ETCS Level 3

mini|350px|Funktionsweise ETCS Level3 Als Level 3 wird eine Ausprägungsstufe des europäischen Zugbeeinflussungssystems European Train Control System (ETCS) bezeichnet.

mini|Achszählschienenkontakt im eingebauten Zustand Level 3 ähnelt Level 2, wobei die Gleisfreimeldung und Zugvollständigkeitskontrolle nicht mehr durch das Stellwerk, sondern durch das Radio Block Centre unter Mitwirkung des Zuges erfolgt.ETCS-Spezifikation, Subset 026, 3.6.0, Abschnitt 2.6.2.3ETCS-Spezifikation, Subset 026, 3.6.0, Abschnitte 2.6.6.1 und 2.6.7.1.4 Eine (in Level 2 noch notwendige) streckenseitige Gleisfreimeldung, beispielsweise durch Achszähler oder Gleisstromkreise, ist nicht mehr notwendig. Um in Level 3 fahren zu können, müssen Züge über ein System zur Zugvollständigkeitskontrolle verfügen.ETCS-Spezifikation, Subset 026, 3.6.0, Abschnitt 2.6.7.2.3 Durch die zusätzliche Technik werden Kosten und Risiken vom Infrastruktur- auf den Fahrzeugbetreiber verlagert. Die Funktion des Stellwerks wird dabei auf die Steuerung von Weichen und einiger Funktionen zur Richtungsüberwachung benachbarter Gleisabschnitte begrenzt.

ETCS Level 3 ist Bestandteil der TSI ZZS und bereits vereinzelt im Einsatz. Vor einem weitreichenden Einsatz sind gleichwohl Weiterentwicklungen notwendig (Stand: 2017). Kombinationen von Level-3-Ausrüstungen als Ergänzung anderer Levels, beispielsweise Level 2, sind möglich.ETCS-Spezifikation, Subset 026, 3.6.0, Abschnitt 2.6.2.4 Derartige Mischformen, bei denen zwischen konventionell durch die Infrastruktur (z. B. per Achszähler) freigemeldeten Gleisfreimeldeabschnitten kürzere, durch einen in Level 3 fahrenden Zug freigemeldete, virtuelle Abschnitte gebildet werden, werden als Level 3 Hybrid oder Level 2 HD bezeichnet.

Level 3 ist fahrzeugseitig abwärtskompatibel, für Level 3 geeignete Züge können auch in den Leveln 0, 1 und 2 fahren.

Erwartete Vorteile von Level 3 sind eine höhere betriebliche Leistungsfähigkeit sowie – durch weniger Infrastruktur am Gleis – weniger Infrastrukturkosten und eine höhere Verfügbarkeit.

Da die Unterschiede zwischen Level 2 und Level 3 in der ETCS-Spezifikation selbst sehr gering sind, wurde in der Neufassung der TSI ZZS im Jahr 2023 der Level 3 in den Level 2 integriert. der Kommission vom 10. August 2023 über die technische Spezifikation für die Interoperabilität der Teilsysteme „Zugsteuerung, Zugsicherung und Signalgebung“ des Eisenbahnsystems in der Europäischen Union und zur Aufhebung der Verordnung (EU) 2016/919.

Positionsmeldung und Zugintegrität

In ETCS Level 3 wird ein Position Report mit bestätigter Zugintegrität benötigt, um Zugfolgeabschnitte freizumelden. Freigemeldet wird dabei stets die in Fahrtrichtung letztmögliche Position des Zuges (min safe rear end) für den Zeitpunkt, zu dem eine Integritätsinformation vorlag. Diese Position liegt hinter der tatsächlichen Position des Zuges.ETCS-Spezifikation, Subset 026, 3.6.0, Abschnitt 3.6.5.2.4/5 + Abbildung 15

Die Zugintegritätsmeldung besteht dabei ausETCS-Spezifikation, Subset 026, 3.6.0, Abschnitt 3.6.5.2.3 einer von vier Vollständigkeitsinformationen (keine Information, Vollständigkeit bestätigt durch Gerät, Zugvollständigkeit bestätigt durch Triebfahrzeugführer, Zug ist nicht mehr vollständig) und einer sicheren Information zur Zuglänge (soweit die Integrität bestätigt wurde).

