система и способ для оптимизации параметров множества железнодорожных транспортных средств, действующих в железнодорожных сетях с множеством пересечений

Формула изобретения

1. Способ связывания в железнодорожной сети, имеющей множество поездов, действующих в ней, по меньшей мере, одного из параметров поезда, экономии топлива, сокращения выбросов и нагрузки с информацией сети, позволяющий вносить коррективы в эффективность сети с течением времени в то время, как поезд выполняет рейс, при котором

делят рейс первого поезда в железнодорожной сети на множество участков,

определяют множество текущих рабочих параметров для планирования поездки для первого поезда на основании задачи рейса, причем рабочие параметры включают в себя, по меньшей мере, один из параметров топлива и параметров скорости,

вычисляют рабочие параметры для первого поезда на основании рабочих параметров других поездов в железнодорожной сети для определения оптимизированных рабочих параметров для первого поезда на определенном участке рейса,

сравнивают оптимизированные рабочие параметры с текущими рабочими параметрами, и

изменяют текущие рабочие параметры первого поезда в соответствии с оптимизированными рабочими параметрами для текущего участка пути и/или следующего участка пути.

2. Способ по п.1, при котором дополнительно сравнивают, по меньшей мере, одну из зависимости выбросов от скорости, зависимости экономии топлива от скорости и соотношения между выбросами, скоростью и экономией топлива.

3. Способ по п.2, при котором изменение осуществляют на основании результата, определенного на этапе сравнения, по меньшей мере, одной из зависимости выбросов от скорости, зависимости экономии топлива от скорости и соотношения между выбросами, скоростью и экономией топлива.

4. Способ по п.1, при котором текущие рабочие параметры являются оптимизированными рабочими параметрами, определенными на поезде.

5. Способ по п.1, при котором дополнительно изменяют текущие рабочие параметры для первого поезда во избежание конфликтов с другими поездами, использующими железнодорожную сеть.

6. Способ по п.5, при котором изменение текущих рабочих параметров осуществляют оптимизатором движения на первом поезде.

7. Способ по п.5, при котором изменение текущих рабочих параметров осуществляют на основании приоритета времени прибытия первого поезда по сравнению с другими поездами в железнодорожной сети.

8. Система для связывания в железнодорожной сети, имеющей множество поездов, действующих в ней, параметров поезда, экономии топлива и нагрузки с информацией сети, позволяющая вносить коррективы в эффективность сети с течением времени, пока поезд выполняет рейс, содержащая

сетевой оптимизатор, выполненный с возможностью определения оптимальных рабочих состояний для множества поездов в железнодорожной сети на участках рейса каждого поезда,

систему беспроводной связи, выполненную с возможностью обеспечения связи между сетевым оптимизатором и поездом, и

систему сбора данных, выполненную с возможностью передачи на сетевой оптимизатор, по меньшей мере, одного рабочего состояния поезда.

9. Система по п.8, дополнительно содержащая передаточную функцию, находящуюся в, по меньшей мере, одном из сетевого оптимизатора и другого процессора, для сравнения, по меньшей мере, одной из зависимости выбросов от скорости, зависимости экономии топлива от скорости и соотношения между выбросами, скоростью и экономией топлива.

10. Система по п.8, в которой система сбора данных содержит бортовой оптимизатор, который определяет, по меньшей мере, одно оптимальное рабочее состояние поезда.

11. Система по п.10, в которой сетевой оптимизатор изменяет, по меньшей мере, одно оптимальное рабочее состояние, определенное бортовым оптимизатором для поезда в соответствии с оптимальным рабочим состоянием, определенным сетевым оптимизатором.

12. Система по п.10, в которой бортовой оптимизатор игнорирует, по меньшей мере, одно рабочее состояние, определенное сетевым оптимизатором, когда рабочее состояние сетевого оптимизатора превышает фактический рабочий параметр поезда.

13. Способ связывания рабочих параметров поезда, экономии топлива и нагрузки с информацией сети, позволяющий вносить коррективы в эффективность сети с течением времени, при котором

делят рейс первого поезда на множество участков с общими точками пересечения,

определяют множество текущих рабочих параметров для планирования поездки для первого поезда на основании задачи рейса, причем рабочие параметры включают в себя, по меньшей мере, один из параметров топлива и параметров скорости,

вычисляют, по меньшей мере, один рабочий параметр для первого поезда на основании других поездов в железнодорожной сети для определения, по меньшей мере, одного оптимизированного параметра для первого поезда на определенном участке рейса,

сравнивают, по меньшей мере, один оптимизированный параметр с, по меньшей мере, одним текущим рабочим параметром, и

изменяют, по меньшей мере, один текущий рабочий параметр первого поезда в соответствии с, по меньшей мере, одним оптимизированным параметром для текущего участка пути и/или следующего участка пути.

14. Способ по п.13, при котором дополнительно сравнивают, по меньшей мере, одну из зависимости выбросов от скорости, зависимости экономии топлива от скорости и соотношения между выбросами, скоростью и экономией топлива.

15. Способ по п.13, при котором, по меньшей мере, один текущий рабочий параметр является, по меньшей мере, одним оптимизированным параметром, определенным на поезде.

16. Способ по п.13, при котором дополнительно изменяют, по меньшей мере, один текущий рабочий параметр во избежание конфликтов с другими поездами.

17. Способ оптимизации работы поезда в железнодорожной сети с использованием оптимизатора сети и бортового оптимизатора движения, при котором

обеспечивают для поезда первоначальный набор параметров поезда от оптимизатора сети, который оценивает работу поезда при определении плана рейса,

движут поезд на протяжении рейса,

сообщают рабочие состояния поезда оптимизатору сети по мере того, как поезд выполняет рейс,

сравнивают на поезде рабочие состояния поезда в реальном времени с параметрами поезда, обеспечиваемыми сетевым оптимизатором, и

если, по меньшей мере, один из параметров поезда, установленных оптимизатором сети, превышает ограничения, реализованные на поезде, игнорируют, по меньшей мере, один параметр поезда, обеспеченный сетевым оптимизатором.

18. Способ по п.17, при котором дополнительно сравнивают, по меньшей мере, одну из зависимости выбросов от скорости, зависимости экономии топлива от скорости и соотношения между выбросами, скоростью и экономией топлива.

19. Способ по п.18, при котором сравнение осуществляют не на поезде и/или на поезде.

20. Способ по п.17, при котором при обеспечении для поезда первоначального набора параметров поезда определяют, по меньшей мере, одно из первоначального времени прибытия, ограничений по выбросам и регулировки скорости.

21. Способ по п.17, при котором дополнительно изменяют, по меньшей мере, один текущий рабочий параметр во избежание конфликта с другим поездом в железнодорожной сети.

22. Способ по п.21, при котором изменение, по меньшей мере, одного текущего рабочего параметра осуществляют оптимизатором движения на поезде.

23. Способ по п.17, при котором дополнительно направляют поезд на определенный путь для оптимизированных требований к рейсу совокупности поездов.

24. Способ оптимизации работы железнодорожных транспортных средств в железнодорожной сети, имеющей совокупность путей, некоторые из которых пересекаются с другими путями в сети, при котором

определяют задачу рейса для каждого железнодорожного транспортного средства в начале каждого соответствующего рейса,

определяют оптимизированный план поездки для каждого железнодорожного транспортного средства на основании задачи рейса, и

корректируют каждый соответствующий план поездки в ходе движения каждого железнодорожного транспортного средства по его рейсу на основании, по меньшей мере, одного из соответствующих рабочих параметров железнодорожного транспортного средства и других железнодорожных транспортных средств вблизи железнодорожного транспортного средства.

25. Способ по п.24, при котором дополнительно сравнивают, по меньшей мере, одну из зависимости выбросов от скорости, зависимости экономии топлива от скорости и соотношения между выбросами, скоростью и экономией топлива.

26. Способ по п.25, при котором коррекцию осуществляют на основании результата, определенного на этапе сравнения.

27. Способ по п.24, при котором, по меньшей мере, один рабочий параметр содержит, по меньшей мере, один из параметров топлива, параметров выбросов и параметров скорости.

28. Способ по п.24, при котором текущие рабочие параметры являются оптимизированными параметрами, определяемыми железнодорожным транспортным средством и/или центральным сетевым оптимизатором.

29. Способ по п.24, при котором первое соответствующее железнодорожное транспортное средство направляют на боковой путь для встречи и обхода на основании приоритета рейса второго соответствующего железнодорожного транспортного средства.

30. Способ по п.24, при котором дополнительно изменяют текущие рабочие параметры соответствующего железнодорожного транспортного средства во избежание конфликта с другим железнодорожным транспортным средством в железнодорожной сети.

31. Способ по п.30, при котором изменение соответствующих текущих рабочих параметров для конкретного железнодорожного транспортного средства осуществляют оптимизатором движения на соответствующем железнодорожном транспортном средстве.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Область применения изобретения относится к работе железнодорожных транспортных средств, например поездов, и, в частности, к оптимизации параметров, например рабочих параметров поезда, экономии топлива, сокращения выбросов и времени прибытия, множества поездов, действующих в железнодорожной сети с пересечениями.

Уровень техники

Локомотив является сложной системой с многочисленными подсистемами, причем каждая подсистема взаимосвязана с другими подсистемами. Машинист находится на локомотиве, чтобы обеспечивать правильную работу локомотива и связанной с ним нагрузкой грузовых вагонов. Помимо обеспечения правильной работы локомотива, машинист также отвечает за определение рабочих скоростей поезда и за ограничение сил приемлемыми значениями в поезде, часть которого составляют локомотивы. Для осуществления этой функции машинист, в общем случае, должен иметь большой опыт вождения локомотива по указанной местности с различными вагонными сцепками. Эта информация должна согласоваться с прогнозируемыми рабочими скоростями, которые могут изменяться с изменением положения поезда вдоль пути. Кроме того, машинист также отвечает за то, чтобы внутрипоездные силы оставались в допустимых пределах.

На основании конкретного рейса поезда обычно обеспечивают совокупность локомотивов для приведения в движение поезда, в зависимости от доступной мощности и истории поездок. Это приводит к большому разнообразию в доступной мощности локомотива для отдельного поезда. Кроме того, для особо важных поездов, например Z-поездов, обычно обеспечивается резервная мощность, обычно в виде резервных локомотивов, на случай отказа оборудования и для обеспечения того, что поезд придет в пункт назначения вовремя.

Управляя поездом, машинист поезда обычно устанавливает одну и ту же позицию регулятора на основании предыдущих рейсов аналогичного поезда по тому же пути, что, в свою очередь, приводит к большой изменчивости в расходе топлива, поскольку поезда не полностью идентичны. Таким образом, обычно машинист не может управлять локомотивами таким образом, чтобы расход топлива был минимальным в каждой поездке. Это нелегкая задача, поскольку, например, размер и нагрузка поезда изменяются, а локомотивы и их характеристики расхода топлива/выбросов отличаются.

Обычно, после того, как поезд сформирован и покидает сортировочную станцию или депо, динамика поезда, например зависимость экономии топлива от скорости, максимальное ускорение и состояние пути, а также возможности пути, в общем случае, известны поезду и бригаде. Однако поезд действует в сети железнодорожных путей, где множество поездов движется одновременно, и где пути в сети железнодорожных путей пересекаются и/или поезда должны следовать встречным/обходным путем по маршруту. Информация сети, например время прибытия, планирование новых поездов и бригад, а также общая работоспособность сети известна на центральном пункте, или в нескольких местах, например в диспетчерском центре, но не на поезде. Желательно объединить информацию о поездах местного сообщения с информацией глобальной сети для определения оптимизированной работы системы для каждого поезда в железнодорожной сети. С этой целью, в железнодорожной сети, машинисты будут пользоваться оптимизированной экономией топлива и/или сокращением выбросов и временем прибытия для всей сети множества пересекающихся путей и поездов.

Краткое описание изобретения

Иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения раскрывает систему, способ и компьютерный программный код для оптимизации параметров, в порядке примера, но не ограничения, экономии топлива, сокращения выбросов и времени прибытия множества поездов, действующих в железнодорожной сети с перекрытиями. С этой целью раскрыт способ связывания, в железнодорожной сети, по меньшей мере, одного из параметров поезда, экономии топлива, сокращения выбросов и нагрузки с информацией сети, позволяющий вносить коррективы в эффективность сети с течением времени, в то время как поезд выполняет рейс. Способ включает в себя этапы, на которых делят рейс поезда на множество участков с общими точками пересечения. На другом этапе вычисляют рабочие параметры поезда на основании других поездов в железнодорожной сети для определения оптимизированных параметров на определенном участке. Оптимизированные параметры сравнивают с текущими рабочими параметрами. Еще на одном этапе изменяют текущие рабочие параметры поезда в соответствии с оптимизированными рабочими параметрами для, по меньшей мере, одного из текущего участка пути и следующего участка пути.

Согласно другому иллюстративному варианту осуществления создана система для связывания параметров поезда, экономии топлива и нагрузки с информацией сети, позволяющая вносить коррективы в эффективность сети с течением времени. Система включает в себя сетевой оптимизатор, который определяет оптимальные рабочие состояния для совокупности поездов в железнодорожной сети на участках рейса каждого поезда. Дополнительно раскрыта система беспроводной связи для обеспечения связи между сетевым оптимизатором и поездом. Также раскрыта система сбора данных, которая выдает на сетевой оптимизатор рабочие состояния поезда.

Согласно другому варианту осуществления предложен компьютерный программный код для связывания рабочих параметров поезда, экономии топлива и нагрузки с информацией сети, позволяющий вносить коррективы в эффективность сети с течением времени. Компьютерный программный код включает в себя компьютерный программный модуль для деления рейса поезда на множество участков с общими точками пересечения. Также имеется компьютерный программный модуль для вычисления рабочих параметров поезда на основании других поездов в железнодорожной сети для определения оптимизированных параметров на определенном участке. Дополнительно имеется компьютерный программный модуль для сравнения оптимизированных параметров с текущими рабочими параметрами. Также используется компьютерный программный модуль для изменения текущих рабочих параметров поезда в соответствии с оптимизированными рабочими параметрами для текущего участка и/или следующего участка.

Согласно другому иллюстративному варианту осуществления предложен способ оптимизации работы поезда с использованием сетевого оптимизатора и бортового оптимизатора движения. Способ включает в себя этап, на котором обеспечивают для поезда первоначальный набор параметров поезда от сетевого оптимизатора, этап, на котором движут поезд на протяжении рейса, и этап, на котором сообщают рабочие состояния поезда сетевому оптимизатору по мере того, как поезд выполняет рейс. Также предусмотрен этап, на котором, сравнивают на поезде рабочие состояния поезда в реальном времени с параметрами поезда, обеспечиваемыми сетевым оптимизатором. Если параметры поезда, установленные сетевым оптимизатором, превышают ограничения, реализованные на поезде, на другом этапе игнорируют параметры поезда, обеспеченные сетевым оптимизатором.

В железнодорожной сети, кроме того, предложен способ оптимизации работы железнодорожных транспортных средств в железнодорожной сети, имеющей совокупность путей, некоторые из которых пересекаются с другими путями в сети. Способ включает в себя этап, на котором определяют задачу рейса для каждого железнодорожного транспортного средства в начале каждого соответствующего рейса. Предусмотрен другой этап, на котором определяют оптимизированный план поездки для каждого железнодорожного транспортного средства на основании задачи рейса. Каждый соответствующий план поездки регулируют в ходе движения на основании, по меньшей мере, одного из соответствующих рабочих параметров железнодорожного транспортного средства и других железнодорожных транспортных средств вблизи другого железнодорожного транспортного средства.

Краткое описание чертежей

Более конкретное описание вариантов осуществления настоящего изобретения приведено посредством ссылки на конкретные варианты его осуществления, которые показаны на прилагаемых чертежах. С учетом того, что эти чертежи иллюстрируют лишь типичные варианты осуществления настоящего изобретения и, поэтому, не призваны ограничивать его объем, изобретение будет описано и объяснено с дополнительной конкретизацией и детализацией с использованием прилагаемых чертежей, на которых:

фиг.1 - иллюстративная логическая блок-схема одного варианта осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 - упрощенная модель поезда, которую можно применять;

фиг.3 - иллюстративный вариант осуществления элементов настоящего изобретения;

фиг.4 - иллюстративный вариант осуществления кривой расхода топлива/времени движения;

фиг.5 - иллюстративный вариант осуществления разбиения на участки для планирования поездки;

фиг.6 - иллюстративный вариант осуществления примера разбиения;

фиг.7 - иллюстративная логическая блок-схема одного варианта осуществления настоящего изобретения;

фиг.8 - иллюстрация динамического дисплея для использования машинистом;

фиг.9 - другая иллюстрация динамического дисплея для использования машинистом;

фиг.10 - еще одна иллюстрация динамического дисплея для использования машинистом;

фиг.11 - иллюстративный вариант осуществления сети железнодорожных путей;

фиг.12 - другой иллюстративный вариант осуществления сети железнодорожных путей;

фиг.13 - иллюстративная логическая блок-схема способа связывания определенных параметров с информацией сети;

фиг.14 - иллюстративная логическая блок-схема способа связывания определенных параметров с информацией сети;

фиг.15 - блок-схема иллюстративных элементов, которые могут входить в состав системы для оптимизации работы поезда в сети железнодорожных путей; и

фиг.16 - логическая блок-схема способа оптимизации работы совокупности железнодорожных транспортных средств в железнодорожной сети.

Подробное описание настоящего изобретения

Перейдем к более подробному рассмотрению вариантов осуществления изобретения, согласно аспектам настоящего изобретения, примеры которых показаны на прилагаемых чертежах. По возможности, одинаковые ссылочные позиции на разных чертежах используются для обозначения одинаковых или сходных деталей.

Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения решают проблемы, присущие уровню техники, за счет создания системы, способа и компьютерно-реализуемого способа, например компьютерного программного кода, для повышения общей экономии топлива поезда за счет оптимизации снабжения поезда мощностью. Настоящее изобретение также применимо к локомотивной сцепке, работающей в режиме распределенной подачи мощности. Специалистам в данной области техники очевидно, что устройство, например система обработки данных, включающее в себя ЦП, память, устройство ввода/вывода, средство хранения программ, шину обмена данными и другие необходимые компоненты, можно запрограммировать или иначе приспособить для реализации способа согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Такая система включает в себя соответствующее программное средство для выполнения способов согласно этим вариантам осуществления.

Кроме того, изделие производства, например записанный диск или другой аналогичный компьютерный программный продукт, для использования с системой обработки данных, включает в себя носитель данных и записанную на нем программу, предписывающую системе обработки данных выполнять способы настоящего изобретения. Такие устройство и изделия производства также отвечают сущности и объему настоящего изобретения.

В широком смысле, задачей настоящего изобретения является повышение экономии топлива и/или сокращение выбросов поезда, работающего на пути с множеством участков, который является частью железнодорожной сети с пересечениями. Для облегчения понимания настоящего изобретения они описаны ниже со ссылкой на конкретные варианты реализации. Изобретение описано в общем контексте компьютерно-выполняемых инструкций, например программных модулей, выполняемых компьютером. В общем случае программные модули включают в себя процедуры, программы, объекты, компоненты, структуры данных и т.д., которые выполняют конкретные задачи или реализуют те или иные абстрактные типы данных. Например, программное обеспечение, лежащее в основе иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения, может быть написано на разных языках, для использования с разными платформами обработки данных. В нижеследующем описании примеры настоящего изобретения описаны применительно к веб-порталу, который использует веб-браузер. Однако очевидно, что принципы, лежащие в основе иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения, можно реализовать посредством других типов компьютерного программного обеспечения.

Кроме того, специалистам в данной области техники очевидно, что варианты осуществления изобретения можно осуществлять на практике с другими конфигурациями компьютерной системы, включающими в себя карманные устройства, многопроцессорные системы, бытовую электронику на базе микропроцессора или с возможностью программирования, миникомпьютеры, универсальные компьютеры и т.п. Варианты осуществления также можно осуществлять на практике в распределенной вычислительной среде, где задания выполняются удаленными устройствами обработки, которые связаны друг с другом сетью связи. В распределенной вычислительной среде программные модули могут размещаться как на локальных, так и на удаленных компьютерных носителях, включающих в себя запоминающие устройства. Эти локальные и удаленные вычислительные среды могут содержаться целиком в локомотиве или в соседних локомотивах сцепки, или вне поезда, в придорожных или центральных службах, причем предусмотрена беспроводная связь между вычислительными средами.

В этом документе используется термин локомотивная сцепка. Термин локомотивная сцепка означает один или несколько локомотивов подряд, соединенных друг с другом для обеспечения движущей и/или тормозящей способности. Локомотивы соединены друг с другом так, что между локомотивами нет вагонов поезда. Поезд может содержать одну или несколько локомотивных сцепок. В частности, может иметь место головная сцепка и одна или несколько удаленных сцепок, например первая удаленная сцепка посередине последовательности вагонов и другая удаленная сцепка в хвосте поезда. Каждая локомотивная сцепка может иметь первый или головной локомотив и один или несколько хвостовых локомотивов. Следует понимать, что головная сцепка может располагаться в любом месте поезда. В частности, несмотря на то, что первый локомотив обычно рассматривается как головной локомотив, специалистам в данной области техники очевидно, что первый локомотив в многолокомотивной сцепке может физически располагаться в физически хвостовом положении. Хотя локомотивная сцепка обычно рассматривается как последовательные локомотивы, специалистам в данной области техники очевидно, что группу локомотивов также можно считать сцепкой даже при наличии, по меньшей мере, одного вагона, разделяющего локомотивы, например, когда локомотивная сцепка предназначена для работы в режиме распределенной подачи мощности, в котором команды ускорения и торможения передаются от головного локомотива на удаленные локомотивы по каналу радиосвязи или физическому кабелю. По этой причине термин локомотивная сцепка не следует считать ограничивающим фактором при рассмотрении множества локомотивов в одном и том же поезде.

Перейдем к описанию вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Варианты осуществления изобретения можно реализовать по-разному, в том числе в виде системы (включающей в себя компьютерную систему обработки), способа (включающего в себя компьютеризированный способ), устройства, компьютерно-считываемого носителя, компьютерного программного продукта, графического интерфейса пользователя, включающего в себя веб-портал или структуру данных, физически воплощенного в компьютерно-считываемой памяти. Ниже рассмотрено несколько вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг.1 представлена иллюстративная логическая блок-схема настоящего изобретения. Показано, что команды поступают в соответствии с планированием поездки либо на борту, либо из удаленного положения, например диспетчерского центра 10. Такая входная информация включает в себя, но без ограничения, положение поезда, состав сцепки (например, модели локомотивов), характеристику тяговой мощности локомотива для передачи тяги локомотива, расход топлива как функция выходной мощности, характеристики охлаждения, назначенный маршрут поездки (эффективный уклон пути и кривизна как функция железнодорожного знака или компонент "эффективного уклона", отражающий кривизну, согласно стандартным железнодорожным принципам), состав и нагрузку вагонов (включая эффективные коэффициенты сопротивления), нужные параметры движения, включающие в себя, но без ограничения, начальные время и положение, конечное положение, время движения, идентификацию бригады (пользователя и/или машиниста), время истечения рабочей смены и маршрут поездки.

Эти данные могут поступать на локомотив 42 согласно различным методам и процессам, в порядке примера, но не ограничения, посредством ручного ввода машиниста в локомотив 42 через бортовой дисплей, обращения к устройству хранения данных, например ПЗУ, жесткому диску и/или флэш-карте или передачи информации по беспроводному каналу связи из центрального или придорожного положения 41, например, путевого сигнального устройства и/или придорожного устройства, на локомотив 42. Характеристики нагрузки локомотива 42 и поезда 31 (например, сопротивление) также могут изменяться на протяжении маршрута (например, в зависимости от высоты, температуры воздуха и состояния рельсов и вагонов), что приводит к обновлению плана, отражающему такие изменения согласно любым рассмотренным выше способам. Обновленные данные, которые влияют на процесс оптимизации движения, могут поступать согласно любым описанным выше способам и методам и/или посредством автономного сбора данных состояния локомотива/поезда в реальном времени. Такие обновления включают в себя, например, изменения характеристик локомотива или поезда, зарегистрированные оборудованием мониторинга на локомотиве 42 или вне его.

Путевая сигнальная система определяет допустимую скорость поезда. Существует много типов путевых сигнальных систем и правил эксплуатации, связанных с каждым из сигналов. Например, некоторые сигналы имеют единичный свет (включаемый/отключаемый), некоторые сигналы имеют единичную линзу с множественными цветами, и некоторые сигналы имеют множественные световые сигналы и цвета. Эти сигналы могут указывать, что путь свободен, и что поезд может следовать на максимальной допустимой скорости. Они также могут указывать необходимость снижения скорости или остановки. Это снижение скорости может быть необходимо осуществлять незамедлительно или в определенном положении (например, до следующего сигнала или пересечения).

Состояние сигнала передается на поезд и/или машинисту различными средствами. Некоторые системы имеют схемы на пути и воспринимающие катушки индуктивности на локомотивах. Другие системы имеют беспроводные системы связи. Сигнальные системы также могут требовать, чтобы машинист визуально наблюдал сигнал и предпринимал соответствующие действия.

Сигнальная система может взаимодействовать с бортовой сигнальной системой и регулировать скорость локомотива согласно вводам и соответствующим правилам эксплуатации. Для сигнальных систем, требующих, чтобы машинист визуально наблюдал состояние сигнала, на экране машиниста представлены соответствующие варианты сигнала, которые машинист должен вводить на основании положения поезда. Тип сигнальных систем и правил эксплуатации, как функция положения, может храниться в бортовой базе 63 данных.

На основании данных спецификации, вводимых в иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения, вычисляется оптимальный план, который минимизирует расход топлива и/или генерацию выбросов с учетом предельной скорости вдоль маршрута и нужных начального и конечного времени для создания профиля 12 поездки. Профиль содержит регулировки оптимальной скорости и мощности (позиции регулятора), которым должен следовать поезд, выраженные как функция расстояния и/или времени от начала движения, эксплуатационные ограничения поезда, включающие в себя, но без ограничения, регулировки максимальной мощности в соответствии с позицией регулятора и торможения, предельные скорости как функция положения и предполагаемые расход топлива и генерацию выбросов. Согласно иллюстративному варианту осуществления значение позиции регулятора выбирается для получения решения на переключение регулятора примерно через каждые 10-30 секунд. Специалистам в данной области техники очевидно, что решения на переключение регулятора можно получать с более длинными или более короткими интервалами, если необходимо и/или желательно следовать оптимальному профилю скорости. В более широком смысле, специалистам в данной области техники очевидно, что профили обеспечивают регулировки мощности для поезда, на уровне поездов, на уровне сцепок и/или на уровне отдельных локомотивов. Используемое здесь понятие мощности содержит тормозную мощность, движущую мощность и мощность пневматических тормозов. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления вместо работы с традиционными дискретными позициями регулятора мощности настоящее изобретение определяет нужную регулировку мощности из непрерывного диапазона регулировок мощности, для оптимизации профиля скорости. Таким образом, например, если оптимальный профиль указывает позицию регулятора 6.8 вместо позиции регулятора 7, локомотив 42 работает на 6.8. Благодаря таким промежуточным регулировкам мощности можно обеспечить дополнительный выигрыш в эффективности, что описано ниже.

Процедура вычисления оптимального профиля может включать в себя разнообразные способы расчета последовательности подачи мощности, которая движет поезд 31, для минимизации расхода топлива и/или выбросов при условии эксплуатационных ограничений и ограничений, налагаемых расписанием, для локомотива, которые приведены ниже. В ряде случаев оптимальный профиль может быть, по существу, аналогичен ранее определенному профилю в силу схожести конфигураций поезда, маршрута и условий окружающей среды. В этих случаях может быть достаточно извлечь предварительно определенный режим управления из базы 63 данных и управлять поездом в соответствии с ним. В отсутствие предыдущего плана способы вычисления нового плана включают в себя, но без ограничения, прямое вычисление оптимального профиля с использованием моделей на основе дифференциальных уравнений, которые аппроксимируют физику движения поезда. Согласно этому процессу определяется количественная целевая функция, причем функция обычно содержит взвешенную сумму (интеграл) модельных переменных, которые соответствуют скорости расхода топлива и генерации выбросов плюс член, наказывающий за чрезмерное переключение регулятора.

Формула оптимального управления устанавливается для минимизации количественной целевой функции при условии ограничений, включающих в себя, но без ограничения, регулировки предельной скорости и минимальной и максимальной мощности (положения регулятора). В зависимости от задач планирования в любое время задача может ставиться гибко, чтобы минимизировать топливо при условии ограничений на выбросы и предельные скорости, или чтобы минимизировать выбросы, при условии ограничений на расход топлива и время прибытия. Можно также поставить целью, например, минимизировать суммарное время движения без ограничений на совокупные выбросы или расход топлива, когда такое смягчение ограничений разрешено или необходимо для рейса.

В этом документе представлены иллюстративные уравнения и целевые функции для минимизации расхода топлива локомотива. Эти уравнения и функции приведены исключительно в порядке примера, поскольку другие уравнения и целевые функции можно применять для оптимизации расхода топлива или для оптимизации других рабочих параметров локомотива/поезда.

Математически, задачу, подлежащую решению, можно поставить более точно. Основные физические процессы выражаются следующим образом:

где x - положение поезда, v - скорость поезда, t - время (в милях, милях в час и минутах или часах, соответственно) и u - входная команда позиции регулятора (мощности). Кроме того, D обозначает расстояние, которое необходимо преодолеть, T_f - нужное время прибытия на расстоянии D вдоль пути, T_e - тяговое усилие, развиваемое локомотивной сцепкой, G_a - гравитационное сопротивление, которое зависит от длины поезда, состава поезда и местности, в которой находится поезд, и R - чистое сопротивление, зависящее от скорости, комбинации локомотивной сцепки и поезда. Также можно задать начальную и конечную скорости, но, без потери общности, здесь они заданы равными нулю (поезд стоит в начале и конце поездки). Модель легко модифицировать, включая в нее другие динамические факторы, например задержку между переключением регулятора, u, изменением тягового или тормозящего усилия. С использованием этой модели устанавливается формула оптимального управления для минимизации количественной целевой функции при условии ограничений, включающих в себя, но без ограничения, предельные скорости и минимальную и максимальную регулировки мощности (положения регулятора). В зависимости от задачи планирования в любое время задача может быть задана гибко для минимизации расхода топлива при условии ограничений на выбросы и предельных скоростей, или для минимизации выбросов, при условии ограничений на расход топлива и время прибытия.

Также можно задать целью, например, минимизацию суммарного времени движения без ограничений на совокупные выбросы или расход топлива в случае, когда такое ослабление ограничений разрешено или необходимо для рейса. Все эти рабочие характеристики можно выразить как линейную комбинацию любых из следующих величин:

1. - Минимизация суммарного расхода топлива

2. - Минимизация времени движения

3. - Минимизация переключения регулятора (кусочно-постоянный ввод)

4. - Минимизация переключения регулятора (непрерывный ввод)

5. Замена топливного члена F в (1) членом, соответствующим выработке выбросов. Например, для выбросов - минимизация совокупных выбросов. В этом уравнении E - количество выбросов в граммах на лошадиную силу-час (г/л.с.-ч) для каждой позиции регулятора (или регулировки мощности). Кроме того, можно производить минимизацию взвешенной суммы топлива и выбросов.

Таким образом, широко используемая иллюстративная целевая функция имеет вид:

(OP)

Коэффициенты линейной комбинации зависят от важности (веса), присвоенной каждому члену. Заметим, что в уравнении (OP), u (t) - оптимизирующая переменная, т.е. непрерывная позиция регулятора. Если требуется дискретная позиция регулятора, например для более старых локомотивов, решение уравнения (OP) дискретизируется, что может приводить к снижению экономии топлива. Отыскание решения минимального времени ( ₁ задан равным нулю и ₂ задан равным нулю или относительно малой величиной) используется для нахождения нижней границы достижимого времени движения (T_f=T_fmin). В этом случае u (t) и T_f являются оптимизирующими переменными. Предпочтительный вариант осуществления предусматривает решение уравнения (OP) для различных значений T_f при T_f >T_fmin с ₃ заданным равным нулю. В этом последнем случае T_f рассматривается как ограничение.

Для тех, кто знаком с решениями таких задач оптимизации, могут потребоваться граничные условия, например, для предельной скорости вдоль пути:

или, если целью является достижение минимального времени, должно выполняться граничное условие, например полный расход топлива должен быть меньше объема топливного бака, например, в виде:

где W_F - топливо, оставшееся в баке на момент T_f. Специалистам в данной области техники очевидно, что уравнение (OP) можно представить в других формах, и что вышеприведенная версия является иллюстративным уравнением для использования согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Функция оптимизации может включать в себя экономию топлива или выбросы, или комбинацию экономии топлива и выбросов. Заметим, что, согласно раскрытому ниже, выбросы могут иметь разные типы и также могут взвешиваться.

Под выбросами в контексте настоящего изобретения в общем случае подразумевается совокупная генерация выбросов в виде выбросов оксидов азота (NO_x), углеводородных выбросов (HC), выбросов угарного газа (CO) и/или выбросов твердых частиц (PM). Требования к выбросам могут быть заданы в виде максимального значения выбросов NO_x, выбросов HC, выбросов CO и/или выбросов PM. Другие ограничения по выбросам могут включать в себя максимальное значение электромагнитного излучения, например предельный выход радиочастотной (RF) мощности, измеряемый в ваттах, на соответствующих частотах, излучаемых локомотивом. Еще одной формой выбросов является шум, производимый локомотивом, обычно измеряемый в децибелах (дБ). Требования к выбросам могут изменяться в зависимости от времени суток, времени года и/или атмосферных условий, например погоды или уровня загрязненности атмосферы. Известно, что требования к выбросам могут изменяться географически по железнодорожной системе. Например, рабочая область, например город или штат, может иметь указанные требования к выбросам, и соседняя рабочая область может иметь другие требования к выбросам, например меньшее количество допустимых выбросов или более высокую плату, взимаемую за данный уровень выбросов. Соответственно, профиль выбросов для определенной географической области можно регулировать так, чтобы он включал в себя максимальные значения выбросов для каждого вида выбросов, подчиняющегося законодательству, включенного в профиль, для удовлетворения заранее определенным требованиям к выбросам, установленным в этой области. Обычно, для локомотива, эти параметры выбросов определяются мощностью (позицией регулятора), условиями окружающей среды, способом управления двигателем и т.д.

Конструкция каждого локомотива должна соответствовать требованиям правительственных учреждений (в порядке примера, но не ограничения, Агентства по охране окружающей среды (EPA), Международного железнодорожного союза (UIC), и т.д.) и/или предписанным стандартам для выбросов, определяемых торможением, и, таким образом, при оптимизации выбросов согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, это будут совокупные выбросы рейса, на которые в настоящее время нет технических условий. Работа локомотива согласно оптимизированному плану поездки в любое время согласуется с федеральными мандатами EPA, UIC, и т.д. Если основной задачей в ходе поездки является сокращение выбросов, формула оптимального управления, уравнение (OP), видоизменяется с учетом этого требования к поездке. Принципиальная изменчивость процесса оптимизации состоит в том, что любые или все требования к поездке могут изменяться в зависимости от географической области или рейса. Например, для поезда с высоким приоритетом минимальное время может быть единственным требованием на одном маршруте в силу приоритета поезда. В другом примере выбросы могут изменяться от состояния к состоянию вдоль запланированного маршрута поезда.

Для решения результирующей задачи оптимизации, согласно иллюстративному варианту осуществления, настоящее изобретение предусматривает преобразование динамической задачи оптимизации управления во временном измерении в эквивалентную статическую задачу математического программирования с N искомыми переменными, где число 'N' зависит от частоты, с которой перемещают рычаги регулятора и тормоза, и от продолжительности поездки. Для типичных задач N может составлять тысячи. Согласно иллюстративному варианту осуществления поезд движется по 172-мильному участку пути на юго-западе США. С использованием настоящего изобретения можно реализовать иллюстративный 7,6% расход топлива по сравнению с поездкой, определенной и выполняемой согласно аспектам настоящего изобретения, в отличие от поездки, где положение регулятора/скорость определяет машинист согласно стандартной практике. Повышенная экономия реализуется благодаря оптимизации, достигаемой с использованием иллюстративного варианта осуществления настоящего изобретения, который позволяет вырабатывать стратегию управления, отличающуюся как более низкими потерями на сопротивление, так и малыми или отсутствующими потерями на торможение по сравнению с планом поездки машиниста.

Чтобы сделать вышеописанную оптимизацию вычислительно пригодной, можно применять упрощенную модель поезда, например, показанную на фиг.2 и представленную рассмотренными выше уравнениями. Принципиальное улучшение оптимального профиля достигается за счет вывода более подробной модели с генерацией оптимальной последовательностью подачи мощности, для проверки, нарушаются ли какие-либо тепловые, электрические и механические ограничения, что приводит к изменению профиля скорости в зависимости от расстояния, которому можно следовать, которого можно добиться без повреждения оборудования локомотива или поезда, т.е. удовлетворяя дополнительно налагаемым ограничениям, например тепловым или электрическим ограничениям на локомотив и внутрипоездные силы.

Согласно фиг.1, когда поездка начинается 12, команды подачи мощности генерируются 14 для начала исполнения плана. В зависимости от рабочих настроек иллюстративного варианта осуществления настоящего изобретения одна команда предписывает локомотиву выполнять оптимизированную команду подачи мощности 16 для достижения оптимальной скорости. Один вариант осуществления предусматривает получение информации фактической скорости и мощности от локомотивной сцепки поезда 18. В силу общих приближений в моделях, используемых для оптимизации, получается вычисление по замкнутому циклу корректировок оптимизированной мощности для следования нужной оптимальной скорости. Такие корректировки эксплуатационных ограничений поезда могут производиться автоматически или машинистом, который всегда имеет полный контроль над поездом.

В ряде случаев модель, используемая для оптимизации, может значительно отличаться от фактического поезда. Это может происходить по многим причинам, включая, но без ограничения, дополнительные погрузочно-разгрузочные операции, поломки локомотивов в пути, ошибки в первоначальной базе 63 данных и ошибки машиниста при вводе данных. По этим причинам система мониторинга использует данные поезда в реальном времени для оценивания параметров локомотива и/или поезда в реальном времени 20. Оцененные параметры сравниваются с предполагаемыми параметрами при первоначальном создании 22 поездки. На основании любых различий между предполагаемыми и оцененными значениями, поезду можно повторно планировать 24. Обычно поездка повторно планируется, если новый план позволяет обеспечить значительную экономию.

Другие причины, почему поездка может быть повторно запланирована, включают в себя директивы из удаленного положения, например, от диспетчера, и/или запрос машиниста на изменение требований в соответствии с глобальными задачами планирования движения. Такие глобальные задачи планирования движения могут включать в себя, но без ограничения, графики других поездов, время, необходимое на рассеяние выхлопных газов в туннеле, операции обслуживания и т.д. Еще одной причиной может быть отказ бортового компонента. Стратегии повторного планирования можно группировать в возрастающие и основные корректировки в зависимости от серьезности нарушения, что рассмотрено более подробно ниже. В общем случае «новый» план нужно выводить из вышеописанного решения задачи оптимизации уравнение (OP), но зачастую можно находить более быстрые приближенные решения, которые описаны здесь.

В ходе работы локомотив 42 непрерывно отслеживает эффективность системы и непрерывно обновляет план поездки на основании фактической измеренной эффективности всякий раз, когда такое обновление повышает характеристики поездки. Расчеты повторного планирования можно производить целиком на локомотиве или полностью или частично в удаленном положении, например в диспетчерской службе или придорожных устройствах обработки, где беспроводная технология позволяет передавать новый план на локомотив 42. Один вариант осуществления настоящего изобретения также предполагает генерацию тенденций эффективности для генерации данных локомотивного парка, касающихся функций переноса эффективности. Данные, относящиеся к парку, можно использовать при определении первоначального плана поездки, и можно использовать для компромиссной оптимизации в масштабе сети с учетом положений совокупности поездов. Например, компромиссная кривая время движения/расход топлива, показанная на фиг.4, отражает возможности поезда на конкретном маршруте в данное время, обновленные относительно средних по ансамблю, собранных из многочисленных аналогичных поездов на том же маршруте. Таким образом, центральная диспетчерская служба, собирающая кривые наподобие показанной на фиг.4 от многочисленных локомотивов, может использовать эту информацию для улучшения координации движения всех поездов для достижения преимущества в расходе топлива или пропускной способности в масштабе системы. Таким образом, специалистам в данной области техники очевидно, что данные в реальном времени используются вместо предварительно вычисленных функций, причем управление работой локомотива и локомотивной сцепки осуществляется на основании фактически имеющихся данных. Хотя используется расход топлива, специалистам в данной области техники очевидно, что аналогичный график можно использовать когда задача состоит в оптимизации выбросов, причем сравнение производится между выбросами и временем движения. Другие сравнения могут включать в себя, но без ограничения, зависимость выбросы от скорости и соотношение между выбросами, скоростью и экономией топлива.

Многие события в каждодневной работе могут приводить к необходимости создавать или изменять существующий план, где желательно сохранять одни и те же требования к поездке, на случай, когда поезд отклоняется от расписания для запланированной встречи или обхода с другим поездом, и для этого требуется выделять время. С использованием фактических скорости, мощности и положения локомотива запланированное время прибытия сравнивается с оцененным на данный момент (прогнозируемым) временем прибытия 25. На основании разницы во времени, а также различия в параметрах (регистрируемых или изменяемых диспетчером или машинистом) план корректируется 26. Эта корректировка может производиться автоматически на основании политики железнодорожной компании по обработке отступлений от плана или вручную, когда машинист поезда и диспетчер совместно ищут наилучший подход к возвращению к плану. Всякий раз, когда план обновляется, но при этом исходные требования, в порядке примера, но не ограничения, время прибытия, остается неизменным, дополнительные изменения одновременно можно учитывать, например новые будущие изменения предельной скорости, которые повлияют на возможность возвращения к исходному плану. В таких случаях, если исходный план поездки невозможно поддерживать, или, иными словами, поезд не способен отвечать требованиям исходного плана поездки, согласно приведенному здесь рассмотрению, машинисту, удаленной службе и/или диспетчеру можно представить другой план поездки.

Повторное планирование также можно производить, когда желательно изменить исходные требования. Такое повторное планирование можно осуществлять в определенные моменты времени для повторного планирования, вручную по решению машиниста или диспетчера, или автономно, в случае превышения заранее заданных пределов, например эксплуатационных ограничений поезда. Например, если выполнение текущего плана опаздывает свыше указанного порога, например тридцати минут, один вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает повторное планирование поездки для компенсации задержки ценой увеличения расхода топлива, как описано выше, либо для оповещения машиниста и диспетчера, в какой степени потерянное время можно наверстать, если вообще это возможно, (т.е. каково оставшееся минимальное время или максимальное количество топлива, которое можно сэкономить при временном ограничении). Другие условия для осуществления повторного планирования также можно предусмотреть на основании расхода топлива или работоспособности тяговой сцепки, включающей в себя, но без ограничения, время прибытия, потеря мощности вследствие отказа оборудования и/или временного сбоя в работе оборудования (например, чрезмерного повышения или понижения рабочей температуры), и/или обнаружения грубых ошибок в настройках, например в расчетной нагрузке поезда, оптимизации совокупных выбросов, производимой вдоль маршрута и планируемой до конечного пункта назначения. Таким образом, если изменение отражает ухудшение работы локомотива в текущей поездке, их можно вносить в модели и/или уравнения, используемые в процессе оптимизации.

Изменение требований к плану также может быть обусловлено необходимостью координировать события, когда план для одного поезда снижает способность другого поезда отвечать требованиям, и требуется принятие решения на другом уровне, например в диспетчерском центре. Например, координацию встреч и обходов можно дополнительно усовершенствовать за счет связи между поездами. Таким образом, например, если машинист знает, что он отстает от расписания в достижении положения встречи и/или обхода, передачи с другого поезда могут консультировать машиниста опаздывающего поезда (и/или диспетчера). Машинист может вводить информацию, относящуюся к ожидаемой задержке прибытия для повторного вычисления плана поездки поезда. Иллюстративный вариант осуществления также можно использовать на высоком уровне, или на уровне сети, чтобы диспетчер мог определить, какой поезд должен снизить или повысить скорость в случае, когда запланированное ограничение времени встречи и/или обхода не может быть выполнено. Согласно приведенному здесь рассмотрению это осуществляется за счет того, что поезда передают данные диспетчеру для принятия решения, как каждый поезд должен изменить свою задачу планирования. Выбор можно делать либо на основании расписания, либо экономии топлива, в зависимости от ситуации.

Для любого повторного планирования, инициируемого вручную или автоматически, иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения могут представлять машинисту более одного плана поездки. Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящее изобретение представляет машинисту разные профили, позволяя машинисту выбирать время прибытия, а также понимать соответствующее влияние топлива и/или выбросов. Такая информация также может предоставляться диспетчеру по аналогичным соображениям, либо в виде простого списка альтернатив, либо в виде совокупности компромиссных кривых, например, показанных на фиг.4.

Согласно одному варианту осуществления настоящее изобретение включает в себя способность обучаться и адаптироваться к основным изменениям в поезде и тяговой сцепке, которые могут включаться либо в текущий план и/или в будущее планы. Например, одним из рассмотренных выше инициирующих условий является потеря мощности. При нарастании мощности со временем, либо после потери мощности, либо в начале движения, используется логика переходов для определения, когда будет достигнута нужная мощность. Эта информация может сохраняться в базе 61 данных локомотива для использования при оптимизации либо будущих поездок, либо текущей поездки, если потеря мощности произойдет позже.

На фиг.3 показан иллюстративный вариант осуществления элементов настоящего изобретения. Локационный элемент 30 определяет положение поезда 31. Локационный элемент 30 содержит датчик или систему датчиков GPS, который определяет положение поезда 31. Примеры таких других систем могут включать в себя, но без ограничения, придорожные устройства, например метки радиочастотной автоматической идентификации оборудования (RF AEI), диспетчер, и/или определения на основе видеозаписи. Другая система может использовать тахометр (тахометры) на локомотиве и вычисления расстояния от опорной точки. Согласно вышеприведенному рассмотрению может быть обеспечена система беспроводной связи 47 для осуществления связи между поездами и/или с удаленным положением, например, диспетчером. Информация о положении поезда также может передаваться с других поездов по системе связи.

Элемент 33 описания пути обеспечивает информацию о пути, в основном информацию уклона, возвышения и кривизны. Элемент 33 описания пути может включать в себя бортовую базу 36 данных целостности пути. Датчики 38 измеряют тяговое усилие 40, развиваемое локомотивной сцепкой 42, положение рукоятки регулятора локомотивной сцепки 42, информацию конфигурации локомотивной сцепки 42, скорость локомотивной сцепки 42, конфигурацию отдельных локомотивов, возможности отдельных локомотивов и т.д. Согласно иллюстративному варианту осуществления информация конфигурации локомотивной сцепки 42 может загружаться без использования датчика 38, но вводится иными средствами, как рассмотрено выше. Кроме того, можно учитывать работоспособность локомотивов в сцепке. Например, если один локомотив в сцепке не способен развивать мощность выше 5 позиции регулятора, эта информация используется при оптимизации плана поездки.

Информацию от локационного элемента также можно использовать для определения надлежащего времени прибытия поезда 31. Например, если имеется поезд 31, движущийся вдоль пути 34 к пункту назначения, и позади него нет поездов, и поезд не имеет фиксированного предельного времени прибытия, локационный элемент, включающий в себя, но без ограничения, метки радиочастотной автоматической идентификации оборудования (RF AEI), диспетчер, и/или определения на основе видеозаписи, можно использовать для определения точного положения поезда 31. Кроме того, вводы из этих сигнальных систем можно использовать для корректировки скорости поезда. Используя бортовую базу данных целостности пути, рассмотренную ниже, и локационный элемент, например GPS, один вариант осуществления настоящего изобретения корректирует интерфейс машиниста, чтобы он отражал состояние сигнальной системы при данном положении локомотива. В случае, когда состояния сигнала указывают недопустимые скорости впереди, планировщик может выбрать замедление поезда для экономии расхода топлива. Аналогично, планировщик может выбирать замедление поезда для сокращения выбросов.

Информацию от локационного элемента 30 также можно использовать для изменения задач планирования как функции расстояния до пункта назначения. Например, вследствие неизбежных неопределенностей в отношении затора вдоль маршрута, "более быстрые" требования к времени на ранней части маршрута можно применять в качестве защиты от задержек, которые статистически происходят позже. Если в конкретной поездке таких задержек не происходит, требования к более поздней части маршрута можно изменить, чтобы использовать естественный зазор по времени, который накопился ранее и, таким образом, получить некоторую экономию топлива. Аналогичную стратегию можно применять в отношении требований к ограничению выбросов, например ограничениям выбросов, которые применяются при приближении к городской области.

В качестве примера защитной стратегии, если поездка запланирована из Нью-Йорка в Чикаго, система может предоставлять возможность вести поезд медленнее в начале поездки, в середине поездки или в конце поездки. Один вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает оптимизацию плана поездки, позволяющую снижать скорость в конце поездки, поскольку неизвестные ограничения, в порядке примера, но не ограничения, погодные условия, ремонт пути, и т.д., могут возникнуть и стать известными в ходе поездки. В другом случае, если известны области, где часто случаются заторы, план разрабатывается с возможностью увеличения гибкости управления вокруг таких областей. Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения также могут предусматривать взвешивание/неустойка как функцию времени/расстояния в будущем и/или на основании известного/прошлого опыта. Специалистам в данной области техники очевидно, что такое планирование и повторное планирование с учетом погодных условий, состояния пути, наличия других поездов на пути и т.д. можно рассматривать в любое время в ходе поездки, в котором план поездки соответственно корректируется.

На фиг.3 дополнительно показаны другие элементы, которые могут составлять часть вариантов осуществления настоящего изобретения. Процессор 44 принимает информацию от локационного элемента 30, элемента 33 описания пути и датчиков 38. Алгоритм 46 выполняется на процессоре 44. Алгоритм 46 вычисляет оптимизированный план поездки на основании параметров локомотива 42, поезда 31, пути 34 и требований к рейсу, как описано здесь. Согласно иллюстративному варианту осуществления план поездки устанавливается на основании моделей поведения поезда, когда поезд 31 движется вдоль пути 34 в виде решения нелинейных дифференциальных уравнений, выведенных из применяемой физики с упрощающими гипотезами, которые предусмотрены в алгоритме. Алгоритм 46 имеет доступ к информации из локационного элемента 30, элемента 33 описания пути и/или датчиков 38 для создания плана поездки, минимизирующего расход топлива локомотивной сцепки 42, минимизирующего выбросы локомотивной сцепки 42, устанавливающего нужное время поездки, и/или обеспечивающего правильное рабочее время бригады на локомотивной сцепке 42. Согласно иллюстративному варианту осуществления предусмотрен также драйвер или элемент 51 управления. Согласно приведенному здесь рассмотрению элемент 51 управления может управлять поездом в ходе выполнения плана поездки. Согласно иллюстративному варианту осуществления, рассмотренному далее, элемент 51 управления автономно принимает решения по управлению поездом. Согласно другому иллюстративному варианту осуществления машинист может предписывать поезду следовать плану поездки или отклоняться от него по своему усмотрению.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, план поездки можно модифицировать в реальном времени по мере выполнения плана. Это изменение включает в себя создание первоначального плана поездки на дальнее расстояние в виду сложности алгоритм оптимизации плана. Когда полная длина профиля поездки превышает данное расстояние, алгоритм 46 можно использовать для разбиения рейса путем деления рейса на промежуточные пункты. Хотя здесь рассматривается только один алгоритм 46, специалистам в данной области техники очевидно, что можно использовать более одного алгоритма, и что такие множественные алгоритмы можно совместно использовать для создания плана поездки. Промежуточные пункты маршрута могут включать в себя естественные положения, где поезд 31 останавливается, в порядке примера, но не ограничения, единичные ответвления магистрали для встречи со встречным движением или для пропускания поезда, идущего позади текущего поезда, сортировочные пути, вспомогательные пути, где вагоны нагружаются и разгружаются, и места запланированных профилактических работ. В таких промежуточных пунктах поезду 31 может потребоваться стоять в течение запланированного времени, останавливаться или двигаться со скоростью в указанном диапазоне. Продолжительность времени от прибытия до отправления в промежуточных пунктах называется временем простоя.

Согласно иллюстративному варианту осуществления более длинный маршрут разбивается на более мелкие участки согласно особой системе. Каждый участок может иметь ту или иную длину, но обычно выбирается в естественном положении, например, в положении остановки или значительного ограничения по скорости, или в положении ключевых промежуточных пунктов или путевых знаков, которые задают соединения с другими маршрутами. При таком выборе отрезков или участков маршрута, профиль управления создается для каждого участка пути как функция времени движения, которое рассматривается как независимая переменная, например, как показано на фиг.4. Компромисс расхода топлива/времени движения, связанный с каждым участком, можно вычислять до того, как поезд 31 достигнет этого участка пути. Таким образом, совокупный план поездки можно создавать из профилей управления, созданных для каждого участка. Один вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает оптимальное распределение времени движения по всем участкам маршрута, чтобы удовлетворять требованию суммарного времени поездки и минимизировать полный расход топлива на всех участках. Иллюстративный маршрут, состоящий из трех участков, раскрыт на фиг.6 и рассмотрен ниже. Однако специалистам в данной области техники очевидно, что, хотя здесь рассматриваются участки, план поездки может содержать единичный участок, представляющий весь маршрут.

