Railverkeer veilig én economisch regelen

Per land verschillende gewoontes, regels en communicatiemethodes maken doorgaand Europees treinverkeer lastig en kostbaar. Tekening: onbekend.

Railverkeer veilig én economisch regelen De voorgaande artikelen van deze serie (OdR 2007-1 en -4) gaven aan welke functies moeten worden vervuld om het railverkeer op een veilige wijze te regelen en op welke wijze deze functies tegenwoordig worden vervuld, met nadruk op signalering en treinbeïnvloeding op het Nederlandse hoofdrailnet. In dit derde artikel wordt ingegaan op ERTMS, de Europese ’groeistandaard’ voor besturing en signalering. JAAP VAN DEN TOP EN ARCO SIERTS*)

n tegenstelling tot wat soms wordt gedacht, is het European Rail Traffic Management System (ERTMS) geen ’statische’ standaard zoals de spoorwijdte. ERTMS is een langlopend project en laat zich verklaren met het begrip ’systeemarchitectuur’, een doordacht ’raamwerk’ of ’stelsel’ waarbinnen diverse functionele en technische uitvoeringsvormen mogelijk zijn en waaraan ook in een later stadium nog allerlei extra functies en technische innovaties toegevoegd kunnen worden. Dit alles is mogelijk geworden door de opkomst van de ICT-technologie. Door deze moderne en vaak ’onzichtbare’ techniek lijkt zoiets al snel te ingewikkeld voor de geïnteresseerde spoorweghobbyist. Dat is inderdaad het geval als de techniek de overhand

I

krijgt. Een functionele beschouwing, de rode draad van deze artikelenserie, kent dat probleem veel minder. Voortbordurend op de twee eerdere artikelen geven we een korte historische achtergrond en lichten we de belangrijkste aspecten van ERTMS toe. *) Jaap van den Top werkt als promovendus bij de sectie Veiligheidskunde van de TU Delft en Arco Sierts is verbonden aan Alstom Transport Information Solutions in Utrecht. Deze bijdrage is geschreven op persoonlijke titel en representeert niet noodzakelijkerwijs standpunten van de organisaties waaraan de auteurs verbonden zijn.

OP DE RAILS 1-2009

23

De Zwitserse rijtuigen van EuroCity 2 ’Berner Oberland’ Chur – Amsterdam en hun inzittenden arriveren in Utrecht Centraal, na in Basel en Emmerich te hebben moeten wachten op het wisselen van loc; 12 juni 2003. Foto’s tenzij anders vermeld: Jaap van den Top.

ERTMS en de deelstandaarden Binnen het ERTMS-project vallen verschillende deelaspecten die samen moeten zorgen voor een veilige en doelmatige verkeersafwikkeling. Een gestandaardiseerde set regels (bijvoorbeeld hoe te handelen bij een overweg in storing) of een uniforme gegevensuitwisseling tussen verkeersleidingen is daartoe evengoed noodzakelijk als een Europees treinbeïnvloedingsysteem. ERTMS bestaat op dit moment uit: - operationele regelgeving (EOR, ERTMS Operational Rules), - mobiele communicatie voor spraak en digitale informatie (EuroRadio/GSM-Rail), - informatiestelsel voor verkeersregeling (ETML, European Traffic Management Layer), - informatiestelsel voor treinbesturing (ETCS, European Train Control System). De termen ERTMS en ETCS worden vaak als synoniemen gebruikt. Naar de mening van de auteurs is dat niet correct omdat ERTMS veel meer omvat dan een Europees informatiestelsel voor treinbesturing, zoals uit bovenstaande lijst blijkt. In dit artikel hanteren we dan ook de term ERTMS voor het hierboven genoemde grotere geheel van standaardiseringsprojecten en ETCS als specifieke standaard voor treinbesturing. Dat is ook in lijn met de letterlijke vertaling van deze twee afkortingen: het besturen van een trein (’train control’) is immers een onderdeel van verkeersregeling (’traffic management’). Ook de frequent voorkomende definitie ’ERTMS = ETCS + GSM-R’ is in dit licht beschouwd niet correct. Deze beperkte focus kan misschien worden verklaard uit het feit dat de spoorsector zelf het ETCS-project was begonnen (en de rest wellicht meer als bijzaak beschouwde?) en omdat ETCS en GSM-R momenteel de meest ontwikkelde en daardoor meest zichtbare onderdelen van het ERTMS-project zijn, terwijl Europese verkeersbesturingcommunicatie of Europese verkeersregels niet ’vast te pakken’ zijn en dus sneller worden vergeten. De rest van dit artikel gaat in hoofdzaak over ETCS. We beginnen echter met een stukje historie.

Geschiedenis van ERTMS In de jaren zeventig en tachtig van de vorige eeuw werden in diverse Europese landen plannen voor hogesnelheidstreinverkeer ontwikkeld. Daarnaast bestond in het bijzonder in Nederland de wens het spoorwegnet nog intensiever te benutten. Voor beide wensen bleken de bestaande beveiliging- en beheersingsystemen niet toereikend en waren 24

