Nel solo 2015, circa 1,3 miliardi di utenti hanno utilizzato la metropolitana di Londra per spostarsi nella città britannica. E ogni giorno la domanda aumenta di oltre 90.000 viaggi - abbastanza persone per riempire uno stadio di calcio - e si prevede che continui ad aumentare. Come ha fatto questa città a rinnovare questo antico mezzo di trasporto senza nuocere (troppo) ai suoi viaggiatori?
Transport for London (TfL), l'organizzazione responsabile dei trasporti nella capitale britannica, sta investendo in miglioramenti della capacità, tra cui il passaggio al controllo dei treni basato sulla comunicazione (CBTC), una tecnologia di segnalamento avanzata che consente di aumentare la frequenza e la velocità dei servizi ferroviari sulle linee esistenti.
TfL sta lavorando con Thales per installare la segnaletica CBTC in tutto il sistema ferroviario sotterraneo: le linee District, Circle, Hammersmith & City e Metropolitan (rispettivamente, le linee verde, gialla, rosa e magenta sull'iconica mappa della metropolitana). Questo insieme di linee è considerato il più complesso al mondo e rappresenta il 40% della rete.
"La tecnologia che stiamo installando è Thales SelTrac CBTC", spiega Andrew Hunter, direttore dell'ingegneria dei sistemi di Thales per il programma. "Si tratta di un sistema collaudato che è stato installato su più di 70 linee in tutto il mondo, comprese le linee Jubilee e Northern della metropolitana di Londra".
Come cambiare la segnaletica per una più intelligente
Il sistema SelTrac CBTC evidenzia come le tecnologie digitali aiutino gli operatori a fare un uso migliore delle reti esistenti. Nel caso delle linee della metropolitana di Londra, l'introduzione del segnalamento CBTC sarà determinante per aumentare la capacità di oltre il 30%. Una migliore segnaletica porta anche a tempi di viaggio migliori, meno ritardi e maggiore affidabilità. Il CBTC offre capacità e affidabilità aggiuntive in due modi principali. Innanzitutto, riduce l'intervallo tra i treni, quindi più treni possono circolare su qualsiasi sezione della linea. Ciò si ottiene grazie alla tecnologia “moving block”: ciascuno dei treni del sistema conosce la propria posizione e calcola continuamente la distanza di sicurezza appropriata tra il treno stesso e quello che precede. Questa flessibilità è ciò che fa la differenza tra il blocco mobile e il segnalamento convenzionale, in cui la separazione è governata da blocchi geografici fissi indipendentemente dal fatto che il treno viaggi a velocità superiore o inferiore.
Il secondo modo in cui il CBTC aumenta la capacità è attraverso il funzionamento automatico dei treni (ATO). L'accelerazione e la frenata sono controllate con precisione dal computer in base alle caratteristiche uniche di ogni sezione di pista.
"Abbiamo ottenuto le curve dei limiti massimi di velocità delle linee della metropolitana", afferma Hunter. "Poiché il treno è controllato da un computer anziché da una persona, è possibile riprodurre sempre lo stesso profilo di guida ottimale per il percorso".
Anche un migliore monitoraggio del traffico farà la differenza. Con l'attuale sistema di segnalamento la supervisione è distribuita su 13 sale di controllo. Quando il nuovo sistema sarà completamente operativo, la metropolitana di Londra avrà per la prima volta una visione dell'intero sistema di linee della metropolitana da un unico centro di controllo. È importante essere in grado di visualizzare e controllare tutto da un'unica posizione perché le quattro linee dipendono molto l'una dall'altra e i problemi che si verificano su una linea possono influenzare rapidamente le altre.
La consegna del programma pone alcune sfide uniche. Per cominciare, la vastità del progetto. Le quattro linee da risegnalare hanno circa 300 km di binari, e due delle linee (District e Metropolitan) vanno alla periferia di Londra e oltre. Sulla linea District, Upminster è la stazione più orientale della metropolitana di Londra, e Amersham, l'ultima stazione della linea Metropolitan, si trova a 40 km a nord-ovest della capitale e non è più Londra, ma Buckinhamshire.
