ERTMS: het Europese treinbeveiligingssysteem

Een toelichting op hoofdlijnen: van balise tot remcurve, met interactieve simulaties.

1. Wat is ERTMS?

ERTMS (European Rail Traffic Management System) is het Europese systeem voor treinbeveiliging en treinbesturing. Het doel is dat treinen over de grenzen heen kunnen rijden zonder dat er per land een ander beveiligingssysteem nodig is.

Nu bestaan er in Europa nog tientallen nationale beveiligingssystemen naast elkaar. Een trein moet daardoor vaak worden uitgerust met meerdere boordsystemen, en de machinist moet met een andere logica en voorschriften werken per land. Dat maakt grensoverschrijdend spoorvervoer duur en complex. ERTMS vervangt die systemen door één gemeenschappelijke standaard.

ERTMS bestaat uit twee hoofdonderdelen:

2. De belangrijkste onderdelen

OnderdeelFunctie
Balise (Eurobalise)Transponder in het spoor. Geeft de positie en baangegevens door aan de trein.
Boordcomputer (EVC)Het brein aan boord. Berekent de remcurven en bewaakt de snelheid continu.
DMI (Driver Machine Interface)Het scherm in de cabine. Toont de toegestane snelheid, het doel, de afstand tot het doel en waarschuwingen.
RBC (Radio Block Centre)Centrale computer langs de baan. Stuurt op Level 2 en 3 de toestemming om te rijden (de MA) via de radio naar de trein.
GSM-RDe radioverbinding tussen RBC en trein.
Stelling (interlocking)Zet wissels en seinen veilig en levert de baangegevens aan de RBC.

3. De balise: het ijkpunt in het spoor

Een balise is een klein, passief transpondertje tussen de rails. Het heeft geen eigen stroomvoorziening. De trein stuurt een signaal naar de balise via een antenne onder het voertuig, en de balise antwoordt met een kort telegram. Dat gebeurt terwijl de trein er met hoge snelheid overheen rijdt.

Een telegram bevat onder andere:

Positiebepaling is cruciaal. De trein berekent zijn afstand met de wielomtrek, maar die meting is onnauwkeurig door wielslip en slijtage. Elke balise corrigeert die schatting weer. Op Level 1 zijn balises de enige bron van informatie; op Level 2 en 3 zorgt de radio voor continue updates, en blijven de balises vooral als positie-ijkpunt dienen.

4. Het bewakingsprincipe: MA en EoA

ERTMS werkt met een eenvoudig principe: een trein mag alleen rijden binnen de toestemming die hij heeft.

MA (Movement Authority, rijtoestemming)
Het stuk spoor dat de trein vrij mag berijden, van zijn huidige positie tot het einde van de toestemming. Hierin zitten ook eventuele snelheidsbeperkingen.
EoA (End of Authority)
Het punt waar de toestemming eindigt, meestal een stopplaats of een gevaarlijk punt.
Bewaking
De boordcomputer controleert continu of de trein binnen de MA blijft en niet sneller rijdt dan de remcurve toestaat. Wordt de grens overschreden, dan grijpt het systeem in.

5. De remcurve

De kern van ERTMS is de remcurve. De boordcomputer beantwoordt steeds de vraag: als ik nu moet remmen om op het doel te stoppen, hoe hard mag ik dan nog maximaal rijden op deze afstand? Uitgezet als grafiek van snelheid tegen afstand ontstaat een kromme lijn: de remcurve.

Welke gegevens gaan erin?

BronGegevens
BaanPositie van het EoA, doelsnelheid, snelheidsbeperkingen, helling (‰). Deze komen uit balises en de RBC.
TreinMassa en lengte, remvermogen (remtype en remblokken), maximumsnelheid en de reactietijd van het systeem.
DynamischDe actuele snelheid en positie van de trein.

