München, 18.05.2007 (Vers 07) Bernhard Ptok , TZF43 Verzicht auf Signale bei ETCS Rail Automation 2007 Braunschweig 05./06. Juni 2007 Deutsche Bahn AG Technik / Beschaffung; DB Systemtechnik
München, 18.05.2007 (Vers 07)
Bernhard Ptok , TZF43
Verzicht auf Signale bei ETCS
Rail Automation 2007Braunschweig 05./06. Juni 2007
Deutsche Bahn AG
Technik / Beschaffung; DB Systemtechnik
2DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCS
Inhalt
1. Einführung
2. Reduzierung von LST Einrichtungen
3. Anforderungen und Randbedingungen
4. Konzepte für Verzicht auf Signale
5. Verfahren bei Störungen
6. Vergleich der Konzepte
3DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSEinführung
Ziele ETCS
Interoperabilität
Erhöhung Leistungsfähigkeit
Verbesserung Sicherheit
Kostenreduzierung durch Standardprodukte
Kostenreduzierung durch Einsparung von Infrastruktur
4DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSEinführung
ETCSETCSFzgFzg--GerGeräätt
Radio infillRadio infill
EuroLoopEuroLoop
StellwerkStellwerkLevel 1 mit Infill
5DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSEinführung
EuroBaliseEuroBalise ((OrtungOrtung))
ETCSETCSFzgFzg--GerGeräätt
StellwerkStellwerk und und StreckenzentraleStreckenzentraleETCS Level 2
Signale optional
6DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSEinführung
ZugZug--VollVoll--ststäändigkeitndigkeit ETCSETCS
FzgFzg--GerGeräätt
StellwerkStellwerk und und StreckenzentraleStreckenzentrale
EuroBaliseEuroBalise ((OrtungOrtung))
Level 3
7DB Systemtechnik , 14.06.2007
ETCSETCSFzgFzg--GerGeräätt
EuroBaliseEuroBalise ((OrtungOrtung + + DatenDaten))
Level 1 LS (Limited Supervision)
Verzicht auf Signale bei ETCSEinführung
8DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSEinführung
ETCS L1LS (Limited Supervision)
ETCS LS ist Betriebsart bei ETCS (kein Level) für SRS 3.0.0 geplant mit SRS 2.3.0 nicht möglichkeine Anzeige von Führungsgrößen, d.h. Überwachung im Hintergrund und Streckensignale sowie nationale Betriebsverfahren sind zu beachten Überwachung erfolgt je nach vorhandenen Streckeninformationen
je nach Class B Sytem und Anforderung Netz festzulegenBeispiele a) nur Anzeige von Warnungen
b) Voll-Überwachung im Hintergrundc) nur kontinuierliche Überwachung von Lfst und zwischen Vor-
und HauptsignalLS ermöglicht technische Interoperabilität aber keine betriebliche LS ermöglicht fahren mit reduzierter Str- Ausrüstung im Vergleich zu L1
9DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSEinführung
StreckeneinrichtungenVerzicht auf Infill vor dem Vorsignal (bei L1 (Vollüberwachung) sind ca. 800 m Verkabelung erforderlich)Vereinfachungen bei der Projektierung allg.keine „SIL 4 Technik“, d.h. Vereinfachungen bei
Produkten (Balisen, LEU und Signalanschaltung) und Prozessen für Planung, Abnahme und Instandhaltung
Machbarkeit von Verzicht auf gesonderte Energiezuführung wird untersuchtVereinfachungen bei Schulungen für Tf, die nur auf LS Strecken zum Einsatz kommen(nationale Signale / Vorschriften gelten)
Fahrzeugeinrichtungenkeine Einsparungen für interoperable Fahrzeuge bei ETCSUmsetzung LS ermöglicht ggf. vorzeitige Ablösung von Class B Systemen (bei entsprechender Migrationsstrategie der EIU)
Anm.: LEU: Line side electronic unit ; EIU: Eisenbahn Infrastrukturunternehmen
10DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSReduzierung von LST Einrichtungen
Welche Einrichtungen können reduziert werden ?
