbahnen (SBB) und der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) erprobt.

[Bearbeiten] Geschichte

Um einen sicheren und reibungslosen Zugverkehr zu gewährleisten, sind Zugsicherungssysteme notwendig. In Europa haben sich 14 Arten entwickelt, die teilweise nebeneinander und länderabhängig eingesetzt werden und untereinander nicht kompatibel sind. Im grenzüberschreitenden Verkehr müssen daher Triebfahrzeuge mit einem oder evtl. mehreren Zugsicherungssystemen des Gastlandes ausgerüstet sein. Ist das nicht der Fall, muss ein Wechsel des Triebfahrzeuges vorgenommen werden, der zeit- und kostenaufwendig ist.

Aus Bestrebungen zur Verkürzung der Grenzaufenthaltszeiten sowie zur Senkung der Kosten durch Schaffung eines europaweiten Marktes für Zugsicherungssysteme entwickelte sich seit Anfang der 1990er das Konzept eines einheitlichen Zugsicherungssystems. Seit 1996 wurde auf Grundlage der EU-Richtlinie 96/48 zur Interoperabilität des europäischen Hochgeschwindigkeitssystems das Zugsicherungssystem ETCS und das mobilfunkbasierte Kommunikationssystem GSM-R (Global System for Mobile communication - Railways) entwickelt. Der Internationale Eisenbahnverband (UIC, Union internationale des chemins de fer) hatte durch das European Rail Research Institute (ERRI) die ersten Spezifikationen für ETCS erarbeiten lassen. Diese wurden zunächst federführend durch die ERTMS Users Group, eine Interessenvereinigung von inzwischen 6 europäischen Bahnen, anschließend durch UNISIG, einen Zusammenschluss europäischer Bahnsicherungstechnikhersteller, weiterentwickelt. Seit 1999 wird ETCS von mehreren Bahngesellschaften getestet. Seit 2001 besteht eine EU-Richtlinie, die die Bahninfrastrukturbetreiber auch zur Ausrüstung von konventionellen Strecken mit ETCS verpflichtet.

[Bearbeiten] Ziele

Die Einführung des ETCS soll nicht nur die Zugsteuerung und -sicherung zusammenfassen und intelligenter machen, sondern auch

Kosten für Instandhaltung und Betrieb von ortsfesten Anlagen (z. B. Signalen) sparen,
die Vielzahl nationaler Zugsicherungssysteme im Hochgeschwindigkeitsverkehr ablösen, und dadurch
zur Interoperabilität der europäischen Hochgeschwindigkeitsstreckennetze führen,
die Streckenkapazität und
die Streckengeschwindigkeit steigern.

[Bearbeiten] Funktion

ETCS übernimmt mehrere Funktionen. Es fasst die Sicherung (durch Signale) und Steuerung (durch Stellwerke) von Zügen zusammen, indem es

die örtliche Höchstgeschwindigkeit,
die Höchstgeschwindigkeit des Zuges,
die korrekte Fahrtstrecke des Zuges,
die Fahrtrichtung,
die Eignung des Zuges für die Strecke und
die Einhaltung besonderer Betriebsvorschriften

überwacht und ggf. auf Fehler aufmerksam macht oder regelnd eingreift. Diese Informationen werden durch die Bausteine des ETCS verarbeitet: streckenseitig die im Gleis verlegten Eurobalisen oder Euroloops bei ETCS Level 1, sowie bei ETCS Level 2 und 3 die mit dem Stellwerk verbundene ETCS-Streckenzentrale (RBC, Radio Block Centre), fahrzeugseitig die ETCS-Fahrzeugeinrichtung, die die empfangenen Daten auswertet, dem Triebfahrzeugführer anzeigt und den Zug im Gefahrenfall automatisch vor einem Gefahrenpunkt zum Halten bringt.

