(57)【要約】 鉄道ネットワークにおいて、列車パラメータ、燃料効率、排出効率、および負荷のうちの少なくとも１つをネットワークの知見情報にリンクさせて、列車がミッションを実行している間、時間の経過に応じてネットワーク効率の調整を行えるようにする方法である。本方法は、列車のミッションを、共通交差ポイントを持つ複数の区画に分割することと、鉄道ネットワーク内の他の列車に基づいて列車の運行パラメータを計算し、特定の区画における最適パラメータを決定することを含む。また本方法は、最適パラメータと現在の運行パラメータを比較して、列車の現在のパラメータを修正し、現在の軌道区画および進行先に待つ軌道区画の少なくとも一方についての最適パラメータと一致させることをさらに含む。【選択図】１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道ネットワークにおいて、列車パラメータ、燃料効率、排出効率、および負荷のうちの少なくとも１つをネットワークの知見情報にリンクさせて、列車がミッションを実行している間、時間の経過に伴って、ネットワーク効率の調整を行えるようにする方法であって、
ａ．列車のミッションを複数の区画に分割することと、
ｂ．列車の運行パラメータを、鉄道ネットワーク内の他の列車に基づいて計算し、特定の区画における最適パラメータを決定することと、
ｃ．最適運行パラメータを、現在の運行パラメータと比較することと、
ｄ．列車の現在の運行パラメータを修正し、前記鉄道ネットワークを利用している他の鉄道車両を考慮して、現在の軌道区画および進行先に待つ軌道区画の少なくとも一方についての最適運行パラメータと一致させること
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、排気出力と速度の比較、燃料効率と速度の比較、および排出量と速度と燃料効率の比較のうち、少なくともいずれかを行うことをさらに含む方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記修正するステップは、前記排気出力と速度の比較、燃料効率と速度の比較、および排出量と速度と燃料効率の比較のうち、少なくともいずれかを行うステップから得られた結果に基づいて達成される方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記現在の運行パラメータは、前記列車によって決定された最適運行パラメータである方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、現在の運行パラメータを修正して、前記鉄道ネットワークを利用している他の列車との衝突を回避することをさらに含む方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、現在の運行パラメータを修正することは、前記列車に搭載された走行オプティマイザによって実行される方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法であって、現在の運行パラメータを修正することは、前記鉄道ネットワーク内の他の列車と比較して、前記列車の到着時刻を優先順位付けすることに基づいて達成される方法。
【請求項８】
列車パラメータと、燃料効率と、負荷をネットワークの知見情報にリンクさせて、時間の経過に伴い、ネットワーク効率の調整を行えるようにするシステムであって、
ａ．各列車ミッションの区画上の鉄道ネットワーク内に存在する複数の列車に、最適運行パラメータを決定するネットワークオプティマイザと、
ｂ．前記ネットワークオプティマイザと列車の間の通信を行う無線通信システムと、
ｃ．前記列車についての少なくとも１つの運行状態を、前記ネットワークオプティマイザに提供するデータ収集システムと
を含むシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムであって、前記ネットワークオプティマイザと他のプロセッサの少なくとも一方の中に設けられ、排気出力と速度の比較、燃料効率と速度の比較、および排出量と速度と燃料効率の比較のうち、少なくとも１つを行うための伝達関数をさらに含むシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載のシステムであって、前記データ収集システムは、前記列車についての少なくとも１つの最適な運行状態を決定する、車載オプティマイザを含むシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムであって、前記ネットワークオプティマイザは、前記列車用の前記車載オプティマイザによって決定された前記少なくとも１つの最適な運行状態を、前記ネットワークオプティマイザによって決定された前記最適な運行状態に従って修正するシステム。
【請求項１２】
請求項１０に記載のシステムであって、前記ネットワークオプティマイザの運行状態が、前記列車の実際の運行パラメータを越えている場合、前記車載オプティマイザは、前記ネットワークオプティマイザによって決定される前記少なくとも１つの運行状態を無効にするシステム。
【請求項１３】
列車の運行パラメータと、燃料効率と、負荷をネットワークの知見情報にリンクさせて、時間の経過に伴い、ネットワーク効率の調整を行えるようにするコンピュータソフトウェアコードであって、
ａ．列車のミッションを、共通交差ポイントを持つ複数の区画に分割するコンピュータソフトウェアモジュールと、
ｂ．少なくとも１つの列車運行パラメータを鉄道ネットワーク内の他の列車に基づいて計算し、特定の区画における少なくとも１つの最適パラメータを決定するコンピュータソフトウェアモジュールと、
ｃ．前記少なくとも１つの最適パラメータを少なくとも１つの現在の運行パラメータと比較するコンピュータソフトウェアモジュールと、
ｄ．前記列車の前記少なくとも１つの現在の運行パラメータを修正して、現在の区画および将来の区画の少なくとも一方について、前記少なくとも１つの最適パラメータと一致させるコンピュータソフトウェアモジュールと
を含むコンピュータソフトウェアコード。
【請求項１４】
請求項１３に記載のコンピュータソフトウェアコードであって、排気出力と速度の比較、燃料効率と速度の比較、および排出量と速度と燃料効率の比較のうち、少なくともいずれかを行うコンピュータソフトウェアモジュールをさらに含むコンピュータソフトウェアコード。
【請求項１５】
請求項１３に記載のコンピュータソフトウェアコードであって、前記少なくとも１つの現在の運行パラメータは、前記列車によって決定された少なくとも１つの最適パラメータである、コンピュータソフトウェアコード。
【請求項１６】
請求項１３に記載のコンピュータソフトウェアコードであって、少なくとも１つの現在の運行パラメータを修正して、他の列車との衝突を回避するコンピュータソフトウェアモジュールをさらに含むコンピュータソフトウェアコード。
【請求項１７】
ネットワークオプティマイザおよび車載オプティマイザを利用して、列車の運行を最適化する方法であって、
ａ．ミッション計画を決定するときに、列車の運行を評価するネットワークオプティマイザを設けることと、
ｂ．前記ネットワークオプティマイザから列車に、列車パラメータの初期設定を提供することと、
ｃ．ミッションを介して前記列車を運行させることと、
ｄ．前記列車がミッションを遂行しているときに、列車の運行状態を前記ネットワークオプティマイザに報告することと、
ｅ．前記列車上で、前記ネットワークオプティマイザによって提供された列車パラメータを視野に入れて、前記列車のリアルタイムの運行状態を考慮することと、
ｆ．前記ネットワークオプティマイザによって設定された前記列車パラメータのうちの少なくとも１つが、前記列車上で認識された限界を超えている場合、前記ネットワークオプティマイザによって提供された前記少なくとも１つの列車パラメータを無効にすることと
を含む方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、排気出力と速度の比較、燃料効率と速度の比較、および排出量と速度と燃料効率の比較のうちの少なくとも１つを行うことをさらに含む方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記比較を行うステップは、前記列車に非搭載式および搭載式の少なくともいずれかで達成される方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法であって、列車パラメータの初期設定を列車に提供することは、当初の到着時刻、排出限界、および速度設定のうち、少なくとも１つを決定することを含む方法。
【請求項２１】
請求項１７に記載の方法であって、少なくとも１つの現在の運行パラメータを修正して、前記鉄道ネットワークを利用している他の列車との衝突を回避することをさらに含む方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、前記少なくとも１つの現在の運行パラメータを修正することは、前記列車に搭載された走行オプティマイザによって実行される方法。
【請求項２３】
請求項１７に記載の方法であって、複数の列車の最適ミッション目標に向けて、前記列車を特定の区画に誘導することをさらに含む方法。
【請求項２４】
一部の軌道がネットワーク内の他の軌道と交錯する可能性がある、複数の軌道を持つ鉄道ネットワークにおいて、前記鉄道ネットワーク内を運行している鉄道車両を最適化する方法であって、
ａ．各個別ミッションの開始時に、各鉄道車両についてのミッション目標を決定することと、
ｂ．前記ミッション目標に基づいて、各鉄道車両の最適走行計画を決定することと、
ｃ．運行している最中に、個別の鉄道車両の運行パラメータおよび別の鉄道車両に近接している他の鉄道車両のうち、少なくとも一方に基づいて、各個別の走行計画を調整すること
を含む方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、排気出力と速度の比較、燃料効率と速度の比較、および排出量と速度と燃料効率の比較のうち、少なくともいずれかを行うことをさらに含む方法。
【請求項２６】
請求項２４に記載の方法であって、前記調整するステップは、前記比較を行うステップで決定された結果に基づいて達成される方法。
【請求項２７】
請求項２４に記載の方法であって、前記少なくとも１つの運行パラメータは、燃料パラメータ、排出パラメータ、および速度パラメータのうち、少なくとも１つを含む方法。
【請求項２８】
請求項２４に記載の方法であって、現在の運行パラメータは、前記鉄道車両および中央ネットワークオプティマイザの少なくとも一方によって決定された最適パラメータである方法。
【請求項２９】
請求項２４に記載の方法であって、第１の個別鉄道車両は、第２の個別鉄道車両の優先ミッションに基づいて、合流および通過のための待避線に入るように誘導されてよい方法。
【請求項３０】
請求項２４に記載の方法であって、個別鉄道車両の現在の運行パラメータを修正して、前記鉄道ネットワークを利用している他の鉄道車両との衝突を回避することをさらに含む方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、特定の鉄道車両について各現在の運行パラメータを変更することは、前記個別鉄道車両に搭載された走行オプティマイザによって実行される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
これは、２００６年３月２０日に出願された米国出願第１１／３８５，３５４号の一部継続出願であり、この出願を本願明細書の一部として援用する。本願は、２００６年１０月２日出願された米国仮出願第６０／８４９，１０１号、および２００７年５月２３日に出願された米国仮出願第６０／９３９，８５１号からの優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明の分野は、列車などの鉄道車両の運行に関わるもので、より詳細には、交錯する鉄道線路網において複数の列車が運行されているときに、前記複数の列車のパラメータ、たとえば、運行パラメータ、燃料効率、排出効率、および到着時刻などを最適化することに関する。
【背景技術】
【０００３】
機関車は、多数のサブシステムを有し、各サブシステムが他のサブシステムに相互依存する複雑なシステムである。オペレータは、機関車に搭乗して、機関車および連結貨車群の適切な運行を確実に行う。また、オペレータは、機関車の適切な運行を確実に行うことのほか、列車の運行速度を決定するとともに、機関車が一部を占める列車内の力を許容値に制限する責を負う。この役割を実行するため、オペレータは通常、特定の地形における機関車および様々な列車の操作経験がなければならない。この知識は、軌道に沿った列車位置によって異なる指示可能な運行速度を遵守するために必要となる。また、オペレータは、列車内の力が許容範囲内にあることを確認しなければならない。
【０００４】
特定の列車のミッションを基準として、利用可能な動力と走行履歴に応じて、列車に動力を供給する各種の機関車を構成することは、一般的な慣行である。これにより、個別の列車に利用できる機関車の動力に大きなバリエーションが得られる。また、Ｚ列車（Z-train）などの重要な列車については、通常、補助動力が設けられている。この補助動力は、一般的には予備の機関車であり、装置障害の発生に対処して、時間通り確実に列車をその目的地に到着させるためのものである。
【０００５】
列車を運行させる際に、列車のオペレータは、通常、類似した列車についての同一軌道上での過去の運行に基づいた、同一のノッチ設定を要求するが、このことは、これらの列車が完全に同一ではないため、燃料消費に大きな変動をもたらすことになる。このように、オペレータは、燃焼消費が各走行で最小限に抑えられるように機関車を運行させるものではない。たとえば、列車のサイズおよび負荷はさまざまであり、機関車およびその燃料や排気特性が異なるため、前述のように運行させることは困難である。
