Christoph Lackhove und Lars Ebrecht · LS LS ASFA, LZB EVM KHP JRS. ... ERTMS/ETCS im European Rail Network. Interoperability Directive 96/48/EC - 23 July 1996 EEIG Spec SRS RAMS

Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 1Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und Schiene

Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS als neue Zugbeeinflussung

Christoph Lackhove und Lars Ebrecht

Institut für Verkehrssystemtechnik > Technologien aus Luft- und Raumfahrt für Straße und SchieneMigration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 2

Gliederung

1. Grundlagen

2. Migration

3. Sicherung der Interoperabilität

1. Grundlagen

2. Migration



MotivationZur Zeit befinden sich mehr als 20 verschiedene Leit - und Sicherungssysteme im Einsatz, die untereinander nicht kompatibel sind.

Daneben werden 5 unter-schiedliche Stromarten zur Versorgung der Triebfahr-zeuge genutzt.

Über 20 verschiedene Betriebsordnungen existieren und müssen befolgt werden.

ATBL, TBL, BRS

ZUB 123

EBICAB 700

LZB,INDUSI

EBIC

AB

900

KVB, TVM, BRS

AWS, TBL, PDS,TPWS

BACC, RSDD

BRS

ATB, TBL

EBIC

AB

700

EBIC

AB

700

LZB, INDUSI

INDUSIZUB 121, SIGNUM

LSLS

ASFA, ATSS, LZB

EVM

KHP

JRS


EUROBALISEEUROCAB EURORADIO

1989

Entscheidung der europäischen

Verkehrsminister: Analyse der Probleme im

“signaling and train control”

ERRI “Group of railway experts

(A200) “:ETCS

Anforderungen

Industrie(EUROSIG) und Bahnen(UIC, ERRI

A200) beschließen

engeKooperation

4th F.P.: Masterplan zurEntwicklung von ERTMS/ETCS imEuropean Rail Network.

InteroperabilityDirective

96/48/EC - 23 July 1996

EEIG SpecSRS

RAMS Test

UNISIG

UNISIGClass P

SRS

SpecClass 1

SRSverab-

schiedet25. April

2000

TSIverab-

schiedet30. Mai 2002

1990

19981996

19951991

1999

2000

2002

ETCS HistorieBeteiligte


Historie der System Requirements SpecificationSubset-026

erste Release Version v1.2.0Final Edition v2.2.2Release Version v2.3.0 offiziell erschienen

SRS v2.3.0d inoffiziell aus v2.3.0 entstandenMit weiteren CR entstand v2.3.2

Release Version v3.0.0 (SRS Baseline 3, nur zur Information, noch keine Rechtsgültigkeit)

SRS v2.3.0

Subset-108-v1.2.0 IN CR

SRS v2.3.0d

Subset-108-v1.2.0 ALL

CR

SRS v3.0.0

Subset-108-v1.1.0 IN CR

SRS v2.2.2

SRS v1.2.0

Updates

30.07.1999

01.02.2002

24.02.2006

23.12.2008

Vorr. 01.01.2012


ETCS Level 1


ETCS Level 2


ETCS Level 3


ERTMS/ETCS-Korridore in Europa

UIC, 10/2005


Nationale ETCS StrategienZwei Beispiele

Schweiz

Ablösung des Altsystems ZUB/SIGNUM wegen AbgängigkeitFür Netzzugang wird nur noch ETCS benötigtNetzweite Ausrüstung mit Level 1 Limited SupervisionLevel 2 derzeit nur auf der Strecke Mattstetten-Rothrist und der LötschbergbasislinieFahrzeugseitig wird durch ein Anpassmodul (Reverse STM) ETCS für die vorhandenen Fahrzeugrechner lesbar

Spanien

Aufbau eines Hochleistungsnetzes mit ETCSAufgrund anderer gesetzlicher Rahmenbedingungen als in Deutschland kann Level 1 bis zu 300km/h verwendet werden, nicht nur bis 160 km/hBei Geschwindigkeiten bis 350km/h kommt Level 2 zum EinsatzAktuell eine Strecke mit Level 1 in Betrieb: Sevilla – Cordoba - Madrid