Eurobalise auf deutscher Bahnstrecke

Die Eurobalisen sind punktuelle Datenübertragungseinrichtungen im Gleis, die beim Überfahren durch den Zug wie ein Transponder Daten übertragen. Es gibt Balisen, die immer dieselben festen Daten übertragen, und schaltbare Balisen für veränderliche Informationen.
Euroloop ist ein kabelbasiertes semikontinuierliches Datenübertragungssystem, das auch stehenden Fahrzeugen im ETCS Level 1 Änderungen des Signalbegriffs übertragen kann. Dafür wird im Signalsichtbereich an Stelle einer schaltbaren Balise ein Kabelleiter in einer Schleife ins Gleisbett gelegt.
Die ETCS-Fahrzeugeinrichtung besteht im Wesentlichen aus ETCS-Rechner (EVC, European Vital Computer), Führerstandsanzeige (DMI, Driver Machine Interface), Wegmesseinrichtung, GSM-R-Übertragungseinrichtung (einschließlich Euroradio), Balisenleser und Bremszugriff.
Mit der standardisierten Datenverschlüsselung nach Euroradio können der ETCS-Fahrzeugrechner und die ETCS-Streckenzentrale über GSM-R sicher, d. h. vor Datenverfälschung und Datenverlust geschützt, miteinander kommunizieren.

Um den Ansprüchen verschiedener Strecken, Nutzungsprofile und Eisenbahnverwaltungen gerecht zu werden, wurden unterschiedliche Stufen des ETCS definiert, die ETCS Level 0 bis 3. Die einzelnen Stufen sind abwärtskompatibel, d. h. Triebfahrzeuge mit Level-3-Ausrüstung können auch Strecken befahren, die nach Level 0, 1 oder 2 ausgerüstet sind.

[Bearbeiten] ETCS Level 0

Wird ein Triebfahrzeug mit ETCS-Ausrüstung auf einer Strecke ohne ETCS eingesetzt, so bezeichnet man dieses als Level 0. Die fahrzeugseitige Ausrüstung überwacht den Zug lediglich auf seine Höchstgeschwindigkeit. Der Lokführer fährt nach den herkömmlichen Signalen an der Strecke.

[Bearbeiten] ETCS Level STM

Wird ein Triebfahrzeug mit ETCS-Ausrüstung auf einer Strecke mit nationalen Zugsicherungssystemen (z. B. LZB oder ATB) eingesetzt, so bezeichnet man dieses als Level STM. Dafür muss allerdings in dem Triebfahrzeug neben dem EVC auch für jedes verwendete nationale Sicherungssystem ein STM (Specific Transmission Module) vorhanden sein. Die Fahrzeugantenne liest die Informationen der streckenseitigen Einrichtung und das STM "übersetzt" sie in Informationen, die vom EVC verarbeitet werden können.

[Bearbeiten] ETCS Level 1

Funktionsweise ETCS Level 1

ETCS Level 1 baut auf der vorhandenen Streckeninfrastruktur auf und ergänzt sie. Die Eurobalisen übernehmen dabei die Rolle einer punktförmigen Zugbeeinflussung und übertragen etwa bei Signalen eine vom Signalbild abgeleitete Fahrterlaubnis (als 'schaltbare Balisen' mit variabler Informationsübertragung) oder die aktuelle Streckenhöchstgeschwindigkeit (als Festdatenbalisen auf der freien Strecke). Im Unterschied zu einer punktförmigen Zugbeeinflussung wird beim ETCS Level 1 in jeder Balise ein komplettes Abbild der Gradienten und Geschwindigkeitsbegriffe hinterlegt und gemeinsam mit einer Movement Authority an das Triebfahrzeug übertragen. Damit kann das Fahrzeug kontinuierlich die Einhaltung der erlaubten Geschwindigkeit überwachen. ETCS Level 1 bietet damit die kontinuierliche Zugüberwachung bei einem Verkabelungsaufwand, der der punktförmigen Zugbeeinflussung nahe kommt.

[Bearbeiten] ETCS Level 2

Funktionsweise ETCS Level 2

Bei Level 2 dienen die Balisen nicht mehr der Informationsübertragung, sondern nur noch der Ortung des Zuges.

Mittels Dopplerradar am Triebfahrzeugboden und Radimpulsgebern an den Triebfahrzeugachsen wird der genaue Standort ermittelt, die Balisen dienen nur noch dem Abgleich („elektronische Kilometersteine“). Der ETCS-Rechner im Zug gibt den ermittelten Standort per Euroradio an die Streckenzentrale weiter und diese meldet ihm die notwendigen Informationen über Fahrt, Halt und Geschwindigkeit zurück. Die Information über freie Gleisabschnitte wird wie in ETCS Level 1 über ortsfeste Gleisfreimelder an die Streckenzentrale übergeben: das Gleis ist in Abschnitte („Blöcke“) geteilt, und der Zug darf in den nächsten Abschnitt nur einfahren, wenn dieser nicht von einem anderen Zug belegt, sondern als 'frei' gemeldet ist.

