European Train Control System

Het ETCS bestaat uit baanapparatuur en treinapparatuur^[1]. Tussen de baanapparatuur en de treinapparatuur lopen twee informatiestromen. Er is een informatiestroom voor de positiebepaling van de trein en een informatiestroom voor rijtoestemmingen. Beide zijn essentieel voor de beveiliging.

• De baanapparatuur omvat eurobalises die in de spoorbaan zijn aangebracht. Eurobalises zijn transponders, ofwel elektronische bakens. Bij het passeren van een trein geeft de Eurobalise zijn locatie door aan die treinapparatuur.
• De treinapparatuur:
  • Verzorgt de positiebepaling ofwel odometrie van de trein op basis van de laatst gepasseerde eurobalise en de daarna afgelegde afstand.^{[noot 1]}
  • Meldt positie van de trein regelmatig aan de ETCS-baanapparatuur via een radioverbinding, GSM–R.^{[noot 2]}
• De baanapparatuur geeft ten slotte de positiemeldingen van ETCS-treinapparatuur weer door aan de spoorwegbeveiliging.^{[noot 2]}

• De baanapparatuur:
  • Leidt ERTMS-rijtoestemmingen af van de informatie die afkomstig is van de spoorwegbeveiliging. De ERTMS-rijtoestemming geeft aan wat de maximumsnelheid is, en welke afstand maximaal nog afgelegd mag worden.
  • Geeft de ERTMS-rijtoestemmingen vervolgens door aan de trein, via GSM–R of via eurobalises.^{[noot 3]}
• De treinapparatuur:
  • Toont via cabineseingeving de ERTMS-rijtoestemmingen aan de machinist of treinbestuurder.
  • Biedt treinbeïnvloeding door het bewaken van de maximumsnelheid en de maximaal nog af te leggen afstand van de ERTMS-rijtoestemming. Bij een dreigende overschrijding grijpt de ETCS-treinbeïnvloeding tijdig in met een waarschuwing en als dat nodig is met automatisch remmen.

De baanapparatuur van het ETCS geeft rijtoestemmingen door aan de trein. De rijtoestemmingen worden afgeleid van informatie die afkomstig is van de stationsbeveiliging of de blokbeveiliging, beide onderdeel van de spoorwegbeveiliging. Seinen langs de baan^{[noot 4][noot 5]} spelen daarbij geen rol. ETCS-rijtoestemmingen worden doorgegeven via GSM–R. Het doorgeven van rijtoestemmingen via GSM–R kan continu, dus op elke plaats en op elk tijdstip, onafhankelijk van de positie van de trein. Speciaal voor GSM–R is een aantal GSM-kanalen gereserveerd, zodat de communicatie voor het railverkeer niet verstoord kan worden door overbelasting van publieke gsm-kanalen. Eurobalises kunnen ook ingezet worden om rijtoestemmingen door te geven. In dit geval worden rijtoestemmingen niet continu doorgegeven, maar alleen op de momenten dat de treinantenne over een eurobalise beweegt. Eurobalises hebben daarnaast een functie voor de positiebepaling van de trein.

Het tonen van de rijtoestemming in de cabine ofwel stuurpost noemt men cabineseingeving of stuurpostsignalisatie. De ETCS-rijtoestemming geeft informatie over de afstand die de trein nog mag afleggen en de maximumsnelheid die daarbij geldt. Waar dat nodig is past de ETCS-computer in de trein die maximumsnelheid aan, bijvoorbeeld voor bogen, voor wissels, bij nadering van het einde van de rijtoestemming, of bij nadering van een punt vanaf waar een lagere maximumsnelheid geldt. De rijtoestemming kan onderweg steeds aangevuld of verlengd worden, zodat treinen op veilige afstand na elkaar over het spoor kunnen blijven rijden. Als een trein het einde van de rijtoestemming nadert neemt de berekende maximumsnelheid af, tot uiteindelijk 0 km/h aan het einde van de rijtoestemming, want de trein mag nooit verder rijden dan het eindpunt van de rijtoestemming. Op deze wijze ontstaat een remcurve, eigenlijk een reeks van afnemende maximumsnelheden. De berekende remcurve is altijd aangepast aan de trein, omdat de ETCS-computer rekening houdt met het remvermogen en het gewicht van de trein. Bij dezelfde snelheid zal een lange, zware goederentrein veel eerder moeten beginnen met remmen dan een lichte passagierstrein. Deze 'seingeving op maat' vergroot de capaciteit van het spoor.

