Способ, система и компьютерный программный код для оптимизации рейса с помощью пополнения базы данных железнодорожных составов/путей

Способ, система и компьютерный программный код для оптимизации рейса с помощью пополнения базы данных железнодорожных составов/путей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данная заявка является частичным продолжением заявки (США) номер 11/385354, поданной 20 марта 2006 года, содержимое которой полностью содержится в данном документе по ссылке, и основана на Предварительной заявке номер 60/869196, поданной 8 декабря 2006 года.

Область техники, к которой относится изобретение

Область техники изобретения относится к системе и способу оптимизации движения железнодорожного состава, а более конкретно к системе и способу пополнения и обновления базы данных железнодорожных составов/путей, связанной с системой, способом и компьютерным программным кодом для оптимизации движения железнодорожного состава.

Уровень техники

Локомотив - это комплексная система с множеством подсистем, причем каждая подсистема взаимозависит от других подсистем. Оператор на борту локомотива применяет тяговое и тормозное усилие, чтобы управлять скоростью локомотива и его нагрузкой от вагонов, чтобы обеспечить безопасное и своевременное прибытие в требуемый пункт назначения. Чтобы выполнить эту функцию и соответствовать заранее заданным рабочим скоростям, которые могут варьироваться с расположением железнодорожного состава на железнодорожном пути, оператор, как правило, должен иметь большой опыт в управлении железнодорожным составом на указанной территории с различными железнодорожными составами, т.е. с различными типами и числом вагонов.

Тем не менее, даже при достаточных знаниях и опыте для того чтобы обеспечить безопасную работу, оператор, как правило, не может управлять локомотивом так, чтобы минимизировать потребление топлива (или другие эксплуатационные характеристики, к примеру, выбросы) в ходе рейса. Множество рабочих факторов влияют на потребление топлива, в том числе, например, предельно допустимые выбросы, характеристики потребления топлива/выбросов локомотива, размер и загрузка вагонов, погода, условия движения и рабочие параметры локомотива. Оператор может более эффективно и рационально управлять железнодорожным составом (посредством применения тяговых и тормозных усилий), если предоставлена управляющая информация, которая оптимизирует функционирование в ходе рейса, при этом удовлетворяя требуемому расписанию (времени прибытия) и используя минимальное количество топлива (или оптимизируя другой рабочий параметр), несмотря на множество переменных, которые влияют на эффективность. Таким образом, оператору желательно управлять железнодорожным составом под руководством (или управлением) системы и процесса, который уведомляет о применении тяговых и тормозных усилий, чтобы оптимизировать один или более рабочих параметров.

Раскрытие изобретения

Примерные варианты осуществления изобретения раскрывают систему, способ и компьютерный программный код для пополнения и обновления базы данных железнодорожных составов/путей, связанной с системой, способом и/или компьютерным программным кодом для оптимизации движения железнодорожного состава. С этой целью раскрывается система для предоставления информации по железнодорожному составу и/или информация характеризации железнодорожного пути для использования при функционировании железнодорожного состава. Система включает в себя первый элемент для того, чтобы определять по меньшей мере одно из местоположения железнодорожного состава в сегменте железнодорожного пути и времени с начала рейса. Дополнительно раскрывается элемент характеризации железнодорожного пути, чтобы предоставлять информацию по сегментам железнодорожного пути. Дополнительно раскрыты датчик для измерения рабочего состояния по меньшей мере одного из локомотивов железнодорожного состава и база данных для хранения информации по сегментам железнодорожного пути и/или рабочего состояния по меньшей мере одного из локомотивов. Раскрыт процессор для того, чтобы коррелировать информацию от первого элемента, элемента характеризации железнодорожного пути, датчика и базы данных с тем, чтобы база данных могла быть использована для создания плана рейса, который оптимизирует функционирование железнодорожного состава в соответствии с одним или более рабочими критериями для железнодорожного состава.

