Tylko w 2015 roku około 1,3 miliarda użytkowników korzystało z londyńskiego metra do podróżowania po brytyjskim mieście. Każdego dnia popyt wzrasta o ponad 90 000 wyjazdów – wystarczająco dużo ludzi, by zapełnić stadion piłkarski – i oczekuje się, że będzie nadal rósł. Jak to miasto zdołało unowocześnić ten starożytny środek transportu bez szkody dla (za bardzo) swoich podróżnych?
Transport for London (TfL), organizacja odpowiedzialna za transport w stolicy Wielkiej Brytanii, inwestuje w poprawę przepustowości, w tym przejście na sterowanie pociągiem oparte na komunikacji (CBTC), zaawansowaną technologię sygnalizacji, która pozwala zwiększyć częstotliwość i prędkość usługi kolejowe na istniejących liniach.
TfL współpracuje z firmą Thales, aby zainstalować oznakowanie CBTC w całym systemie kolei podziemnej: na liniach District, Circle, Hammersmith & City i Metropolitan (odpowiednio zielone, żółte, różowe i magenta na kultowej mapie metra). Ten zestaw linii jest uważany za najbardziej złożony na świecie i stanowi 40 procent sieci.
„Instalowana przez nas technologia to Thales SelTrac CBTC” - wyjaśnia Andrew Hunter, dyrektor ds. inżynierii systemów firmy Thales dla programu. „To sprawdzony system, który został zainstalowany na ponad 70 liniach na całym świecie, w tym na liniach Jubilee i Northern londyńskiego metra”.
Jak zmienić oznakowanie na bardziej inteligentne?
System SelTrac CBTC podkreśla, w jaki sposób technologie cyfrowe pomagają operatorom lepiej wykorzystywać istniejące sieci. W przypadku londyńskich linii metra wprowadzenie sygnalizacji CBTC przyczyni się do zwiększenia przepustowości o ponad 30 procent. Lepsze oznakowanie prowadzi również do lepszych czasów podróży, mniejszej liczby opóźnień i większej niezawodności. CBTC zapewnia dodatkową wydajność i niezawodność na dwa główne sposoby. Po pierwsze, zmniejsza odstępy między pociągami, dzięki czemu na dowolnym odcinku linii może jeździć więcej pociągów. Osiąga się to dzięki technologii „ruchomego bloku”: każdy z pociągów w systemie zna swoje położenie i na bieżąco oblicza odpowiednią bezpieczną odległość między samym pociągiem a tym z przodu. Ta elastyczność jest tym, co stanowi różnicę między mobilnym blokiem a konwencjonalną sygnalizacją, w której separacja jest regulowana przez stałe bloki geograficzne, niezależnie od tego, czy pociąg jedzie z większą czy mniejszą prędkością.
Drugim sposobem, w jaki CBTC zwiększa przepustowość, jest automatyczna obsługa pociągów (ATO). Przyspieszenie i hamowanie są precyzyjnie kontrolowane przez komputer w oparciu o unikalną charakterystykę każdego odcinka toru.
„Uzyskaliśmy krzywe maksymalnych ograniczeń prędkości linii metra” – mówi Hunter. „Ponieważ pociągiem steruje komputer, a nie człowiek, możliwe jest zawsze odtworzenie tego samego optymalnego profilu jazdy na trasie”.
Udoskonalone monitorowanie ruchu również będzie miało znaczenie. Przy obecnym systemie sygnalizacji nadzór jest rozłożony na 13 sterowni. Gdy nowy system będzie w pełni operacyjny, londyńskie metro po raz pierwszy będzie mieć widok całego systemu linii metra z jednego centrum sterowania. Ważna jest możliwość podglądu i kontrolowania wszystkiego z jednego miejsca, ponieważ cztery linie są od siebie bardzo zależne, a problemy występujące na jednej linii mogą szybko wpłynąć na pozostałe.
Realizacja programu stawia kilka wyjątkowych wyzwań. Na początek sam rozmiar projektu. Cztery linie, które mają zostać ponownie zasygnalizowane, mają około 300 km torów, a dwie z nich (District i Metropolitan) prowadzą na przedmieścia Londynu i dalej. Na linii District Upminster jest najdalej na wschód wysuniętą stacją londyńskiego metra, a Amersham, ostatnia stacja na linii Metropolitan, znajduje się 40 km na północny zachód od stolicy i nie jest już Londynem, ale Buckinhamshire.