OP DE RAILS 1-2009

geavanceerdere systemen nodig die bijvoorbeeld de mogelijkheid boden voor snellere treinopvolging, cabinesignalering, remcurvebewaking en snelheidsadvisering. Van oudsher regisseerden de spoorwegbedrijven zelf de technische ontwikkeling; de uitvoering werd veelal in opdracht gegeven aan één of twee vaste toeleveranciers. Vaak was dit de eigen nationale industrie. In Nederland begon NS in samenwerking met de Belgische firma Acec (later Alstom) met de ontwikkeling van het systeem ATB Nieuwe Generatie. Begin jaren negentig bestond in het kader van de Europese Economische Gemeenschap (EEG) – de voorloper van de EU – de behoefte aan een Europa zonder grenzen, met één Europese markt. Daarin paste ook ongehinderd verkeer van personen en goederen over de landsgrenzen. Het groene imago van de trein en het succes van de TGV in Frankrijk zorgden voor een herwaardering van het spoor. In veel Europese landen kwamen verbeterplannen (Rail 21, Star21, Bahn 2000 etc.) met vaak ook de wens voor hogesnelheidstreinen. De hogesnelheidstrein paste goed in de gedachte de Europese handelscentra op een milieuvriendelijke manier met elkaar te verbinden. Ook in het goederenvervoer zag de EEG een belangrijke rol voor het spoor weggelegd. Behalve deze voordelen zag de EEG ook knelpunten. De spoorwegbedrijven hadden niet alleen verschillende technische systemen, maar ook uiteenlopende veiligheidsprinci-

ETML: Europtirails Onder de naam Europtirails (European on Line Optimisation of International Traffic through Rail Management Layer System) vond van september 2006 tot april 2007 een proef plaats op de corridor Rotterdam – Genua. In deze proef werkten de verkeersleidingen van de betreffende netbeheerders (DB-Netz, ÖBB, ProRail, RFI, RFF, SBB) samen zodat de verkeersleiders al ver over de grenzen het treinverkeer konden volgen en dus niet verrast zouden zijn door treinen die plotseling aan de grens opduiken. Doelen van de proef zijn: - verminderen van vertragingen in grensoverschrijdend verkeer, - transparantie op de corridor, - betere kwaliteit van de dienstverlening in verstoorde situaties, - een optimaal aanbod van treinpaden voor ad-hoc-aanvragen, - het kunnen geven van een verwachte aankomsttijd aan vervoerders of verladers.

In het Oostenrijks/ Italiaanse grensstation Brennero wordt, ondanks de inzet van meersysteemlocs, nog veelvuldig van locs gewisseld. Op 5 december 2008 heeft ES64F4-020 van MRCE/Dispolok samen met twee Taurus-locs type ES64U2 een trein van Lokomotion overgenomen van Trenitalia. Foto: Kilian Lachenmayr.

Op 16 augustus 2008 wordt de zojuist in Venlo gearriveerde Duitse loc 110 505 moeizaam verwisseld voor een Nederlands exemplaar. Een rangeerder en de 6448 zijn er druk mee.

pes en -regelgeving. Alle bedrijven leden forse exploitatieverliezen, die jaarlijks werden aangevuld door de overheid. De bedrijven waren – zo werd dat althans gezien – door hun lokale monopoliepositie niet voldoende efficiënt en klantgericht en onvoldoende in staat te concurreren met luchtvaart en wegvervoer. Om in dat laatste verbetering aan te brengen, werd EGrichtlijn 91/440/EC ingevoerd, die verplichtte tot een (administratieve) scheiding tussen het beheer van het spoorwegnet en de exploitatie van vervoerdiensten over dat spoorwegnet. De weg naar concurrentie op het spoor werd zo geopend. De overheid werd verantwoordelijk voor de infrastructuur, zoals ook in het weg- en scheepvaartverkeer het geval is. Om de concurrentie (en daarmee de prijs/kwaliteitverhouding) te bevorderen was het dan wel noodzakelijk dat spoorwegbedrijven met hun treinen op de verschillende netten terecht konden. De landspecifieke regelgeving en technische systemen werden als belemmering daartoe gezien en in 1996 werd met richtlijn 96/48/EC bepaald dat nieuw te bouwen Europese hogesnelheidsspoorlijnen ’interoperabel’ moeten zijn. Daarmee wordt bedoeld dat treinen veilig en zonder onderbreking over het spoorwegnet kunnen rijden. Dit geldt op het vlak van regelgeving, techniek en dienstuitvoering. Deze richtlijn werd in 2001 gevolgd door richtlijn 2001/16/EC, die bepaalt dat ook de al bestaande Europese spoorlijnen interoperabel moeten worden. Volgens richtlijn 96/48/EC kan interoperabiliteit worden gesplitst in een aantal technische subsystemen: infrastructuur, energie, rollend materieel en besturing en signalering. In dit artikel richten we ons uiteraard op de besturing en signalering. Om de besturing en seingeving te standaardiseren werd door de EEG een project gestart met de naam European Rail Traffic Management System (ERTMS). ERTMS moet dus mogelijk maken dat materieel en personeel door heel Europa kan worden ingezet, als het ware zoals vrachtwagenchauffeurs al jarenlang zonder grote verschillen in verkeersborden en -regels kunnen rijden in diverse landen. Op de EU-richtlijnen vooruitlopend, was in 1990 door het European Rail Research Institute (ERRI) al een commissie samengesteld die moest bepalen aan welke eisen een Europees treinbeveiligingsysteem moest voldoen. Dit project en het daaruit voortgekomen systeem heet European Train Control System (ETCS). Het ETCS-project is later onderdeel geworden van het ERTMS-project.

ETCS als interface-specificatie De ERTMS-standaarden geven aan hoe een (technisch) systeemdeel op relevante raakvlakken met andere deelsystemen of met een systeemgebruiker moet samenwerken. We verduidelijken dit aan de hand van een voorbeeld: de telefoon. Daarvan zou de specificatie kunnen luiden dat er een telefoonstekker van het in Nederland gangbare type aan de telefoon moet zitten (zodat het technisch ’past’) en welke signalen op de polen van deze stekker worden doorgegeven (zodat het ook werkt). Dat is de interface-specificatie van een telefoontoestel naar het telefoonnet; interface wordt in het Nederlands ook wel aangeduid als ’koppelvlak’, ’koppelpunt’ of ’snijvlak’, maar dat zijn geen gangbare termen. Waar het om gaat, is dat helder is omschreven hoe twee deelsystemen – het netwerk en het toestel – met elkaar moeten samenwerken. Dit laat zich uitstekend vergelijken met ETCS: ook daar is er een ’netwerksysteem’ (de infrabesturing en -beveiliging), dat moet kunnen samenwerken met het ’toestel’ (de trein en de aldaar aanwezige treinbesturing en -beveiliging). Daarnaast is er een interface naar de gebruiker. Voor een telefoon is bijvoorbeeld min of meer vanzelfsprekend dat het toestel een hoorn moet bezitten die de gebruiker moet kunnen vasthouden, dat daarin een microfoon en een luidspreker zijn ingebouwd – de microfoon onder, de luidspreker boven –, dat er (ten minste) twaalf bedieningstoetsen (0-9, *, #) zijn zodat de gebruiker opdrachten kan geven aan de telefooncentrale en dat de telefoon rinkelt bij een inkomende oproep.