Die sichere Zuglänge (safe train length) ergibt sich aus dem Abstand zwischen der ungefähren Position der Zugspitze (estimated position) und der letztmöglichen Position des Zugendes (min safe rear end). Die in Fahrtrichtung letztmögliche Position des Zugendes (min safe rear end) wird dabei aus der in Fahrtrichtung letztmöglichen Position der Zugspitze (min safe front end) unter Abzug der Zuglänge zum Zeitpunkt der letzten bestätigten Vollständigkeit berechnet.ETCS-Spezifikation, Subset 026, 3.6.0, Abschnitt 3.6.5.2.4

Die sichere Zuglänge soll für jeden Position Report neu berechnet werden. Die letztmögliche Position der Zugspitze soll dabei so lange verwendet werden, bis dafür ein neuer Wert ermittelt wurde, wobei die Zeit zur Ermittlung des Zugvollständigkeit berücksichtigt werden soll.ETCS-Spezifikation, Subset 026, 3.6.0, Abschnitt 3.6.5.2.5

Die Zugintegritätsinformation kann durch ein externes Gerät oder durch den Triebfahrzeugführer bereitgestellt werden, wobei die Bestätigung durch den Triebfahrzeugführer nur im Stillstand zulässig ist.ETCS-Spezifikation, Subset 026, 3.6.0, Abschnitt 3.6.5.2 Die Definition des Zugvollständigkeitsgeräts ist nicht Gegenstand der ETCS-Spezifikation. Wird die Integritätsbestätigung durch Triebfahrzeugführer genutzt, gilt der rückliegende Abschnitt als belegt, bis er die Integrität beim nächsten Halt bestätigt. Das Verfahren ist dabei nur für Strecken mit geringem Verkehrsaufkommen geeignet. Wird dagegen ein Zugvollständigkeitsgerät verwendet, kann die Integrität auch laufend während der Fahrt bestätigt werden.

Für den Betrieb auf Hochleistungsstrecken muss der Zyklus der Zugvollständigkeitsüberwachung möglichst dem der Odometrie entsprechen. Bei geringeren Leistungsanforderungen können beide Zyklen größer sein. Darüber hinaus muss eine Zugtrennung in jedem Fall innerhalb einer definierten Offenbarungszeit dem Fahrzeugrechner gemeldet werden.

Varianten Verschiedene Ausprägungsstufen von ETCS Level 3 sind unterschiedlich weit entwickelt und reif. Dabei wird nach vier Stufen unterschieden: Level 3 Overlay Level 3 Hybrid Level 3 Virtual block Level 3 Moving block

Level 3 Hybrid gilt dabei als am reifsten und am weitesten entwickelt, während die übrigen drei Stufen weniger weit entwickelt und nur konzeptionell beschrieben sind (Stand: 2017).

Zur Abstandsregelung kann ETCS Level 3 sowohl mit festen virtuellen (durch den Zug freigemeldeten) Blöcken als auch mit einem reinen Moving Block betrieben werden, bei dem die ganzzahlige Lage des Zuges herangezogen wird. Während „Moving Block“ zwar kein expliziter Bestandteil der Level-3-Architektur ist, um den Eingriff in Bestandssysteme wie das RBC so gering wie möglich zu halten, gilt dieser als ein wesentlicher Beitrag für die mit Level 3 beabsichtigten Leistungssteigerungen.

Daneben wird in Russland seit 2007 an einem ETCS-kompatiblen System ITARUS-ATC gearbeitet, das Merkmale von ETCS Level 3 aufweist.

Hybrid Level 3

ETCS Hybrid Level 3 umgeht ungelöste Fragen zu Level 3, indem eine reduzierte streckenseitige Gleisfreimeldung verwendet wird. Hybrid Level 3 verwendet virtuelle Blöcke, um den zusätzlichen Entwicklungsaufwand für Moving Block zu vermeiden. Die durch streckenseitige Gleisfreimeldung gebildeten Blöcke werden in mehrere virtuelle Blöcke (Virtual Sub-Sections, VSS) unterteilt, wobei in Abschnitten mit beweglichen Fahrwegelementen keine derartige Unterteilung erfolgen soll.

Züge ohne Zugvollständigkeitsmeldung können dabei auf einer Hybrid-Level-3-Strecke verkehren, wenngleich mit reduzierter Leistungsfähigkeit. Mittels der streckenseitigen Gleisfreimeldung können Züge ohne RBC-Verbindung erkannt, unzulässige Einfahrten derartiger Züge verhindert, die Betriebsführung nach einem RBC-Absturz beschleunigt sowie kritische Infrastrukturelemente wie Weichen schneller freigemeldet werden. Leistungssteigerungen sollen damit ohne Einführung komplexer neuer betrieblicher Regelwerke ermöglicht werden. Neben kürzeren Blöcken könnten dabei auch kürzere Systemlaufzeiten leistungssteigernd wirken.

Hybrid Level 3 soll vollständig konform mit der ETCS-Spezifikation sein, zusätzliche Anforderungen an das Fahrzeuggerät würden sich nicht ergeben. Die Gleisfreimeldung in Bahnhofsbereichen, an Weichen sowie an Bahnübergängen erfolgt weiter konventionell.