L'età dell'infrastruttura si aggiunge alla sfida. Metropolitan è la linea della metropolitana più antica del mondo e i tunnel tra Paddington e Farringdon sono stati aperti al traffico nel 1863. Anche la segnaletica esistente è vecchia. Ad esempio, la stazione di Edgware Road continua a monitorare più di 900 traffico al giorno con una tabella di invecchiamento di leve meccaniche situata nella cabina di segnalazione della stazione, che ha 90 anni.
La complessità operativa della rete è di per sé una sfida. Sebbene ogni linea sia gestita separatamente, ci sono molti luoghi in cui le infrastrutture di binario e segnalamento sono comuni. Le aree più congestionate di questo incrocio sono nel centro di Londra. Due delle intersezioni della metropolitana più trafficate (Baker Street e Edgware Road) sono comuni per tre diverse linee ciascuna.
Rinnovo segnaletica 24 ore
Modernizzare la rete richiede conoscenze ed esperienze non solo tecnologiche, ma anche logistiche. La priorità è garantire che la nuova segnaletica sia installata in modo sicuro, senza intoppi e che causi il minor disturbo possibile ai viaggiatori.
"Stiamo migrando 14 sezioni al nuovo sistema", spiega Hunter. "Per semplificare la logistica stiamo iniziando nelle vicinanze del centro di controllo di Hammersmith."
Come con qualsiasi grande progetto infrastrutturale, devi destreggiarti per consegnare: "In passato ciò che facevamo era vicino nei fine settimana. Sebbene sia molto efficace, non è giusto o popolare tra gli utenti ", afferma. "Uno degli obiettivi di questo progetto è lavorare di più nelle ore di ingegneria (di notte) e fare a meno delle chiusure il più possibile".
Tempo è dell'essenza. Mentre Londra dorme, i team Thales hanno solo due ore a notte per installare e testare nuove apparecchiature prima di riportare tutto alla normalità, pronti per l'ora di punta mattutina.
Poiché la segnaletica è fondamentale per la sicurezza, le apparecchiature appena installate devono essere sottoposte a test approfonditi prima di poter essere messe in servizio.
"Abbiamo la possibilità di alternare il sistema di segnalazione esistente con il nostro sistema SelTrac CBTC", spiega Hunter. "Effettuiamo test approfonditi durante i turni notturni, permettendoci di avere fiducia nei treni e nella funzionalità del sistema prima di passare al nostro fine settimana di entrata in servizio".
Avere solo quattro ore su ventiquattro per lavorare sulla strada impone ovvie limitazioni. Per accelerare la consegna, Thales ha perfezionato una tecnica, chiamata monitoraggio delle prestazioni, che consente agli ingegneri di sfruttare al meglio le ore della giornata che normalmente andrebbero perse.
“Il monitoraggio delle prestazioni è che tutte le nostre nuove apparecchiature rimangono accese ma i treni non vengono monitorati. Ciò significa che è possibile ottenere tutti i record di dati di tutte le apparecchiature durante il giorno e identificare eventuali problemi che potrebbero causare un guasto che interessa il servizio ", spiega Hunter". “Il monitoraggio in modalità invisibile funziona 24 ore su 24 e significa che possiamo fidarci che i treni e le infrastrutture dei binari funzionino perfettamente. In caso contrario, abbiamo i registri per analizzarli”.
Thales è stata la prima ad applicare questo approccio al programma di rinnovamento della segnaletica della Northern Line, un progetto che è stato completato con successo nel 2012 sei mesi prima del previsto.
"Stiamo offrendo il rinnovo della segnaletica qui tutto il giorno", afferma Hunter. “Possiamo fare molti più test (durante il giorno e in background) senza interrompere il servizio ai viaggiatori. Anche se lo confrontiamo con la linea Nord, quello che stiamo facendo qui è rivoluzionario".
Anche la risoluzione dei problemi faccia a faccia con il cliente aiuta a garantire che tutto funzioni senza intoppi.
"La metropolitana di Londra e Thales stanno lavorando fianco a fianco in un ufficio comune per il progetto", afferma Hunter. “L'espressione che usiamo è 'una squadra' ed è estremamente efficace. Se voglio risolvere un problema con la mia controparte, possiamo incontrarci e risolverlo in dieci minuti che altrimenti sarebbero diventati giorni".
