Многоуровневая система и способ оптимизации работы железнодорожного транспорта

Многоуровневая система и способ оптимизации работы железнодорожного транспорта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к оптимизированной работе железнодорожного транспорта и, в частности, к системе и способу эксплуатации железнодорожного транспорта с помощью многоуровневого системного подхода.

Предшествующий уровень техники

Железнодорожные сообщения являются сложными системами, в которых каждый компонент взаимосвязан с другими компонентами в пределах системы. Ранее были сделаны попытки по оптимизации работы отдельного компонента или группы компонентов железнодорожной системы, как, например, локомотива, в плане конкретной рабочей характеристики, такой как потребление топлива, что является основным показателем эксплуатационных затрат системы железнодорожного транспорта. Некоторые оценки показывают, что потребление топлива занимает второе место по стоимости эксплуатационных затрат системы железнодорожного транспорта, уступая лишь затратам на рабочую силу.

Например, патент США № 6144901 предлагает оптимизацию работы поезда по некоторому количеству рабочих параметров, включая потребление топлива. Однако оптимизация эффективности отдельного поезда, который является только одним компонентом более сложной системы, включающей в себя, например, сеть железнодорожных путей, другие поезда, бригады, сортировочные станции, пункты отправления и пункты назначения, может не соответствовать оптимизации в масштабе системы. Оптимизация эффективности только одного составляющего элемента системы (даже если это может быть важным компонентом, такой как поезд) в действительности может привести к увеличению затрат в масштабе системы, потому что данный подход предшествующего уровня техники не учитывает взаимодействия и влияния на другие компоненты и на общую эффективность системы железнодорожного транспорта. В качестве одного примера оптимизация на уровне поезда исключает потенциальную эффективность локомотива в пределах отдельного поезда, которая может быть учтена, если бы была возможность оптимизировать производительность локомотивов по отдельности.

Одна система и способ планирования в системе сети железнодорожных путей раскрыт в патенте США № 5794172. Планировщики движения, такие как описаны в данном документе, в основном сфокусированы на перемещении поездов по сети путей на основе целевой бизнес-функции (ЦФБ, BOF), задаваемой железнодорожной компанией, и не обязательно на основе необходимости оптимизации производительности или конкретного параметра производительности, такого как потребление топлива. Дополнительно планировщик движения не распространяет оптимизацию ни до еще в меньшей степени состава или локомотива, ни до сервисного обслуживания железной дороги и работ по ее технической поддержке, которые планируются для сервисного обслуживания поездов или локомотивов.

Таким образом, согласно предыдущему уровню техники не известны посылы того, что оптимизация работы системы железнодорожного транспорта требует многоуровневого подхода, включающего в себя сбор ключевых данных на каждом уровне и обмен данными с другими уровнями системы.

Краткое описание сущности изобретения

Одним аспектом настоящего изобретения является создание многоуровневой системы для управления системой железнодорожного транспорта и ее рабочими компонентами, причем данная система железнодорожного транспорта включает в себя первый уровень, предназначенный для оптимизации работы в пределах первого уровня, который содержит рабочие параметры первого уровня, которые задают рабочие характеристики и данные первого уровня, и второй уровень, предназначенный для оптимизации работы в пределах второго уровня, который содержит рабочие параметры второго уровня, которые задают рабочие характеристики и данные второго уровня. Рабочие параметры первого уровня предоставляются первым уровнем второму уровню, а рабочие параметры второго уровня предоставляются вторым уровнем первому уровню, так что оптимизация работы на первом уровне и оптимизация работы на втором уровне каждая является функцией оптимизирования параметра оптимизации системы.

Еще один аспект настоящего изобретения заключается в создании способа оптимизации работы системы железнодорожного транспорта, которая содержит первый и второй уровни, содержащего передачу от первого уровня ко второму уровню рабочего параметра первого уровня, который задает рабочие характеристики первого уровня; передачу от второго уровня к первому уровню рабочего параметра второго уровня, который задает рабочие характеристики второго уровня, оптимизацию работы системы по комбинации первого уровня и второго уровня на основе параметра оптимизации системы: оптимизацию работы в пределах первого уровня на основе параметра оптимизации первого уровня и частично на основе параметра оптимизации системы; и оптимизацию работы в пределах второго уровня на основе параметра оптимизации второго уровня и частично на основе параметра оптимизации системы.