Verzicht auf Streckensignale
Reduzierung von Signalen (allg.)Vor- und Hauptsignale
Rangiersignale und sonstige
Verzicht auf Gleisfreimeldung
11DB Systemtechnik , 14.06.2007
16%
8%
11%
6%
1%11%2%1%10%
7%
2%
8%
4%9% 2% 2%
Bahnmark Signalmark
58% 42%Außenanlage
Stellteile
Rechner
Bedien- und Leittechnik
StromversorgungErd- und Kabelverlegearbeiten
KabelBestand-teile
Sipo(+Arbeitszug-
führer)
Telekom
Signalausleger
Hochbau
OberbauFahrleitung
50Hz-Anlagen
Anpassung analte Technik
Signalmark- und Bahnmarkanteil eines Stellwerkes ermittelt im Rahmen einer Wertanalyse (Beispiel)
Verzicht auf Signale bei ETCSReduzierung von LST Einrichtungen
12DB Systemtechnik , 14.06.2007
80 Km Strecke mit Zwischenbahnhöfen, ohne Bfe Mannheim-Friedrichsfeld und Darmstadt
Mischbetriebstrecke bis 160 km/h
dichte Blockteilung: durchschnittlich 1,5 km
sehr hohe Auslastung
BeispielstreckeDarmstadt - Mannheim-Friedrichsfeld:
Die Pflicht zur Einführung von ETCS ist gesetzlich verankert. Hierzu wurden Varianten der Streckenausrüstung anhand einer Beispielstrecke gegenübergestellt
Verzicht auf Signale bei ETCSReduzierung von LST Einrichtungen
13DB Systemtechnik , 14.06.2007
Kostenvergleich der Varianten am Beispiel der Strecke Mannheim – Darmstadt
A: Weiterführungsfall:Ausrüstung mit heutiger LST, Signale mit PZB ausgerüstet, Annahmen für rationalisierten Zustand berücksichtigt.B:wie Variante A ergänzt um ETCS L2C: ETCS L 2, reduzierte Anzahl an Signalen:Vor- und Hauptsignale als Einfahr- und Ausfahrsignale für durchgehende Hauptgleise und jeweils ein Überholgleis je Richtung bleiben erhalten, andere entfallen.D: ETCS L2, ohne Signale:alle Vor- und Hauptsignale entfallen, an virtuellen Signalstand-orten ETCS-Blockkennzeichen in der Rückfallebene Nutzung GSM-R.E: ETCS L2 ohne Signale und vereinfachter L1 LS:an virtuellen Signalstandorten ETCS-Blockkennzeichen;an ausgewählten ETCS Block -Kennzeichen schaltbare Balisen und HilfssignaleF: ETCS L1 mit SignalenG: ETCS L1LS mit Signalen
Variantenübersicht
A 140B 140C 40D 1E 1F 140G 140
020406080
100120140160
A B C D E F G
Anza
hl S
igna
le
0
20
40
60
80
100
120
A B C D E F G
ETCS
BahnEuro
SignalEuro
Kosten in %
Anzahl der Signale
Variante
Verzicht auf Signale bei ETCSReduzierung von LST Einrichtungen
14DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSReduzierung von LST Einrichtungen
Verzicht auf Signale
Betrachtet wurde Verzicht auf Vor-Hauptsignale
Entfall der Kosten für Material, Montage, Abnahme (teilweise), Instandhaltung
Projektierung weiterhin erforderlich
Aufwand für BahnEuro reduziert sich anteilig
Abschätzung Einsparungen auf Beispielstrecke von ca. 20%
15DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSAnforderungen und Randbedingungen
Kostenstruktur ETCS
Betriebsqualität
Betriebsverfahren im Regelbetrieb
Verfahren für Rückfallebene
grundsätzliche Möglichkeiten der Level für Verzicht auf Signale
Kosten ETCS Fahrzeugeinrichtungen
Migration
Wesentliche Randbedingungen sind:
16DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSKostenstruktur ETCS Level 1, Level 1 LS und Level 2
nicht erforderlichInfill 250 mH-Sig.: 250m Infill; V-Sig.: 1000m InfillKabel für Infill Balisen
LEU, schaltbare Balisen, Kabel, Wegezeiten
in x% der Fälle ist Energieversorgung für LEU nachzurüsten (mit Low Power LEU vermeidbar)
nicht erforderlich
In x% der Fälle vereinfachte LEU´s(Konzept)
z.T. erforderlich
erforderlich für - schaltbare Balisen und LEU- Balisentelegramme- Energieversorgung
nicht erforderlich
nicht erforderlich
nicht erforderlich
nicht erforderlich
ETCS L1 LS
nicht erforderlichSignalbalisen, Infillbalisenschaltbare Balisen, LEU
nicht erforderlich400m LoopLoop
Balisen, RBCLEU, schaltbare Balisen, Kabel, WegezeitenInstandhaltung
nicht erforderlichin x% der Fälle ist Energieversorgung für LEU nachzurüsten (mit Low Power LEU vermeidbar)
Kabel für Nachrüstung Energie
ca. 3 Balisen pro Signal und alle 1000 m Ortungsbalisez.T. erforderlichFestdatenbalisen