OP DE RAILS 1-2009

25

Doorgaande grensoverschrijdende treindiensten zijn niet van de laatste tijd. De vanaf 1961 rijdende RAe 1053 van de SBB was daarom al geschikt voor vier spanningsoorten. Een treinstel is gerestaureerd en in afleveringstoestand teruggebracht. Het steekt hier bij Schaffhausen de Rijn over; 7 mei 2005. Foto: Reinhard Reiss.

Oorspronkelijk, en sindsdien licht gewijzigd, ontwerp voor de Driver Machine Interface van ETCS. Bron: UIC (vertaald door auteurs).

Over de systeeminterne werking van de telefoon is nog weinig gezegd. Het is aan de fabrikanten van de apparatuur om de technische invulling te bepalen en daarbij bij voorkeur goedkoper of beter te zijn dan de concurrent en (extra) functies in te bouwen waar de klant om vraagt. Zo kunt u zelf kiezen welk telefoontoestel u aanschaft: het werkt altijd op het Nederlandse net en u kunt er altijd mee bellen. Naar wens kiest u een toestel met handsfree-functie, nummergeheugen, verschillende beltonen en een bepaalde kleur. Vergelijkbaar met de telefoon heeft ook ETCS-treinapparatuur interfaces naar de gebruiker en naar ’het netwerk’ en is het technische ontwerp een zaak van de individuele fabrikanten. Zij kunnen hun eigen marktinzichten en expertise aanwenden om zo goed mogelijk aan de wensen van hun klanten – de spoorwegondernemingen – tegemoet te komen. Dat is ook wat de EEG met de ERTMS-standaard ETCS beoogde. Het maakt tegelijkertijd ook duidelijk dat ERTMS en ETCS nooit ’af’ zullen zijn en dat dit ook helemaal geen probleem hoeft te zijn, zolang de samenwerking tussen de deelsystemen (’technische interoperabiliteit’) en de werking voor de gebruikers (’functionele interoperabiliteit’) maar gewaarborgd is. ERTMS bevordert zo niet alleen de concurrentie tussen spoorwegbedrijven, maar ook die in de seinwezenindustrie en de verkeersbesturing. Bovendien zijn schaalvoordelen te behalen. Door al deze ontwikkelingen zouden de prijzen moeten gaan dalen. Als gevolg van de forse ontwikkelingskosten van ETCS en de nu nog relatief kleine verkoopomvang is die ontwikkeling nog niet in gang gezet, maar verwacht wordt dat na verloop van tijd zowel een prijsdaling als een prestatieverbetering zal optreden. Het vervolg van het artikel richt zich eerst op de gebruikersinterface en een aantal voordelen die met ETCS kunnen worden bereikt. Daarna zal worden ingegaan op de achterliggende techniek, de wal-trein-interface.

De ETCS-gebruikersinterface Ergonomen hebben onderzocht hoe de informatie het beste aan de machinist getoond kan worden en daarvoor een standaard bepaald, waar alle fabrikanten zich aan hebben te houden. De Driver-Machine-Interface (DMI) is dus ook een interface-specificatie. In overeenstemming met de hoofdtaak van de machinist, het regelen van de treinsnelheid, vormt de snelheidsmeter een centraal element in de DMI. In de snelheidsmeter wordt zowel de feitelijke als de maximaal toegestane snelheid getoond; tevens is er plaats voor 26

OP DE RAILS 1-2009

het tonen van een adviessnelheid. De snelheidsmeter kleurt geel wanneer de snelheid dreigt te worden overschreden, oranje wanneer er sprake is van een lichte snelheidsoverschrijding, en rood wanneer de ETCS-treinapparatuur heeft ingegrepen. De ETCS-DMI verschaft verder informatie over de lengte van de ingelegde rijweg en de plaats waar een remming ingezet moet worden (als het ware een mobiel voorsein). Op het display is verder ruimte voor alle boodschappen die nu door middel van borden en seinen langs de baan worden aangeduid: opdracht tot tyfoneren, aankondigingen van overwegen en stations, opdrachten om de stroomafnemers te laten zakken, enz. Een relatief vernieuwend gedeelte is de zogeheten Planning Area van de DMI, die zich rechts van de snelheidsmeter bevindt. Hier heeft de machinist een vooruitblik op het traject, zodat hij kan anticiperen op wat er gaat komen. Het bevat een symbolische weergave van het verloop van de maximumsnelheid over het traject, de ligging van stations, tunnels, overwegen en bruggen en er is een aanduiding van de lengte van de beschikbare rijweg. De bedoeling is dat uiteindelijk zonder wegbekendheid kan worden gereden. Tot slot bevindt zich onder de snelheidsmeter een veld met ruimte voor onder andere de dienstregeling en de weergave van tekstboodschappen aan de machinist. Dit kunnen boodschappen zijn over bijvoorbeeld een defecte overweg of technische storingen aan de trein. Bepaalde elementen in de DMI zijn naar keuze van het spoorwegbedrijf zelf in te

Indusi-bakens bij Nederlandse dwergseinen in Venlo; 16 augustus 2008.