В другом примерном варианте осуществления раскрыта система для управления железнодорожным составом в ходе рейса по сегменту железнодорожного пути, при этом железнодорожный состав содержит один или более локомотивных составов, причем каждый локомотивный состав содержит один или более локомотивов. Система включает в себя первый элемент для того, чтобы определять местоположение железнодорожного состава на сегменте железнодорожного пути и/или время с начала рейса. Также раскрыты элемент характеризации железнодорожного пути, чтобы предоставлять информацию по сегментам железнодорожного пути, и датчик для измерения рабочего состояния по меньшей мере одного из локомотивов. Раскрыта база данных для хранения информации по сегментам железнодорожного пути и/или рабочего состояния по меньшей мере одного из локомотивов. Также раскрыт процессор, который имеет такую функциональность, чтобы принимать информацию от первого элемента, датчика, элемента характеризации железнодорожного пути и/или базы данных для создания плана рейса, который оптимизирует функционирование локомотива в соответствии с одним или более рабочими критериями железнодорожного состава.

В еще одном другом примерном варианте осуществления раскрыт способ управления железнодорожным составом в ходе рейса по сегменту железнодорожного пути, при этом железнодорожный состав содержит один или более локомотивных составов, причем каждый локомотивный состав содержит один или более локомотивов. Способ включает в себя этап определения местоположения железнодорожного состава на железнодорожном пути или времени с начала рейса и этап определения информации по сегментам железнодорожного пути. Два других этапа включают в себя сохранение информации по сегментам железнодорожного пути и определение по меньшей мере одного рабочего условия по меньшей мере одного из локомотивов. Другой этап предоставляет создание плана рейса в ответ по меньшей мере на одно из местоположения железнодорожного состава, информации по сегментам железнодорожного пути и по меньшей мере одного рабочего состояния, чтобы оптимизировать функционирование локомотива в соответствии с одним или более рабочими критериями для железнодорожного состава.

Другой примерный вариант осуществления раскрывает компьютерный программный код для управления железнодорожным составом, имеющим компьютерный процессор, причем код служит для управления железнодорожным составом в ходе рейса по сегменту железнодорожного пути, при этом железнодорожный состав включает в себя один или более локомотивных составов, причем каждый локомотивный состав включает в себя один или более локомотивов. Программный код включает в себя программный модуль для определения информации по сегментам железнодорожного пути и программный модуль для сохранения информации по сегментам железнодорожного пути. Также предусмотрен программный модуль для определения по меньшей мере одного рабочего состояния одного из локомотивов. Программный код также включает в себя программный модуль для создания плана рейса в ответ по меньшей мере на одно из местоположения железнодорожного состава, информации по сегментам железнодорожного пути и по меньшей мере одного рабочего состояния, чтобы оптимизировать функционирование локомотива в соответствии с одним или более рабочими критериями для железнодорожного состава.

Краткое описание чертежей

Более подробное описание изобретения, вкратце поясненного ниже, предоставляется посредством ссылки на его конкретные варианты осуществления, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. При условии того, что эти чертежи изображают только типичные варианты осуществления изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, изобретение описывается и поясняется с помощью дополнительной специфики и подробностей посредством использования прилагаемых чертежей, на которых:

Фиг.1 иллюстрирует примерную иллюстрацию блок-схемы последовательности операций способа оптимизации рейса;

Фиг.2 иллюстрирует упрощенную модель железнодорожного состава, которая может быть использована;

Фиг.3 иллюстрирует примерный вариант осуществления элементов системы оптимизации рейса;

Фиг.4 иллюстрирует примерный вариант осуществления кривой расхода топлива/времени движения;

Фиг.5 иллюстрирует примерный вариант осуществления сегментационного разложения для планирования рейса;

Фиг.6 иллюстрирует примерный вариант осуществления примера сегментации;

Фиг.7 иллюстрирует примерную блок-схему последовательности операций способа оптимизации рейса;

Фиг.8 иллюстрирует примерную иллюстрацию динамического дисплея для использования оператором;

Фиг.9 иллюстрирует другую примерную иллюстрацию динамического дисплея для использования оператором;

Фиг.10 иллюстрирует другую примерную иллюстрацию динамического дисплея для использования оператором;

Фиг.11 иллюстрирует характеристики базы данных железнодорожных путей и

Фиг.12 иллюстрирует блок-схему последовательности операций примерных этапов управления железнодорожным составом в ходе рейса по сегменту железнодорожного пути.

Осуществление изобретения

Далее приводится подробное описание вариантов осуществления, совместимых с изобретением, примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Где бы то ни было, одни и те же номера ссылок, используемые на чертежах, ссылаются на одни и те же или аналогичные элементы.

Примерный вариант осуществления, раскрытый в данном документе, согласно настоящему изобретению разрешает проблемы в данной области техники посредством предоставления системы, способа и машинореализованного способа определения и реализации стратегии управления железнодорожным составом, имеющим локомотивный состав (т.е. множество непосредственно сцепленных локомотивов или один или более локомотивных составов, распределенных в железнодорожном составе), чтобы отслеживать и управлять движением железнодорожного состава, чтобы улучшать конкретные объективные параметрические требования к рабочим критериям, при этом удовлетворяя ограничениям расписания и скорости. Примеры изобретения также применимы к железнодорожному составу с распределенным приводом, т.е. к железнодорожному составу, имеющему один или более локомотивных составов, разнесенных от ведущего локомотива и управляемых оператором ведущего локомотива.

Специалисты в данной области техники должны признавать, что устройство, такое как система обработки данных, включающая в себя ЦП, запоминающее устройство, механизмы ввода-вывода, устройство хранения программ, соединительную шину и другие соответствующие компоненты, может быть запрограммировано или иным образом запроектировано так, чтобы упрощать практическое применение способа изобретения. Эта система должна включать в себя соответствующее программное средство для приведения в исполнение способа изобретения.

В другом варианте осуществления изделие, такое как заранее записанный диск или другой аналогичный компьютерный программный продукт, для использования с системой обработки данных включает в себя носитель хранения и программу, записанную на него, для направления системы обработки данных для того, чтобы упрощать практическое применение способа изобретения. Эти устройства и изделия также попадают в рамки сущности и объема изобретения.

Вообще говоря, технический эффект заключается в определении реализации стратегии управления железнодорожным составом, чтобы улучшить целевые рабочие параметры при удовлетворении ограничений расписания и скорости, причем база данных железнодорожных составов/железнодорожных путей пополняется информацией о железнодорожном составе (обычно локомотивах) и железнодорожном пути. Чтобы упростить понимание примеров настоящего изобретения, оно описывается далее со ссылкой на его конкретные реализации.

Примерные варианты осуществления изобретения описываются в общем контексте машиноисполняемых команд, таких как программные модули, приводимых в исполнение посредством компьютера.

Программные модули, в общем, включают в себя процедуры, программы, объекты, компоненты, структуры данных и т.д., которые выполняют отдельные задачи или реализуют отдельные абстрактные типы данных. Например, программные приложения, которые лежат в основе типичных примеров изобретения, могут быть закодированы на различных языках для использования на различных платформах обработки. В нижеследующем описании примеры изобретения поясняются в контексте веб-портала, который использует веб-броузер. Тем не менее, следует принимать во внимание, что принципы, лежащие в основе примерных вариантов осуществления изобретения, могут быть использованы также с другими типами технологий компьютерных программ.