[Bearbeiten] ETCS Level 3

Funktionsweise ETCS Level 3

Bei ETCS Level 3 wird auf eine klassische, ortsfeste Gleisfreimeldung (zum Beispiel mit Achszählern) verzichtet. Die Streckenzentrale kontrolliert hier fließend die Abstände der Züge. Dadurch sind die Züge unabhängig von definierten Blockabschnitten und können so geschwindigkeitsabhängig dichter hintereinander geführt werden (bis hin zum Fahren im absoluten Bremswegabstand). Als Konsequenz aus der fehlenden Gleisfreimeldung muss allerdings ein System zur Zugvollständigkeitskontrolle entwickelt werden, da abgetrennte Zugteile sonst unerkannt auf der Strecke stehen bleiben könnten.

[Bearbeiten] ETCS-Modi

Neben den ETCS-Levels sind auch ETCS-Modi definiert worden. Die Modi beschreiben die Zustände, in denen sich der EVC befinden kann. Allerdings ist nicht jeder Modus auch in jedem Level erlaubt. UN gibt es beispielsweise nur in Level 0. SN und SE gibt es nur in Level STM. Für die eigentlichen ETCS-Levels 1, 2 und 3 sind die wichtigsten Modi sicher SR, OS, FS, TR und PT.

[Bearbeiten] Überblick ETCS Modi

Abkürzung	(voller) Name	Verwendung in Level	Beschreibung
FS	Full Supervision	1, 2, 3	Zug wird voll vom ETCS-System überwacht
LS	Limited Supervision	1	Zug wird punktförmig vom ETCS-System überwacht; geplant, dieser Modus ist noch nicht Teil der Spezifikation SRS 2.3.0
OS	On Sight	1, 2, 3	Zug wird vom ETCS-System überwacht, aber der Fahrer fährt auf Sicht
SR	Staff Responsible	1, 2, 3	der Fahrer ist selbst für die Sicherung des Zuges verantwortlich, allerdings ist in den meisten Ländern hier nur 30 km/h erlaubt, was immer noch vom ETCS-System überwacht wird
SH	Shunting	0, 1, 2, 3	Modus zum Rangieren; der erlaubte Bereich kann vom ETCS-System vorgegeben werden; in den meisten Ländern ist hier nur 30 km/h erlaubt
UN	Unfitted	0	Zug wird nicht vom ETCS-System überwacht
SL	Sleeping	0, STM, 1, 2, 3	die Lok mit dem EVC ist an eine andere Lok ebenfalls mit EVC angekoppelt, welche die Führung übernimmt
SB	Stand By	0, STM, 1, 2, 3	Zug ist nach einschalten im Modus Stand By
TR	Trip	1, 2, 3	Notbremsen sind aktiv, bis der Zug hält und der Fahrer den Trip bestätigt hat
PT	Post Trip	1, 2, 3	Modus, nachdem der Fahrer den Trip bestätigt hat; die Notbremsen werden gelöst, der Zug hat aber noch keine Fahrtberechtigung
SF	System Failure	0, STM, 1, 2, 3	im ETCS-System ist ein interner Fehler aufgetreten; die Notbremsen sind aktiv
IS	Isolation	0, STM, 1, 2, 3	der EVC hat keine Verbindung mehr nach außen
NP	No Power	0, STM, 1, 2, 3	der EVC ist ausgeschaltet
NL	Non Leading	0, STM, 1, 2, 3	die Lok mit dem EVC ist an eine andere Lok angekoppelt, welche die Führung übernimmt
SE	STM European	STM	ein nationales Sicherungssystem überträgt mit Hilfe des STM alle releventen Daten, wie das Streckenprofil, an den EVC; der EVC übernimmt die Zugsicherung (ist vergleichbar mit FS)
SN	STM National	STM	ein nationales Sicherungssystem erhält mit der Hilfe des STM direkten Zugriff auf Systeme, wie die Bremsen; das nationale Sicherungssystem übernimmt somit selbst die Zugsicherung
RV	Reversing	1, 2, 3	Zug darf eine bestimmte Strecke entgegen der vorgegebenen Fahrtrichtung fahren; z.B. um wieder hinter ein überfahrenes Signal zu gelangen

[Bearbeiten] Versionen der Spezifikation

Die ersten Anwendungen von ETCS basieren auf der ETCS Spezifikation Version 2.2.2 von UNISIG. Derzeit werden Anträge zur Änderung und Erweiterung der Spezifikation (Change Requests) diskutiert. Problematisch sind die divergierenden Anforderungen europäischer Bahnen auf Grund unterschiedlicher betrieblicher Notwendigkeiten.