De verschillende curven

Er zijn meerdere curven, elk met een eigen functie. Van laag naar hoog:

De rekenregel

Een remweg bestaat uit twee delen: de afstand die de trein aflegt tijdens de reactietijd (nog zonder te remmen) en de afstand die hij nodig heeft om af te remmen.

d = v · t + v² / (2 · a)
Hieruit volgt de maximaal toegestane snelheid v op afstand d van het doel:
v = −a·t + √( a²·t² + v_doel² + 2·a·d )
waarbij
d = afstand tot het doel (m)  |  v = snelheid (m/s)  |  t = reactietijd (s)
a = remvertraging (m/s²) + g · helling/1000   (g = 9,81 m/s²)

De helling telt mee in de formule. Bergop helpt de zwaartekracht bij het remmen, dus de remweg wordt korter. Bergaf werkt de zwaartekracht tegen, en wordt de remweg langer. Ook een zwaardere trein of een slechter remvermogen maakt de remweg langer, en daarmee wordt de remcurve lager.

Een veiligheidsmarge zit ingebouwd: de curven worden met marges berekend en de bewaking grijpt pas in als de trein echt te snel is. Dat is de reden dat de ATP vroeg genoeg ingrijpt, ook als de machinist later reageert.

6. ERTMS-levels

ERTMS kent verschillende niveaus, afhankelijk van hoe de informatie tussen baan en trein wordt uitgewisseld.

LevelCommunicatiePositieSeinen langs de baanKenmerk
1Balises, optioneel radioBalises en wielenJaBovenop bestaande seinen; informatie alleen op balises.
2GSM-R en RBC, continuBalises en wielenMeestal niet nodigDe MA wordt continu bijgewerkt. Het meest gebruikte niveau.
3GSM-R en RBC, continuPositie via de trein zelf, met balises als ijkpuntNeeMogelijk "moving block": treinen rijden dichter op elkaar.

7. Simulatie: de remcurve in actie

De trein nadert een einddoel (EoA) en moet onderweg een zone met lagere snelheid (oranje) passeren. De boordcomputer bewaakt de snelheid met de curven. Pas de parameters aan en kijk wat er gebeurt.

Baanbeeld

MA (toestemming)   EoA   Snelheidsbeperking   Balise (positie-ijkpunt)

Snelheid-afstand diagram (remcurven)

Toegestane snelheid   Waarschuwing (W)   Dienstrem (S)   Noodrem (I)   Trein
Snelheid
-
Afstand tot EoA
-
Waarschuwing (W)
-
Dienstrem (S)
-
Noodrem (I)
-
Status
-
Remtoestand
-

Logboek

Wat je kunt proberen: zet het remvermogen op 50% en kijk hoe de curven omlaag gaan. Zet de helling op +20 (bergop) en −20 (bergaf). Zet de machinist op "reageert niet" met een startsnelheid van 160 km/h en zie de noodrem ingrijpen.

8. Remafstand berekenen

Hieronder zie je de remafstand voor een gegeven snelheid, met de remparameters van de simulatie hierboven.

Remafstand dienstrem (ATP, geen reactietijd)
-
Remafstand noodrem (incl. reactietijd)
-

9. Begrippenlijst

ATP
Automatische Treinbeïnvloeding: het systeem dat automatisch ingrijpt als de trein te hard rijdt.
Balise
Transponder in het spoor die positie en baangegevens aan de trein doorgeeft.
DMI
Driver Machine Interface: het scherm in de cabine.
EoA
End of Authority: het einde van de rijtoestemming.
EVC
European Vital Computer: de boordcomputer.
MA
Movement Authority: de toestemming om te rijden tot het EoA.
RBC
Radio Block Centre: de centrale computer die via radio de MA stuurt.
Remcurve
De grens van toegestane snelheid als functie van de afstand tot het doel.
Dit is een vereenvoudigd model om het principe zichtbaar te maken. De werkelijke ERTMS-berekeningen zijn veel uitgebreider; de officiële specificaties staan in de ETCS-documentatie (zoals Subset-026).