BRPI0312012B1 - sistema de controle de tráfego em um sistema ferroviário e método para controlar o tráfego em um sistema ferroviário - Google Patents
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Abstract
sistema ferroviário integrado. sistema de controle de tráfego ferroviário que liga cada locomotiva (t) a um centro de controle para comunicar dados e sinais de controle. uso de computadores on-board(14), hardware de comunicação bidirecioal e gps (20,24), material circulante comunicando continuamente posição, dados de sinais vitais e outra informação para registro em uma base de dados e para integração em um sistema de controle computadorizado completo. a base de dados inclui esquemas de trem para exibição em tempo real em monitores de trens (42). a posição corrente de cada trem (t) é comparada com seu esquema planejado on-line para proporcionar informação imediata para o despachador (72) para determinar se uma ação corretiva é necessária. quanto um desvio de trem de seu esquema planejado excede um parâmetro predeterminado, o sistema automaticamente, calcula esquemas alternativos para todos os trens no sistema acordo com restrições operacionais pré-selecionadas,conforme necessário, para minimizar o efeito do desvio .
Description
SISTEMA DE CONTROLE DE TRÁFEGO EM UM SISTEMA FERROVIÁRIO E MÉTODO PARA CONTROLAR O TRÁFEGO EM UM SISTEMA FERROVIÁRIO
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se, em geral, ao campo da operação ferroviária e, em particular, a um sistema integrado para controlar a interação entre trens e outros veículos nos trilhos do sistema, a fim de garantir segurança e eficiência.
Descrição da Técnica Relacionada [002] As ferrovias são operadas por todo o mundo usando tecnologia e procedimentos testados destinados a garantir a segurança do passageiro e a salvaguardar a integridade do sistema ferroviário. As abordagens tomadas pelos operadores das ferrovias para realizar várias funções têm sido adotadas com substancial uniformidade por toda a indústria. Como um resultado, as ferrovias tendem a operar em um modo conservador e as mudanças são implementadas lenta mente na técnica, mesmo quando os avanços tecnológicos proporcionam e garantem aperfeiçoamentos. [003] Por exemplo, a escala e o despacho dos trens são realizados na maioria das vezes como uma função separada, com operações manuais substanciais. As escalas dos trens, inicial mente, são feitas por planejadores em gráficos de trens, onde o esquema de deslocamento projetado de cada trem é mostrado em um gráfico de posição versus tempo. Os gráficos mostram as localizações dentro do sistema (chamadas "desvios", na técnica) onde os trens podem ser desviados da linha principal para vários objetivos operacionais (estacionamento, carga, descarga, reconfiguração) e os tempos em que se espera que os trens alcancem cada localização. Desse modo, os gráficos também mostram onde e quando é esperado que os trens que se deslocam em direções opostas se cruzem, ou onde é esperado que os trens que se deslocam na mesma direção em velocidades diferentes passem um pelo outro. A figura 1 ilustra um gráfico de trens típico, mostrando, por exemplo, a progressão de dois trens (A e B) se deslocando entre as localizações 25-58 e 47-1, respectiva mente. Conforme mostrado, os trens A e B se cruzaram na localização 39 cerca de 9 horas da manhã. No tempo corrente de, aproximadamente, 17 horas (5 horas da tarde) realçado no gráfico de trem pela linha de movimento T, o trem A alcançou e parou na localização 58, enquanto o trem B está partindo da localização 27, onde ele tinha ficado parado por cerca de duas horas, dirigindo-se para a localização 1. [004] Os gráficos de trens são convertidos em painéis ferroviários para ajudar os despachadores a controlar o fluxo de tráfego de trens eficiente e seguramente. Os painéis ferroviários consistem em representações esquemáticas da condição corrente de vários pátios de manobras ao longo da rota deslocada por cada trem. A figura 2 é uma porção desse painel correspondente ao gráfico de trens da figura 1; os painéis são utilizados pelos despachadores para escalonar o uso de trilhos e pátios de manobras, conforme necessário, a fim de permitir que os trens se cruzem ou alcancem um ao outro em localizações particulares, ou sejam reconfigurados de acordo com objetivos operacionais e/ou restrições. Assim, por exemplo, o despachador pode ter decidido que o trem A terá a preferência de passagem, quando os trens A e B se cruzarem na localização 39 porque o trem A é um trem expresso. Similarmente, um despachador tomará decisões referentes às prioridades para trens devido ao cruzamento de um com o outro no futuro, tais como os trens B e C, ou C e D, na figura 1. Conseqüentemente, essas prioridades serão atribuídas e refletidas no gráfico de trens corrente e painel correspondente e o despachador implementará as mesmas empreendendo a ação apropriada ao tratar com o condutor do trem e/ ou com os controles automáticos. [005] A posição de cada trem é determinada em tempo real pelo uso de um sistema de posicionamento convencional, tal como GPS, e é comunicada ao despachador, de modo que o progresso de cada trem pode ser seguido e comparado com o esquema esperado expresso no gráfico de trens e painel relevante. Quando um retardo ou mudança de esquema ocorre, ajustes são feitos pelo despachador através da redisposição manual do esquema refletido no gráfico de trens e painel correspondente de acordo com a segurança predeterminada e as restrições de eficiência. Por exemplo, se o trem A estiver correndo com atraso e tiver se tornado evidente que ele não seria capaz de alcançar a localização 39 a tempo de exercer sua preferência de passagem sobre o trem B, sem causar um retardo indesejável, o despachador terá modificado o gráfico de trens para refletir aquela mudança e qualquer outra modificação no esquema de outros trens necessitados pela mudança, de modo que a informação correta estará disponível para despacho.
Acompanhar a trajetória de cada posição do trem com relação ao seu horário e estimar a necessidade ou a vontade para efetuar mudanças nos gráficos de trens e painéis em uma base corrente, obviamente, sobrecarrega e é consumidor de tempo para planejadores e despachadores. Além disso, restrições de segurança garantem uma abordagem muito conservadora para fazer qualquer mudança nos horários refletidos nos gráficos de trens ativos. Portanto, perturbações nos horários planejados dos trens, provavelmente, resultarão em atrasos e correções sub-ótimas, que poderíam ser evitados, se o processo fosse automatizado e controlado por sistema computadorizado on-line sob a supervisão do despachador. [006] Outra área de operação sub-ótima é o uso de trilhos de manobra. Esses são trilhos tipicamente presentes em desvios em torno do sistema para desviar trens entre os trilhos principais (freqüentemente referidos como trilhos de "circulação") e para mudar vagões entre trens. Esses trilhos podem ser controlados pelo centro de controle principal da ferrovia ou podem ser isolados do sistema e deixados totalmente para controle local. Na prática, quando um condutor deseja deixar um trilho de circulação e entrar em uma zona de manobra para realizar uma tarefa particular, uma solicitação é feita do centro de controle central para a liberação do trem para operação local dentro de um dado bloco da zona de manobra. Se a liberação for concedida, o centro de controle isola o trem do resto do sistema e pára em razão de suas operações até que ele retorne, sujeito à nova aprovação, para o trilho de circulação. Desse modo, o sistema como um todo não tem consciência da ação específica ou da operação realizada nos trilhos de manobra desde que o trem em questão permanece no interior da zona de manobra, assim, impedindo qualquer coordenação com as operações conduzidas nos trilhos de circulação do sistema ferroviário. Por exemplo, se um descarrilamento ou problema similar ocorre, o centro de controle e o despachador permanecem sem ter conhecimento até serem notificados por uma pessoa. Essa falta de coordenação é outra fonte de riscos potenciais e perda de eficiência operacional. [007] Um problema similar existe com os trilhos de circulação que precisam ser retirados de serviço temporariamente para trabalho de manutenção. Uma autorização de trilho (uma permissão para se deslocar ao longo de um dado segmento de trilho) e/ou uma manutenção de passagem (uma permissão exclusiva para estar presente em um segmento de trilho para realizar trabalho de manutenção) pode ser concedida mediante solicitação para alcançar e manter o segmento de trilho pertinente. O segmento é, então, isolado da supervisão do centro de controle até que o trabalho de manutenção seja realizado. Durante o tempo em que o controle da operação na área de manutenção é liberado, o centro de controle não é capaz de ser responsável pelo estado corrente e o progresso do trabalho. Desse modo, essa informação não é levada em conta ou está disponível para otimizar a operação global do sistema ferroviário. [008] Outra prática comum da técnica anterior em operação ferroviária é o uso das chamadas caixas quentes para monitorar a condição das rodas dos vagões e eixos durante o trânsito. Uma caixa quente consiste em um dispositivo sensor capaz de detectar a temperatura de um corpo que passa dentro de uma dada zona de detecção. Uma roda quente é indicativa de uma pane de mancai em potencial e emperramento da roda, que poderia ter conseqüências desastrosas. Assim, caixas quentes são colocadas ao longo dos trilhos para monitorar a temperatura das rodas das locomotivas e vagões de trens à medida que eles passam. Quando um ponto quente é detectado, a caixa quente envia um sinal para a estação central, que, por sua vez, então, é capaz de alertar o condutor do trem para efetuar qualquer ação que possa ser apropriada sob as circunstâncias. Essa configuração de alarme requer a percepção imediata e a intervenção manual de um operador, o que freqüentemente está faltando como um resultado de distrações ou outras restrições interferentes. Além disso, quando um horário de trem é alterado