ERTMS, GSM-R, ETCS, STM o.s.v.

 

 
Læserne af nærværende tidsskrift er jævnligt stødt på ovenstående forkortelser, og vil formentligt gøre det mere og mere i fremtiden, og det kan derfor synes på sin plads med en lille gennemgang af hvad disse forkortelser egentlig står for.

Det handler alt sammen om togsikkerhed, og er resultatet af et kraftigt arbejde i EU for en harmonisering af signal- og sikkerhedssystemer i hele Europa.

Historisk set, har de forskellige lande i Europa valgt forskellige signalbilleder på jernbanen, hvilket principielt ikke er et problem for den grænseoverskridende trafik. Det kræver blot at lokomotivføreren kender de forskellige signalbilleder, og ikke forveksler dem, afhængigt af hvilket land han eller hun befinder sig i. Det har man for så vidt gjort ved masser af grænsepassager rundt om i Europa i årtier. Problemet kom for alvor, da man efterhånden indførte forskellige tekniske sikkerhedssystemer af ATC-typen eller tilsvarende. Disse systemer baserer sig på at et elektronisk system i toget tilføres en større eller mindre mængde informationer ved passage af nogle ”sendere” (baliser) i eller ved sporet. Informationen vil altid være om næste signal er rødt eller grønt, men kan også udvides med informationer om størst tilladte hastighed, afstand til standsningspunkt, osv.

Desværre har de enkelte lande udviklet egne systemer, hvilket har gjort grænsepassager uden lokomotivskifte vanskelig. Alternativet har været at udstyre togene med flere forskellige sikkerhedssystemer, som eksempelvis Øresundstogene og EG-lokomotiverne, der har både dansk og svensk ATC, her endda i en avanceret variant, der selv ”skifter over” i fart ved passage af nogle baliser, der giver toget information om at der skiftes sikkerhedssystem.

 Et andet problem ved grænsepassager er kommunikationsudrustning. Ved jernbanen har man længe anvendt forskellige radiokommunikationssystemer for at muliggøre kommunikation mellem et tog og togledelsen. Særligt efter at fjernstyring har vundet indpas, og de betjente stationer er blevet færre, er dette behov vokset, og igen har de enkelte lande indført egne radiosystemer.

 I EU har der været et stærkt ønske om at udvikle jernbanens konkurrencekraft, bland andet ved at sikre at tog kan køre over en række landegrænser uden at skifte lokomotiv, eller for den sags skyld personale, og man har derfor i 1990 nedsat en arbejdsgruppe, der skulle afdække de tekniske muligheder og sætte standarder for et nyt fælleseuropæisk signalsystem. Arbejdsgruppen inddragede hurtigt jernbaneindustrien, og i 1991 blev rammerne fastlagt for et udviklingsarbejde af tre hovedkomponenter, nemlig et nyt fælles ”førerbordssystem”, eller den i toget værende del af ATC-systemet om man vil, kaldet EUROCAB, et nyt fælles balisesystem (både selve balisen og togets antenne), kaldet EUROBALISE, og et nyt fælles radiosystem, kaldet EURORADIO.

Specifikationerne var klar i 1998, og de første tests kunne begynde på udvalgte strækninger i bl.a. Tyskland, Schweiz og Italien. Udviklingsarbejdet ligger hovedsageligt hos de professionelle jernbane- og signalvirksomheder, der deltager i projektet. Disse har samlet sig i organisationen UNISIG, og er: Alstom, Ansaldo Signal, Bombardier, Siemens, Unisys og Alcatel.

Efter diverse tilretninger, kunne UNISIG d. 25. april 2000 endeligt levere specifikationerne for det nye fælleseuropæiske sikkerhedssystem til EU-kommissionen.

 

Et af de steder hvor udviklings- og testarbejdet på de nye sikkerhedssystemer har fundet sted er på strækningen mellem Wien i Østrig og Bratislava i Slovakiet. Her er ÖBB 2143 037-6 netop ankommet til Bratislava med et tog fra Wien.

Særligt for radiodelen (EURORADIO) tog udviklingen en anden drejning end oprindeligt tiltænkt. Da udviklingsarbejdet startede, var mobiltelefoner stadig mindre udbredt, og ikke fuldt så driftssikre som radiosystemer, men som så ofte, skulle markedskræfterne præge udviklingen mere end beregnet. Mobiltelefonien udviklede sig enormt, særligt med udbredelsen af GSM-nettet, der anvender relativt svage sendestyrker, men er baseret på et meget stort antal relativt simple basestationer, og det stod hurtigt klart at EURORADIO burde basere sig på GSM-teknologi. Man adopterede teknologien, og udviklede et ”parallelt” GSM-net, der opererer ved frekvenser forskellige fra, men alligevel tæt på, det eksisterende offentlige GSM-net. Herved opnås fordele af billig og udbredt teknologi, samtidigt med at man kan lade jernbanens telefoner udnytte det offentlige GSM-net i det omfang man ikke har fået sit eget net op at stå. Der blev således reelt udviklet et ”dualband-system”, hvor man har reserverede frekvenser til jernbanen, men også kan anvende normalt GSM-net i nødvendigt omfang. Dette system blev efterfølgende kaldt GSM-R, hvor ”R” står for ”Railway”.