Gegenwärtiges Ziel der Arbeiten ist die Version 2.3.0, das Fernziel die Version 3.0.0.

[Bearbeiten] Nachteile

ETCS erreicht mit der derzeitigen Spezifikation nicht die Streckenleistungsfähigkeit, die ein herkömmliches Zugsicherungssystem wie CIR-ELKE2 auf Basis der LZB aufweist.
Während der Einführungsphase müssen Alt- und Neusysteme parallel installiert sein. Je nach dem Vorgehen bei der Einführung wird auf Fahrzeugen oder auf der Strecke doppelt ausgerüstet. Dieses führt zu höheren Kosten.
Es ist absehbar, dass die für Level 2 erforderlichen Funkkanalkapazitäten von GSM-R im Bereich von Rangierbahnhöfen und von Eisenbahn-Knotenpunkten nicht ausreichen. Im Fall von Knoten müsste das weniger leistungsfähige ETCS Level 1 installiert werden.

[Bearbeiten] ETCS-Einführungen

1999 wurde das von der UIC spezifizierte ETCS auf der Strecke Wien–Budapest erfolgreich getestet, schon davor waren modifizierte nationale Vorläufer im Einsatz. Folgende Teststrecken wurden eingerichtet:

2000: FS Firenze Campo di Marte–Arezzo (ETCS Level 1)
2000: SNCF Marles-en-Brie–Tournan (ETCS Level 1)
2001: ÖBB Wien–Nickelsdorf (ETCS Level 1)
2002: SBB Zofingen–Sempach (ETCS Level 2; inzwischen wieder abgebrochen)
2004: SBB Neubaustrecke Mattstetten–Rothrist Die für Dezember 2004 geplante Inbetriebnahme von ETCS Level 2 im Regelbetrieb ist gescheitert. Am 2. Juli 2006 wurde ein nächtlicher Vorlaufbetrieb gestartet. Züge ab 21:30 Uhr verkehren dabei mit bis zu 160 km/h mit ETCS. Ab Ende 2007 soll die Strecke von täglich 240 Zügen ETCS-geführt mit bis zu 200 km/h befahren werden
2005: DB Halle (Saale)/Leipzig–Jüterbog–Berlin (ETCS Level 2)
2006: RENFE Madrid–Lleida (ETCS Level 1; erste kommerzielle Anwendung für 250 km/h)
2007: BLS Lötschberg-Basislinie (ETCS Level 2; Regelbetrieb)

Auch in Frankreich, Italien, Spanien, den Niederlanden, Großbritannien, Luxemburg und Ungarn wird der Betrieb auf Teststrecken vorbereitet. Insgesamt sind in Europa bei 23 Projekten rund 3.000 Streckenkilometer und etwa 800 Fahrzeuge mit ETCS ausgerüstet (Stand: August 2006).

Nach Schätzungen der DB AG wird eine europaweite Einführung von ETCS zwischen 15 und 20 Jahre dauern. Man rechnet mit Kosten von rund 500 Millionen Euro allein in Deutschland, europaweit mit etwa acht Milliarden Euro.

Die Schweizer Bundesbahnen planen, ab 2008 ihr Streckennetz flächendeckend mit ETCS auszurüsten. Etwa 95 Prozent davon mit Level 1LS, etwa fünf Prozent (Neubaustrecken und Knotenbahnhöfe) mit Level 2. Die Kosten hierfür werden mit 300 Millionen Franken angegeben.

[Bearbeiten] Literatur

Uwe Miethe: Erprobung bei Tempo 200. Neues europäisches Leit- und Sicherungssystem ETCS. In: LOK MAGAZIN. GeraNova, München 42.2003,264, S.14. ISSN 0458-1822
Karl-Heinz Suwe: Internationale IRSE-Convention 2005 in Straßburg, Signal + Draht, Heft 11/2005 bei eurailpress.com/sd