На фиг.4 показан иллюстративный вариант осуществления кривой расхода топлива/времени движения. Как отмечено выше, такая кривая 50 создается при вычислении оптимального профиля поездки для различных времен движения для каждого участка. Таким образом, для данного времени движения 51, расход топлива 52 является результатом подробного профиля управления, вычисление которого описано выше. После назначения времени движения для каждого участка план мощности/скорости определяется для каждого участка из предварительно вычисленных решений. При наличии каких-либо ограничений по скорости в промежуточном пункте между участками, в порядке примера, но не ограничения, изменения предельной скорости, они согласовываются при создании оптимального профиля поездки. Если ограничения по скорости изменяются только на единичном участке, кривую 50 расхода топлива/времени движения нужно повторно вычислить только для участка изменения. Этот процесс сокращает время, необходимое для повторного вычисления большего количества частей, или участков, маршрута. Если локомотивная сцепка или поезд претерпевает значительные изменения вдоль маршрута, например, вследствие потери мощности локомотива или погрузки или разгрузки вагонов, то профили управления для всех последующих участков необходимо повторно вычислить для создания новых вариантов кривой 50. Эти новые кривые 50 затем используются совместно с новыми требованиями расписания для планирования оставшейся поездки.

После создания плана поездки, согласно вышеприведенному рассмотрению, график скорости и мощности в зависимости от расстояния позволяет поезду достигать пункта назначения с минимальным расходом топлива и/или объемом выбросов в зависимости от скорости, выбросами в зависимости от мощности и т.д., используется для достижения пункта назначения с минимальным расходом топлива и/или выбросами при необходимом времени поездки. Хотя выше указаны определенные сравнения, специалистам в данной области техники очевидно, что можно использовать другие сравнения этих параметров, а также других параметров. Сравнения предназначены для достижения оптимальной комбинированной производительности на основании комбинации любых из раскрытых параметров, выбранных машинистом или пользователем. Существует несколько методов для выполнения плана поездки. Как описано более подробно ниже, согласно иллюстративному варианту осуществления, в тренировочном режиме, информация отображается машинисту, которой машинист должен руководствоваться для достижения необходимой мощности и скорости, определенной согласно оптимальному плану поездки. В этом режиме, эксплуатационная информация представляет собой рекомендованные рабочие состояния, которые машинист должен использовать. Согласно другому иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, осуществляются действия по управлению для ускорения поезда или поддержания постоянной скорости. Однако когда поезд 31 должен замедляться, машинист отвечает за торможение путем управления тормозной системой 52. Согласно другому иллюстративному варианту осуществления обеспечиваются команды разгона и торможения, необходимые для того, чтобы следовать нужному графику скорости-расстояния. Хотя раскрыты параметры мощности и скорости, в тренировочном режиме можно использовать другие параметры, раскрытые выше.

Стратегии управления в режиме обратной связи используются для корректировки последовательности управления мощностью в профиле для учета событий, например, но без ограничения, изменений нагрузки поезда, обусловленных изменениями встречного ветра и попутного ветра. Другая подобная ошибка может быть обусловлена ошибкой в параметрах поезда, в порядке примера, но не ограничения, массы поезда и/или сопротивления, в сравнении с предположениями в оптимизированном плане поездки. Третий тип ошибки может иметь место вследствие некорректной информации в базе 36 данных целостности пути. Еще одна возможная ошибка может быть связана с немоделированными изменениями характеристик, связанных с двигателем локомотива, перегревом тягового двигателя и/или другими факторами. Стратегии управления в режиме обратной связи сравнивают фактическую скорость как функцию позиции со скоростью в нужном оптимальном профиле. На основании этого различия, добавляется коррекция оптимального профиля мощности для приближения фактической скорости к оптимальному профилю. Чтобы обеспечить устойчивую регулировку, можно предусмотреть алгоритм компенсации, который фильтрует скорости обратной связи в корректировки мощности для обеспечения стабильности управления по замкнутому циклу. Компенсация может включать в себя стандартную динамическую компенсацию, которую специалисты по проектированию систем управления используют для обеспечения нужных характеристик.

Согласно различным аспектам настоящее изобретение обеспечивает простейшие и поэтому самые быстрые методы адаптации к изменениям требований к поездке, которые являются скорее правилом, чем исключением в работе железной дороги. Согласно иллюстративному варианту осуществления для определения движения с оптимальным расходом топлива из точки A в точку B при наличии остановок вдоль пути и для обновления плана поездки для оставшейся части маршрута после начала поездки можно использовать почти оптимальный метод разложения для нахождения оптимального профиля поездки. Используя методы моделирования, способ вычисления позволяет находить план поездки с указанными временем движения и начальной и конечной скоростями, удовлетворяющий всем ограничениям скорости и возможностей локомотива при наличии остановок. Хотя нижеследующее рассмотрение относится к оптимизации расхода топлива, его также можно применять для оптимизации других факторов, в порядке примера, но не ограничения, выбросов, расписания, комфорта бригады и влияния нагрузки. Способ можно использовать в начале, при разработке плана поездки, и, что более важно, для адаптации к изменению требований после начала поездки. Кроме того, как раскрыто выше, согласование между двумя или более из этих факторов (или параметров) также можно использовать для оптимизации конкретного фактора (или параметра). Например, согласно другому варианту осуществления, зависимость времени движения от выбросов может лежать в основе выработки плана поездки.

Согласно приведенному здесь рассмотрению иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения могут использовать настройку, показанную в иллюстративной логической блок-схеме, показанной на фиг.5 и в качестве иллюстративного примера трех участков, подробно показанного на фиг.6. Показано, что маршрут можно разбить на два или более участков, T1, T2 и T3, хотя согласно приведенному здесь рассмотрению можно рассматривать маршрут как единичный участок. Согласно приведенному здесь рассмотрению границы участка могут не образовывать участки одинаковой длины. Вместо этого, участки используют естественные или зависящие от рейса границы. Оптимальные планы поездки предварительно вычисляются для каждого участка. Если расход топлива в зависимости от времени поездки является требованием к поездке, подлежащим удовлетворению, кривые расхода топлива в зависимости от времени поездки строятся для каждого участка. Согласно приведенному здесь рассмотрению можно строить кривые на основании других факторов, причем факторы представляют собой требования, которым должен отвечать план поездки. Одним таким фактором может быть объем выбросов, причем можно учитывать зависимость выбросов от скорости и/или можно учитывать соотношение между выбросами, скоростью и экономией топлива. Когда время поездки является параметром, подлежащим определению, вычисляется время поездки для каждого участка с учетом ограничений на полное время поездки. На фиг.6 показаны предельные скорости для иллюстративного 200-мильного маршрута, состоящего из трех участков 97. Дополнительно проиллюстрированы изменения уклона на 200-мильном маршруте 98. Показана также комбинированная диаграмма 99, где отображены кривые расхода топлива для каждого участка маршрута в зависимости от времени движения.

Используя вышеописанную оптимальную настройку управления, данный способ вычисления позволяет находить план поездки с указанными временем движения и начальной и конечной скоростями, удовлетворяющий всем ограничениям скорости и возможностей локомотива при наличии остановок. Хотя нижеследующее подробное рассмотрение относится к оптимизации расход топлива, его можно применять для оптимизации других факторов согласно приведенному здесь рассмотрению, в порядке примера, но не ограничения, выбросов. Способ позволяет устанавливать нужные периоды простоя на остановках и учитывать ограничения на самое раннее прибытие и отправление в положении, которые могут потребоваться, например, при работе на одном пути, когда время входа или прохода ветки является критическим.

Варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают нахождение движения с оптимальным расходом топлива на расстоянии от D₀ до D_M, пройденном за время T, с M-1 промежуточными остановками в D₁, , D_M-1 и с временами прибытия и отправления в этих остановках, ограниченными

где t_arr(D _i), t_dep(D_i) и t_i - время прибытия, отправления и минимальное время остановки в i-й остановке, соответственно. Предполагая, что оптимизация расхода топлива предусматривает минимизацию времени остановки, получаем t_dep(D_i )=t_arr(D_i)+ t_i, что исключает необходимость во втором из вышеприведенных неравенств. Пусть для каждого i=1, , M, движение с оптимальным расходом топлива из D_i-1 в D_i за время движения t, T_min(i) t T_max(i), известно. Пусть F _i(t) - расход топлива, соответствующий этой поездке. Если время движения из D_j-1 в D _j обозначить T_j, то время прибытия в D_i определяется как

где t₀ задано равным нулю. Движение с оптимальным расходом топлива из D₀ в D_M за время движения T получается путем нахождения T _i, i=1, , M, что минимизирует

при условии, что

После начала поездки производится повторное определение решения, оптимального по расходу топлива для остального маршрута (первоначально из D₀ в D _M за время T) по мере прохождения маршрута, только где возмущения препятствуют следованию решения, оптимального по расходу топлива. Обозначим текущие расстояние и скорость x и v, соответственно, где D_i-1 <x D_i. Кроме того, обозначим текущее время с начала поездки t_act. Тогда решение, оптимальное по расходу топлива, для остального маршрута от x до D_M, которое сохраняет исходное время прибытия в D_M, получается путем нахождения , что минимизирует

при условии, что

Здесь это расход топлива при оптимальной поездке из x в D_i, совершенной за время t, с первоначальной скоростью в x, равной .

Как рассмотрено выше, иллюстративный процесс для обеспечения более эффективного повторного планирования строит оптимальное решение для поездки от остановки к остановке из разделенных участков. Для каждой поездки из D_i-1 в D_i с временем движения T_i выбираем набор промежуточных точек D_ij, j=1, , N_i-1. Пусть D_i0= D_i-1 и . Затем выражаем расход топлива для оптимальной поездки из D_i-1 в D_i как

где - расход топлива для оптимальной поездки из D _i,j-1 в D_ij, совершенной за время t, с начальной и конечной скоростями _i,j-1 и _ij. Кроме того, t_ij - это время оптимальной поездки, соответствующее расстоянию D_ij. По определению, . Поскольку поезд останавливается в D _i0 и , .

Вышеприведенное выражение позволяет альтернативно определить функцию F_i(t), первоначально определив функции f_ij(·), 1 j N_i, а затем найдя _ij, 1 j N_i, и _ij, 1 j<N_i, что минимизирует

при условии, что

Выбирая D_ij (например, в точках ограничения скорости или точках встречи), можно минимизировать _max(i,j)- _min(i,j), тем самым минимизируя область, в которой нужно знать f_ij().

На основании вышеописанного разбиения упрощенный подход к почти оптимальному повторному планированию по сравнению с описанным выше ограничивает повторное планирование временами, когда поезд в точках D_ij, 1 i M, 1 j N_i. В точке D_ij новую оптимальную поездку из D_ij в D _M можно определить путем нахождения и что минимизирует

при условии, что

где

Дополнительное упрощение получается в результате повторного вычисления T_m, i<m M, по достижении точки D_i. Таким образом, в точках D_ij между D_i-1 и D_i, вышеописанную минимизацию нужно осуществлять только по _ik, j<k N_i, v_ik, j<k N_i. T_i увеличивается при необходимости для учета любого более долгого фактического времени движения из D_i-1 в D_ij , чем запланировано. Это увеличение затем компенсируется, если возможно, путем повторного вычисления T_m, i<m M, в точке D_i. Когда выбросы являются фактором, подлежащим оптимизации, вышеприведенные уравнения по-прежнему применимы за исключением того, что в качестве передаточной функции используется заранее определенная и/или в реальном времени и/или изменяющаяся со временем зависимость расхода топливо от выбросов. Специалистам в данной области техники очевидно, что можно использовать и другие передаточные функции, в порядке примера, но не ограничения, зависимость расхода топлива от скорости, зависимость выбросов от скорости и соотношение между расходом топлива, выбросами и скоростью. При сравнении этих элементов термин расход топливо используется также в смысле экономии топлива. Аналогично, термин выбросы используется в смысле сокращения выбросов.

В отношении раскрытой выше конфигурации замкнутого цикла совокупное энергопотребление, необходимое для движения поезда 31 из точки A в точку B составляет сумму четырех компонентов, в частности разницы в кинетической энергии между точками A и B; разницы в потенциальной энергии между точками A и B; потерь энергии вследствие трения и других потерь на сопротивление; и энергии, выделяющейся при торможении. Предполагая, что начальная и конечная скорости равны (например, нулю), получаем, что первый компонент равен нулю. Кроме того, второй компонент не зависит от стратегии управления. Таким образом, достаточно минимизировать сумму двух последних компонентов.

Следование профилю постоянной скорости минимизирует потери на сопротивление. Следование профилю постоянной скорости также минимизирует совокупное энергопотребление, когда торможение не нужно для поддержания постоянной скорости. Однако если торможение требуется для поддержания постоянной скорости, торможение только для поддержания постоянной скорости скорее всего приведет к увеличению совокупного энергопотребления вследствие необходимости компенсировать потери энергии, выделяющейся при торможении. Существует возможность, что некоторое торможение может в действительности снизить совокупное энергопотребление, если дополнительные потери на торможение с избытком компенсируются результирующим снижением потерь на сопротивление, обусловленных торможением, за счет уменьшения изменения скорости.