Wyzwanie stanowi wiek infrastruktury. Metropolitan to najstarsza linia metra na świecie, a tunele między Paddington i Farringdon zostały otwarte dla ruchu w 1863 roku. Istniejące oznakowanie też jest stare. Na przykład stacja Edgware Road nadal monitoruje ponad 900 ruchu dziennie, korzystając ze starzejącej się tabeli mechanicznych dźwigni znajdujących się w kabinie sygnalizacyjnej stacji, która ma 90 lat.
Złożoność operacyjna sieci jest wyzwaniem samym w sobie. Chociaż każda linia jest obsługiwana oddzielnie, istnieje wiele miejsc, w których infrastruktura torowa i sygnalizacyjna jest wspólna. Najbardziej zatłoczone obszary tego skrzyżowania znajdują się w centrum Londynu. Dwa najbardziej ruchliwe skrzyżowania metra (Baker Street i Edgware Road) są wspólne dla trzech różnych linii.
Odnowienie oznakowania 24 godziny
Modernizacja sieci wymaga nie tylko wiedzy technologicznej, ale także logistycznej i doświadczenia. Priorytetem jest zapewnienie, aby nowe oznakowanie zostało zainstalowane bezpiecznie, płynnie i powodowało jak najmniej zakłóceń dla podróżnych.
„Przenosimy 14 sekcji do nowego systemu” - wyjaśnia Hunter. „Aby uprościć logistykę, zaczynamy w pobliżu centrum sterowania Hammersmith”.
Podobnie jak w przypadku każdego dużego projektu infrastrukturalnego, trzeba żonglować, aby je zrealizować: „W przeszłości to, co robiliśmy, było blisko w weekendy. Chociaż jest bardzo skuteczny, nie jest sprawiedliwy ani popularny wśród użytkowników ”- mówi. „Jednym z celów tego projektu jest zwiększenie liczby godzin pracy inżynierów (w nocy) i jak największa rezygnacja z zamknięć”.
Czas jest najważniejszy. Podczas gdy Londyn śpi, zespoły Thales mają tylko dwie godziny na noc na instalację i testowanie nowego sprzętu, zanim wszystko wróci do normy, gotowe na poranne godziny szczytu.
Ponieważ oznakowanie ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa, nowo zainstalowany sprzęt musi przejść szeroko zakrojone testy, zanim będzie mógł zostać oddany do użytku.
„Mamy możliwość zmiany istniejącego systemu sygnalizacji z naszym systemem SelTrac CBTC”, wyjaśnia Hunter. „Przeprowadzamy dokładne testy podczas nocnych zmian, co pozwala nam mieć zaufanie do pociągów i funkcjonalności systemu przed przejściem do naszego weekendu wejścia do eksploatacji”.
Mając tylko cztery godziny na dwadzieścia cztery na pracę na drodze, nakładają się oczywiste ograniczenia. Aby przyspieszyć dostarczanie, Thales udoskonalił technikę – zwaną monitorowaniem wydajności – która pozwala inżynierom maksymalnie wykorzystać godziny dnia, które normalnie byłyby stracone.
„Monitorowanie wydajności polega na tym, że cały nasz nowy sprzęt pozostaje włączony, ale pociągi nie są monitorowane. Oznacza to, że możesz uzyskać wszystkie rekordy danych wszystkich urządzeń w ciągu dnia i zidentyfikować wszelkie problemy, które mogą spowodować awarię mającą wpływ na usługę ”, wyjaśnia Hunter. „Monitorowanie w trybie stealth działa przez całą dobę i oznacza, że możemy ufać, że pociągi i infrastruktura torowa działają idealnie. Jeśli nie, mamy zapisy do ich analizy ”.
Thales jako pierwszy zastosował to podejście do programu renowacji oznakowania Northern Line, projektu, który został pomyślnie ukończony w 2012 roku sześć miesięcy przed terminem.
„Oferujemy odnowienie znaku przez całą dobę”, mówi Hunter. „Możemy wykonać o wiele więcej testów (w ciągu dnia i w tle) bez zakłócania obsługi podróżnych. Nawet jeśli porównamy to z linią północną, to, co tutaj robimy, jest rewolucyjne”.
Rozwiązywanie problemów twarzą w twarz z klientem pomaga również zapewnić sprawne działanie.
„Londyńskie metro i Thales pracują ramię w ramię we wspólnym biurze nad projektem” – mówi Hunter. „Wyrażenie, którego używamy, to „zespół” i jest niezwykle skuteczne. Jeśli chcę rozwiązać problem z moim odpowiednikiem, możemy go spotkać i rozwiązać w ciągu dziesięciu minut, które w przeciwnym razie stałyby się dniami.”