erforderlich für Festdatenbalisen Streckenatlas=> Potential für Optimierung / Automatisierung nutzen
erforderlich für - schaltbare Balisen und LEU- Balisentelegramme- Energieversorgung
Projektierung
geringerer Aufwand bei gemeinsamer Erneuerung Stw, BZ, ETCS ; Aufwand für RSTW noch prüfennicht erforderlichRBC Schnittstellen zu
Stw, BZ, NRBC,
wird für HGV-Strecken notwendig, kann auch für andere ETCS Strecken genutzt werden=> vergleichsweise großes Potential zur Kostenreduzierung
nicht erforderlichRBC SW-Entwicklung(einschl. Systembetreuung)
Kostenanteil ca. 100 T€nicht erforderlichRBC -Hardware
redundante Anbindung der BTS nachrüstennicht erforderlichErtüchtigung GSM-R
ETCS L2ETCS L1
17DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSAnforderungen und Randbedingungen
Betriebsqualität
- gleiche Sicherheit wie heute
- gleiche bzw. höhere Verfügbarkeit als heute
- gleiche bzw. höhere Leistungsfähigkeit als heute
- Hochgeschwindigkeitsverkehr ermöglichen
- Teilblock und Hochleistungsblock
18DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSAnforderungen und Randbedingungen
„stop if in SR“Balisengruppe
Fahrzeuge ohne PZBPosition des Fahrzeuges unbekannt bzw. vom RBC als unzuverlässig eingestuft (nach Rangieren)Tf muss RBC-Ruf-Nr. und RBC-ID-Nr. überprüfen bzw. eingeben => Aufwand + Zeitbedarf Schriftlicher Befehl vom Fdl wegen a) operational rules und b) Vorbeifahrt am Fahrt zeigenden Signal in SR mit betätigter Befehlstaste => Aufwand + ZeitbedarfBeginn der Fahrt in Mode SR (staff resposible / Befehlsfahrt) mit aktivierter „Befehlstaste“ am SignalTf betätigt 2x „Befehlstaste“: zum Start und um Zwangsbremsung an SR-Balisen zu unterdrücken=> keine Überwachung gegen Anfahrt gegen Halt zeigendes Signalnach sicherer Ortung (Lesen von Balisen) Aufnahme in „ETCS-Vorsichtauftrag“, erst ab folgendem Hauptsignal in „ETCS-Vollüberwachung“ => Fahrtzeitverlust
Fahrzeuge mit PZBTf betätigt Start-TasteRBC kommandiert Wechsel nach PZBBeginn der Zugfahrt im Level STM PZBAufnahme in ETCS Level 2 am nächsten vorgesehenen Levelübergangspunkt
Betriebsverfahren im RegelbetriebBeispiel: Beginn einer Zugfahrt in ETCS L2 mit SRS 2.3
19DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSAnforderungen und Randbedingungen
„stop if in SR“Balisengruppe
4711
AnforderungenAufbau Kommunikation mit dem richtigen RBC(auch für geschleppte Fahrzeuge)Feststellen der Position des Zuges (wenigsten gleisabschnittsgenau)Erteilung Fahrauftrag (ohne schriftlichen Befehl)
Verfahrensvorschlag Kommunikation zum örtlich nächsten RBC durch Kurzwahlfunktion Fdl hat Zugnummer einem Gleisabschnitt zugeordnet => Schnittstelle RBC – Zugnummernanlage Tf betätigt „Startaste“RBC komandiert SR-Fahrt (ohne schriftlichen Befehl) und Liste von „erlaubten“ Balisen(aber nur, wenn für den vom Fdl zugeordneten Standort des Zuges ein Fahrweg gestellt ist)=> keine Notwendigkeit für Befehlstaste beim Überfahren von SR-Balisen
Nach sicherer Ortung (Lesen von Balisen): Aufwertung nach ETCS-Vorsichtauftrag (für den belegten Abschnitt bis zum Ausfahrsignal) bzw. ETCS-Vollüberwachung (ab dem Ausfahrsignal) durch RBCZwangsbremsung beim Lesen von „verbotenen“ Balisen
Betriebsverfahren im RegelbetriebBeispiel: Beginn einer Zugfahrt in ETCS L2 mit SRS 3 (Verfahren in Abstimmung)
20DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSVerfahren bei Störungen
Ausrüstung und Betriebsverfahren in der Rückfallebene bestimmen Kosten und Leistungsfähigkeit bei Störung von GSM-R und ETCS
Betriebsqualität, Leistungsfähigkeit und Kosten in der Rückfallebene abhängig u.a. von:
Blockteilung
Fahrplan (Zugfolgezeiten, Mischung von G- und P- Zügen, verkehrlichen Halten im gestörten Bereich)
Ausleuchtung mit öffentlichem GSM
Skalierbare Verfahren ermöglichen optimierte Rückfallebene
Rückfallebene
21DB Systemtechnik , 14.06.2007
Grundsätze
sind für die Behandlung von Störungen festzulegen, z.B.