Links: het van oorsprong Franse stopplaatsmarkeringsbord langs de Betuweroute. Valburg, 4 maart 2007. Rechts: adviessnelheidssein in de aansluitboog van de Betuweroute bij Meteren. Foto: Sylvester van Blijenburgh (Vialis).

stellen, al naar gelang welke informatie men voor de machinist noodzakelijk acht. De ’taakverdeling’ tussen de machinist en de treinapparatuur is noodzakelijkerwijs niet op elk moment van de rit identiek. ETCS beschikt over zogeheten modes waarin de verantwoordelijkheden en de taken van machinist en treinapparatuur zijn vastgelegd. Het voert te ver om hier een compleet overzicht van alle modes te geven, maar enkele belangrijke lichten we toe. Normaliter is de modus Full Supervision (FS) ingeschakeld. Tenzij anders vermeld gaat de tekst van dit artikel over deze modus. De machinist ziet op het cabinedisplay wat hij mag doen, en de treinapparatuur (European Vital Computer, EVC) bewaakt of de machinist zich aan de gestelde grenzen houdt. Wordt de grens overschreden, dan grijpt de EVC in en wisselt naar de Trip mode (TR). Daarin ’grijpt de EVC de macht’ door middel van een remingreep die de machinist niet kan onderbreken. Door Zwitserland is gevraagd in toekomstige ETCS-specificaties ook de modus Limited Supervision (LS) op te nemen. Hierin krijgt de machinist geen informatie op de DMI getoond, maar wordt wel bewaakt of hij zich houdt aan de veiligheidsgrenzen. Dit sluit goed aan bij de in Zwitserland en Duitsland gebruikelijke treinbeïnvloedingsystemen en het is ook vergelijkbaar met bijvoorbeeld de Nederlandse ATB-Verbeterde Versie. De modus On Sight (OS) wordt gebruikt voor rijden op zicht. De machinist is er zelf verantwoordelijk voor te kun-

nen stoppen voor obstakels in de rijweg. De EVC bewaakt alleen een maximumsnelheid. Dit is vergelijkbaar met het huidige seinbeeld geel-knipper. Een interessante nieuwe toepassing van ETCS wordt mogelijk door de Reversing mode (RV). Deze wordt nu gebruikt om de Zwitserse Lötschberg-basistunnel te evacueren, bijvoorbeeld bij brand. Zodra een trein tot stilstand is gekomen, krijgt de machinist in de reversing-modus toestemming (achteruit rijdend) met maximaal 80 km/h de tunnel te verlaten. De treinopvolging is hierbij op de normale wijze beveiligd. De machinist kan gewoon in de vooroplopende cabine blijven zitten: hij krijgt immers volledige cabinesignalering en het is dus (zeker in een tunnel) niet nodig voor in de trein te zitten. Doordat de machinist de benodigde informatie op zijn cabinedisplay kan zien, is het bij de ’volwaardige’ ETCS-toepassingsniveaus (zie het technische deel verderop) in beginsel niet meer nodig seinen langs het spoor te plaatsen. De indeling van een spoorlijn in blokken blijft bestaan, maar dat kunnen ook heel korte blokken zijn. Op de blokgrenzen wordt een stopplaatsmarkering geplaatst. Dit bord is afkomstig van de Franse TGV-lijnen en wordt in het Vlaams en inmiddels ook op de HSL-Zuid stopmerkbord (SMB) genoemd. Het bord vervult in combinatie met de cabinesignalering dezelfde functie als een hoofdsein. In combinatie met een kilometrageaanduiding fungeert de stopplaatsmarkering ook als positiebepaling, wat van belang is bij storingen en werkzaamheden. De EU heeft overigens medio 2007 een ’eigen’ ETCS-blokbord vastgesteld, dat iets afwijkt van het Franse voorbeeld. Formeel is dit ETCS-blokbord nu verplicht in alle EU-lidstaten. Men kan zich terecht afvragen wat daar het effectieve nut van is.

Voor- en nadelen van ETCS Het kunnen vervangen van baanseinen door cabinesignalering en blokborden heeft diverse voordelen. Voor de infrastructuurbeheerder ontstaat een kostenvermindering, omdat borden goedkoper zijn dan lichtseinen. Een ergonomisch voordeel voor de machinist is dat hij de getoonde informatie kan aflezen op het moment dat het hem uitkomt, en niet alleen wanneer toevallig een baansein voorbij komt. Daardoor ontstaat ook een capaciteitsvoordeel: de plaatsing van seinen is onderhevig aan allerlei beperkingen (bijvoorbeeld zichtbaarheid, afstand tot voorafgaande seinen, niet net na overwegen of net voor stroomloze bruggen), waardoor blokken soms noodgedwongen

OP DE RAILS 1-2009

27

EuroBalise in de aansluitboog van de Betuweroute ter hoogte van Ressen-Bemmel; 14 oktober 2006.