По завершении вышеописанного повторного планирования на основании совокупности событий можно выполнять новый оптимальный план позиции регулятора/скорости с использованием описанного здесь управления по замкнутому циклу. Однако в ряде случаев может не быть достаточно времени для осуществления вышеописанного планирования с разбиением на участки, и в частности, при наличии критических ограничений по скорости, которые необходимо учитывать, альтернатива может быть предпочтительной. Один вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает такой альтернативный алгоритм именуемый "интеллектуальное поддержание скорости". Интеллектуальный алгоритм поддержания скорости является эффективным процессом для генерации, в реальном времени, экономичного по энергии (следовательно, экономичного по топливу и/или экономичного по выбросам) почти оптимального предписания по управлению поездом 31 на известной местности. Этот алгоритм учитывает информацию позиции поезда 31 вдоль пути 34 в любое время, а также информацию уклона и кривизны пути в зависимости от позиции. Способ опирается на модель точечной массы для движения поезда 31, параметры которой можно адаптивно оценивать из оперативных измерений движения поезда согласно описанному выше.

Интеллектуальный алгоритм поддержания скорости имеет три основных компонента, в частности модифицированный профиль предельной скорости, который служит энергетически экономичным руководством по снижению предельной скорости; идеальный профиль регулировки позиции регулятора или динамического тормоза, который пытается балансировать между минимизацией изменений скорости и торможения; и механизм для объединения последних двух компонентов для выработки команды регулятора, реализующей цикл обратной связи по скорости для компенсации расхождений между модельными параметрами и реальными параметрами. Интеллектуальное поддержание скорости позволяет применять стратегии согласно вариантам осуществления настоящего изобретения без активного торможения (т.е. драйвер получает сигнал и предположительно обеспечивает необходимое торможение) или согласно варианту, предусматривающему активное торможение. Интеллектуальный алгоритм поддержания скорости также можно конфигурировать и реализовать для осуществления сокращения выбросов.

В отношении алгоритма поддержания скорости, который не управляет динамическим торможением, три иллюстративных компонента представляют собой модифицированный профиль предельной скорости, который служит энергетически экономичным руководством по снижению предельной скорости, сигнал извещения, призванный извещать машиниста, когда нужно применять торможение, идеальный профиль регулятора, который пытается балансировать между минимизацией изменений скорости и извещением машиниста о необходимости торможения, и механизм, использующий цикл обратной связи для компенсации расхождений между модельными параметрами и реальными параметрами.

Аспекты настоящего изобретения также предусматривают подход к определению значений основных параметров поезда 31. Например, в отношении оценивания массы поезда, можно использовать фильтр Калмана и рекурсивный метод наименьших квадратов для выявления ошибок, которые могут развиться с течением времени.

На фиг.7 показана иллюстративная логическая блок-схема настоящего изобретения. Согласно вышеприведенному рассмотрению удаленная служба, например диспетчерский центр 60, может обеспечивать информацию для использования согласно настоящему изобретению. Показано, что такая информация поступает на исполнительный элемент 62 управления. На исполнительный элемент 62 управления также поступают данные из информационной базы 63 данных для моделирования локомотива, данные из базы 36 данных целостности пути, в порядке примера, но не ограничения, информация уклона пути и информация предельной скорости, оценочные параметры поезда, в порядке примера, но не ограничения, весовой коэффициент и коэффициент сопротивления поезда, и таблицы скорости расхода топлива из блока 64 оценки скорости расхода топлива. Исполнительный элемент 62 управления выдает информацию на планировщик 12, что раскрыто более подробно на фиг.1. После вычисления плана поездки план поступает на консультант по управлению, драйвер или элемент 51 управления. План поездки также поступает на исполнительный элемент 62 управления, что позволяет ему сравнивать поездку при поступлении других новых данных.

Как рассмотрено выше, консультант 51 по управлению может автоматически задавать мощность в соответствии с позицией регулятора, либо заранее установленную позицию регулятора, либо оптимальную непрерывную мощность в соответствии с позицией регулятора. Помимо подачи команды скорости на локомотив 31 предусмотрен дисплей 68, который позволяет машинисту видеть рекомендации планировщика. Машинист также имеет доступ к панели 69 управления. Посредством панели 69 управления машинист может решать, применять ли рекомендуемую мощность в соответствии с позицией регулятора. По этой причине машинист может ограничивать назначенную ли рекомендуемую мощность. Таким образом, в любое время машинист всегда имеет полный контроль над регулировкой мощности для эксплуатации локомотивной сцепки. План поездки можно изменять (не показано) на основании информации сигнализации и положения других поездов в системе. Эту информацию можно получать из других сетевых систем управления скоростью/позицией, часть которых может располагаться вне поезда. Например, одна такая система может включать в себя Систему управления поездом путем выдачи подтверждающих команд (PTC), которая представляет собой объединенную систему команд, управления, связи и информации для безопасного, точного и эффективного управления движением поездов. Аналогично, машинист может ограничивать мощность на основании вышеупомянутой информации сигнализации. Это включает в себя определение, применять ли торможение, если план поездки рекомендует замедлить поезд 31. Например, при работе в темное время суток, или в условиях, когда придорожное оборудование не может электронными средствами передавать информацию на поезд, и, вместо этого, машинист наблюдает визуальные сигналы от придорожного оборудования, машинист вводит команды на основании информации, содержащейся в базе данных целостности пути, и визуальных сигналов от придорожного оборудования. На основании режима работы поезда 31 информация, относящаяся к измерению топлива, поступает на блок 64 оценки скорости расхода топлива. Поскольку прямое измерение потоков топлива обычно невозможно на локомотивной сцепке, вся информация о расходе топлива до сих пор в течение поездки и прогнозируемом расходе топлива согласно оптимальным планам получается с использованием калиброванных физических моделей, например, используемых при разработке оптимальных планов. Например, такие прогнозы могут включать в себя, но без ограничения, использование измеренной полной мощности и известных топливных характеристик для вывода полного расхода топлива.

Поезд 31 также имеет локационное устройство 30, например датчик GPS, рассмотренный выше. Информация поступает на блок 65 оценки параметров поезда. Такая информация может включать в себя, но без ограничения, данные датчика GPS, данные тягового/тормозящего усилия, данные состояние торможения, данные скорости и любых изменений скорости. Совместно с информацией, относящейся к уклону и предельной скорости, информация веса и коэффициента сопротивления поезда поступает на исполнительный элемент 62 управления.

Один вариант осуществления настоящего изобретения также предусматривает использование непрерывно изменяющейся мощности в ходе оптимизации планирования и реализации управления по замкнутому циклу. В традиционном локомотиве мощность обычно квантуется на восемь дискретных уровней. Современные локомотивы могут реализовать непрерывное изменение мощности, что можно использовать в вышеописанных способах оптимизации. При непрерывной регулировке мощности локомотив 42 может дополнительно оптимизировать рабочие состояния, например, путем минимизации вспомогательных нагрузок и потерь при передаче мощности, и точной регулировки диапазонов мощности двигателя, соответствующих оптимальной эффективности или до точек границ повышенных выбросов. Примеры включают в себя, но без ограничения, минимизацию потерь в системе охлаждения, регулировку напряжений генератора переменного тока, регулировку оборотов двигателя и сокращение количества ведущих осей. Кроме того, локомотив 42 может использовать бортовую базу 36 данных целостности пути и прогнозируемые требования к производительности для минимизации вспомогательных нагрузок и потерь при передаче мощности для обеспечения оптимальной эффективности для назначенного расхода топлива/выбросов. Примеры включают в себя, но без ограничения, сокращение количества ведущих осей на ровной местности и предварительное охлаждение двигателя локомотива до входа в туннель.

Один вариант осуществления настоящего изобретения также предусматривает использование бортовой базы 36 данных целостности пути и прогнозируемой производительности для регулировки работы локомотива, например, чтобы гарантировать, что поезд имеет достаточную скорость при подходе к холму и/или туннелю. Например, это можно выразить как ограничение скорости в конкретном положении, которое становится частью оптимального плана, создаваемого при решении уравнения (OP). Дополнительно, вариант осуществления может предусматривать правила управления поездом, в порядке примера, но не ограничения, темпы роста тягового усилия и максимальные темпы роста тормозящего усилия. Их можно непосредственно включить в формулу оптимального профиля поездки или, альтернативно, включить в регулятор замкнутого цикла, используемого для управления подачи мощности для достижения назначенной скорости.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящее изобретение используется только на головном локомотиве железнодорожного состава. Хотя, согласно определенным аспектам, настоящее изобретение не зависит от данных или взаимодействий с другими локомотивами, его можно объединить с блоком управления локомотивной сцепкой, раскрытым в патенте США № 6691957 и в патенте США № 7021588 (оба включены сюда посредством ссылки), функциональными возможностями и/или функциональными возможностями оптимизатора локомотивной сцепки для повышения эффективности. Взаимодействие с множественными поездами не запрещено, что показано на описанном здесь примере диспетчера, принимающего решения относительно двух "независимо оптимизированных" поездов.

Поезда с распределенными энергетическими системами могут работать в разных режимах. В одном режиме все локомотивы в поезде работают по одной и той же команде регулятора. Если головной локомотив получает команду работать в позиции регулятора № 8, все звенья поезда получают команду развивать мощность согласно позиции регулятора № 8. В "независимом" режиме управления локомотивы или сцепки локомотивов, распределенные по поезду, могут работать на разных движущих или тормозящих мощностях. Например, когда поезд достигает вершины горы, головные локомотивы (на спуске с горы) можно перевести в режим торможения, тогда как локомотивы посередине или в хвосте поезда (на подъеме на гору) могут находиться в движущем режиме. Это делается для того, чтобы минимизировать силы натяжения на механических автосцепках, соединяющих вагоны и локомотивы. Традиционно, работа распределенной энергетической системы в «независимом» режиме требует от машиниста вручную подавать команды каждому удаленному локомотиву или набору локомотивов через дисплей на головном локомотиве. С использованием модели планирования на физической основе, информации настроек поезда, бортовой базы данных целостности пути, бортовых правил эксплуатации, системы определения местоположения, управления разгоном/торможением по замкнутому циклу в реальном времени и сенсорной обратной связи система автоматически управляет распределенной энергетической системой в «независимом» режиме. Дополнительно, в локомотивной сцепке, удаленный локомотив может просить больше мощности у головного локомотива, хотя головной локомотив может работать на более низком уровне мощности. Например, когда поезд переходит через гору, головной локомотив может находиться на спуске с горы, таким образом требуя меньше мощности, тогда как удаленный локомотив все еще движется в гору, таким образом требуя больше мощности.

При работе в режиме распределенной подачи мощности, машинист на головном локомотиве может управлять рабочими функциями удаленных локомотивов в удаленных сцепках посредством системы управления, например элемента распределенного управления мощностью. Таким образом, при работе в режиме распределенной подачи мощности, машинист может отдавать команду разным локомотивным сцепкам работать на разных уровнях мощности в соответствии с позицией регулятора (или одной сцепке работать в движущем режиме, а другой - в тормозящем), причем каждый отдельный локомотив в локомотивной сцепке работает на одной и той же мощности в соответствии с позицией регулятора. Согласно иллюстративному варианту осуществления, когда настоящее изобретение установлено на поезде, предпочтительно, с возможностью связи с элементом распределенного управления мощностью, когда нужен уровень мощности в соответствии с позицией регулятора для удаленной локомотивной сцепки, рекомендуемый согласно оптимизированному плану поездки иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает передачу этой регулировки мощности на удаленные локомотивные сцепки для реализации. Как рассмотрено ниже, торможение реализуется аналогичным образом.

Один вариант осуществления настоящего изобретения можно использовать применительно к сцепкам, в которых локомотивы не примыкают друг к другу, например, один или несколько локомотивов располагаются спереди, другие в середине и в конце поезда. Такие конфигурации называются конфигурациями с распределенной мощностью, в которых стандартное соединение между локомотивами заменено каналом радиосвязи или вспомогательным кабелем для внешней связи локомотивов. При работе в режиме распределенной подачи мощности машинист на головном локомотиве может управлять рабочими функциями удаленных локомотивов в сцепке посредством системы управления, например элемента распределенного управления мощностью. В частности, при работе в режиме распределенной подачи мощности, машинист может отдавать команду разным локомотивным сцепкам работать на разных уровнях мощности в соответствии с позицией регулятора (или одной сцепке работать в движущем режиме, а другой - в тормозящем), причем каждый отдельный локомотив в локомотивной сцепке работает на одной и той же мощности в соответствии с позицией регулятора.

Согласно иллюстративному варианту осуществления, когда настоящее изобретение установлено на поезде, предпочтительно, с возможностью связи с элементом распределенного управления мощностью, когда нужен уровень мощности в соответствии с позицией регулятора для удаленной локомотивной сцепки, рекомендуемый согласно оптимизированному плану поездки, иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает передачу этой регулировки мощности на удаленные локомотивные сцепки для реализации. Как рассмотрено ниже, торможение реализуется аналогичным образом. При работе в режиме распределенной подачи мощности вышеописанную задачу оптимизации можно расширить для обеспечения дополнительных степеней свободы, в том смысле, что каждым удаленным звеном можно независимо управлять с головного звена. Преимущество этого подхода в том, что дополнительные требования или ограничения, касающиеся внутрипоездных сил, можно включить в функцию производительности, предполагая, что модель, отражающая внутрипоездные силы, также включена. Таким образом, различные аспекты настоящего изобретения могут включать в себя использование множественных настроек регулятора для лучшего управления внутрипоездными силами, а также расходом топлива и выбросами.

