Rundweg (Level)
Eine Zugbeeinflussung benötigt mindestens zwei Komponenten: Eine streckenseitige, die die erforderlichen Informationen (wenigstens Halt/Fahrt) überträgt und eine fahrzeugseitige, die diese auswertet.
An der Strecke kann man folgende Einrichtungen finden:
Häufig bekommt das Fahrzeug seine Daten an Eurobalisen, die ein unverzichtbarer Bestandteil von ETCS sind. Dabei handelt es sich um mittig im Gleis verlegte Transponder, die vom Fahrzeug magnetisch aktiviert werden. Mit der Energie dieses Magnetfeldes sendet die Balise ihre eigenen Daten in einem codierten Magnetfeld an das Fahrzeug. Theoretisch kann auch das Fahrzeug durch Codierung des Magnetfeldes Daten senden, das wird bei ETCS aber nicht genutzt.
Die Daten der Balisen können fest programmiert sein. Sie sind dann nur mit einem Programmiergerät zu verändern, je nach Hersteller im Gleis oder erst nach Ausbau. Solche Festdatenbalisen können entsprechend nur unveränderliche Streckendaten übertragen. Ihr Vorteil ist jedoch, dass sie nur im Gleis befestigt werden müssen und weder Energieversorgung noch andere Verkabelung benötigen.
Es gibt aber auch steuerbare Balisen, deren Inhalt beliebig geändert werden kann. Solche Transparentdatenbalisen können zum Beispiel zwischen Halt und Fahrt umschalten.
Balisen können im Prinzip einzeln verlegt werden, aber auch in Gruppen von bis zu acht. Echte Balisengruppen, also solche aus mehreren Balisen, haben drei mögliche Vorteile:
Eine Konsequenz der fehlenden Richtung ist beispielsweise, dass eine einzelne Balise nicht eine Information wie "Fahrt frei für die nächsten 1000 m" enthalten kann - ausgenommen dieses gilt tatsächlich für beide Fahrtrichtungen.
Eine Balisengruppe kann beliebig aus Transparent- und Festdatenbalisen aufgebaut sein. Auch eine Transparentdatenbalise mit einer Festdatenbalise zu duplizieren ist denkbar, wird in der Regel aber wenig Sinn machen.
Eine Balise enthät Information in Form von Packets, zu Deutsch Paketen. Die möglichen Packets sind fest definiert. Alle Packets einer Balise ergeben das Balisentelegramm, und die Gesamtheit der Telegramme einer Balisengruppe die Message (Nachricht).
Dass eine Balise einen relativ genau definierten Ort bezeichnet, ist für die Fahrzeugortung ein Vorteil. Es bedeutet aber auch, dass eine Datenübertragung nur am Balisenort möglich ist. Nähert sich ein Zug einem Haltsignal, so entsteht damit ein änliches Problem wie bei der PZB: Der Zug wird auch nach Fahrtstellung restriktiv überwacht.
Die Euroloop kann hingegen bis zu 1000 m lang sein und die Fahrtstellung frühzeitig übertragen. Durch das Füllen der Übertragungslücke wird das Verfahren als Loop Infill bezeichnet. Da bei ETCS-Betrieb der Triebfahrzeugführer auf dem DMI ein Vorschaubild hat, wird nicht nur die restriktive Überwachung deaktiviert, sondern die Fahrtstellung gleich auf dem Führerstand signalisiert. Durch diese Aktualisierung an Anzeige kann mit Euroloop auf streckenseitige Signale vollständig verzichtet werden, was nur mit Balisen nicht ginge. Allerdings bewerkstelligt das auch Euroradio.
Neben Balisen und Loop können Daten auch per Funk übertragen werden. Genau genommen per Telefon, per Mobiltelefon. In diesem Fall nennt es sich Global System for Mobile Communications - Rail. Das GSM-R wird auch als Ersatz für klassischen Zugfunk genutzt. Da Mobiltelefone keine sichere Datenübertragung kennen, werden sie um ein sicheres Übertragungsprotokoll ergänzt. Das Ganze nennt sich dann Euroradio.
Euroradio kann entweder sämtliche Nutzdaten übertragen oder analog zu einer Euroloop nur als Lückenfüller dienen (Radio Infill). Dafür gibt es dann den Ausdruck Radio Infill Unit (RIU).
Das Problem bei GSM-R ist die verbindungsbasierte Kommunikation. Es ist derzeit nicht möglich, einen größeren Bahnhof so mit Funkzellen auszustatten, dass dort alle Züge in ETCS per Funk (also in Level 2) geführt werden können. GPRS ist eine mögliche Alternative und in den GSM-R-Spezifikationen enthalten, unter Umständen jedoch auch nicht ausreichend.
Aktuell ist die Einführung von 5G als Future Railway Mobile Communication System FRMCS geplant, wobei FRMCS explizit unabhängig vom Medium sein soll. Es handelt sich dabei um eine IP-basierte Kommunikation. Die Standards lagen bei Verabschiedung der TSI ZZS 2023 noch nicht vollständig vor. GSM-R und FRMCS werden unter Railway Mobile Radio RMR zusammengefasst.
Um Transparentdatenbalisen zu beschreiben, kann ein einfaches streckenseitiges Gerät genutzt werden, das nur Signalbegriffe und evtl. einige Weichenlagen abgreift, eine so genannte Lineside Electronic Unit LEU. Eine LEU kann auch eine Euroloop ansteuern.
Die Ansteuerung eines Bahnhofs mit einer LEU pro Signal ist zwar prinzipiell möglich, aber eher ineffektiv. Außerdem wird dabei eine Vorsignalisierung bzw. ausreichend lange Vorausschau für höhere Geschwindigkeiten schwierig. Es ist aber möglich, die gesamten Daten eines Stellwerks im Zusammenhang zu betrachten und von diesem System aus alle Transparentdatenbalisen und Loops anzusteuern. Das nennt sich dann zentralisierte LEU (Z-LEU).
