Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS als neue Zugbeeinflussung. Christoph Lackhove und Lars Ebrecht

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1 Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS als neue Zugbeeinflussung Christoph Lackhove und Lars Ebrecht Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 1

2 Gliederung 1. Grundlagen 2. Migration 3. Sicherung der Interoperabilität Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 2

3 Motivation Zur Zeit befinden sich mehr als 20 verschiedene Leit - und Sicherungssysteme im Einsatz, die untereinander nicht kompatibel sind. ZUB EBICAB EBICAB 700 EBICAB 900 Daneben werden 5 unterschiedliche Stromarten zur Versorgung der Triebfahrzeuge genutzt. Über 20 verschiedene EBICAB 700 AWS, TBL, PDS, TPWS BRS KVB, TVM, BRS ATBL, TBL, BRS ATB, TBL LZB, INDUSI LS LZB, INDUSI KHP LS EVM Betriebsordnungen existieren und müssen befolgt werden. ASFA, ATSS, LZB ZUB 121, SIGNUM BACC, RSDD INDUSI JRS Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 3

4 Entscheidung der europäischen Verkehrsminister: Analyse der Probleme im signaling and train control 1989 ETCS Historie Beteiligte ERRI Group of railway experts (A200) : ETCS Anforderungen 1990 Industrie (EUROSIG) und Bahnen (UIC, ERRI A200) beschließen enge Kooperation 1991 EUROBALISE EUROCAB EURORADIO EEIG Spec SRS RAMS Test 1995 Interoperability Directive 96/48/EC - 23 July th F.P.: Masterplan zur Entwicklung von ERTMS/ETCS im European Rail Network UNISIG UNISIG Class P SRS 1999 Spec Class 1 SRS verabschiedet 25. April TSI verabschiedet 30. Mai Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 4

5 Historie der System Requirements Specification Subset-026 erste Release Version v1.2.0 Final Edition v2.2.2 Release Version v2.3.0 offiziell erschienen SRS v1.2.0 SRS v2.2.2 Updates SRS v2.3.0d inoffiziell aus v2.3.0 entstanden Mit weiteren CR entstand v2.3.2 SRS v2.3.0 Subset-108- v1.1.0 IN CR Subset-108- v1.2.0 IN CR Release Version v3.0.0 (SRS Baseline 3, nur zur Information, noch keine Rechtsgültigkeit) SRS v2.3.0d SRS v3.0.0 Subset-108- v1.2.0 ALL CR Vorr Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 5

6 ETCS Level 1 Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 6

9 ERTMS/ETCS-Korridore in Europa UIC, 10/2005 Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 9

10 Nationale ETCS Strategien Zwei Beispiele Schweiz Spanien Ablösung des Altsystems ZUB/SIGNUM wegen Abgängigkeit Für Netzzugang wird nur noch ETCS benötigt Netzweite Ausrüstung mit Level 1 Limited Supervision Level 2 derzeit nur auf der Strecke Mattstetten-Rothrist und der Lötschbergbasislinie Fahrzeugseitig wird durch ein Anpassmodul (Reverse STM) ETCS für die vorhandenen Fahrzeugrechner lesbar Aufbau eines Hochleistungsnetzes mit ETCS Aufgrund anderer gesetzlicher Rahmenbedingungen als in Deutschland kann Level 1 bis zu 300km/h verwendet werden, nicht nur bis 160 km/h Bei Geschwindigkeiten bis 350km/h kommt Level 2 zum Einsatz Aktuell eine Strecke mit Level 1 in Betrieb: Sevilla Cordoba - Madrid Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 10

11 ETCS Strategie in Deutschland Aktueller 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 migrierten LZB Strecken für ein zusammenhängendes ETCS Netz Berücksichtigung von Verkehrsprognosen und Bundesverkehrswegeplan Quelle: Boehmer; Schweinsberger, ETR 10/2008 Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 11

13 Migration von ETCS Christoph Lackhove Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 13

14 Einführung (Technologie-)Migration Erneuerung eines Systems, ohne dass der Betrieb unterbrochen wird System zeichnet sich aus durch Verteilte Funktionsallokation Netzwerkexternalitäten 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 Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 14

