CN101378943B - 管理铁路系统中的拥挤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种管理铁路系统中的拥挤的方法。用于移动多个目标穿过多路径系统的调度系统和方法，该调度系统被描述为载货铁路调度系统。该调度系统使用成本反应资源调度装置来最小化资源异常，同时最小化与该方案相关联的总成本。实现的运动计划可被用于辅助控制或自动控制列车穿过系统的运动。通过控制列车进入拥挤区域避免了死锁，且该控制可通过使用交通流量分析算法自动执行。

Description

管理铁路系统中的拥挤的方法
相关申请
该申请是2004年2月25日提交的申请No.10/785059部分连续申请，要求受益于2003年2月27日提交的美国临时申请60/449849。
该申请还是下列同时提交的申请之一；
GEH00166，申请号11/342856，名称为“用于管理不能预料的局部列车的调度装置和方法”；
GEH00167，申请号11/342855，名称为“用于优化通行权的保持的方法和装置”；
GEH00168，申请号11/342853，名称为“用于协调轨道路线的和车场的计划器的方法和装置”；
GEH00169，申请号11/342875，名称为“用于选择性地使列车位置报告无效的方法和装置”；
GEH00170，申请号11/342854，名称为“用于自动选择列车活动位置的方法和装置”；
GEH00172，申请号11/342857，名称为“用于利用拥挤预测规则自动选择穿过拥挤区域的替代路线的方法和装置”；
GEH00173，申请号11/342816，名称为“用于估计列车位置的方法和装置”；
包括同时提交的上述申请的每一个的揭示由此合并于此以作参考。
技术领域
本发明涉及通过复杂运动限定系统调度多个单元的运动，且在揭示的实施例中，涉及调度货车列车在铁路系统上的运动，且特别涉及拥挤管理。
背景技术
用于调度在铁路网上的列车的运动的系统和方法已经在美国专利6154735、5794172和5623413中描述，其公开内容合并于此以作参考。
如参考的专利和申请所公开的，其公开内容合并于此以作参考，铁路包括三个主要部分：(1)铁轨基础设施，包括轨道、道岔(switch)、通讯系统和控制系统；(2)铁路车辆，包括机车和车厢；以及(3)操作和保养铁路的人员(或机务人员)。通常，这些部分中的每个都通过使用高水平的调度而被使用，通过该调度，人员、机车和车厢被分配到轨道各段且允许它们在该轨道上以一方式运动，通过该方式避免碰撞且允许铁路系统发送货物到各个目的地。
如参考申请所公开的，精确控制系统包括使用优化调度装置，该装置将调度轨道系统的所有方面，考虑物理法则、铁路规则、人员工作条例、与各客户订立的实际合同条款和任意边界条件或约束，该条件或约束控制可能的解或时刻表，例如旅客运输、某些设备的运行时间、轨道保养、工作规则等。边界条件与每一次行动的价值演算的组合将导致一时刻表，其最大化了某些价值，例如总系统成本。
如参考申请所公开的，关于确定时刻表，可使用细粒结构(fine grainstructure)建立对于实际控制列车的运动必需的运动计划。这样的细粒机构包括按人名来分配人员以及按数字来分配特定机车，且可包括对于跨铁路网的列车的运动确定精确的时间和在一时间内的距离和列车操作的所有细节，动力水平、转弯、坡度、轨道拓扑、风和天气条件。该运动计划可被用于指导列车的人工调度和控制牵引力，或被设置到机车以使得其可被火车司机执行或通过机车上的可转换动作自动执行。
计划系统实质上是分等级的，其中问题被抽象到相对高的级别以用于初始优化过程，且然后因此得到的解被映射到较低的抽象低级别以用于进一步优化。在所有级别使用统计处理，以最小化总的计算量，使得整个处理可计算地执行。使用专家系统作为这些处理的管理器，且该专家系统也是一工具，通过该工具，建立解算的各种边界条件和约束。在此使用的专家系统可允许使用者提供设置在解算处理中的规则。
当前，调度员的控制铁路地域的观点可被认为是近视的。调度员仅在他们自己的控制地域内观察和处理信息，且很少或没有考虑邻近地域的运行或把铁路网作为一整体。由于单独的调度员在铁路网的较小部分上的决定，当前调度系统简单地执行控制，且可以预期在轨道上的目标的运动(如列车、保养车辆、勘察车辆等)和可利用的轨道源限制(如轨道数目、退役轨道、考虑靠近活动轨道的保养人员的安全的限制)之间发生的冲突时，调度员只能利用稍微提前的洞察或警告来解决。
