mini|Rund 50 m vor einer ETCS-Halt-Tafel (links oben im Bild) dient eine einfache Eurobalise (rechts unten im Bild) als Referenzpunkt für die Odometrie und ermöglicht damit eine bessere Annäherung an das Signal. Die Odometrie () ist eine wesentliche Funktionalität des europäischen Zugbeeinflussungssystems European Train Control System (ETCS).
Die ETCS-Spezifikation beschreibt die Odometrie als den „Prozess der Messung der Bewegung eines Zuges entlang eines Gleises“, der „zur Geschwindigkeits- und Wegmessung“ verwendet wird. (“The process of measuring the train’s movement along the track. Used for speed measurement and distance measurement.”)
Die Odometrie ist Teil der ETCS-Fahrzeug-Referenzarchitektur.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 2.5.3ETCS-Spezifikation, Subset 023, Version 3.3.0 Die Weg-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmessung muss der Sicherheitsanforderungsstufe (SIL) 4 entsprechen und wird für zahlreiche Funktionen von ETCS benötigt. Dazu zählen u. a. die Überwachung von konstanten Höchstgeschwindigkeiten und Bremskurven, Position Reports, die Zuordnung einer Zuges zu einem Signal zur Erteilung einer Fahrterlaubnis, Wegroll- und Stillstandsüberwachung sowie (in Level 3) als eine Grundlage der Gleisfreimeldung.
Bedeutung mini|Zwei Eurobalisen in einem Gleis der Neubaustrecke Erfurt–Leipzig/Halle Eindeutig bezeichnete und einem festen Bezugspunkt des Streckennetzes zugeordnete Eurobalisen ermöglichen dem Zug, seine genaue Position an diesen Punkten zu bestimmen. Von diesem Bezugspunkt ausgehend bestimmt die Fahrzeugausrüstung kontinuierlich den zurückgelegten Weg aus (bekannter) Balisenlage und relativer Wegdistanz. Obwohl Eurobalisen oftmals im Abstand von etwa einem Kilometer verlegt werden, stehen dem Zug dazwischen jederzeit Standortinformationen zur Verfügung, die für vielfältige Zwecke verarbeitet werden können.
ETCS verwendet dabei im Wesentlichen drei verschiedene Standortangaben, für verschiedenste Zwecke:ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 3.6.4, insbesondere 3.6.4.4 ungefähre Position der Zugspitze (estimated position), an der sich aus Sicht der ETCS-Fahrzeugsausrüstung die Spitze des Zuges höchstwahrscheinlich befindet. Dabei werden die Charakteristik von Zug und Odometrie berücksichtigt. Diese sehr wahrscheinliche Standortinformation wird für viele nicht sicherheitskritische Funktionen von ETCS verwendet. So erfolgt der Level- und RBC-Wechsel anhand dieser Positionsangabe. Sie kann ferner beispielsweise von Verkehrsleitsystemen (TMS) oder im automatisierten Fahrbetrieb (ATO) verarbeitet werden, um den Betrieb zu optimieren. mini|Ausschnitt eines Führerraumdisplays (DMI) während einer laufenden ETCS-Bremskurve von momentan 43 km/h auf 0 km/h in 190 m: Für die Bremskurvenüberwachung wird stets das max safe front end zu Grunde gelegt. Der tatsächliche Abstand zum Zielpunkt ist höchstwahrscheinlich größer. (Um den tatsächlichen Zielpunkt dennoch zu erreichen ist ein Release Speed vorzusehen.) vordere sichere Zugspitze (max safe front end), die sich ergibt, wenn der Zug sich so weit wie gerade noch zu erwarten bewegt hat. Diese Positionsangabe überschätzt in der Regel den seit dem letzten Referenzdatenpunkt zurückgelegten Weg. Sie wird insbesondere der Berechnung der sicherheitsrelevanten Bremskurven zu Grunde gelegt. minimale sichere Zugspitze (min safe front end), die sich ergibt, wenn der Zug sich so kurz wie gerade noch zu erwarten bewegt hat. Diese Positionsangabe unterschätzt in der Regel den seit dem letzten Referenzpunkt zurückgelegten Weg. In der Betriebsart Vollüberwachung (Full Supervision, FS) wird eine Zwangsbremsung ausgelöst, wenn sie das Ende der Fahrterlaubnis (EOA) erreicht hat. Sie wird auch zur Bestimmung des Ortes, an dem ein Zug mit seiner gesamten Länge eine geschwindigkeitseinschränkende Weiche passiert hat und wieder beschleunigen darf, herangezogen. Auch bedingte (d. h. räumlich begrenzte) Nothaltaufträge (CES), wie sie zur Haltfallbewertung von manchen ETCS-Infrastrukturbetreibern regelmäßig verschickt werden, beziehen sich auf sie.