langer moeten worden dan eigenlijk gewenst is. Een deel van die eisen kan vervallen of minder zwaar worden, waardoor blokken korter kunnen worden gemaakt en treinen elkaar veel korter kunnen volgen. Vooral op grote emplacementen levert dit significante capaciteitswinst en prestatieverbetering op. Verder kan bijvoorbeeld een perronspoor opgedeeld worden in meer korte blokken, zodat een trein al binnen kan rijden terwijl de voorgaande trein het perron nog niet geheel heeft verlaten. Een uitgewerkt voorbeeld van hoe ETCS-cabinesignalering kan worden toegepast om meer mogelijk te maken bij inhaalsporen, is te vinden in het volgende artikel van de serie. De cabinesignalering fungeert tevens als voorsein: op remwegafstand van een snelheidsvermindering zal de machinist een remopdracht gepresenteerd krijgen die specifiek is afgestemd op de remeigenschappen en momentane snelheid van de trein. Onnodig vroeg remmen is daarmee, in theorie, verleden tijd. De rijtijden van treinen kunnen korter worden en (bij ongeplande remmingen) worden blokken daardoor sneller vrijgemaakt, wat tevens gunstig is voor de volgende trein. Overigens wordt de machinist al ruim van tevoren over een naderbij komende remopdracht geïnformeerd; hierdoor kan de machinist beter anticiperen. In de Zwitserse Lötschbergtunnel gaat men nog een stap verder: hier berekent een verkeersleidingcomputer op basis van onder meer de planning en de via ETCS verkregen actuele positie van andere treinen de optimale rijsnelheid voor elke trein. Deze informatie wordt vervolgens via het tekstscherm van ETCS aan de machinist getoond. Hiermee wordt in veel gevallen voorkomen dat de machinist überhaupt een remopdracht krijgt. Dit scheelt zowel rijtijd als energie en het levert extra baanvakcapaciteit op. Een van de genoemde voordelen van ETCS, het later kunnen remmen, is in de huidige ETCS-softwareversie helaas nog niet te verzilveren. Als gevolg van nogal conservatieve keuzes over wat een veilige remcurve is, moet een remming onder ETCS nu vaak al eerder worden ingezet dan bij conventionele signaleringsystemen, wat nog tot een aantal moeilijkheden leidt. In Zwitserland komen nog veel aparte voor- en hoofdseinen voor, die uiteraard op remwegafstand van elkaar staan. Onder ETCS zou echter vaak al geremd moeten worden nog voordat de trein het voorsein passeert. Gevolg zijn onnodig lange rijtijden en daardoor tevens capaciteitsverlies. In de verbindingsbogen van de Betuweroute doet zich een 28

OP DE RAILS 1-2009

soortgelijk probleem voor: rijdt een trein met een geel seinbeeld de boog op, dan kan deze vanzelfsprekend voor het stoptonend sein aan het eind van die boog tot stilstand komen. In de boog vindt echter ook de overgang naar ETCS plaats. Zodra die tot stand is gekomen, zet de ETCS-treinapparatuur een snelremming in omdat de remcurve wordt overschreden. Dit is provisorisch opgelost door een adviessnelheidsein te plaatsen. De verwachting is dat in de volgende softwareversie, de zogenoemde Release 3.0.0, ook minder restrictieve remcurven kunnen worden toegepast. Ervaringen in de luchtvaart leren dat zulke belemmerende keuzes ertoe kunnen leiden dat personeel het systeem niet meer serieus neemt en gaat zoeken naar manieren om onder de onnodige beperkingen uit te komen, in bovengenoemde gevallen bijvoorbeeld door een beter rempercentage in de treinapparatuur in te voeren dan feitelijk aanwezig is. Waar treinbeveiligingsystemen juist bedoeld zijn als vangnet voor menselijke fouten, lokt een doorgeschoten prioriteit voor veiligheid juist weer een situatie uit waarbij het vangnet genegeerd wordt en alsnog één menselijke fout tot onveilige situaties kan leiden. Een vergelijkbaar Nederlands voorbeeld is dat machinisten vaak net voldoende remmen om de ATB ’tevreden te houden’. Zo voorkomen ze dat ze over lange afstanden langzaam rijden en veel tijd verliezen. Dat is strikt genomen niet volgens de regels, maar het voorkomt ook onnodige vertragingen. Het personeel moet steeds een afweging maken tussen dergelijke verschillende belangen. Dat regels genegeerd worden, is dan ook niet zozeer toe te schrijven aan eigenwijs personeel, maar eerder aan een systeemontwerp dat het personeel onnodig belemmert bij het uitvoeren van zijn taak.

Techniek: wal-trein-interface Tot nu toe ging het artikel vooral over de functionele aspecten van ETCS: wat is het, wat doet het en wat kun je ermee? Maar om in de trein al die informatie aan de machinist te kunnen presenteren, moet de treinapparatuur deze informatie uiteraard eerst zelf ontvangen. De wal-trein-interface, die we eerder hebben vergeleken met de stekker en het stopcontact van een telefoon, dient ertoe om informatie van en naar de trein te verzenden. Deze informatie wordt verstuurd in zogenoemde ETCS-datatelegrammen. Deze bestaan uit brokken informatie, die worden aangeduid met ’pakket’. Elk pakket begint met een nummer waarmee aangegeven wordt wat voor soort pakket er verstuurd wordt. Er zijn pakketten waarmee aan de trein verzocht wordt de actuele posi-

tie en snelheid terug te melden of een bepaalde tekstboodschap op het beeldscherm te tonen. Een bijzonder pakket is het niet-gestandaardiseerde pakket 44: dat begint met een uniek land- of netwerknummer, waarna de rest van de informatie door de infrabeheerder zelf vrij bepaald kan worden. Verderop in dit artikel wordt hier nader op ingegaan bij de beschrijving van enkele creatieve Zwitserse oplossingen. Het belangrijkste pakket in het datatelegram bevat informatie over de door de infrabeheerder ingestelde rijweg, zoals op welke plaats welke snelheidsbeperking geldt en een opgave van de hellingen in het traject. In de ETCS-wereld wordt dit bericht aangeduid met ’movement authority’ (MA). Binnen ETCS zijn diverse mogelijkheden gedefinieerd om datatelegrammen, en daarmee de movement authority, naar de trein te verzenden. Dit zijn de zogeheten ETCS-levels of ETCS-toepassingsniveaus.