Das Konzept wurde 2013 als Robust level 3 vorgestellt. Im September 2015 waren die betrieblichen Grundsätze definiert, die im März 2016 in einem Labor validiert und im März 2017 in einen europäischen Standard überführt wurden. Nach den Planungen von Anfang 2017 sollten Ende 2017 Feldtests beginnen, Anfang 2018 eine Erprobung beginnen und ab 2019 virtuelle Blöcke in Europa eingeführt werden.

Der streckenseitige Aufwand zur Einführung von Hybrid Level 3 gilt als geringer als bei anderen ETCS-Levels. Hybrid Level 3 ist noch in Entwicklung (Stand: Juni 2018). Ähnliche Architekturen wurden bereits zur Migration im U-Bahn-Bereich verwendet.

ERTMS Regional

ERTMS Regional ist eine vereinfachte Variante von ETCS Level 3 für wenig befahrene Bahnstrecken.

Sie wurde 2009 vom schwedischen Infrastrukturbetreiber Trafikverket zusammen mit Bombardier und der UIC entwickelt. Bombardier hatte sich in einer Ausschreibung, u. a. zur Spezifikation und Systementwicklung sowie der Ausrüstung von elf Strecken, durchgesetzt. Der Betreiber erzielte in der Erstanwendung Kosteneinsparungen von rund 50 Prozent und erwog um 2012, ein Fünftel seines Netzes damit auszurüsten. Architektur und Schnittstellenspezifikationen sind Eigentum vom Trafikverket. Das System vereint Stellwerk und RBC in einem System, das mit den Außenelementen über mit GSM-R (mit GPRS), Kabel oder über eine ADSL-Internetverbindung kommuniziert. ETCS Level 3 wurde dabei nach SRS 2.3.0d und fixen Blöcken umgesetzt. Die Pilotstrecke wurde vor der Umstellung von acht Personen- und acht Güterzügen pro Tag befahren. Beim ERTMS Regionalbetrieb wurde die Vollständigkeit der einteiligen mit ETCS ausgerüsteten Dieseltriebwagen als gegeben angenommen. Bahnübergänge werden ohne Anbindung an ETCS betrieben. Im Rahmen des Projekts erfolgt keine Zugvollständigkeitserkennung. Da mit ETCS ausgerüstete Triebwagen als zu teuer angesehen wurden, ist der Personenverkehr seit 2012 eingestellt. Seit 2019 wird die Strecke wieder ausgebaut und für Güterverkehr verwendet.

Auswirkungen Kapazität Es bestehen verschiedene Auffassungen über den durch Level 3 gegenüber Level 2 erzielbaren Kapazitätsgewinn. Während teils 10 bis 20 Prozent genannt werden, wird auf eine gegenüber ETCS Level 2 mit Hochleistungsblock ähnliche Leistungsfähigkeit hingewiesen, bei gleichwohl größeren Infrastrukturkosten.

Eine um 2009 vorgelegte Kapazitätsstudie erwartete für Level 3 mit Moving Block gegenüber Level 2 mit optimierter Blockteilung für Hochgeschwindigkeitsstrecken eine rund 7 % höhere Kapazität. Für eine konventionelle Strecke wurde ein Kapazitätsvorteil von 3 % erwartet, für eine eingleisige Nebenbahn mit Begegnungsabschnitten lag der Kapazitätszuwachs bei bis zu 67 %.

Die Deutsche Bahn erwartet durch den Einsatz von ETCS Level 2, im Rahmen der Digitalen Schiene Deutschland, bis zu 20 Prozent zusätzliche Kapazität im Bestandsnetz. Durch Level 3 seien dem gegenüber nochmals weitere 15 Prozent möglich. DB Engineering & Consulting erwartet bei gleichförmigen Verkehren eine theoretisch dreifach bis vierfach größere Fahrwegkapazität, praktisch nach Publikationen um 30 Prozent.

Siemens erwartet durch Level 3 und Moving Block (gegenüber Level 2) eine Steigerung der Streckenkapazität um durchschnittlich 15 % sowie um ein Fünftel reduzierte Infrastrukturkosten. Die mit Moving Block erreichbare Kapazität wird dabei auch durch Elemente wie Weichen oder Bereiche mit Halteverbot (No Stopping Zones), wie beispielsweise elektrische Streckentrennungen oder große Steigungen begrenzt, die nicht kontinuierlich, sondern nur als Ganzes freigemeldet werden können.

Eine anhand der Bahnstrecke München–Augsburg durchgeführte, vergleichende Untersuchung des Forschungs- und Technologiezentrums der Deutschen Bahn erwartete um 2002 im reinen Level-3-Betrieb eine gegenüber einem gemischten Level-2/3-Betrieb um 12 Prozent erhöhte Leistungsfähigkeit. Für ETCS Level 2 wurden dabei 2 km lange Blockabschnitte zu Grunde gelegt.