15 Übersicht Ablauf Input Migrationsplanungstool Modellierung Korridor Flottenplanung Generierung Migrationsstrategien Streckenkilometer Bestandsveränderungen Bestandsveränderungen Bestandsveränderung Strecke_alt Bestandsveränderungen Strecke_LS Strecke_L Strecke_alt Strecke_L Strecke_LS 450 Fahrzeuge_ETCS Strecke_L1 Strecke_alt Strecke_LS 200 Strecke_L Strecke_L1 10 Fahrzeuge_ETCS Strecke_L2 Strecke_alt Fahrzeuge_ETCS Strecke_LS Strecke_L Zeit 20 Strecke_L Fahrzeuge_ETCS Zeit Zeit Streckenkilometer Streckenkilometer Streckenkilometer Zeit Anzahl Fahrzeuge Anzahl Fahrzeuge Anzahl Fahrzeuge Anzahl Fahrzeuge Migrationskosten Einteilung Gesamtstrecke in homogene Abschnitte Kumulierte Kosten Migrationskosten Migrationskosten Migrationskosten_gesamt Migrationskosten Migrationskosten_Strecke Migrationskosten_Fahrzeuge Migrationskosten_gesamt Migrationskosten_Strecke Migrationskosten_gesamt Migrationskosten_Fahrzeuge Migrationskosten_Strecke Migrationskosten_Fahrzeuge Migrationskosten_gesamt Zeit Migrationskosten_Strecke Migrationskosten_Fahrzeuge Kumulierte Kosten Kumulierte Kosten Kumulierte Kosten Zeit Zeit Zeit Bewertung & Optimierung Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 15

16 Modellierung von Korridoren Einteilung Strecken und Fahrzeuge SPNV: 60 Fahrzeuge Umrüstung: 30 Fzge. pa Nur nationale Zugbeinflussung HGV: 60 Fahrzeuge Umrüstung: 20 Fzge. pa Nur nationale Zugbeeinflussung Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 16

17 Modellierung von Korridoren Integrierte Betrachtung von Fahrzeugen und Strecke Streckenseitige Doppelausrüstung Gleichzeitige Doppleausrüstung Fahrzeugseitige Doppelausrüstung Mit ETCS Ohne ETCS Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 17

18 Modellierung von Korridoren Generierung von Migrationsstrategien Ohne ETCS Mit ETCS Zeit Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 18

19 Modellierung von Korridoren Umfang von Migrationsstrategien Umfang der Untersuchung Für jeden Abschnitt stellt sich die Frage nach dem Migrationspfad 1,00E+36 streckenseitige, fahrzeugseitigen 1,00E+30 oder gleichzeitigen Doppelausrüstung nach dem 1,00E+24 Migrationsziel, bspw. Strategien gesamt Level 1 Limited Supervision / PZB 1,00E+18 Level 1 Full Supervision / PZB Level 2 / PZB 1,00E+12 Level 2 21 Die sich 1,00E+06 ergebende Zahl an möglichen Strategien explodiert ,00E+00 Geschwindigkeit > 160 km/h fordert Level 2 6 Elektrische Sicht bei Güterverkehr fordert Level 1 2 Abschnitte Strategien gesamt 5 3 1,00E+36 1,00E+30 1,00E+24 1,00E+18 1,00E+12 1,00E+06 1,00E Reduktion des Umfangs durch Randbedingungen, bspw. Umfang der Untersuchung Abschnitte Optionen/Abschnitt Optionen/Abschnitt Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 19

20 Bewertung der Migrationsstrategien Bestandsänderungen Fahrzeugseitiger Streckenseitiger Migrationsverlauf Streckenkilometer Anzahl Fahrzeuge Stelleinheiten Strecke_alt Strecke_LS Fahrzeuge_gesamt Strecke_L1 Fahrzeuge_ETCS Strecke_L2 Stelleinheiten_ESTW Jahr Jahr Darstellung des Gesamtverlaufs Detaillierte Aufschlüsselung Umrüstzeitpunkte für jeden Abschnitt und Verkehr Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 20

21 Bewertung der Migrationsstrategien Kostendarstellung Migrationskostenverlauf Investitionsverlauf Mio Migrationskosten_gesamt Invest_gesamt Migrationskosten_Strecke Invest_Strecke Migrationskosten_Fahrzeuge Invest_Fahrzeuge Jahr Jahr Ausgabe von Investitionsverlaug, Migrationskosten und Lebenszykluskosten Detaillierte Aufschlüsselung, bspw. nach SGV, HGV und SPNV Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 21

22 Zwischenfazit Nutzen des Migrationsplanungstools Abstimmungsgrundlage für EVUs und EIUs Koordination der fahrzeug- und streckenseitigen Migration Nachvollziehbare, reproduzierbare Kostenabschätzungen verschiedener Szenarien Optimierung von Migrationszeitpunkten und -maßnahmen Plausibilitätsprüfung vorhandener Migrationspläne sowie Vergleich mit alternativen Szenarien Auswirkungen von Planänderungen sichtbar Migrationsreihenfolge und zeitpunkte Kostenseitige Auswirkungen Betrachtung von ganzen Streckennetzen, Korridoren und einzelnen Streckenabschnitten möglich Migrationsplanungstool bereits erfolgreich validiert! Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 22

23 alles wunderbar? Interoperabilität bei aktuellen Projekten Erfahrungen der SBB bei den Projekten Mattstetten-Rothrist und Lötschbergbasislinie: Aufgrund der Spezifikationen (UNISIG SRS 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 Kombinationen betrieblichen Szenarien auf der jeweiligen Strecke Noch kein impliziter Interoperabilitätsnachweis möglich In der jetzigen Phase wichtiger Einfluss auf Zulassungsaufwand Was tun? Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 23

25 Sicherung der Interoperabilität von ETCS Lars Ebrecht Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 25

26 Gefährdung der Einheitlichkeit und Interoperabilität von ETCS ETCS als einheitliche LST ermöglicht unterschiedliche Betriebsordnungen und Strecken ETCS ATB/ 4) ATB-NG EBICAB ETCS 700/L 8) EBICAB ETCS 10) 900 ETCS ZUB 11) 123 AWS ETCS 12) TBL ETCS 5) TVM/KVB ETCS 6) ASFA/LZB ETCS 2) EBICAB ETCS 13) 700 INDUSI/LZB/SELCAB ETCS7) ETCS KHP 14) INDUSI/LZB ETCS9) ETCS EVM 15) SIGNUM ETCS 1) BACC/RSDD ETCS 3) 04ATR654 Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 26

27 Gefährdung der Einheitlichkeit und Interoperabilität von ETCS ETCS als einheitliche LST ermöglicht unterschiedliche Betriebsordnungen und Strecken AWS ETCS 12) TBL ETCS 5) TVM/KVB ETCS 6) ASFA/LZB ETCS 2) EBICAB ETCS 13) 700 ETCS ATB/ 4) ATB-NG Kurzfristiges Ziel: Streckenabnahme und Betriebstauglichkeit Mittel-/langfristiges Ziel: Einheitliche und interoperable LST (ETCS) Für Nachhaltigkeit der LST und freie Fahrzeugumläufe INDUSI/LZB/SELCAB ETCS7) ETCS KHP 14) ETCS EVM 15) EBICAB ETCS 700/L 8) EBICAB ETCS 10) 900 ETCS ZUB 11) 123 INDUSI/LZB ETCS9) SIGNUM ETCS 1) BACC/RSDD ETCS 3) 04ATR654 Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 27

28 Interoperabilität Was heißt das? Technische Interoperabilität = Einheitliche Umsetzung der Betriebsarten (SB, SR, FS, OS, SH, TR, PT,..) und Betriebsstufen (L1, L2, L3) aus funktionaler Sicht Für reibungsloses Zusammenspiel zwischen streckenseitiger und fahrzeugseitiger LST, unabhängig vom Betriebsverfahren und der Betriebsordnung Betriebliche Interoperabilität Reibungsloser Übergang zwischen Betriebsgrenzen mit unterschiedlichen Betriebsordnungen Z.B. MA mit D-Weg oder ohne Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 28

29 Technische Interoperabiltät Herstellerunabhängige Interaktion zwischen strecken- und fahrzeugseitiger LST EVC RBC 1. MA request 2. MA (GP+SSP) optional: Mode Profile + Linking 3. Wechsel nach FS Stw OBU RBC Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 29

30 Gefährdung der Einheitlichkeit und Interoperabilität von ETCS Durch betriebliche und projektspezifische zu ETCS inkonsistente Anforderungen Streckenabnahme und Betriebstauglichkeit stehen häufig im Vordergrund, d.h. mit betrieblichen Test werden vorwiegend betriebliche Anforderungen nachgewiesen Konformität 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 Fahrzeugseitigen ETCS-Einheit Einbeziehung der technischen Anforderungen und Tests in betriebliche Anforderungen und Test Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 30

31 Zusammenhang zwischen betrieblichen und technischen Testfällen Betriebliche Anforderungen müssen technische Anforderungen und Funktionen ein beziehen. Betreiber Lastenheft Betreiber Funktionalitäten Projektspezifische Testfahrten Betriebliche Anforderungen Betreiberspezifische Testfälle Technische Anforderungen SRS230d Subset-026 Features, Test Cases Subset-076 Synthetische Testfahrten Subset-076 Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 31

32 Technische vs. betriebliche Funktionen Technische Funktionen (Subset-026 u. Subset-076): Start / End of Mission Level- u. Mode-Transitions Check linking, Balise Group, Radio Message,.. consistency Determine train speed and location Management of MAs Supervise Train Movements Management of Communication Session Override, On-Sight, Shunting, Reversing,.. Betriebliche Funktionen (Betrieberlastenheft): Aufrüsten, Abstellen Einfahrt in den ETCS- Bereich Ausfahrt aus dem ETCS- Bereich Verlängerung einer Fahrterlaubnis Übergabe zwischen ETCS Funkblockzentralen Langsamfahrstellen und Fahren auf Sicht Rangierfahrten Zwangsbremsungen.. Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 32

33 Betriebliche Testfälle erweitern technische Testfälle Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 33

34 Betriebliche Testfälle erweitern technische Testfälle Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 34

35 Konformitäts- und Interoperabilitätstests vs. Streckenabnahme und Betriebstauglichkeit Durchgängige Einbeziehung der technischen Anforderungen und Tests zur nachhaltigen Sicherung der Einheitlichkeit und Interoperabilität von ETCS Feldtests Betreiber ETCS inside Tf + OBU + RBC + STW + Fdl Streckenabnahme- / Betriebstauglichkeitstest Labortests Hersteller Hersteller Subset-026, OBU + RBC Subset-076 OBU Projektierungsspezifische Integrationstest (Subset-110,-111,-112) Konformitätstest (Subset-094) Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 35

36 Sicherung der Interoperabilität bei Streckenabnahmeund Betriebstauglichkeitstests von Beginn an 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 Labor Projektierung (PT2) im RailSiTe + Visualisierung der Strecke Nutzen: Überprüfung der techn. Ausrüstung sowie des Streckenbildes im Streckenvisualisierung Labor PT1/2 PT2 + Führerstand 2. Phase - keine reale Streckenkomponente aber reale Zugkomponente Projektierung im RailSiTe + reale OBU ( ETCS inside 1) ) Nutzen: betriebliche Anforderungen Streckenprojektierung des Betreibers und Validierung des im RailSiTe 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. Stw Nutzen: Stw Unterstützung RBC der Streckenabnahme im Labor ETCS inside OBU 1) Subset-076 Konformitätsnachweis Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 36

37 Sicherung der Interoperabilität bei Streckenabnahmeund Betriebstauglichkeitstests von Beginn an 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 Labor Projektierung (PT2) im RailSiTe + Visualisierung der Strecke Nutzen: Überprüfung der techn. Ausrüstung sowie des Streckenbildes im Streckenvisualisierung Labor PT1/2 + Führerstand 2. Phase - keine reale Streckenkomponente aber reale Zugkomponente Projektierung im RailSiTe + reale OBU ( ETCS inside 1) ) Nutzen: betriebliche Anforderungen Streckenprojektierung des Betreibers und Validierung des im RailSiTe 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. Stw Nutzen: Stw Unterstützung RBC der Streckenabnahme im Labor ETCS inside OBU 1) Subset-076 Konformitätsnachweis Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 37

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 38

39 Weitere Informationen erhalten Sie bei: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. Institut für Verkehrssystemtechnik Dipl.-Inform. Lars Ebrecht Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christoph Lackhove Migration und Sicherung der Interoperabilität von ETCS > 7. Dezember 2009 > Folie 39