專(zhuān)利名稱(chēng)：管理鐵路系統(tǒng)中的擁擠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)限定系統(tǒng)調(diào)度多個(gè)單元的運(yùn)動(dòng)，且在揭示的實(shí) 施例中，涉及調(diào)度貨車(chē)列車(chē)在鐵路系統(tǒng)上的運(yùn)動(dòng)，且特別涉及擁擠管理。
背景技術(shù)：
用于調(diào)度在鐵路網(wǎng)上的列車(chē)的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)和方法已經(jīng)在美國(guó)專(zhuān)利 6154735、 5794172和5623413中描述，其公開(kāi)內(nèi)容合并于此以作參考。
如參考的專(zhuān)利和申請(qǐng)所公開(kāi)的，其公開(kāi)內(nèi)容合并于此以作參考，鐵路包括三個(gè)主要部分(l)鐵軌基礎(chǔ)設(shè)施，包括軌道、道盆(switch )、通訊系統(tǒng) 和控制系統(tǒng)；(2)鐵路車(chē)輛，包括機(jī)車(chē)和車(chē)廂；以及(3)操作和保養(yǎng)鐵路 的人員(或機(jī)務(wù)人員)。通常，這些部分中的每個(gè)都通過(guò)使用高水平的調(diào)度 而被使用，通過(guò)該調(diào)度，人員、機(jī)車(chē)和車(chē)廂被分配到軌道各段且允許它們?cè)?該軌道上以 一方式運(yùn)動(dòng)，通過(guò)該方式避免碰撞且允許鐵路系統(tǒng)發(fā)送貨物到各 個(gè)目的地。
如參考申請(qǐng)所公開(kāi)的，精確控制系統(tǒng)包括使用優(yōu)化調(diào)度裝置，該裝置將 調(diào)度軌道系統(tǒng)的所有方面，考慮物理法則、鐵路規(guī)則、人員工作條例、與各 客戶(hù)訂立的實(shí)際合同條款和任意邊界條件或約束，該條件或約束控制可能的 解或時(shí)刻表，例如旅客運(yùn)輸、某些設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間、軌道保養(yǎng)、工作規(guī)則等。 邊界條件與每一次行動(dòng)的價(jià)值演算的組合將導(dǎo)致一時(shí)刻表，其最大化了某些 ^H直，例如總系統(tǒng)成本。
如參考申請(qǐng)所公開(kāi)的，關(guān)于確定時(shí)刻表，可使用細(xì)粒結(jié)構(gòu)(fine grain structure)建立對(duì)于實(shí)際控制列車(chē)的運(yùn)動(dòng)必需的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃。這樣的細(xì)粒機(jī)構(gòu)
網(wǎng)的列車(chē)的運(yùn)動(dòng)確定精確的時(shí)間和在 一 時(shí)間內(nèi)的距離和列車(chē)操作的所有細(xì) 節(jié)，動(dòng)力水平、轉(zhuǎn)彎、坡度、軌道拓樸、風(fēng)和天氣條件。該運(yùn)動(dòng)計(jì)劃可被 用于指導(dǎo)列車(chē)的人工調(diào)度和控制牽引力，或被設(shè)置到機(jī)車(chē)以使得其可被火 車(chē)司機(jī)執(zhí)行或通過(guò)機(jī)車(chē)上的可轉(zhuǎn)換動(dòng)作自動(dòng)執(zhí)行。
計(jì)劃系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是分等級(jí)的，其中問(wèn)題被抽象到相對(duì)高的級(jí)別以用于初 始優(yōu)化過(guò)程，且然后因此得到的解被映射到較低的抽象低級(jí)別以用于進(jìn)一 步優(yōu)化。在所有級(jí)別使用統(tǒng)計(jì)處理，以最小化總的計(jì)算量，使得整個(gè)處理 可計(jì)算地執(zhí)行。使用專(zhuān)家系統(tǒng)作為這些處理的管理器，且該專(zhuān)家系統(tǒng)也是 一工具，通過(guò)該工具，建立解算的各種邊界條件和約束。在此使用的專(zhuān)家 系統(tǒng)可允許使用者提供設(shè)置在解算處理中的規(guī)則。
當(dāng)前，調(diào)度員的控制鐵路地域的觀(guān)點(diǎn)可被認(rèn)為是近視的。調(diào)度員僅在他 們自己的控制地域內(nèi)觀(guān)察和處理信息，且很少或沒(méi)有考慮鄰近地域的運(yùn)行或 把鐵路網(wǎng)作為一整體。由于單獨(dú)的調(diào)度員在鐵路網(wǎng)的較小部分上的決定，當(dāng) 前調(diào)度系統(tǒng)簡(jiǎn)單地執(zhí)行控制，且可以預(yù)期在軌道上的目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)(如列車(chē)、 保養(yǎng)車(chē)輛、勘察車(chē)輛等)和可利用的軌道源限制(如軌道數(shù)目、退役軌道、
考慮靠近活動(dòng)軌道的保養(yǎng)人員的安全的限制)之間發(fā)生的沖突時(shí)，調(diào)度員只 能利用稍微提前的洞察或警告來(lái)解決。
在列車(chē)的運(yùn)行中，擁擠不可避免地發(fā)生且是一個(gè)顯著的問(wèn)題。擁擠的例 子包括軌道阻塞、列車(chē)在沒(méi)有移動(dòng)授權(quán)的情況下前進(jìn)、未識(shí)別的軌道占用、 列車(chē)需要額外驅(qū)動(dòng)力、列車(chē)靠近計(jì)劃的末端，該計(jì)劃由于計(jì)劃異常而被截短
(truncated )，以及列車(chē)在安全地點(diǎn)中前進(jìn)。
列車(chē)進(jìn)入擁擠區(qū)域的路線(xiàn)規(guī)劃傾向于加劇擁擠且可導(dǎo)致死鎖
(deadlock)。當(dāng)列車(chē)運(yùn)行到過(guò)于進(jìn)入擁擠時(shí)，用于解決該擁擠的方案的選項(xiàng) 被減少。例如，如果軌道由于車(chē)禍而被阻塞且列車(chē)運(yùn)行盡可能地靠近阻塞， 則無(wú)法獲得到達(dá)該車(chē)禍和引導(dǎo)列車(chē)?yán)@過(guò)它的某些路線(xiàn)。
由于列車(chē)的運(yùn)動(dòng)延遲受到包括合同處罰在內(nèi)的成本限制，調(diào)度員傾向于 盡可能快地連續(xù)推動(dòng)列車(chē)穿過(guò)一 區(qū)域，只要可能地話(huà)就使它們沿該線(xiàn)路前 進(jìn)，且把導(dǎo)致的擁擠作為要解決的軌道可用性問(wèn)題處理，通過(guò)分配軌道資源 來(lái)建立穿過(guò)擁擠區(qū)域的替換路線(xiàn)來(lái)解決。在相鄰區(qū)域中調(diào)度員使用的運(yùn)動(dòng)計(jì) 劃器通常完全彼此獨(dú)立且沒(méi)有被通知相鄰地區(qū)的軌道狀況。因此，非擁擠區(qū) 域中的調(diào)度員可能連續(xù)發(fā)送列車(chē)進(jìn)入相鄰地區(qū)中的擁擠區(qū)域。
發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)涉及以較小軌道段上的列車(chē)的運(yùn)動(dòng)為代價(jià)來(lái)最大化整個(gè)系統(tǒng)中 的列車(chē)的吞吐量。這典型地導(dǎo)致?lián)頂D的區(qū)域外的列車(chē)的延遲，以提供時(shí)間來(lái)
清除擁擠。這樣的延遲的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是替換路線(xiàn)可被保持開(kāi)放，因此有助 于擁擠的清除和系統(tǒng)的總效率。
相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是通過(guò)管理列車(chē)進(jìn)入擁擠區(qū)域來(lái)減少擁擠和避免 死鎖。部分地，這是通過(guò)一旦檢測(cè)或預(yù)測(cè)到擁擠就停止列車(chē)的自動(dòng)運(yùn)行 (routing)而實(shí)現(xiàn)的。如果可能，希望保持靠近擁擠區(qū)域(或被預(yù)測(cè)要變得 擁擠的區(qū)域)的列車(chē)處于安全區(qū)域內(nèi)，即其它列車(chē)可經(jīng)過(guò)的區(qū)域。
通過(guò)熟讀權(quán)利要求書(shū)、附圖和優(yōu)選實(shí)施例的下面的詳細(xì)描迷，本發(fā)明的
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖，其用于分成控制區(qū)域的軌道
網(wǎng)；
圖2是擁擠管理方法的 一 個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，總鐵路網(wǎng)105可被劃分為一個(gè)或多個(gè)控制區(qū)域100 (100A-100C),其每個(gè)都具有調(diào)度員110 ( 110A-110C)，該調(diào)度員被分配以 管理列車(chē)(102)穿過(guò)他自己的控制區(qū)域100的運(yùn)動(dòng)。中央運(yùn)動(dòng)計(jì)劃器120 基于從鐵路信息支持中心130接收的輸入提供基于總鐵路網(wǎng)105的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃 的網(wǎng)絡(luò)。鐵路信息支持中心130提供關(guān)于軌道資源和適于計(jì)劃資源的使用的 其它信息。中央運(yùn)動(dòng)計(jì)劃器120產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，用于軌道網(wǎng)150中的資源， 且提供該計(jì)劃給自動(dòng)調(diào)度裝置140,運(yùn)動(dòng)計(jì)劃器120還可從自動(dòng)調(diào)度裝置140 接收運(yùn)動(dòng)計(jì)劃的執(zhí)行的更新信息，且可更新當(dāng)前運(yùn)動(dòng)計(jì)劃。自動(dòng)調(diào)度裝置140 為每個(gè)調(diào)度員IIO提供運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，以管理在他們各自的控制區(qū)域110中的列 車(chē)資源。
如參考申請(qǐng)所述，自動(dòng)調(diào)度裝置140可通過(guò)使用具有由特殊或通用計(jì)算 機(jī)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可讀代碼的計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)而被實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)調(diào)度裝置140通 過(guò)適當(dāng)?shù)耐ㄓ嶆溌?communication link ) 150與軌道網(wǎng)上的列車(chē)102通訊， 該通訊鏈路例如為移動(dòng)電話(huà)、衛(wèi)星或路邊信號(hào)裝置。
調(diào)度員發(fā)出和批準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)授權(quán)的發(fā)布和軌道限制、計(jì)劃路上行動(dòng)的維護(hù)和 與列車(chē)工作人員，車(chē)場(chǎng)管理員和其他與鐵路的優(yōu)化的運(yùn)行計(jì)劃一致的鐵路人
員通訊。雖然調(diào)度員將依賴(lài)運(yùn)動(dòng)計(jì)劃器來(lái)解決列車(chē)的優(yōu)化運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜問(wèn)題， 調(diào)度員將積極地輸入保持優(yōu)化的計(jì)劃所需的必要數(shù)據(jù)且識(shí)別計(jì)劃異常。
如參考申請(qǐng)所述，通過(guò)為運(yùn)動(dòng)計(jì)劃器120提供來(lái)自鐵路信息支持中心 130的信息促進(jìn)了增強(qiáng)的計(jì)劃，其使得列車(chē)組事件(如裝載、工作人員變化、 機(jī)車(chē)目的地)與計(jì)劃的列車(chē)行動(dòng)相關(guān)聯(lián)，以使得傳統(tǒng)列車(chē)表格數(shù)據(jù)的維護(hù)(通 過(guò)電子通訊或使用者數(shù)據(jù)輸入)自動(dòng)地反映在供運(yùn)動(dòng)計(jì)劃使用的列車(chē)行程說(shuō) 明上，其中該列車(chē)行動(dòng)占用軌道資源一持續(xù)的駐留時(shí)間。
根據(jù)該信息，且借助期望嵌入在運(yùn)動(dòng)計(jì)劃器120中的適當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)交通流 量分析算法，特定地理區(qū)域內(nèi)的擁擠可被識(shí)別且其它區(qū)域內(nèi)的調(diào)度員被告知 存在擁擠且列車(chē)可被重新調(diào)度以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)結(jié)果。首先，處于沒(méi)有遭受擁擠的 外圍區(qū)域(outlying area)的列車(chē)被重新調(diào)度，以使得它們不加劇擁擠。在一
個(gè)實(shí)施例中，這是通過(guò)識(shí)別安全地點(diǎn)以把每個(gè)列車(chē)定位在外圍區(qū)域而實(shí)現(xiàn) 的。安全地點(diǎn)是指在其中列車(chē)可以會(huì)車(chē)或錯(cuò)車(chē)以允許擁擠區(qū)域的清除。第二 個(gè)期望的結(jié)果是清除核心擁擠區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，涉及在擁擠中的列車(chē) 被選擇性地重新調(diào)度，直到列車(chē)的運(yùn)動(dòng)不使得擁擠惡化。
擁擠管理的終極目標(biāo)是防止死鎖。
一旦擁擠被檢測(cè)到，必須采取積極的 措施以防止擁擠變得惡化。參考圖2,擁擠的檢測(cè)可使用任何的常規(guī)交通流
量算法200實(shí)現(xiàn)。接著，擁擠周?chē)能壍赖暮笸司嚯x(back-off distance )被 確定210，以防止其它列車(chē)進(jìn)入后退區(qū)域。后退區(qū)域可通過(guò)圍繞擁擠區(qū)域的 圓來(lái)限定，該圓具有一半徑，該半徑作為處于擁擠中的列車(chē)的密度、外圍區(qū) 域中的列車(chē)密度、擁擠的類(lèi)型和大小以及軌道拓樸的函數(shù)而被確定。對(duì)于預(yù) 先計(jì)劃要進(jìn)入后退區(qū)域的每個(gè)列車(chē)，軌道拓樸被評(píng)估，以選擇一有利地點(diǎn)來(lái) 保持列車(chē)220。這些地點(diǎn)典型地被稱(chēng)為安全地點(diǎn)，且由于它們?cè)试S其它列車(chē) 或裝備通過(guò)而被選擇。例如，擁擠可能由列車(chē)的出軌導(dǎo)致。清除擁擠的關(guān)鍵 是用于清除出軌的裝置的到達(dá)。重要的是，安全地點(diǎn)可被選擇，以使得該裝 置可使用沿軌道清空的路線(xiàn)。 一旦安全地點(diǎn)被確定，接近中的列車(chē)被重新調(diào) 度到它們的各自的安全地點(diǎn)230。對(duì)于擁擠區(qū)域中的列車(chē)，多個(gè)替換方案是 可用的(a)列車(chē)可留在其所處的地點(diǎn)；(b )列車(chē)可沿其計(jì)劃的路線(xiàn)向前移 動(dòng)；或(c)列車(chē)可沿替換路線(xiàn)向前移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于運(yùn)動(dòng)計(jì)劃 器通常不能正常使用的資源可被識(shí)別和評(píng)估，以確定它們是否可被用于減輕 擁擠240。例如，對(duì)于計(jì)劃器通常不能使用的工業(yè)軌道可被識(shí)別，以移動(dòng)擁 擠的列車(chē)。同樣，通常用于單個(gè)列車(chē)的旁軌可被兩個(gè)列車(chē)同時(shí)使用，以減輕 擁擠。作為另一例子，通常不被選擇用于會(huì)車(chē)和錯(cuò)車(chē)的一段軌道可臨時(shí)供計(jì) 劃器在清除擁擠中使用。因此，可使得運(yùn)動(dòng)計(jì)劃器可使用額外的資源，以幫 助減輕識(shí)別的擁擠。在額外資源已被識(shí)別后，擁擠區(qū)域中的列車(chē)可使用一個(gè) 或多個(gè)上述參數(shù)重新調(diào)度，只要擁擠不被惡化250。由此可防止死鎖，且替 換路線(xiàn)可保持非阻塞，以供運(yùn)動(dòng)計(jì)劃器120在清除擁擠時(shí)使用。雖然列車(chē)在 非擁擠區(qū)域的延遲可能是成本昂貴的，但是該成本與穿過(guò)該系統(tǒng)的交通流量 的整體改善導(dǎo)致的實(shí)現(xiàn)的節(jié)省相比是微不足道的。
用于管理?yè)頂D的交通流量算法考慮軌道拓樸、列車(chē)位置、計(jì)劃的路線(xiàn)、 穿過(guò)計(jì)劃的路線(xiàn)的時(shí)間和在外圍區(qū)域中和擁擠區(qū)域中的列車(chē)的計(jì)劃運(yùn)動(dòng)中 的列車(chē)約束。這些方法可利用計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)實(shí)現(xiàn)，該介質(zhì)具有由特定用途
或通用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可讀代碼。
雖然已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)理解，所述實(shí)施例僅是示意性的， 當(dāng)與整個(gè)范圍的等價(jià)物一致時(shí)，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求限定，本領(lǐng)域 技術(shù)人員熟讀本申請(qǐng)可自然地做出許多變化和修改。
權(quán)利要求
1. 一種管理鐵路系統(tǒng)中的擁擠的方法，該鐵路系統(tǒng)具有軌道網(wǎng)和被調(diào)度以穿過(guò)該鐵路網(wǎng)的多個(gè)列車(chē)，該方法包括:(a)檢測(cè)沿鐵路網(wǎng)的擁擠和識(shí)別處于擁擠中的第一列車(chē)；(b)識(shí)別圍繞擁擠的后退區(qū)域；(c)為預(yù)先計(jì)劃進(jìn)入后退區(qū)域中的第二列車(chē)選擇后退區(qū)域外的安全地點(diǎn)；(d)計(jì)劃第二列車(chē)到安全地點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)；(e)識(shí)別可用于減輕擁擠的替換資源；和(f)使用識(shí)別的替換資源計(jì)劃第一列車(chē)的運(yùn)動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中后退區(qū)域通過(guò)圍繞擁擠區(qū)域的圓來(lái)限 定，該圓具有一半徑，該半徑確定為處于擁擠中的列車(chē)的密度、外圍區(qū)域中 的列車(chē)密度、擁擠的類(lèi)型和大小以及軌道拓樸的函數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中識(shí)別的替換資源包括通常對(duì)于運(yùn)動(dòng)計(jì) 劃器不可用的軌道段。
4. 一種管理鐵路系統(tǒng)中的擁擠的方法，該鐵路系統(tǒng)具有軌道網(wǎng)和被調(diào)度 以穿過(guò)該鐵路網(wǎng)的多個(gè)列車(chē)，該方法包括(a)檢測(cè)沿鐵路網(wǎng)的擁擠；(b )選擇正接近該擁擠的列車(chē)；和(c) 重新調(diào)度選擇的列車(chē)，以將該列車(chē)延遲在距離該擁擠預(yù)定距離的 選定位置，其中該選定位置是其它列車(chē)可穿過(guò)該鐵路網(wǎng)的區(qū)域；
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中對(duì)于計(jì)劃進(jìn)入后退區(qū)域的每個(gè)列車(chē)， 步驟(c)和(d)被執(zhí)行。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中對(duì)于正接近該擁擠的每個(gè)列車(chē)，步驟 (b )和(c )被執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種管理鐵路系統(tǒng)中的擁擠的方法。用于移動(dòng)多個(gè)目標(biāo)穿過(guò)多路徑系統(tǒng)的調(diào)度系統(tǒng)和方法，該調(diào)度系統(tǒng)被描述為載貨鐵路調(diào)度系統(tǒng)。該調(diào)度系統(tǒng)使用成本反應(yīng)資源調(diào)度裝置來(lái)最小化資源異常，同時(shí)最小化與該方案相關(guān)聯(lián)的總成本。實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃可被用于輔助控制或自動(dòng)控制列車(chē)穿過(guò)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)控制列車(chē)進(jìn)入擁擠區(qū)域避免了死鎖，且該控制可通過(guò)使用交通流量分析算法自動(dòng)執(zhí)行。
文檔編號(hào)G06F17/00GK101378943SQ200780004022
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月31日
發(fā)明者喬爾·基克布希, 蘭德?tīng)枴ゑR克利, 米切爾·S·威爾斯, 約瑟夫·W·菲爾普 申請(qǐng)人:通用電氣公司