Bei GSM-R Störung bis ca. 6 km Ausdehnung wird i.d.R. das RBC eine Fahrerlaubnis über den gestörten Bereich hinweg erteilen (örtlich festzulegen)
Nach Ausfall GSM-R kann Tf auf Sicht bis zum nächsten ETCS-Blockkennzeichen vor einem Gefahrenpunkt vorziehen (notwendig, wenn kein Befehl erteilt werden kann)
Verzicht auf Signale bei ETCSVerfahren bei Störungen
22DB Systemtechnik , 14.06.2007
Varianten 1 Reduzierte ortsfeste Signalisierung
ortsfeste Signale im reduzierten Umfang mit L1, sonst ETCS Blockkennzeichen
z.B. nur Ein- und Ausfahrsignale für durchgehende Hauptgleise und jeweils ein Überholgleis (keine Blockstellen) mit Signalen ausrüsten (auf Bsp.- Strecke Mannheim – Darmstadt Reduzierung um 60 %)
RBC kann Wechsel nach L1/LS kommandieren (für Fz, die in gestörten Bereich einfahren)
Verzicht auf Signale bei ETCSVerfahren bei Störungen
23DB Systemtechnik , 14.06.2007
Varianten 2 Rückfallebene ETCS L1LS
schaltbare Balisen mit vereinfachten Signalen (Fahrauftragsaufnahmesignal (FAAS)), die anzeigen, dass Fahrerlaubnis in Balisen vorliegt (statt Signale wie in Variante 1)
RBC kann Wechsel nach L1/LS kommandieren (für Fz, die in gestörten Bereich einfahren)
FAAS ggf. am oberen Ende des ETCS- Blockkennzeichens anbringen (Sichtbarkeit auf 250m, um Bremsung auf Schrittgeschwindigkeit zu vermeiden)
vereinfachte Projektierung möglich z.B.im Bhf nur Vmax 40 km/h überwachen auf der Str. max. Geschwindigkeit und Länge der Fahrterlaubnis mit Baliseübertragen
Verzicht auf Signale bei ETCSVerfahren bei Störungen
24DB Systemtechnik , 14.06.2007
Variante 3 keine technische Rückfallebene
Ausrüstung nur mit ETCS Blockkennzeichen
Fahrt auf Befehl (KoRil 408)
öffentliches GSM ist Vorraussetzung (Adressierung für Kommunikation Tf – Fdlnoch zu klären)
Verzicht auf Signale bei ETCSVerfahren bei Störungen
25DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSKonzepte für Verzicht auf Signale
Verzicht auf Signale mit
1. ETCS L1 ohne Signale mit Kennlicht
2. ETCS L1 mit Loop
3. ETCS L1 mit Funk-Infill
4. ETCS L2 (Teilblock)
5. ETCS L2 ohne Rückfallebene
6. ETCS L2 mit reduzierter Ausrüstung ETCS L1LS
7. ETCS L3
26DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSKonzepte für Verzicht auf Signale
XXXXXXXAusrüstung Fahrzeuge
XFreimeldung Gleise nach Rangierbewegung
XSicherung von Rangierbewegungen
XFahrstraßenlogik für L3
XXLoop nur optional
XXX(X)XErhöhung Verfügbarkeit GSM-R
Xfür breite Anwendung: betriebliche Behandlung von Störungen
XLS erst für SRS 3 geplant
XXX(X)XAnzahl Frequenzen / Nachrüstung GPRS
X
X
ETCS L1
X
X
ETCS L1 Loop
X
X
ETCS L1 Funk-Infill
X
ETCS L2 Teilblock
ETCS L2 ohne Rück-fallebene
ETCS L2 + reduzierter ETCS L1LS
Xsichere Zuglänge / Zugvollständigkeit für Gü-terzüge (betr. Verfahren, techn. Einrichtung.)