Het ETCS biedt treinbeïnvloeding die volledig is geïntegreerd met de rijtoestemmingen. Systemen die aan de ETCS-standaard voldoen zijn bijzonder veilig want zij bieden het safety integrity level 4. Als een trein sneller rijdt dan de berekende maximumsnelheid waarschuwt de treinapparatuur. Reageert de machinist of treinbestuurder niet (tijdig) dan grijpt de treinapparatuur van het ETCS in en remt de trein af of brengt de trein tot stilstand.

Er zijn veel systemen voor treinbeïnvloeding. Op basis van hun werking en functie kunnen ze in een aantal groepen van treinbeïnvloedingssystemen worden ingedeeld. De treinbeïnvloedingsfunctie van het ETCS is in te delen bij systemen voor afstandbegrenzing.

De positie van de trein is belangrijke informatie voor de verkeersleiding van het treinverkeer. Wanneer een trein is voorzien van GSM–R-dataradio doet de treinapparatuur regelmatig een positiemelding via GSM–R. Een positiemelding bevat onder andere de positie, de snelheid en het identificatienummer van de trein. De tijd tussen twee positiemeldingen is instelbaar en bedraagt gewoonlijk enkele seconden. De treinapparatuur doet ook positiemeldingen op andere momenten, bijvoorbeeld na het passeren van specifieke locaties.^[2] Het ETCS maakt daarmee een betere (bij)sturing van het treinverkeer mogelijk.

Wanneer de treinapparatuur in staat is met zekerheid vast te stellen dat de trein nog compleet is kan uit de positie van de voorzijde van de trein en de lengte van de trein de spoorbezetting met zekerheid worden afgeleid. In iedere ETCS-positiemelding wordt expliciet aangegeven of de treinintegriteit is vastgesteld, dus of de trein niet gebroken en dus compleet is. Als uit de positiemeldingen blijkt dat de treinintegriteit is gegarandeerd is apparatuur voor treindetectie in de spoorbaan, inclusief de bijbehorende kostbare bekabeling, voor een groot deel overbodig.

De rijtoestemming is een centraal begrip binnen het ERTMS/ETCS. De rijtoestemming bevat informatie over de spoorbaan en geeft aan hoe ver de machinist of treinbestuurder nog mag rijden. De rijtoestemming ontstaat in een seinhuis of verkeersleidingspost en wordt in een aantal stappen doorgegeven aan de machinist. In een boordcomputer in de trein wordt uit de informatie over de spoorbaan en de kenmerken van de trein berekend wat de maximumsnelheid is en hoe lang de remweg bij een bepaalde snelheid is. Deze informatie wordt zichtbaar gemaakt op de driver machine interface (DMI).

Bij spoorwegbeveiligingssystemen die niet aan de ERTMS-standaard voldoen wordt de rijtoestemming gewoonlijk met spoorwegseinen gegeven.

Een rijtoestemming ontstaat als de computer­apparatuur of de trein­dienst­leider een rijweg instelt. Een rijweg is de route die een trein over rails en eventuele wissels aflegt. Deze rijweg wordt door de rijweg­beveiliging aan de hand van strikte veiligheidsregels beoordeeld. Als de rijweg veilig is, legt het inter­locking­systeem de rijweg vast, legt waar nodig wissels om en produceert een rijtoestemming die correspondeert met de rijweg.

In de afbeelding met snelheidsprofielen van het ERTMS is een spoorwegdiagram opgenomen zoals die gebruikt zou kunnen worden in een verkeersleidingspost. De rode lijn die overgaat in de groene, te zien op het schematische spooremplacement correspondeert met een ingestelde rijweg. Het rode deel is het deel waar de trein op rijdt, het groene deel is vergrendeld en beveiligd voor een veilige weg van de trein over het spoor. De rijtoestemming van de trein strekt tot het einde van het groene deel.

Omdat de maximumsnelheid op een baanvak kan variëren worden maximumsnelheden ook wel snelheidsprofielen genoemd, in het Engels speed profiles.^[3] De zwart gestreepte lijnen in de afbeelding zijn voorbeelden van snelheidsprofielen.^{[noot 6]}

De treinapparatuur bewaakt de maximum toegelaten snelheid van de trein zelf. Daarnaast vergelijkt de treinapparatuur dit maximum met de maximumsnelheden die samenhangen met de eigenschappen van de spoorbaan. Als spoorgerelateerde maxima per treintype variëren gaat de treinapparatuur natuurlijk uit van het maximum dat geldt voor de eigen trein. Door voor elk deel van het traject steeds de laagste maximumsnelheid te kiezen, berekent de treinapparatuur op simpele wijze het meest restrictieve snelheidsprofiel.

In de afbeelding geeft de dikke grijze lijn aan wat het meest restrictieve snelheidsprofiel is.

Het meest restrictieve snelheidsprofiel houdt geen rekening met de lengte en de remweg van de trein. Daarom berekent de ERTMS-treinapparatuur continu en binnen strikte veiligheidsmarges hoe snel de trein mag rijden en vanaf welk punt de trein snelheid moet gaan verminderen. Als een trein het einde van de rijtoestemming nadert, neemt de berekende maximumsnelheid af, tot uiteindelijk 0 km/h aan het einde van de rijtoestemming. Dit is het dynamische snelheidsprofiel. Bij het berekenen van het dynamische snelheidsprofiel wordt onder andere, naast veiligheidsmarges, rekening gehouden met het remvermogen van de trein en hellingen in de spoorbaan. Een verhoging van de maximumsnelheid geldt pas als de trein het gebied waarvoor een lagere maximumsnelheid geldt in zijn geheel is gepasseerd. In de afbeelding is het dynamische snelheidsprofiel oranje aangegeven.

De treinapparatuur berekent meerdere dynamische snelheidsprofielen. Er is bijvoorbeeld een dynamisch snelheidsprofiel voor remopdrachten, voor waarschuwingen als remopdrachten niet of onvoldoende worden opgevolgd, en er is een dynamisch snelheidsprofiel voor het starten van remingrepen waarbij de trein tot stilstand wordt gebracht. Dit laatste dynamische snelheidsprofiel is het meest steil.

Het ETCS-bedienscherm wordt de driver machine interface (DMI) genoemd. De DMI toont veel informatie. De seingeving is zichtbaar in de snelheidsklok, en de informatie over de trein­beïn­vloeding is daarmee geïnte­greerd. De DMI heeft ook een plannings­deel met informatie over het spoor voor de trein, zoals de helling en plaatsen waar de maximum­snelheid wijzigt. Het plannings­deel kan tot 32 kilometer vooruit kijken zodat de machinist of treinbestuurder vroegtijdig op de situatie op het spoor kan anticiperen.

Hier is de touchscreenversie afgebeeld. De DMI is in delen onderverdeeld. Naast de snelheidsklok en het planningsdeel is er direct onder de snelheidsklok ruimte voor aanvullende rij-informatie en daaronder tekstberichten. Onder het planningsdeel is er nog ruimte voor het weergeven van de tijd en de positie op het spoor. Bij de touchscreenversie staan alle bedieningsknoppen op het bedieningsscherm, waarvan de belangrijkste rechts op de DMI in een hoofdmenu zijn ondergebracht.^[4]

De snelheidsklok heeft een forse plaats links boven in de driver machine interface. Het toont de berekende maximumsnelheid aan de machinist of treinbestuurder. De driver machine interface geeft de maximumsnelheid die de ETCS-computer berekent aan met een band rond de snelheidsklok. De naald geeft de snelheid van de trein aan, zowel analoog (met de naald) als digitaal (het getal in de as van de naald).