ETCS Strategie in DeutschlandAktueller Stand

ETCS Migration auf TEN-T Korridoren

Ausrüstung von Neu- und Ausbaustrecken

Ablösung der LZB bis 2026 wegen Abgängigkeit

Lückenschlüsse zwischen TEN-T Korridoren und zu ETCS migriertenLZB Strecken für ein zusammenhängendes ETCS Netz

Berücksichtigung von Verkehrsprognosen und Bundesverkehrswegeplan

Quelle: Boehmer; Schweinsberger, ETR 10/2008


Gliederung

1. Grundlagen

2. Migration



Migration von ETCS

Christoph Lackhove


Einführung(Technologie-)Migration

Erneuerung eines Systems, ohne dass der Betrieb unterbrochen wird

System zeichnet sich aus durchVerteilte FunktionsallokationNetzwerkexternalitäten

„Harte Migration“: Das Umschalten auf das neue System ist über Nacht möglich

„Weiche Migration“: Das Umschalten auf das neue System ist nicht über Nacht möglich, der Betrieb muss stückweise umgestellt werden


Flotten-planung

Einteilung Gesamtstrecke in homogene Abschnitte

Input

ÜbersichtAblauf

Bewertung & Optimierung

Migrationsplanungstool

Generierung Migrationsstrategien

Modellierung Korridor

Bestandsveränderungen

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Zeit

Stre

cken

kilo

met

er

0

10

20

30

40

50

60

70

Anz

ahl F

ahrz

euge Strecke_alt

Strecke_LSStrecke_L1Strecke_L2Fahrzeuge_ETCS


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Zeit

Stre

cken

kilo

met

er

0

10

20

30

40

50

60

70

Anza

hl F

ahrz

euge Strecke_alt


Bestandsveränderung

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Zeit

Stre

cken

kilo

met

er

0

20

40

60

80

100

120

Anza

hl F

ahrz

euge Strecke_alt



0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Zeit

Stre

cken

kilo

met

er

0

20

40

60

80

100

120

Anz

ahl F

ahrz

euge Strecke_alt


Migrationskosten

0 €

20.000.000 €

40.000.000 €

60.000.000 €

80.000.000 €

100.000.000 €

120.000.000 €

140.000.000 €

160.000.000 €

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Zeit

Kum

ulie

rte

Kost

en

Migrationskosten_gesamtMigrationskosten_StreckeMigrationskosten_Fahrzeuge

Migrationskosten

0 €

20.000.000 €

40.000.000 €

60.000.000 €

80.000.000 €

100.000.000 €

120.000.000 €

140.000.000 €

160.000.000 €

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Zeit

Kum

ulie

rte K

oste

n


Migrationskosten

0 €

20.000.000 €

40.000.000 €

60.000.000 €

80.000.000 €

100.000.000 €

120.000.000 €

140.000.000 €

160.000.000 €

180.000.000 €

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Zeit

Kum

ulie

rte

Kos

ten


Migrationskosten

0 €

20.000.000 €

40.000.000 €

60.000.000 €

80.000.000 €

100.000.000 €

120.000.000 €

140.000.000 €

160.000.000 €

180.000.000 €

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Zeit

Kum

ulie

rte K

oste

n



Modellierung von KorridorenEinteilung Strecken und Fahrzeuge

SPNV:60 FahrzeugeUmrüstung: 30 Fzge. paNur nationale Zugbeinflussung

HGV:60 FahrzeugeUmrüstung: 20 Fzge. paNur nationale Zugbeeinflussung


Modellierung von KorridorenIntegrierte Betrachtung von Fahrzeugen und Strecke

Streckenseitige Doppelausrüstung

Fahrzeugseitige Doppelausrüstung

Gleichzeitige Doppleausrüstung

Ohne ETCS

Mit ETCS


Modellierung von KorridorenGenerierung von Migrationsstrategien

2009 2016 2026 2030

Ohne ETCS Mit ETCS Zeit


23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 3 11

6

11

16

21

1,00E+00

1,00E+06

1,00E+12

1,00E+18

1,00E+24

1,00E+30

1,00E+36

Strategien gesamt

Abschnitte

Optionen/Abschnitt

Umfang der Untersuchung

Modellierung von KorridorenUmfang von Migrationsstrategien

Für jeden Abschnitt stellt sich die Fragenach dem Migrationspfad

streckenseitige, fahrzeugseitigen odergleichzeitigen Doppelausrüstung

nach dem Migrationsziel, bspw.Level 1 Limited Supervision / PZBLevel 1 Full Supervision / PZBLevel 2 / PZBLevel 2