Другим аспектом настоящего изобретения является создание способа и системы для многоуровневой оптимизации работы железнодорожного транспорта для сложной системы железных дорог, согласно которым определяют ключевые рабочие ограничения и данные на каждом уровне, передают эти ограничения и данные на соседние уровни и оптимизируют производительность на каждом уровне на основе упомянутых данных и ограничений соседних уровней.

Аспекты настоящего изобретения дополнительно включают в себя определение и передачу обновленных планов, и мониторинг и передачу соответствия этим планам на множестве уровней системы.

Аспекты настоящего изобретения дополнительно включают оптимизацию производительности на уровне инфраструктуры железных дорог, на уровне сети железнодорожных путей, на уровне отдельного поезда в пределах этой сети, на уровне состава в пределах поезда и на уровне отдельного локомотива в составе.

Аспекты настоящего изобретения дополнительно включают в себя оптимизацию производительности на уровне инфраструктуры железных дорог для обеспечения сервисного обслуживания локомотивов, основывающегося скорее на условиях, а не на графике, включая и промежуточные (или краткосрочные) требования сервисного обслуживания, такие как заправка топлива и пополнение других расходных материалов в локомотиве, и долгосрочное сервисное обслуживание, такое как замена и ремонт основных рабочих компонентов локомотива, таких как тяговые моторы и двигатели.

Аспекты настоящего изобретения включают в себя оптимизацию производительности на различных уровнях в свете целевых функций компаний, работающих на железной дороге, таких как доставка в срок, надлежащее использование основных средств, минимальное потребление топлива, снижение уровня выхлопа, оптимизированные расходы на бригаду состава, время простоя, время и стоимость технического обслуживания и сниженные общие системные затраты.

Данные аспекты настоящего изобретения обеспечивают преимущества, такие как сужение разброса потребления топлива от рейса к рейсу, экономия топлива для каждого локомотива, функционирующего в пределах системы, плавное восстановление системы из режимов сбоя, устранение отказов в работе из-за отсутствия топлива, усовершенствованная логистическая схема управления запасами топлива и уменьшенная автономия бригад в принятии решений в рейсе.

Перечень фигур чертежей

Фиг.1 - графическая иллюстрация многоуровневой сущности оптимизации работы железнодорожного транспорта согласно настоящему изобретению, где уровни инфраструктуры железных дорог, сети, железнодорожных путей, локомотивного состава и отдельного локомотива показаны в контексте их расположения относительно друг друга.

Фиг.2 - графическое изображение уровня инфраструктуры железных дорог, иллюстрирующее входные и выходные данные процессора инфраструктуры на данном уровне.

Фиг.3 - схематическое подробное изображение оптимизированной работы по сервисному обслуживанию на уровне инфраструктуры.

Фиг.4 - схематическое подробное изображение оптимизированной работы по дозаправке на уровне инфраструктуры.

Фиг.5 - схематическое изображение уровня сети железнодорожных путей, показывающее его взаимоотношение с вышерасположенным уровнем инфраструктуры железной дороги и нижерасположенным уровнем поезда ниже его.

Фиг.6 - подробное схематическое изображение уровня сети железнодорожных путей с входными и выходными данными процессора на данном уровне.

Фиг.7 - схематическое изображение, иллюстрирующее входные данные и выходные данные существующего планировщика движения на уровне поезда.

Фиг.8 - схема переработанного процессора уровня сети железнодорожных путей для оптимизации дополнительных параметров использования топлива.

Фиг.9 - пара линейных диаграмм, из которых первая диаграмма является исходным планом движения, сделанным без учета оптимизации работы, а вторая диаграмма является модифицированным планом, оптимизированным для сниженного потребления топлива.

Фиг.10 - схематическое изображение уровня поезда, показывающее его взаимоотношения со связанными с ним уровнями.

Фиг.11 - схема, подробно показывающая входные и выходные данные процессора уровня поезда.