I det normale GSM-system er der en række særlige funktioner som vi kender som WAP, MMS med mere. Disse funktionaliteter bruges ikke i GSM-R, men i stedet har man funktionaliteter som tognummerkodning, fareopkald til fjernstyringscentral, og ikke mindst dataoverførsel, som kan bruges i forbindelse med ETCS, som vi nu skal se på:

EUROCAB-arbejdet resulterede i at man udviklede et ATC-system med alle de funktioner der kendetegner et fuldt udviklet ATC-anlæg. Det vil sige at man med EUROCAB har ikke blot overvågning af signaler i stilling ”stop” men også hastighedsovervågning og bremsekurver til et farepunkt, således at toget nedbremses kontrolleret mod et farepunkt, og ikke blot nødbremses hvis ikke lokomotivføreren standser toget i tide. Systemet afviger således ikke meget fra det danske ATC-system, der må betegnes som et af de mest veludviklede, men det baserer sig i modsætning til det danske (Siemens-)system på åbne edb-standarder, og kan i princippet leveres af en hvilken som helst leverandør. Desuden er systemet opbygget så det kan få sine oplysninger fra flere steder. Således kan informationer til systemet leveres både til en togantenne fra en EUROBALISE, men også fra et EURORADIO-modul (GSM-R-anlæg).

Et mere mundret navn måtte til, og EUROCAB er således efterfølgende blevet døbt European Train Control System, eller ETCS.

Vi har således nu to kommunikationsveje til et tog; togradio, kaldet GSM-R, der også kan overføre data, og ren dataoverførsel via EUROBALISE til togets ETCS-anlæg. For at have glæde af disse ting, skal der ske en vis styring af ikke blot det ene tog, men forhåbentligt en hel række af tog. I relation til EUROBALISE er der udviklet en række kommunikationsprotokoller, der ”oversætter” faktiske signalbilleder til informationer til togets ETCS-system. Denne ”faste del” af sikkerhedssystemet kaldes for European Railway Traffic Management System, eller forkortet; ERTMS.

I daglig tale er ERTMS altså således det ”faste anlæg” fra fjernstyringscentral til balise eller GSM-R-data. ETCS er selve togets ATC-anlæg inklusive antenne for opfangning af balisesignaler eller datamodul fra GSM-R-telefon. Og endelig er GSM-R et konventionelt radiosystem, baseret på mobiltelefonteknologi, og med en mulighed for at sende data mellem det faste ERTMS-anlæg og togets ETCS-system.

Da ERTMS-anlægget ikke har nogen funktion uden et ETCS-anlæg at kommunikere med, er det dog en tilsnigelse at kalde den faste del af anlægget for ERTMS. I virkeligheden er ERTMS både den faste del samt ETCS-delen og kommunikationsdelen. Det er således almindeligt anerkendt at ERTMS= ETCS + GSM-R, om end GSM-R egentlig ikke er en nødvendig forudsætning for at systemerne fungerer, hvis der alene anvendes baliser til informationsoverførsel.

Systemerne kan kombineres på forskellige måder, og man har lagt op til 3 forskellige niveauer af de nye systemer:

 

Niveau 1 er direkte sammenligneligt med det nuværende ATC-anlæg, men er altså fælleseuropæisk. Systemet baserer sig på at det faste anlæg (ERTMS) sender sine informationer til de eksisterende signaler, og samtidigt kommunikerer med toget via udlagte baliser i sporet. I toget opfanges signalerne af en antenne, der formidler dem til togets ETCS-anlæg ved passage af en balise. Opdatering af informationer sker således kun ved passage af en balise.

 

Niveau 2 er en udbygning, hvor informationer sendes til toget kontinuerlig via GSM-R-systemet. Hvis et signal længere fremme går fra stilling ”stop” til stilling ”kør” får toget besked umiddelbart, og må eksempelvis ikke vente på at en balise passeres før hastigheden kan sættes op. Systemet minder lidt om det man opnår ved såkaldte linjeledere, hvor en ATC-balise er ”strakt” over en længere stækning for at togene kan opdateres hurtigere end ved konventionelle baliser, og har til følge at ydre signaler helt kan undværes, da signalbillederne sendes til fra ERTMS-anlægget til togets ETCS-system via GSM-R systemet.

Desuden behøver baliserne ikke længere at udsende informationer til toget, men bruges nu alene til at toget kan positionsbestemmes. Baliserne ”kobles af” signalanlæggene, og bliver i stedet en slags ”elektroniske kilometersten. Togets ETCS-anlæg formidler informationer om togets position via GSM-R-systemet til ERTMS-anlægget, der anvender informationerne til styring af toggangen.