De kleur van die naald en de band rond de snelheidsklok spelen een belangrijke rol bij de cabineseingeving, want de kleuren gelden als sein. De kleuren hebben de volgende betekenis:

• Grijs: rijden toegestaan met maximaal de snelheid die wordt aangegeven door de band rond de snelheidsklok. Bij deze kleur is de band rond de snelheidsklok donkerder dan de kleur van de naald.
• Geel: afremmen tot de snelheid die wordt aangegeven door de kleurovergang van grijs naar geel in de band rond de snelheidsklok.

Voor de treinbeïnvloeding worden twee extra kleuren van de naald en de band rond de snelheidsklok gebruikt:

• Oranje: De trein rijdt te snel. Bij een iets grotere overschrijding van de maximumsnelheid verschijnt er een kleine oranje verlenging van de band rond de snelheidsklok. Dan geldt een snelheidswaarschuwing. Het uiteinde van het verlengde oranje deel van de balk geeft aan boven welke snelheid de trein automatisch zal gaan remmen.
• Rood: de trein remt automatisch omdat de snelheid nog groter was dan de maximale snelheid waarvoor een snelheidswaarschuwing geldt. Als de trein automatisch remt kleurt de oranje verlenging van balk rond de snelheidsklok rood.

Direct onder de snelheidsklok is ruimte voor aanvullende rij-informatie, aankondigingen en opdrachten. De gele hoorn betekent dat de machinist of treinbestuurder de tyfoon moet bedienen. Iets meer naar rechts is met een symbool aangegeven in welke modus het ERTMS staat. Een oog in een vierkant geeft aan dat de ETCS-treinapparatuur in de modus "full supervision" staat; dat is standaardmodus van de ETCS-treinapparatuur. Iets lager is ruimte voor aanvullende rij-informatie en voor aankondigingen, bijvoorbeeld de aankondiging van de nadering van het begin of het einde van het traject dat met ERTMS is beveiligd.

Linksonder staan tekstberichten. Er kan door de tekstberichten gescrold worden. Nog verder naar links is er ruimte voor enkele symbolen, waarmee bijvoorbeeld aangegeven wordt of de verbinding met GSM–R werkt.

De planning staat rechtsboven op de DMI. Het planningsdeel toont informatie over het traject juist voor de trein. Deze informatie is schematisch op schaal weergegeven. Van onderaf gezien is de schaal tussen de eerste en tweede horizontale lijn lineair, en daarboven logaritmisch. De afstand waarmee vooruit gekeken kan worden kan de machinist of treinbestuurder aanpassen van één tot tweeëndertig kilometer. In de afbeelding hiernaast wordt informatie over de komende acht kilometer getoond. Deze informatie sluit aan de afbeelding met de spoorsituatie en de snelheidsprofielen (na het kopje Rijtoestemming).

Linksonder in de planning is te zien dat de tyfoon bediend moet worden, wat ook al is aangegeven bij de informatie onder de snelheidsklok. Iets verder naar boven te zien dat de stroomafnemers neergelaten moeten worden, even verder mogen ze weer omhoog. De verticale balk geeft aan of de spoorlijn stijgt, daalt of vlak loopt. De lichte delen geven de vlakke delen aan en de stijgende delen inclusief stijgingspromillages aan, de donkere delen dalende delen inclusief dalingspromillage. De in breedte variërende lichtblauwe balk rechts daarvan geeft globale informatie over de toegelaten snelheden. Hoe breder de balk, hoe sneller gereden mag worden. Te zien is dat op het hoogste deel van de baan een snelheidsbeperking geldt.

