Zugsicherung mit ETCS im Eisenbahnbetriebslabor

Das European Train Control System (ETCS) ist ein standardisiertes Zugsicherungssystem, das die Si-cherheit und Effizienz im Bahnverkehr erhöhen soll. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein ETCS-Level-2-Modell im Eisenbahnbetriebslabor (EBL) entwickelt, um eine realitätsnahe Simulation von Zugkommu-nikation und Steuerung zu ermöglichen. Dazu werden bestehende Ortungssysteme analysiert und eine robuste Lösung basierend auf RFID-Sensorik und Odometrie implementiert. Die Arbeit fokussiert sich auf die zuverlässige Kommunikation zwischen On-Board Unit (OBU) und Radio Block Center (RBC) sowie die Integration der entwickelten Komponenten in die bestehende Infrastruktur des EBL. Abschlies-send werden die erzielten Ergebnisse evaluiert und Optimierungsmöglichkeiten für zukünftige Entwicklungen aufgezeigt.

Betriebsanlage im Eisenbahnbetriebslabor

Ausgangslage

Die langfristige Vision des EBL ist die Umsetzung eines modernen Zugsicherungssystems auf der Be-triebsanlage, welche dazu dient, moderne Konzepte zu demonstrieren, Schulungen durchzuführen sowie Tests und Forschung im Bereich der modernen Zugsicherung zu ermöglichen. Im Fokus steht dabei die Implementierung eines realitätsgetreuen ETCS-Systems, da ETCS in der Schweiz, und auch in anderen europäischen Ländern die nationalen Zugsicherungssysteme schrittweise ablösen soll. Die Forschung und Entwicklung an ETCS ist jedoch nicht abgeschlossen. Es werden stetig neue Versionen und Konzepte entwickelt, dessen Möglichkeiten und Herausforderungen im EBL demonstriert werden können, um Innovationen im Bahnbetrieb zu unterstützen.

Für die Umsetzung eines modernen Zugsicherungssystems im EBL ist eine präzise und zuverlässige Zugortung essenziell. Nur durch eine stabile und genaue Positionsbestimmung können zentrale Funkti-onen eines Zugsicherungssystems, wie etwa die Berechnung von Movement Authorities oder die Über-wachung der Einhaltung von Geschwindigkeiten, realitätsgetreu umgesetzt werden.

Im Rahmen dieser Arbeit stehen zwei unterschiedliche Ortungssysteme zur Verfügung, GoT-Ultraschallortung und ein RFID-System. Beide Systeme stellen Informa-tionen über Webschnittstellen bereit. Die Herausforderung besteht darin, zu evaluieren, welches der beiden Systeme sich für die Implementierung eines ETCS-basierten Zugsicherungssystems eignet oder ob eine Kombination beider Systeme eine präzisere und robustere Ortung ermöglicht.

Zielsetzung

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein weiterer Schritt in Richtung einer realitätsgetreuen Implementation eines modernen Zugsicherungssystems im EBL gemacht werden. Das Ziel ist es, die vorhandenen Systeme zu evaluieren und eine Lösung zu finden, wie die Daten der beiden Messtechniken kombiniert oder einzeln verwendet werden können, um Funktionen von ETCS abzubilden. Konkret soll die implementierte Lösung folgende Ziele verfolgen:

Realitätsgetreue Kommunikation zwischen OBU und RBC.

• Implementierung eines Movement Authority Request, bei dem der Zug eine Fahrterlaubnis anfordert.
• Die Verarbeitung und Übermittlung der MA durch das RBC.
• Positionsübermittlung der OBU and das RBC.

Systemstabilität

• Das System soll in einem definierten Testzeitraum ohne kritische Fehler oder unvorher-gesehene Systemausfälle funktionsfähig bleiben.
• Kurze Verbindungsunterbrüche sollen keinen Einfluss auf das System haben.

Benutzerfreundlichkeit

• Die Inbetriebnahme und Bedienung des Systems sollen mit einer Anleitung ohne Vor-kenntnisse erfolgreich durchgeführt werden können.

Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit

• Sicherstellen, dass das System modular aufgebaut ist, um zukünftige Erweiterungen, wie zusätzliche ETCS-Funktionen, einfach zu integrieren.

Ergebnisse

In dieser Arbeit wurde die Entwicklung eines ETCS-Level-2-Modells im EBL untersucht und eine Grundlage dafür umgesetzt. Ausgangspunkt war die Problematik, ein Zugortungssystem zu evaluieren, das eine realitätsnahe Kommunikation zwischen OBU und RBC ermöglicht.

Die zentralen Ergebnisse zeigen, dass durch die Verwendung von RFID und Odometrie eine präzise Ortung erzielt werden kann. Zudem wurde eine ETCS-konforme Kommunikation implementiert, die es erlaubt, Movement-Authorities zu verwalten und Zugbewegungen zu steuern.

Die definierten Ziele wurden weitgehend erreicht. Während die Echtzeitkommunikation zwischen OBU und RBC stabil arbeitet, bestehen Probleme in der Verbindungsstabilität zwischen Zug und OBU. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass zukünftige Arbeiten sich verstärkt auf die Verbesserung dieser Verbindungsstabilität sowie die Erweiterung des Systems um zusätzliche ETCS-Funktionalitäten konzentrieren sollten.

Technische Schlüsselbegriffe

• ETCS Ein europäischer Standard für Zugsicherungssysteme, der die Sicherheit und Effizienz im Bahnverkehr erhöht.
• GoT (GamesOnTrack)Ein Ultraschall-basiertes Ortungssystem, das zur Positionsbestimmung von Modellzügen verwendet wurde.
• RFID-SystemEin System bei welchem auf ausgewählten Zügen eine Platine, Odometrie und ein NFC-Reader verbaut sind. Der Zug kann somit Radumdrehungen messen, Daten von NFC-Tags auf den Schienen auslesen und diese Informationen über das Netzwerk weiterschicken.
• OBU (On-Board Unit)Fahrzeugseitige Recheneinheit im ETCS-System, die Daten verarbeitet und Fahrbefehle steuert.
• RBC (Radio Block Center)Zentrale Stelle in ETCS, die Fahrinformationen über Mobilfunk an Züge übermittelt. Stellt Fahrerlaubnisse für die Züge aus.

Kunde

Eisenbahnbetriebslabor Schweiz AG
Überlandstrasse 271
8600 Dübendorf
Website

Team