Фиг.12 - схематическое изображение уровня состава, показывающее его взаимоотношения со связанными с ним уровнями.

Фиг.13 - схема, подробно показывающая входные и выходные данные процессора уровня состава.

Фиг.14 - график, иллюстрирующий использование топлива как функцию запланированного времени при различных режимах работы на уровне состава.

Фиг.15 - схематическое изображение уровня локомотива, показывающее его взаимоотношение с уровнем состава.

Фиг.16 - схема, подробно показывающая входные и выходные данные процессора уровня локомотива.

Фиг.17 - график, показывающий использование топлива как функцию запланированного времени работы при различных режимах работы на уровне локомотива.

Фиг.18 - график, показывающий эффективность топлива на уровне локомотива, измеренную как использование топлива на единицу энергии, как функцию количества энергии, сгенерированной на уровне локомотива для различных режимов работы.

Фиг.19 - график, показывающий различные потери электрической системы как функцию напряжения вставки постоянного тока на уровне локомотива.

Фиг.20 - график, показывающий потребление топлива как функцию скорости двигателя на уровне локомотива.

Фиг.21 - схема подсистемы управления энергией гибридного локомотива, имеющего функциональные возможности внутренней регенерации и запасания энергии, предназначенного и функционирующего для оптимизации топлива.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения

На Фиг.1 проиллюстрирована многоуровневая сущность системы 50 железнодорожного транспорта. Как показано, система включает в себя от самого верхнего уровня до самого нижнего уровня: уровень 100 инфраструктуры железных дорог, уровень 200 сети железнодорожных путей, уровень 300 поезда, уровень 400 состава и уровень 500 локомотива. Как описано далее, каждый уровень обладает своими собственными уникальными рабочими характеристиками, ограничениями, ключевыми рабочими параметрами и логическую схему оптимизации. Кроме того, каждый уровень взаимодействует определенным образом со связанными с ним уровнями, при этом происходит обмен различными данными на каждой границе раздела между уровнями так, что уровни могут совместно работать для всесторонней оптимизации всей системы 50 железнодорожного транспорта. Способ оптимизации системы 50 железнодорожного транспорта один и тот же, если рассматривать вверх от уровня 500 локомотива или вниз от уровня 100 инфраструктуры железных дорог. Для облегчения понимания последний подход будет показан сверху вниз соответственно.

Уровень инфраструктуры железных дорог

Оптимизация системы 50 железнодорожного транспорта на уровне 100 инфраструктуры железных дорог показана на Фиг. 1-4. Как показано на Фиг.1, уровни системы 50 многоуровневой работы железнодорожного транспорта и способ включают в себя, сверху вниз, уровень 100 инфраструктуры железных дорог, уровень 200 сети железнодорожных путей, уровень 300 поезда, уровень 400 состава и уровень 500 локомотива. Уровень 100 инфраструктуры железных дорог включает в себя нижерасположенные уровни сети 200 железнодорожных путей, поезда 300, состава 400 и 500 локомотива. Дополнительно уровень 100 инфраструктуры содержит другие внутренние особенности и функции, которые не показаны, такие как сервисные станции, заправочные станции, придорожное оборудование, железнодорожные парки, поездные бригады, пункты назначения, погрузочное оборудование (часто упоминаемое как погрузчики), разгрузочное оборудование (часто упоминаемое как разгрузчики) и доступ к данным, которые воздействуют на инфраструктуру, таким как правила работы железных дорог, погодные условия, состояние путей, целевые бизнес-функции (включая расходы, такие как штрафы за отсрочки и повреждения на маршруте, и вознаграждения за своевременную доставку), природные катаклизмы и законодательные требования правительства. Эти особенности и функции содержатся на уровне 100 инфраструктуры железных дорог. Большая часть уровня 100 инфраструктуры железных дорог имеет постоянную основу (или, по меньшей мере, достаточно долгосрочную основу). Компоненты инфраструктуры, такие как расположение придорожного оборудования, заправочные станции и сервисные станции, не изменяются по направлению движения любого заданного поезда. Однако доступность этих компонентов в режиме реального времени может варьироваться в зависимости от доступности, времени суток и использования другими системами. Эти особенности уровня 100 инфраструктуры железных дорог выступают в роли возможностей или ресурсов и ограничений в отношении работы системы 50 железнодорожного транспорта на других уровнях. Однако другие аспекты уровня 100 инфраструктуры полезных дорог предназначены для обслуживания других уровней системы 50 железнодорожного транспорта, таких как сети железнодорожных путей, поезда, составы или локомотивы, каждый из которых может быть оптимизирован как функция многоуровневого критерия оптимизации, например, такого как общее количество топлива, дозаправки, выхлоп, управление ресурсами и т.д.