como um resultado de um alarme de caixa quente, as mudanças de horário para o trem em questão e, possivelmente, para outros trens dentro do sistema são necessariamente ligadas às operações manuais adicionais que requerem exame minucioso por preocupações com a segurança e, portanto, tempo, como descrito acima. Desse modo, a resposta urgente e os ajustes imediatos do sistema, que poderíam ser obtidos, se a informação de alarme fosse comunicada diretamente ao condutor do trem e fossem acionados imediatamente pelo centro de controle não são obtidos vantajosamente na prática. [009] Esses exemplos ilustram a operação sub-ótima de sistemas ferroviários mesmo quando tecnologia do estado da técnica é utilizada. Portanto, está claro que qualquer forma de integração do sistema que aperfeiçoe a eficiência dessas e outras tarefas constituirá um avanço bem recebido na técnica. A presente invenção é dirigida à implementação desse sistema integrado de operação.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0010] O objetivo geral da presente invenção é um sistema integrado de monitoração e controle para uma ferrovia que permite rápidos ajustes nos parâmetros operacionais em reação às mudanças no sistema, assim, proporcionando a infra-estrutura de controle requerida para segurança ótima e eficiência de operação. [0011] Outro objetivo é um sistema que torna possível levar em conta cada função operacional e até o ponto em que aquela função afeta outras operações no sistema, de modo que os efeitos de perturbações podem ser analisados e contrapostos de modo ótimo. [0012] Outro objetivo é um sistema que proporciona informação de realimentação em tempo real para planejadores e despachadores com relação ao efeito de qualquer mudança particular proposta nos horários planejados e/ou condições de operação. [0013] Ainda outro objetivo é um sistema que proporciona soluções de horário em tempo real para planejadores e despachadores em resposta às mudanças reais nos horários planejados e/ ou condições de operação que ocorrem dentro do sistema. [0014] Outra meta é um sistema que é adequado para implementação automatizada com equipamento de segurança e operação ferroviário corrente. [0015] Um objetivo final é um sistema que pode ser implementado economicamente de acordo com os critérios mencionados acima. [0016] Portanto, de acordo com esses e outros objetivos, a ampla concretização da presente invenção requer ligação de cada locomotiva e/ou outro equipamento móvel dentro do território coberto pela ferrovia para um centro de controle para comunicação de dados e sinais de controle. O uso de computadores on-board, GPS e hardware de comunicação bidirecional, material circulante comunica posição continuamente, dados de sinais vitais e outra informação para registro em uma base de dados e para integração em um sistema de controle computadorizado completo. A base de dados inclui horários de trem e painéis ferroviários correspondentes gerados e introduzidos no sistema por planejadores para exibição em tempo real em monitores e uso pelos despachadores. A posição corrente de cada trem, como comunicado ao centro de controle, é comparada com seu horário planejado on-line para proporcionar informação imediata para o despachador a fim de determinar se uma ação corretiva é necessária. De acordo com um novo e importante aspecto da invenção, quando um desvio do trem de seu horário planejado excede um parâmetro predeterminado, o sistema, automaticamente calcula horários alternativos para todos os trens no sistema de acordo com restrições operacionais pré-selecionadas, conforme necessário para minimizar o efeito do desvio. Desse modo, o despachador não só é alertado da mudança de horário, mas também lhe é apresentada uma solução de redespacho imediato para consideração que leva em conta todas as restrições operacionais correntemente no lugar no sistema. Se a solução for aceita pelo despachador, os gráficos de trens e painéis no sistema são automaticamente atualizados para refletir as mudanças para disponibilidade imediata para planejadores e despachadores, assim, proporcionando grandes vantagens para a operação na forma de eficiência aperfeiçoada e economia de tempo e esforço. [0017] De acordo com outro aspecto da invenção, os trens e outro equipamento móvel no sistema são equipados com um processador de dados conectado à rede de comunicação do sistema para recebimento, transmissão e processamento de dados e também com um console de gráfico de cores interativo para exibição em tempo real da mesma informação de painel disponível para despachadores no centro de controle. A função interativa do sistema permite a cada condutor a flexibilidade de solicitação de autorizações de trilho para tarefas particulares pela especificação da solicitação através do console diretamente para o sistema automatizado, sem participação de um despachador. O sistema de controle avalia a disponibilidade das solicitações dentro dos parâmetros operacionais e restrições de segurança do sistema global e, se disponível, concede-as diretamente, sem requerer ação adicional da parte dos despachadores. O sistema, então, automaticamente, atualiza os painéis exibidos completamente para refletir a presença da permissão ativa. Similarmente, quando a permissão termina ou é liberada pelo condutor, o sistema, automaticamente, reflete a terminação em todos os painéis exibidos para informação e consideração gerais. Ao permitir o processo de concessão e liberação de permissões sem participação do despachador, essa característica da invenção proporciona um aperfeiçoamento muito vantajoso em relação à prática corrente liberando os despachadores de tarefas que consomem tempo e são ineficientes. [0018] De acordo com outro aspecto da invenção, a integração automatizada de todos os dados operacionais correntes do sistema torna possível analisar, rapidamente, o efeito de qualquer mudança pela introdução artificial da mesma no sistema e solicitando uma resposta simulada na forma de um horário de redespacho. Uma vez que o sistema de controle é programado para proporcionar soluções ótimas de acordo com critérios de otimização desejados e dentro das restrições operacionais correntes do sistema, soluções ótimas para cenários factuais alternativos podem ser desenvolvidas em tempo real para a consideração e a ação dos despachadores. Essa característica proporciona um grau até agora desconhecido de flexibilidade para a operação de uma ferrovia.
[0019] Várias outras finalidades e vantagens da invenção se tornarão claras de sua descrição na especificação que segue e das novas características particularmente assinaladas nas reivindicações anexas. Portanto, para a realização dos objetivos descritos acima, a presente invenção consiste nas características aqui depois ilustradas nos desenhos, descritas completamente na descrição detalhada da concretização preferida e particularmente assinaladas nas reivindicações. Contudo, esses desenhos e descrição divulgam apenas uma das várias maneiras em que a invenção pode ser posta em prática. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS - A figura 1 ilustra um gráfico de trens típico mostrando a progressão de trens à medida que eles se deslocam entre localizações ao longo de suas rotas; - A figura 2 ilustra uma porção do painel ferroviário correspondente ao gráfico de trens da figura 1; - A figura 3 é uma vista geral esquemática do sistema de controle automatizado da invenção; - A figura 4 é uma representação esquemática dos sistemas de controle da invenção associados com equipamento móvel da ferrovia, tal como a locomotiva de cada trem; - A figura 5 é uma representação esquemática dos sistemas de controle da invenção associados com equipamento de beira de estrada ao longo da ferrovia; - A figura 6 é uma representação esquemática dos sistemas de controle da invenção associados com equipamento no centro de controle e despacho do sistema; - A figura 7 é um fluxograma ilustrando as etapas envolvidas na implementação do sistema de controle de tráfego automatizado da invenção; e - A figura 8 é uma vista geral da multiplicidade de operações gerenciadas diretamente pelo centro de controle do sistema ferroviário como um resultado da integração completa de todas as funções em um sistema computadorizado único de acordo com a invenção.
DESCRIÇÃO DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS DA INVENÇÃO [0020] Como aqui usado, o termo "sinal vital" de equipamento se refere às importantes variáveis operacionais, tais como pressões e temperaturas de sistemas hidráulicos, de água e de combustível, tensões de geradores e de baterias, unidades sensores de faróis dianteiros, leituras de caixas quentes e qualquer outro parâmetro operacional julgado importante para operação e manutenção seguras e eficientes. O termo "sinais de controle de trem" se refere aos sinais proporcionados pelo sistema para monitorar e controlar, remotamente, a operação segura do trem; por exemplo, as velocidades são controladas para impedir limites preestabelecidos excedentes referentes à composição do trem e à condição dos trilhos e o sistema de frenagem é monitorado para ultrapassagem remota para frenagem de emergência. O termo "sinais de condição de beira de estrada" se refere a sinais proporcionados pelo sistema para monitorar a condição ou estado do equipamento e sensores situados ao longo do sistema de trilhos, como a posição da barreira nos cruzamentos, o estado de detectores de descarrilamento, a posição de chaves e o estado de bloqueios elétricos correspondentes, a composição de trens que passam por certas localizações, o estado de sinais de tráfego ao longo dos trilhos e semelhante. [0021] Além disso, é compreendido que cada referência a um trem nesta descrição é destinada a se aplicar igualmente a qualquer peça móvel de equipamento que pode ser encontrado ao longo dos trilhos do sistema ferroviário ou outra instalação de beira de estrada dentro da rede de comunicação da invenção. [0022] Fazendo referência aos desenhos, em que partes semelhantes são designadas do princípio ao fim com numerais e símbolos semelhantes, a figura 3 é uma vista geral esquemática do sistema de controle da invenção. O trilho 10 representa a rede de trilhos no sistema e a linha de fibra óptica adjacente 12 ilustra a rede de comunicação em terra no lugar ao longo de cada trilho no sistema. O sistema global inclui equipamento on-board em cada trem T (representado por uma locomotiva), ilustrado na bloco A e na figura 4; equipamento distribuído na beira da estrada ao longo dos trilhos, ilustrado no bloco B e na figura 5; e um centro de controle e despacho centralizado, ilustrado no bloco C e na figura 6. [0023] Conforme mostrado na figura 4, o sistema de controle da invenção inclui um processador de dados on-board e unidade de comunicação 14 em cada locomotiva, que recebe informação de vários canais de rádio e dados por fio 16. A informação de posição corrente é recebida de um satélite GPS 18 por meio de uma antena GPS 20 na locomotiva. A informação de posição é recebida pela unidade 14 através do canal 22 e simultaneamente transmitida para o centro de controle através de uma antena de rádio 24, uma estação repetidora de beira de estrada 26 e a rede de fibra óptica 12. A antena de rádio 24 também proporciona um canal de comunicação 28 para transmitir dados em reverso do centro de controle para a locomotiva e esses dados são recebidos para processamento pela unidade on-board 14. Essa unidade, similarmente, recebe e transmite sinais de controle de trem automáticos (tais como, por exemplo, frenagem de emergência, controle de velocidade, etc.) através de um canal separado 30. Esse canal é usado para conectar o computador no centro de controle a todas as funções automatizadas on-board no trem. Um canal separado 32 é usado para receber, registrar e transmitir sinais de leitoras de etiqueta de marca de milha colocadas ao longo dos trilhos a fim de confirmar, periodicamente, a posição exata do trem. Esses sinais são emitidos por sensores que detectam e identificam locais de etiquetas específicas na beira da estrada enquanto o trem está passando. Uma vez que eles são baseados em marcadores fixados precisamente, as posições dos trens assim registradas são usadas para verificação dupla e, se necessário, correção dos dados de posicionamento de GPS correspondentes. [0024] Outro canal de entrada/saída, 34, é proporcionado para receber, registrar e transmitir dados de sensores de sinais vitais no trem, como pressão e/ou temperaturas de sistemas hidráulicos e outros parâmetros operacionais considerados importantes para manutenção e operação segura e eficiente. Pela transmissão dessa informação para a base de dados central e pela integração da mesma dentro do sistema de controle global da invenção, é possível monitorar continuamente a condição de todos os componentes essenciais do trem e proporcionar uma recuperação em tempo real para sinalização de qualquer condição que garanta um alarme. Ainda outro canal 36 na unidade 16 é usada para proporcionar um sistema redundante de controle de freio, se desejado ou requerido. Finalmente, um canal adicional 38 é proporcionado para uso com qualquer outro dispositivo on-board que possa precisar ser conectado para integração dentro do sistema global de controle e um canal 40 é dedicado a energizar a unidade 14 de uma fonte de energia on-board. [0025] A unidade processadora de dados e