Более того, специалистам в данной области техники следует принимать во внимание, что примеры изобретения могут быть реализованы на практике с другими конфигурациями компьютерных систем, включая "карманные" устройства, многопроцессорные системы, основанную на микропроцессорах или программируемую бытовую электронную аппаратуру, мини-компьютеры, мейнфреймы и т.п. Примерные варианты осуществления изобретения могут быть реализованы на практике в распределенных вычислительных окружениях, в которых задачи выполняются удаленными обрабатывающими устройствами, которые связаны через сеть связи. В распределенном вычислительном окружении программные модули могут быть размещены в носителях хранения и локального, и удаленного компьютера, включающих в себя запоминающие устройства хранения. Эти локальные и удаленные вычислительные окружения могут полностью находиться в локомотиве или в соседних локомотивах в составе, или не на борту в придорожных, либо центральных офисах, в которых между вычислительными окружениями предусмотрены средства беспроводной связи.

Термин "локомотивный состав" состоит из одного или более размещенных друг с другом локомотивов, сцепленных вместе без вагонов между локомотивами так, чтобы предоставлять возможность движения и/или торможения. Железнодорожный состав может включать в себя один или более локомотивных составов. В частности, может быть один ведущий состав и один или более удаленных составов, например, первый удаленный состав в середине линии вагонов и другой удаленный состав в конце расположения железнодорожного состава. Каждый локомотивный состав имеет первый или ведущий локомотив и один или более замыкающих локомотивов. Хотя первый локомотив обычно считается ведущим локомотивом, специалисты в данной области техники должны легко признавать, что первый локомотив в составе из нескольких локомотивов может быть физически размещен в замыкающей позиции. Кроме того, хотя состав обычно рассматривается как сцепленные, размещенные друг за другом локомотивы, специалисты в данной области техники должны легко признавать то, что группа локомотивов также может быть распознана как состав даже, по меньшей мере, при одном вагоне, разделяющем локомотивы, например, когда состав сконфигурирован для распределенного управления мощностью, при этом команды регулировки подачи топлива и торможения передаются с ведущего локомотива в удаленные задние части посредством линии радиосвязи или физического кабеля. С этой целью термин локомотивный состав не должен считаться ограничивающим фактором при описании нескольких локомотивов в одном железнодорожном составе.

Ссылаясь теперь на чертежи, описываются варианты осуществления настоящего изобретения. Примерный вариант осуществления изобретения может быть реализован множеством способов, в том числе как система (включая систему компьютерной обработки), способ (включая компьютеризированный способ), устройство, машиночитаемый носитель, компьютерный программный продукт, графический пользовательский интерфейс, включающий в себя веб-портал, или структура данных, материально размещенная в машиночитаемом запоминающем устройстве. Некоторые варианты осуществления типичных примеров изобретения поясняются ниже.

Фиг.1 показывает иллюстрацию примерной блок-схемы последовательности операций способа оптимизации рейса. Как проиллюстрировано, вводятся команды, конкретные для планирования рейса, либо на борту, либо из удаленного места, такого как диспетчерский центр 10. Эта входная информация включает в себя, но не только, местоположение железнодорожного состава, структуру состава (такую как модели локомотивов), рабочие характеристики тяговой мощности локомотива для тяговой трансмиссии локомотива, потребление моторного топлива как функция от выходной мощности, характеристики охлаждения, заданный маршрут рейса (фактический уклон и кривизна железнодорожного пути как функция столбов с указанием числа миль либо компонент "фактического уклона", чтобы отражать кривизну, соответствующую стандартной железнодорожной практике), состав и загрузку вагонов (включая фактические коэффициенты лобового сопротивления), требуемые параметры рейса, в том числе, но не только, время и место начала, место окончания, время движения, идентификацию экипажа (пользователя и/или оператора), время смены экипажа и маршрут рейса.

Эти данные могут предоставляться в локомотив 42 согласно различным методикам и процессам, таким как, но не только, ручной ввод оператором в локомотиве 42 посредством бортового дисплея, связывание с устройством хранения данных, таким как плата жесткого диска, жесткий диск и/или USB-диск, либо передача информации посредством канала беспроводной связи из центрального или придорожного участка 41, например, посредством устройства передачи путевых сигналов и/или придорожного устройства в локомотив 42. Характеристики загрузок локомотива 42 и железнодорожного состава 31 (к примеру, сопротивление) также могут изменяться вдоль маршрута (к примеру, с высотой над уровнем моря, температурой окружающей среды и состоянием железнодорожных путей и вагонов), вызывая обновление плана с тем, чтобы отражать эти изменения согласно любому из способов, описанных выше. Обновленные данные, которые отражают процесс оптимизации рейса, могут предоставляться посредством любого из способов и методик, описанных выше, и/или посредством автономного сбора в реальном времени состояний локомотивов/железнодорожного состава. Эти обновления включают в себя, например, изменения характеристик локомотива или железнодорожного состава, обнаруженные посредством оборудования мониторинга на борту или не на борту локомотива(ов) 42.

Система путевых сигналов указывает конкретные условия на железнодорожном пути и предоставляет команды оператору железнодорожного состава, приближающегося к сигналу. Система передачи сигналов, которая подробнее описывается ниже, указывает, к примеру, допустимую скорость железнодорожного состава по сегменту железнодорожного пути и предоставляет команды остановки и запуска оператору железнодорожного состава. Подробности сигнальной системы, в том числе местоположение сигналов и правила, ассоциативно связанные с различными сигналами, сохраняются в бортовой базе данных 63.

На основе данных спецификаций, вводимых в настоящий примерный вариант осуществления изобретения, оптимальный план рейса, который минимизирует расход топлива и/или производимые выбросы, в соответствии с ограничениями предела скорости и требуемым временем начала и окончания, вычисляются с тем, чтобы сформировать профиль 12 рейса. Профиль содержит параметры оптимальной скорости и мощности (положения контроллера управления), которым следует железнодорожный состав, выражаемые как функция от расстояния и/или времени с начала рейса, рабочие пределы железнодорожного состава, в том числе, но не только, настройки максимальной мощности, задаваемой положением контроллера, и торможения, пределы скорости как функция от местоположения и ожидаемого потребляемого топлива и произведенных выбросов. В примерном варианте осуществления значение установки положения контроллера управления выбирается так, чтобы получать решения об изменении управления дросселем примерно каждые 10-30 секунд.

Специалисты в данной области техники должны признавать, что решения об изменении управления дросселем могут приниматься с более короткими или длинными интервалами, если требуется и/или желательно следовать оптимальному профилю скорости. В более широком смысле специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что профили предоставляют настройки мощности железнодорожного состава на уровне железнодорожного состава, на уровне локомотивного состава и/или на уровне отдельного локомотива. При использовании в данном документе мощность содержит мощность торможения, мощность движения и мощность пневматического торможения. В другом предпочтительном варианте осуществления вместо управления с традиционными дискретными установками мощности, задаваемой положением контроллера, пример настоящего изобретения определяет установку требуемой мощности из непрерывного диапазона установок мощности, чтобы оптимизировать профиль скорости. Таким образом, если оптимальный профиль задает, например, установку положения контроллера управления в 6,8 вместо установки положения контроллера управления в 7, локомотив 42 функционирует при 6,8. Предоставление таких промежуточных установок мощности позволяет обеспечивать дополнительные преимущества по эффективности, как описано ниже.

Процедура вычисления оптимального профиля может включать в себя множество способов для вычисления последовательности мощности, которая приводит железнодорожный состав 31, чтобы минимизировать топливо и/или выбросы с учетом ограничений по функционированию локомотива и расписанию, как обобщено ниже. В некоторых случаях оптимальный профиль может быть в достаточной степени аналогичен предварительно определенному профилю вследствие похожести конфигураций железнодорожного состава, маршрута и условий окружающей среды. В этих случаях может быть достаточным извлечь предварительно определенную траекторию движения из базы данных 63 и управлять железнодорожным составом соответствующим образом.