В поезде, где используется блок управления локомотивной сцепкой, головной локомотив в локомотивной сцепке может работать на другой позиции регулятора мощности, чем другие локомотивы в этой сцепке. Другие локомотивы в сцепке работают на одной и той же позиции регулятора мощности. Варианты осуществления настоящего изобретения можно использовать совместно с блоком управления локомотивной сцепкой для передачи позиции регулятора мощности на локомотивы в сцепке. Таким образом, поскольку блок управления локомотивной сцепкой делит локомотивную сцепку на две группы, головной локомотив и хвостовые звенья, головной локомотив получает команду работать на определенной мощности в соответствии с позицией регулятора, и хвостовые локомотивы могут получать команду работать на другой мощности в соответствии с позицией регулятора. Согласно иллюстративному варианту осуществления элемент распределенного управления мощностью может представлять собой систему и/или устройство, где осуществляется эта операция.

Аналогично, когда оптимизатор локомотивной сцепки используется с локомотивной сцепкой, вариант осуществления настоящего изобретения можно использовать совместно с оптимизатором локомотивной сцепки для определения мощности в соответствии с позицией регулятора для каждого локомотива в локомотивной сцепке. Например, предположим, что план поездки рекомендует четвертую позицию регулятора мощности для локомотивной сцепки. На основании положения поезда оптимизатор локомотивной сцепки использует эту информацию и затем определяет позицию регулятора мощности для каждого локомотива в сцепке. В этой реализации, эффективность задания позиций регулятора мощности по внутрипоездным каналам связи повышается. Кроме того, как рассмотрено выше, реализация этой конфигурации может осуществляться с использованием распределенной системы управления.

Кроме того, согласно вышеприведенному рассмотрению, вариант осуществления настоящего изобретения можно использовать для непрерывной корректировки и повторного планирования, когда железнодорожный состав использует торможение, на основании предстоящих предметов, представляющих интерес, в порядке примера, но не ограничения, железнодорожных переездов, изменений уклона, приближающихся ответвлений, приближающихся депо и приближающихся заправочных станций, где каждому локомотиву в сцепке может потребоваться отдельная регулировка торможения. Например, если поезд идет через холм, головной локомотив может войти в состояние торможения, тогда как удаленные локомотивы, еще не достигшие вершины холма, могут оставаться в движущем состоянии.

На фиг.8, 9 и 10 показаны иллюстративные динамические дисплеи для использования машинистом. На фиг.8 показан предоставленный профиль поездки 72. В профиле указано положение 73 локомотива. Также обеспечена такая информация, как длина 105 поезда и количество вагонов 106 в поезде. Также предусмотрены элементы, касающиеся уклона 107 пути, элементы 108 кривизны и придорожных устройств, включающие в себя положение 109 моста и скорость 110 поезда. Дисплей 68 позволяет машинисту просматривать такую информацию, а также видеть положение поезда вдоль маршрута. Предоставляется информация, относящаяся к расстоянию и/или оценочному времени до таких мест, как переезды 112, сигналы 114, изменения 116 скорости, реперы 118 и пункты 120 назначения. Также предусмотрен прибор контроля времени 125 прибытия, который позволяет пользователю определить экономию топлива, реализуемую в ходе поездки. Машинист имеет возможность изменять время прибытия 127 и определять, как это влияет на экономию топлива. Согласно приведенному здесь рассмотрению специалистам в данной области техники очевидно, что экономия топлива является иллюстративным примером лишь одной задачи, которую можно решать с помощью инструмента управления. Таким образом, в зависимости от наблюдаемого параметра, другие параметры, рассмотренные здесь, можно наблюдать и оценивать с помощью инструмента управления, рассматриваемого машинистом. Кроме того, могут отображаться графики сравнений или компромиссов, относящиеся, по меньшей мере, к топливу и/или выбросам, хотя они не показаны. Машинисту также предоставляется информация, относящаяся к продолжительности времени, в течение которого бригада работает на поезде. В иллюстративных вариантах осуществления, информация времени и расстояния может быть представлена либо как время и/или расстояние до конкретного события и/или положения, либо как полное истекшее время.

Как показано на фиг.9, иллюстративный дисплей обеспечивает информацию о данных 130 сцепки, график событий и ситуаций 132, прибор 134 контроля времени прибытия и исполнительные кнопки 136. Кроме того, на этом дисплее предоставляется информация, аналогичная рассмотренной выше. В этом дисплее 68 также предусмотрены исполнительные кнопки 138, позволяющие машинисту перепланировать, а также отключать 140 устройство согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения.

На фиг.10 представлен другой иллюстративный вариант осуществления дисплея. На нем показана типичная информация для современного локомотива, включающая в себя состояние 72 пневматических тормозов, аналоговый спидометр с цифровой вставкой 74 и информацию о тяговом усилии в фунтах силы (или амперах тяги для локомотивов постоянного тока). Индикатор 74 показывает текущую оптимальную скорость согласно исполняемому плану, а также график акселерометра в дополнение к показанию в миль/час/мин. В центре экрана располагаются важные новые данные для выполнения оптимального плана, включающие в себя прокручиваемый ленточный график 76, отражающий оптимальную скорость и позицию регулятора в зависимости от расстояния по сравнению с текущей историей этих переменных. В этом иллюстративном варианте осуществления, положение поезда определяется с использованием локационного элемента. Показано, что положение обеспечивается путем определения, насколько далеко находится поезд от своего конечного пункта назначения, абсолютной позиции, первоначального пункта назначения, промежуточного пункта и/или ввода машиниста.

Ленточная диаграмма обеспечивает прогнозирование изменений скорости, необходимых для выполнения оптимального плана, что полезно при ручном управлении, и отслеживает соотношение плана с фактическими данными в ходе автоматического управления. Согласно приведенному здесь рассмотрению, например, в тренировочном режиме, машинист может следовать позиции регулятора или скорости, предложенным настоящим изобретением. Вертикальная полоска обеспечивает график нужной и фактической позиции регулятора, которые также отображаются в цифровом виде под ленточной диаграммой. При использовании непрерывной регулировки мощности, как рассмотрено выше, дисплей будет просто производить округление к ближайшему дискретному эквиваленту, причем дисплей может быть аналоговым дисплеем, на котором отображается аналоговый эквивалент или процент или фактическая мощность/тяговое усилие.

Критическая информация о статусе поездки отображается на экране, где показан текущий уклон 88 пути, на котором находится поезд или головной локомотив, какое-то место поезда, или средний уклон по длине поезда. Также показаны совокупное расстояние, пройденное по плану 90, полный расход топлива 92, положение или расстояние до следующей запланированной остановки 94 и текущее и предполагаемое время прибытия 96 на следующую остановку. Дисплей 68 также показывает максимально возможное время до пункта назначения согласно вычисленным планам. Если требуется более позднее прибытие, выполняется повторное планирование. Данные коррекции плана показывают состояние расхода топлива и расписания с опережением или отставанием от текущего оптимального плана. Отрицательные числа означают меньший расход топлива или опережение по сравнению с планом, положительные числа означают больший расход топлива или отставание по сравнению с планом. Обычно эти параметры компенсируют друг друга в противоположных направлениях (замедление для экономии топлива приводят к задержке поезда и наоборот).

В любое время эти дисплеи 68 дают машинисту мгновенную картину статуса поездки в отношении установленного на данный момент плана управления. Этот дисплей показан исключительно в иллюстративных целях, и существует много других способов отображения/передачи этой информации машинисту и/или диспетчеру. По этой причине любые другие раскрытые выше элементы информации можно добавлять на дисплей для обеспечения дисплея, который отличается от раскрытого.

Другие признаки, которые могут быть включены в варианты осуществления настоящего изобретения, включают в себя, но без ограничения, генерацию журналов данных и отчетов. Эта информация может храниться на поезде и загружаться в небортовую систему. Загрузки можно осуществлять посредством ручной и/или беспроводной передачи. Эту информацию также может наблюдать машинист на локомотивном дисплее. Данные могут включать в себя такую информацию, как, но без ограничения, вводы машиниста, время работы системы, экономию топлива, дисбаланс топлива между локомотивами в поезде, отклонение движения поезда от расписания и вопросы диагностики системы, например неисправность датчика GPS.

Поскольку планы поездки также должны учитывать допустимое рабочее время бригады, варианты осуществления настоящего изобретения могут учитывать такую информацию при планировании поездки. Например, если максимальное время, в течение которого бригада может работать, составляет восемь часов, то поездку можно запланировать так, чтобы она включала в себя остановку, на которой новая бригада может сменить действующую бригаду. Такие указанные положения остановки могут включать в себя, но без ограничения, сортировочные станции, положения встречи/обхода и т.д. Если, в ходе поездки, время поездки может быть превышено, машинист может отказаться от иллюстративного варианта осуществления настоящего изобретения в пользу других критериев, определенных машинистом. В конце концов, независимо от рабочего состояния поезда, в порядке примера, но не ограничения, высокой нагрузки, низкой скорости, условий растяжения поезда и т.д., машинист оставляет за собой право устанавливать безопасную скорость и/или рабочее состояние поезда.

Согласно разным аспектам настоящего изобретения поезд может работать в совокупности разных рабочих концепций. В одной рабочей концепции настоящее изобретение обеспечивает команды, определяющие тягу и динамическое торможение. Машинист управляет всеми остальными функциями поезда. В другой рабочей концепции настоящее изобретение обеспечивает только команды, определяющие тягу. Машинист управляет динамическим торможением и всеми остальными функциями поезда. В еще одной рабочей концепции настоящее изобретение обеспечивает команды, определяющие тягу, динамическое торможение и пневматическое торможение. Машинист управляет всеми остальными функциями поезда.

Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения также можно использовать путем извещения машиниста о предстоящих предметах, представляющих интерес, о действиях, которые нужно будет предпринять, например, за счет прогнозирующей логики настоящего изобретения, непрерывной корректировки и повторного планирования оптимизированного плана поездки, базы данных целостности пути. Машинист может также получать извещения о находящихся впереди переездах, сигналах, изменениях уклона, тормозящих действиях, ответвлениях, сортировочных станциях, заправочных станциях, и т.д. Эти извещения могут сообщаться посредством звука и/или интерфейса машиниста.

В частности, с использованием модели планирования на физической основе, информации настроек поезда, бортовой базы данных целостности пути, бортовых правил эксплуатации, системы определения местоположения, управления разгоном/торможением по замкнутому циклу в реальном времени, и сенсорной обратной связи, система предлагает и/или предписывает машинисту совершать необходимые действия. Извещение может быть визуальным и/или звуковым. Примеры включают в себя извещение о переездах, которые требуют, чтобы машинист активировал свисток и/или сигнал локомотива, извещение о «тихих» переездах, которые не требуют, чтобы машинист активировал свисток или сигнал локомотива.

Согласно другому иллюстративному варианту осуществления, с использованием модели планирования на физической основе, рассмотренной выше, информации настроек поезда, бортовой базы данных целостности пути, бортовых правил эксплуатации, системы определения местоположения, управления разгоном/торможением по замкнутому циклу в реальном времени, и сенсорной обратной связи, один вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает представление машинисту информации (например, показания на дисплее), которая позволяет машинисту видеть, когда поезд приходит в различные места, как показано на фиг.9. Система позволяет машинисту корректировать план поездки (предписанное время прибытия). Эта информация (фактическое оценочное время прибытия или информация, необходимая для принятия решения не на поезде) также может передаваться в диспетчерский центр, чтобы диспетчер или система диспетчеризации мог(ла) корректировать предписанное время прибытия. Это позволяет системе быстро корректировать и оптимизировать соответствующую целевую функцию (например, согласующую скорость и расход топлива).

На фиг.11 показан иллюстративный вариант осуществления двух поездов на пересекающихся путях. Согласно иллюстративному варианту осуществления, сетевой оптимизатор 200 позволяет периодически производить обновления на нужных участках пути и соответствующих поездах/бригадах и сообщать эти обновления бригадам для исполнения. Если сетевой оптимизатор 200 имеет дополнительную информацию поезда, например данные работы поезда в реальном времени, включающие в себя, но без ограничения, максимальное ускорение, скорость, экономию топлива, оптимизацию выбросов и т.д., можно обеспечить более оптимальную работу сети.

Например, предположим, как показано, что поезд 1 выходит из пункта A во время t1 и, согласно расписанию, должен прибыть в пункт B во время t2. Поезд 2 выходит во время t3 из пункта C и, согласно расписанию, должен прибыть в пункт D во время t4. Два пути пересекаются в точке X. Хотя точка X показана как фиксированная точка, специалистам в данной области техники очевидно, что точка X может быть скользящей точкой. Кроме того, хотя на фиг.11 показаны пересекающиеся пути, специалистам в данной области техники очевидно, что иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения можно использовать при поезда по объездном пути для осуществления встречи/обхода. Таким образом, точку X можно рассматривать как примыкающий путь, доступный для использования при встрече/обходе.

Желательно гарантировать, что два поезда, поезд 1 и поезд 2, не пересекаются в одно и то же время. Время прибытия t2 или t4 может изменяться в зависимости от прогнозов сетевого оптимизатора. Кроме того, поезд 1 и поезд 2, в общем случае, могут иметь разные рабочие характеристики в отношении экономии топлива, возможностей ускорения, скорости и т.д., и это нужно учитывать при выполнении общей процедуры оптимизации сети. Для простоты предположим, что время прибытия фиксировано для поезда 1 и поезда 2, причем поезд 1 проходит участки пути AX и XB, где суммарное время движения равно t2-t1, а поезд 2 проходит участки пути CX и XD, где суммарное время движения равно t4-t3.

