BR112017025245B1

BR112017025245B1 - Sistema e método para gerenciar uma composição de trem

Info

Publication number: BR112017025245B1
Application number: BR112017025245-7A
Authority: BR
Inventors: William LeFebvre; Matthew Bonnes; Darren Dragish; Andrew Martin; Thomas P. Fuhs
Original assignee: Amsted Rail Company, Inc
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2022-08-23
Also published as: AU2016267277A1; JP6612363B2; JP2018515389A; US20180319414A1; BR112017025245A2; US10850755B2; PL3303095T3; RU2686262C1; AU2016267277B2; EP3303095A1; MX2017014920A; EP3303095B1; WO2016191711A1; CA2984626A1; CA2984626C; EP3303095A4; CN107614353B; CN107614353A

Abstract

SISTEMA E MÉTODO PARA GERENCIAR ATIVOS EM UM PÁTIO FERROVIÁRIO. É descrito um sistema de gerenciamento de pátio ferroviário para gerenciar, montar, desmontar e verificar as composições de trem e monitorar os carros ferroviários no pátio ferroviário. O sistema provê a coleta de dados e o movimento de dados de níveis de processamento inferiores para níveis de processamento posteriores, em que um motor de inferência extrai as inferências em relação ao estado atual dos carros ferroviários e das composições de trem no pátio ferroviário. As inferências são atribuídas a níveis de confiança com base nos métodos e nos dados disponíveis usados para extrair as inferências. O sistema pode ser usado para rastrear o local e a orientação de carros ferroviários no pátio ferroviário e para verificar a ordem e a orientação de ativos em uma composição de trem.

Description

Pedidos Relacionados

[001] Este pedido reivindica o benefício de Pedido Provisório de Patente US 62/167.015, depositado em 27 de maio de 2015, e do Pedido Provisório de Patente US 62/244.543, depositado em 21 de outubro de 2015, que são aqui incorporados pela referência em suas íntegras.

Fundamentos da Invenção

[002] Tem se tornado crescentemente importante que possuidores e operadores de ferrovia possam localizar e organizar ativos, incluindo carros ferroviários, locomotivas e composições de trem com base em tempo real. A partir de um ponto de vista operacional, é importante que operadores de ferrovia determinem se um carro ferroviário está localizado dentro ou fora dos limites de um pátio ferroviário, está se movendo ou está estacionário, e se o carro ferroviário é parte de uma composição de trem ou não ou não ligado a outros carros ferroviários.

[003] O conhecimento do estado de carros ferroviários permite que um operador determine se carros ferroviários estão sendo utilizados ou ociosos em qualquer dado ponto no tempo e provê meio para ajudar no gerenciamento de operações do pátio ferroviário.

[004] Como atual prática industrial, o gerenciamento de composições de trem e pátios ferroviários em operações de ferrovia se baseia na leitura, em pontos fixos na rede ferroviária, rótulos de identificação por radiofrequência (RFID) passivos que são fixados em cada carro ferroviário. Embora este método proveja para operadores de ferrovia lista de verificação de entrada/verificação de saída de ativos, ele carece de benefícios de uma rede sem fio dinâmica capaz de transmitir informação em tempo hábil, tais como dados de local, estado, condição e/ou desempenho quando não no alcance de um leitor RFID. Adicionalmente, a informação tipicamente codificada em um rótulo RFID é estática e, portanto, o rótulo RFID não é capaz de prover o estado atual do carro ferroviário. Adicionalmente, os sistemas atuais não proveem um mecanismo para validar uma composição de trem antes de ela deixar o pátio ferroviário. Erros são possíveis quando uma composição de trem for criada, e o resultado de tais erros podem ser carros ferroviários ausentes, incorretos ou extras na composição de trem. Há também um risco segurança que pode ser associado com o uso de intervenção humana para validar visualmente uma composição de trem antes de ela deixar um pátio ferroviário.

[005] Portanto, é desejável prover um sistema de gerenciamento de composição de trem em um pátio ferroviário para facilitar o gerenciamento da criação e validação das composições de trem. Pretende-se que ele elimine erros e mitigue os riscos de segurança para humanos que realizam o processo manual dos atuais sistemas. Adicionalmente, automatizar o processo melhora a eficiência do gerenciamento do pátio ferroviário, desse modo, reduzindo os custos.

[006] Dados os ambientes exigentes e severos nos quais os trens de ferrovia operam, todo sistema de monitoramento deve ser robusto, confiável e capaz de operar por longos períodos com pouca ou nenhuma manutenção. Em virtude de haver frota de mais de 1,5 milhão de carros ferroviários somente na América do Norte, e muitos milhões mais ao redor do mundo, um sistema de monitoramento de todos os carros ferroviários, tanto em uso quanto ociosos em um pátio ferroviário, é altamente desejável e, como tal, o sistema precisa ser escalonável para lidar com um número muito grande de dispositivos em potencial.

[007] Sistemas de comunicação e sensor de trem/trilho são descritos na patente US 7.688.218 emitida em 30 de março de 2010, na patente US 9.026.281 emitida em 5 de maio de 2015, na publicação de patente US 2013/0342362 publicada em 26 de dezembro de 2013, no pedido PCT PCT/US2014/067739 depositado em 26 de novembro de 2014 e no pedido PCT PCT/US2014/072380 depositado em 24 de dezembro de 2014, cujas completas descrições são aqui incorporadas pela referência.

Sumário da Invenção

[008] É um objetivo desta invenção prover um abrangente sistema que permite a coleta de dados e a análise destes dados para realizar uma ou mais das seguintes funções: • detectar a presença de carros ferroviários em um pátio ferroviário; • determinar o local e a orientação de carros ferroviários no pátio ferroviário; • monitorar logicamente a montagem de composições de trem; • determinar a ordem e a orientação de carros ferroviários em uma composição de trem; • validar a ordem de carros ferroviários em uma composição de trem e a orientação de carros ferroviários em uma composição de trem; • prover avisos adequados quando a ordem de carro ferroviário de uma composição de trem estiver incorreta, assim, permitindo a intervenção por humanos ou sistemas automatizados antes de uma falha operacional ocorrer; e • prover uma capacidade de análise para determinar a severidade e a prioridade de eventos e avisos em diferentes níveis de processamento; • determinar o estado operacional de carros ferroviários no pátio ferroviário (carregado, descarregado, freio de mão aplicado, etc.).

[009] Em uma modalidade preferida, e em relação à figura 1, a presente invenção consiste em um sistema e um método para construir e gerenciar uma composição de trem, e inclui o seguinte:

[0010] Um sistema de rede em malha com base em trem 107 que usa uma rede em malha sem fio para prover comunicação bidirecional da frota de carros ferroviários 103(a) ou 103(b) na composição de trem 109 para um hospedeiro ou ponto de controle.

[0011] Um dispositivo de porta de comunicação sem fio energizado (PWG) 102 para gerenciar a rede em malha com base em trem 107 e comunicar eventos de carros ferroviários individuais 103(a) ou 103(b) para o engenheiro de locomotiva ou para outros sistemas de gerenciamento de trem.

[0012] Um dispositivo de porta de comunicação sem fio energizado 102 capaz de receber múltiplos eventos de sensor a partir de carros ferroviários individuais e fazer uma inferência sobre a ordem dos carros ferroviários em uma composição de trem 109.

[0013] Um dispositivo de porta de comunicação sem fio energizado 102 capaz de receber informação a partir de um centro de controle ou sistema de dados externos que especifica a frota de carros ferroviários 103(a) ou 103(b) que devem estar na composição de trem 109 permitindo que estes carros ferroviários 103(a) ou 103(b) se associem e relatando todos os carros ferroviários 103(a) ou 103(b) que estão ausentes.

[0014] Uma unidade de gerenciamento de comunicação (CMU) 101 em cada carro ferroviário 103 capaz de ser um nó sem fio na rede em malha com base em trem 107 e capaz de enviar mensagens para um hospedeiro ou ponto de controle.

[0015] Uma unidade de gerenciamento de comunicação 101 em cada carro ferroviário capaz de usar sensores incorporados e/ou gerenciar uma rede do nó sensor sem fio 104 na frota de carros ferroviários 103 para gerar mensagens que precisam ser enviadas para o hospedeiro ou o ponto de controle da locomotiva.

[0016] Uma unidade de gerenciamento de comunicação 101 em cada carro ferroviário 103 capaz de suportar um sensor do sistema de satélite por navegação global (GNSS) para determinar o local, a direção ou a velocidade da frota de carros ferroviários 103.

[0017] Uma unidade de gerenciamento de comunicação 101 em cada carro ferroviário 103 capaz de usar uma bússola.

[0018] Uma unidade de gerenciamento de comunicação 101 em cada carro ferroviário 103 capaz de usar um sensor de movimento.

[0019] Uma unidade de gerenciamento de comunicação 101 em cada carro ferroviário 103 capaz de usar um ou mais acelerômetros para detecção de impacto.

[0020] Uma unidade de gerenciamento de comunicação 101 em cada carro ferroviário 103 capaz de usar um ou mais acelerômetros para perceber movimento.

[0021] Uma unidade de gerenciamento de comunicação 101 em cada carro ferroviário 103 capaz de suportar uma ou múltiplas geocercas.

[0022] Uma unidade de gerenciamento de comunicação 101 em cada carro ferroviário 103 capaz de indicar a presença de um leitor RFID.

[0023] Uma unidade de gerenciamento de comunicação 101 em cada carro ferroviário 103 capaz de determinar a presença da rede em malha e a intensidade de sinal.

[0024] Um nó sensor sem fio 104 que contém um sensor de temperatura e um acelerômetro.

[0025] Um nó sensor sem fio (WSN) que contém um sensor de movimento.

[0026] Um nó sensor sem fio 104 que contém outros sensores.

[0027] Um pátio ferroviário gerenciado ou local não gerenciado com uma ou mais porta(s) de comunicação sem fio energizada(s) 102 presente(s).

[0028] Uma composição de trem 109 em que uma composição de trem é definida como um grupo conectado de carros ferroviários 103 e locomotivas 108 que formam um trem completo.

[0029] O sistema de rede em malha com base em trem 107 usado para construir e gerenciar uma composição de trem também pode ser usado para transmissão de evento e alerta, tanto durante a formação da composição de trem 109 (para um centro de controle), bem como depois que ela estiver completa (para o centro de controle ou locomotiva 108).

Breve Descrição dos Desenhos

[0030] A figura 1 é um diagrama que ilustra um sistema de monitoramento de composição de trem e componentes de hardware relacionados.

[0031] A figura 2 é um fluxograma que ilustra um método de determinação do local e da orientação de um carro ferroviário em um patio ferroviário em relação ao trilho.

[0032] A figura 3 é um fluxograma que ilustra um método de determinação se um carro ferroviário está em um pátio ferroviário.

[0033] A figura 4 é um diagrama que ilustra como carros ferroviários podem ser ligados de forma que uma composição de trem possa ser formada.

[0034] A figura 5 é um diagrama que ilustra como os dados fluem de um nó sensor sem fio, uma unidade de gerenciamento de comunicação, uma porta de comunicação sem fio energizada e para um centro de controle.

[0035] A figura 6 é um fluxograma que ilustra como mensagens são transmitidas com base na prioridade da mensagem.

[0036] A figura 7 é um diagrama que ilustra um pátio ferroviário no qual a direção do pátio ferroviário é conhecida como correndo de sudoeste para nordeste com ampliação de carro ferroviário mostrando como a extremidade B de um carro ferroviário com CMU instalada pode ser determinada com base na direção da CMU comparada com o Norte.

[0037] A figura 8 é um diagrama que ilustra como determinar se dois carros ferroviários estão na mesma via férrea ou não.

[0038] A figura 9 é um diagrama que ilustra como carros ferroviários monitorados, não na presença de uma PWG (tanto em um pátio ferroviário gerenciado quanto como parte de uma composição de trem gerenciada), podem ser reconhecidos por uma locomotiva de passagem mediante a qual uma porta de comunicação sem fio energizada é instalada.

[0039] A figura 10 mostra os exemplos das curvas de probabilidade para dois sensores exemplares.

[0040] A figura 11 é um exemplo específico do uso de curvas de probabilidade para determinar a probabilidade de que dois ou mais carros ferroviários estejam provavelmente ligados.

[0041] A figura 12 mostra exemplos do uso de dados históricos no lugar das probabilidades para determinar se dois ou mais carros ferroviários estão provavelmente ligados.

[0042] A figura 13 é um fluxograma que mostra o processo para determinar se um evento de acoplamento ocorreu.

Definições

[0043] Uma composição de trem, mostrada nos desenhos como número de referência 109, é definida como um grupo conectado de carros ferroviários e locomotivas.

[0044] Uma ligação, mostrada, por exemplo, na figura 4, é definida como dois ou mais carros ferroviários acoplados em conjunto.

[0045] Um dispositivo de computação é definido como qualquer máquina capaz de processar e executar software para realizar cálculos ou de outra forma prover funcionalidade. O dispositivo de computação também deve ter capacidades de armazenamento de dados e comunicação em rede para realizar as funções exigidas por esta invenção. Um dispositivo de computação inclui, mas sem limitações, um servidor, PC ou PWG 102, da forma descrita neste documento.

[0046] Um gerenciador é definido como qualquer dispositivo que é capaz de ligar em conjunto os nós em uma rede em malha em uma agenda sincronizada no tempo e manter esta agenda de ligação de maneira tal que confiável comunicação bidirecional seja possível entre todos os nós na rede e com o gerenciador. O gerenciador também pode prover uma interface de usuário para um outro hospedeiro de rede para comunicação de interface inicial. Um gerenciador inclui, mas sem limitações, uma PWG 102 ou CMU 101, da forma descrita neste documento.

[0047] Um nó é definido como qualquer dispositivo que é capaz de comunicações bidirecionais sem fio com um outro dispositivo para transmitir e receber dados. Um nó inclui, mas sem limitações, uma CMU 101 ou WSN 104, da forma descrita neste documento.

[0048] Um sensor é definido como qualquer dispositivo que detecta ou mede uma propriedade física e grava o resultado, ou transmite um sinal resultante. Um ou mais sensores podem estar presentes em uma PWG 102, CMU 101 ou WSN 104, da forma descrita neste documento.

[0049] Um nó sensor sem fio (“WSN”), mostrado nos desenhos como número de referência 104, é tipicamente localizado em um carro ferroviário 103(a) ou 103(b), é implementado preferivelmente em um alojamento protetor autocontido, e pode incluir um ou mais sensores, uma fonte de energia, sistema de circuitos para ler o(s) sensor(es) e converter as leituras para uma forma digital, e sistema de circuitos de comunicação que permite que o WSN transmita sem fio as leituras do sensor para um receptor externo. Os nós sensores sem fio são usados para perceber um parâmetro a ser monitorado (por exemplo, temperatura de, por exemplo, rolamentos ou ar ambiente) ou estado (por exemplo, posição de uma escotilha ou um freio de mão). O WSN também pode incluir uma capacidade de inteligência, implementada como software em execução em um microprocessador embutido para analisar os dados e determinar se os dados precisam ser transmitidos imediatamente, mantidos para transmissão posterior ou agregados em um alerta. WSNs são tipicamente um elemento de uma rede em malha sem fio gerenciada tanto por uma CMU quanto por uma PWG.

[0050] Uma unidade de gerenciamento de comunicações (“CMU”), mostrada nos desenhos como número de referência 101 é, tipicamente, localizada em um carro ferroviário 103 e, opcionalmente, age como um gerenciador para a rede em malha sem fio com base em carro ferroviário 105 colocada no carro ferroviário. O hardware da CMU preferivelmente inclui um processador, uma fonte de energia, por exemplo, uma bateria, um receptor do sistema de posicionamento global (“GPS”), Wi-Fi e/ou capacidade celular, uma capacidade de comunicações sem fio para manter a rede em malha e, opcionalmente, um ou mais sensores, tais como, mas sem limitações, um acelerômetro ou um sensor de temperatura. A CMU pode suportar um ou mais WSNs em uma configuração em malha usando o padrão de rádio IEEE 802.15.4 de 2,4 GHz. Adicionalmente, a CMU também é um elemento de uma rede em malha sem fio com base em trem, que consiste em CMUs de todos os carros ferroviários habilitados na composição de trem; controlado por um gerenciador, preferivelmente, uma porta de comunicação sem fio energizada (PWG), tipicamente, localizada em uma locomotiva energizada; é um elemento de uma rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário, controlado por um ou mais gerenciadores, preferivelmente, portas de comunicação sem fio energizadas dispersas por todo o pátio ferroviário; ou operando independentemente fora de uma rede em malha sem fio. A CMU, assim, suporta pelo menos quatro funções: 1) suportar os sensores incorporados, tal como um acelerômetro, na CMU para monitorar atributos específicos do carro ferroviário, tais como local, velocidade, acelerações e mais; e 2) suportar comunicação bidirecional para o hospedeiro ou ponto de controle energizados, tais como uma locomotiva e/ou um centro de monitoramento e controle fora do trem; 3) consolidar dados provenientes de sensores incorporados, e/ou qualquer número de WSNs na rede em malha sem fio com base em carro ferroviário e aplicar lógica nos dados reunidos para gerar alertas de aviso para um hospedeiro energizado, tais como uma locomotiva ou centro de controle remoto; e 4) gerenciar uma rede em malha sem fio de baixa energia colocada em um carro ferroviário.

[0051] A CMU é capaz de receber dados e/ou alarmes a partir de um ou mais WSNs, ou de gerar dados e/ou alarmes diretamente, e é capaz de extrair inferências a partir destes dados ou alarmes em relação ao desempenho do carro ferroviário 103, e de transmitir informação de dados e alarme para um receptor remoto. A CMU é, preferivelmente, uma única unidade que irá servir como uma ligação de comunicações para outros locais, tais como uma estação base móvel (por exemplo, a locomotiva 108), uma estação base com base fixa, etc., e tem a capacidade de processamento dos dados recebidos. A CMU também comunica com, controla e monitora os WSNs (quando presentes) na rede em malha sem fio local com base em carro ferroviário. Preferivelmente, a colocação da CMU em cada carro ferroviário será consistente, já que a colocação será útil na tomada de determinações da ordem e da orientação de carros ferroviários em uma composição de trem, da forma descrita posteriormente.

[0052] Um porta de comunicação sem fio energizada (“PWG”), mostrada nos desenhos como número de referência 102, preferivelmente, tanto fica localizada em uma locomotiva quanto é implementada como parte de uma rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário. Tipicamente, ela irá incluir um processador, um receptor GNSS, um satélite e/ou sistema de comunicação celular, uma porta Ethernet e um gerenciador de rede de alta capacidade. A PWG terá energia suprida pela locomotiva, se localizada na locomotiva, ou irá derivar sua energia a partir de uma outra fonte. A PWG age como o gerenciador de uma rede em malha sem fio colocado em uma composição de trem (uma rede em malha sem fio com base em trem, da forma definida a seguir), que consiste em múltiplas CMUs provenientes de cada carro ferroviário em um trem, ou é um elemento de uma rede em malha sem fio colocado em um pátio ferroviário (uma rede em malha com base em pátio ferroviário, da forma definida a seguir), que consiste em outras PWGs e CMUs provenientes de carros ferroviários individuais não atualmente associadas com uma composição de trem. As PWGs podem comunicar e gerenciar WSNs diretamente, sem exigir a presença de uma CMU. A PWG, se localizada em um ativo energizado, tal como uma locomotiva 108, irá derivar energia a partir do ativo energizado, ou irá derivar sua energia a partir de uma outra fonte, por exemplo, a partir de um gerador de energia solar ou a partir de uma bateria de alta capacidade.

[0053] A PWG coleta dados e extrai as inferências em relação ao desempenho da composição de trem, em oposição às CMUs, que extraem as inferências em relação ao desempenho dos carros ferroviários individuais.

[0054] Um carro ferroviário escuro é um carro ferroviário equipado com uma CMU, mas que não é conectado ou associado com uma rede sem fio com base em trem ou uma rede sem fio com base em pátio ferroviário, da forma definida a seguir.

[0055] Uma rede em malha sem fio com base em carro ferroviário mostrada nos desenhos como número de referência 105 consiste em uma CMU em um carro ferroviário 103, que é parte de e gerencia uma rede em malha de uma pluralidade de WSNs, cada qual implementado, preferivelmente, no mesmo carro ferroviário 103.

[0056] Uma rede em malha sem fio com base em trem, mostrada nos desenhos como número de referência 107, consiste em uma PWG energizada 102 tipicamente localizada em uma locomotiva 108 (mas, que pode estar em qualquer ativo móvel na composição de trem), que é parte de e gerencia uma rede em malha de uma pluralidade de CMUs, cada qual implementada em um carro ferroviário, em que a locomotiva e a pluralidade de carros ferroviários formam uma composição de trem.

[0057] Uma rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário, mostrada nos desenhos como número de referência 117, consiste em uma ou mais PWGs energizadas com base fixa implementada em locais estratégicos em um pátio ferroviário. As PWGs formam uma rede em malha que inclui uma ou mais CMUs, cada qual implementada em um carro ferroviário, e uma ou mais PWGs móveis, cada qual implementado em um ativo energizado, tal como uma locomotiva, e pode incluir opcionalmente um ou mais WSNs localizados em carros ferroviários. Sob certas circunstâncias, WSNs individuais localizados em carros ferroviários podem se associar diretamente na rede em malha com base em pátio ferroviário (ou com base em trem), desviando a CMU no carro ferroviário, pela comunicação diretamente com as PWGs localizadas no pátio ferroviário. As locomotivas e os carros ferroviários na rede em malha com base em pátio ferroviário não são associados com uma composição de trem, mas, em vez disto, as PWGs, as CMUs e, opcionalmente, os WSNs localizados no carro ferroviário são os nós na rede em malha com base em pátio ferroviário.

[0058] Construindo a partir do padrão sem fio internacional IEC 62591, bem como o ISA100.11, um padrão da Sociedade Internacional de Automação, as arquiteturas da rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário e em trem são desenvolvidas para estes padrões.

[0059] Um pátio ferroviário gerenciado é definido como um pátio ferroviário com uma rede em malha com base em pátio ferroviário colocada no mesmo.

[0060] A discussão que segue descreve o sistema no contexto de um carro ferroviário, entretanto, será entendido por versados na técnica que os mesmos métodos são aplicáveis em qualquer veículo ou ativo de ferrovia. Também deve ser notado que não pretende-se que as definições expostas sejam exclusivas, em que os componentes definidos podem ter componentes ou recursos adicionais não incluídos na definição. Além do mais, embora a descrição que segue apresente um carro ferroviário com dois caminhões (ou truques ferroviários), ela é aplicável em qualquer configuração com mais ou menos caminhões ou eixos.

Descrição Detalhada da Invenção

[0061] É um objetivo da presente invenção prover um sistema de gerenciamento de composição de trem, em que uma rede em malha com base em pátio ferroviário é colocada em um pátio ferroviário, e que inclui uma ou mais PWGs presentes no pátio ferroviário que agem como pontos de comunicação e agregadores de dados gerados e transmitidos pelas redes em malha de cada carro ferroviário no pátio ferroviário. Além do mais, as PWGs no pátio ferroviário gerenciam as composições de trem e realizam a análise de dados provenientes de múltiplos carros ferroviários e sistemas monitorados. Quando um carro ferroviário não estiver em um pátio ferroviário gerenciado, as mesmas transmissão e análise de dados podem ser realizadas na presença de uma porta de comunicação sem fio energizada instalada em uma locomotiva ou outro ativo móvel.

[0062] A presente invenção opera em um ambiente de um pátio ferroviário gerenciado, com uma topologia mostrada na figura 1. O carro ferroviário 103 (mostrado tanto como 103(a) quanto como 103(c) na figura 1) é tipicamente equipado com múltiplos WSNs 104 colocados em várias posições no carro ferroviário 103. O posicionamento dos WSNs individuais 104 é dependente do(s) parâmetro(s) operacional(is) do carro ferroviário 103 que estão sendo monitorados. A CMU 101 fica posicionada no carro ferroviário 103 e forma uma rede em malha com base em carro ferroviário 105 que é gerenciada pela CMU 101 e com os WSNs 104 como nós na rede. Preferivelmente, as CMUs 101 serão posicionadas e orientadas de uma maneira consistente em cada carro ferroviário 103. Também, preferivelmente, a CMU 101 será posicionada na direção de uma extremidade do carro ferroviário 103 para ser útil na determinação da orientação do carro na composição de trem e em qualquer local no pátio ferroviário. Opcionalmente, o carro ferroviário 103 pode ter apenas uma CMU 101 e nenhuma WSN 104, mostrado como 103(b) na figura 1, em cujo caso não haverá rede em malha com base em carro ferroviário associada com este carro ferroviário.

[0063] A locomotiva 108 é equipada com uma PWG 102. A PWG 102 também controla uma rede em malha sem fio com base em trem 107 que é gerenciada pela PWG 102 e tem as CMUs 101 em cada carro ferroviário no trem como nós.

[0064] Um carro ferroviário 103(d) que não tem uma unidade de gerenciamento de comunicação 101 ou WSNs 104 é considerado um carro ferroviário não gerenciado e está fora da rede em malha com base em trem 107.

[0065] A presente invenção também refere-se a um método de monitoramento de um pátio ferroviário, em que o local e a orientação do carro ferroviário no pátio ferroviário são determinados pelo método mostrado na figura 2, a presença de um carro ferroviário 103(a) ou 103(b) no pátio ferroviário é determinada pelo método mostrado na figura 3, e a construção de uma composição de trem prossegue como mostrado na figura 4.

[0066] A ordem de um carro ferroviário na composição de trem, a orientação dos carros ferroviários e/ou o local do carro ferroviário no pátio ferroviário podem ser determinados por meio de diversos métodos, discutidos a seguir. A orientação de um carro ferroviário na composição de trem é um elemento crítico na composição de trem. Como é conhecido na indústria, as extremidades de um carro ferroviário são identificadas tanto como “A” ou “B”. Leituras provenientes de um magnetômetro ou bússola eletrônica e um acelerômetro podem ser usadas para identificar a orientação do carro ferroviário. Adicionalmente, a orientação pode ser determinada a partir da colocação dos componentes do sistema no carro ferroviário.

[0067] A figura 2 é um fluxograma que mostra o método de determinação do local e da orientação de um carro ferroviário em um pátio ferroviário. O método faz as seguintes considerações: • CMUs são instaladas em um local conhecido e com uma orientação conhecida em cada carro ferroviário. • Pode haver uma ou muitas CMUs no pátio ferroviário. • Os limites e a orientação do pátio ferroviário em relação ao Norte magnético são conhecidos por geocercas e dados históricos. • Registros de tempo são associados com todos os eventos de sensor. • A orientação de um carro ferroviário em um pátio ferroviário conhecido pode ser usada em vez da posição de um dispositivo com uma bússola que é instalado em um carro ferroviário.

[0068] O método inicia com a consideração, em 150, que o carro ferroviário está no pátio ferroviário. Em 151, 152 e 153, é determinado se o carro ferroviário está se movendo ou não através do uso de um acelerômetro, um sensor de movimento e/ou um GNSS, respectivamente.

[0069] No ponto de decisão 154, se movimento foi detectado, o controle prossegue para 157 em que um nível de confiança é calculado e, no ponto de decisão 156, é determinado se o nível de confiança calculado excede o limite exigido. O nível de confiança calculado em 157 é a probabilidade de que o carro ferroviário esteja realmente se movendo. Se, no ponto de decisão 156 o limite não for satisfeito ou for excedido, o controle prossegue de volta para o início do método, em que vários sensores são verificados em relação ao movimento. Se for determinado que o carro ferroviário está em movimento, em 158, uma direção de bússola e o local GNSS são periodicamente obtidos em 159 e em 160. As leituras do acelerômetro e do sensor de movimento também são periodicamente obtidas. No ponto de decisão 163, é determinado se a direção da extremidade B do carro ferroviário pode ser determinada. Se puder, um nível de confiança é calculado em 166 e, no ponto de decisão 167, é determinado se o nível de confiança excede o limite exigido. Se o limite for excedido, uma mensagem é enviada com uma direção para a qual a extremidade B do carro ferroviário está voltada incluindo o nível de confiança em 169. Se o nível de confiança não exceder o limite no ponto de decisão 167, então, o controle retorna para o início do método em que o movimento é detectado em 151, 152 e 153. No ponto de decisão 168, o usuário pode configurar opcionalmente o sistema para enviar a mensagem independente do nível de confiança, em cujo caso a mensagem é enviada em 169.

[0070] Se, no ponto de decisão 154, for determinado que nenhum movimento foi percebido, o carro ferroviário é declarado como sendo estacionário em 155 e uma direção de bússola e local GNSS são obtidos em 161. No ponto de decisão 162, é determinado se a orientação do pátio ferroviário é conhecida. Se ela for desconhecida, o controle prossegue para 165 em que o local GNSS e as direções de bússola provenientes de pelo menos 3 carros ferroviários na composição de trem são obtidos. Em 164, a direção de bússola e o local GNSS do carro ferroviário em questão são comparados com as leituras obtidas em 165 a partir de pelo menos três outros carros ferroviários. No ponto de decisão 163, é determinado se a direção da extremidade B do carro ferroviário pode ser determinada ou não e, se não, o controle prossegue como exposto. No ponto de decisão 162, se a orientação do carro ferroviário não for conhecida, então, o controle prossegue diretamente para o ponto de decisão 163 e, posteriormente, prossegue como exposto.

[0071] A figura 3 é um fluxograma que mostra um método de determinação se um carro ferroviário está no interior de um pátio ferroviário ou não. Neste caso, o método considera que o pátio ferroviário é um pátio ferroviário gerenciado. O método inicia em 201 com o carro ferroviário. No ponto de decisão 202, é determinado se o carro ferroviário é um elemento da rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário 117. Se ele for, o controle prossegue para o ponto de decisão 205 em que é determinado se o local do carro ferroviário relatado por GNSS é consistente ou não com o carro ferroviário que está no pátio ferroviário. Se ele for, um nível de confiança de que o carro ferroviário está realmente no pátio ferroviário é calculado em 206.

[0072] No ponto de decisão 208, é determinado se o nível de confiança excede o limite exigido para fazer uma determinação de que o carro ferroviário está no pátio ferroviário. Se o limite for excedido, o controle prossegue para 209, em que é determinado que o carro ferroviário está no pátio ferroviário. Se o nível de confiança não for excedido, o controle retorna para o ponto de decisão 202.

[0073] Se, no ponto de decisão 205, o local do carro ferroviário relatado por GNSS não for consistente com o carro ferroviário que está no pátio ferroviário, o controle prossegue para 207 e é tirada a conclusão de que o carro ferroviário não está no pátio ferroviário.

[0074] Se o carro ferroviário não for um elemento da rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário 117, o controle prossegue para o ponto de decisão 204, em que é determinado se o carro ferroviário passou em uma escaneadora AEI. Se o carro ferroviário tiver passado em uma escaneadora AEI, o controle prossegue para o ponto de decisão 205 e prossegue, como exposto. Se, no ponto de decisão 204, o carro ferroviário não tiver passado em uma escaneadora AEI, é determinado, no ponto de decisão 203, se o carro ferroviário está em uma geocerca que define os limites do pátio ferroviário. Se for determinado que o carro ferroviário está na geocerca definida do pátio ferroviário, o controle prossegue para o ponto de decisão 205 e prossegue, como exposto. Se, no ponto de decisão 203, for determinado que o carro ferroviário é externo à geocerca definida do pátio ferroviário, é determinado que o carro ferroviário não está no pátio ferroviário em 207.

[0075] Uma coletânea de ligações cria uma composição de trem referenciada na figura 4. Uma composição de trem é construída uma ligação de cada vez. A ligação de carros ferroviários e as ligações de carros ferroviários são uma parte crítica deste processo e podem ser determinadas por um ou mais métodos, que podem ser usados independentes ou em combinação, para prover um nível de probabilidade de que dois ou mais carros ferroviários sejam ligados, ou que duas ou mais ligações de carros ferroviários sejam ligadas. O nível de confiança da ordem dos carros ferroviários em uma composição de trem é aumentado se mais do que um método for usado. As leituras do sensor e os resultados do processo são associados com um ativo, um componente do ativo, um fenômeno e o tempo. A informação é armazenada de forma que a análise possa ser realizada tanto em tempo real quanto em conjuntos de dados históricos.

[0076] A figura 13 é um fluxograma que mostra o processo para verificar se dois ou mais carros ferroviários foram acoplados ou se duas ou mais ligações foram acopladas. O processo inicia em 1301 e, no ponto de decisão 1302, é determinado se um evento ocorreu para o qual uma curva de probabilidade existe (isto é, um evento que pode ser relevante na determinação do acoplamento). Se não, o controle retorna para o ponto de decisão 1302. Se um evento de interesse foi recebido, o valor da probabilidade para este evento é recuperado da curva de probabilidade relevante em 1303. No ponto de decisão 1304, é decidido se eventos suficientes ocorreram de maneira tal que um acoplamento possa ser avaliado. Se não, o controle retorna para o ponto de decisão 1302. Se eventos suficientes tiverem ocorrido, as probabilidades das curvas de probabilidade para cada um dos eventos são recuperadas em 1306 e multiplicadas em conjunto para criar uma probabilidade geral. No ponto de decisão 1305, é determinado se a probabilidade geral excede o limite predeterminado necessário para declarar que um acoplamento ocorreu positivamente. Se não, o controle retorna para o ponto de decisão 1302. Se for o caso, então, o evento de acoplamento é declarado como ocorrido em 1308.

[0077] A figura 4 mostra a formação de uma composição de trem construída por ligações de carros ferroviários. Na figura 4(a), o carro ferroviário B impacta o carro ferroviário A e forma a ligação 401. Igualmente, o carro ferroviário D impacta o carro ferroviário C e forma a ligação 402. Na figura 4(b), o carro ferroviário C impacta o carro ferroviário B para formar a ligação maior 403 mostrada na figura 4(c). Na figura 4(d) um único carro ferroviário E impacta o carro ferroviário D para formar a ligação 404, que consiste nos carros ferroviários A até E, mostrados na figura 4(e).

[0078] As CMUs 101 proveem primariamente dados à montante para determinar a presença de carros ferroviários em um pátio ferroviário, o local e a orientação de carros ferroviários em um pátio ferroviário (figura 2), uma conexão ou uma ligação de carros ferroviários à medida que eles são preparados para ser parte de uma composição de trem (figura 4), uma ordem dos carros ferroviários em uma composição de trem, uma validação de carros ferroviários em uma composição de trem e uma direção de deslocamento de uma composição de trem. Adicionalmente, a CMU tem um meio opcional para monitorar a saída de uma variedade de sensores (tanto interno à CMU quanto nos WSNs que estão em comunicação com a CMU), bem como é anexada diretamente em um carro ferroviário e determinando o comportamento e a condição do carro ferroviário e seus vários componentes, com base em uma análise dos dados. Os sensores coletam, armazenam, analisam e processam os dados, que são, então, transmitidos para a CMU para transmissão adicional para uma PWG, em que um engenheiro, ponto de controle ou sistema automatizado podem agir nos dados, para transmissão para um centro de operações remoto da ferrovia, ou para processamento e análise para construir alertas, eventos ou relatos.

[0079] A CMU é capaz de coletar dados a partir de cada sensor integrado, bem como a partir de WSNs, e de realizar análise de nível superior dos dados pela aplicação de heurística e modelos estatísticos em dados, eventos e alertas coletados a partir de uma pluralidade de WSNs, para determinar local, velocidade, direção, condição e mais de um carro ferroviário. Durante tal análise de dados, a heurística pode ser aplicada para determinar potencial ligação de carros ferroviários com base em modelos estatísticos e dados empíricos. A CMU também é capaz de comunicar tanto os dados quanto os resultados de qualquer análise para um outro sistema remoto do carro ferroviário, por meio de qualquer um de inúmeros protocolos de comunicação.

[0080] Uma PWG pode estar localizada, por exemplo, em uma locomotiva, em um pátio ferroviário ou em um local fora do trem em um centro de operações remoto da ferrovia. A PWG também pode ser capaz de realizar análise de nível superior da condição da íntegra de uma composição de trem pela aplicação de heurística e modelos estatísticos em dados, eventos e alertas coletados a partir de uma pluralidade de CMUs, localizadas em diferentes carros ferroviários no trem. A análise dos dados coletados pode ser realizada em qualquer um de uma pluralidade de diferentes motores de evento distribuídos entre os vários componentes na presente invenção, incluindo as unidades sensoras, a CMU, PWGs com base em trem ou com base fixa, ou outras estações com base fixa. O motor de evento é usado para determinar as mudanças de estado e as ações para realizar no dispositivo a partir de uma pluralidade de entradas internas ou externas do sistema. A lógica usada para determinar um resultado é com base em um conjunto de regras que podem ser configuradas e atualizadas remotamente.

[0081] A figura 5 mostra um método para gerenciar dados à medida que eles fluem a partir dos sensores nos WSNs 104 ou da CMU 101 e, posteriormente, para vários destinos de nível superior. As seguintes considerações são feitas: • Um método de análise de dados é realizado por motores de evento em cada nível. • Análise lógica é aplicada no mais baixo nível possível para habilitar mais efetivo gerenciamento de largura de banda, consumo de energia e latência. • Eventos são publicados apenas à montante quando necessário. • Filtragem e análise de dados e eventos são conduzidas em cada nível. • CMUs, PWGs e servidores (no centro de controle) podem utilizar fusão de sensores para melhor determinar o estado de sistemas maiores que compartilham eventos provenientes destas diferentes fontes de dados.

[0082] O mais baixo nível de processamento 502 inclui os WSNs opcionais 104 dispostos em cada carro ferroviário 103(a) ou 103(b), e sensores que podem ser integrados nas CMUs 101 em cada carro ferroviário. Os dados coletados no mais baixo nível 502 são analisados por processadores a bordo incluídos em cada WSN 104 ou CMU 101 para determinar quais dados podem ser descartados e quais dados precisam ser enviados para o próximo nível mais alto de processamento 504. O próximo nível mais alto de processamento 504 inclui uma CMU 101 em cada carro ferroviário. A CMU 101 em cada carro ferroviário é capaz de tomar decisões que podem exigir dados provenientes de múltiplos WSNs 104 no carro ferroviário. A CMU 101 também pode determinar, com base nesta análise, quais dados precisam ser enviados para o mais alto nível de processamento 506. O mais alto nível de processamento 506 inclui uma PWG 102 localizada na locomotiva, PWGs com base fixa 116 dispostas no pátio ferroviário e no centro de controle. A PWG 102 na locomotiva é capaz de tomar decisões que exigem a informação proveniente de múltiplas CMUs 101 ou proveniente de múltiplos WSNs 104 em cada carro ferroviário (isto é, estados no nível da composição de trem). Se um carro ferroviário 103(a) ou 103(b) estiver nos confins de um pátio ferroviário, as mensagens provenientes da CMU 101 podem ser enviadas para uma PWG 116 localizada no pátio ferroviário. Esta será uma PWG com base fixa estacionária 116. A CMU 101 em cada carro ferroviário no nível 506 também pode enviar mensagens diretamente para o centro de controle. No mais alto nível de processamento, a informação pode ser compartilhada entre uma PWG com base em locomotiva 102 e uma PWG com base em pátio ferroviário 116 e o centro de controle. A caixa 506 representa o mais alto nível de processamento e as decisões neste nível tipicamente representam a informação de estado em relação à íntegra de uma composição de trem ou pátio ferroviário.

[0083] Os vários níveis de processamento combinam para criar um motor de inferência distribuído, em que cada nível de processamento pode extrair as inferências que exigem dados provenientes deste nível e/ou dados que foram providos por níveis de processamento inferiores e movidos para níveis mais altos. Como um exemplo, a verificação de um evento de acoplamento exige dados provenientes de pelo menos dois carros ferroviários (por exemplo, detectar dados de impacto e dados de local provenientes de cada carro ferroviário que está acoplado). Como tal, o evento de acoplamento deve ser feito no mais alto nível de processamento depois de receber dados a partir de cada carro ferroviário. Neste caso, o mais alto nível de processamento é representado por 506 na figura 5, que será um nó na rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário.

[0084] A figura 6 é um fluxograma que mostra o método de transmissão de mensagens, com base em prioridade, dos níveis de processamento inferiores 502 para os níveis de processamento posteriores 504 e 506, mostrado na figura 5. O método inicia em 501, em que uma mensagem de evento é criada. Em 502, à mensagem é atribuída um nível de prioridade que é com base em uma configuração de usuário e, no ponto de decisão 503, é determinado se alta largura de banda está disponível para transmitir a mensagem. Se alta largura de banda estiver disponível, o controle prossegue para 510, em que a mensagem é transmitida. Se alta largura de banda não estiver disponível, no ponto de decisão 505 é determinado se a mensagem tem um alto estado de prioridade. Se a mensagem tiver alta prioridade, o controle prossegue para o ponto de decisão 506 em que é determinado se há baixa largura de banda disponível. Se baixa largura de banda estiver disponível, a mensagem é transmitida em 510. Se a baixa largura de banda não estiver disponível ou se a mensagem não tiver estado de alta prioridade, o controle prossegue para o ponto de decisão 507 em que é determinado se a configuração de usuário define um número de tentativas de retransmissão durante um período de tempo especificado. Se for o caso, então, o controle prossegue para o ponto de decisão 504 em que é determinado se o número de tentativas exigido foi excedido e, se não, o controle prossegue para o ponto de decisão 503 e prossegue, como exposto. Se o número de tentativas de retransmissão tiver sido excedido, ou se o usuário não tiver configurado a opção de retransmissão, então, a mensagem é armazenada para um período de tempo predefinido antes de uma verificação de disponibilidade de largura de banda ser realizada em 508. No ponto de decisão 509, é determinado se o período de tempo de verificação da largura de banda foi alcançado e, se for o caso, o controle prossegue para o ponto de decisão 503 e prossegue, como exposto. Se o período de tempo não tiver sido alcançado, então, o controle retorna em laço e a mensagem é armazenada até que a verificação de largura de banda deva ser realizada novamente.

[0085] Os seguintes tipos de métodos podem ser usados para determinar a ligação (ou desligamento) de dois ou mais carros ferroviários ou duas ou mais ligações, da forma mostrada na figura 4.

[0086] Movimento - Se um acelerômetro, e/ou um sensor de movimento e/ou GNSS indicarem o movimento em dois ou mais carros ferroviários, os registros de tempo são comparados para determinar a probabilidade de que dois ou mais carros ferroviários sejam ligados.

[0087] Velocidade e Direção - Quando dois ou mais carros ferroviários estiverem se deslocando na mesma velocidade e na mesma direção, então, eles são considerados ligados.

[0088] Intensidade de Sinal da Rede - Uma ligação pode ser determinada pela comparação da intensidade de sinal através de dois ou mais carros ferroviários e comparando a mesma com a intensidade de sinal de outros carros ferroviários na rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário. A intensidade de sinal é comparada com conhecidos carros ferroviários adjacentes, em que os carros ferroviários são considerados ligados. A conexão de rede sem fio é estabelecida quando cada um de dois ou mais carros ferroviários tiver instalada uma CMU 101 que tem a capacidade de comunicar com a rede sem fio. Cada CMU 101 tem uma intensidade de sinal mensurável em que tanto a presença do sinal quanto a intensidade do sinal podem ser usadas para determinar se dois ou mais carros ferroviários estão ligados.

[0089] Impactos - Um impacto com registro de tempo é gerado quando dois ou mais carros ferroviários estiverem acoplados. O registro de tempo através de dois ou mais carros ferroviários é comparado para determinar quais carros ferroviários têm registros de tempo em um período de tempo específico, que é, então, usado para determinar se os carros ferroviários estão ligados. Adicionalmente, durante um impacto, há uma resposta positiva e negativa criada, em que os perfis de onda positivos e negativos são comparados e, se eles forem os mesmos ou similares, os carros ferroviários são considerados ligados.

[0090] Local - Se dois ou mais carros ferroviários tiverem leituras de local na proximidade um do outro, pode-se considerar eles estão ligados. O nível de confiança deste tipo de ligação depende da complexidade do pátio ferroviário. A informação de local pode ser obtida a partir de um GNSS.

[0091] Adequação de curva spline - Conhecendo pelo menos três carros ferroviários em uma composição de trem, utilizar local em conjunto com adequação de curva spline entre carros ferroviários em uma sequência. Como a composição de trem está montada, uma curva de melhor adequação pode ser aplicada nos carros ferroviários atualmente na composição de trem. A curva de melhor adequação deve esta nas restrições da geometria do trilho da ferrovia. Esta curva pode ser usada para determinar se um carro ferroviário está incorretamente marcado como não na composição de trem, com base em posição do local e proximidade em relação à spline.

[0092] Direção de bússola - Conhecendo pelo menos três carros ferroviários em uma composição de trem, utilizar o local em conjunto com o ângulo da direção da bússola entre os carros ferroviários adjacentes (figura 8) - Como a composição de trem está montada, a variação de ângulo entre os carros ferroviários adjacentes pode ser usada para determinar os potenciais carros ferroviários ligados. O ângulo deve estar nas restrições da geometria do trilho da ferrovia. A diferença no ângulo entre os carros ferroviários pode ser usada para determinar se um carro ferroviário está incorretamente marcado como não na composição de trem, com base na posição do local e nos valores do ângulo que correspondem a outros carros ferroviários adjacentes na mesma composição de trem conhecida.

[0093] Eventos de Frenagem - Durante um evento de frenagem, uma mudança de pressão ocorre para modificar o estado de frenagem em cada carro ferroviário. Este evento de uma mudança de pressão será percebido por cada carro ferroviário na série da locomotiva conectado no último carro ferroviário conectado. O tempo deste evento é usado para determinar a ordem do carro ferroviário conectado na composição de trem.

[0094] Um exemplo do mesmo será o teste de freio. Um teste de freio deve ocorrer antes de uma composição de trem poder deixar um pátio ferroviário. Neste caso, as linhas de frenagem em carros ferroviários conectados serão pressurizadas em uma pressão padrão. Isto garante que os freios sejam liberados. Durante um teste de freio, uma queda repentina na pressão ocorre para atuar os freios em cada carro ferroviário. Este evento de uma repentina queda de pressão será percebido por cada carro ferroviário na série da locomotiva conectado no último carro ferroviário conectado. O tempo deste evento é usado para determinar a ordem do carro ferroviário conectado na composição de trem.

[0095] Rótulos AEI - Se dois ou mais carros ferroviários forem escaneados pelo mesmo leitor AEI (Identificação Automática de Equipamento), usa-se o tempo do escaneamento, a diferença de tempo ou deslocamento entre o escaneamento de cada carro ferroviário e a velocidade de cada carro ferroviário para determinar se os carros ferroviários estão ligados.

[0096] Quando um “evento” ocorrer, tanto assincronamente disparado por fenômeno externo (por exemplo, início de movimento) quanto com base em tempo, o evento é gravado e transmitido para uma CMU ou PWG no pátio ferroviário ou composição de trem. Os sensores são instalados em diferentes componentes de um ativo, gravação do ativo, tempo e detalhes do evento. Alguns exemplos de sensores e métodos são listados a seguir (mas sem limitações): • Impacto do ativo - medido em força g; • Impacto do acoplador do carro ferroviário - medido em força g (esta é uma forma mais específica de impacto do ativo); • Local GNSS do ativo - latitude e longitude; • Velocidade e direção do ativo - medidas em mph e direção de deslocamento em graus; • Mudança de pressão da linha de frenagem - medida em psi; • Escaneamento do rótulo AEI do ativo - presença de escaneamento (verdadeiro/falso).

[0097] A figura 7 mostra o método de acordo com o qual a orientação de um carro ferroviário em um pátio ferroviário é determinada utilizando a bússola a bordo. Este é um método que é realizado em 161, 159 e 165 da figura 2. Este método faz diversas considerações. Primeiro, a orientação do carro ferroviário pode ser determinada por uma consideração de que a CMU é instalada em um local e orientação conhecidos no carro ferroviário. Também é considerado que a orientação das trilhas no pátio ferroviário em relação ao Norte é conhecida, da forma mostrada na figura 7(a).

[0098] Se o ativo estiver em movimento, a orientação do carro ferroviário pode ser determinada pela comparação das mudanças na direção de bússola, ou da falta das mesmas, durante o tempo, paralelo à direção de deslocamento determinada pelas atualizações do local GNSS. Se o vetor da bússola corresponder ao vetor criado pela diferença entre dois ou mais pontos GNSS, então, o carro ferroviário está se movendo na direção da extremidade B (se a CMU for instalada/orientada desta maneira). Isto é mostrado na figura 7(b). Se os vetores forem opostos, então, o carro ferroviário está se movendo na direção da extremidade A. Isto é mostrado na figura 7(c).

[0099] Se o ativo for estacionário, a bússola e o local podem ser usados para comparar com um esquema de pátio ferroviário conhecido e orientação armazenada no sistema, da forma mostrada em 162 da figura 2. A orientação da bússola e o local GNSS serão usados para comparar com o local e a orientação do pátio ferroviário para determinar a direção do carro ferroviário. Se o ativo for estacionário e o local do pátio ferroviário não for conhecido, então, a orientação de um carro ferroviário em questão pode ser comparada com outros ativos em um conhecido grupo de carros ferroviários ligados. Isto é mostrado em 165 da figura 2.

[00100] Em virtude de a via férrea poder apenas curvar em uma taxa pequena e definida, se três ou mais carros ferroviários forem conhecidos como sendo ligados, a variação na direção de bússola é pequena (quando considerando a diferença de 180 graus, se voltada para direções opostas). Se o ativo em questão estiver em proximidade imediata com os carros ferroviários usados para a linha de base, ou ligado como parte da mesma composição de trem, uma leitura de bússola do ativo pode ser comparada com os outros ativos para determinar a direção. Como com outros métodos aqui discutidos, um nível de confiança pode ser atribuído ao resultado, da forma mostrada em 166 e 167 da figura 2.

