СПОСОБ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ ЗАТОРОВ В СИСТЕМЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
METHOD OF DISPATCHING RAILWAY TRAFFIC BLOCKS

Данная заявка является частичным продолжением заявки № 10/785059 от 25 февраля 2004 г., заявляющей приоритет предварительной заявки на патент США № 60/449849 от 27 февраля 2003 г.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к планированию движения множества элементов в системе сложного движения, а более точно к планированию движения товарных поездов в системе железных дорог, и в частности для диспетчеризации заторов.
Предшествующий уровень техники
Системы и способы планирования движения поездов по рельсовой сети раскрыты в патентах США № 6154735, 5794172 и 5623413.
Как описано в указанных патентах, железные дороги состоят из трех основных компонентов: (1) рельсовой инфраструктуры, включающей в себя рельсовый путь, стрелки, систему связи и систему управления; (2) подвижного состава, включающего в себя локомотивы и вагоны; и (3) персонала (или бригады), которая диспетчеризует и обслуживает железную дорогу. Обычно, каждый из этих компонентов используется посредством с учетом (расписания, графика движения) высокого уровня, который приписывает людей, локомотивы и вагоны к различным участкам рельсового пути и позволяет им передвигаться по этому рельсовому пути таким образом, чтобы избежать столкновений и дать возможность системе железных дорог доставлять товары к различным местам назначения.
Как описано в патентах, прецизионная система управления включает в себя использование оптимизирующего планировщика, который будет планировать все аспекты рельсовой системы, принимая во внимание законы физики, политику железной дороги, правила работы персонала, фактические условия контрактов для различных потребителей и любые граничные условия или ограничения, которые управляют возможным решением или планом, таким как пассажирские перевозки, часы работы оборудования, обслуживание рельсовых путей, правила работы и т.д. Комбинация граничных условий вместе с критерием качества для каждой деятельности приведет к плану, который максимизирует такой критерий качества, как общая стоимость системы.
Как описано в патентах, и после определения некоторого плана план движения может быть создан с использованием очень тонкой структуры, необходимой для действительного управления движением поезда. Такая тонкая структура может включать в себя назначение персонала путем указания имени, а также назначение конкретных локомотивов путем указания номера локомотива и может включать в себя определение точного времени или дистанции по времени для движения поездов по рельсовой сети и все подробности управления поездами, уровень мощности, кривые, степени, топографию рельсового пути, силу ветра и погодные условия. Этот план движения может использоваться для управления ручным отправлением поездов и управления силами рельсового пути или может быть обеспечен для локомотивов таким образом, что он может быть реализован инженером или автоматически посредством приведения в действие на локомотиве.
Эта система планирования является иерархической по природе, в которой задача является абстрагированной до относительно высокого уровня для процесса начальной оптимизации, а затем результирующее решение преобразуется в менее абстрактный более низкий уровень для дальнейшей оптимизации. Статистическая обработка используется на всех уровнях для минимизации общей вычислительной нагрузки, что делает весь процесс вычислительно возможным для реализации. Экспертная система используется как управляющий (менеджер) над этими процессами, и экспертная система также является инструментом, посредством которого устанавливаются различные граничные условия и ограничения для этого решения. Использование экспертной системы в этом качестве позволяет пользователю составлять правила, используемые в процессе решения.
В настоящее время, взгляд диспетчера на управляемую территорию железных дорог может считаться близоруким. Диспетчеры видят и обрабатывают информацию только в пределах их собственных территорий управления и имеют малое понимание или не знают работы смежных территорий или сети железных дорог в целом. Современные системы отправления просто реализуют управления как результат решений индивидуальных диспетчеров на малых участках железнодорожной сети, и ожидается, что эти диспетчеры будут разрешать конфликты между движениями объектов на этом рельсовом пути (например, поездов, обслуживающих транспортных средств, транспортных средств для исследования (осмотра) и т.д.) и ограничениями доступных ресурсов рельсовых путей (например, ограниченным числом рельсовых путей, необслуживаемыми рельсовыми путями, соображениями безопасности бригад обслуживания около активных рельсовых путей), когда они будут происходить, с малым пониманием или предупреждением.
Затор неизбежно происходит при движении поездов по маршрутам и является значительной проблемой. Примеры затора включают в себя блок рельсового пути, поезд впереди без полномочия двигаться, неидентифицированное занятие рельсового пути, поезд нуждается в дополнительной движущей силе, поезд, приближающийся к концу плана, который усечен из-за исключения планирования, и поезд впереди в безопасном месте.