【０００６】
一般に、列車が編成された後、その列車が駅構内またはハンプ操車場を出ると、列車のダイナミクス、たとえば速度に対する燃料効率、最大加速および軌道状態などは、軌道の許諾と同様に、その列車と乗務員にとって概して既知のものとなる。ただし、列車は、複数の列車が同時に走行する鉄道線路軌道のネットワークの中を走行する。そこでは、鉄道線路軌道ネットワーク内の軌道が交差し、あるいは、列車が合流または通過する軌道を経路に沿って慎重に進まなければならない。到着時刻、新しい列車と乗務員のスケジュール、およびネットワーク全体の健全性など、ネットワークの知見情報は、中央の拠点または分散区域の拠点、たとえば、運行指令センターなどにおいて把握されているが、列車の上では把握されない。局部的な列車知見情報を大域的なネットワーク知見情報と組み合わせて、鉄道線路のネットワーク内にある列車ごとの最適システム性能を決定することが求められている。このため、鉄道線路のネットワークにおいて、オペレータは、最適燃料効率と最適排気効率、および複数の軌道や列車が交錯するネットワーク全体に対応した到着時時刻から恩恵を受けることになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の例示的実施形態は、交錯する鉄道ネットワーク上で複数の列車が運行される際に、その複数の列車のパラメータ、特に限定するものではないが、たとえば、燃料効率、排出効率、および到着時刻などを最適化するシステム、方法およびコンピュータソフトウェアコードを開示する。このため、鉄道線路ネットワークにおいて、列車パラメータ、燃料効率、排出効率、および負荷のうちの少なくとも１つをネットワークの知見情報とリンクさせて、列車がミッションを実行している間、時間の経過に伴って、ネットワーク効率の調整を行えるようにする方法を開示する。本方法は、列車のミッションを、共通交差ポイントを持つ複数の区画に分割することを含む。他のステップは、列車の運行パラメータを、鉄道ネットワーク内の他の列車に基づいて計算し、特定の区画における最適パラメータを決定することに関わる。最適パラメータは、現在の運行パラメータと比較される。開示される他のステップでは、列車の現在の運行パラメータを修正して、現在の軌道区画と進行先に待つ軌道区画の少なくとも一方についての最適パラメータと一致させる。
【０００８】
他の例示的実施形態において、列車パラメータと、燃料効率と、負荷をネットワークの知見情報とリンクさせて、時間の経過に伴って、ネットワーク効率の調整を行えるようにするシステムが開示される。このシステムは、ネットワークオプティマイザを含み、このネットワークオプティマイザは、鉄道ネットワーク内に存在する複数の列車について、列車の各ミッションの区画における最適な運行状態を決定する。さらに、ネットワークオプティマイザと列車の間で通信を行う無線通信システムも開示される。また、列車についての運行状態を前記ネットワークオプティマイザに提供するデータ収集システムも開示される。
【０００９】
さらに他の実施形態において、列車パラメータと、燃料効率と、負荷をネットワークの知見情報とリンクさせて、時間の経過に伴って、ネットワーク効率の調整を行えるようにするコンピュータソフトウェアコードが開示される。このコンピュータソフトウェアコードは、列車のミッションを、共通交差ポイントを持つ複数の区画に分割するコンピュータソフトウェアモジュールを含む。また、列車の運行パラメータを鉄道ネットワーク内の他の列車に基づいて計算し、特定の区画における最適パラメータを決定するコンピュータソフトウェアモジュールも含まれる。さらに、最適パラメータを現在の運行パラメータと比較するコンピュータソフトウェアモジュールも開示される。また、列車の現在の運行パラメータを修正して、現在の区画と将来の区画の少なくとも一方についての最適パラメータと一致させるコンピュータソフトウェアモジュールも開示される。
【００１０】
さらに他の例示的実施形態において、ネットワークオプティマイザと、車載走行オプティマイザを利用して、列車の運行を最適化する方法が開示される。この方法は、ネットワークオプティマイザから列車に、列車パラメータの初期設定を提供するステップを含む。ミッション全体で列車を走行させるステップと、ミッション中に列車が進行するとき、列車の運行状態をネットワークオプティマイザに通知するステップ、また、列車上において、ネットワークオプティマイザから提供された列車パラメータを考慮しながら、列車のリアルタイムの運行状態を検討するステップも提供される。ネットワークオプティマイザによって設定された列車パラメータが、列車上で認識された限界を超えている場合、他のステップは、ネットワークオプティマイザによって提供された前記列車パラメータを無効にすることを提供する。
【００１１】
複数の軌道を持ち、そのうちのいくつかの軌道がネットワーク内の他の軌道と交差する鉄道ネットワークにおいて、その鉄道ネットワーク内で運行している鉄道車両を最適化する方法が開示される。この方法は、各個別ミッションの開始時に、鉄道車両それぞれのミッション目標を決定するステップを含む。前記ミッション目標に基づいて、各鉄道車両の最適走行計画を決定する、他のステップも設けられる。各個別走行計画は、運行している最中に、鉄道車両固有の運行パラメータ、および別の鉄道車両に近接している他の鉄道車両のうち、少なくとも一方に基づいて調整される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に一致する実施形態について詳細に説明する。実施形態の各種の例は、添付の図面に示されている。特に支障がない限り、図面全体で使用されている同一の参照番号は、同一または同様の部品を示す。
【００１３】
本発明の例示的実施形態は、前述した分野の問題を解決するものであり、その解決策として、最適化された列車動力構造を用いて、列車の全般的燃料効率を改善するシステム、方法、およびコンピュータソフトウェアコードなどのコンピュータに実装される方法を提供する。また、本発明は、機関車構成が分散動力で運行される場合にも実行可能である。当業者であれば、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ、プログラム記憶装置、接続バス、およびその他の適当な構成要素を含むデータ処理システム等の装置をプログラミングもしくは設計することによって、本発明の例示的な一実施形態に係る方法を容易に実行可能であることが分かる。このようなシステムは、本発明の例示的な実施形態を実行するための適当なプログラム手段を含む。
【００１４】
また、データ処理システムで用いる事前記録ディスクやその他類似のコンピュータプログラム製品等の製造品としては、当該データ処理システムにおける本発明の方法の実施を容易化する記憶媒体およびその媒体に記録されたプログラム手段等が挙げられる。このような装置や製造品もまた、本発明の精神と範囲に含まれる。
【００１５】
概略を述べると、技術的な効果は、交錯する鉄道線路のネットワークの一部を構成する多区画軌道内で運行されている列車の燃料効率および排出効率を改善することにある。本発明の例示的実施形態を理解しやすくするため、下記では、各実施形態の具体的な実施内容を参照しながら説明を行う。本発明は、コンピュータが実行するプログラムモジュール等のコンピュータが実行可能な命令との一般的な関係において説明することができる。また、プログラムモジュールは通常、特定のタスクの実行または特定の抽象データ型の実装を行うルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む構成であってもよい。例えば、本発明の例示的な実施形態の基礎となるソフトウェアプログラムは、様々な計算プラットフォームでの使用を意図して、種々言語によりコーディングすることができる。下記の説明において、本発明の例は、ウェブブラウザを採用したウェブポータルの文脈において記述される。ただし、当然のことながら、本発明の例示的な実施形態の基礎となる原理は、他のコンピュータソフトウェア技術とも併せて実装可能である。
【００１６】
さらに、当業者にとっては当然のことであるが、本発明は、携帯型装置、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサを用いた家庭用電化製品またはプログラム可能な家庭用電化製品、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ等のコンピュータシステム構成によって実施してもよい。また、本発明は、通信ネットワークを介して接続された遠隔処理装置によってタスクを実行する分散コンピュータ環境において実施してもよい。分散コンピュータ環境においては、メモリ記憶装置を含む局所コンピュータ記憶媒体および遠隔コンピュータ記憶媒体の両者にプログラムモジュールを配置してもよい。これらのローカルおよびリモートのコンピュータ処理環境は、その全体が機関車の内部、または構成内の隣接する機関車の内部に搭載されても、あるいは、無線通信および有線通信のいずれかを行える路側のオフィスまたは中央オフィス内に非車載で設けられてもよい。
【００１７】
本明細書では、機関車構成という用語を用いる。本明細書においては、相互接続によって運動および／または制動を可能にする連続した１または複数の機関車を有するものとして、機関車構成を説明することができる。機関車は、車両を一切挟まない状態で相互接続される。また、列車は、２つ以上の機関車構成を有する構成とすることもできる。具体的には、先導構成と、車列の中間や列車の最後部等における２つ以上の離間構成とが考えられる。各機関車構成は、先頭の機関車および後続の機関車を有する構成であってもよい。先導構成は、全体列車構造内の任意の場所に位置できることは理解されるであろう。具体的に述べると、通常は第１機関車が先導機関車と見なされるが、複数機関車構成内の第１機関車は、物理的最後部位置に物理的に配置されてもよいことは、当業者であれば容易に理解されるであろう。通常、機関車構成は連続した機関車と見なされるが、当業者であれば、機関車構成が動力分散運行用に設定され、少なくとも１台の車両が機関車群を分離することによって、スロットルおよび制動コマンドが無線リンクまたは物理ケーブルによって先導機関車から遠隔車両に中継される場合であっても、機関車構成群を一構成と見なしてもよいことが容易に分かる。この目的で、機関車構成という用語は、同一列車における複数の機関車を論じる際の限定要因と解釈されるべきではない。
【００１８】
次に図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。本発明は、システム（コンピュータ処理システムを含む）、方法（コンピュータ実装方法を含む）、装置、コンピュータ読み込み可能な媒体、コンピュータプログラム製品、Ｗｅｂポータルを含むグラフィカルユーザインターフェース、またはコンピュータ読み込み可能なメモリに明確に定義されたデータ構造等、様々な方法で実施可能である。以下では、本発明のいくつかの実施形態について論じる。
【００１９】
図１は、本発明の例示的な一実施形態に係るフローチャートの例を示したものである。図示の通り、走行の計画に特化した命令は、車内または運行指令センター１０等の遠隔地から入力される。このような入力情報は、特に限定するものではないが、列車位置と、構成の詳細（機関車の型式など）と、機関車動力の詳細と、機関車牽引力トランスミッションの性能と、出力動力の関数で表されるエンジン燃料の消費量と、動力設定速度と負荷ダイナミクスの関数で表される機関車または列車の排出量と、冷却特性と、計画されている走行経路（マイルポストの関数として表される有効軌道勾配および曲率、または標準的な鉄道慣習に従った曲率を反映した「有効勾配」成分）と、有効抗力係数と共に貨車構造および負荷によって表される列車および走行の所望パラメータを含む。前記走行の所望パラメータは、特に限定するものではないが、開始時刻および開始場所と、終了場所と、所望の走行時間と、乗務員（ユーザおよびオペレータ）の識別情報と、乗務員のシフト終了時刻と、経路を含む。
【００２０】
このデータは、オペレータが車載ディスプレイを介して手動で機関車４２に入力する方法、データを含むハードカードおよび／またはＵＳＢドライブ等のメモリ素子を機関車のレセプタクルに挿入する方法、軌道信号装置および／または路側装置等の中央位置または路側位置４１（図３に示す）から機関車４２に無線通信を介して情報伝達する方法等、およびこれらには限定されない様々な方法で機関車４２に提供可能である。また、機関車４２および列車３１の荷重特性（例えば、抗力等）は、経路上（例えば、標高、気温、レールと軌道車の状態等）で変更してもよく、また、上述の任意の方法および／または機関車や列車の状態を実時間で自律収集することにより、必要に応じて、これらの変更を反映するように計画を更新してもよい。このような変更としては、例えば、機関車４２内外の機器を監視することによって検出した機関車または列車の特性の変更が挙げられる。
【００２１】
軌道信号システムは、列車の許容速度を決定する。軌道信号システムおよび各信号に関連する運行規則には、様々な種類が存在する。例えば、信号灯（オン／オフ）、複数色を有する単一レンズ、および複数の明るさと色を有する信号がそれぞれ存在する。これらの信号は、軌道に障害物がなく、列車が許容最高速度で進行してもよいことを示唆することができる。また、減速または停止が必要であることを示唆することもできる。この減速は、即座の実行または特定の位置（例えば、次の信号または踏切の前等）での実行が必要となる場合がある。
【００２２】
信号の状態は、様々な手段を介して列車および／またはオペレータに伝達される。軌道内に回路を有するとともに、機関車上に誘導ピックアップコイルを有するシステムもあれば、無線通信システムを有するシステムもある。また、信号システムは、オペレータに対して、信号を視覚的に監視し、適切な措置を講じるよう要求することもできる。
【００２３】
信号システムは、車載信号システムと連動するとともに、入力および適切な運行規則に従って機関車の速度を調整する構成であってもよい。オペレータに対して信号の状態を視覚的に監視するよう要求する信号システムにおいては、オペレータが列車の位置に基づいた入力を行う適当な信号オプションがオペレータ用画面に表示される。位置の関数としての信号システムおよび運行規則の種別は、車載データベース６３に格納してもよい。
【００２４】
本発明の例示的な実施形態に入力された指定データに基づいて、所望の出発・到着時刻で経路沿いの速度規制の制約を受けた状態での燃料消費量および／または排出量を最小限に抑える最適計画を計算することにより、走行プロファイル１２を生成する。このプロファイルは、距離および／または時間の関数として表現された列車が準ずるべき最適速度と動力（ノッチ）設定、ならびに、最大ノッチ動力と制動設定、位置の関数としての速度規制、および予想燃料消費量と生成排出量を含む列車運行規制等を含むが、これらには限定されない。例示的な一実施形態において、ノッチ設定の値は、およそ１０〜３０秒に１回の頻度でスロットル変更決定が行われるように選択する。当業者であれば、最適速度プロファイルに準ずることの必要性および／または要望に応じて、スロットル変更決定が長周期または短周期で発生することが容易に分かる。より広い意味で、当業者にとっては、上記プロファイルによる列車の動力設定が列車レベル、構成レベル、および／または個別の列車レベルのいずれかで規定されることは明らかである。動力には、制動力、原動力、およびエアブレーキ力が含まれる。別の好適な実施形態においては、従来の離散的なノッチ動力設定で運行する代わりに、本発明の例示的な実施形態によれば、選択したプロファイルに最適と判断された連続的な動力設定を選択可能である。したがって、例えば、ノッチ設定７で運行する代わりに、最適なプロファイルによってノッチ設定６．８を規定する場合、機関車４２は６．８で動作可能である。このような中間の動力設定を可能にすることによって、後述のような付加的な効率性の利益がもたらされる可能性がある。
【００２５】
以下に要約するように、最適なプロファイルの計算に用いる手順は、列車３１を駆動する動力シーケンスを計算する任意数の方法によって、機関車の運行およびスケジュールの制約を受ける燃料消費量および／または排出量を最小限に抑えることができる。場合によっては、列車構成、経路、および環境条件が類似することにより、要求された最適なプロファイルが過去に決定したものと十分に近くなることがある。この場合は、データベース６３の走行軌跡を参照して、その軌跡に追随するようにすれば十分である。過去に計算した計画が適さない場合は、新たな計画を計算する方法として、列車の運動物理学を近似する微分方程式モデルを用いて最適なプロファイルを直接計算する方法等が挙げられるが、これらには限定されない。構成としては、燃料消費と排気生成の比に対応するモデル変数の加重和（積分）に対して、スロットルの過度の変動にペナルティを科す項を加えた形式が一般的な、定量的な目的関数の選択が含まれる。
【００２６】
速度規制や最小・最大動力（スロットル）設定等、およびこれらには限定されない制約を受ける定量的な目的関数を最小化するため、最適制御の定式化を行う。任意の時点での計画目標に応じて、問題の設定を柔軟に行い、排出量および速度規制の制約を受ける燃料消費量もしくは燃料消費量および到着時刻の制約を受ける排出量を最小限に抑えることも可能である。また、例えば、総排出量または燃料消費量の制約を緩和することが任務上可能もしくは必要となる目標を設定することにより、そのような制約を受けずに総移動時間を最小限に抑えることも可能である。
【００２７】
本明細書では、機関車の燃料消費量を最小限に抑える例示的な数式および目的関数を提示する。これらの数式や関数は、説明のために用いたに過ぎず、別の数式や目的関数を使用して、燃料消費量またはその他の機関車／列車運行パラメータを最適化することも可能である。
【００２８】
解決すべき問題は、数学的に、より正確に記述可能である。基本的な物理的過程は、以下のように表される。
【００２９】
【数１】
2010505678.tif 000003
ここで、ｘは列車の位置、ｖは列車の速度、ｔは時間（必要に応じて、マイル、マイル／時、および分または時間で表す）、ｕはノッチ（スロットル）コマンド入力である。さらに、Ｄは移動距離、Ｔｆは軌道に沿った距離Ｄでの所望の到着時刻、Ｔｅは機関車構成によって生成された牽引力、Ｇａは列車の長さ、列車編成、および列車位置の地形によって決まる重力による抗力、Ｒは機関車構成と列車の組み合わせの正味速度によって決まる抗力をそれぞれ示す。初期速度および最終速度の規定も可能であるが、一般性を失わないように、ここではゼロとする（列車は、最初と最後に停止状態となる）。最後に、スロットルｕの変更とそれによって生じる牽引力または制動との時間差等その他の重要な動力学を含むようにモデルを直ちに修正する。このモデルを用いて最適制御の定式化を行うことにより、速度規制や最小・最大動力（スロットル）設定等、およびこれらには限定されない制約を受ける定量的な目的関数を最小化する。任意の時点での計画目標に応じて、問題の設定を柔軟に行い、排出量および速度規制の制約を受ける燃料消費量もしくは燃料消費量および到着時刻の制約を受ける排出量を最小限に抑えることも可能である。
【００３０】
また、例えば、総排出量または燃料消費量の制約を緩和することが任務上可能もしくは必要となる目標を設定することにより、そのような制約を受けずに総移動時間を最小限に抑えることも可能である。これらすべての性能尺度は、以下のいずれかの線形結合により表すことができる。
【００３１】
【数２】
2010505678.tif 000004
【００３２】
【数３】
2010505678.tif 000005
【００３３】
【数４】
2010505678.tif 000006
【００３４】
【数５】
2010505678.tif 000007
上記（１）の燃料項Ｆを排気生成に対応する項に置き換えると、例えば、排気に関しては
【００３５】
【数６】
2010505678.tif 000008
となる。この式におけるＥは、各ノッチ（または動力設定）に対してグラム／馬力時（ｇｍ／ｈｐｈｒ）で表された排出量である。また、最小化は、燃料消費および排気の加重総量に基づいて行うことも可能である。
【００３６】
以上から、一般的かつ代表的な目的関数は以下の通りである。
【００３７】
【数７】
2010505678.tif 000009
この線形結合の係数は、各項の重要度（加重）によって決まる。なお、式（ＯＰ）におけるｕ（ｔ）は、連続的なノッチ位置を表す最適化変数である。例えば、旧式の機関車において離散的なノッチが必要な場合は、式（ＯＰ）の解を離散化することになるが、燃料の節約は低減する可能性がある。実現可能な移動時間の下限（Ｔｆ＝Ｔｆｍｉｎ）は、最小時間解を求める（α１をゼロに設定、α２をゼロまたは相対的に小さな値に設定）ことによって得られる。この場合、ｕ（ｔ）とＴｆの両者が最適化変数となる。好適な実施形態においては、Ｔｆ＞Ｔｆｍｉｎおよびα３をゼロに設定した状態で、Ｔｆの値を様々に変えて式（ＯＰ）の解を得る。後者の場合、Ｔｆは定数として扱われる。
【００３８】
このような最適化問題の解に精通した者にとっては、例えば、以下のような経路に沿った速度規制等の制約が必要となる場合がある。
【００３９】
【数８】
2010505678.tif 000010
一方、端点制約の下で最小時間を目的として用いる場合、総燃料消費量は、例えば、以下のようにタンク内の量を下回る必要がある。
【００４０】
【数９】
2010505678.tif 000011
ここで、ＷＦはＴｆにおけるタンク内の燃料残量である。当業者であれば、式（ＯＰ）が別の形式でも記述可能であって、上記の形式は、本発明の例示的な実施形態で用いる例示的な数式であることが容易に分かる。
【００４１】
最適化関数は、燃料効率または排出量、または燃料効率と排出量の組み合わせを含む。下記に説明するように、排出量は異なるタイプのものであってもよく、また、重み付けされてもよいことを注記しておく。
【００４２】
本発明の例示的な実施形態に即して排出量のことを述べるならば、様々な形態で生成された累積排出量を関連付けることも可能である。例えば、排出に関する要件では、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出、炭化水素（ＨＣ）の排出、酸化炭素（ＣＯｘ）の排出、および／または粒状物質（ＰＭ）の排出の最大値を設定してもよい。別の放出規制としては、機関車が放つ各周波数のワット単位での無線周波数（ＲＦ）出力の制限等、電磁放射の最大値が挙げられる。さらに別の放出形態としては、通常デシベル（ｄＢ）単位で測定される機関車からの騒音がある。排出に関する要件は、時刻、時期、および／または天候や大気中の汚染物質レベル等の大気条件に基づいて、可変であってもよい。また、排出規制は、鉄道路線システムの全域で地理的に異なってもよいことが知られている。例えば、都市や州等の運行区域には特定の排出目標を設け、隣接する運行区域には、例えば、低許容排出量または所与の排出水準に対して課される高額な排出料等の異なる排出目標を設けてもよい。したがって、特定の地理的区域の排出プロファイルは、当該プロファイルに含まれる各規定排出量の最大排出値を含むように調整することによって、当該区域に要求された所定の排出目標を満足することも可能である。これらの排出パラメータは、機関車に関しては通常、動力（ノッチ）、大気状態、エンジン制御方法等によって決定される。
【００４３】
設計上、各機関車は、政府機関（特に限定するものではないが、たとえば、環境保護局（ＥＰＡ）、国際鉄道連合（ＵＩＣ）など）および実質排出量の規制基準のいずれかに従わなければならない。このため、本発明の例示的実施形態において、排出量が最適化されるときに、排出量はミッション合計の排出量を意味するが、このミッション合計排出量についての現行の規定は存在しない。なお、運行は常に、連邦ＥＰＡの命令に準拠する。走行動作中の主要な目的が排出量の低減である場合は、最適制御の定式化である式（ＯＰ）を修正して、この走行目的を考慮に入れる。最適化構成における柔軟性のポイントは、任意またはすべての走行目的が地理的範囲または任務に応じて変更可能なことである。例えば、優先度の高い列車については、最小時間の優先度が高く、１つの経路上での唯一の目的となる。別の例では、列車の計画経路に沿った州ごとに排気出力が異なることもある。
【００４４】
結果として得られた最適化問題を解くため、本発明の例示的な一実施形態においては、時間領域での動的最適制御問題を、Ｎ個の決定変数を有する等価な静的数理計画問題に置き換える。ここで、Ｎは、スロットル調整と制動調整を行う頻度および走行時間によって決まる値であり、標準的な問題の場合は数千となる。例えば、例示的な一実施形態においては、列車が米国南西部の１７２マイルの軌道を走行しているものとする。本発明の例示的な実施形態により決定・実行した走行とオペレータが決定した走行の実際のスロットル／速度履歴とを比較した場合、例えば、燃料消費量を７．６％節約可能である。この節約の改善は、本発明の例示的な実施形態により実現した最適化によって、オペレータの走行計画よりも抗力損失が少なく制動損失も殆どまたは一切ない走行方法が得られたため、実現できたものである。
【００４５】
上述の最適化をコンピュータで扱えるようにするため、図２や上述の数式に示すような列車の単純化モデルを採用してもよい。最適なプロファイルの主要な改良は、他の熱的・電気的・機械的な制約が侵害されたか否かを確認するため、最適な動力シーケンスが生成されたより詳細なモデルを用いることによってもたらされる。この結果、機関車や列車設備に悪影響を及ぼすことなく実現可能な走行に最も近い速度対距離を有する修正プロファイルが得られる。すなわち、列車の機関車および車両間力に対する熱的・電気的な制限等の付加的な暗黙の制約を満足可能である。
【００４６】
ここで図１に戻って、走行開始１２が指示されると、駆動コマンドの生成１４によって計画が進行する。そして、本発明の例示的な実施形態に係る運行設定に応じて、１つのコマンドが機関車に送られ、最適速度を実現するように最適駆動コマンドへの追随１６が行われる。本発明の例示的な実施形態では、列車の機関車構成からの実速度・動力情報の取得１８が行われる。なお、最適化に用いたモデルの近似性が避けられないため、最適動力の補正に関する閉ループ演算を行うことによって、所望の最適速度に追従するものとする。列車運行制限に関するこのような補正は、自動的に実施可能である。あるいは、列車の管理を常に支配するオペレータによって実施可能である。
【００４７】
場合によっては、最適化に用いたモデルが実際の列車とは大幅に異なることがある。これは、余分な貨物の積載または搭載、機関車の経路外れ、および初期のデータベース６３またはオペレータによるデータ入力の誤り等を含む様々な理由で起こり得ることであるが、これらの理由には限定されない。これらの理由により、実時間列車データを用いて実時間での機関車および／または列車パラメータの推定２０を行う監視システムが設けられている。推定したパラメータは、最初に走行計画を生成した際に用いた仮のパラメータとの比較２２を行う。そして、仮定値および推定値間の任意の差異に基づいて走行の再計画２４を行うことにより、新たな計画から十分な節約が得られるようにしてもよい。
【００４８】
走行の再計画を行う別の理由としては、運行指令センター等の遠隔地からの指令および／またはオペレータがより広範囲の移動計画目標に合致した目的への変更を求める場合等が挙げられる。より広範囲の移動計画目標としては、他の列車のスケジュール、トンネルから排気を除去可能である点、保守業務等が挙げられるが、これらには限定されない。さらに別の理由として、車載構成品の故障も考えられる。再計画の方法は、以下に詳述するように、混乱の重大性に応じて付加的な調整および大幅な調整に分類可能である。「新たな」計画は通常、上述した最適化問題の式（ＯＰ）の解から得られなければならないが、本明細書に記載の通り、高速の近似解が得られる場合が多い。
【００４９】
機関車４２は運用上、システム効率を継続的に監視するとともに、走行性能の改善があるたびに、実際に測定した効率に基づいて走行計画を継続的に更新する。再計画の計算は、機関車ですべて行ってもよい。あるいは、無線技術を用いて計画を機関車４２に伝達する運行指令センターまたは路側処理施設等の遠隔地に全部または一部を移管してもよい。本発明の例示的な実施形態では、効率伝達関数に関する機関車フリートデータの構築に利用可能な効率動向を生成してもよい。フリート全体のデータは、初期走行計画の決定に際して用いてもよく、また、複数の列車の位置を考慮する際のネットワーク全体の最適化トレードオフに用いてもよい。例えば、図４に示す移動時間と燃料消費量のトレードオフグラフは、同一経路上の多数の類似列車について収集した集合体平均により更新した、現在時刻における特定経路上の列車の能力を反映している。したがって、多数の機関車から図４のようなグラフを収集している中央送信施設は、この情報を用いて、全体的な列車の移動をより適切に協調させることによって、燃料消費量またはスループットにおけるシステム全体の利益を実現可能である。したがって、既に計算されている関数の代わりにリアルタイムのデータを利用する場合は、機関車および機関車構成の動作が、実際に利用可能なデータに基づいて制御されることは、当業者には明らかであろう。燃料使用量を利用してきたが、同様のグラフは、排出量と走行時間を比較して排出量を最適化しようとする場合にも利用できることは、当業者であれば理解されるであろう。他の比較には、排出量と速度の比較、および排出量と速度と燃料効率の比較が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００５０】
日常の運行における様々な事象によって、現在実行中の計画の生成または修正が必要となることがある。ここで、他の列車との交錯または通過が予定通りではなくなって、列車の遅れを取り戻す必要がある場合にも、同じ走行目的を維持することが望まれる。機関車の実際の速度、動力、および位置を用いて、計画した到着時刻と現在の推定（予測）到着時刻の比較２５を行う。そして、（運行指令センターまたはオペレータが検出または変更した）時間ならびにパラメータの差異に基づいて、計画の調整２６を行う。この調整は、上記のような計画からの逸脱の取り扱い方法に関する鉄道会社の要望に従って自動的に行ってもよい。あるいは、車上のオペレータと通信指令係が計画回復の最善策を連帯して決定する代替案を手動で提案してもよい。計画が更新されたものの、到着時刻等およびこれらには限定されない当初の目的が変更されない場合はいつでも、将来の新たな速度規制変更等、当初計画の回復の実現可能性に影響を及ぼしかねない付加的な変更を同時に織り込んでもよい。このような事例で、当初の走行計画を維持できない場合、すなわち、列車が当初の走行計画目標を満足できない場合は、本明細書に記載の通り、オペレータおよび／または遠隔施設、あるいは運行指令センターに対して他の走行計画を提示してもよい。
【００５１】
当初目的の変更が望まれる場合は、再計画を実行してもよい。このような再計画は、予め計画された定刻、オペレータまたは通信指令係の自由裁量、または列車運行規制等の所定の制限を超えた場合に独立して行うことができる。例えば、現在の計画の実行が特定の閾値（例えば、３０分等）以上遅れている場合、本発明の例示的な実施形態においては、走行の再計画を行って、上述のような燃料消費量の増加により遅れを調整することができる。あるいは、どれほどの遅れを取り戻すことができるか（すなわち、残された最小時間または時間制約下で節約可能な燃料の最大値）をオペレータと通信指令係に知らせることができる。また、再計画のその他の誘因は、到着時刻、機器の故障および／または機器の一時的な機能不全（例えば、過加熱または過冷却運転等）に起因する馬力の損失、および／または列車荷重の想定等における全体的な設定誤りの検出等、およびこれらには限定されない燃料消費量または動力構成の状態に基づいて想定することができる。すなわち、上記の変更によって、現在の走行に対する機関車性能の低下が見られる場合は、最適化に用いたモデルおよび／または数式にこれらの誘因を織り込んでもよい。
【００５２】
計画目標の変更は、１台の列車の計画によって、別の列車が目的および異なる水準でのアービトレーションを満足する能力が制限される場合に、例えば、運行指令センターに対する要求として事象間の調整を行う必要性から生じることもある。例えば、交錯と通過の調整は、列車間の通信によってさらなる最適化を行ってもよい。したがって、例えば、交錯および／または通過位置への到達が遅れていることを列車側で把握している場合は、他方の列車からの伝達によって遅延列車（および／または運行指令センター）への通知が可能である。そして、オペレータは、遅延に関する情報を本発明の例示的な実施形態に入力可能であって、この実施形態により、列車の走行計画の再計算が行われる。本発明の例示的な実施形態は、高レベルまたはネットワークレベルで用いることによって、予定した交錯および／または通過の時間制約が満たされない場合に、運行指令センターによる減速または加速すべき列車の判定を可能にすることができる。これは、本明細書に記載の通り、運行指令センターにデータを送信して各列車の計画目標の変更に優先順位をつける列車によって実施可能である。選択の判断は、その状況により、スケジュールまたは燃料節約の利点のいずれかに基づいて行う。
【００５３】
本発明の例示的な実施形態では、手動または自動で開始された再計画のいずれについても、オペレータに対して２つ以上の走行計画を提示可能である。本発明の例示的な一実施形態においては、異なるプロファイルがオペレータに提示されるため、オペレータは、到着時刻を選択可能であるとともに、対応する燃料および／または排気の影響を把握可能となる。このような情報は、代替案の単純リストまたは図４に示すような複数のトレードオフグラフとして運行指令センターに提供することにより、同様な検討が可能である。
【００５４】
本発明の例示的な実施形態は、現在の計画および／または将来の計画に組み込み可能な列車と動力構成の主要な変更を把握して適応することができる。例えば、上述した誘因の１つに、馬力の損失がある。馬力の損失または走行の開始後においても時間とともに馬力を上げる場合は、所望の馬力が得られるタイミングを判定するために遷移論理を利用する。この情報は、馬力の損失が再発した場合に将来の走行または現在の走行を最適化するための機関車データベース６１に保存可能である。
【００５５】
図３は、例示的なシステムの一部をなす要素の例示的な一実施形態を示したものであって、列車３１の位置を決定する位置検索要素３０が設けられている。位置検索要素３０は、列車３１の位置を決定するＧＰＳセンサまたはセンサシステムによって構成可能である。このような他のシステムの例としては、無線周波数自動装置識別（ＲＦＡＥＩ）タグ等の路側装置、運行指令センター、および／またはビデオ測定装置等が挙げられるが、これらには限定されない。別のシステムとしては、機関車に搭載され、基準点からの距離計算を行うタコメータが挙げられる。また、前述の通り、列車間の通信および／または運行指令センター等の遠隔地との通信を可能にする無線通信システム４７を設けてもよい。移動位置に関する情報は、他の列車から転送する構成であってもよい。
【００５６】
また、軌道に関する情報のうち、主に勾配、標高、および曲率に関する情報を提供する軌道特性解析要素３３が設けられている。任意の構成として、軌道負荷などの軌道の制約も含まれてよい。これらの制約は、恒久的なものであっても、あるいは一時的なものであってもよい。軌道特性解析要素３３は、車載の統合軌道データベース３６を含む構成であってもよい。機関車構成４２の牽引により生じた牽引力４０、機関車構成４２のスロットル設定、機関車構成４２の構成情報、機関車構成４２の速度、個々の機関車の構成、および個々の機関車の性能等の測定には、センサ３８を使用する。例示的な一実施形態においては、センサ３８を用いずに機関車構成４２の構成情報を取り込んでもよいが、上述のような別の方法で入力するものとする。さらに、機関車構成の各機関車の状態を考慮に入れてもよい。例えば、機関車構成のうちの１台の機関車が動力ノッチレベル５以上で動作不可能な場合、走行計画の最適化にはこの情報が用いられる。
【００５７】
位置検索要素からの情報は、列車３１の適切な到着時刻の決定に用いてもよい。例えば、列車３１が軌道３４に沿って目的地に向かっており、後続列車が存在せず、さらに従うべき到着期限が規定されていない場合は、無線周波数自動装置識別（ＲＦＡＥＩ）タグ、運行指令センター、および／またはビデオ測定装置等、あるいはこれらに限定されない位置検索要素を用いて列車３１の正確な位置の測定を行ってもよい。さらに、これらの信号システムからの入力を用いて、列車の速度調整を行ってもよい。本発明の例示的な実施形態では、後述の車載軌道データベースおよびＧＰＳ等の位置検索要素を用いることにより、所与の機関車位置における信号システムの状態を反映するオペレータのインターフェースを調整することができる。同様に、計画立案部は、排出率を抑制するために列車を減速させることを選択してもよい。
【００５８】
位置検索要素３０からの情報は、目的地までの距離の関数としての計画目標の変更に用いてもよい。例えば、経路上の混雑に関する必然的な不確定要素があることから、後で統計的に発生する遅延の回避策として、経路の初期段階における「高速」時間目標を採用してもよい。遅延が発生しない特定の走行で変更を行った場合は、経路後半の目標を修正して、初期に蓄積した固有の余裕時間を用いることにより、燃料効率を回復することができる。同様の方法は、例えば、市街地に接近している場合等の排出制限のある目標に関しても行使することができる。
【００５９】
上記回避策の一例として、ニューヨークからシカゴへの走行を計画する場合、走行の初期、中間、または終盤のいずれかに列車を低速で運行するシステムの選択肢があってもよい。本発明の例示的な実施形態では、気象条件や軌道の保守等、およびこれらには限定されない未知の制約が走行中に発生して明らかとなる場合があるため、走行の終盤に低速運行を行えるように走行計画を最適化する。その他の検討事項として、従来から混雑する区域が既知の場合は、これらの混雑区域の周辺でより柔軟に対応可能な選択肢を用いて計画を改良する。これにより、本発明の例示的な実施形態では、将来に向けた時間／距離の関数として、および／または、既知／過去の経験に基づいて、加重／ペナルティを考慮に入れてもよい。当業者であれば、気象条件、軌道状態、および軌道上の他の列車等を考慮に入れた上記の計画や再計画を走行中常に考慮して、走行計画を適宜に調整可能であることが容易に分かる。
【００６０】
図３は、本発明の例示的な実施形態の一部をなす他の要素をさらに開示しており、位置検索要素３０、軌道特性解析要素３３、およびセンサ３８からの情報を受信可能なプロセッサ４４が設けられている。プロセッサ４４内では、アルゴリズム４６が機能する。アルゴリズム４６は、上述のような機関車４２、列車３１、軌道３４、および任務の目的に関するパラメータに基づいて最適な走行計画を計算する際に用いられる。例示的な一実施形態においては、アルゴリズムに規定された簡素化条件を有する物理的過程から導かれた非線形微分方程式の解として、列車３１が軌道３４に沿って移動する際の列車の動作モデルに基づいて走行計画の構築が行われる。アルゴリズム４６は、位置検索要素３０、軌道特性解析要素３３、および／またはセンサ３８からの情報を利用して、機関車構成４２の燃料消費量の最小化、機関車構成４２の排出量の最小化、所望の走行時間の規定、および／または機関車構成４２上における乗務員の適正な作業時間の確保を可能にする走行計画を生成することができる。例示的な一実施形態においては、運転または制御要素５１も設けられている。制御要素５１は、本明細書に記載の通り、走行計画に対する列車の追従制御を行うためのものである。本明細書に記載する別の例示的な実施形態において、制御要素５１は、列車運行に関する決定を独立して行う。また、別の例示的な実施形態においては、列車が走行計画に追従するように、オペレータが指示を行ってもよい。
【００６１】
本発明の例示的な実施形態では、任意の計画を初めに作成し、実行中に素早く修正できることが必要となる。これは、計画最適化アルゴリズムが複雑なことから、長距離が含まれる場合の初期計画の作成を含む。走行プロファイルの全長が所与の距離を超える場合は、アルゴリズム４６により中間地点で任務を分割してもよい。なお、単一のアルゴリズム４６のみを論じているが、当業者であれば、２つ以上のアルゴリズムを用いて、これらのアルゴリズムを相互に関連付けてもよいことが容易に分かる。中間地点としては、単線上での対向列車との交錯または後続列車の通過が予定されている待避線、もしくは車両の連結および切り離しを行う操車場または工場の側線、および計画作業位置等、列車３１が停止する自然な位置が挙げられるが、これらには限定されない。このような中間地点では、列車３１に対して、予定時刻に到着すること、および指定範囲内の速度で停止または移動することを要求してもよい。中間地点での到着から出発までの時間は、滞留時間と称する。
【００６２】
