Bara 2015 använde cirka 1,3 miljarder användare London Underground för att resa runt den brittiska staden. Och varje dag ökar efterfrågan med mer än 90 000 resor - tillräckligt många människor för att fylla en fotbollsstadion - och förväntas fortsätta öka. Hur har denna stad lyckats uppdatera detta gamla transportmedel utan att skada (för mycket) sina resenärer?
Transport for London (TfL), den organisation som ansvarar för transport i den brittiska huvudstaden, investerar i kapacitetsförbättringar, inklusive övergången till kommunikationsbaserad tågkontroll (CBTC), en avancerad signaleringsteknik som gör det möjligt att öka frekvensen och hastigheten på järnvägstjänster på befintliga linjer.
TfL arbetar med Thales för att installera CBTC-skyltar i hela det underjordiska järnvägssystemet: District-, Circle-, Hammersmith & City- och Metropolitan-linjerna (respektive de gröna, gula, rosa och magenta linjerna på den ikoniska tunnelbanekartan). Denna uppsättning linjer anses vara den mest komplexa i världen och representerar 40 procent av nätverket.
”Tekniken vi installerar är Thales SelTrac CBTC”, förklarar Andrew Hunter, chef för systemteknik för programmet. "Det är ett beprövat system som har installerats på mer än 70 linjer runt om i världen, inklusive Jubilee och Northern linjerna i London Underground."
Hur man byter skyltar för en smartare
SelTrac CBTC-systemet belyser hur digital teknik hjälper operatörer att utnyttja befintliga nätverk bättre. När det gäller Londons tunnelbanelinjer kommer införandet av CBTC-signalering att bidra till att öka kapaciteten med mer än 30 procent. Bättre skyltning leder också till bättre restider, färre förseningar och större tillförlitlighet. CBTC ger ytterligare kapacitet och tillförlitlighet på två huvudsakliga sätt. För det första minskar intervallet mellan tågen så att fler tåg kan köras på valfri del av linjen. Detta uppnås tack vare ”rörlig block” -teknik: vart och ett av tågen i systemet känner till sin plats och beräknar kontinuerligt lämpligt säkerhetsavstånd mellan tåget och det framför. Denna flexibilitet är det som gör skillnaden mellan mobilblocket och konventionell signalering, där separationen styrs av fasta geografiska block oavsett om tåget går med högre eller lägre hastighet.
Det andra sättet CBTC ökar kapaciteten är genom automatisk tågdrift (ATO). Acceleration och bromsning styrs exakt av dator baserat på de unika egenskaperna hos varje spår.
"Vi har fått kurvor för tunnelbanelinjernas maximala hastighetsgränser", säger Hunter. "Eftersom tåget styrs av en dator istället för en person är det möjligt att alltid återge samma optimala körprofil för rutten."
Förbättrad trafikövervakning kommer också att göra skillnad. Med det nuvarande signalsystemet är övervakningen fördelad på 13 kontrollrum. När det nya systemet är fullt operativt kommer London Underground för första gången att ha utsikt över hela tunnelbanelinjen från ett enda kontrollcenter. Det är viktigt att kunna se och styra allt från en plats, eftersom de fyra linjerna är mycket beroende av varandra och problem som uppstår på en linje kan snabbt påverka de andra.
Att leverera programmet medför några unika utmaningar. Till att börja med är projektets stora storlek. De fyra linjerna som ska signaleras om har cirka 300 km spår, och två av linjerna (District och Metropolitan) går till utkanten av London och bortom. På District-linjen är Upminster den östligaste stationen i Londons tunnelbana, och Amersham, den sista stationen på Metropolitan-linjen, ligger 40 km nordväst om huvudstaden och är inte längre London utan Buckinhamshire.
Infrastrukturens ålder ökar utmaningen. Metropolitan är den äldsta tunnelbanelinjen i världen och tunnlarna mellan Paddington och Farringdon öppnades för trafik 1863. Den befintliga skylten är också gammal. Till exempel fortsätter Edgware Road-stationen att övervaka mer än 900 trafik per dag med en åldrande tabell över mekaniska spakar i stationens signalbås, som är 90 år gammal.
Nätverkets operativa komplexitet är en utmaning i sig. Även om varje linje drivs separat finns det många ställen där spår- och signalinfrastrukturer är vanliga. De mest trafikerade områdena i denna korsning ligger i centrala London. Två av de mest trafikerade tunnelbanekorsningarna (Baker Street och Edgware Road) är vanliga för tre olika linjer vardera.
Förnyelse av skyltar 24 timmar
Modernisering av nätverket kräver inte bara teknisk kunskap och erfarenhet. Prioriteringen är att säkerställa att ny skyltning installeras säkert, smidigt och orsakar så lite störningar för resenärer som möjligt.
"Vi migrerar 14 sektioner till det nya systemet", förklarar Hunter. "För att förenkla logistiken börjar vi i närheten av Hammersmiths kontrollcenter."
Som med alla större infrastrukturprojekt måste du jonglera för att leverera: ”Tidigare var det vi gjorde nära på helgerna. Även om det är mycket effektivt är det inte rättvist eller populärt bland användarna, säger han. "Ett av målen med detta projekt är att arbeta mer i tekniska timmar (på natten) och att avstå från stängningar så mycket som möjligt."
Tiden är högst betydelsefull. Medan London sover har Thales-team bara två timmar på natten för att installera och testa ny utrustning innan de återställer allt till det normala, redo för morgonrusningen.
Eftersom skyltning är avgörande för säkerheten måste nyinstallerad utrustning genomgå omfattande tester innan den kan tas i bruk.
