miniatuur|rechtop=1.2|Een voorbeeld van een driver machine interface (DMI, een ETCS-bedieningsscherm). In dit geval wordt de DMI gebruikt als informatiescherm voor het Duitse beveiligingssysteem PZB. De machinist kan alleen aflezen hoe snel de trein rijdt. Hij kan niet zien wat de maximumsnelheid op het spoor is. Ook de informatie over de afstand die de trein nog mag afleggen ontbreekt. Het European Train Control System (ETCS) is een belangrijk onderdeel van het European Rail Traffic Management System (ERTMS), een Europees project om de beveiliging van het spoor te standaardiseren en te verbeteren.
Het ETCS zet de betekenissen van spoorwegseinen om in ERTMS-rijtoestemmingen en toont deze op de driver machine interface (DMI, het ETCS-bedieningsscherm) in de cabine of stuurpost aan de machinist of treinbestuurder. Belangrijk in de ERTMS-rijtoestemmingen zijn de maximumsnelheid en de maximale afstand die de trein nog mag afleggen. De ETCS-computer in de trein bewaakt dat de maximumsnelheid en de maximale afstand niet worden overschreden. Als dat gebeurt laat de ETCS-computer de trein altijd tijdig remmen.
De werking van het ETCS Informatiestromen Het ETCS bestaat uit baanapparatuur en treinapparatuur. 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 informatiestroom voor de positiebepaling 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.Dit gebeurt in alle drie ERTMS-niveaus. Meldt positie van de trein regelmatig aan de ETCS-baanapparatuur via een radioverbinding, GSM–R.Bij ERTMS niveau 1 wordt de positie van de trein niet doorgegeven. Bij ERTMS niveau 2 wordt alleen de positie van de voorzijde van de trein doorgegeven, bij ERTMS niveau 3 ook de lengte van de trein. De baanapparatuur geeft ten slotte de positiemeldingen van ETCS-treinapparatuur weer door aan de spoorwegbeveiliging.
De informatiestroom voor de rijtoestemming 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.Bij ERTMS niveau 1 wordt de rijtoestemming doorgegeven via eurobalises, elektronische bakens. Bij ERTMS niveau 2 en 3 worden rijroestemmingen doorgegeven via GSM–Rail, een radioverbinding. 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.
ERTMS-rijtoestemmingen 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 baanIn Nederland bijvoorbeeld de seinen die staan in de hoofdstukken 1 en 2 van bijlage 4 bij de Regeling spoorverkeer.In België bijvoorbeeld de seinen die staan in Hoofdstuk 2 'Vaste seininrichting - grote lichtseinen' in Bundel 3.1 'Lijnen met laterale seininrichting' van de Veiligheidsvoorschriften betreffende de exploitatie van de Spoorweginfrastructuur VVESI 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.
Seingeving 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.
Treinbeïnvloeding 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.
Positiemeldingen 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. 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.
Rijtoestemming 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. miniatuur|rechtop=1.8|alt=Een schema van snelheidsprofielen van het ETCS|Snelheidsprofielen van het ETCS
De verkeersleiding 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.
Snelheidsprofielen Omdat de maximumsnelheid op een baanvak kan variëren worden maximumsnelheden ook wel snelheidsprofielen genoemd, in het Engels speed profiles. De zwart gestreepte lijnen in de afbeelding zijn voorbeelden van snelheidsprofielen.In de afbeelding staan enkel snelheidsprofielen voor één enkele treincategorie. In praktijk kunnen er voor meerdere treincategorieën snelheidsprofielen doorgegeven worden. Zo kunnen voor bijvoorbeeld een goederentrein andere snelheidsprofielen gelden dan voor een stoptrein.
Meest restrictieve snelheidsprofiel 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.
Dynamisch snelheidsprofiel 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.