Фиг.2 показывает схему оптимизации уровня 100 инфраструктуры железных дорог. Показан уровень 100 инфраструктуры железных дорог и процессор 202 уровня инфраструктуры, взаимодействующий с уровнем 200 путей и уровнем 300 поезда для получения данных с этих уровней, а также от самого уровня 100 инфраструктуры железных дорог, для выработки команд и/или предоставления данных на уровень 200 сети железнодорожных путей и уровень 300 поезда, и для оптимизации работы в пределах уровня 100 инфраструктуры железных дорог.

Как показано на Фиг.3, процессором 202 инфраструктуры может быть компьютер, содержащий память 302, машинные команды 304, включающие в себя алгоритмы оптимизации и т.д. Уровень 100 инфраструктуры включает в себя, например, обслуживание поездов и локомотивов, например, на станциях технического обслуживания для оптимизации этих сервисных операций, уровень 100 инфраструктуры принимает данные 206 инфраструктуры, такие как расположение станций, функциональные возможности станций (как статические характеристики, например, количество сервисных боксов, а также динамические характеристики, например, доступность боксов, бригады сервисного обслуживания и наличие запасных частей), затраты на станцию (такие как почасовые ставки, показатели простоя), и ранее обозначенные данные, такие как погодные условия, стихийное бедствие и целевые бизнес-функции. Уровень инфраструктуры также принимает данные 208 уровня сети железнодорожных путей, такие как текущий график поездов системы для запланированного прибытия и отправления железнодорожного оборудования на сервисных станциях, доступность замещающих мощностей (т.e. заменяющих локомотивов) на станции и запланированное обслуживание. Дополнительно уровень инфраструктуры принимает данные 210 уровня поезда, такие как текущие функциональные возможности поездов в системах, в частности, данные технического состояния, которые могут потребовать дополнительного сервисного обслуживания, основывающегося на условиях (в противоположность основывающегося на графике), текущее расположение, скорость и маршрут поездов, и требования ожидаемого сервисного обслуживания, когда поезд прибывает. Процессор 202 инфраструктуры обрабатывает эти входные данные и оптимизирует работу уровня 100 инфраструктуры железных дорог посредством выдачи рабочих предписаний или других инструкций сервисным станциям для обслуживания конкретных поездов, как обозначено в блоке 226, которые включают в себя инструкции для подготовки к работе, подлежащей исполнению, например составление графика работы боксов, бригад рабочих, инструментов и заказ запасных частей. От уровня 100 инфраструктуры также поступают инструкции, которые используются системами нижерасположенных уровней. Например, команды 228 сети путей выдаются для предоставления данных для пересмотра плана движения поездов, исходя их плана сервисного обслуживания, сообщения в депо сервисного плана, например пересоставление поезда, и обеспечения альтернативных мощностей в виде заменяющего локомотива. Команды 230 поезда выдаются на уровень 300 поезда так, чтобы работа определенных поездов, которые нуждаются в сервисном обслуживании, могла быть ограничена или для обеспечения инструкции сервисного обслуживания на месте, которые являются функциями плана сервисного обслуживания.

Как один пример операций уровня 100 инфраструктуры, Фиг. 4 показывает оптимизированную дозаправку 400 уровня инфраструктуры. Это частный пример оптимизированного сервисного обслуживания на уровне 100 инфраструктуры. Данные 406 инфраструктуры, введенные на уровень 100 инфраструктуры для оптимизации дозаправки, соответствуют параметрам заправки топливом. Они включают в себя расположения дозаправочных площадок (которые включают в себя большие станции сервисного обслуживания, а также заправочные станции, и даже передвижные сервисы, где могут размещаться заправочные грузовики) и общие затраты на топливо, которые содержат не только прямую цену за галлон топлива, но также простой основных средств и бригад, затраты на управление запасами, налоги, непроизводственные издержки и требования к окружающей среде. Входные данные 408 уровня сети железнодорожных путей включают в себя расходы по изменению графика поездов в общем плане движения для обеспечения дозаправки или снижения скорости, если не произошла дозаправка, а также топографический анализ путей по ходу поездов, так как это имеет основное воздействие на расход топлива. Входные данные 410 уровня поезда включают в себя текущее расположение и скорость, уровень топлива и данные об интенсивности использования топлива (которые могут быть использованы для определения дальности перемещения локомотива), а также конфигурацию состава, чтобы можно было рассматривать альтернативные режимы выработки энергии локомотива. График поездов, а также вес поезда, груз и длина являются существенными показателями для планирования скорости расхода топлива. Выходные данные уровня 100 инфраструктуры, соответствующего оптимальной дозаправке, включают в себя оптимизацию заправочных площадок в плане инструкций на заправку для каждого конкретного поезда, а также в плане того, что ожидается в течение некоторого периода времени в отношении топливных запасов. Другие выходные данные включают в себя командные данные 428 для уровня 200 сети железнодорожных путей для пересмотра плана движения и команды 430 уровня поезда для инструкций на заправку на заправочной площадке, включая графики, а также функциональные ограничения для поезда, такие как максимальная интенсивность использования топлива, в то время как поезд направляется на станцию заправки.

Оптимизация работы инфраструктуры железных дорог не является статическим процессом, а является довольно динамическим процессом, который необходимо пересматривать через регулярные запланированные интервалы (например, каждые 30 минут) или по мере того, как значимые события возникают, и о них сообщается на уровень 100 инфраструктуры (такие как отказ тормозов поезда и проблемы на сервисной станции). Обмен данными в пределах уровня 100 инфраструктуры и с другими уровнями может осуществляться в режиме реального времени или почти в режиме реального времени для обеспечения прохождения ключевой информации, необходимой для соблюдения плана сервисного обслуживания и распространения его на другие уровни. Дополнительно информация может сохраняться для последующего анализа тенденций или идентификации или анализа характеристик производительности, взаимодействий конкретного уровня с другими уровнями или идентификации конкретных проблем с оборудованием.

Уровень сети железнодорожных путей

В пределах рабочих планов инфраструктуры железных дорог оптимизация уровня 200 сети железнодорожных путей осуществляется, как показано на Фиг. 5 и 6. Уровень 200 сети железнодорожных путей включает в себя не только схему путей, но также и планы движения различных поездов по этой схеме путей. Фиг. 5 показывает взаимодействие уровня 200 сети железнодорожных путей с вышерасположенным уровнем 100 инфраструктуры железных дорог и отдельными поездами ниже него. Как показано, уровень 200 сети железнодорожных путей принимает входные данные от уровня 100 инфраструктуры и уровня 300 поезда, а также данные (или обратную связь) в пределах уровня 200 сети железнодорожных путей. Как показано на Фиг.6, процессор 502 уровня сети железнодорожных путей может являться компьютером, содержащим память 602, машинные команды 604, включающие в себя алгоритмы оптимизации и т.д. Как показано на Фиг.6, данные 506 уровня инфраструктуры включают в себя информацию относительно погодных условий, железнодорожных депо, замещающих мощностей, сервисных станций и планов, пунктов отправления и назначения. Данные 508 сети железнодорожных путей включают в себя информацию относительно существующего графика движения поездов, целевых бизнес-функций и ограничений сети (таких как ограничения функционирования определенных участков пути). Входные данные 510 уровня поезда содержат информацию относительно положения локомотива и его скорости, текущих функциональных возможностей (степени исправности), требуемого сервисного обслуживания, эксплуатационных ограничений, структуры железнодорожного состава, веса поезда и его длины.

Фиг.6 также показывает выходные данные уровня 200 сети железнодорожных путей, которые включают в себя данные 526, посланные на уровень инфраструктуры, команды 530 для поездов и инструкции 528 по оптимизации для самого уровня 200 сети железнодорожных путей. Данные 526, посланные на уровень 100 инфраструктуры, включают в себя требования к придорожному оборудованию, требования к депо, нужды сервисных станций и планируемую деятельность пунктов отправления и назначения. Команды 530 для поезда включают в себя график для каждого поезда и эксплуатационные ограничения на маршруте, а оптимизация 528 сети железнодорожных путей включает в себя пересмотр графика поездов системы.

Как в случае с уровнем 100 инфраструктуры, график (или расписание движения) сети 200 железнодорожных путей пересматривается через определенные интервалы или при возникновении существенных событий. Обмен входными и выходными критическими данными и командами может осуществляться в режиме реального времени для соблюдения выполнения соответствующих планов в действительности.

В качестве примера существующий планировщик движения описан в патенте США № 5794172. Такая система включает в себя систему автоматизированного проектирования (CAD) предшествующего уровня техники, которая содержит планировщик движения системы распределения энергии для составления подробного расписания движения для каждого локомотива и осуществление связи с локомотивом. Более подробно такой планировщик движения планирует перемещение поездов по сети железнодорожных путей с заданным периодом планирования, таким как 8 часов. Планировщик движения пытается оптимизировать Целевую Бизнес-Функцию (ЦФБ) уровня сети железнодорожных путей, что является суммой ЦФБ отдельных поездов на уровнях поезда уровня сети железнодорожных путей. ЦФБ каждого поезда связана с пунктом назначения поезда. Она также может быть привязана к любой точке маршрута отдельного поезда. В предшествующем уровне техники каждый поезд имеет единственную ЦФБ для каждого цикла планирования на территории планирования. Дополнительно каждая система сети путей может содержать дискретное число территорий планирования. Например, система сети путей может содержать 7 территорий планирования. По существу, поезд, который пересечет N территорий, будет иметь N ЦФБ в любой момент времени. ЦФБ обеспечивает средства сравнения качества двух планов движения.

В процессе расчета плана движения каждого поезда каждый час планировщик движения сравнивает тысячи альтернативных планов. Проблема уровня сети путей в высокой степени ограничена физическим размещением пути, эксплуатационными ограничениями пути или поезда, функциональными возможностями поездов и конфликтующими требованиями на ресурсы. Время, необходимое для расчета плана движения для поддержания динамичного характера работы железной дороги, является основным ограничением. По этой причине предположение о данных о производительности поезда делается на основе предварительно рассчитанных и сохраненных данных в зависимости от состава поезда, состояния путей и графика поезда. Процедура, применяемая планировщиком движения, рассчитывает минимальное время прогона для графика поезда посредством моделирования непересекающегося движения поезда по путям с остановками и простоями для осуществления работ. Этот процесс захватывает время прогона по каждому сегменту пути и альтернативному сегменту пути по траектории движения поезда. Временной запас планирования, например, процентная доля времени прогона, затем добавляется к прогнозируемому времени прогона поезда, и временной запас и применяется для формирования плана движения.

Один такой планировщик движения предшествующего уровня техники показан на Фиг. 20, где поезд (и, таким образом, уровень поезда, уровень состава, уровень локомотива/двигателя) имеет оптимальную скорость Sl вдоль кривой 2002 скорость/потребление топлива, что приводит к снижению потребления топлива в нижней части 2004 кривой 2002. Обычные скорости поезда превышают оптимальную скорость Fl поезда, так что снижение средних скоростей поезда обычно приводит к сниженному потреблению топлива.