”Vi har förmågan att växla det befintliga signalsystemet med vårt SelTrac CBTC-system,” förklarar Hunter. "Vi utför noggranna tester under nattskift, så att vi kan ha förtroende för tågen och till systemets funktionalitet innan vi går över till vår helg när vi tas i bruk."
Att bara ha fyra timmar av tjugofyra för att arbeta på vägen medför uppenbara begränsningar. För att påskynda leveransen har Thales perfekterat en teknik - kallad prestandaövervakning - som gör det möjligt för ingenjörer att få ut det mesta av timmar på dagen som normalt skulle gå förlorade.
”Prestandaövervakning är att all vår nya utrustning är kvar men tågen övervakas inte. Det betyder att du kan få alla dataposter för all utrustning under dagen och identifiera eventuella problem som kan orsaka ett fel som påverkar tjänsten ”, förklarar Hunter”. ”Stealth mode-övervakningen fungerar dygnet runt och innebär att vi kan lita på att tågen och spårinfrastrukturen fungerar perfekt. Om inte, har vi posterna för att analysera dem ”.
Thales var den första som använde detta tillvägagångssätt på Northern Line-skyltrenoveringsprogrammet, ett projekt som slutfördes framgångsrikt 2012 sex månader före schemat.
"Vi erbjuder skyltförnyelse här dygnet runt", säger Hunter. ”Vi kan göra mycket fler tester (under dagen och i bakgrunden) utan att avbryta service till resenärer. Även om vi jämför det med den nordliga linjen är det vi gör här revolutionerande. "
Att lösa problem ansikte mot ansikte med kunden hjälper också till att se till att allt går smidigt.
"London Underground och Thales arbetar hand i hand på ett gemensamt kontor för projektet", säger Hunter. ”Uttrycket vi använder är” ett team ”och det är extremt effektivt. Om jag vill lösa ett problem med min motsvarighet kan vi träffas och lösa det på tio minuter som annars skulle ha blivit dagar. "
Projektets tekniska design är redan långt framåt och arbetet på banan är planerat att börja inom kort. De viktigaste fördelarna med programmet kommer att levereras 2022, då frekvensen under perioder med störst efterfrågan kommer att vara 32 tåg per timme i centrala London, vilket innebär en ökning av transportkapaciteten i nätverket med 36 000 fler resor var 60: e minut .
Digital teknik förändrar järnvägssektorn
Liksom Londons tunnelbana har järnvägar över Storbritannien länge försenat andra sektorer inom teknik, men håller nu på att komma ikapp. Initiativ som Storbritanniens Digital Railway-system och det EU-stödda Shift2Rail-programmet indikerar att europeiska järnvägsoperatörer och leverantörer nu är fast beslutna att föra sektorn in i den digitala tidsåldern.
"Shift2Rail representerar en investering inom EU och industrin på nästan 1 miljard euro för forskning och innovation", säger Ben Pritchard, teknisk chef för teknik och innovation på Thales. "Thales var en av grundarna och driver ett av de fem innovationsprogrammen."
Thales fokuserar på anslutning mellan digitala system: ”Detta inkluderar resplanering, reseinformation, utfärdande av resebiljetter och sömlös resor från dörr till dörr. Vi spelar också en nyckelroll i övergripande aktiviteter som länkar samman områden som infrastruktur, rullande materiel och gods, säger Pritchard.
Lösningen är att … integrera allt
Utmaningen är att införa avancerad teknik i en miljö som traditionellt inte fanns: "Om du ber folk att beskriva ett flygkontrollcenter kommer de flesta att tänka på människor som sitter framför datorer som arbetar hårt", säger Pritchard. "Med tåg är det annorlunda. Det sista du tänker dig är högteknologi."
Anslutning mellan system är viktigt eftersom digitalisering är mycket mer än fristående system. Några av de största framgångarna har kommit från nya - och ibland oväntade - kopplingar mellan olika system. Driver Advisory Systems är ett bra exempel på detta. Dessa GPS-baserade cockpit-enheter, som liknar bilnavigatorer, hjälper förare att hålla tid och spara energi. Nuvarande system använder dock statiska scheman, så de är värdelösa när det finns avbrott.
"I Storbritannien kommer GEO-DAS-projektet, som finansieras av Future Railway och leds av FirstGroup, att förare på Bristol-Cardiff-rutten med realtidsuppdateringar av den aktuella planen från trafikchefer," förklarar Pritchard. Lösningen fungerar i båda riktningarna: förutom att lyssna på centralsystemet i realtid kan tåg rapportera sin exakta position.
Ett av nyckelelementen är Thales ARAMIS Traffic Management System (TMS), som för närvarande installeras i Network Rails nya järnvägsverksamhetscenter i Cardiff och Romford. GEO-DAS-projektet belyser hur central information i kritiska system kan återanvändas med ytterligare fördelar.
Digital teknik, inklusive dataanalys och maskin-till-maskin-kommunikation, hjälper också till att omvandla London Underground-verksamhet. Thales arbetar med ett IPPeople-Centered Intelligent Predict & Prevent (PCIPP) forskningsprojekt för att ge tidig varning om problem med tillgångar som spår, tåg och stationer.
"Vi kan redan övervaka tillgångar som switchmotorer, men vad händer om du kan kombinera detta med data från tågen som har passerat dessa switchar?" Frågar Pritchard. "PCIPP: s tillvägagångssätt är att använda kontextuell information för att förstå vad som händer och dra nytta av den för att skapa prediktiva modeller som gör det möjligt att upptäcka fel innan de inträffar och rekommendera ingripanden för att förhindra att de inträffar under tjänsten."
Dessa typer av innovationer förväntas förändra järnvägsverksamheten under de kommande åren och ge betydande förbättringar vad gäller säkerhet, kapacitet och tillförlitlighet.
Du kan läsa fler artiklar som detta i OneMagazine.