在列车的运行中，拥挤不可避免地发生且是一个显著的问题。拥挤的例子包括轨道阻塞、列车在没有移动授权的情况下前进、未识别的轨道占用、列车需要额外驱动力、列车靠近计划的末端，该计划由于计划异常而被截短(truncated)，以及列车在安全地点中前进。
列车进入拥挤区域的路线规划倾向于加剧拥挤且可导致死锁(deadlock)。当列车运行到过于进入拥挤时，用于解决该拥挤的方案的选项被减少。例如，如果轨道由于车祸而被阻塞且列车运行尽可能地靠近阻塞，则无法获得到达该车祸和引导列车绕过它的某些路线。
由于列车的运动延迟受到包括合同处罚在内的成本限制，调度员倾向于尽可能快地连续推动列车穿过一区域，只要可能地话就使它们沿该线路前进，且把导致的拥挤作为要解决的轨道可用性问题处理，通过分配轨道资源来建立穿过拥挤区域的替换路线来解决。在相邻区域中调度员使用的运动计划器通常完全彼此独立且没有被通知相邻地区的轨道状况。因此，非拥挤区域中的调度员可能连续发送列车进入相邻地区中的拥挤区域。
发明内容
本申请涉及以较小轨道段上的列车的运动为代价来最大化整个系统中的列车的吞吐量。这典型地导致拥挤的区域外的列车的延迟，以提供时间来清除拥挤。这样的延迟的一个主要优点是替换路线可被保持开放，因此有助于拥挤的清除和系统的总效率。
相应地，本发明的目的是通过管理列车进入拥挤区域来减少拥挤和避免死锁。部分地，这是通过一旦检测或预测到拥挤就停止列车的自动运行(routing)而实现的。如果可能，希望保持靠近拥挤区域(或被预测要变得拥挤的区域)的列车处于安全区域内，即其它列车可经过的区域。
通过熟读权利要求书、附图和优选实施例的下面的详细描述，本发明的这些和其他目的对于本发明所述的领域的技术人员是显而易见的。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的简化示意图，其用于分成控制区域的轨道网；
图2是拥挤管理方法的一个实施例的简化流程图。
具体实施方式
如图1所示，总铁路网105可被划分为一个或多个控制区域100(100A-100C)，其每个都具有调度员110(110A-110C)，该调度员被分配以管理列车(102)穿过他自己的控制区域100的运动。中央运动计划器120基于从铁路信息支持中心130接收的输入提供基于总铁路网105的运动计划的网络。铁路信息支持中心130提供关于轨道资源和适于计划资源的使用的其它信息。中央运动计划器120产生运动计划，用于轨道网150中的资源，且提供该计划给自动调度装置140，运动计划器120还可从自动调度装置140接收运动计划的执行的更新信息，且可更新当前运动计划。自动调度装置140为每个调度员110提供运动计划，以管理在他们各自的控制区域110中的列车资源。
如参考申请所述，自动调度装置140可通过使用具有由特殊或通用计算机执行的计算机可读代码的计算机可用介质而被实现。自动调度装置140通过适当的通讯链路(communication link)150与轨道网上的列车102通讯，该通讯链路例如为移动电话、卫星或路边信号装置。
调度员发出和批准运动授权的发布和轨道限制、计划路上行动的维护和与列车工作人员，车场管理员和其他与铁路的优化的运行计划一致的铁路人员通讯。虽然调度员将依赖运动计划器来解决列车的优化运动的复杂问题，调度员将积极地输入保持优化的计划所需的必要数据且识别计划异常。
如参考申请所述，通过为运动计划器120提供来自铁路信息支持中心130的信息促进了增强的计划，其使得列车组事件(如装载、工作人员变化、机车目的地)与计划的列车行动相关联，以使得传统列车表格数据的维护(通过电子通讯或使用者数据输入)自动地反映在供运动计划使用的列车行程说明上，其中该列车行动占用轨道资源一持续的驻留时间。
根据该信息，且借助期望嵌入在运动计划器120中的适当的传统交通流量分析算法，特定地理区域内的拥挤可被识别且其它区域内的调度员被告知存在拥挤且列车可被重新调度以实现两个结果。首先，处于没有遭受拥挤的外围区域(outlying area)的列车被重新调度，以使得它们不加剧拥挤。在一个实施例中，这是通过识别安全地点以把每个列车定位在外围区域而实现的。安全地点是指在其中列车可以会车或错车以允许拥挤区域的清除。第二个期望的结果是清除核心拥挤区域。在一个实施例中，涉及在拥挤中的列车被选择性地重新调度，直到列车的运动不使得拥挤恶化。