de comunicação 14 também é conectada a um console de gráfico de cores on-board ou monitor 42 que, em tempo real, exibe informação relevante para a operação do trem correspondente. Por exemplo, a porção do painel ferroviário, que inclui a área que está sendo deslocada pelo trem, é mostrada e atualizada em uma base corrente para mostrar a mesma informação exibida no painel completo no centro de controle. A informação referente às permissões ativas, zonas de manutenção e outros dados úteis também é mostrada e atualizada em tempo real para uso do condutor. Além disso, o console 42 é utilizado interativamente para se comunicar com o sistema de controle automático para solicitar permissões sem a necessidade de participação do despachador, como mencionado acima. Isto é, o condutor pode usar o console para identificar (tal como por toque) um segmento de trilho no painel exibido para o qual ele ou ela solicita uma permissão. O centro de controle determina se a permissão pode ou não ser concedida segura e eficientemente dentro dos parâmetros operacionais construídos no sistema e concede ou nega, automaticamente, a permissão para o condutor sem a intervenção de um despachador. Ao mesmo tempo, a solicitação e a resposta são comunicadas e exibidas no painel do centro de controle correspondente para o conhecimento do despachador e, se necessário, sua intervenção para cancelamento da resposta automática. [0026] A parte de beira de estrada do sistema de controle da invenção é ilustrada, esquematicamente, no bloco B da figura 3 e na figura 5. Todas as redes ferroviárias 10 compreendem linhas principais 44 (também chamados trilhos de circulação) entre desvios recorrentes e pátios de manobras onde trens podem ser desviados para trilhos de manobra 46 por mecanismos de comutação controlados remotamente 48. Os trilhos de manobras são usados, por exemplo, para remover o trem da linha principal a fim de carregar ou descarregar vagões; para mudar a composição de um trem através diminuição ou adição de vagões; realizar manutenção de emergência em material circulante; permitir que um trem mais rápido passe à frente de um mais lento; ou permitir o cruzamento de trens que se movem em direções diferentes. Em todos os casos, o desvio de um trem é realizado por meio de uma chave convencional 48, que é controlada por um sinal recebido do centro de controle através da rede de fibras ópticas 12 ou do trem através da repetidora 26 (tal como quando o controle é virado para o condutor do trem pela concessão de uma permissão). [0027] O sistema de beira de estrada inclui vários componentes que são ilustrados por conveniência em um desvio na figura 5, mas estão, de fato, dispersos em intervalos úteis ao longo dos trilhos do sistema. Esses incluem equipamento de passagem de nível 50, tais como barreiras e sinais de alarme, para impedir o cruzamento de trilhos por tráfego automotor, quando um trem está presente. A operação do equipamento 50 é controlada remotamente, tipicamente do centro de controle, através do sistema de comunicação proporcionado pela rede de fibras ópticas e repetidora-torre. O equipamento de caixa quente 52, que consiste em sensores colocados ao longo dos trilhos para detectar a temperatura de cada roda em um vagão, é similarmente integrado dentro do sistema. Quando um sensor no equipamento 52 detecta uma temperatura de eixo acima de um limite seguro predeterminado, um alarme é transmitido em tempo real para o centro de controle e o condutor da locomotiva através da rede de comunicação para alerta imediato e consideração para ação responsiva. Como o equipamento de caixa quente é capaz de manter a trilha da posição de cada roda dentro do trem para a qual uma medição é tomada, o vagão exato e a localização de um ponto quente particular também podem ser identificados e comunicados através do sistema. [0028] Equipamento composicional de leitora de etiqueta 54 é colocado, tipicamente, em pátios de manobras e em ambas as extremidades dos desvios para verificar a composição de cada trem que passa. Cada vagão e locomotiva no sistema conduz uma etiqueta de identificação com informação referente a sua identidade e atributos. As leitoras de etiquetas 54 capturam essa informação e a alimentam para o sistema através de linhas de comunicação apropriadas cada vez que o vagão ou locomotiva passa, assim, proporcionando um inventário preciso da composição de cada trem antes que eles entrem e depois que eles deixarem um pátio de manobras ou desvio particular. O estado de cada sinal ao longo dos trilhos também é monitorado continuamente por meio de unidades de envio de sinais e linha correspondentes conectando os visores de sinais a um centro de distribuição de beira de estrada conveniente 58 onde todos os sinais de beira de estrada são coletados e distribuídos completamente através da linha de fibra óptica 12 ou da estação repetidora de rádio 26. [0029] Como uma medida de segurança, cada chave 48 nos trilhos é equipada, tipicamente com uma trava elétrica 60 para impedir comutação manual. A trava é controlada remotamente, tipicamente pelo centro de controle no sistema. Se