Фиг. 7 и 8 показывают подробно вариант воплощения настоящего изобретения и его преимущества в планировании движения уровня 200 сети путей. Фиг. 7 показывает пример планировщика 700 движения для анализа рабочих параметров для оптимизирования плана движения поезда с целью оптимизации использования топлива. Планировщик 702 движения принимает входные данные от уровня 300 поезда. Планировщик движения 702 согласно варианту воплощения по Фиг.7 принимает и анализирует сообщения для планировщика 702 движения от внешних источников 712 относительно пунктов заправки и Целевых Бизнес-Функций (ЦФБ) 710, включая временной запас планирования, как указано выше. Канал 706 связи с оптимизаторами 704 топлива для поездов на уровне 300 поезда предоставляется для передачи последнего варианта плана движения каждому из поездов на уровне 300 поезда. В предыдущем уровне техники планировщик движения пытался минимизировать задержки для встреч и разъездов. Наоборот, система в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения устраняет эти задержки как возможность для оптимизации топлива на различных уровнях.

Фиг.8 показывает планировщик движения для анализа дополнительных рабочих параметров, помимо тех, которые показаны на Фиг.7 для оптимизирования оптимизации топлива. Средство управления (менеджер) 802 топливом сети обеспечивает уровень 200 сети путей функциональностью для оптимизирования использования топлива в пределах уровня 200 сети путей на основе Целевой Бизнес-Функции 810 (ЦФБ) каждого из поездов на уровне 300 поезда, производительности 812 двигателей поездов и локомотивов, включая эти поезда, данных 804 о заторах и весовых коэффициентов 808 топлива. Планировщик движения на уровне сети путей принимает входные данные 708 от оптимизатора 704 уровня поезда и от менеджера 802 топлива сети. Например, уровень 200 поезда обеспечивает планировщик 702 движения данными 708 о поломке двигателя и уменьшении лошадиных сил. Планировщик 702 движения передает план 706 движения на уровень 200 поезда, а данные 804 о заторах - менеджеру 802 топлива сети. Уровень 200 поезда предоставляет данные 812 производительности двигателя менеджеру 802 топлива сети. Планировщик 702 движения на уровне сети путей задействует Целевую Бизнес-Функцию (ЦФБ) для каждого поезда, временной запас планирования и пункты 806 дозаправки и данные 708 о повреждении двигателя и уменьшении лошадиных сил для развития и модифицирования плана движения для конкретного поезда на уровне 200 поезда.

Как описано выше, планировщик 702 движения согласно варианту воплощения по Фиг.8 включает в себя модуль 802 менеджера топлива сети или оптимизатор топлива, который отслеживает данные производительности для отдельных поездов и подает входные данные на планировщик движения для внедрения информации оптимизации топлива в план движения. Этот модуль 802 определяет расположения дозаправки на основе оцененного использования топлива, а также затрат на топливо. Весовой коэффициент затрат на топливо представляет параметрическое уравновешивание затрат на топливо (как прямых, так и косвенных) по отношению к графику. Это уравновешивание рассматривается в сочетании с затором, ожидаемым по траектории движения поезда. Замедление поезда для оптимизации топлива на уровне поезда может увеличить заторы на уровне сети путей посредством задержки других поездов, особенно на сильно загруженных участках. Модуль 802 менеджера топлива сети непосредственно взаимодействует с планировщиком 702 движения в пределах уровня 200 сети путей для установки временного запаса планирования (величина резервного времени в плане до ощутимого влияния на движение других поездов) для каждого поезда и изменяет план 706 движения для возможности установки планируемого временного запаса планирования отдельного поезда, с более продолжительными временными запасами планирования и более короткими встречами и разъездами, чем обычно для получения усовершенствованной оптимизации топлива.

Дополнительное усовершенствование устанавливает более высокий временной запас планирования для поездов, которые оборудованы оптимизатором 704 топлива и график которых не является критическим. Это обеспечивает экономию для местных поездов и поездов, проходящих по мало загруженным путям. Это приводит к согласованию с планировщиком 702 движения для установки временного запаса планирования для поезда и изменение плана 706 движения для возможности устанавливать временной запас планирования для отдельных поездов.