拥挤管理的终极目标是防止死锁。一旦拥挤被检测到，必须采取积极的措施以防止拥挤变得恶化。参考图2，拥挤的检测可使用任何的常规交通流量算法200实现。接着，拥挤周围的轨道的后退距离(back-offdistance)被确定210，以防止其它列车进入后退区域。后退区域可通过围绕拥挤区域的圆来限定，该圆具有一半径，该半径作为处于拥挤中的列车的密度、外围区域中的列车密度、拥挤的类型和大小以及轨道拓扑的函数而被确定。对于预先计划要进入后退区域的每个列车，轨道拓扑被评估，以选择一有利地点来保持列车220。这些地点典型地被称为安全地点，且由于它们允许其它列车或装备通过而被选择。例如，拥挤可能由列车的出轨导致。清除拥挤的关键是用于清除出轨的装置的到达。重要的是，安全地点可被选择，以使得该装置可使用沿轨道清空的路线。一旦安全地点被确定，接近中的列车被重新调度到它们的各自的安全地点230。对于拥挤区域中的列车，多个替换方案是可用的：(a)列车可留在其所处的地点；(b)列车可沿其计划的路线向前移动；或(c)列车可沿替换路线向前移动。在一个实施例中，对于运动计划器通常不能正常使用的资源可被识别和评估，以确定它们是否可被用于减轻拥挤240。例如，对于计划器通常不能使用的工业轨道可被识别，以移动拥挤的列车。同样，通常用于单个列车的旁轨可被两个列车同时使用，以减轻拥挤。作为另一例子，通常不被选择用于会车和错车的一段轨道可临时供计划器在清除拥挤中使用。因此，可使得运动计划器可使用额外的资源，以帮助减轻识别的拥挤。在额外资源已被识别后，拥挤区域中的列车可使用一个或多个上述参数重新调度，只要拥挤不被恶化250。由此可防止死锁，且替换路线可保持非阻塞，以供运动计划器120在清除拥挤时使用。虽然列车在非拥挤区域的延迟可能是成本昂贵的，但是该成本与穿过该系统的交通流量的整体改善导致的实现的节省相比是微不足道的。
用于管理拥挤的交通流量算法考虑轨道拓扑、列车位置、计划的路线、穿过计划的路线的时间和在外围区域中和拥挤区域中的列车的计划运动中的列车约束。这些方法可利用计算机可用介质实现，该介质具有由特定用途或通用计算机执行的计算机可读代码。
虽然已描述了本发明的优选实施例，应理解，所述实施例仅是示意性的，当与整个范围的等价物一致时，本发明的范围仅由权利要求限定，本领域技术人员熟读本申请可自然地做出许多变化和修改。

Claims (6)

1.一种管理铁路系统中的拥挤的方法，该铁路系统具有轨道网和被调度以穿过该铁路网的多个列车，该方法包括：
(a)检测沿铁路网的拥挤和识别处于拥挤中的第一列车；
(b)识别围绕拥挤的后退区域；
(c)为预先计划进入后退区域中的第二列车选择后退区域外的安全地点；
(d)计划第二列车到安全地点的运动；
(e)识别可用于减轻拥挤的替换资源；和
(f)使用识别的替换资源计划第一列车的运动。
2.如权利要求1所述的方法，其中后退区域通过围绕拥挤区域的圆来限定，该圆具有一半径，该半径确定为处于拥挤中的列车的密度、外围区域中的列车密度、拥挤的类型和大小以及轨道拓扑的函数。
3.如权利要求1所述的方法，其中识别的替换资源包括通常对于运动计划器不可用的轨道段。
4.如权利要求1所述的方法，其中对于计划进入后退区域的每个列车，步骤(c)和(d)被执行。
5.如权利要求4所述的方法，其中对于正接近该拥挤的每个列车，步骤(b)和(c)被执行。
6.一种管理铁路系统中的拥挤的方法，该铁路系统具有轨道网和被调度以穿过该铁路网的多个列车，该方法包括：
(a)检测沿铁路网的拥挤；
(b)选择正接近该拥挤的列车；
(c)识别围绕拥挤的后退区域，该后退区域被定义为处于拥挤中的列车的密度、外围区域中的列车密度、拥挤的类型、拥挤的大小以及轨道拓扑的函数；
(d)选择后退区域外的安全地点；
(e)重新调度选择的列车，以将该列车延迟在该选择的安全地点处，
其中该安全地点是其它列车可穿过该铁路网的区域。
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