本発明の例示的な一実施形態においては、特別な系統立った方法により、長距離の走行を小さな区分に分割可能である。各区分は、長さを多少なりとも任意に設定可能であるが、通常は、停留所や大幅な速度制限がある区域または他の経路との分岐合流を規定する主要なマイル標等の自然な位置が選択される。このように選択した区画や区分により、図４に示すように、独立変数として選定した移動時間の関数として、軌道の各区分の走行プロファイルを作成する。各区分に関する燃料消費量／移動時間トレードオフは、列車３１が軌道の当該区分に到達する前に計算可能である。そして、各区分について作成した走行プロファイルから、全体の走行計画を生成することができる。本発明の例示的な実施形態では、要求された総走行時間を満足するとともに、全区分に渡る総燃料消費量を最大限抑えられるように、最適な方法で移動時間を全走行区分に割り振る。また、例示的な３区分の走行について、図６に開示するとともに以下に論じる。ただし、複数の区分を論じているが、当業者であれば、走行全体を表す単一の区分で走行計画を構成してもよいことが分かる。
【００６３】
図４は、燃料消費量／移動時間グラフの例示的な一実施形態を示したものである。同様の実施形態において、排出量または走行時間曲線を考慮できることは、当業者であれば容易に認識されるであろう。前述の通り、各区分に対する様々な移動時間の最適な走行プロファイルを計算することにより、このようなグラフ５０が作成される。すなわち、所与の移動時間５１に対して、上述のように計算した詳細な走行プロファイルの結果が燃料消費量５２となる。各区分の移動時間を割り振ると、過去に計算した解から各区分の動力／速度計画が決定される。速度規制の変更等およびこれらには限定されない各区分間での速度に関する任意の中間地点制約がある場合は、最適な走行プロファイルの作成中に調整する。速度制限が単一の区分でのみ変更となる場合は、変更のあった区分に対してのみ燃料消費量／移動時間グラフ５０を再計算すればよい。これにより、多数の走行区域や区分の再計算に要する時間を短縮することができる。例えば、機関車の損害または車両の連結や切り離しによって、機関車構成または列車が経路に沿って大幅に変化する場合、その後の全区分の走行プロファイルは、グラフ５０の新たな事例を作成することによって再計算しなければならない。そして、これらのグラフ５０を新たなスケジュール目標と併せて用いることにより、残りの走行を計画する。
【００６４】
上述のように走行計画を生成すると、速度・動力対距離の軌跡を用いることによって、所要の走行時間および最小限の燃料および／または排出量で目的地に到達することができる。特定の比較については上述したように識別されるが、これらのパラメータについての別の比較も他のものと同様に利用できることは、当業者であれば容易に認識されるであろう。比較を行う意図は、オペレータまたはユーザに選択されたときに、開示したパラメータの任意の組み合わせに基づいた、複合的な性能最適条件を達成するためである。ここで、走行計画の実行には複数の方法がある。以下でより詳細に記載する通り、例示的な一実施形態において、指導モードでは、最適な走行計画に従って決定された所要の動力と速度を達成するための情報がオペレータに対して表示される。このモードでは、オペレータが利用すべき運行条件等の運行情報が提示される。別の例示的な実施形態においては、加速と定速維持が行われる。ただし、列車３１の減速が必要な場合、オペレータは、制動システム５２を適用する責を負う。本発明の別の例示的な実施形態において、駆動および制動のコマンドは、所望の速度対距離の軌跡をたどるように、必要に応じて提供される。動力および速度に関して説明したが、上記に開示した他のパラメータも、指導モードで利用されるパラメータとして設定されてよい。
【００６５】
また、向かい風および／または追い風の変動に起因する列車の負荷変動等およびこれらには限定されない事象を補正するため、フィードバック制御方法を用いて、プロファイルの動力制御シーケンスの補正を行う。このような誤差としては、最適な走行計画の条件と比較した場合の列車の質量および／または抗力等、およびこれらには限定されない列車パラメータの誤差に起因するものが考えられる。さらに、第３の誤差は、軌道データベース３６に含まれる情報によって生じる可能性がある。その他の生じ得る誤差としては、機関車エンジン、トラクションモータの熱持続時間、および／または他の要因に起因する非モデル化性能の差が挙げられる。フィードバック制御方法では、位置の関数としての実速度と所望の最適プロファイルにおける速度との比較が行われる。この差に基づいて、最適な動力プロファイルの補正を行い、上記実速度を最適プロファイルに加味する。安定した調整ができるように、動力補正のためのフィードバック速度をフィルタリングする補償アルゴリズムを設けて、閉じた性能安定を確保してもよい。補償としては、制御システム設計の当業者が性能目標を満足するために用いる標準的な動的補償が挙げられる。
【００６６】
本発明の例示的な実施形態においては、鉄道路線の運行における例外というよりは習慣として、最も単純で最も早い手段により走行目的の変更を調整可能である。例示的な一実施形態においては、経路に沿った停留所があるＡ点からＢ点までの燃料消費最適走行を決定するとともに、走行の開始後に残りの走行に対する更新を行うため、準最適な分解方法を用いて最適な走行プロファイルを求めることができる。この計算方法は、モデリング手法を用いることにより、特定の移動時間、初期速度、および最終速度を有する走行計画を求めることができるため、停留所がある場合は、速度規制と機関車性能の制約をすべて満足することができる。また、既に説明したことではあるが、前述の要因（またはパラメータ）のうちの２つ以上の間でバランスをとることをさらに利用して、所定の要因（またはパラメータ）を最適化してもよい。たとえば、他の実施形態において、排出量に対する移動速度が、走行計画を開発する基準であってよい。
【００６７】
本明細書に記載の通り、本発明の例示的な実施形態では、図５の例示的なフローチャートに示した設定、ならびに図６に詳しく示した例示的な３区分の走行等の設定を採用してもよい。走行は、図示の通り、２つ以上の区分Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３に分割してもよい。本明細書に記載の通り、走行は単一の区分と見なすことができ、また、区分の境界によって均等な区分が得られなくてもよく、その代わりに、自然な境界または任務特有の境界を区分に用いる。また、各区分についての最適な走行計画は、事前に計算される。満足すべき走行目的が燃料消費量対走行時間である場合は、各区分についての燃料消費量対走行時間グラフが形成される。このグラフは、本明細書に記載の通り、走行計画で満足すべき目的としてのその他の要因に基づくものであってもよい。このような要因の１つは、排出量であってよく、その場合に、速度に対する排出量を検討し、あるいは、排出量と速度と燃料効率の対比を検討してもよい。走行時間が決定対象のパラメータである場合は、走行時間の制約全体を満足しつつ、各区分の走行時間が計算される。図６は、例示的な３区分に渡る２００マイルの走行の速度規制９７を示したものである。さらに、２００マイルの走行に渡る勾配変化９８も示されている。また、複合図９９には、各走行区分における移動時間に対する燃料消費量のグラフも示してある。
【００６８】
本計算方法は、前述の最適な制御設定を用いることにより、特定の移動時間、初期速度、および最終速度を有する走行計画を求めることができるため、停留所がある場合は、速度規制と機関車性能の制約をすべて満足することができる。以下の詳細な考察は、燃料消費量を最適化するためのものであるが、本明細書に記載の排出量等およびこれらには限定されないその他の要因の最適化にも適用可能である。柔軟性のポイントは、停留所において所望の滞留時間を調整するとともに、例えば、待避線に待機または通過する時間が重要となる単線運行において、ある位置での最早の到着と出発に関する制約を必要に応じて検討することである。
【００６９】
本発明の例示的な実施形態では、Ｍ−１箇所の中間停留所Ｄ１、・・・、ＤＭ−１を有するとともに、以下によって規定された各停留所での到着時刻と出発時刻を有し、距離Ｄ０〜ＤＭを時間Ｔで移動する燃料消費最適走行が求められる。
【００７０】
【数１０】
2010505678.tif 000012
ここで、ｔａｒｒ（Ｄｉ）、ｔｄｅｐ（Ｄｉ）、およびΔｔｉはそれぞれ、ｉ番目の停留所における到着時刻、出発時刻、および最小停留時間である。燃料消費最適性が停留時間の最小化を示すものと仮定すると、ｔｄｅｐ（Ｄｉ）＝ｔａｒｒ（Ｄｉ）＋Δｔｉとなって、上記２番目の不等式が除外される。また、各ｉ＝１、・・・、Ｍに対する移動時間ｔ（Ｔｍｉｎ（ｉ）≦ｔ≦Ｔｍａｘ（ｉ））のＤｉ−１〜Ｄｉにおける燃料消費最適走行が既知であると仮定して、Ｆｉ（ｔ）をこの走行に対応する燃料消費量とする。Ｄｊ−１〜Ｄｊの移動時間をＴｊで表す場合、Ｄｉへの到着時刻は以下で与えられる。
【００７１】
【数１１】
2010505678.tif 000013
ここで、Δｔ０はゼロと定義する。そして、移動時間ＴでのＤ０〜ＤＭの燃料消費最適走行は、以下を最小化するＴｉ（ｉ＝１、・・・、Ｍ）を求めることによって得られる。
【００７２】
【数１２】
2010505678.tif 000014
ただし、以下を前提とする。
【００７３】
【数１３】
2010505678.tif 000015
【００７４】
【数１４】
2010505678.tif 000016
走行開始後の課題は、移動中の残りの走行（当初は、時間ＴでＤ０〜ＤＭ）の燃料消費最適解を再決定することであるが、障害によって燃料消費最適解への追従が阻害される。現在の距離と速度をそれぞれｘ、ｖ（ただし、Ｄｊ−１＜ｘ≦Ｄｊ）とし、走行開始からの現在時間をｔａｃｔとする。その結果、ｘ〜ＤＭにおける残りの走行の燃料消費最適解は、ＤＭへの当初の到着時刻を保持するものとして、以下を最小化する
【００７５】
【数１５】
2010505678.tif 000017
を求めることにより得られる。
【００７６】
【数１６】
2010505678.tif 000018
ただし、以下を前提とする。
【００７７】
【数１７】
2010505678.tif 000019
【００７８】
【数１８】
2010505678.tif 000020
【００７９】
【数１９】
2010505678.tif 000021
ここで、
【００８０】
【数２０】
2010505678.tif 000022
は、ｘでの初期速度をｖとして、ｘ〜Ｄｉを時間ｔで移動する最適走行の燃料消費量である。
【００８１】
上述の通り、より効率的な再計画を可能にする例示的な方法は、分割区分から停留所間走行の最適解を構築することである。Ｄｉ−１〜Ｄｉを時間Ｔｉで移動する走行について、一連の中間地点Ｄｉｊ（ｊ＝１、・・・、Ｎｉ−１）を選択し、Ｄｉ０＝Ｄｉ−１、ＤｉＮｉ＝Ｄｉとする。そして、Ｄｉ−１〜Ｄｉの最適走行の燃料消費量を以下のように表す。
【００８２】
【数２１】
2010505678.tif 000023
ここで、ｆｉｊ（ｔ、ｖｉ，ｊ−１、ｖｉｊ）は、初期速度と最終速度をｖｉ，ｊ−１、ｖｉｊとして、Ｄｉ，ｊ−１〜Ｄｉｊを時間ｔで移動する最適走行の燃料消費量である。さらに、ｔｉｊは、距離Ｄｉｊに対応する最適走行の時間である。また、ｔｉＮｉ−ｔｉ０＝Ｔｉと定義する。列車はＤｉ０とＤｉＮｉで停止するため、ｖｉ０＝ｖｉＮｉ＝０である。
【００８３】
上式によれば、最初に関数ｆｉｊ（・）（１≦ｊ≦Ｎｉ）を決定し、次に以下を最小化するτｉｊ（１≦ｊ≦Ｎｉ）およびｖｉｊ（１≦ｊ＜Ｎｉ）を算出することによって、関数Ｆｉ（ｔ）を選択的に決定することができる。
【００８４】
【数２２】
2010505678.tif 000024
ただし、以下を前提とする。
【００８５】
【数２３】
2010505678.tif 000025
【００８６】
【数２４】
2010505678.tif 000026
【００８７】
【数２５】
2010505678.tif 000027
Ｄｉｊ（例えば、速度制限区域または交錯点等）を選択することによって、ｖｍａｘ（ｉ、ｊ）−ｖｍｉｎ（ｉ、ｊ）が最小化可能であるため、ｆｉｊ（）の把握が必要な範囲を最小限に抑えることができる。
【００８８】
上記の分割に基づいて、上述した手法よりも簡単な準最適再計画手法は、列車が距離Ｄｉｊ（１≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ≦Ｎｉ）に存在する時間に再計画を制限することである。Ｄｉｊでは、以下を最小化するτｉｋ（ｊ＜ｋ≦Ｎｉ）、ｖｉｋ（ｊ＜ｋ＜Ｎｉ）、τｍｎ（ｉ＜ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎｍ）、およびｖｍｎ（ｉ＜ｍ≦Ｍ、１≦ｎ＜Ｎｍ）を求めることによって、Ｄｉｊ〜ＤＭの新たな最適走行を決定することができる。
【００８９】
【数２６】
2010505678.tif 000028
ただし、以下を前提とする。
【００９０】
【数２７】
2010505678.tif 000029
【００９１】
【数２８】
2010505678.tif 000030
【００９２】
【数２９】
2010505678.tif 000031
ここで、以下を用いる。
【００９３】
【数３０】
2010505678.tif 000032