De volwaardige ETCS-levels De ETCS-standaard voorziet op dit moment in drie volwaardige ’levels of application’ (kort: level), level 1, 2 en 3. Een aantal zaken zijn in die volwaardige levels gelijk: - ETCS is volledig operationeel en de boordcomputer (EVC) vult de ontvangen movement authority aan met gegevens over de trein (lengte, remeigenschappen en massa, die eerst door de machinist moeten worden ingevoerd). Zo kan de remcurve berekend worden: de maximaal toelaatbare snelheid op iedere plaats, zodat de treinsnelheid binnen de voorwaarden van de movement authority kan blijven. - De machinist beschikt over cabinesignalering, die hem relevante delen van de remcurve toont. Zolang de door de trein ontvangen movement authority niet wordt vervangen door nieuwe informatie, zal de trein de laatst berekende remcurve aanhouden.

- Om te bepalen waar de trein zich binnen de remcurve bevindt, moet deze zijn eigen positie kennen. Op regelmatige afstanden zijn daartoe EuroBalises midden in het spoor gemonteerd. Een EuroBalise heeft meestal de vorm van een ‘gele tegel’ en bevat een klein bakenzendertje. Voor de positiebepaling zendt de EuroBalise een datatelegram met een vast bericht uit, als het ware: ’Ik lig op kilometer 134.8’ – vergelijkbaar met een kilometerbordje. De trein bepaalt vanaf dat punt zelf zijn positie door het tellen van wielomwentelingen en door Dopplerradarmetingen. Omdat de EuroBalise een vast bericht uitzendt, heet dit ook wel een passieve balise. De verschillen tussen de levels zitten in de wijze waarop de movement authority wordt overgedragen (zie schema). - level 1: de movement authority wordt in principe naar de trein verzonden via EuroBalises. De movement authority is een variabel bericht (vergelijkbaar met een lichtsein) en dus moet de EuroBalise programmeerbaar zijn. Dit heet ook wel een actieve balise. De inhoud van het bericht wordt doorgaans ter plekke afgeleid uit de veiligheidslogica; dit is de taak van de Lineside Electronics Unit (LEU). De balises liggen doorgaans ten minste ter plekke van een hoofdsein en meestal ook op remwegafstand daaraan voorafgaand. Als het gewenst is vaker (en dus ook sneller) een nieuw bericht aan een trein te sturen, dan kan gebruik worden gemaakt van tussenliggende EuroBalises (zogeheten infill-balises), Euroloop (een zendkabel in het spoor) of een Radio Infill Unit (RIU). In geval van een RIU ontvangt de treinapparatuur vanuit een balise een telefoonnummer, dat hij kan bellen om deze infill-informatie op te vragen. Ook conventionele baanseinen kunnen als infill-middel worden toegepast. In dat geval wordt het verkregen voordeel van interoperabele cabinesignalering echter weer deels teniet gedaan omdat de machinist het landspecifieke sein moet

OP DE RAILS 1-2009

29

De Railions 189 065 en 023 voeren parallelle proefritten uit op de HSL-Zuid. Noorderkempen, 11 juni 2008. Foto: Peter Honig.

kennen. Bovendien is de EVC dan niet op de hoogte van een eventuele verbeterde movement authority, waardoor deze de reeds geldende remcurve blijft afdwingen. ETCS level 1 is qua technische opbouw vergelijkbaar met ATB Nieuwe Generatie. - level 2: de movement authority wordt verzonden via GSM-R en kan dus de trein altijd bereiken. In tegenstelling tot level 1, waar een bericht in een bepaald spoor

ETCS-Low Cost ETCS kan worden aangepast aan nieuwe inzichten. Het uitbrengen van een nieuwe softwareversie (zoals bij het probleem op de HSL-Zuid), en het gebruiken van ETCS-componenten voor landspecifieke toepassingen zoals in Zwitserland zijn hier voorbeelden van. Ten slotte wordt er nu ook gewerkt aan ETCS level 4, ook wel genoemd ETCS-Low Cost (ETCS-LC). Deze oplossing moet gebruikt kunnen worden op spoorlijnen die niet frequent gebruikt worden. Bedoeld worden lijnen die worden bereden door enkele treinen per dag, waarvoor een volle ETCS-uitrusting te duur wordt geacht. De besparingen worden bereikt door: - minder apparatuur langs het spoor (ook geen volledig GSM-R bereik), - geen seinen langs het spoor, - geen traditioneel beveiligingsysteem, - aansturing van elementen (wissels, overwegen) via GSM-R (besparing op kabels langs het spoor), - alleen op speciale plaatsen treindetectie, - bij storing terugvallen op vastgelegde afspraken in plaats van een beveiligingsysteem, - veiligheidsniveau op basis van te accepteren risico’s, - reductie aantal medewerkers door bovenstaande oplossingen. Omdat de locatie van treinen niet altijd bekend is, kan dit systeem alleen gebruikt worden op baanvakken waar weinig treinen rijden. Tussen twee stations kan dan bijvoorbeeld maar één trein onderweg zijn. Alleen de noodzakelijke extra veiligheidsvoorzieningen worden aangebracht, gebaseerd op een inventarisatie van de risico’s. In Nederland zijn er maar weinig spoorverbindingen die in aanmerking zouden komen voor deze vorm van ETCS. In het buitenland echter zijn er verbindingen met maar enkele treinen per dag. Juist voor zulke spoorlijnen kan ETCS-LC een oplossing zijn.