Projekt techniczny projektu jest już bardzo zaawansowany, a prace nad torem mają się rozpocząć wkrótce. Główne korzyści programu zostaną zrealizowane w 2022 r., kiedy to częstotliwość w okresach największego zapotrzebowania wyniesie 32 pociągi na godzinę w centrum Londynu, co będzie oznaczać zwiększenie przepustowości sieci o 36 tys. więcej kursów co 60 minut .
Technologie cyfrowe zmieniają sektor kolejowy
Podobnie jak londyńskie metro, koleje w Wielkiej Brytanii od dawna pozostają w tyle za innymi sektorami technologicznymi, ale teraz nadrabiają zaległości. Inicjatywy takie jak brytyjski program kolei cyfrowych i wspierany przez UE program Shift2Rail wskazują, że europejscy operatorzy kolejowi i dostawcy są teraz zdeterminowani, aby wprowadzić sektor w erę cyfrową.
„Shift2Rail to inwestycja UE i przemysłu o wartości prawie 1 miliarda euro na badania i innowacje”, mówi Ben Pritchard, dyrektor techniczny ds. technologii i innowacji w Thales. „Thales był jednym z założycieli i prowadzi jeden z pięciu programów innowacyjnych”.
Thales koncentruje się na łączności między systemami cyfrowymi: „Obejmuje to planowanie podróży, informacje dla podróżnych, wydawanie biletów podróżnych i bezproblemową podróż „od drzwi do drzwi”. Odgrywamy również kluczową rolę w działaniach przekrojowych, które łączą takie obszary, jak infrastruktura, tabor i fracht ”- mówi Pritchard.
Rozwiązaniem jest… zintegrowanie wszystkiego
Wyzwaniem jest wprowadzenie zaawansowanej technologii do środowiska, które tradycyjnie nie istniało: „Jeśli poprosisz ludzi o opisanie centrum kontroli ruchu lotniczego, większość z nich pomyśli o ludziach siedzących przed komputerami, którzy ciężko pracują” – mówi Pritchard. „Z pociągami jest inaczej, ostatnią rzeczą, jaką sobie wyobrażasz, jest zaawansowana technologia”.
Łączność między systemami jest ważna, ponieważ cyfryzacja to znacznie więcej niż samodzielne systemy. Niektóre z największych sukcesów pochodzą z nowych – a czasem nieoczekiwanych – połączeń między różnymi systemami. Dobrym tego przykładem są systemy wspomagające kierowcę. Te oparte na GPS jednostki kokpitu, podobne do nawigatorów samochodowych, pomagają kierowcom zachować czas i oszczędzać energię. Jednak obecne systemy używają harmonogramów statycznych, więc są bezużyteczne w przypadku przerw.
„W Wielkiej Brytanii projekt GEO-DAS, finansowany przez Future Railway i prowadzony przez FirstGroup, zapewni kierowcom na trasie Bristol-Cardiff aktualne informacje o aktualnym planie od zarządców ruchu”, wyjaśnia Pritchard. Rozwiązanie działa w obie strony: oprócz nasłuchiwania centralnego systemu w czasie rzeczywistym, pociągi mogą raportować swoją dokładną pozycję.
Jednym z kluczowych elementów jest system zarządzania ruchem ARAMIS (TMS) firmy Thales, który jest obecnie instalowany w nowych centrach operacji kolejowych Network Rail w Cardiff i Romford. Projekt GEO-DAS podkreśla, w jaki sposób scentralizowane informacje w krytycznych systemach mogą być ponownie wykorzystywane z dodatkowymi korzyściami.
Technologie cyfrowe, w tym analiza danych i komunikacja maszyna-maszyna, również pomagają w transformacji operacji londyńskiego metra. Thales pracuje nad projektem badawczym „People-Centred Intelligent Predict & Prevent” (PCIPP), który ma na celu zapewnienie wczesnego ostrzegania o problemach z zasobami, takimi jak tory, pociągi i stacje.
„Możemy już monitorować zasoby, takie jak silniki zwrotnic, ale co by było, gdyby można było połączyć to z danymi z pociągów, które przejechały te zwrotnice?”, pyta Pritchard. „Podejście PCIPP polega na wykorzystaniu informacji kontekstowych, aby zrozumieć, co się dzieje, i wykorzystać je do generowania modeli predykcyjnych, które umożliwiają wykrywanie awarii przed ich wystąpieniem i zalecanie interwencji, aby zapobiec ich wystąpieniu podczas obsługi”.
Oczekuje się, że tego typu innowacje przekształcą działalność kolejową w nadchodzących latach i przyniosą znaczną poprawę bezpieczeństwa, przepustowości i niezawodności.
Więcej takich artykułów można przeczytać w OneMagazine.