Manche ETCS-Funktionen nutzen ferner entsprechende Angaben zum Zugschluss (estimated, minimum bzw. maximum safe rear end). Beispielsweise wird in ETCS Level 3 in der für die Gleisfreimeldung notwendigen Zugintegritätsmeldung das minimale sichere Zugende (min safe rear end) mit übermittelt.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 3.6.5.2
mini|Eurobalisen werden über eine ETCS-Antenne (Balise Transmission Module, BTM) vom Fahrzeug gelesen.
Der aus der vorderen und minimalen sicheren hinteren Zugspitze sich ergebende Vertrauensbereich des Zugstandorts (train position confidence interval) beschreibt den Bereich, in dem sich der Zug mit einer definierten Wahrscheinlichkeit befindet. Er umfasst den Odometriefehler in beide Richtungen (under-reading amount, over-reading amount) und den doppelten Balisenverlegefehler (location accuracy) der maßgebenden Balisengruppe. Der Odometriefehler setzt sich dabei wiederum aus dem Wegmessfehler beim Lesen des zu Grunde liegenden Balisenortes sowie aus der Ungenauigkeit der Odometrie für den seither zurückgelegten Weg zusammen.
Die von ETCS verwendete Wegmessung erfolgt relativ, das heißt ohne Bezug zum Umfeld, in dem sich der Zug bewegt. Stattdessen dienen Eurobalisen als Referenzpunkte. Primär dient dabei die maßgebende Balisengruppe (last relevant balise group, LRBG) als gemeinsamer räumlicher Bezugspunkt für Strecken- und Fahrzeugausrüstung.ETCS-Spezifikation, Subset 023, Version 3.3.0, Abschnitt 4 Je größer der Abstand zur LRBG, desto größer ist der Vertrauensbereich. Der Vertrauensbereich wird in der Regel zurückgesetzt, wenn eine neue Balisengruppe überfahren und dabei zur LRBG wird.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 3.6.4.2.2
Die Balisenverlegegenauigkeit wird, soweit Verkettung zur Verfügung steht, der Verkettungsinformation entnommen. Dazu dient die Variable Q_LOCACC, die einen Wertebereich von 0 bis 63 m umfasst und metergenau definiert werden kann. Ansonsten wird der Nationale Wert Q_NVLOCACC herangezogen oder, falls dieser nicht gesetzt oder nicht verfügbar (Baseline 2) ist, dessen Standardwert (12 m).ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 3.6.4.2.3ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt A.3.2ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 7.5.1.115. Im Netz der Deutschen Bahn beträgt dieser Nationale Wert ebenfalls 12 m.
Der Odometriefehler muss bei der Planung von ETCS-Infrastruktur mit berücksichtigt werden. Je größer der Odometriefehler, desto früher erfolgen Bremsankündigung und Bremseinsatz. Um einen unnötig frühen Bremseinsatz zu vermeiden, sollten insbesondere an neuralgischen Punkten zu große Abstände zwischen maßgebenden Balisengruppen vermieden werden. Ferner kann in sehr langen Blockabschnitten die Verlegung zusätzlicher Balisen erforderlich sein, die ausschließlich zur Repositionierung des Zuges dienen, um die Kapazität zu erhöhen. In Deutschland sind beispielsweise 50 und 300 m u. a. vor Blockkennzeichen Datenpunkte anzuordnen, die nur der Ortung dienen. Weitere Anwendungsfälle, vor denen mittels vorgelagerter Ortungsdatenpunkte der Wegmessfehler minimiert wird, sind Hauptsignale im Bahnhof, Hauptsignale an Halteplätzen von Bahnsteigen auf der freien Strecke, vor ÜS-Bahnübergängen sowie an Systemwechseln. Durch Optimierungen könnten derartige Ortungsdatenpunkte zukünftig teilweise überflüssig werden.
Ist ein nationales Zugbeeinflussungssystem als Specific Transmission Module in eine ETCS-Fahrzeugausrüstung integriert, nutzt dieses die Odometrie von ETCS mit.
Im automatisierten Fahrbetrieb (ATO) werden präzise verlegte Balisen in Verbindung mit Odometriedaten für präzises Halten genutzt, beim Projekt Thameslink beispielsweise von ±50 cm.