Когда предыдущий план недоступен, способы для того чтобы вычислять новый план, включают в себя, но не только, непосредственное вычисление оптимального профиля с помощью моделей дифференциальных уравнений, которые аппроксимируют физику движения железнодорожного состава. Согласно этому процессу определяется количественная целевая функция; в общем, функция содержит взвешенную сумму (интеграл) переменных модели, которые соответствуют скорости расхода топлива и формируемым выбросам, плюс член, для того чтобы штрафовать чрезмерные изменения при управлении дросселем.

Оптимальное формулирование управления устанавливается так, чтобы минимизировать количественную целевую функцию с учетом ограничений, включающих в себя, но не только, пределы скорости, установки минимальной и максимальной мощности (управления дросселем) и максимальные накопленные и мгновенные выбросы. В зависимости от целей планирования в любое время проблема может быть установлена так, чтобы минимизировать потребление топлива с учетом ограничений на выбросы и пределов скорости либо минимизировать выбросы с учетом ограничений на потребление топлива и время прибытия. Также можно установить цель, чтобы, например, минимизировать общее время движения без ограничений на общие выбросы или потребление топлива, при этом такое ослабление ограничений разрешено или требуется для задачи.

В документе предоставлены примерные уравнения и целевые функции для минимизации потребления топлива локомотива. Эти уравнения и функции служат только для иллюстрации, поскольку для того чтобы оптимизировать потребление топлива или оптимизировать другие рабочие параметры локомотива/железнодорожного состава, могут быть использованы другие уравнения и целевые функции.

Математически проблема, которая должна быть разрешена, может быть сформулирована более точно. Физические основы выражаются посредством:

где x - это местоположение железнодорожного состава, v - это скорость железнодорожного состава, t - это время (в милях, милях в часах и минутах или в часах, как требуется), а u - это входная команда положения контроллера (управления дросселем). Дополнительно D обозначает расстояние, которое должно быть пройдено, T_f - требуемое время прибытия на расстояние D по железнодорожному пути, T_e - это тяговое усилие, формируемое от локомотивного состава, G_a - это гравитационное сопротивление (которое зависит от длины железнодорожного состава, состава железнодорожного состава и территории движения), а R - это зависимое от чистой скорости сопротивление комбинации локомотивного состава и железнодорожного состава. Начальная и конечная скорость также может быть указана, но без потери общности взята здесь равной нулю (железнодорожный состав остановлен в начале и конце рейса).

Модель легко модифицируется так, чтобы включать в себя другие факторы динамики, такие как запаздывание между изменением управления дросселя u и результирующим тяговым или тормозным усилием.

Все эти показатели могут быть выражены как линейная комбинация любого из следующего:

- минимизация общего расхода топлива;

- минимизация времени движения;

- минимизация переходов из одного положения контроллера управления в другое (кусочно-линейные постоянные входные данные);

- минимизация переходов из одного положения контроллера управления в другое (постоянные входные данные).

Заменим член топлива F(·) в (1) на член, соответствующий формированию выбросов.

Например, для выбросов - минимизация общего потребления выбросов.

В этом уравнении E - это количество выбросов в граммах на лошадиную силу-час (гр/л.с./час) для каждого из положений контроллера управления (или установок мощности). Помимо этого, минимизация может быть выполнена на основе взвешенной суммы топлива и выбросов.

Общераспространенная и репрезентативная целевая функция, таким образом, следующая:

(OP)

Коэффициенты линейной комбинации зависят от важности (весового коэффициента), присвоенной каждому из членов. Отметим, что в уравнении (OP) u(t) - это переменная оптимизации, которая является постоянной позицией положения контроллера управления. Если требуется дискретное положение контроллера управления, к примеру, для старых локомотивов, решение уравнения (OP) дискретизируется, что может приводить к меньшей экономии топлива. Нахождение решения минимального времени (α₁ задается равным нулю, и α₂ задается равным нулю или относительно небольшому значению) используется для того, чтобы находить нижнюю границу допустимого времени движения (T_f = T_fmin). В этом случае и u(t), и T_f являются переменными оптимизации. Предпочтительный вариант осуществления разрешает уравнение (OP) для различных значений T_f при T_f > T_fmin, при α₃, равной нулю. В этом втором случае T_f трактуется как ограничение.