23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1

1

6

11

16

21

1,00E+00

1,00E+06

1,00E+12

1,00E+18

1,00E+24

1,00E+30

1,00E+36

Strategien gesamt

Abschnitte

Optionen/Abschnitt

Umfang der Untersuchung

Die sich ergebende Zahl an möglichen Strategien explodiert Reduktion des Umfangs durch Randbedingungen, bspw.

Geschwindigkeit > 160 km/h fordert Level 2 Elektrische Sicht bei Güterverkehr fordert Level 2


Bewertung der MigrationsstrategienBestandsänderungen

Darstellung des GesamtverlaufsDetaillierte Aufschlüsselung

Umrüstzeitpunkte für jeden Abschnitt und Verkehr

Streckenseitiger Migrationsverlauf

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

Jahr

Stre

cken

kilo

met

er

0

5

10

15

20

25

30

35

Stel

lein

heite

n Strecke_altStrecke_LSStrecke_L1Strecke_L2Stelleinheiten_ESTW

Fahrzeugseitiger Migrationsverlauf

0

50

100

150

200

250

300

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

Jahr

Anz

ahl F

ahrz

euge

Fahrzeuge_gesamtFahrzeuge_ETCS


Investitionsverlauf

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

Jahr

Mio

. €

Invest_gesamtInvest_StreckeInvest_Fahrzeuge

Bewertung der MigrationsstrategienKostendarstellung

Ausgabe von Investitionsverlaug, Migrationskosten und LebenszykluskostenDetaillierte Aufschlüsselung, bspw. nach SGV, HGV und SPNV

Migrationskostenverlauf

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2009

2011

2013

2015

2017

2019

2021

2023

2025

Jahr

Mio

. €



ZwischenfazitNutzen des Migrationsplanungstools

Abstimmungsgrundlage für EVUs und EIUsKoordination der fahrzeug- und streckenseitigen MigrationNachvollziehbare, reproduzierbare Kostenabschätzungen verschiedener SzenarienOptimierung von Migrationszeitpunkten und -maßnahmen

Plausibilitätsprüfung vorhandener Migrationspläne sowie Vergleich mit alternativen SzenarienAuswirkungen von Planänderungen sichtbar

Migrationsreihenfolge und –zeitpunkteKostenseitige Auswirkungen

Betrachtung von ganzen Streckennetzen, Korridoren und einzelnen Streckenabschnitten möglich

Migrationsplanungstool bereits erfolgreich validiert!


… alles wunderbar?Interoperabilität bei aktuellen Projekten

Erfahrungen der SBB bei den Projekten Mattstetten-Rothrist und Lötschbergbasislinie:

„Aufgrund der Spezifikationen (UNISIG SRS 2.2.2 einschließlich Subset 108) kann bei deren momentanem Reifegrad zwar ein interoperables System gebaut werden, aber die Interoperabilität des Systems erfolgt nicht zwingend aus der alleinigen Erfüllung der Spezifikationen.“ [Bolli; Rothbauer, Signal + Draht (101) 3/2009]

Interoperabilität ist abhängig von verwendeten Systemkomponenten und deren Kombinationenbetrieblichen Szenarien auf der jeweiligen Strecke

Noch kein impliziter Interoperabilitätsnachweis möglichIn der jetzigen Phase wichtiger Einfluss auf Zulassungsaufwand

Was tun?