Sporisolationer bibeholdes for at sikre at det vides hvornår et blokafsnit er ledigt. Positionsbestemmelsen via balisen gælder kun for togets forreste enhed, og ikke for den bageste, og banen er opdelt i blokafsnit som ved niveau 1 (og eksisterende anlæg).

 

Niveau 3 er yderligere en udbygning. På dette niveau er der i toget indført en gennemgående forbindelse, således at ETCS-anlægget ved hvor langt toget er, og om bageste vogn stadig er med.

Sporisolationer kan således undværes, og togets ETCS-system sender nu, via GSM-R-systemet informationer til ERTMS om positioneringen af både togets forende og dets bagende. Dette har den helt store fordel at linjeblokke som vi kender dem kan gøres ”flydende”. En svaghed ved de kendte systemer er at afstanden mellem to tog altid er mindst en linjeblok, hvilket giver en lav fleksibilitet, særligt ved langsom toggang. En linjeblok er nødvendigvis nødt til at være mindst et togs standselængde + ønsket sikkerhedsafstand ved den højest tilladte hastighed og lavest tilladte bremseprocent (for den aktuelle hastighed), og ved meget høje maksimalhastigheder bliver dette betragtelige længder. Ved Niveau 3 giver ETCS-anlægget informationer til ERTMS-systemet om det aktuelle togs position, længe, hastighed og bremseformåen, og ERTMS-systemet kan på baggrund af dette, samt tilsvarende informationer fra forankørende og bagvedkørende tog fastlægge den nødvendige afstand mellem togene. Denne afstand sørger ERTMS-systemet så for bliver overholdt ved udsendelse af informationer til de relevante togs ETCS-anlæg, alt sammen via GSM-R-systemet.

 

Så langt så godt. Hvis man så bare forestiller sig at man kan ombygge Europas jernbanenet og lokomotiver til de nye systemer over en nat, så skulle det jo nok kunne fungere. Så enkelt er det naturligvis ikke. GSM-R kan udbygges separat, og det er også det vi ser i disse år. I Norge og Sverige har man satset hårdt på denne udbygning, og nettet et nu næsten fuldt udbygget, og også blevet obligatorisk at bruge, hvilket er årsagen til at NoJK’s udflugtstog i den forløbne vinter er blevet udrustet med dette udstyr. I Danmark har man ikke nogle aktuelle planer om en udbygning, da det eksisterende radiosystem anses for tilstrækkeligt, men som følge af et diktat fra EU, vil Banedanmark på et tidspunkt blive tvunget til at udruste transitbanerne gennem Danmark med de faste anlæg til GSM-R. I meget store dele af det øvrige Europa er man ligeledes langt fremme med udbygningen af GSM-R.

Anderledes vanskelig er implementeringen af de andre systemer. På nybyggede baner som Botniabanen og den netop vedtagne nye Haparandabane i Sverige bygger man infrastrukturen til anvendelse af ERTMS med det samme, endda i den fuldt udbyggede niveau 3 version, hvor ydre signaler mangler. Her vil man fra indvielsesdagen kun tillade materiel, der er udstyret med ETCS der kommunikerer via GSM-R. Dette materiel må dog også formodes at skulle kunne bruges på andre baner, hvor man har det eksisterende ATC-anlæg i brug

Dette løses ved anvendelse af et ”Specific Transmission Module”, forkortet STM. Dette er egentlig bare en antenne til det eksisterende ATC-anlæg, koblet til en ”oversætterboks”, der giver ETCS-anlægget informationer, svarende til dem der ville komme fra ERTMS-anlægget. Således kan materiellet benyttes både på eksisterende ATC-anlæg og på nye ERTMS-anlæg. Vejen frem bliver således at starte med at montere ETCS, suppleret med STM i togmateriellet, og når ombygningen af dette er færdigt, at begynde udskiftningen af banernes ATC-anlæg til ERTMS. Vælges niveau 2 eller 3, kan man så endda samtidigt nedlægge eksisterende signalanlæg, og utvivlsomt spare mange vedligeholdspenge på disse i det daglige, og går man det fulde skridt til niveau 3 opnås en større fleksibilitet, der kan udnyttes enten til flere tog, eller til større regularitet.

 

Jeg håber at jeg med ovenstående bidrog mere til en opklaring, end til yderligere forvirring, men for den interesserede er der flere informationer at hente på hjemmesiderne

http://www.ertms.com ,

http://gsm-r.uic.asso.fr og 

http://www.unife.org

Det synlige tegn på at Nordisk Jernbane-Klubs togsæt er blevet udstyret med GSM-R er en desværre lidt vel dominerende antenne over hvert førerrum, som det ses på dette billede af togsættet på Gedser station.