Для тех, кто знаком с решениями этих проблем оптимизации, могут быть необходимы ограничения присоединения, к примеру, пределы скорости в пути:

0 ≤ v ≤ SL(x)

либо при использовании минимального времени в качестве цели ограничение присоединения может заключаться в том, что должно содержаться ограничение конечной точки, к примеру, общее потребленное топливо должно быть меньше того, что находится в баке, к примеру, посредством:

где W_F - это топливо, оставшееся в баке в момент T_f.

Специалисты в данной области техники должны легко признавать, что уравнение (OP) может быть представлено в других формах и что вышеуказанная версия является примерным уравнением для использования в примере настоящего изобретения.

Ссылка на выбросы в контексте настоящего изобретения, как правило, относится к накопленным выбросам, формируемым в форме оксидов азота (NO_x), оксида углерода (CO_x), углеводородов (HC) и твердых частиц (PM). Другие выбросы могут включать в себя, но не только, максимальное значение электромагнитных излучений, например, предел радиочастотной (RF) выходной мощности, измеренной в ваттах, для соответствующих частот, излучаемых локомотивом. Еще одна форма выбросов - это шум, создаваемый посредством локомотива, типично измеряемый в децибелах (дБ). Требование к выбросам может варьироваться на основе времени дня, времени года и/или атмосферных условий, таких как погода либо уровень загрязнения атмосферы. Нормы выбросов могут варьироваться географически в железнодорожной системе. Например, рабочая зона, такая как город или государство, может иметь заданные целевые показатели выбросов, а соседняя зона может иметь другие целевые показатели выбросов, например, меньший объем допустимых выбросов или меньшая плата за данный уровень выбросов.

Соответственно, профиль выбросов для данной географической зоны может быть скорректирован так, чтобы включать в себя значения максимальных выбросов для каждого из регулируемых выбросов, включенных в профиль, чтобы удовлетворять предварительно определенным целевым показателям выбросов, требуемых для этой области. Типично, для локомотива эти параметры выбросов определяются посредством, но не только, настройки мощности (положения контроллера управления), условий окружающей среды, способа регулирования двигателя и т.д. По конструкции каждый локомотив должен соответствовать стандартам по выбросам EPA, и таким образом, в варианте осуществления настоящего изобретения, который оптимизирует выбросы, это может относиться к общим для задачи выбросам, для которых нет текущих технических требований EPA. Работа локомотива согласно оптимизированному плану рейса всегда совместима со стандартами выбросов EPA.

Если ключевая цель в ходе заключается в том, чтобы снизить выбросы, оптимальная формула управления, уравнение (OP), корректируется, чтобы учитывать эту цель. Ключевая гибкость в процессе оптимизации заключается в том, что любые или все цели рейса могут варьироваться по географическому региону или задаче. Например, для высокоприоритетного железнодорожного состава минимальное время может быть единственной целью на маршруте вследствие приоритета железнодорожного состава. В другом примере выходные выбросы могут варьироваться от состояния к состоянию в запланированном маршруте железнодорожного состава.

Чтобы разрешить результирующую проблему оптимизации, в примерном варианте осуществления настоящее изобретение преобразует проблему динамического оптимального управления во временной области в эквивалентную проблему статического математического программирования с N переменными решения, где число N зависит от частоты, с которой выполняются корректировки управления дросселем и торможения, и продолжительности рейса. Для типичных проблем это N может измеряться в тысячах. В примерном варианте осуществления железнодорожный состав движется по железнодорожному пути протяженностью 172 мили на юго-востоке США. Используя пример настоящего изобретения, потребление топлива в 7,6% может быть реализовано при сравнении рейса, определенного и следуемого с помощью типичного примера настоящего изобретения, с рейсом, где управление дросселем/скорость определяется оператором согласно стандартной практике. Повышенная экономия реализуется, поскольку оптимизация, предоставляемая посредством примера настоящего изобретения, формирует стратегию движения с меньшей потерей на сопротивление движению и с небольшой или без потери торможения в сравнении с управляемым оператором рейсом.