Зная предполагаемую скорость поезда для обоих поездов, поезда 1 и поезда 2, можно найти диапазон решений, гарантирующих, что поезд 1 и поезд 2 не достигнут точки пересечения X одновременно. Предполагаемую скорость поезда 1 и поезда 2 можно регулировать в пределах ограничений возможностей каждого поезда. Соответствующие поезда определяют свои прогнозы относительно расхода топлива и скорости при прохождении каждого поезда по соответствующему пути, как раскрыто выше в отношении раскрытых выше системы и способа оптимизации поезда. Аналогично, когда выбросы является фактором, находящимся в основе плана поездки, соответствующие поезда определяют свои прогнозы относительно выбросов и скорости при прохождении каждого поезда по соответствующему пути, как раскрыто выше в отношении раскрытых выше системы и способа оптимизации поезда.

Согласно другому иллюстративному варианту осуществления данные производительности для каждого поезда, поезда 1 и поезда 2, заранее определяются и могут обновляться в ходе выполнения рейса. Согласно другому иллюстративному варианту осуществления каждый поезд, поезд 1 и поезд 2, предоставляет свои соответствующие обновленные данные производительности сетевому оптимизатору 200, и сетевой оптимизатор 200 повторно вычисляет производительность и эффективность сети в целом. Согласно другому иллюстративному варианту осуществления, сетевой оптимизатор 200 использует прогнозируемую скорость вместо данных производительности. Реализация иллюстративного варианта осуществления настоящего изобретения может осуществляться и оцениваться локально на поезде, глобально вне поезда, например в удаленном положении, в регионах или комбинациях вышеперечисленных. Как раскрыто выше, данные производительности могут основываться на, по меньшей мере, одном параметре и/или факторе, в порядке примера, но не ограничения топливо, выбросах, и т.д.

Согласно другому иллюстративному варианту осуществления поездов поезд 1 и поезд 2 также обеспечивают зависимость экономии топлива от скорости, в зависимости от данных возможности ускорения для обеспечения сетевого оптимизатора 200 дополнительными данными для согласования экономии топлива и производительности в масштабе сети с локальными параметрами работа поезда. Сетевой оптимизатор 200 обеспечивает каждому поезду обновленные данные времени пересечения и окончательного времени прибытия, и каждый отдельный поезд регулирует свои характеристики для локальной оптимизации. С течением времени набор решений сокращается, и локальные оптимизация и производительность перекрывает желательную оптимизацию работы сети.

Согласно еще одному иллюстративному варианту осуществления в момент отправления поезда 1 планируется его прибытие в точку пересечения X до поезда 2, с учетом оптимальной экономии топлива поезда 1 на участках AX и XB. Предполагая, например, что поезд 2 локально оптимизировал экономию топлива на участках CX и CD, и что оба поезда пересекаются в точке X, сетевой оптимизатор 200, с учетом информации экономии топлива поезда 1 и поезда 2 в зависимости от скорости и возможного ускорения/замедления, способен согласовывать экономию топлива поезда 1 с экономией топлива поезда 2 во избежание одновременного прибытия обоих поездов в точку пересечения X. Затем сетевой оптимизатор 200 обеспечивает локальную обратную связь поездам, поезду 1 и поезду 2, для общей эффективности. Это может включать в себя вариант, когда один из двух поездов, поезд 1 или поезд 2, останавливается до достижения точки пересечения X. Если время прибытия изменяется для любого поезда, оптимальный прогноз для каждого отдельного поезда и сети в целом можно корректировать.

Иллюстративные варианты осуществления обеспечивают схему, допускающую локальную оптимизацию и, одновременно, глобальную оптимизацию. Согласно предпочтительному варианту осуществления может происходить обмен данными между локальным поездным оптимизатором 12 и сетевым оптимизатором 200. Сетевой оптимизатор 200 имеет первоначальный набор параметров поезда для оптимизации сети. Согласно иллюстративному варианту осуществления первоначальный набор параметров включает в себя прогнозируемую экономию топлива на основании параметров состава поезда. Согласно другому иллюстративному варианту осуществления первоначальный набор данных основан на исторических данных, из стандартных таблиц, и/или ручных вычислений и/или ввода машиниста. Согласно иллюстративному варианту осуществления, если поезд, поезд 1 и/или поезд 2, не имеет системы оптимизации движения, поезд, поезд 1 и/или поезд 2 выдает данные поезда, например скорость, расход топлива и регулировки мощности на сетевой оптимизатор 200 для осуществления приближенных вычислений экономии топлива или работы поезда. Сетевой оптимизатор 200 повторно вычисляет эффективность сети согласно обновленным наборам данных и выдает обновленные локальные цели на поезд, поезд 1 и/или поезд 2. Дополнительно, другие параметры сети или поезда, например оставшееся время бригады, работоспособность поезда, состояние пути, параметры груза, параметры вагона, например, охлаждающая способность для пищевых грузов, и т.д., можно добавлять в порядке ограничений и обеспечивать другие локальные значения назначенного прибытия.

С течением времени локальные возможности поезда обеспечивают более ограниченное решение по сравнению с сетевыми опциями. Например, локальная занятость пути или ограничение по скорости может ограничивать поезд, поезд 1 и/или поезд 2, в поддержании определенной скорости или ускорении для прибытия в промежуточную точку, согласно рекомендации сетевого оптимизатора 200. В этом случае локальное ограничение поезда может перекрывать предписание сети и должно учитываться как жесткое ограничение процедуры оптимизации сети.

Согласно иллюстративному варианту осуществления результат, связанный с изменением скорости поезда местного сообщения, поезда 1 и/или поезда 2, увеличивается, что делает менее желательным или невозможным для сетевого оптимизатора 200 преодолеть это локальное ограничение. Другое обстоятельство, которое можно учитывать, состоит в том, что дополнительные поезда добавляются в сеть путей, первоначальная настройка опций для каждого дополнительного поезда местного сообщения, в общем случае, менее ограничительна для движения ранее отправленного поезда. Кроме того, следует понимать, что поезда могут принадлежать разным категориям приоритета, например, являться 'Z'-поездами. По этой причине, вышеописанные иллюстративные варианты осуществления можно применять к поездам с различными приоритетами, где локальные параметры поезда соответственно регулируются.

Согласно другому иллюстративному варианту осуществления рассмотренные выше варианты осуществления можно использовать для оценивания варианта поезда, поезда 1 и/или поезда 2, проходящего, по меньшей мере, два разных варианта пути. В этом варианте осуществления, как показано на фиг.12, предусмотрены, по меньшей мере, два возрастающих участка и точка пересечения Y. Оценивание распространяется на участок AX, где поезд t1 может идти по, по меньшей мере, двум альтернативным путям, X1Y и X2Y, к точке пересечения Y, где путь объединяется и затем идет в свой назначенный пункт назначения B. Вышеописанная ситуация может иметь место, когда старый и новый пути построены для увеличения пропускной способности. Локальный оптимизатор 12 вычисляет предполагаемую эффективность (расход топлива и/или выбросы) для обоих вариантов и представляет их сетевому оптимизатору 200 для оценивания. В одном иллюстративном варианте осуществления приоритет ожидающего поезда, поезда 3, проходящего тот же общий маршрут AB можно затем оценить по сравнению с поездом 1, а также с поездом 2.

Согласно другому иллюстративному варианту осуществления определяются альтернативные маршруты поездки поезда, поезда 1 и/или поезда 2, в порядке примера, но не ограничения, согласно информации, предоставленной оптимизатором движения, раскрытым выше, сетевому оптимизатору 200. Кроме того, альтернативные маршруты можно вычислять на поезде, поезде 1 и/или поезде 2. Таким образом, в ходе работы, если определен альтернативный маршрут поездки, гарантирующий, что поезд, поезд 1 и/или поезд 2, удовлетворяет требованию к времени поездки, проходя по другому пути, поезд, поезд 1 и/или поезд 2, может переходить на другой путь, если переход позволяет удовлетворять требованию к времени поездки. Затем сетевой оптимизатор 200 можно использовать, чтобы гарантировать, что переключения путей не влияет на другие железнодорожные транспортные средства. По этой причине, такая информация, как работы по обслуживанию и/или ремонту, также может предоставляться сетевому оптимизатору 200 для обеспечения правильной работы железной дороги.

На фиг.13 показана иллюстративная логическая блок-схема способа связывания определенных параметров с информацией сети. Согласно логической блок-схеме 245, раскрыт этап, на котором делят рейс поезда на множественные участки с общими точками пересечения, (этап 250). Рабочие параметры поезда вычисляют на основании других поездов в железнодорожной сети для определения оптимизированных параметров на определенном участке (этап 252). Оптимизированные параметры сравнивают с текущими рабочими параметрами (этап 254). Текущие рабочие параметры изменяют в соответствии с оптимизированными параметрами для текущего участка пути и/или следующего участка пути (этап 256). Рабочие параметры включают в себя, но без ограничения, топливные параметры и/или скоростные параметры. Согласно иллюстративному варианту осуществления текущие рабочие параметры представляют собой оптимизированные параметры, определяемые на поезде, поезде 1 и/или поезде 2. Кроме того, текущие рабочие параметры можно изменять во избежание конфликтов с другими поездами.

На фиг.14 изображена другая иллюстративная логическая блок-схема способа связывания определенных параметров с информацией сети. Согласно логической блок-схеме 260 поезду предоставляется первоначальный набор параметров поезда от оптимизатора сети (этап 262). Поезд выполняет рейс (этап 264). Рабочие состояния поезда сообщаются сетевому оптимизатору по мере того, как поезд выполняет рейс (этап 266). На поезде, сравнивают рабочие состояния поезда в реальном времени с параметрами поезда, обеспечиваемыми сетевым оптимизатором (этап 268). Если параметры поезда, установленные оптимизатором сети, превышают ограничения, реализованные на поезде, параметры поезда, обеспеченные сетевым оптимизатором, игнорируют (этап 270).

На основании вышеприведенного описания и рассмотрения, иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения можно реализовать с использованием средств компьютерного программирования и/или проектирования, включающих в себя компьютерное программное обеспечение, программно-аппаратное обеспечение, оборудование или любую их комбинацию или подмножество. По этой причине логические блок-схемы 245, 260, рассмотренные выше, можно реализовать с использованием компьютерного программного кода.

На фиг.15 показана блок-схема иллюстративных элементов, которые могут составлять часть системы для оптимизации работы поезда в сети железнодорожных путей. Показано, что предусмотрен сетевой оптимизатор 200, который определяет оптимальные рабочие состояния для совокупности поездов, поезда 1 и/или поезда 2, в железнодорожной сети на участках маршрута каждого поезда. Предусмотрена также система 205 беспроводной связи, обеспечивающая связь между сетевым оптимизатором 200 и поездом, поездом 1 и/или поездом 2. Предусмотрена также система 210 сбора данных, которая сообщает рабочие состояния поезда, поезда 1 и/или поезда 2, сетевому оптимизатору 200. Хотя показано, что она находится вблизи сетевого оптимизатора 200, специалистам в данной области техники очевидно, что система 210 сбора данных может находиться в совокупности положений, включающих в себя, но без ограничения, отдельные системы на каждом поезде, поезде 1 и/или поезде 2, и/или или в депо (не показано). Будучи размещенной на поезде, поезде 1 и/или поезде 2, система 210 сбора данных может включать в себя бортовой оптимизатор 12 движения, который определяет оптимальные рабочие состояния поезда, поезда 1 и/или поезда 2, на основании рейса поезда. Кроме того, сетевой оптимизатор 200 может изменять оптимальные рабочие состояния, определенные бортовым оптимизатором 12, для поезда, поезда 1 и/или поезда 2, в соответствии с оптимальными рабочими состояниями, определенными сетевым оптимизатором 200.

На фиг.16 показана логическая блок-схема способа оптимизации совокупности железнодорожных транспортных средств, работающих в железнодорожной сети. На одном этапе в логической блок-схеме 301 определяют задачу рейса для каждого железнодорожного транспортного средства в начале каждого соответствующего рейса (этап 307). Оптимизированный план поездки определяют для каждого железнодорожного транспортного средства на основании задачи рейса (этап 309). Каждый соответствующий план поездки регулируют в ходе движения на основании соответствующих рабочих параметров железнодорожного транспортного средства и/или других железнодорожных транспортных средств вблизи другого железнодорожного транспортного средства (этап 311).

Как раскрыто выше в отношении других логических блок-схем на фиг.13 и 14, рабочие параметры могут включать в себя, по меньшей мере, один из топливных параметров и/или скоростных параметров. Кроме того, текущие рабочие параметры представляют собой параметры, оптимизированные на железнодорожном транспортном средстве (или поезде) и/или на центральном сетевом оптимизаторе. Таким образом, в ходе работы, первое соответствующее железнодорожное транспортное средство можно направить на боковой путь для встречи и обхода на основании приоритета рейса второго соответствующего железнодорожного транспортного средства. Дополнительно, текущие рабочие параметры соответствующего железнодорожного транспортного средства можно изменять во избежание конфликта с другим железнодорожным транспортным средством, использующим железнодорожную сеть. Это изменение может осуществляться оптимизатором движения на железнодорожном транспортном средстве.

Хотя изобретение было описано со ссылкой на иллюстративный вариант осуществления, специалистам в данной области техники очевидно, что можно делать различные изменения, исключения и/или добавления, и что его элементы можно заменять их эквивалентами, не выходя за рамки идеи и объема настоящего изобретения. Кроме того, допустимы многочисленные модификации для адаптации конкретной ситуации или материала к принципам настоящего изобретения, без отхода от его объема. Таким образом, следует понимать, что изобретение не ограничивается конкретными вариантами осуществления, раскрытыми как предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, при этом изобретение охватывает все варианты осуществления, отвечающие объему прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, если не указано конкретно, любое использование терминов первый, второй и т.д. не означает какого-либо порядка или степени важности, при этом термины первый, второй и т.д. используются только лишь для различения одного элемента от другого.