operação manual for desejada, como nos casos em que o controle é liberado para operação local nas zonas de manutenção ou de manobra, o sistema da invenção permite a liberação simultânea de controle através da chave pela desativação da trava elétrica 60. Finalmente, a invenção também integra no sistema de controle global a informação gerada por detectores de descarrilamento 62 dispersos por toda a rede ferroviária. Esses detectores variam em espécie de simples alavancas mecânicas a sofisticados instrumentos ópticos posicionados ao longo do trilho para detectar qualquer roda que não esteja andando no trilho, tal como poderia resultar de um eixo partido, a fim de proporcionar um aviso antecipado de uma situação potencial de descarrilamento. Através da conexão de todo o equipamento de acordo com a invenção, um aviso imediato pode ser gerado e transmitido para o condutor do trem em questão. É notado que o sistema de beira de estrada também pode incluir uma antena estacionária 64 usada em GPS diferencial convencional para refinar a precisão do sistema de posicionamento global. [0030] A figura 6 ilustra esquematicamente os componentes do sistema de controle central e despacho da invenção. Um computador central 70, que pode estar localizado dentro de um centro de despacho 72 ou em um centro corporativo 74, é programado para receber e integrar todos os sinais proporcionados pela rede de comunicação em um modelo dinâmico global do sistema. Ele inclui software interativo para compor gráfico de trens 76, que são então, automaticamente convertidos em painéis ferroviários 78. Ambos são exibidos convencional mente em grandes quadros no centro de despacho 72, mas também estão disponíveis para manipulação interativa em estações de planejadores 80 e estações de despacho 82. O modelo também inclui software para monitorar cada pedaço de informação recebida da rede de comunicação e para assegurar que ela está dentro de parâmetros esperados predeterminados de operação. Quando um sinal indica que um parâmetro foi excedido ou não foi satisfeito dentro de uma tolerância aceitável, tal como um atraso de trem maior do que o aceitável ou um sinal positivo de um detector de descarrilamento, o modelo computadorizado calcula mudanças em perspectiva para os gráficos de trens e painéis correntes de acordo com critérios de otimização predeterminados (as chamadas funções objetivas na técnica de otimização) e dentro das restrições operacionais do sistema. Por exemplo, um critério de otimização pode ser minimizar os atrasos globais de trens de passageiros, independente do efeito sobre os horários dos trens de carga; ou um critério alternativo pode ser maximizar a tonelagem de carga transportada para uma dada localização independente de conseqüências para todos os outros trens. Similarmente, as restrições operacionais do sistema seriam paradas predeterminadas requeridas para cada trem, limites de velocidade máxima para cada composição de trem em vários segmentos de trilho. Restrição de deslocamento devido a zonas ativas de manutenção fora de caminho e permissão de trilho e qualquer outra restrição que a administração da ferrovia deseja impor ao sistema. [0031] Como um resultado da coleta de dados em tempo real computadorizada, automática, e da resposta do sistema de controle da invenção, soluções de horário alternativas para variações de horário causadas por ocorrências não planejadas dentro do sistema ferroviário podem ser imediatamente avaliadas e aceitas ou rejeitadas pelos planejadores e despachadores que fazem parte das estações 80, 82. O sistema também pode ser integrado com planos corporativos gerais, tais como prioridades de horários a longo prazo, programas de manutenção e horários de pessoal, todos os quais são restrições operacionais adicionais a serem levadas em conta pelo sistema de controle da invenção. Conseqüentemente, uma estação específica 84 pode ser proporcionada para uso pelo pessoal da manutenção. A figura 7 é um diagrama esquemático das várias etapas envolvidas no esquema de controle automático da invenção. Na etapa 702, um esquema de deslocamento é atribuído a cada um de uma pluralidade de trens e um sistema ferroviário. Na etapa 704, o esquema de deslocamento é armazenado para cada um do trens na memória de um computador. Na etapa 706, o esquema de deslocamento é despachado para cada trem de modo a ser exibido em um monitor on-board. Na etapa 708, a posição de cada trem é rastreada em tempo real, e a posição atual é comparada com o esquema de deslocamento atribuído para determinar se existe uma variação do esquema maior que um limite aceitável pré-determinado. Na etapa 710, se uma variação do esquema, para qualquer dos trens, exceda o limite aceitável, são calculados esquemas de deslocamentos alternativos em perspectiva para cada trem de modo que os parâmetros operacionais pré-determinados sejam mantidos dentro do sistema ferroviário. Na etapa 712, caso exista mais de um conjunto de esquemas de deslocamento alternativos, encontrar um conjunto ótimo de acordo com os objetivos de otimização pré-determinados. Na etapa 714, o esquema de deslocamento