La progettazione ingegneristica del progetto è già a buon punto e l'inizio dei lavori sulla pista è previsto a breve. I principali benefici del programma saranno consegnati nel 2022, quando la frequenza nei periodi di maggiore richiesta sarà di 32 treni all'ora nel centro di Londra, il che significherà un aumento della capacità di trasporto della rete di 36.000 viaggi in più ogni 60 minuti .
Le tecnologie digitali trasformano il settore ferroviario
Come la metropolitana di Londra, le ferrovie del Regno Unito sono rimaste a lungo in ritardo rispetto ad altri settori in termini di tecnologia, ma ora stanno recuperando terreno. Iniziative come il programma Digital Railway del Regno Unito e il programma Shift2Rail sostenuto dall'UE indicano che gli operatori e i fornitori ferroviari europei sono ora determinati a portare il settore nell'era digitale.
"Shift2Rail rappresenta un investimento dell'UE e dell'industria di quasi 1 miliardo di euro per la ricerca e l'innovazione", afferma Ben Pritchard, direttore tecnico della tecnologia e dell'innovazione di Thales. "Thales è stato uno dei fondatori e gestisce uno dei cinque programmi di innovazione".
Thales si concentra sulla connettività tra i sistemi digitali: “Ciò include la pianificazione dell'itinerario, le informazioni sui viaggiatori, l'emissione dei biglietti di viaggio e il viaggio porta a porta senza soluzione di continuità. Svolgiamo anche un ruolo chiave nelle attività trasversali che collegano aree come infrastrutture, materiale rotabile e merci ", afferma Pritchard.
La soluzione è… integrare tutto
La sfida è introdurre una tecnologia avanzata in un ambiente che tradizionalmente non esisteva: "Se chiedi alle persone di descrivere un centro di controllo del traffico aereo, la maggior parte di loro penserà alle persone sedute davanti ai computer che lavorano sodo", afferma Pritchard. "Con i treni è diverso, l'ultima cosa che immagini è l'alta tecnologia".
La connettività tra i sistemi è importante perché la digitalizzazione è molto più di sistemi autonomi. Alcuni dei più grandi successi sono arrivati da nuove, e talvolta inaspettate, connessioni tra sistemi diversi. I sistemi di consulenza alla guida ne sono un buon esempio. Queste unità cockpit basate su GPS, simili ai navigatori per auto, aiutano i conducenti a risparmiare tempo e energia. Tuttavia, i sistemi attuali utilizzano pianificazioni statiche, quindi sono inutili in caso di interruzioni.
"Nel Regno Unito, il progetto GEO-DAS, finanziato da Future Railway e guidato da FirstGroup, fornirà ai conducenti sulla rotta Bristol-Cardiff aggiornamenti in tempo reale sull'attuale piano da parte dei gestori del traffico", spiega Pritchard. La soluzione funziona in entrambe le direzioni: oltre ad ascoltare il sistema centrale in tempo reale, i treni possono segnalare la loro posizione esatta.
Uno degli elementi chiave è ARAMIS Traffic Management System (TMS) di Thales, attualmente in fase di installazione presso i nuovi centri operativi ferroviari di Network Rail a Cardiff e Romford. Il progetto GEO-DAS evidenzia come le informazioni centralizzate nei sistemi critici possono essere riutilizzate con vantaggi aggiuntivi.
Anche le tecnologie digitali, tra cui l'analisi dei dati e le comunicazioni da macchina a macchina, stanno contribuendo a trasformare le operazioni della metropolitana di Londra. Thales sta lavorando a un progetto di ricerca People-Centred Intelligent Predict & Prevent (PCIPP) per fornire un avviso tempestivo di problemi su risorse come binari, treni e stazioni.
"Possiamo già monitorare risorse come i motori degli interruttori, ma cosa accadrebbe se potessi combinare questo con i dati dei treni che hanno superato quegli interruttori?" Chiede Pritchard. "L'approccio del PCIPP consiste nell'utilizzare le informazioni contestuali per comprendere cosa sta accadendo e trarne vantaggio per generare modelli predittivi che consentano di rilevare i guasti prima che si verifichino e raccomandare interventi per evitare che si verifichino durante il servizio".
Si prevede che questo tipo di innovazioni trasformerà le operazioni ferroviarie nei prossimi anni e porterà miglioramenti significativi in termini di sicurezza, capacità e affidabilità.
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