[00101] A figura 8 mostra um método para determinar se dois carros ferroviários estão na mesma via férrea ou não. Este método usa uma adequação de curva spline para aplicar uma curva de melhor adequação nos ativos na composição de trem. Qualquer curva de melhor adequação que não está nas restrições da geometria do trilho da ferrovia pode indicar carros ferroviários em diferentes trilhas. Como com os métodos prévios, as CMUs 101 em cada carro ferroviário devem ser instaladas em um local e uma orientação conhecidos no carro ferroviário. Estes locais são usados para parear ativos com a proximidade mais imediata uns dos outros. O ângulo é calculado entre os carros ferroviários em proximidade imediata (na distância configurável da máxima folga de carro ferroviário) para determinar as diferenças de ângulo relativas entre os carros ferroviários em proximidade imediata. Uma leitura GNSS de dois carros ferroviários é usada para determinar o vetor entre cada um dos mesmos. Esta direção de vetor é comparada com a direção de bússola do carro ferroviário (contra o Norte). Quando os ângulos entre o vetor GNSS e a direção de bússola forem pequenos, então, a probabilidade de os ativos estarem na mesma trilha é muito alta. Se uma diferença no vetor entre o vetor GNSS e a bússola for alta, então, é improvável que os ativos estejam ligados e na mesma trilha. A diferença nos ângulos fica pior à medida que os problemas aparecem em cascata na trilha.

[00102] Como um exemplo, em relação à figura 8, se o ângulo entre A e B for pequeno, é provável que estes estejam ligados. Se o ângulo entre B e C for grande, então, é provável que estes não estejam ligados. O ângulo entre C e D também é alto e também é provável que não estejam ligados. O máximo ângulo limite pode ser usado para determinar se ativos estão provavelmente ligados ou não. Na figura 8, o ângulo AB é o ângulo do carro ferroviário A em relação ao carro ferroviário B, e um exemplo de um ângulo nos limites de “Z” graus (isto é, graus que indicam que a geometria da trilha não foi violada). O ângulo BC é o ângulo da direção do carro ferroviário B em relação ao carro ferroviário C, e o ângulo CD é o ângulo do carro ferroviário C em relação ao carro ferroviário D. O ângulo BD representa a diferença entre o ângulo BC e o ângulo CD. Se o ângulo BD exceder “Z” graus, então, pode- se determinar que o carro ferroviário C está em uma trilha diferente dos carros ferroviários B e D. Se não, então, é provável que o carro ferroviário C esteja na mesma trilha dos carros ferroviários B e D. O limite de “Z” graus é determinado pela geometria das vias férreas.

[00103] Um motor de lógica estatística é usado para determinar o nível de confiança de várias determinações que podem ser inferidas a partir dos dados que são coletados a partir de cada carro ferroviário, incluindo, por exemplo, quais ativos estão ligados. A probabilidade condicional é usada para combinar diversas entradas diferentes, de diferentes tipos de fenômeno e unidades de medida, para prover uma única saída com base no conhecimento destes outros eventos.

[00104] Para cada método, componente e fenômeno, um gráfico de probabilidade é suprido para determinar a diferença entre os eventos que ocorrem em dois ativos separados. Dependendo do método usado, o eixo geométrico X representa a diferença entre os eventos ou os dados coletados a partir de sensores em dois (ou mais) ativos.

[00105] Cada sensor (pareamento de componente e fenômeno) e método tem uma curva de probabilidade que mostra a probabilidade de um evento de acoplamento entre dois ativos, em que o eixo geométrico X pode ser com base no fenômeno que é medido, o tempo entre os eventos, ou ambos (como um gráfico tridimensional), da forma observada entre dois ativos, e o eixo geométrico Y representa a probabilidade de um evento de acoplamento. Não é garantido que um evento de acoplamento ocorra em qualquer medição X em particular, mas a medição representa a oportunidade que o evento de acoplamento ocorra. Um 1,0 no gráfico indica que um evento de acoplamento é possível, para este tipo de sensor ou método. Um 0,0 no gráfico impede um evento de acoplamento, invalidando todos as outras curvas de entrada do sensor em combinação. Os exemplos dos gráficos de probabilidade são mostrados na figura 10, em que a figura 10(a) mostra uma curva de probabilidade pelo tempo entre um evento de impacto através de dois carros ferroviários e a figura 10(b) mostra uma curva de probabilidade para a distância entre dois ativos.

[00106] Quando eventos forem recebidos a partir de múltiplos ativos, o resultado da probabilidade é gerado com base nos dados disponíveis no tempo. Se a análise de eventos através dos ativos não resultar em um evento de acoplamento (ou ligação de carro ferroviário), os eventos são salvos, e podem ser reprocessados novamente quando outros eventos ocorrerem entre o par de ativos.

[00107] Um exemplo é mostrado na figura 11. A figura 11(a) mostra que a informação é obtida em relação aos tempos de impacto, mostrando que a diferença no tempo entre dois impactos, medida em dois carros ferroviários, é de 0,19 segundo, resultando em um valor de saída de 0,85, que representa uma probabilidade de 85 % de que uma ligação tenha ocorrido. A figura 11(b) mostra uma diferença na distância entre dois carros ferroviários como 55 metros, resultando em um valor de saída de 0,62, que representa uma probabilidade de 62 % de que uma ligação tenha ocorrido.

[00108] É importante considerar as inexatidões e a imprecisão em diferentes sensores e métodos durante a geração de curvas de probabilidade e atribuição de ponderação a diferentes métodos. Uma curva não deve ter um nível de probabilidade acima da precisão provida. Preferivelmente, os métodos mais exato e preciso são ponderados mais alto do que outros métodos.

[00109] Na mais simples manifestação do algoritmo, as probabilidades individuais são multiplicadas em conjunto para adquirir uma probabilidade combinada, que, neste exemplo, resulta em uma probabilidade de 0,527 de que uma ligação tenha ocorrido. Este cálculo não utiliza outras entradas do sensor, dados históricos, ou aplica uma média ponderada configurável, mas todas destas possibilidades estão no escopo da invenção.

[00110] O valor de saída é comparado com o limite definido pelo usuário do que constitui um evento de ligação. Se, por exemplo, o limite foi definido em 0,75, então, esta instância será marcada como “não ligada”, mas uma análise pode ser executada novamente quando novos dados forem recebidos para os ativos em questão.

[00111] Há um mínimo valor limite que deve ser igualado ou excedido para que o sistema declare que um evento de acoplamento ocorreu. O estado da ligação entre um par de ativos é definido como ligado, não ligado ou sem dados. Ligado indica que o resultado calculado está acima do limite mínimo. Não ligado indica que um cálculo foi executado, mas caiu abaixo do limite mínimo - estes pareamentos de ativo podem ser recalculados quando novos dados de evento forem recebidos para os ativos e seus respectivos componentes. Sem dados indica que não há leituras do sensor para o pareamento de ativo em questão.

[00112] Além das curvas de probabilidade predefinidas, métricas históricas podem ser usadas para os mesmos gráficos X e Y, para comparar os resultados com um histograma de instâncias e resultados verificados. Os histogramas do sensor podem ser opcionalmente usados no lugar das curvas de probabilidade predefinidas, ou em combinação com as curvas de probabilidade predefinidas (multiplica os dois resultados em conjunto por sensor), para mostrar um intervalo de confiança em um resultado de acoplamento de ativo válido (e quantidade de eventos). Um exemplo do mesmo é mostrado na figura 12, em que a figura 12(a) mostra um histograma histórico para a diferença nos tempos de impacto e a figura 12(b) mostra a diferença na distância.

[00113] Em uma outra modalidade, uma versão do método do histograma mostrado na figura 12 pode ser usada para identificar a precisão da própria consideração da ligação do ativo. Em outras palavras, o histograma irá mostrar quão frequentemente o resultado foi correto (ligado ou não ligado), em vez de apenas mostrar quão frequentemente o valor X resultou em um evento de ligação de ativo real.

[00114] Usando este método, muitos diferentes parâmetros e entradas podem ser usados para gerar a probabilidade condicional de um evento de ligação. Como um exemplo, dois carros ferroviários são acoplados em conjunto em um pátio ferroviário, usando uma locomotiva que se desloca, grosseiramente, em 4,82 kmh (3 mph). Um evento é gravado em dois acelerômetros separados no acoplador do carro ferroviário, ambos indicando eventos de impacto de pico de 7 g’s, em 1 milissegundo um do outro. Um gráfico de probabilidade tridimensional para um acelerômetro do acoplador do carro ferroviário usa a diferença no tempo para o eixo geométrico X, a diferença na força g como o eixo geométrico Z, e a probabilidade (0,0 até 1,0) como o resultado no eixo geométrico Y. Depois que o evento ocorrer, a PWG solicita um local e a velocidade de ambos os ativos, e o resultado é retransmitido para a PWG, indicando que ambos os ativos estão agora estacionários. O gráfico para a diferença na velocidade é usado em combinação com a diferença no tempo e a diferença nas forças g para prover uma entrada secundária, resultando em um valor acima do limite usado para marcar os ativos como sendo ligados.

[00115] Em uma modalidade da invenção, as curvas de probabilidade que associam com sensores e métodos podem ser dinamicamente adicionadas, modificadas e removidas do sistema. Os algoritmos de aprendizado de máquina podem ser usados para gerar automaticamente curvas com base em dados históricos quando as listas de passageiros finais do trem forem providos.

[00116] Em uma outra modalidade, o sistema pode ser configurável pelo usuário. As seleções de método e sensor podem ser marcadas como habilitada, ignorada ou exigida. Adicionalmente, o número mínimo de métodos distintos exigidos para realizar análise (por exemplo, 2 ou mais necessários ou um resultado não é gerado) pode ser especificado.

[00117] Em uma outra modalidade, o sistema também tem a capacidade de prover curvas de probabilidade para cada método, componente e fenômeno. Uma hierarquia de curvas pode existir para cada sensor, mapeando para medições mais específicas, se disponíveis. Por exemplo, pode haver uma curva de probabilidade geral para impacto, mas se um ativo tiver um sensor de impacto montado no acoplador em um carro ferroviário, esta curva de probabilidade mais distinta para um evento de impacto do acoplador pode ser aplicada no lugar da curva de impacto de nível superior. No evento em que um ativo tiver um mapeamento de sensor mais específico e o outro tiver o mapeamento de nível superior para o mesmo fenômeno, a associação entre os ativos pode ser configurada para ser permitida ou rejeitada.

