Eurobalise

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Eurobalisen in Wittenberg

Die Eurobalise stellt eine spezielle Ausprägung der Balise dar. Technisch handelt es sich um einen magnetisch gekoppelten Transponder, der, zwischen den Schienen eines Gleises montiert, beim Überfahren eine Nachricht (Telegramm) an das Fahrzeug sendet. Ihr Gegenstück am Fahrzeug ist das Balise Transmission Module (BTM). Eine Rückmeldung über den korrekten Empfang der fehlergesicherten Nachricht ist nicht vorgesehen. Es gibt Balisen mit fester Nachricht, als elektronischer Kilometerstein, und solche, die aktuelle Nachrichten von der signaltechnischen Streckenausrüstung erhalten, ähnlich einem Signal.

Die Eurobalise ist als sicherheitsrelevantes Element des European Train Control System (ETCS) durch die ERA standardisiert,[1] wird aber auch in zahlreichen anderen signaltechnischen Systemen genutzt.

Installation[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zwei Eurobalisen, in spezieller Befestigung, an einem ETCS-Stop-Marker (an Stelle eines Licht-Hauptsignals) auf der Neubaustrecke Erfurt–Leipzig/Halle

Es gibt eine Vielzahl von Systemen und Konzepten, um Balisen im Gleis zu befestigen. Generell gilt, dass größere Metallteile in der Nähe der Balise stören. Für besondere Anforderungen kommen teilweise spezielle Halterungen und Sicherungen zum Einsatz.

So wurden auf der Neubaustrecke Erfurt–Leipzig/Halle Balisen mit einer speziellen Befestigung zum Schutz gegen Schlageinwirkungen, beispielsweise herabhängenden Kupplungen, montiert.[2]

Festdatenbalise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einer Festdatenbalise (Fixed Data Balise oder einfach Fixed Balise) wird bei der Installation drahtgebunden oder drahtlos ein Telegramm eingeprägt, das diese fortan an entsprechend ausgerüstete Fahrzeuge überträgt. Dieses Telegramm enthält insbesondere Identitäten und Abstände (typisch ~ 1 km, maximal 2,5 km) benachbarter Balisengruppen. Diese Verlinkung ist ein wesentliches Sicherheitselement, da sie die Aufdeckung sowohl von Ausfällen (von Balisen oder dem BTM), von Messabweichungen der Odometrie, als auch von Übersprechen vom Nachbargleis ermöglicht.

Transparentdatenbalise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Transparentdatenbalisen (Transparent Data Balise oder Controllable Balise) sind mit einem Kabel mit einer LEU (Lineside Electronic Unit – streckenseitige elektronische Einheit) verbunden. Die LEU übermittelt der Balise das jeweils zu übertragende Telegramm. Dies könnte z. B. der Signalbegriff Halt bei einem roten Signal sein und der Signalbegriff Fahrt bei einem grünen Signal sein. Die LEU wird in landesspezifische Signalsysteme integriert – sei es durch Abgriff des Signalbegriffs eines herkömmlichen Signals oder durch Verbindung mit einem Stellwerk.

LEUs sollen in der Regel nur wenige Telegramme übertragen können, klein sein und keine separate Stromversorgung benötigen.[3]

Anordnung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Statt einzelner Balisen werden zur Sicherung gegen Ausfälle Balisengruppen eingesetzt, üblicherweise ein Paar aus Festdatenbalise und Transparentdatenbalise. Die Reihenfolge erlaubt, die Fahrrichtung festzustellen. Falls mehr Informationen übertragen werden müssen, so können auch weitere Balisen zu einer Gruppe hinzugefügt werden. Zu Anfang und Ende einer ETCS-kontrollierten Strecke stehen je zwei Festdatenbalisen, die die ETCS-Überwachung ein- und ausschalten. Unverlinkte Balisengruppen, zur Sicherung temporärer Langsamfahrstellen, werden doppelt ausgeführt.