Auch die Daten für Euroradio müssen erzeugt werden. Sofern es sich nicht um Radio Infill handelt, geschieht das für ein oder sogar mehrere Stellwerke zentral, wie bei einer Z-LEU. Eine solche Zentrale nennt sich Radio Block Centre oder RBC. Ein RBC kann unter Umständen auch zugleich als Z-LEU genutzt werden und erlaubt dann Mischbetrieb in Level 1 und Level 2 (Level 3 dürfte in diesem Zusammenhang nur bedingt sinvoll sein).
Eine Radio Infill Unit liefert Infill-Informationen per Radio Infill an Fahrzeuge und ist somit ein sehr kleines RBC, das im Minimalfall nicht viel mehr Daten nutzt als eine LEU. Eine RIU kann aber auch mehrere Signale gleichzeitig mit Infill-Informationen versorgen.
Ohne konkret auf die Systemarchitektur Bezug zu nehmen, sind fahrzeugseitig zu nennen:
Das eigentliche Fahrzeuggerät, die On-Board Unit (OBU). Das ist ein gängiger Begriff, auch wenn er im offiziellen Glossar gar nicht auftaucht. Dort ist nur von Trainborne Equipment die Rede. Die funktionale Spezifikation spricht hingegen nur von On-board Equipment. Die OBU ist ein signaltechnisch sicherer Rechner, der auch als European Vital Computer (EVC) bezeichnet wird. Wichtig ist hier vor allem, dass die OBU auf die Bremse zugreifen kann, um den Zug notfalls auch ohne Mitwirkung des Triebfahrzeugführers zu bremsen.
Da ETCS Bremskurven überwacht, muss das Fahrzeug immer wissen, wo es sich befindet. Deshalb ist auch eine Odometrie (Wegstreckenmessung) erforderlich. Mit einem einfachen Umdrehungszähler ist es dabei nicht getan, da Räder bei Bremsen und Beschleunigen Gleiten bzw. Schleudern können. Es gibt da verschiedene Methoden - Vergleichsmessung aller Radsätze, nicht angetriebene bzw. gebremste Achsen, Radarmessung.
Auch Positionsbestimmung per Satellitenortung kann ergänzend genutzt werden. Die Ortung ist allerdings nicht genau genug, um unter den Sicherheitsanforderungen der Eisenbahn eindeutig zwischen zwei Parallelgleisen zu entscheiden.
Eine der wichtigen Eigenschaften der Positionsbestimmung ist, dass lediglich ein eindimensionales Koordinatensystem genutzt wird - LRBG, Orientierung und Distanz zu dieser. Sobald das Fahrzeug spitz über eine Weiche fährt, ist seine Position nicht mehr eindeutig bekannt. Erst durch das Erkennen einer neuen LRBG weiß ETCS (also vor allem das RBC wieder, wo das Fahrzeug ist.
Da der Triebfahrzeugführer über den Zustand der Zugsicherung informiert werden soll (um z. B. die Bremskurve mit der aktuellen Geschwindigkeit vergleichen zu können), gibt es ein Driver Machine Interface, kurz DMI). Im älteren Stand der Spezifikationen (Baseline 2) nannte es sich noch MMI (Man Machine Interface), zu Baseline 3 wurde auf die neutrale Version umgestellt. Das DMI kann auch für Eingaben genutzt werden, sei es zur Eingabe der Zugdaten, sei es zur Quittierung von Befehlen. Wesentlicher Teil des DMI ist im normalen Betrieb ein Tachometer.
Die Balisenantenne wird in jedem Fall benötigt, um Informationen von Balisen empfangen zu können.
Obwohl Euroloop derzeit nicht weit verbreitet ist, kann ein Fahrzeug der Strecke prinzipiell die Nutzung nicht untersagen (Interoperabilität). Wenn Level 1 ohne Signale genutzt wird, darf die Loop-Antenne als Zugangsvoraussetzung festgelegt werden. Anderenfalls ist sie optional.
Soweit mir bekannt ist, haben alle Fahrzeuge zwei Geräte (Mobiles). Das hat vor allem den Vorteil einer Redundanz, verbessert aber auch den Übergang auf ein anderes RBC, also entweder auf eine andere Strecke oder den weiteren Verlauf der gleichen Strecke.
Der offizielle Name des GSM-R-Datenfunkgeräts ist EDOR für ETCS Data Only Radio. Mobile ist aber durchaus üblich, die ETCS-SRS erwähnt an einigen Stellen den Begriff "Mobile Terminal". Handelsübliche EDOR können zwei Kommunikationssitzungen halten, sind also "zwei Mobiles".
Ein Specific Transmission Module realisiert ein konventionelles Zugbeeinflussungssystem ("Altsystem" oder fachlich korrekt Class-B-System). Das System wird in Level NTC Mode SN aktiv und nutzt das DMI für Bedienung und Anzeige.
STM werden über eine definierte Schnittstelle mit der OBU verbunden und haben eigene Schnittstellen zur Strecke. So hat ein STM "PZB/LZB" Antennen für PZB und LZB, ein STM "ATB" liest codierte Gleiskreise usw. Es können mehrere STM angeschlossen werden, um die Class-B-Systeme mehrerer Länder zu beherrschen.
Ein STM kann in Baseline 3 über eine Zuordnungstabelle für mehrere NTC zuständig sein. Dies ist insbesondere bei hardwareseitig sehr ähnlichen Systemen wie PZB/LZB, PZB und verschiedenen Formen der INDUSI (Kroatien, Slovenien, Rumänien) praktisch.
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