距離Ｄｉに到達するまでは、Ｔｍ（ｉ＜ｍ≦Ｍ）の再計算を行うことによって、さらなる単純化が可能である。このように、Ｄｉ−１とＤｉ間の距離Ｄｉｊにおいては、τｉｋ（ｊ＜ｋ≦Ｎｉ）およびｖｉｋ（ｊ＜ｋ＜Ｎｉ）においてのみ上記の最小化を行えばよい。Ｔｉは、計画よりも長くなったＤｉ−１〜Ｄｉｊの実移動時間を調整するために、必要に応じて増加させる。この増分は、可能であれば、距離ＤｉでのＴｍ（ｉ＜ｍ≦Ｍ）の再計算により、後で補償する。最適化される要因が排出量であるときにも依然として上式を適用できるが、ただし、この場合は、予め設定された燃料対排出量、リアルタイムの燃料対排出量、および経時変化する燃料対排出量のいずれかの伝達関数が代入項として利用される点が異なる。特に限定するものではないが、他の伝達関数、たとえば燃料と速度、排出量と速度、および燃料と排出量と速度の対比などを同様に利用できることは、当業者であれば理解されるであろう。これらの要素を比較する際には、燃料項を利用して燃料効率も表せるようにする。同様に、排出量を利用して排出効率も表せるようにする。
【００９４】
上掲の閉ループ構成に関して、列車３１をＡ点からＢ点まで移動させるのに必要な総入力エネルギーは、４つの成分の合計から成る。具体的には、Ａ点とＢ点間の運動エネルギーの差と、Ａ点とＢ点間の位置エネルギーの差と、摩擦および他の抗力損失に起因するエネルギー損失と、制動によって消失するエネルギーとがある。初期速度と最終速度が同じである（例えば、静止状態）と仮定すると、第１の成分はゼロになる。さらに、第２の成分は、走行方法と無関係である。したがって、残り２つの成分の合計を最小化すれば十分である。
【００９５】
抗力損失は、定速プロファイルに従えば、最小限に抑えられる。また、定速維持に制動が不要な場合は、総エネルギー入力も最小限に抑えられる。ただし、定速維持に制動が必要な場合は、定速維持のために制動を行うと、制動によって消失したエネルギーを補充する必要があるため、総所要エネルギーが増大する可能性が高い。制動によって結果的に抗力損失が少なくなり、付加的な制動損失がオフセット以上となる場合は、速度変化を抑えることによって総エネルギー使用量を実質的に低減可能な制動方法もある。
【００９６】
上述の事象の収集によって再計画を完了した後は、本明細書に記載の閉ループ制御を用いて、新たな最適ノッチ／速度計画を実施可能である。ただし、状況によっては、上述の区分分解計画を実施するのに十分な時間を確保できないことがある。特に、遵守すべき重要な速度制限が存在する場合は、代替案が必要である。本発明の例示的な実施形態では、「スマートクルーズコントロール」と称するアルゴリズムを用いて、この課題を達成する。スマートクルーズコントロール・アルゴリズムは、既知の地形上で列車３１を走行させるためのエネルギー効率（すなわち、燃料消費）に優れた準最適な規定を即座に生成するための効率的な方法である。このアルゴリズムは、軌道３４に沿った列車３１の位置を常に把握しておくとともに、位置に対する軌道の勾配と曲率を把握しておくことが前提となる。この方法は、列車３１の運動の質点モデルに基づいており、そのパラメータは、前述のような列車運動のオンライン測定によって適応的に推定可能である。
【００９７】
スマートクルーズコントロール・アルゴリズムは、３つの主要な要素を有する。具体的には、速度規制の緩和に関してエネルギー効率の良い指針となる修正速度規制プロファイルと、速度変化の最小化と制動の均衡を意図した理想的なスロットルプロファイルまたは動的制動設定プロファイルと、実態パラメータとの比較によりモデル化パラメータの不整合を補償するために速度フィードバックループを備え、上記２つの要素を組み合わせてノッチコマンドを生成する機構とがある。スマートクルーズコントロールは、動的制動を行わない（すなわち、運転者が合図を受けて必要な制動を提供する）本発明の例示的な実施形態における方法、もしくは、動的制動を行う変形方法を調整可能である。このスマートクルーズコントロールのアルゴリズムは、排出効率を達成する目的で、構築および実装することもできる。
【００９８】
動的制動の制御を行わないクルーズコントロール・アルゴリズムに関して、４つの例示的な要素としては、速度規制の緩和に関してエネルギー効率の良い指針となる修正速度規制プロファイルと、制動のタイミングをオペレータに知らせる通知信号と、速度変化の最小化とオペレータに対する制動の通知の均衡を意図した理想的なスロットルプロファイルと、実態パラメータに対するモデル化パラメータの不整合を補償するためにフィードバックループを備えた機構とがある。
【００９９】
また、本発明の例示的な実施形態には、列車３１の主要なパラメータ値を特定する手法も含まれている。例えば、列車質量の推定に関しては、カルマンフィルタと再帰的最小二乗法を用いて、時間とともに増大する誤差を検出してもよい。
【０１００】
図７は、本発明に係る例示的なフローチャートを示したものである。前述の通り、情報は、運行指令センター６０（図３に示す）等の遠隔施設から提供可能である。このような情報は、図示の通り、実行制御要素６２に提供される。その他、実行制御要素６２に供給されるものとしては、機関車モデリング情報データベース６３、軌道勾配情報や速度規制情報等、およびこれらには限定されない軌道データベース３６からの情報、列車重量や抗力係数等、およびこれらには限定されない推定列車パラメータ、ならびに燃料比推定部６４からの燃料比テーブル等が挙げられる。実行制御要素６２は、図１でより詳細に示した計画器１２に情報を供給する。そして、走行計画の計算が行われると、走行アドバイザ、運転者、または制御要素５１に対して計画が供給される。この走行計画は、別の新しいデータが提供された場合に比較できるよう、実行制御要素６２にも供給される。
【０１０１】
走行アドバイザ５１は、上述の通り、所定のノッチ設定または最適な連続ノッチ動力のいずれかを自動的に設定可能である。速度コマンドは、機関車３１に供給されるほか、ディスプレイ６８にも供給されるため、オペレータは、計画器の推奨内容を確認することができる。オペレータは、コントロールパネル６９も利用可能である。オペレータは、コントロールパネル６９を介して、推奨されたノッチ動力を適用するか否かを決定することができる。この目的で、オペレータは、目標動力または推奨動力の制限を行ってもよい。すなわち、オペレータは、機関車構成が動作する動力設定に関する最終的な権限を常に有する。走行計画は、信号送信情報および他の列車位置についてのシステム内の知見情報に基づいて変更されてよい（図示せず）。この情報は、他のネットワークの速度または位置制御システムから取得することができ、その一部は列車の外部で保持されていてもよい。たとえば、このようなシステムの１つは、積極的列車制御（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｒａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＰＴＣ））システムであってよく、このシステムは、コマンド、制御、および通信が統合された情報システムで、安全性、保全性、正確さ、および効率性を踏まえて列車の移動を制御する。同様に、オペレータは、前述の信号送信情報に基づいて、動力を規制してもよい。これには、走行計画が列車３１の減速を推奨している場合における、制動を行うか否かについての決定も含まれる。例えば、暗い場所や、路側装置からの情報を列車に対して電子的に送信できず、代わりに、オペレータが路側装置からの視覚信号を確認するような場所を運行している場合に、オペレータは、軌道データベースに含まれる情報および路側装置からの視覚信号に基づいてコマンド入力を行う。また、列車３１の動作状態に基づいて、燃料測定に関する情報を燃料比推定部６４に供給する。通常、機関車構成においては、燃料流量を直接測定することができないため、走行中の燃料消費量および最適計画に従った将来予測に関するすべての情報は、最適計画の構築に利用したモデル等の校正した物理過程モデルを用いることによって得られる。例えば、このような予測としては、測定した総馬力と既知の燃料特性を用いた累積燃料消費量の導出等が挙げられるが、これらには限定されない。
【０１０２】
また、列車３１は、上述の通り、ＧＰＳセンサ等のロケータ装置３０を有する。情報は、列車パラメータ推定部６５に供給される。このような情報としては、ＧＰＳセンサデータ、牽引力／制動力データ、制動状態データ、速度データ、および速度データの任意の変更等が挙げられるが、これらには限定されない。勾配情報および速度規制情報と併せて、車両重量および抗力係数の情報も実行制御要素６２に供給される。
【０１０３】
本発明の例示的な実施形態においては、最適化計画および閉ループ制御の実施に際して、連続可変の動力を用いてもよい。従来の機関車では、動力は通常、８つのレベルに離散化されているが、最新の機関車は、馬力の連続変化を実現可能であって、前述の最適化方法に組み込んでもよい。機関車４２は、連続的な動力により、例えば、副次的な負荷や動力伝達損失を最小限に抑えるとともに、最適効率のエンジン馬力領域または排出余裕の増加点を微調整することによって、運行条件をさらに最適化することができる。例えば、冷却系統の損失の最小化、オルタネータ電圧の調整、エンジン速度の調整、および駆動アクスル数の削減等が挙げられるが、これらには限定されない。さらに、機関車４２は、車載の軌道データベース３６および予測性能要件を用いて、副次的な負荷や動力伝達損失を最小限に抑えることにより、目標燃料消費量／排出量に対する最適効率の規定を行ってもよい。例えば、平坦な地形上での駆動アクスル数の削減およびトンネル進入前の機関車エンジンの事前冷却等が挙げられるが、これらには限定されない。また機関車構成において、リモートの機関車は、先導機関車が低い動力設定で動作している場合であっても、その先導機関車からより多くの動力を要求する可能性がある。たとえば列車が山岳経路上に位置しているときに、先導機関車は山の下降側に位置しているために、少ない動力しか必要としない。その一方で、リモートの機関車は依然としてその山を上に向かって進んでいるため、より大きな動力を必要とする場合がある。
【０１０４】
動力分散運行の場合、先導機関車のオペレータは、分散動力制御要素等の制御システムを介して、遠隔の機関車構成の運行機能を制御することができる。したがって、動力分散運行の場合、オペレータは、個別の各機関車が同じノッチ動力で動作している各機関車構成に対して、異なるノッチ動力レベルで動作するように（または、１つの構成を駆動し、他の構成を制動するように）指示を与えることができる。例示的な一実施形態においては、遠隔の機関車構成のノッチ動力レベルを最適な走行計画の推奨に応じたものとすることが望まれる場合、列車に導入した本発明の例示的な一実施形態を用いて、好ましくは分散動力制御要素との通信により、この動力設定が遠隔の機関車構成に伝達・実装される。後述の通り、同じことが制動についても当てはまる。
【０１０５】
本発明の例示的な実施形態は、例えば、１または複数の機関車が列車の前部にあって、その他が中間と後部に設けられている場合等、機関車が連続していない構成に用いてもよい。このような構成は動力分散型と称し、機関車間の標準的な接続は、機関車を外部接続するための無線リンクまたは補助ケーブルによって置き換えられる。動力分散運行の場合、先導機関車のオペレータは、分散動力制御要素等の制御システムを介して、遠隔の機関車構成の運行機能を制御することができる。特に、動力分散運行の場合、オペレータは、個別の各機関車が同じノッチ動力で動作している各機関車構成に対して、異なるノッチ動力レベルで動作するように（または、１つの構成を駆動し、他の構成を制動するように）指示を与えることができる。
【０１０６】
例示的な一実施形態においては、遠隔の機関車構成のノッチ動力レベルを最適な走行計画の推奨に応じたものとすることが望まれる場合、列車に導入した本発明の例示的な一実施形態を用いて、好ましくは分散動力制御要素との通信により、この動力設定が遠隔の機関車構成に伝達・実装される。後述の通り、同じことが制動についても当てはまる。動力分散運行の場合は、前述の最適化問題を改善することによって、先導部分が各遠隔部分を独立制御可能となるように自由度を増すことができる。このことの重要性は、列車内の力を示すモデルが含まれるものと仮定すれば、その力に関連する付加的な目的または制約を評価関数に組み込んでもよいことである。したがって、本発明の例示的な実施形態は、複数のスロットル制御を用いることによって、燃料消費量と排出量のみならず列車内の力も良好に管理できるような構成であってもよい。
【０１０７】
構成管理器を用いた列車において、機関車構成の先導機関車は、その構成内の他の機関車と異なるノッチ動力設定で動作可能である。構成内の他の機関車は、同じノッチ動力設定で動作する。構成内の機関車に対するノッチ動力設定の指示を行うため、本発明の例示的な実施形態をこの構成管理器と併用してもよい。このように、本発明の例示的な実施形態に基づけば、構成管理器は、機関車構成を先導機関車と残りの部分の２グループに分割するため、先導機関車が特定のノッチ動力で動作するよう指示を受ける一方、残りの機関車は、別のノッチ動力で動作するよう指示を受ける。例示的な一実施形態において、分散動力制御要素は、この作用を内蔵したシステムおよび／または装置であってもよい。
【０１０８】
同様に、機関車構成に構成最適化器を用いる場合は、機関車構成の各機関車のノッチ動力を決定するため、本発明の例示的な実施形態をこの構成最適化器と併用することも可能である。例えば、走行計画による推奨として、機関車構成に対するノッチ動力設定４が考えられる。構成最適化器は、列車の位置に基づいて、この情報を取得した後、構成内の各機関車のノッチ動力設定を決定する。この実施においては、列車内通信チャネルにおけるノッチ動力の設定効率が改善される。さらに、上述の通り、この構成は、分散制御システムを用いて実装してもよい。
【０１０９】
また、前述の通り、構成内の各機関車が異なる制動の選択肢を必要とする踏切、勾配変化、接近中の待避線、接近中の操車場、接近中の燃料補給所等、およびこれらには限定されない接近中の対象物に基づく列車の制動タイミングに関して、本発明の例示的な実施形態を用いた連続的な補正および再計画を行ってもよい。例えば、列車が丘陵に差し掛かっている場合、先導機関車を制動状態に移行させる必要がある一方、丘陵の頂上に到達していない遠隔の機関車は、駆動状態に保つ必要性が考えられる。