[00118] Em uma outra modalidade, a capacidade de prover uma métrica de ponderação relativa para métodos diferentes é provida. Por exemplo, o local GNSS entre dois carros ferroviários ligados pode ser determinado como 4 vezes tão importante como a direção de bússola para determinar se uma ligação ocorreu.

[00119] O sistema também tem a capacidade de utilizar dados históricos e um resultado final, providos externamente, para validar os eventos de ligação com resultados conhecidos. Esta realimentação é usada para aprimorar as curvas de probabilidade e os intervalos de confiança para diferentes entradas de método, componente e fenômeno. Por exemplo, se uma ferrovia prover uma lista de passageiros final para trens criados, os dados reais podem ser usados como uma verificação contra considerações previstas de ligações de carro ferroviário, e marca cada qual como válido ou inválido.

[00120] O sistema também tem uma janela de tempo configurável pelo usuário que indica quando eventos históricos são válidos para análise. A janela indica por quanto tempo dados existentes podem ser usados para análise, com base em cada tipo de sensor ou método.

[00121] Em um outro aspecto da invenção, o sistema é capaz de determinar a ordem de carros ferroviários em uma composição de trem. Qualquer combinação dos seguintes pode ser usada para determinar a ordem do trem.

[00122] Usando dados históricos, e qualquer combinação dos algoritmos de “ligação” previamente descritos, a orientação e a ordem de carros ferroviários na composição de trem podem ser determinadas com base no tempo do evento, e os carros ferroviários envolvidos para cada ligação.

[00123] O sistema também utiliza restrições físicas para aceitar ou rejeitar eventos que resultaram em uma ligação. Por exemplo, um único ativo pode apenas ser ligado a, no máximo, dois outros ativos em virtude de haver fisicamente apenas dois acopladores por carro ferroviário.

[00124] O escaneamento de tempo do rótulo AEI mais tempo decorrido provê a posição de um carro ferroviário em uma composição de trem e, opcionalmente, a direção do carro ferroviário e a velocidade do carro ferroviário, e pode ser usado para validar a ordem e a orientação dos carros ferroviários na composição de trem à medida que o trem passa pelo leitor AEI (tipicamente, à medida que o trem está deixando o pátio ferroviário).

[00125] O local do carro ferroviário pode ser usado, entretanto, a direção de deslocamento não será determinada e o nível de confiança será baixo. O local do carro ferroviário mais a direção de bússola do mesmo carro ferroviário podem ser usados, entretanto, a direção de deslocamento não será determinada.

[00126] Usando o “efeito de acordeão” ou empurrar/puxar, um acelerômetro na CMU de cada carro ferroviário grava força de impacto à medida que o carro ferroviário é empurrado e puxado quando o trem se mover. A força de impacto é gravada com um registro de tempo e o deslocamento e comparada com outros carros ferroviários no trem. Tal movimento cria um evento de cascata através do trem, em que os registros de tempo de evento podem ser comparados para determinar em qual ordem dois ou mais carros ferroviários estão se movendo. Se os impactos e os registros de tempo de dois ou mais carros ferroviários mostrarem uma folga no tempo, é considerado que há inúmeros carros ferroviários não monitorados na composição de trem.

[00127] A rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário ou a rede em malha sem fio com base em trem podem determinar se um carro ferroviário está na rede e, se for o caso, pode comparar a intensidade de sinal do carro ferroviário com a intensidade de sinal de outros carros ferroviários na rede. Há um baixo nível de confiança usando este método.

[00128] Há múltiplas maneiras de validar a ordem de uma composição de trem à medida que ela deixa um pátio ferroviário. Os dados podem ser coletados em relação ao local, à velocidade, à direção, ao movimento, à intensidade de sinal da rede e aos caminhos. Usar estes pontos de dados aumenta o nível de confiança em relação à ordem e à orientação dos carros ferroviários na composição de trem, quando elas forem consistentes com a configuração pressuposta da composição de trem.

[00129] Em um outro aspecto da invenção, a direção na qual um trem está se deslocando pode ser determinada pelo emprego de um ou mais dos métodos descritos a seguir, e da forma referenciada na figura 7.

[00130] Em aspectos da invenção, a direção e a orientação de um carro ferroviário podem ser determinadas. Em relação à orientação, é desejável saber se a extremidade “A” ou a extremidade “B” de um carro ferroviário estão voltadas para a extremidade dianteira do trem. Isto é importante para que ferrovias e transportadores saibam a orientação da extremidade “A” e “B” em virtude de poder ser exigido que um carro ferroviário fique posicionado como seu destino final, de maneira tal que as extremidades “A” ou “B” fiquem voltadas para uma direção específica. Na figura 2, os dados provenientes dos sensores e um algoritmo para processo os dados proveem um nível de confiança que a extremidade correta do carro ferroviário seja conhecida. A CMU deve ser instalada em uma orientação conhecida, por exemplo, posicionada na extremidade B do carro ferroviário. A direção da CMU é comparada com o Norte para determinar a orientação do carro ferroviário. Também, é preferido que a direção do pátio ferroviário seja conhecida com base no histórico ou em dados geográficos, tal como via férrea está em uma direção Sudoeste para Nordeste (veja a figura 7).

[00131] Se a orientação do pátio ferroviário não for conhecida, os dados de local e a direção de bússola de pelo menos três carros ferroviários ligados podem ser usados para determinar a direção do carro ferroviário pela comparação da direção de bússola de um carro ferroviário com a direção da trilha inferida por três ou mais carros ferroviários ligados. Se a orientação de pelo menos um carro ferroviário for conhecida, a direção de outros carros ferroviários que são ligados pode ser derivada pela comparação da direção de bússola de um carro ferroviário com a direção conhecida dos outros carros ferroviários ligados. Se a orientação de pelo menos um carro ferroviário for conhecida, a direção de outros carros ferroviários que estão ligados pode ser derivada pela comparação do sincronismo do impacto durante o evento de acoplamento medido em “A” e “B” do carro ferroviário. Esta informação de impacto combinada com a orientação conhecida de um carro ferroviário irá determinar a orientação do outro carro ferroviário.

[00132] Em um outro aspecto da invenção, o sistema pode ser usado para determinar quando ativos são removidos de uma composição de trem ou conjunto de ativos ligados em conjunto. Similar à determinação se os ativos estão ligados, como exposto, a remoção de um ou mais ativos pode ser inferida pelo evento recíproco. Ativos são considerados como ligados até que de outra forma determinado por qualquer número dos métodos a seguir:

[00133] Movimento - Se um acelerômetro, e/ou um sensor de movimento e/ou GNSS indicarem movimento em dois ou mais carros ferroviários com diferentes valores, os registros de tempo são comparados para determinar se os dois ou mais carros ferroviários estão desligados.

[00134] Velocidade e Direção - Quando dois ou mais carros ferroviários não estiverem se deslocando na mesma velocidade ou em uma direção diferente, então, eles são considerados desligados.

[00135] Intensidade do sinal da rede - Desligamento pode ser determinado pela comparação da intensidade de sinal através de dois ou mais carros ferroviários e comparação da mesma com a intensidade de sinal de outros carros ferroviários na rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário. Quando a intensidade de sinal for comparável com os carros ferroviários desligados conhecidos, os carros ferroviários são considerados desligados.

[00136] Local - Se as leituras de local de dois ou mais carros ferroviários ligados não estiverem em proximidade umas com as outras em um intervalo de tempo especificado, é provável que eles estejam desligados. O nível de confiança deste tipo de ligação depende da complexidade do pátio ferroviário.

[00137] Adequação de curva spline - Conhecendo pelo menos três carros ferroviários em uma composição de trem, o local pode ser utilizado em conjunto com adequação de curva spline entre os carros ferroviários em uma sequência. Uma curva de melhor adequação pode ser aplicada nos ativos atualmente na composição de trem. Qualquer curva de melhor adequação não nas restrições da geometria do trilho da ferrovia pode indicar os carros ferroviários desligados.

[00138] Ângulo da bússola - Conhecendo pelo menos três carros ferroviários em uma composição de trem, utilizar o local em conjunto com o ângulo da direção de bússola entre os carros ferroviários adjacentes (figura 7). A divergência na variação de ângulo entre os carros ferroviários adjacentes pode ser usada para determinar os potenciais carros ferroviários desligados. Em outras palavras, a mudança na direção entre os carros ferroviários consecutivos. O ângulo deve ser nas restrições da geometria do trilho da ferrovia.

[00139] Eventos de frenagem - Durante um evento de frenagem, uma mudança de pressão ocorre para modificar o estado de frenagem em cada carro ferroviário. Este evento de uma mudança de pressão será percebido por cada carro ferroviário conectado em série da locomotiva até o último carro ferroviário conectado. O tempo deste evento é usado para determinar a ordem do carro ferroviário conectado na composição de trem. Se não houver mudança de pressão similar para um carro ferroviário, é menos provável que ele seja parte da composição de trem.

[00140] Escaneamentos AEI - Se dois ou mais carros ferroviários forem escaneados pelo mesmo leitor AEI, as diferenças no tempo do escaneamento, ou deslocamento entre o escaneamento de cada carro ferroviário e a velocidade de cada carro ferroviário, podem ser utilizados para determinar se os carros ferroviários não estão ligados.

[00141] O sistema também utiliza restrições físicas para invalidar ligações adicionais entre os ativos. Por exemplo, dois carros ferroviários em direção ao norte em um pátio ferroviário que tem apenas trilhas na direção leste/oeste invalida o método do sensor GNSS para o cálculo.

[00142] Em um outro aspecto da invenção, a presença de um carro ferroviário escuro pode ser determinada e relatada. Os carros ferroviários escuros podem ser identificados por uma PWG na locomotiva diretamente, ou a presença de um carro ferroviário escuro pode ser passada através da rede sem fio da CMU em um ou mais carros ferroviários na composição de trem. Este processo é mostrado na figura 9.

[00143] A locomotiva 108 tem uma PWG 102 e um carro ferroviário 103(a) ou 103(b) tem uma CMU 101, que pode estar em um estado que monitora difusões de rádio provenientes de outros carros ferroviários 103(a) ou 103(b) que não estão conectados em uma rede com base em trem, não conectada em um pátio ferroviário gerenciado, ou estão estacionados em um pátio ferroviário não gerenciado.