Направление поездов по маршрутам в область затора имеет тенденцию обострять этот затор и может привести к тупиковой ситуации (безвыходному положению). Когда поезд направлен слишком далеко в затор, варианты разрешения затора уменьшаются. Например, если рельсовый путь блокирован из-за аварии, и поезда направлены как можно более близко к этой блокировке, то некоторые из маршрутов для достижения этой аварии и направления поездов вокруг нее являются недоступными.
Поскольку задержка в движении поездов подвергается стоимостным ограничениям, включающим в себя контрактные штрафы, тенденцией для диспетчеров является продолжение проталкивания поездов через некоторую область так быстро, насколько это возможно, с обеспечением их движения вдоль линии дороги, когда бы это ни было возможно, и с трактовкой результирующего затора как проблемы доступности рельсового пути, подлежащей разрешению через назначение ресурсов рельсовых путей для создания альтернативных маршрутов через область затора. Планировщики движения, используемые диспетчерами на смежных территориях, часто совершенно независимы друг от друга и не информированы о состоянии рельсовых путей на смежных территориях. В результате, диспетчеры в областях, где заторов нет, могут продолжать посылать поезда в область затора на смежной территории.
Данная заявка относится к обеспечению максимальной способности пропускать поезда во всей системе за счет движения поездов по более малым участкам рельсовых путей. Это обычно приводит к задержке поездов вне области затора для того, чтобы обеспечить время для расчистки затора. Одним основным преимуществом такой задержки является то, что альтернативные маршруты могут удерживаться открытыми, что облегчает расчистку затора и обеспечивает общую эффективность этой системы.
Краткое изложение существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является уменьшение затора и избегание тупиковых ситуаций посредством управления вводом поездов в область затора. Частично, это выполняется посредством прекращения автоматического направления поездов по маршрутам, как только определяется наличие затора или ожидается затор. Если возможно, желательно удерживать поезда, приближающиеся к области затора (или области предполагаемого затора) в безопасных областях, т.е. областях, где могут проходить другие поезда.
Краткое описание чертежей
Эти и другие задачи и преимущества данного изобретения будут явствовать для специалиста в данной области техники из формулы изобретения, подробного описания предпочтительных вариантов осуществления и прилагаемых чертежей, на которых:
фиг.1 изображает схему одного варианта изобретения для использования с рельсовой сетью, разделенной на области управления, согласно изобретению;
фиг.2 - упрощенную блок-схему последовательности операций одного варианта осуществления способа диспетчеризации заторов, согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Глобальная рельсовая сеть 105 (фиг.1) может быть разделена на одну или несколько областей 100 (100А-100С) управления, каждая из которых имеет диспетчера 110 (110А-110С), назначенного управлять движением поездов (102) через соответствующую область 100 управления. Централизованный планировщик 120 движения обеспечивает основанный на сети план движения для глобальной рельсовой сети 105 на основе ввода, полученного из центра 130 поддержки железнодорожной информации. Центр 130 поддержки железнодорожной информации предоставляет информацию, относящуюся к ресурсам рельсовых путей, и другую информацию, подходящую для планирования использования этих ресурсов. Централизованный планировщик 120 движения генерирует план движения для ресурсов в сети 105 рельсовых путей и обеспечивает этот план для автоматизированного диспетчера 140. Планировщик 120 движения может также принимать информацию обновления на выполнение плана движения от автоматизированного диспетчера 140 и может обновлять (модернизировать) текущий план движения. Автоматизированный диспетчер 140 обеспечивает каждого из диспетчеров 110 планом движения для управления ресурсами поездов в их соответствующих областях 110 управления.
Автоматизированный диспетчер 140 может быть реализован с использованием компьютерного носителя, содержащего считываемый компьютером код (программу), выполняемую посредством специализированного или универсального компьютера. Автоматизированный диспетчер 140 связывается с поездами 102 на сети рельсовых путей через соответствующую линию 150 связи, такую как сотовый телефон, спутник или придорожная сигнализация (семафоры). Диспетчер формирует и одобряет подачу полномочий движения и ограничений рельсовых путей, планирует обслуживание путей и связывается с поездными бригадами, менеджерами сортировочных станций и другим железнодорожным персоналом в соответствии с оптимизированным оперативным планом для железной дороги. Хотя диспетчер будет полагаться на планировщика движения для решения сложной задачи оптимизации движения поездов, диспетчер будет активно включаться в ввод необходимых данных, требуемых для поддержания оптимизированного плана и идентификации исключений для этого плана.