30

OP DE RAILS 1-2009

wordt verzonden en wordt opgepikt door de (voor de baanapparatuur onbekende) passerende trein, moet het bericht in level 2 expliciet aan de juiste trein worden geadresseerd. Het is de taak van het ’Radio Block Centre’ (RBC) een register bij te houden van welke trein zich waar bevindt. De trein moet zich daarom eerst succesvol aanmelden bij een RBC voordat hij een movement authority kan ontvangen. Het RBC ontvangt vanuit de interlocking informatie over de rijweginstelling, maakt er een ETCS-telegram van en stuurt dit via GSM-R aan de juiste trein. - level 3: identiek aan level 2, met als aanvulling dat de trein via het RBC terugmeldt aan de interlocking welk deel van de aan de trein toegewezen rijweg is ’opgebruikt’, met andere woorden waar zich de achterzijde van de trein bevindt. Een volgende trein kan dat stukje dan al gebruiken waardoor treinen elkaar korter kunnen volgen. Er is dan sprake van het zogeheten ’moving block’. Waar bij baangebonden detectie en signalering altijd hoofd- en voorseinen langs de baan stonden om aan te geven waar de movement authority eindigt, zou men zich bij ETCS level 3 kunnen voorstellen dat een stoptonend sein op de achterzijde van een trein gemonteerd is en het bijbehorende voorsein in de cabine van de volgende trein is geplaatst. Wordt de afstand tot de voorganger in relatie tot de snelheid en het remvermogen van de tweede trein te klein, dan wordt een remopdracht getoond. Als een lijn uitsluitend gebruikt wordt door treinen met ETCS level 3, kan de baanzijdige treindetectieapparatuur vervallen. Dat belooft een forse kostenbesparing voor de infrabeheerder, maar vereist een extra investering in het materieel, dat immers met een zeer hoge betrouwbaarheid zijn plaatsbepaling moet kunnen verrichten. Daarnaast zijn nog enkele levels gedefinieerd om in de overgangsfase een gemengd bedrijf met bestaande systemen mogelijk te maken. In deze levels wordt er geen volledige ETCS-movement authority overgedragen, maar zijn wel ETCS-componenten gebruikt. Deze levels zijn: - level 0: een trein met ETCS-treinapparatuur rijdt over een baanvak zonder ETCS-uitrusting. De machinist ontvangt alle informatie via bestaande systemen, los van ETCS. De ETCS-treinapparatuur is stand-by en de DMI

Met multicourante locs als die van Baureihe 189 is loc wisselen aan de grens niet meer nodig. Loc E189 096 van ACTS met containershuttle Herne – Rotterdam bij Bottrop-Welheim met op de achtergrond de cokesoven Prosper; 8 december 2008. Foto: Mirko Grund.

-

-

-

toont alleen de snelheidsmeter. Level 0 is te vergelijken met de ’buiten dienst’ (BD) van de Nederlandse ATB; level STM (specific transmission module): een trein met ETCS-treinapparatuur rijdt over een baanvak dat is voorzien van een conventioneel signalering- en treinbeïnvloedingsysteem, zoals seinen NS ’54 en ATB. In de trein is echter een STM aanwezig die de informatie uit deze conventionele systemen zodanig vertaalt dat de ETCSapparatuur ermee uit de voeten kan. Vanzelfsprekend wordt het veiligheidsniveau daarmee niet hoger dan bij gebruikmaking van het oude systeem, maar de trein kan volstaan met ETCS-treinapparatuur en een vertaalmodule in plaats van twee parallelle volwaardige systemen; level 1-LS (limited supervision): er wordt gebruik gemaakt van ETCS-bakens zoals bij level 1, echter niet als cabinesignaleringssysteem, maar uitsluitend als Europees treinbeïnvloedingsysteem. Op die manier kan tegen aanzienlijk lagere kosten toch een beperkte vorm van interoperabiliteit worden gerealiseerd. Level 1-LS is door Zwitserland voorgesteld als toevoeging aan de ETCSstandaard en zal naar verwachting onderdeel worden van de eerstvolgende versie van ETCS, ETCS Release 3. Op dit moment bestaat level 1-LS dus nog niet. ETM (European transmission module): een trein met conventionele treinapparatuur rijdt over een baanvak dat is voorzien van ETCS. De ETM in de trein vertaalt de

Mistral De veiligheidslogica van het bestaande spoorwegnet is grotendeels uitgevoerd in relaistechniek. Veel van deze installaties zijn vanwege hun leeftijd aan vervanging toe: de bekabeling is aan het eind van de levensduur en de (veiligheidskritische) relais moeten veelvuldig worden gereviseerd. Het wordt tot nu toe als niet economisch gezien uit deze relaisinstallaties informatie te halen die ETCS – om precies te zijn de LEU of het RBC – kan gebruiken. Daarom is ProRail begonnen met het project Mistral (Migratie Treinbeveiliging Integraal). In dit project worden de bestaande beveiliginginstallaties, zowel van de emplacementen als van de vrije baan, vervangen door nieuwe elektronische systemen. Mistral vormt zo een voorwaarde voor ETCS level 2, maar wordt in dit artikel niet besproken.

ETCS-berichten, zodat de nationale treinapparatuur ermee uit de voeten kan. Dit kunnen level 1- of level 1-LSberichten zijn, maar het kan ook nationale informatie zijn die via ’Packet 44’ verstuurd wordt. Voordeel is dat op deze wijze treinen niet van geheel nieuwe ETCS-apparatuur hoeven te worden voorzien, terwijl de lijn al wel met ETCS-technologie uitgerust kan worden. Zwitserland en België passen deze overgangsstrategie op grote schaal toe en mogelijk gaat ook Nederland hiervan gebruik maken (’Euro-ATB’). Level ETM is overigens geen officieel ETCS-level en zal dat ook niet worden, maar het is inmiddels wel een gangbare ETCS-systeemopbouw. Om te schakelen tussen verschillende ETCS-levels (bijvoorbeeld van level STM op het bestaande Nederlandse spoorwegnet naar level 2 op de HSL-Zuid) ontvangt de treinapparatuur een bericht uit een baken met de opdracht om van level te wisselen; dit wordt ETCS-leveltransitie genoemd. De ETCS-levels 1, 2 en 3 zijn ’downwards compatible’ (neerwaarts uitwisselbaar). Dat wil zeggen dat een trein die geschikt is voor level 3 ook kan rijden onder level 1 en 2. Andersom is het niet zonder meer mogelijk dat een trein die geschikt is voor level 1, ook onder level 2 of 3 kan rijden. In ETCS level 1 wordt de movement authority doorgaans afgeleid van de baanzijdige infrastructuur. In level 2 levert het RBC de rijweginformatie aan. Het RBC staat meestal opgesteld bij de interlocking. Omdat het RBC informatie met een interlocking moet kunnen uitwisselen, is het gunstig wanneer dit een elektronische interlocking is. Voordat ETCS-level 2 kan worden toegepast, moeten daarom vaak (vervangings)investeringen in deze apparatuur worden gedaan (zie kader Mistral), maar dit staat feitelijk los van ETCS. Bij nieuwbouwprojecten speelt dat uiteraard geen rol en is ETCS-level 2 vaak de voor de hand liggende keuze. Grofweg kan worden gesteld dat bij druk bereden spoorlijnen met moderne interlockings ETCS-level 2 een handiger keuze is (bijvoorbeeld Betuweroute en HSL-Zuid); op rustigere lijnen met oudere beveiliginginstallaties is een oplossing met een LEU en bakens vaak goedkoper en ligt level 1 meer voor de hand (bijvoorbeeld Luxemburg, Italië). De afweging zit dus in meerkosten voor actieve bakens (nodig