De gele streep geeft aan vanaf waar geremd moet worden, in deze afbeelding over een kleine 600 meter. De driehoekjes in de lichtblauwe balk met de punt naar beneden markeren de plaatsen vanaf waar een lagere maximumsnelheid geldt. In deze afbeelding wordt over ruim een kilometer een maximumsnelheid van 100 km/h van kracht. De driehoekjes met de punt naar boven markeren vanaf welke plaatsen de snelheid verhoogd mag worden. De getallen erachter geven de maximumsnelheid aan die vanaf die plaats geldt, in km/h. De bovenste driehoek met de snelheid 0 km/h geeft aan dat de trein op die plaats stil moet staan. De breedte van het lichtblauwe vlak geeft een indicatie van de naderende verminderingen van de maximumsnelheid.

Rechtsonder op de DMI is ruimte voor de positie van de trein, die wordt aangegeven in baankilometers. Ook de tijd is zichtbaar.

Helemaal rechts is het menu van de DMI zichtbaar. Via de knop 'Data view' kan de machinist of treinbestuurder gegevens van de trein en van hemzelf, zoals zijn dienstnummer, invoeren.

De ETCS-treinapparatuur kent meerdere modi.^[5] Naast de standaardmodus “FS” (full supervision) zijn er modi voor het rangeren en voor 'rijden op zicht', wat bijvoorbeeld wordt toegepast als de seingeving hapert of als treinen buiten een rangeeremplacement gekoppeld moeten worden. Ook zijn er modi voor fout- en opstartsituaties. De DMI (driver machine interface) laat de ETCS-modus zien met een symbool rechtsonder de snelheidsklok.

Het ETCS bestaat uit baanapparatuur en treinapparatuur.^[1]

De baanapparatuur van ETCS geeft rijtoestemmingen van de blok- en stationsbeveiligingen door aan de treinen.

• In de eerste plaats 'vertaalt' de baanapparatuur de informatie van spoorwegseinen in de 'taal' van het European Rail Traffic Management System (ERTMS). De 'vertaalmodule' interface is bij ERTMS niveau 1 ondergebracht in LEU's (lineside electronic units) en bij ERTMS niveau 2 in RBC's (radio block centres). Bij ERTMS niveau 2 wordt de rijtoestemming vervolgens via GSM–R naar de trein gezonden.
• De treinapparatuur gebruikt eurobalises om de positie van de trein te ijken. In ERTMS niveau 1 worden eurobalises ook gebruikt om de rijtoestemming aan de treinen door te geven. Eurobalises zijn bakens in het spoor en werken als transponders. Eurobalises worden door een antenne van de trein met een krachtig radiosignaal aangestraald, waarop de eurobalise direct zijn informatie naar de trein zendt.

Onderstaande tabel bevat een overzicht van de baanapparatuur.

ETCS-treinapparatuur biedt cabineseingeving treinbeïnvloeding.

• Cabineseingeving of cabinesignalering is het tonen van de rijtoestemming in de cabine, in plaats van met seinen langs de spoorbaan. Het ETCS toont rijtoestemming via een bedienscherm. Dit scherm wordt aangeduid met driver machine interface (DMI). Het is uitgevoerd als aanraakscherm, óf er zijn knoppen rond het scherm aangebracht. De machinist of treinbestuurder kan er informatie mee doorgeven aan de treinapparatuur.
• De ETCS-treinapparatuur bewaakt ook dat de trein op geen enkel moment sneller rijdt dan de snelheid die op het ETCS-bedienscherm is aangegeven. De informatie die voor de treinbeïnvloeding wordt gebruikt is exact gelijk aan de informatie die op de DMI is te zien. Rijdt de trein sneller dan toegestaan dan brengt de ETCS-treinapparatuur de trein tot stilstand. De ETCS-treinapparatuur biedt daarmee een geavanceerde treinbeïnvloeding.

ETCS-treinapparatuur is voor ERTMS niveaus 1 en 2 vrijwel gelijk^[6]. ERTMS niveau 3 kent extra ETCS-apparatuur. Voor treinen met ERTMS niveau 2 en 3 is naast ETCS-apparatuur ook GSM–R-apparatuur verplicht. Onderstaande tabel bevat een overzicht van de ETCS-treinapparatuur.

• ERTMS-website van de UNISIG
• ETCS-website van de UIC