Фиг.9 показывает характерный набор линейных графиков для запланированного движения (план 706 движения) двух поездов (т.e. поезда A и B), идущих в противоположных направлениях по одним путям. Таким образом, необходимо, чтобы поезда встречались и разъезжались у ветки 906. Прерывистая линия показывает положение поезда как функцию времени движения для поездов, причем линия A показывает перемещение поезда A от его отправления из первоначального пункта 902 рядом с верхней частью графика до его конечного пункта 904 рядом с нижней частью графика и перемещение поезда B из его первоначального пункта 908 в нижней части графика до его конечного пункта 910 в верхней части графика. "Первоначальный план" 900, как показано первой прерывистой линией на Фиг.9, формируется исключительно с целью минимизации времени, необходимого для осуществления перемещений поезда. Эта прерывистая линия показывает, что поезд A входит на ветку 906, что представлено горизонтальным линейным сегментом 906, в момент времени t_l, так чтобы обеспечить разъезд с поездом B. Поезд A останавливается и стоит на ветке 906 с момента t₁ до t₂. Поезд B, как показано линией 908-910, поддерживает постоянную скорость от 908 до 910. Верхняя загнутая линия 909 и изогнутое пунктирное продолжение 911 показывают самое быстрое перемещение, которое может осуществить поезд A. "Модифицированный план" 950, как показано прерывистой линией на правой стороне Фиг.9, был сформирован при рассмотрении оптимизации топлива. Он требует, чтобы поезд A перемещался быстрее (более крутой наклон линии 918-912 от t₁ до t₄) так, чтобы достичь второй и более удаленной ветки 912, хотя и в некоторый более поздний момент времени t₄, например t₄ наступает позже, чем t₁. Модифицированный план также требует, чтобы поезд B замедлял скорость перемещения в момент t₃ с тем, чтобы пройти у второй ветки 912. Модифицированный план снижает время простоя поезда A до t₅-t₄ по сравнению с первоначальным t₂-t₁ и снижает скорость поезда B, начиная с момента t₃, для обеспечения возможности оптимизации топлива на уровне 300 поезда, как показано посредством комбинации двух конкретных поездов, при соблюдении плана движения уровня сети путей на или приблизительно на его раннем уровне производительности.

Входные данные для планировщика 702 движения уровня сети путей также включают в себя расположение заправочных станций, стоимость топлива ($/галлон на станцию и стоимость времени на заправку или так называемый "стоимостный штраф"), эффективность двигателя, как показано наклоном, соответствующим изменению использования топлива при изменении количества лошадиных сил (например, наклон, определяемый Δ использования топлива/Δ лошадиных сил), эффективность топлива, как показано наклоном, соответствующим изменению использования топлива при изменении скорости или времени, ухудшение показателей мощности локомотива при низком содержании топлива или без топлива, факторы сцепления колес (снег, дождь, песок, моющие средства, смазочные материалы), уровень топлива для локомотивов в поездах и планируемый уровень топлива поезда.

Функциональность уровня сети железнодорожных путей, задаваемая планировщиком 702 движения, включает в себя определение необходимой мощности состава как функции скорости при текущих и проектных рабочих условиях и определение потребления топлива как функции мощности, типа локомотива и сети путей. Определения планировщика 702 движения могут быть для локомотивов, для состава или для поезда, которые будут содержать надлежащую нагрузку. Определение может быть функцией чувствительности изменения топлива при изменении мощности (Δ Топлива/Δ лошадиных сил (л.с.)) и/или изменения мощности в л.с. по скорости (Δ л.с./Δ Скорость). Планировщик 702 движения дополнительно определяет динамическую компенсацию расхода топлива (как показано выше) по причине температурных переходов (туннели и т.д.) и ограничений по причине сцепления, таких как тяговое усилие при низкой скорости или уклон дороги, что может ухудшить прогнозирование движения, например ожидаемой скорости. Планировщик 702 движения может предсказать текущий бестопливный диапазон, основываясь на рабочем предположении, что мощность поддерживается на текущем уровне, или предположении относительно будущего пути. Наконец, об обнаружении параметров, которые изменились значительно, может быть сообщено планировщику 702 движения и, как результат, может потребоваться такое действие, как изменение плана движения. Эти действия могут быть автоматическими функциями, которые осуществляются непрерывно, периодически или совершаются на базе исключительных ситуаций, например, для определения переходов или планируемых условий нехватки топлива.

Преимущества такой работы уровня 200 системы путей позволяют планировщику 702 движения учитывать ис