Gliederung

1. Grundlagen

2. Migration



Sicherung der Interoperabilität von ETCS

Lars Ebrecht


Gefährdung der Einheitlichkeit und Interoperabilitätvon ETCS

04ATR654

ATB/ATB-NG

AWS

TVM/KVB

ASFA/LZB

EBICAB 700

BACC/RSDD

TBL

SIGNUM

EVM

INDUSI/LZBKHP

INDUSI/LZB/SELCAB

EBICAB 900

ZUB 123

EBICAB 700/L 10000ETCS als

einheitliche LST ermöglicht unterschiedliche

Betriebsordnungen und Strecken

ETCS12)

ETCS5)

ETCS6)

ETCS2)

ETCS4)

ETCS13)

ETCS1)

ETCS3)

ETCS8)

ETCS10)

ETCS11)

ETCS14)

ETCS7)

ETCS15)

ETCS9)



04ATR654

ATB/ATB-NG

AWS

TVM/KVB

ASFA/LZB

EBICAB 700

BACC/RSDD

TBL

SIGNUM

EVM

INDUSI/LZBKHP

INDUSI/LZB/SELCAB

EBICAB 900

ZUB 123

EBICAB 700/L 10000ETCS als

einheitliche LST ermöglicht unterschiedliche

Betriebsordnungen und Strecken

ETCS12)

ETCS5)

ETCS6)

ETCS2)

ETCS4)

ETCS13)

ETCS1)

ETCS3)

ETCS8)

ETCS10)

ETCS11)

ETCS14)

ETCS7)

ETCS15)

ETCS9)

Kurzfristiges Ziel: Streckenabnahme und Betriebstauglichkeit

Mittel-/langfristiges Ziel:Einheitliche und interoperable LST (ETCS)

Für Nachhaltigkeit der LST und freie Fahrzeugumläufe


InteroperabilitätWas heißt das?

Technische Interoperabilität = Einheitliche Umsetzung der Betriebsarten (SB, SR, FS, OS, SH, TR, PT,..) und Betriebsstufen (L1, L2, L3) aus funktionaler SichtFür reibungsloses Zusammenspiel zwischen streckenseitiger und fahrzeugseitiger LST, unabhängig vom Betriebsverfahren und der Betriebsordnung

Betriebliche InteroperabilitätReibungsloser Übergang zwischen Betriebsgrenzen mit unterschiedlichen BetriebsordnungenZ.B. MA mit D-Weg oder ohne


OBU

Technische InteroperabiltätHerstellerunabhängige Interaktion zwischen strecken- und fahrzeugseitiger LST

RBCEVC

RBC

Stw

1. MA request

2. MA (GP+SSP) optional: Mode Profile + Linking

3. Wechselnach FS



Durch betriebliche und projektspezifische zu ETCS inkonsistenteAnforderungenStreckenabnahme und Betriebstauglichkeit stehen häufig imVordergrund, d.h. mit betrieblichen Test werden vorwiegendbetriebliche Anforderungen nachgewiesenKonformität der fahrzeug- und streckenseitigen LST zur S.R.S muss explizit überprüft werden

Sicherung der Konformität und Interoperabilität durch Expliziten Nachweis der Konformität vor allem der Fahrzeug-seitigen ETCS-EinheitEinbeziehung der technischen Anforderungen und Tests inbetriebliche Anforderungen und Test


Zusammenhang zwischen betrieblichen und technischen Testfällen

Betriebliche Anforderungen müssen technische Anforderungenund Funktionen ein beziehen.

BetreiberFunktionalitätenBetreiber

Lastenheft

Betriebliche Anforderungen

Features, Test Cases

Projektspezifische Testfahrten

SynthetischeTestfahrten

Subset-076

Betreiberspezifische Testfälle

Subset-076

TechnischeAnforderungen

SRS230d

Subset-026


Technische vs. betriebliche Funktionen

Technische Funktionen(Subset-026 u. Subset-076):

Start / End of MissionLevel- u. Mode-TransitionsCheck linking, BaliseGroup, Radio Message,.. consistency Determine train speed and locationManagement of MAsSupervise Train MovementsManagement of Communication SessionOverride, On-Sight, Shunting, Reversing, ..