【０１１０】
図８、図９、および図１０は、オペレータが利用する動的な表示を例示的に示したものである。図８に示す通り、走行プロファイル７２が提供されており、プロファイル中には、機関車の位置７３が与えられている。さらに、列車の長さ１０５や列車の車両数１０６といった情報も提供されている。軌道の勾配１０７、カーブ・路側１０８に関する要素、ならびに、橋の位置１０９、列車速度１１０等も提供されている。オペレータは、ディスプレイ６８を介して、これらの情報を確認することができるとともに、経路に沿った列車の位置を確認することができる。さらには、踏切１１２、信号１１４、速度変化１１６、ランドマーク１１８、および目的地１２０等の位置までの距離および／または到着予定時刻に関する情報も提供されている。到着時刻管理ツール１２５も設けられており、ユーザは、走行中に実現する燃料の節約を決定することができる。オペレータは、到着時刻の変更１２７が可能であり、燃料の節約にどのような影響があるかを把握することができる。本明細書に記載の通り、当業者であれば、燃料の節約が管理ツールで精査可能な唯一の目的の例に過ぎないことが分かる。この目的で、確認対象のパラメータによっては、オペレータが確認可能な管理ツールを用いて、本明細書に記載の他のパラメータを確認・評価することができる。また、オペレータには、乗務員の列車作業時間に関する情報も提供される。例示的な実施形態において、時間情報と距離情報は、特定の事象および／または位置までの時間および／または距離を示すものであってもよい。あるいは、総経過時間を与えるものであってもよい。
【０１１１】
図９に示すとおり、例示的なディスプレイでは、構成データ１３０に関する情報、事象・状態図１３２、到着時刻管理ツール１３４、および動作キー１３６が提供される。また、上述の類似情報もこのディスプレイにて提供される。このディスプレイ６８は、動作キー１３８も提供することによって、オペレータによる再計画を可能にするほか、本発明の例示的な実施形態の無効化１４０も可能にする。
【０１１２】
図１０は、ディスプレイの別の例示的な実施形態を示したものであり、エアブレーキ状態７２、デジタル表示付きアナログ速度計７４、および重量ポンド単位での牽引力（または、ＤＣ機関車用の牽引増幅）に関する情報等、最新の機関車に特有のデータが可視化されている。速度計７４は、実行中の計画における現在の最適速度のほか、ｍｐｈ／分単位で読み出しを補完する加速度計グラフを示すものである。最適計画を実行するための重要な新規データは、画面の中心にあって、現在までの履歴との比較による最適速度対距離およびノッチ設定対距離を表す周期的なストリップチャート７６を含んでいる。例示的な本実施形態において、列車の位置は、位置検索要素を用いて導出される。図示の通り、この位置は、列車と最終目的地の離間距離、絶対位置、初期の目的地、中間地点、および／またはオペレータの入力を特定することによって与えられる。
【０１１３】
ストリップチャートは、最適計画の追従に必要な速度の変化を先読みして、手動制御に役立てることができる。また、自動制御中の計画対実状を監視する。本明細書に記載の通り、オペレータは、指導モード等において、本発明の例示的な実施形態が提示するノッチまたは速度のいずれかに従うことができる。垂直バーは、所望かつ実際のノッチを図示したものであって、ストリップチャートの下にもデジタル表示されている。上述のような連続的なノッチ動力を用いる場合は、単純に四捨五入を行って、最も近い離散等価値を表示する。また、アナログの等価値、百分率、または実際の馬力／牽引力が表示されるように、アナログ表示を用いてもよい。
【０１１４】
画面上には、走行状態に関する重要な情報が表示されており、列車が現在走行中の勾配８８が、先導機関車の位置、列車に沿った別の位置、または列車全長の平均として表示される。また、計画による現在までの移動距離９０、累積燃料消費量９２、次の停留所の計画位置または離間距離９４、ならびに次の停留所における現在および計画上の到着予定時刻９６も表示される。さらに、ディスプレイ６８には、利用可能な算出計画から考えられる目的地までの最大時間も表示される。なお、到着の遅延が必要な場合は、再計画を実施する。差分計画データは、燃料の状態と現在の最適計画に対するスケジュールの進み具合または遅れ具合を表示したものである。負数は、燃料消費が少ないか、または、計画よりも進んでいることを意味する。正数は、燃料消費が多いか、または、計画よりも遅れていることを意味する。ただし、通常は、相対する方向にトレードオフの関係となる（燃料節約のために減速すると列車が遅れ、逆も同様である）。
【０１１５】
ディスプレイ６８は常に、現在実行中の走行計画に対する位置のスナップショットをオペレータに与える。このディスプレイは、説明のために用いたに過ぎず、オペレータおよび／または運行指令センターに対して情報を表示／伝達する方法は、ほかにも多く存在する。この目的で、上掲の情報を混合することによって、開示のものと異なる表示を提供することができる。
【０１１６】
本発明の例示的な実施形態に包含可能な他の機能としては、データログおよびレポートの生成等が挙げられるが、これらには限定されない。この情報は、列車に格納し、ある時点で車外のシステムにダウンロードしてもよい。また、ダウンロードは、手動および／または無線伝送で行ってもよい。さらに、この情報は、オペレータが機関車のディスプレイを介して確認可能であってもよい。データには、オペレータの入力、運用時間方式、燃料節約量、列車の機関車間の燃料不均衡、針路をそれた列車運行、およびＧＰＳセンサ故障時等のシステム診断の課題等の情報が含まれるが、これらには限定されない。
【０１１７】
走行計画には、乗務員の許容作業時間も考慮に入れなければならないため、本発明の例示的な実施形態においては、走行の計画時に上記のような情報を考慮に入れてもよい。例えば、乗務員の作業可能最大時間が８時間の場合は、現在の乗務員と新たな乗務員が交代するための停止位置を含むように走行を構築するものとする。このような特定の停止位置としては、車両基地や交錯／通過位置等が挙げられるが、これらには限定されない。走行が進むにつれて走行時間が超過する場合、オペレータは、自身が決定した基準を満足するように、本発明の例示的な実施形態を無効化してもよい。最終的には、高負荷、低速度、列車伸縮状態等、およびこれらには限定されない列車の運行条件に拘らず、オペレータは、列車の速度および／または運行条件の指示を支配し続けることになる。
【０１１８】
列車は、本発明の例示的な実施形態を用いることによって、複数の運用で動作可能である。ある運用概念においては、本発明の例示的な一実施形態によって、推進と動的制動を指示するコマンドを規定してもよい。この場合、オペレータは、その他すべての列車機能を操作する。別の運用概念においては、本発明の例示的な一実施形態によって、推進のみを指示するコマンドを規定してもよい。この場合、オペレータは、動的制動およびその他すべての列車機能を操作する。さらに別の運用概念においては、本発明の例示的な一実施形態によって、推進、動的制動、およびエアブレーキの適用を指示するコマンドを規定してもよい。この場合、オペレータは、その他すべての列車機能を操作する。
【０１１９】
また、本発明の例示的な実施形態を用いることによって、対応すべき接近中の対象物をオペレータに知らせることができる。具体的には、本発明の例示的な実施形態に係る予想論理、最適な走行計画の継続的な補正および再計画、軌道データベース等によって、接近中の踏切、信号、勾配変化、制動作動、待避線、車両基地、および燃料補給所等をオペレータに通知することができる。この通知は、音声および／またはオペレータのインターフェースを介して行ってもよい。
【０１２０】
特に、本システムは、物理的過程に基づく計画モデル、列車設定情報、車載軌道データベース、車載運行規則、位置判定システム、実時間閉ループ動力／制動制御、およびセンサフィードバックを用いることによって、必要な対応をオペレータに提示および／または通知するものとする。この通知は、視覚および／または音声によって行うことができる。例えば、オペレータが機関車の警笛および／またはベルを作動させる必要がある踏切の通知や、オペレータが機関車の警笛やベルを作動させる必要がない「無音の」踏切の通知等が挙げられる。
【０１２１】
本発明の別の例示的な実施形態においては、上述の物理的過程に基づく計画モデル、列車設定情報、車載軌道データベース、車載運行規則、位置判定システム、実時間閉ループ動力／制動制御、およびセンサフィードバックを用いることにより、図９に示すような様々な位置に列車が到着するタイミングを確認可能な情報がオペレータに対して提示される。このシステムでは、オペレータが走行計画（目標到着時刻）を調整可能であるものとする。また、この情報（実際の到着予定時刻または車外から得る必要のある情報）を運行指令センターに伝達することによって、通信指令係または送信システムが目標到着時刻を調整可能となる。これにより、システムは、適切な目的関数（例えば、速度と燃料消費のトレードオフ）を迅速に調整・最適化可能となる。
【０１２２】
図１１に、交差している軌道上に位置する２台の列車についての例示的実施形態を示した。例示する一実施形態において、ネットワークオプティマイザ２００は、所望の鉄道区画および対応する列車または乗務員についての定期的な更新情報を取得して、その更新情報を乗務員に送信する動作を実現する。ネットワークオプティマイザ２００が、追加の列車性能情報、たとえば、特に限定するものではないが、最大加速、速度、燃料効率、排出量の最適化などを含むリアルタイムの列車性能データなどを保有する場合は、より最適なネットワーク性能を任意構成として設定することができる。
【０１２３】
たとえば、図示したように、列車１は時刻ｔ１にポイントＡを出発し、時刻ｔ２にポイントＢに到着する予定であるとする。列車２は、時刻ｔ３にポイントＣから出発して、時刻ｔ４にポイントＤに到着する予定である。この２つの軌道はポイントＸにおいて交差する。このポイントＸは固定のポイントとして図示されているが、ポイントＸが可動式ポイントであってもよいことは、当業者であれば容易に認識されるであろう。さらに、図１１には交差する軌道が示されているが、本発明の例示的実施形態は、合流または通過を遂行するために列車を待避させる場合にも利用できることは、当業者であれば容易に認識できるであろう。したがって、ポイントＸは、合流または通過のために利用できる待避軌道と見なすこともできる。
【０１２４】
２台の列車、列車１および列車２は、同一時刻に交差しないことを確実に保証することが望ましい。到着時刻ｔ２またはｔ４は、ネットワークオプティマイザの予測に応じて変動してよい。また、列車１および列車２は、通常、燃料効率、加速能力、速度などに関して異なる性能特性を持つため、一般的なネットワーク最適化ルーチンを実行するときに、これらの特性を考慮する必要がある。説明を簡単にするため、到着時刻は列車１および列車２のいずれに対しても固定され、列車１は軌道区画ＡＸおよびＸＢに沿って移動し、その合計移動時間はｔ２−ｔ１であるのに対し、列車２は軌道区画ＣＸおよびＸＤに沿って移動し、その合計移動時間はｔ４−ｔ３であるものとする。
【０１２５】
両方の列車、列車１および列車２について、予想列車速度が判明したら、列車１および列車２は、交差ポイントＸに同一時刻には到着しないことを確認することで、解の範囲を決定できる。列車１および列車２の予想速度は、各列車の能力の制約内で調整することができる。前述の列車を最適化するシステムおよび方法に関して説明したように、各列車は、列車自身の個別軌道を進行しながら、各自の燃料と速度の予測値を決定する。同様に行計画の土台をなす要因が排出量である場合、各列車は、前述の列車を最適化するシステムおよび方法に関して説明したように、それぞれ列車自身の個別軌道を進行しながら、各自の排気量と速度の予測値を決定する。
【０１２６】
他の例示的実施形態において、各列車、列車１および列車２の性能データは、事前に設定されることに加え、走行中に更新されてよい。他の例示的実施形態において、列車１および列車２の各列車は、個別に更新された自身の性能データをネットワークオプティマイザ２００に提供し、ネットワークオプティマイザ２００はネットワーク全体の性能および効率を再計算する。例示する他の実施形態において、ネットワークオプティマイザ２００は、性能データの代わりに予想速度を利用する。本発明の例示的実施形態の実施については、リモートの拠点や地域において、またはその両方においてなど、車載でローカルに、または非車載でグローバルに実行および評価されてよい。既に説明したように、性能データは、少なくとも１つのパラメータおよび要因、特に限定するものではないが、たとえば、燃料や排出量などに基づいたものであってよい。
【０１２７】
他の例示的実施形態において、列車、列車１および列車２が、速度に対する燃料効率、速度と加速能力に対する燃料効率のデータも提供することで、ネットワークの燃料効率および性能と入れ替えて、ローカルの列車性能パラメータを活用するための追加データをネットワークオプティマイザ２００に提供する。次に、ネットワークオプティマイザ２００は、各列車に交差情報と最終到着時刻についての更新データを提供し、各列車は、各自の特性を調整して、ローカルの最適化を実行する。時間が経過するにつれて解の集合は小さくなり、ローカルの最適化および性能が、ネットワークの性能最適化要望を上書きする。
【０１２８】