[00144] À medida que a locomotiva 108 ou uma CMU 101 passam um desvio ferroviário sobre o qual pelo menos um carro ferroviário monitorado 103(a) ou 103(b) está estacionado, a locomotiva 108 irá monitorar informação de identificação da difusão de rádio provenientes de carros ferroviários monitorados 103(a) ou 103(b). Se uma difusão for detectada, a PWG na locomotiva 108 irá transmitir a informação de identificação sobre o carro ferroviário 103(a) ou 103(b) para o centro de operações remoto.

[00145] Em uma segunda modalidade, um carro ferroviário escuro estará em modo de monitoramento para outras redes. Quando um carro ferroviário 103(a) ou 103(b) em uma rede em malha sem fio com base em trem ou com base em pátio ferroviário estiver em proximidade de alcance do carro ferroviário escuro, o carro ferroviário escuro escutará “anúncios” do carro ferroviário 103(a) ou 103(b) em rede. O carro ferroviário escuro irá responder ao anúncio do carro ferroviário, com sua identificação e definições, que serão passadas para a PWG 102. A PWG 102 terá a opção de permitir que o carro ferroviário escuro se associe com a rede em malha sem fio com base em trem ou com base em pátio ferroviário, passando a informação através das outras CMUs para o carro ferroviário escuro. Se o carro ferroviário escuro estiver na lista negra, não será permitido que ele se associe à rede em malha sem fio com base em trem. Uma vez que o carro ferroviário estive na rede, ele muda para o perfil operacional normal, e não é mais um carro ferroviário escuro.

[00146] Um importante aspecto da invenção é a capacidade de medir certos parâmetros em veículos no trem e em relação às medições ou eventos em relação a uma base de tempo comum. Isto habilita que inferências sejam feitas com base nas medições relativas. Esta mesma capacidade é importante em pátios ferroviários, para correlacionar os eventos para criação de composição de trem ou operações de instalação. Um exemplo pode incluir ser capaz de amostrar a aceleração do veículo em cada carro ferroviário na composição de trem e usar a aceleração (ou desaceleração) relativa para detectar corrida para dentro e corrida para fora em qualquer ponto no trem. Um outro exemplo é relacionar eventos de impacto de roda com anomalias de trilha individual, em que todas as rodas em um lado de um trem podem detectar o mesmo, e deseja-se associar todos os eventos com um único recurso de trilha. Um exemplo de pátio ferroviário irá utilizar esta funcionalidade para determinar o efeito cascata de eventos de acoplamento à medida que a força de impacto translada através de diversos carros ferroviários durante a criação da composição de trem.

[00147] Os ativos em um pátio ferroviário ou composição de trem, que são gerenciados, são sincronizados com um preciso relógio de rede, com precisão de tempo sincronizada através de todos os dispositivos. Na modalidade preferida da invenção, por exemplo, sincronismo de precisão de tempo melhor do que 1 milissegundo é usado. Isto habilita a correlação direta de eventos através de todos os ativos.

[00148] Em uma rede com base em trem ou com base em pátio ferroviário, em que uma multiplicidade de CMUs ou WSNs com microcontroladores ou microprocessadores são usados, para tomar uma medição ou detectar um evento, derivações do relógio se tornam um fator limitante na confiança colocada na base de tempo de qualquer medição. Em sistemas com fios ou sem fio permanentemente energizados com alta largura de banda, o sincronismo dos relógios regulares em relação a um tempo mestre é uma prática estabelecida. Entretanto, CMUs e WSNs sem fio, autocontidos e autoenergizados irão usar muita largura de banda e consumir muita energia para manter o estrito sincronismo de tempo necessário para diferenciar entre certos tipos de eventos ou prover um conjunto de medidas instantâneas a partir do trem. A derivação de relógio torna-se particularmente limitante em temperatura extremas ou quando a temperatura mudar rapidamente durante um período relativamente curto. É adicionalmente exacerbado quando múltiplas redes discretas forem usadas (uma rede em malha com base em carro ferroviário que conecta com uma rede em malha com base em trem, por exemplo) e uma topologia de malha é empregada em uma rede ponto a ponto.

[00149] A presente invenção supera esta restrição através do uso de uma base de tempo de rede de precisão muito alta em execução sobre uma rede em malha sincronizada no tempo que é usada para corrigir periodicamente (com base na precisão desejada) o mecanismo de sincronismo do microcontrolador em uma precisão predeterminada. Na modalidade preferida da invenção, por exemplo, a precisão de 1 milissegundo é desejada.O sistema também tem a capacidade de usar uma difusão ou evento agendado para disparar amostragem sincronizada no tempo através da íntegra do trem e/ou do pátio ferroviário. As CMUs são corrigidas no tempo da PWG e os WSNs são corrigidos no tempo da CMU. Isto habilita a amostragem simultânea dos dados através de todos os componentes (PWGs, CMUs e WSNs) na precisão predeterminada, sem impacto na capacidade da largura de banda ou no uso de energia da rede.

Claims

1. Sistema para gerenciar uma composição de trem (109), compreendendo: uma ou mais portas de comunicação sem fio energizadas dispostas em um pátio ferroviário (117); e uma ou mais unidades de gerenciamento de comunicação (101) com base em carro ferroviário (103); em que as portas de comunicação sem fio energizadas e as unidades de gerenciamento de comunicação (101) formam uma rede de malha sem fio com base em pátio ferroviário (117); um dispositivo de computação, com acesso à rede com base em pátio ferroviário (117), caracterizado pelo fato de que o dispositivo de computação executa instruções legíveis por computador para desempenhar a função de construir logicamente e validar composições de trem e realizar as funções de: coletar dados a partir das unidades de gerenciamento de comunicação (101) com base em carro ferroviário (103) em relação a eventos que ocorrem ou no estado de seus respectivos carros ferroviários (103a, 103b); extrair inferências a partir dos dados em relação ao estado dos carros ferroviários (103a, 103b) dentro da composição do trem, em que as inferências extraídas são atribuídas a um nível de confiança e o nível de confiança representa uma probabilidade de que a inferência é verdadeira e é uma combinação de probabilidades de um ou mais dos eventos, e uma inferência é declarada verdadeira quando o nível de confiança excede um valor predefinido; e relatar as inferências; um motor de inferência; em que o motor de inferência usa um ou mais dos seguintes tipos de dados coletados a partir de cada carro ferroviário (103) envolvido em um evento de acoplamento para aumentar ou abaixar o nível de confiança que os dois ou mais carros ferroviários (103a, 103b) estão acoplados: (a) intensidade do sinal da rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário (117) recebido por cada carro ferroviário (103); (b) dados de movimento; (c) dados de velocidade e de direção; (d) dados de adequação de curva spline; (e) dados de ângulo da bússola; (f) dados de evento de frenagem; e (g) dados AEI.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os eventos incluem um ou mais de impactos detectados, movimento, aceleração, local GNSS, velocidade, direção de bússola, mudança de pressão da linha de frenagem e escaneamento AEI.

3. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a inferência é a presença de um carro ferroviário (103) no pátio ferroviário (117).

4. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os dados coletados incluem escaneamento AEI e local.

5. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a inferência é o local e a orientação de um carro ferroviário (103) no pátio ferroviário (117).

6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os dados coletados incluem informação de aceleração, informação de movimento, local GNSS, direção de bússola.

7. Sistema de acordo com a qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a função de construção de uma composição de trem (109) compreende as etapas de: (a) determinar múltiplos acoplamentos de dois ou mais carros ferroviários (103a, 103b), os múltiplos acoplamentos resultando em uma ligação que contém todos os carros ferroviários na composição de trem (109); (b) determinar desacoplamentos de carros ferroviários (103a, 103b) ou ligações exigidas para formar a composição de trem (109); (c) determinar o acoplamento de uma locomotiva (108) na ligação que contém todos os carros ferroviários (103a, 103b) na composição de trem (109); e (d) formar uma rede sem fio com base em trem (107) que consiste em um gerenciador e pelo menos um nó de cada carro ferroviário (103).

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os acoplamentos são determinados quando dados coletados a partir de cada carro ferroviário (103) com pelo menos um nó no mesmo suportarem um nível de confiança que excede um limite predeterminado.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar acoplamentos compreende extrair as inferências com base nos dados providos pelos dois ou mais carros ferroviários (103a, 103b) que são acoplados.

10. Sistema de acordo com a qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a função de validação de uma composição de trem (109) compreende as etapas de: (a) coletar dados a partir de cada carro ferroviário (103) com pelo menos um nó no mesmo, os dados incluindo pelo menos dados de velocidade, de local e de direção de bússola; (b) extrair as inferências com base nos dados coletados; (c) verificar que a velocidade, o local e as direções de bússola de cada carro ferroviário (103) com pelo menos um nó no mesmo é consistente com o movimento geral da composição de trem (109).

11. Método para gerenciar uma composição de trem (109), compreendendo: instruções legíveis por computador, em execução em um dispositivo de computação com acesso a uma rede com base em pátio ferroviário (117), caracterizado pelo fato de que as instruções legíveis por computador desempenhando a função de construir logicamente e validar composições de trem realizando as funções de: (a) coletar dados a partir de uma ou mais unidades de gerenciamento de comunicação (101) com base em carro ferroviário (103) em relação a eventos que ocorrem ou no estado de seus respectivos carros ferroviários (103a, 103b); (b) extrair as inferências a partir dos dados em relação ao estado dos carros ferroviários (103a, 103b) e atribuir um nível de confiança a cada uma das s inferências extraídas, o nível de confiança representa uma probabilidade de que a inferência seja verdadeira e é uma combinação de probabilidades de um ou mais dos s eventos e a inferência é declarada verdadeira quando o nível de confiança excede um valor predefinido, e aumentando ou diminuindo o nível de confiança de que os s dois ou mais vagões são acoplados, pelo uso de um motor de inferência, com base no seguinte ou mais tipos de dados coletados de cada vagão envolvido em um evento de acoplamento: (aa) intensidade do sinal de uma rede em malha sem fio com base em pátio ferroviário (117) recebido por cada carro ferroviário (103); (bb) dados de movimento; (cc) dados de velocidade e de direção; (dd) dados de adequação de curva spline; (ee) dados de ângulo da bússola; (ff) dados de evento de frenagem; e (gg) dados AEI; e (c) relatar as inferências.