OP DE RAILS 1-2009

31

De Zentralbahn in Zwitserland heeft op het tandradgedeelte op de Brünigpass het systeem ZSI127 geïnstalleerd. Twee treinen van deze maatschappij ontmoeten elkaar op de pas; 1 maart 2006. Foto: Reinhard Reiss.

EuroBalises voor ZSI127 in een Zwitserse smalspoorlijn. Interlaken, 30 augustus 2006.

bij level 1) dan wel meerkosten voor een nieuwe interlocking (vaak nodig bij level 2). ERTMS vormt de verbindende schakel tussen de verkeersleiding en de machinist en heeft dus ook gevolgen voor het verkeersleidingproces. Het gaat dan ten minste om wijzigingen in de gebruikte termen (bijvoorbeeld de toestemming om een sein stoptonend te passeren zal in andere bewoordingen moeten worden gegeven), maar er kan veel meer veranderen. Met ETCS-levels 2 en 3 ontstaat immers de mogelijkheid meer gedetailleerde informatie over de status van de treinen (plaats, snelheid, lengte) te ontsluiten. Deze informatie is bij de treinapparatuur bekend en kan via het al beschikbare communicatiekanaal GSM-R zonder veel moeite aan de verkeersleiding worden verstrekt. Dit zou een forse impact op het werkproces van de verkeersleiding en de kwaliteit van hun beslissingen kunnen hebben. Hetzelfde geldt voor gebruikmaking van zeer korte blokken (50-200 meter), waardoor er maatregelen voor de verkeersleiding beschikbaar komen die op dit moment niet kunnen. Ook is het mogelijk de treinenloop niet alleen te sturen door middel van veiligheidskritische informatie, maar door adviessnelheden ook een soepeler lopend treinverkeer mogelijk te maken, vergelijkbaar met ritsen op de snelweg. Daarnaast is het mogelijk om ETCS-componenten te gebruiken voor toepassingen naar eigen keuze. De hierboven omschreven Zwitserse ideeën voor level 1 Limited Supervision en de ETM zijn hier voorbeelden van. In Zwitserland en 32

OP DE RAILS 1-2009

België wordt het landspecifieke pakket 44 gebruikt om via Eurobalises de informatie van het oude Integra- en ZUB-, respectievelijk TBL-treinbeïnvloedingsysteem te kunnen versturen. Dit heeft als voordeel dat op termijn deze niet-gestandaardiseerde transmissietechniek kan vervallen, terwijl de treinen gebruik kunnen blijven maken van hun bestaande treinbeveiligingapparatuur. Bij enkele Zwitserse tandradspoorlijnen wordt van de ETCScomponenten gebruik gemaakt om een tot dan toe niet aanwezig treinbeveiligingsysteem te maken. Het systeem (ZSI127 genoemd) is opgebouwd als ETCS-level 1. De specifieke instructies die nodig zijn voor het tandradbedrijf (bijvoorbeeld wisselen van tandrad- naar normaal bedrijf en omgekeerd), waren niet in de ETCS-standaard voorzien, maar worden door middel van pakket 44 doorgegeven. Ook de S-Bahn in Berlijn vervangt in de periode 2008-2017 de ouderwetse Fahrsperren door Eurobalises. De keuze voor gebruikmaking van ETCS-componenten zal vermoedelijk zijn gebaseerd op kosten en toekomstvaste beschikbaarheid van onderdelen. In dit artikel hebben we de totstandkoming en de werking van ETCS toegelicht. Het volgende artikel gaat in op de Nederlandse toepassingen van ETCS. De auteurs bedanken Martijn Huibers en alle reviewers, waaronder Alstom, Siemens en ProRail, voor hun tijd en inbreng.

Niets nieuws onder de zon Het verstrekken van rijtoestemmingen aan de machinist via het telefoonnetwerk en de markering van blokken door middel van blokborden, zoals in ETCS level 2, is niet nieuw. In Nederland kennen we dit principe al van het Centraal Telecomblokstelsel zoals dat onder andere in gebruik is op museumlijnen van de VSM en SHM. De treindienstleider registreert daar de spoorbezetting, de machinist krijgt telefonisch toestemming bepaalde blokken te gebruiken en meldt na vrijmaking van een blok dit weer terug aan de treindienstleider. De grens tussen twee blokken wordt ook hier met een blokbord gemarkeerd. Het verschil met ETCS level 2 is dat daar het reserveren en vrijmelden van blokken en het bijbehorende telefoonverkeer automatisch gebeurt en in het telecomblokstelsel handmatig.