Усовершенствованное планирование облегчается посредством автоматического снабжения планировщика 120 движения информацией из центра 130 поддержки железнодорожной информации, который связывает составляющие события поездов (например, принятие пассажиров, смену бригад, место назначения двигателей) с планируемой деятельностью поездов, которая занимает ресурсы рельсовых путей на длительность времени пребывания, так что поддержание традиционных страничных данных поезда (через электронные сообщения и ввод данных пользователем) автоматически отражается в спецификациях (технических условиях) маршрутной карты поезда для использования для планирования движения.
Из этой информации и с помощью соответствующих стандартных алгоритмов анализа транспортных потоков, желательно встроенных в планировщик 120 движения, затор в конкретной географической области может быть идентифицирован, и движение поездов может быть перепланировано для достижения двух результатов. Во-первых, поезда в отдаленных областях, которые не встретили затор, перепланируются таким образом, чтобы они не обостряли затор. В одном варианте осуществления это выполняется посредством идентификации безопасного места для каждого поезда в отдаленной области. Безопасным местом является место, в котором поезд может быть встречен или пропущен, чтобы дать возможность очистить область затора. Вторым желаемым результатом является расчистка области сердцевины затора. В одном варианте осуществления поезда, включенные в затор, избирательно перепланируются при условии, что движение поезда не ухудшает затор.
Конечной целью диспетчеризации заторов является предотвращение тупиковой ситуации. Как только детектируется затор, должны быть предприняты положительные шаги для предотвращения ухудшения затора. На фиг.2 детектирование затора может быть выполнено с использованием любого стандартного алгоритма 200 транспортных потоков. Затем определяется 210 дистанция для движения задним ходом для рельсовых путей, окружающих затор, для предотвращения вхождения дополнительных поездов в область движения задним ходом. Область движения задним ходом может быть определена в виде круга, окружающего область затора, имеющего радиус, определяемый как функция плотности поездов в заторе, функция плотности поездов в отдаленной области, типа и размера затора и топографии рельсовых путей. Для каждого поезда, который прежде планировался для вхождения в область движения задним ходом, оценивается топография рельсовых путей для выбора выгодного места для удержания поезда 220. Эти места обычно известны как безопасные места и выбираются, так как они обеспечивают возможность прохождения другого поезда или оборудования. Например, затор может быть вызван крушением поезда. Решающим для расчистки этого затора является прибытие машины для расчистки крушения. Важно, что безопасные места выбираются таким образом, что свободный маршрут по этому рельсовому пути доступен для этой машины. Как только безопасные места идентифицированы, приближающиеся поезда направляются в безопасные места 230. Для поездов в области затора доступны несколько альтернатив: (а) поезд может быть оставлен там, где он находится, (b) поезд может быть перемещен вперед по его запланированному маршруту или (с) поезд может быть перемещен вперед по другому маршруту. В одном варианте осуществления ресурсы, обычно недоступные для планировщика движения, могут быть идентифицированы (распознаны) и оценены для определения того, могут ли они быть использованы для облегчения затора 240. Например, промышленные рельсовые пути, которые обычно недоступны для планировщика, могут быть идентифицированы для движения поезда, попавшего в затор. Подобным же образом, запасный путь, обычно используемый для одного поезда, может быть использован двумя поездами одновременно для облегчения затора. В качестве другого примера, участок рельсового пути, который обычно не выбирается для встречи и прохождения, может быть временно сделан доступным для планировщика движения для помощи в облегчении идентифицированного затора. После того как дополнительные ресурсы были идентифицированы, поезда в области затора перепланируются с использованием одного из вышеуказанных параметров при условии, что затор не ухудшается 250. Тупики, таким образом, могут быть предотвращены, и запасные маршруты могут оставаться неблокированными для использования планировщиком 120 движения в расчистке затора. Хотя задержка поездов в областях отсутствия затора может быть дорогостоящей, эта стоимость может быть ограниченной по сравнению с экономией, достигнутой в результате улучшения транспортного потока через систему в целом.
Алгоритмы транспортных потоков, используемые для управления заторами, рассматривают топографию рельсовых путей, местоположение поездов, планируемые маршруты, время пересечения планируемых маршрутов и ограничения поездов в планировании движения поездов в отдаленных областях и в областях заторов. Эти способы могут быть реализованы с использованием используемого компьютером носителя, имеющего считываемую компьютером программу, выполняемую специализированным или универсальным компьютером.
Хотя были описаны предпочтительные варианты осуществления данного изобретения, ясно, что описанные варианты осуществления являются только иллюстративными и объем изобретения должен определяться исключительно прилагаемой формулой изобретения, соответствующей полной области эквивалентности, многим вариациям и модификациям, естественно приходящим на ум специалистам в данной области техники от ее прочтения.