Betriebliche Funktionen(Betrieberlastenheft):

Aufrüsten, AbstellenEinfahrt in den ETCS-BereichAusfahrt aus dem ETCS-BereichVerlängerung einer FahrterlaubnisÜbergabe zwischen ETCS FunkblockzentralenLangsamfahrstellen und Fahren auf SichtRangierfahrtenZwangsbremsungen..


Betriebliche Testfälle erweitern technische Testfälle


Betriebliche Testfälle erweitern technische Testfälle


Subset-026,

Subset-076

ETCS inside

Konformitäts- und Interoperabilitätstests vs. Streckenabnahme und Betriebstauglichkeit

Durchgängige Einbeziehung der technischen Anforderungen und Tests zur nachhaltigen Sicherung der Einheitlichkeit und Interoperabilität von ETCS

Konformitätstest(Subset-094)Hersteller OBU

Projektierungsspezifische Integrationstest(Subset-110,-111,-112)

Hersteller OBU + RBC

Streckenabnahme- / BetriebstauglichkeitstestBetreiber Tf + OBU + RBC + STW + Fdl

Labortests

Feldtests


Sicherung der Interoperabilität bei Streckenabnahme-und Betriebstauglichkeitstests von Beginn an

RBCStw

Streckenvisualisierung + Führerstand

OBU

ETCS inside

PT1/2

Streckenprojektierung im RailSiTe

1. Phase - keine reale Streckekomponente und keine reale Zugkomponente:Projektierung (PT2) im RailSiTe + simuliertes EVC („ETCS inside“1))Nutzen: erste funktionale Test zur Überprüfung der technischen Ausrüstung im LaborProjektierung (PT2) im RailSiTe + Visualisierung der StreckeNutzen: Überprüfung der techn. Ausrüstung sowie des Streckenbildes im Labor

2. Phase - keine reale Streckenkomponente aber reale ZugkomponenteProjektierung im RailSiTe + reale OBU („ETCS inside“1))Nutzen: betriebliche Anforderungen des Betreibers und Validierung des Zusammenspiels von Hersteller Komponente und Streckenprojektierung im Labor

3. Phase - reale Streckenkomponente und reale Zugkomponente Projektierung im RailSiTe + reales RBC + reale OBU („ETCS inside“1)) + sim. StwNutzen: Unterstützung der Streckenabnahme im LaborRBCStw


OBU

ETCS inside

PT2


1) Subset-076 Konformitätsnachweis


Sicherung der Interoperabilität bei Streckenabnahme-und Betriebstauglichkeitstests von Beginn an

RBCStw


OBU

ETCS inside

PT1/2


1. Phase - keine reale Streckekomponente und keine reale Zugkomponente:Projektierung (PT2) im RailSiTe + simuliertes EVC („ETCS inside“1))Nutzen: erste funktionale Test zur Überprüfung der technischen Ausrüstung im LaborProjektierung (PT2) im RailSiTe + Visualisierung der StreckeNutzen: Überprüfung der techn. Ausrüstung sowie des Streckenbildes im Labor

2. Phase - keine reale Streckenkomponente aber reale ZugkomponenteProjektierung im RailSiTe + reale OBU („ETCS inside“1))Nutzen: betriebliche Anforderungen des Betreibers und Validierung des Zusammenspiels von Hersteller Komponente und Streckenprojektierung im Labor

3. Phase - reale Streckenkomponente und reale Zugkomponente Projektierung im RailSiTe + reales RBC + reale OBU („ETCS inside“1)) + sim. StwNutzen: Unterstützung der Streckenabnahme im Labor

1) Subset-076 Konformitätsnachweis


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


Weitere Informationen erhalten Sie bei:

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Institut für Verkehrssystemtechnik

Dipl.-Inform. Lars EbrechtE-Mail: [email protected]

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christoph LackhoveE-Mail: [email protected]

Documents

Christoph Lackhove und Lars Ebrecht · LS LS ASFA, LZB EVM KHP JRS. ... ERTMS/ETCS im European Rail Network. Interoperability Directive 96/48/EC - 23 July 1996 EEIG Spec SRS RAMS