Euroloop[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eurobalise in Toledo

Die Balisen können mit einem Euroloop ergänzt werden. Dies ist ein am Schienenfuß verlegtes und bis zu 1000 Meter langes Leckkabel, das ebenfalls Telegramme an das Fahrzeug übermittelt, die aber im Gegensatz zur Balise nicht nur punktuell, sondern kontinuierlich auf gesamter Länge des Kabels übertragen werden. So ist es möglich, im Bereich vor einem neuen Blockabschnitt schneller auf eine wechselnde Information (z. B. neuer Blockabschnitt wurde durch den vorausfahrenden Zug verlassen und darf jetzt befahren werden) zu reagieren und auf diese Weise die Bremsung des Zuges früher zu beenden, um einen unnötigen Geschwindigkeitsverlust zu vermeiden.

Energieversorgung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Eurobalise benötigt zur Energieversorgung keine Kabel, sie erfolgt über ein vom BTM des Fahrzeuges erzeugtes vertikales Magnetfeld mit einer Frequenz von 27,095 MHz (Kanal 11A CB-Funk). Dieses Magnetfeld induziert beim Darüberfahren des Fahrzeuges einen Strom in einer Spule innerhalb der Eurobalise, der diese versorgt.

Datenübertragung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mit der Eurobalise lassen sich Daten von der Streckenausrüstung zum Fahrzeug übertragen (Uplink) oder vom Fahrzeug zur Strecke (Downlink). Der Downlink erfolgte über eine Amplitudenmodulation des 27,095-MHz-Magnetfeldes, welches zur Energieversorgung der Balisen genutzt wird. Der Downlink wurde selten genutzt und ist mit Version 2.5.1 der Spezifikation entfallen.[1] Der Uplink erfolgt über ein FSK-moduliertes Magnetfeld mit den Frequenzen 3,951 MHz für eine logische „0“ und 4,516 MHz für eine logische „1“. Die Datenübertragungsrate von 564,48 kBit/s genügt, um bei bis zu 500 km/h ein Telegramm zu übertragen. Telegramm ist die Bezeichnung für den Datensatz einer Balise.[1]

Die Programmierung von Balisen ist nicht standardisiert.[4]

Interoperabilität[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Balisen verschiedener Hersteller müssen mit BTMs verschiedener Hersteller sicher funktionieren. Das bedeutet nicht nur, dass das BTM die Daten auch bei maximaler Zuggeschwindigkeit lesen können muss, sondern auch, dass keine gültigen Telegramme von einer Balise im benachbarten Gleis empfangen werden dürfen – auch dann nicht, wenn diese Balise zufällig gerade durch einen anderen Zug mit Energie versorgt wird. Zu diesem Zweck sind insbesondere der Uplink-Feldstärke Ober- und Untergrenzen gesetzt, in verschiedenen Zonen um die Balise herum und in Abhängigkeit vom energetisierenden magnetischen Fluss (Kap. 5.2.2 in [1]). Sogar die Geometrie und Lage von Leiterschleifen zur Messung der Feldstärke sind vorgegeben, in Anhang B2 der Testspezifikation.[5] Diese Spezifikationen gibt es für Eurobalisen in zwei Größen, Standardgröße und kleinere, wobei die kleineren längs und quer montiert werden können. Die Spezifikation für die Störfestigkeit u.a. gegenüber magnetischen Eisenoxiden, salzhaltigem Schlamm und nassem Schnee unterscheidet störfestere Class-A- von weniger störfesten Class-B-Balisen (Kap. 5.7.9 in [1]).

Telegrammaufbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Jede Balise überträgt einen Datensatz, der als Telegramm bezeichnet wird. Diese Telegramme haben abhängig von der Balise entweder 1023 Bits oder 341 Bits.[6] Davon lassen sich 830 beziehungsweise 210 Bits für die signaltechnische Anwendung nutzen – der Nutzdatenblock wird in 10-bit-Symbole geteilt, die nach der Shaping und Scrambling Transformation durch je 11 bit repräsentiert werden (mithin einem Block von 913 = 83*11 bit oder 231 = 21*11 bit):

  • kodierte Datenbits (913 oder 231 bit) mit den Nutzdaten (830 oder 210 bits)
  • Kontrollbits (Cb, 3 bit)
  • Scramblingbits (Sb, 12 bit)
  • zusätzliche Shapingbits (Esb, 10 bit)
  • Checksumme (CheckBits, 85 bit)

Beim Überfahren der Balise werden die Telegramme zyklisch wiederholt. Zum Schutz gegen Übertragungsfehler werden die Nutzdaten verwürfelt (Scramblingcode), eine Substitution der Nutzungsdaten mit Kodeworten verschiedener Hamming-Distanz gewählt, und Prüfung durch eine Prüfsumme ermöglicht. Da die Prüfsumme erst nach dem Substitutionscode der Nutzdaten berechnet wird, dienen die zusätzlichen Shapingbits dazu, die Bits der Checksumme so aufzufüllen, dass das gesamte Telegramm nur noch aus Symbolen der gewählten Kanalcodierung besteht, wobei jedes übertragene Symbol je 11 Bit umfasst.

Der Nutzdatenbereich besteht aus einem Kopfblock (header), gefolgt von mehreren Nachrichtenfelder (packets), die im ERTMS Protokoll standardisiert sind. Pflichtfelder sind Packet 5 – Linking information, Packet 12 – Movement Authority, Packet 21 – Gradient, Packet 27 – Static Speed Profile, Packet 255 – End of information.[7] Viele Anwendungen verwenden optionale Felder wie Packet 3 – National Values, Packet 41 – Level transition and Packet 136 – Infill Location Reference. Wenn der Nutzdatenbereich mehr als 830 Bit umfasst, können weitere Nachrichtenfelder über Telegramme der folgenden Balisen der gleichen Balisengruppe übertragen werden – mit bis zu 8 Balisen pro Balisengruppen kann daher eine ERTMS Nachricht bis zu 8 * 830 = 6640 Nutzdatenbits umfassen (wobei jedes Telegramm einen Kopfblock und das Ende-Paket 255 enthalten muss).[7]

Signaltechnische Systeme, die die Eurobalise nutzen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • ETCS – das europaweit standardisierte Zugbeeinflussungssystem
  • Euro-Signum – eine Variante des Schweizer Zugbeeinflussungsystems Integra-Signum
  • Euro-ZUB – eine Variante des Schweizer Zugbeeinflussungsystems ZUB 121
  • SCMT – ein italienisches Zugbeeinflussungsystem
  • TBL1+ – ein belgisches Zugbeeinflussungsystem
  • ZUB 262 – ein deutsches System zur Übertragung von Streckenprofilen an Neigetechnikzüge
  • ZBS – ein neues Zugbeeinflussungssystem für die Berliner S-Bahn
  • ZSI-127 – Zugbeeinflussungsystem einiger Schweizer Schmalspurbahnen

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Direkter Vorläufer sind die KER-Balisen[1] wie sie für KVB (GEC Alsthom), EBICAB (ABB) und RSDD (Ansaldo) eingesetzt wurden. Die BTM für Eurobalisen können optional in einen Modus versetzt werden, um diese auszulesen.[1] Die KER-Balisen benutzen die gleiche Frequenz zur Stromversorgung von 27,095 MHz und werden in gleicher Weise wie Eurobalisen mittig im Gleis positioniert.