Anforderungen Für den zurückgelegten Weg seit der letzten LRBG soll, nach ETCS-Spezifikation, der längs zur Fahrzeugspitze in beiden Richtungen zu addierende Wegmessfehler (over/under reading amount) 5 m + 5% des zurückgelegten Weges nicht überschreiten. Bei einer Fehlfunktion der Fahrzeugausrüstung soll diese gleichwohl ein sicheres Konfidenzintervall festlegen.ETCS-Spezifikation, Subset 041, Version 3.2.0, Abschnitt 5.3.1.1 Bei Gleiten/Schleudern oder in Rückfallszenarien steigt die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Wert überschritten wird und daraus Risiken entstehen. (Bei einer die Mindestanforderungen der Spezifikation exakt erfüllenden Fahrzeugausrüstung und einem angenommenen Balisenverlegefehler von ±5 m würde der beidseitige Wegmessfehler beispielsweise nach 1000 m damit genau 60 m betragen. Der Vertrauensbereich der Zugspitze wäre damit 120 m lang.)
Soweit die Ungenauigkeit der Geschwindigkeitsmessung nicht per Nationalem Wert unterdrückt wird, darf die Geschwindigkeitsmessung für Geschwindigkeiten unter 30 km/h eine Toleranz von ±2 km/h nicht überschreiten, für darüber liegende Geschwindigkeiten steigt die Toleranz auf ±12 km/h bei 500 km/h linear an.ETCS-Spezifikation, Subset 041, Version 3.2.0, Abschnitt 5.3.1.2
Die ungefähre Position der Zugspitze soll weniger als eine Sekunde bestimmt werden, bevor ein Position Report abgesetzt wird.ETCS-Spezifikation, Subset 041, Version 3.2.0, Abschnitt 5.3.1.3
Über diese Anforderungen der ETCS-Spezifikation hinaus können projektspezifische Anforderungen bestehen, beispielsweise soll der Ausfall eines Sensors bei den Flirt-Triebzügen der BLS nicht zu einer funktionellen Einschränkung der Odometrie führen sollen bei den neuen Regionaltriebzügen des Landes Baden-Württemberg Verfügbarkeitseinschränkungen im Odometriesystem nicht zu Bremsungen führen. (Bei anderen Fahrzeugen wurden teils Zwangsbremsungen beim Ausfall einzelner Sensoren beobachtet.)
Ebenfalls können die Mindestanforderung der ETCS-Spezifikation unterschritten werden. So soll die Odometrie von Triebzügen, die für den Digitalen Knoten Stuttgart nachgerüstet werden, das Fahrzeug an einer LRBG auf unter einen Meter genau orten, zuzüglich ein Prozent des seither zurückgelegten Weges. In Verbindung mit besonders genau im RBC hinterlegten (projektierten) Balisen soll dies zu einer erhöhten betrieblichen Leistungsfähigkeit beitragen. Die Odometrie der Züge soll im Übrigen auch mit nur zwei unterschiedlichen verfügbaren Sensoren noch funktionsfähig sein.
Die Triebzüge der Baureihe 408 sollen ebenfalls mit nur zwei unterschiedlichen (von insgesamt vier) Sensoren funktionsfähig bleiben. Sie verfügen dabei über zwei „diversitäre“ Radare, das heißt zwei verschiedene Radare von unterschiedlichen Herstellern. Bei den auf der Schnellfahrstrecke Wendlingen–Ulm eingesetzten Triebzügen ist die Odometrie betriebsbereit, wenn zwei verschiedene von insgesamt vier bis fünf Sensoren funktionsfähig sind.
Variablen Die Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- und Weginformationen der Odometrie werden vom ETCS-Bordcomputer (European Vital Computer, EVC) gegen zahlreiche Abstands-, Geschwindigkeits- und Bremsverzögerungs-Variablen abgeglichen.
In der ETCS-Sprache ("ETCS Language") dienen Variablen ("variables") der Kodierung einzelner Werte von Daten.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 7.3 Variablen werden zu definierten Paketen ("packets") zusammengefasst. Eines oder mehrere Pakete bilden wiederum eine Nachricht ("message"), die per Balise(n), Funk (Euroradio) oder Euroloop übertragen wird. Bei der Übertragung per Eurobalise kann eine Nachricht aus einem oder mehreren Telegrammen ("telegrams") bestehen, wobei jede Balise genau ein Telegramm überträgt.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 8.3.2
ETCS verwendet für Abstandsangaben 36 Variablen, darunter:ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 7.5 D_CYCLOC: Abstand, in dem ein Position Report erwartet wird D_NVROLL: Maximaler Weg der Weg- und Rückrollüberwachung D_LINK: Abstand zur nächsten verketteten Balisengruppe