他の例示的実施形態において、列車１は出発時刻において、列車２より先に交差点Ｘに到着することが予定され、区画ＡＸおよびＸＢのいずれについても、列車１の最適燃料効率が指定されているものとする。また、たとえば列車２は、区画ＣＸおよびＣＤについてローカルで最適化された燃料効率を持ち、両方の列車は、ポイントＸにおいて交差することが指定されているとすると、ネットワークオプティマイザ２００は、速度に対する列車１および列車２の燃料効率と実現可能な加速または減速とについての知見情報を利用して、両方の列車が交差点Ｘに同時に到着することを防止するために、列車１の燃料効率と列車２の燃料効率を対比して、そのいずれかを犠牲にすることができる。次に、ネットワークオプティマイザ２００は、ローカル列車、列車１および列車２に対して、全体効率についてのフィードバックを提供する。このことは、交差点Ｘに到着する前に、２つの列車のいずれか一方、列車１または列車２を停車させることを含んでもよい。いずれかの列車の到着時刻が変化した場合は、各個別列車とネットワーク全体に関する最適な予測を調整できる。
【０１２９】
例示する本実施形態は、ローカルの最適化を提供すると共に、グローバルの最適化も実現できるフレームワークを提供する。好ましい実施形態では、ローカルの列車オプティマイザ１２とネットワークオプティマイザ２００の間でデータ交換が行われなければならない。ネットワークオプティマイザ２００は、ネットワークの最適化に対応した、列車パラメータの初期設定を保有する。例示する一実施形態において、このパラメータの初期設定は、列車構造パラメータに基づいた予想燃料効率を含む。例示する他の実施形態において、この初期のデータ設定は、標準テーブル、手動計算、およびオペレータ入力のうち、いずれかから得られる履歴データに基づいたものである。
【０１３０】
ネットワークオプティマイザ２００は、両方の列車、列車１および列車２について、当初の到着時刻および速度設定を決定する。好ましい一実施形態において、列車（または複数の列車）は、走行オプティマイザシステム１２を利用して、自身の速度を最適化し、その結果得られる性能パラメータをネットワークオプティマイザ２００に送り返す。
【０１３１】
例示する一実施形態において、列車、列車１および列車２が走行オプティマイザシステムを持たない場合、その列車、列車１および列車２は、速度、燃料使用量、および動力設定などの列車データをネットワークオプティマイザ２００に提供して、燃料効率または列車性能パラメータの近似計算を実行する。ネットワークオプティマイザ２００は、更新されたデータセットが与えられた場合に、ネットワーク効率を再計算し、更新の対象をローカル列車、列車１および列車２に送る。さらに、他のネットワークまたは列車のパラメータ、たとえば乗務員の残り時間、列車の保全状態、軌道状態、積荷パラメータ、食品貨物のための冷却機能などの貨車パラメータなどを制約条件として追加して、ローカルで対象とする、複数の異なる到着値を提供することもできる。
【０１３２】
ローカルの列車機能は、時間の経過に伴ってネットワークの選択肢と比べてより制約的な解を提供する。例示すると、ローカルの軌道占有率または速度制約は、列車１および列車２に対して特定の速度または加速を維持し、ネットワークオプティマイザ２００から求められた途中経過目標地点まで進むように規定する場合がある。このような条件下において、ローカルの列車制約は、ネットワークの要望を上書きでき、また、ネットワーク最適化ルーチンに対するハードリミットとして扱われなければならない。
【０１３３】
例示的実施形態において、ローカルの列車、列車１および列車２の速度変更に伴う結果が増えることにより、ネットワークオプティマイザ２００がこのローカルの制約を押しのけることは、好ましくないか、あるいは不可能になる。考慮される他の検討事項は、追加の列車が軌道ネットワークに追加された場合である。この場合、追加されたローカルの各列車に対する当初の選択項目の設定は概して、既に出発している列車の列車行程が終点に近づくにつれ、その制約性が低くなる。さらに、Ｚ列車などのように、列車は優先順位の異なるカテゴリに分類できることを理解されたい。このため、前述した例示的実施形態は、さまざまな優先順位で列車に適用されてよく、ローカル列車のパラメータは、その優先順位に従って調整される。
【０１３４】
例示する他の実施形態では、前述した実施形態を利用して、少なくとも２つの異なる選択肢を持つ経路に沿って走行している列車、列車１および列車２の選択肢を評価する。この実施形態において、図１２に示すように、少なくとも２つの増分区画と経過ポイントＹが設けられている。評価は、区画ＡＸまで拡張され、そこで、列車１は、少なくとも２つの代替経路Ｘ１ＹおよびＸ２Ｙに沿って走行して、交差点Ｙまで進むことができ、交差点Ｙにおいて、軌道は連結されて最終目的地Ｂに向かう。前述した状況は、古い軌道と新しい軌道が敷設されて、処理能力を高速化できるようにしている場合に発生する。ローカルのオプティマイザ１２は、両方の選択肢について、予想効率（燃料および排出量の予想効率）を計算し、その計算値をネットワークオプティマイザ２００に提示して評価を求める。例示する一実施形態において、同一の全体ミッションＡＢを走行する、停滞していた列車、列車３の優先順位は、ここで、列車１と列車２に対する優先度について評価することができる。
【０１３５】
例示する他の実施形態において、列車、列車１および列車２に対する代替走行経路は、前述した走行オプティマイザなどによってネットワークオプティマイザ２００に提供される情報から決定されるが、このような情報に限定されるものではない。また、代替経路は、列車１および列車２の列車上で計算されてもよい。このように、動作において、列車、列車１および列車２がミッションの走行時間目標を確実に満たせるようにするために、代替の走行経路が決定される場合、列車、列車１および列車２は、別の軌道に移行することがそのミッションの走行時間目標を満たすことに役立つならば、その別の軌道に移行してもよい。ここで、ネットワークオプティマイザ２００を利用して、軌道の変更によって他の鉄道車両がいずれも影響を受けないように保証できる。したがって、鉄道の適切な運行を保証するために、整備および補修の作業などの情報もネットワークオプティマイザ２００に提供されてよい。
【０１３６】
図１３に、特定のパラメータをネットワークの知見情報にリンクさせる例示的ステップを説明するフローチャートを示す。フローチャート２４５に示すように、１つのステップは、共通交差ポイントを持つ複数の区画に列車のミッションを分割するものであることが開示される（ステップ２５０）。鉄道ネットワーク内の他の列車に基づいて、列車の運行パラメータを計算し、特定の区画における最適パラメータを決定する（ステップ２５２）。この最適パラメータは、現在の運行パラメータと比較される（ステップ２５４）。現在の運行パラメータを修正して、現在の軌道区画および将来の軌道区画のいずれかの最適パラメータと一致させる（ステップ２５６）。運行パラメータは、燃料パラメータおよび速度パラメータを含むが、これらに限定されるものではない。例示する一実施形態において、現在の運行パラメータは、列車、列車１および列車２によって決定された最適パラメータである。また、現在の運行パラメータは、他の列車との衝突を避けるために変更されてよい。
【０１３７】
図１４に、特定のパラメータをネットワークの知見情報にリンクさせる例示的ステップを説明する他のフローチャートを示す。フローチャート２６０内の１つのステップは、ネットワークオプティマイザから列車に、列車パラメータの初期設定が提供されることを示している（ステップ２６２）。ミッションを介して列車を運行させる（ステップ２６４）。列車の運行状態は、その列車がミッションを遂行している間、ネットワークオプティマイザに報告される（ステップ２６６）。列車の上では、ネットワークオプティマイザから提供された列車パラメータに関して、列車のリアルタイムの運行状態についての検討事項が明らかになる（ステップ２６８）。ネットワークオプティマイザによって設定された列車パラメータが列車上で認識された限界を超えている場合は、ネットワークオプティマイザによって提供された列車パラメータを無効化する（ステップ２７０）。
【０１３８】
前述した本明細書の記載に基づいて、本発明の例示的実施形態は、コンピュータプログラミングおよびエンジニアリング技術を用いて実施されてよく、この技術は、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはこれらの任意の組み合わせ、またはそのサブセット含む。したがって、ここで説明したフローチャート２４５，２６０は、コンピュータソフトウェアコードを用いて実施されてよい。
【０１３９】
図１５に、例示的実施形態のブロック図を示す。この図は、鉄道軌道のネットワーク内に存在する列車の運行を最適化するシステムの一部である。図示したように、各列車ミッションの区画上の鉄道ネットワークにおいて、複数の列車、列車１および列車２に対する最適な運行状態を決定するネットワークオプティマイザ２００が設けられる。また、ネットワークオプティマイザ２００と列車、列車１および列車２の間に通信を提供する無線通信システム２０５も設けられる。データ収集システム２１０も設けられ、列車１および列車２の列車の運行状態をネットワークオプティマイザ２００に提供する。データ収集システム２１０はネットワークオプティマイザ２００に隣接して図示されているが、列車１および列車２の各列車上の個別システムを含む複数の拠点および停車場（図示せず）の少なくともいずれかに配置されてよいが、特に限定するものではないことは、当業者には容易に理解できるであろう。列車、列車１および列車２に搭載される場合、データ収集システム２１０は車載走行オプティマイザ１２を含んでよく、この走行オプティマイザ１２は、列車、列車１および列車２の最適な運行状態を、その列車のミッションに基づいて決定する。さらに、ネットワークオプティマイザ２００は、車両に搭載されたオプティマイザ１２によって決定された、列車、列車１および列車２の両方またはそのいずれかについての最適な運行状態を、ネットワークオプティマイザ２００で決定した最適な運行状態に従って変更することができる。
【０１４０】
図１６に、鉄道ネットワーク内で運行している複数の鉄道車両を最適化するステップのフローチャートを示す。フローチャート３０１内の１つのステップは、個別のミッションそれぞれの開始時刻において、各鉄道車両のミッション目標を決定することを含む（ステップ３０７）。最適走行計画は、このミッション目標に基づいて、各鉄道車両に決定される（ステップ３０９）。個別の走行計画は、運行中に、個別の鉄道車両の運行パラメータと、別の鉄道車両に近接している他の鉄道車両の少なくともいずれかに基づいて、それぞれ調整される（ステップ３１１）。
【０１４１】
図１３および図１４の他のフローチャートを参照して既に説明したように、運行パラメータは、少なくとも１つの燃料パラメータおよび速度パラメータを含んでよい。また、現在の運行パラメータは、鉄道車両（または列車）および中央ネットワークオプティマイザのいずれかによって最適化されたパラメータである。したがって、第１の個別鉄道車両は、運行中に第２の個別鉄道車両の優先ミッションに基づいて、合流および通過用の待避線に移るように命令されてよい。また、個別鉄道列車の現在の運行パラメータは、鉄道ネットワークを利用している他の鉄道車両との衝突を避けるために、修正されてよい。この修正は、鉄道車両に搭載された走行オプティマイザによって実行されてよい。
【０１４２】
例示的な実施形態を参照して本発明の説明を行ったが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、種々の変更、省略、および／または追加が可能であって、発明の要素を同等物で置き換え可能であることは、当業者にとっては当然のことである。また、本発明の範囲を逸脱することなく、多数の改良を行って、特定の状況または構成要素を本発明の教示に適応させることもできる。したがって、本発明は、その実施のための最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されず、添付の請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むことを意図したものである。さらに、具体的な記述がない限り、第１、第２等の用語は、順序や重要度を意味するものではなく、要素間の区別を行うために用いたものである。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明に係るフローチャートの例を示す図である。
【図２】採用可能な列車の単純化モデルを示す図である。
【図３】本発明に係る要素の例示的な一実施形態を示す図である。
【図４】燃料消費量／移動時間グラフの例示的な一実施形態を示す図である。
【図５】走行計画のための区分分解の例示的な一実施形態を示す図である。
【図６】区分例の例示的な一実施形態を示す図である。
【図７】本発明に係る例示的なフローチャートを示す図である。
【図８】オペレータが利用する動的な表示の例を示す図である。
【図９】オペレータが利用する動的な表示の別の例を示す図である。
【図１０】オペレータが利用する動的な表示の別の例を示す図である。
【図１１】鉄道軌道のネットワークについての例示的実施形態を示す図である。
【図１２】鉄道軌道のネットワークについての他の例示的実施形態を示す図である。
【図１３】特定のパラメータをネットワークの知見情報とリンクさせる、例示的ステップを説明するフローチャートである。
【図１４】特定のパラメータをネットワークの知見情報とリンクさせる、例示的ステップを説明するフローチャートである。
【図１５】鉄道軌道のネットワーク内に存在する列車の運行を最適化するシステムの一部を構成できる、構成要素の例を示すブロック図である。
【図１６】鉄道ネットワーク内で運行している複数の鉄道車両を最適化するステップを示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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