Anfang der 1990er Jahre wurde untersucht, ob mit Balisen über die reine Ortung hinaus Signalinformationen für eine punktförmige Zugbeeinflussung übertragen werden könnten, sowohl für wenig belastete Strecken als auch als Rückfallebene für leistungsfähigere Systeme.[8]

Als erstes Unternehmen brachte Siemens Eurobalisen auf den Markt.[2] Die ersten Muster vom Typ S21 standen im Herbst 1995 zur Verfügung.[9] Von Juli bis Oktober 1996 fanden Prototypentests mit Siemens S21-Balisen und alternativen, von den Firmen ABB, GEC Alsthom und Ansaldo in Kooperation entwickelten Balisen beim österreichischen Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal und auf dem Eisenbahnversuchsring Velim statt.[6]

Die Eurobalise FFFIS (Form Fit Function Interface Specification) wurde als SUBSET-036 in die Reihe der ERTMS-Spezifikationen aufgenommen. Dessen Vorwort beschreibt, dass die Spezifikation auf den Ergebnissen des EUROSIG Konsortiums basiert (ACEC Transport, Adtranz Signal, Alcatel SEL, GEC Alsthom Transport, Ansaldo Trasporti, CSEE Transport, SASIB Railway, Siemens, and Westinghouse Signal), das von der Europäischen Kommission finanziell unterstützt wurde.[10] Gegründet wurde das EUROSIG Konsortium mit dem ERTMS/EUROSIG-Projekt 95/98 im 4. Forschungsrahmenprogramm, das das Eurobalise/Euroloop-Projekt 92/94 des 3. Forschungsrahmenprogramms fortführte und dem integrierenden EMSET-Projekt 96/00 zuarbeitete.[11]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d e f g UNISIG: SUBSET-036 FFFIS for Eurobalise. Version 3.0.0. ([1] [abgerufen am 9. Februar 2016]).
  2. a b Auch Deutschland mit ETCS Level 2. In: Eisenbahn-Revue International. Nr. 2, 2016, ISSN 1421-2811, S. 76–78.
  3. Werner Weigand: ETCS – betriebliche Vorteile der unterschiedlichen Funktionsstufen und Betriebsarten. In: Eisenbahntechnische Rundschau. Band 56, Nr. 11, 2007, ISSN 0013-2845, S. 676–681.
  4. Martin Guss: Eurobalisen und Interoperabilität. In: Signal + Draht. Band 108, Nr. 5, 2016, ISSN 0037-4997, S. 27–29.
  5. ERA: Test specification for Eurobalise FFFIS. SUBSET-085 v3.0.0, 24. Februar 2012.
  6. a b Jens-Peter Bauer: EURO-Balise S21 von Siemens für den Fernverkehr. In: Signal + Draht. Band 89, Nr. 5. Tetzlaff Verlag GmbH Co. KG 1997, ISSN 0037-4997, S. 5–10.
  7. a b Warren Kaiser, Stein Nielsen: THE CORE OF ATP – DATA ENGINEERING. Institution of Railway Signal Engineers Australasia, 14. März 2008, archiviert vom Original am 29. April 2013, abgerufen am 13. Februar 2016 (PDF, australisches englisch).
  8. Albert Bindinger: Perspektiven für eine Leistungssteigerung im Eisenbahnbetrieb durch moderne Betriebsleittechnik. In: Die Deutsche Bahn. Band 68, Nr. 7, 1992, ISSN 0007-5876, S. 730–735.
  9. Ulrich Lehmann: Aktivitäten von Siemens zur Einführung der EURO-Balise S21. In: Signal + Draht. Band 88, Nr. 12. Tetzlaff Verlag GmbH & Co. KG 1996, ISSN 0037-4997, S. 21–26.
  10. FFFIS for Eurobalise v2.4.1. 27. September 2007.: „[ Foreword ] This Norm incorporates results from the original work (“Eurobalise FFFS”) carried out by the EUROSIG Consortium under the financial support of the European Commission (Eurobalise/Euroloop Project -‘92/94’, ERTMS/EUROSIG Project -‘95/98’, and EMSET Project -‘96/00’), and in close co-operation with technical bodies of the UIC and of the EEIG ERTMS User Group. The EUROSIG specifications were subsequently updated by the UNISIG Consortium“
  11. EU-Kommission (Hrsg.): Eurosig – Development of the complete ERTMS concept. Abschlussbericht, 2000, ISBN 92-828-7350-1.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Eurobalise – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien