Allein im Jahr 2015 nutzten rund 1,3 Milliarden Nutzer die Londoner U-Bahn, um durch die britische Stadt zu reisen. Und täglich steigt die Nachfrage um mehr als 90.000 Fahrten – genug Leute, um ein Fußballstadion zu füllen – und wird voraussichtlich weiter steigen. Wie hat es diese Stadt geschafft, dieses alte Transportmittel zu aktualisieren, ohne ihren Reisenden (zu viel) zu schaden?
Transport for London (TfL), die für den Verkehr zuständige Organisation in der britischen Hauptstadt, investiert in Kapazitätsverbesserungen, einschließlich des Übergangs zur kommunikationsbasierten Zugbeeinflussung (CBTC), einer fortschrittlichen Signalisierungstechnologie, die es ermöglicht, die Frequenz und Geschwindigkeit von Bahnverkehr auf bestehenden Strecken.
TfL arbeitet mit Thales zusammen, um CBTC-Beschilderung im gesamten U-Bahn-System zu installieren: die District-, Circle-, Hammersmith & City- und Metropolitan-Linien (bzw. die grünen, gelben, rosafarbenen und magentafarbenen Linien auf der ikonischen U-Bahn-Karte). Dieser Leitungssatz gilt als der komplexeste der Welt und macht 40 Prozent des Netzes aus.
„Die Technologie, die wir installieren, ist Thales SelTrac CBTC“, erklärt Andrew Hunter, Thales Director of Systems Engineering für das Programm. "Es ist ein bewährtes System, das auf mehr als 70 Linien weltweit installiert wurde, einschließlich der Jubilee- und Northern-Linien der Londoner U-Bahn."
So ändern Sie die Beschilderung gegen eine intelligentere
Das SelTrac CBTC-System zeigt, wie digitale Technologien den Betreibern helfen, bestehende Netze besser zu nutzen. Im Fall der Londoner U-Bahn-Linien wird die Einführung der CBTC-Signalisierung entscheidend dazu beitragen, die Kapazität um mehr als 30 Prozent zu erhöhen. Eine bessere Beschilderung führt auch zu besseren Reisezeiten, weniger Verspätungen und größerer Zuverlässigkeit. Das CBTC bringt in zweierlei Hinsicht zusätzliche Kapazität und Zuverlässigkeit. Erstens verkürzt es den Abstand zwischen den Zügen, sodass mehr Züge auf jedem Abschnitt der Strecke verkehren können. Dies wird durch die „Moving Block“-Technologie erreicht: Jeder der Züge im System kennt seinen Standort und berechnet ständig den passenden Sicherheitsabstand zwischen dem Zug selbst und dem vorausfahrenden. Diese Flexibilität macht den Unterschied zwischen dem mobilen Block und der konventionellen Signalisierung aus, bei der die Trennung durch feste geografische Blöcke geregelt wird, unabhängig davon, ob der Zug mit einer höheren oder niedrigeren Geschwindigkeit fährt.
Die zweite Möglichkeit, die Kapazität des CBTC zu erhöhen, ist der automatische Zugbetrieb (ATO). Beschleunigung und Bremsung werden vom Computer präzise gesteuert, basierend auf den einzigartigen Eigenschaften jedes Streckenabschnitts.
"Wir haben Kurven der Höchstgeschwindigkeiten der U-Bahn-Linien erhalten", sagt Hunter. „Da der Zug nicht von einem Menschen, sondern von einem Computer gesteuert wird, ist es möglich, immer das gleiche optimale Fahrprofil für die Strecke abzubilden.“
Auch eine verbesserte Verkehrsüberwachung wird einen Unterschied machen. Mit dem aktuellen Signalsystem ist die Überwachung auf 13 Kontrollräume verteilt. Wenn das neue System voll funktionsfähig ist, hat die Londoner U-Bahn erstmals von einer einzigen Leitstelle aus einen Blick auf das gesamte U-Bahn-System. Es ist wichtig, alles von einem Ort aus einsehen und kontrollieren zu können, da die vier Leitungen stark voneinander abhängig sind und Probleme, die auf einer Leitung auftreten, sich schnell auf die anderen auswirken können.
Die Bereitstellung des Programms stellt einige einzigartige Herausforderungen. Zunächst einmal die schiere Größe des Projekts. Die vier neu zu signalisierenden Linien haben rund 300 km Gleis, und zwei der Linien (District und Metropolitan) führen in die Außenbezirke von London und darüber hinaus. Auf der District Line ist Upminster die östlichste Station der Londoner U-Bahn, und Amersham, die letzte Station der Metropolitan Line, liegt 40 km nordwestlich der Hauptstadt und heißt nicht mehr London, sondern Buckinhamshire.
Das Alter der Infrastruktur erhöht die Herausforderung. Metropolitan ist die älteste U-Bahn-Linie der Welt und die Tunnel zwischen Paddington und Farringdon wurden 1863 für den Verkehr freigegeben. Auch die bestehende Beschilderung ist alt. Zum Beispiel überwacht die Station Edgware Road weiterhin täglich mehr als 900 Verkehre mit einer alternden Tabelle mechanischer Hebel, die sich in der 90 Jahre alten Signalisierungskabine der Station befinden.
Die operative Komplexität des Netzwerks ist eine Herausforderung für sich. Obwohl jede Linie separat betrieben wird, gibt es viele Orte, an denen Gleis- und Signalinfrastrukturen gemeinsam sind. Die am stärksten überlasteten Bereiche dieser Kreuzung befinden sich im Zentrum von London. Zwei der verkehrsreichsten U-Bahn-Kreuzungen (Baker Street und Edgware Road) sind für jeweils drei verschiedene Linien üblich.
Erneuerung der Beschilderung 24 Stunden
Die Modernisierung des Netzes erfordert nicht nur technologisches, sondern auch logistisches Wissen und Erfahrung. Die Priorität besteht darin, sicherzustellen, dass neue Beschilderungen sicher und reibungslos installiert werden und die Reisenden so wenig wie möglich stören.
„Wir migrieren 14 Abschnitte auf das neue System“, erklärt Hunter. „Um die Logistik zu vereinfachen, starten wir in der Nähe des Hammersmith-Kontrollzentrums.“
Wie bei jedem großen Infrastrukturprojekt muss man jonglieren, um zu liefern: „Früher haben wir an Wochenenden geschlossen. Obwohl es sehr effektiv ist, ist es bei den Benutzern nicht fair oder beliebt “, sagt er. "Eines der Ziele dieses Projekts ist es, mehr in den Ingenieurstunden (nachts) zu arbeiten und so weit wie möglich auf Schließungen zu verzichten."
Zeit ist von entscheidender Bedeutung. Während London schläft, haben die Thales-Teams nur zwei Stunden pro Nacht Zeit, um neue Geräte zu installieren und zu testen, bevor alles wieder normalisiert wird, um für die morgendliche Rushhour bereit zu sein.
Da die Beschilderung sicherheitskritisch ist, müssen neu installierte Geräte vor der Inbetriebnahme umfangreichen Tests unterzogen werden.
„Wir haben die Möglichkeit, das bestehende Signalsystem mit unserem SelTrac CBTC-System abzuwechseln“, erklärt Hunter. "Wir führen während der Nachtschichten gründliche Tests durch, damit wir Vertrauen in die Züge und in die Funktionalität des Systems haben können, bevor wir in unser Inbetriebnahmewochenende übergehen."
Nur vier von vierundzwanzig Stunden Arbeit auf der Straße zu haben, bringt offensichtliche Einschränkungen mit sich. Um die Lieferung zu beschleunigen, hat Thales eine Technik, die Leistungsüberwachung genannt, perfektioniert, die es Ingenieuren ermöglicht, die normalerweise verlorenen Stunden des Tages optimal zu nutzen.
„Leistungsüberwachung bedeutet, dass alle unsere neuen Geräte eingeschaltet bleiben, die Züge jedoch nicht überwacht werden. Das bedeutet, dass Sie im Laufe des Tages alle Datensätze aller Geräte abrufen und alle Probleme identifizieren können, die einen Ausfall verursachen könnten, der den Service beeinträchtigt“, erklärt Hunter. „Die Überwachung im Stealth-Modus funktioniert rund um die Uhr und bedeutet, dass wir darauf vertrauen können, dass die Züge und die Gleisinfrastruktur einwandfrei funktionieren. Wenn nicht, haben wir die Aufzeichnungen, um sie zu analysieren“.
Thales war das erste Unternehmen, das diesen Ansatz auf das Renovierungsprogramm der Northern Line-Beschilderung anwendete, ein Projekt, das 2012 sechs Monate früher als geplant erfolgreich abgeschlossen wurde.
„Wir bieten hier rund um die Uhr eine Schilderneuerung an“, sagt Hunter. „Wir können viel mehr Tests durchführen (tagsüber und im Hintergrund), ohne den Service für Reisende zu unterbrechen. Auch wenn wir es mit der Northern Line vergleichen, ist das, was wir hier machen, revolutionär.“
Auch die persönliche Problemlösung mit dem Kunden trägt zu einem reibungslosen Ablauf bei.
"Die Londoner U-Bahn und Thales arbeiten Hand in Hand in einem gemeinsamen Büro für das Projekt", sagt Hunter. „Der Ausdruck, den wir verwenden, ist ‚ein Team' und er ist äußerst effektiv. Wenn ich mit meinem Gegenüber ein Problem lösen möchte, können wir es in zehn Minuten treffen und lösen, die sonst Tage geworden wären.“
Die technische Planung für das Projekt ist bereits weit fortgeschritten und die Arbeiten an der Strecke sollen in Kürze beginnen. Die Hauptvorteile des Programms werden im Jahr 2022 erzielt, wenn die Frequenz in den Zeiten mit der größten Nachfrage im Zentrum von London 32 Züge pro Stunde betragen wird, was eine Erhöhung der Transportkapazität des Netzes um 36.000 weitere Fahrten alle 60 Minuten bedeutet .
Digitale Technologien verändern den Bahnsektor
Wie die Londoner U-Bahn hinken die Eisenbahnen in ganz Großbritannien anderen Technologiesektoren lange hinterher, holen aber jetzt auf. Initiativen wie das britische Digital Railway Scheme und das von der EU unterstützte Shift2Rail-Programm zeigen, dass europäische Bahnbetreiber und -anbieter nun entschlossen sind, den Sektor in das digitale Zeitalter zu führen.
"Shift2Rail stellt eine Investition von EU und Industrie in Höhe von fast 1 Milliarde € für Forschung und Innovation dar", sagt Ben Pritchard, technischer Direktor für Technologie und Innovation bei Thales. "Thales war einer der Gründer und leitet eines der fünf Innovationsprogramme."
Thales konzentriert sich auf die Konnektivität zwischen digitalen Systemen: „Dazu gehören Reiseplanung, Reiseinformationen, Fahrscheinausstellung und nahtloses Tür-zu-Tür-Reisen. Auch bei Querschnittsaktivitäten, die Bereiche wie Infrastruktur, Rollmaterial und Fracht miteinander verbinden, spielen wir eine Schlüsselrolle“, sagt Pritchard.
Die Lösung ist… alles zu integrieren
Die Herausforderung besteht darin, fortschrittliche Technologie in eine Umgebung einzuführen, die traditionell nicht existierte: "Wenn Sie Leute bitten, eine Flugsicherungszentrale zu beschreiben, denken die meisten an Leute, die hart vor Computern sitzen", sagt Pritchard. "Bei Zügen ist das anders, das Letzte, was man sich vorstellt, ist High-Tech."
Konnektivität zwischen Systemen ist wichtig, denn Digitalisierung ist viel mehr als eigenständige Systeme. Einige der größten Erfolge sind auf neue – und manchmal unerwartete – Verbindungen zwischen verschiedenen Systemen zurückzuführen. Ein gutes Beispiel dafür sind Fahrerberatungssysteme. Diese GPS-basierten Cockpit-Einheiten helfen dem Fahrer, ähnlich wie Autonavigatoren, Zeit zu behalten und Energie zu sparen. Aktuelle Systeme verwenden jedoch statische Zeitpläne, sodass sie bei Unterbrechungen nutzlos sind.
„In Großbritannien wird das GEO-DAS-Projekt, das von Future Railway finanziert und von FirstGroup geleitet wird, die Fahrer auf der Strecke Bristol-Cardiff von Verkehrsmanagern in Echtzeit über den aktuellen Plan informieren“, erklärt Pritchard. Die Lösung funktioniert in beide Richtungen: Neben dem Abhören des Zentralsystems in Echtzeit können Züge ihre genaue Position melden.
Eines der Schlüsselelemente ist das ARAMIS Traffic Management System (TMS) von Thales, das derzeit in den neuen Bahnbetriebszentren von Network Rail in Cardiff und Romford installiert wird. Das Projekt GEO-DAS zeigt auf, wie zentralisierte Informationen in kritischen Systemen mit zusätzlichem Nutzen wiederverwendet werden können.
Digitale Technologien, einschließlich Datenanalyse und Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, tragen ebenfalls dazu bei, den Betrieb der Londoner U-Bahn zu transformieren. Thales arbeitet an einem People-Centred Intelligent Predict & Prevent (PCIPP)-Forschungsprojekt, um frühzeitig vor Problemen an Anlagen wie Gleisen, Zügen und Bahnhöfen zu warnen.
„Wir können bereits Anlagen wie Weichenantriebe überwachen, aber was wäre, wenn Sie dies mit den Daten der Züge kombinieren könnten, die diese Weichen passiert haben?“, fragt Pritchard. "Der Ansatz des PCIPP besteht darin, Kontextinformationen zu verwenden, um zu verstehen, was passiert, und daraus Vorhersagemodelle zu generieren, die es ermöglichen, Fehler zu erkennen, bevor sie auftreten, und Interventionen zu empfehlen, um sie während des Betriebs zu verhindern."
Es wird erwartet, dass diese Art von Innovationen in den kommenden Jahren den Bahnbetrieb verändern und erhebliche Verbesserungen bei Sicherheit, Kapazität und Zuverlässigkeit bringen werden.
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