Чтобы сделать оптимизацию, описанную выше, компьютерно легко обрабатываемой, может быть использована упрощенная модель железнодорожного состава, как, например, проиллюстрированная на фиг.2 и изложенная в уравнениях, описанных выше. Ключевое усовершенствование в оптимальном профиле создается посредством извлечения более подробной модели со сформированной оптимальной последовательностью мощности, чтобы проверить то, нарушаются ли какие-либо тепловые, электрические и механические ограничения, приводя к модифицированному профилю со скоростью в сравнении с расстоянием, который наиболее близок к ходу, который может быть достигнут без повреждения оборудования локомотива или железнодорожного состава, т.е. с удовлетворением дополнительных наложенных ограничений, таких как тепловые и электрические пределы, на усилия в локомотиве и железнодорожном составе.

Ссылаясь снова на фиг.1, после того как рейс начат 12, формируются 14 команды мощности, чтобы задать начало плана. В зависимости от операционной настройки примера настоящего изобретения одна команда инструктирует локомотиву следовать команде 16 оптимизированной мощности с тем, чтобы достичь оптимальной скорости. Пример настоящего изобретения получает информацию фактической скорости и мощности от локомотивного состава железнодорожного состава 18. Вследствие стандартных приближений в моделях, используемых для оптимизации, вычисление с замкнутым контуром корректировок в оптимизированную мощность получается так, чтобы отслеживать требуемую оптимальную скорость. Эти корректировки рабочих пределов железнодорожного состава могут выполняться автоматически или оператором, который всегда имеет окончательное управление железнодорожным составом.

В некоторых случаях модель, используемая в оптимизации, может значительно отличаться от фактического железнодорожного состава. Это может происходить по множеству причин, в том числе, но не только, вследствие дополнительных захватов грузов или отцепок локомотивов, которые ломаются в пути, ошибок в исходной базе 63 данных и ошибок ввода данных оператором. По этим причинам система мониторинга использует данные железнодорожного состава реального времени для того, чтобы оценивать параметры локомотива и/или железнодорожного состава в реальном времени 20. Оцененные параметры затем сравниваются с предполагаемыми параметрами, когда рейс первоначально создавался 22. На основе каких-либо различий в предполагаемых и оцененных значениях рейс может быть перепланирован 24. Типично рейс перепланируется, если из нового плана может быть реализована значительная экономия.

Другие причины, по которым рейс может быть перепланирован, включают в себя директивы из удаленного участка, например, из диспетчерской, и/или запрос оператора на изменения целевых показателей, так чтобы согласовать их с глобальными целевыми показателями планирования движения. Эти глобальные целевые показатели планирования движения могут включать в себя, но не только, расписания других железнодорожных составов, время, требуемое для того, чтобы сбросить выхлоп из туннеля, техническое обслуживание и т.д. Другая причина может быть обусловлена неисправностью компонента на борту. Стратегии перепланирования могут быть сгруппированы на пошаговые и крупные корректировки в зависимости от серьезности повреждения, как подробнее описано ниже. В общем, новый план может быть извлечен из решения уравнения проблемы оптимизации, описанного выше, но зачастую могут быть найдены более быстрые приблизительные решения, как описано в данном документе.

При работе локомотив 42 постоянно отслеживает эффективность работы системы и постоянно обновляет план рейса на основе фактической измеренной эффективности каждый раз, когда это обновление может улучшить эффективность рейса. Вычисления п