nur teilweise Reduzierung der Signale
Loopausrüstung
Signale zur Aufwertung
Infillbalsien, Verkabelung
ETCS L3Migrationshürdenfür Verzicht auf Signale(Auswahl)
27DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSFazit (1)
Kostenreduzierung für Infrastruktur durch ETCS Level 2 ohne Signale und Rückfallebene mit reduzierter Ausrüstung von Level 1 (LS)
Grundausstattung ETCS Level 2 (GSM-R, Balisen mit Orts- und Geschwindigkeitsinformationen, RBC)
Rückfallebene ist Level 1 (LS); im Einzelfall Verzicht auf technische Rückfallebe
Zusätzlich schaltbare L1-Balisen mit Fahrauftragsaufnahmesignal (FAAS)am Esig in Regelgleis, am Asig am Gleis der gewöhnlich genutzten Fahrtrichtung, am durchgehenden Hauptgleis und an einem Überholungsgleis je Fahrtrichtung; an Bksig nur wenn Weichen gedeckt werden (Abzw., Üst, etc.).
Sichtbarkeit FAAS (ca. 250 m), erlaubt bei Anzeige „Fahrauftrag in der Balisevorhanden“ eine Annäherung mit 40 km/h an die Balise.
Strecke: An den L1 Balisen wird eine Fahrerlaubnis und das statische Geschwindigkeitsprofil bis zur nächsten L1 Balise übertragen (Ganzblock).
Bahnhof: An den L1 Balisen wird Überwachung auf vmax 40 km/h kommandiert
28DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSFazit (2)
Vorteile:Einsparungen bei Infrastrukturkosten von 15 % bis 20% möglich
Verbesserung der Leistungsfähigkeit durchVermeidung von Leistungseinschränkungen bedingt durch Vorbeifahrt an Vorsignalen in Warnstellung (restriktive Überwachung)Realisierung eines Hochleistungsblockes (Teilblock)Geschwindigkeitsreduzierung auf das fahrwegbestimmende Element (z.B. Weiche).
Vermeidung von Störungen an Signallampen und Schalteinrichtungen am Signal.
Verbesserung der Leistungsfähigkeit durch Kombination Level 2 (Güterzüge) und Level 3 (Personenzüge) bei zeitlicher Entmischung
29DB Systemtechnik , 14.06.2007
Verzicht auf Signale bei ETCSFazit (3)
Randbedingungen:Ausrüstung aller Triebfahrzeuge und Steuerwagen für betreffendes (Teil-) Netz erforderlich
Bei Verzicht auf technische Rückfallebene und Ausfall GSM-R Netz bzw. der ETCS – Zentrale müssen die Informationen an die Tf mittels Befehl übermittelt werden erhebliche betriebliche Behinderungen
Hohe Anforderungen an Verfügbarkeit GSMR => Redundanz der zentralen Komponeten notwendig
Migration noch zu klären
30DB Systemtechnik , 14.06.2007
ETCS- KostenvergleichVorgaben zur Ermittlung Elementanzahl ETCS L2
Balisen: Randbedingungen: B1 u. B2: Ortungsbalisen Vorsignalabstand 1000 mB3: „Stop if in SR“-Balisengruppe
RBC pro Stw bzw. Unterzentrale
Schnittsellen zu NRBC, Stw, GSM-R
Balisen
Fernsteuerung RSTW
Ertüchtigung GSM-R (redundante Anbindung BTS)
300 m
≈1000 m
V40014001
B1 B2 B3
Back Up
31DB Systemtechnik , 14.06.2007
ETCS- KostenvergleichVorgaben zur Ermittlung Elementanzahl ETCS L1
Balisen: Randbedingungen: B1 – B3: Infill-Balisen für Hauptsignal 4001 Vorsignalabstand 1000 m, Streckenhöchstgeschwindigkeit 160 km/hB4: Balisengruppe zur Übertragung Fahrterlaubnis
250 m
800 m
1800 m
B1 B4
V40014001
LEU4001
LEUV4001
B2 B3
Loop
Back Up
32DB Systemtechnik , 14.06.2007
ETCS-Kostenvergleich auf POSVorgaben zur Ermittlung Elementanzahl ETCS L1 LS
Balisen: Randbedingungen: B1 – B2: Infill-Balisen für Hauptsignal 4001 Vorsignalabstand 1000 m, Streckenhöchstgeschwindigkeit 160 km/hB3: Balisengruppen zur Übertragung Fahrterlaubnis
250 m
1000 m
B1 B3
V40014001
LEU4001
LEUV4001
B2
Back Up