alternativo preferido prospectivamente é implementado através da mudança automática do esquema de deslocamento na memória do computador para que este se conforme com o esquema de deslocamento alternativo preferido. Na etapa 716, o esquema de deslocamento alternativo preferido é despachado para cada trem. [0032] A figura 8 é uma vista geral da multiplicidade de operações gerenciadas diretamente pelo centro de controle do sistema ferroviário como um resultado da integração completa de todas as funções em um sistema computadorizado simples de acordo com a invenção. Em virtude da base de dados completa e corrente disponível, o sistema também pode ser usado para simulação do efeito de alternativas de engenharia no sistema, para treinamento e para qualquer outra função que requeira a disponibilidade de um modelo de sistema dinâmico. Uma estação de monitoração interativa 86 é mostrada na figura 8 para ilustrar essa capacidade da invenção. Finalmente, a capacidade de comunicação em tempo real proporcionada pelo sistema da invenção para cada operador dentro da rede também é condutora para conexão com a internet para pesquisa, relatório e outras funções similares, conforme ilustrado na figura. [0033] Várias mudanças nos detalhes, etapas e componentes que foram descritas podem ser feitas por aqueles versados na técnica dentro dos princípios e do escopo da invenção aqui ilustrada e definida nas reivindicações anexas. Portanto, embora a presente invenção tenha sido aqui mostrada e descrita no que é acreditado serem as concretizações mais práticas e preferidas, é reconhecido que afastamentos podem ser feitos da mesma dentro do escopo da invenção, que não deve estar limitada aos detalhes aqui divulgados, mas deve estar de acordo como o escopo total das reivindicações, de modo a envolver qualquer e todos os aparelhos e procedimentos equivalentes.
Claims (32)
1. Sistema de controle de tráfego em um sistema ferroviário em que uma pluralidade de trens é operada através de múltiplos trilhos interligados, compreendendo a seguinte combinação de componentes: (a) meios (70) para designar (702) um esquema de deslocamento para cada um de uma pluralidade dos referidos trens e para armazenar o referido esquema em uma memória de computador; (b) meios (20, 14) para determinar a posição de cada trem à medida que o trem avança ao longo dos referidos trilhos; e (c) meios (70) para comparar (708) a posição do referido trem com o referido esquema de deslocamento atribuído para produzir um indicador complacente indicativo de uma variação de esquema para o trem; caracterizado pelo fato de compreender ainda os seguintes componentes: (d) meios (70) para calcular (710) quando a referida variação de esquema excede um limite aceitável predeterminado, um esquema de deslocamento alternativo para cada um da referida pluralidade de trens, conforme necessário, para manter parâmetros operacionais predeterminados dentro do sistema; e (e) meios (70) para mudar, automaticamente, o referido esquema de deslocamento de cada trem na memória do computador para se conformar em perspectiva com o referido esquema de deslocamento alternativo.
2. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir meios de processamento (70) para otimização (712), de acordo com um objetivo de otimização predeterminado, da referida função de cálculo de um esquema de deslocamento alternativo para cada um dos referidos trens.
3. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir meios (70) para despachar (716), automaticamente, o referido esquema de deslocamento alternativo para o trem.
4. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de incluir meios para exibir (42) o referido esquema de deslocamento alternativo on-board no trem.
5. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir meios (34) para receber e armazenar na referida memória de computador dados operacionais indicativos de sinais vitais do equipamento.
6. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de incluir meios (70) para comparar os referidos dados operacionais com faixas aceitáveis correspondentes de operação e para produzir, automaticamente, um alarme, quando um sinal vital está fora de um faixa aceitável correspondente de operação.
7. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de incluir meios (70) para calcular, quando o referido sinal vital está fora da faixa aceitável correspondente de operações, um esquema de deslocamento modificado para cada um da referida pluralidade de trens, conforme necessário, para manter parâmetros operacionais predeterminados dentro do sistema.
8. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de incluir meios (70) de processamento para otimizar, de acordo com um objetivo de otimização predeterminado, a referida função de cálculo de um esquema de deslocamento modificado para cada um dos referidos trens.
9. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir meios (70, 14, 24, 28) para recebimento e armazenamento de sinais de controle de trem na referida memória de computador.
10. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de incluir meios (70, 14) para comparar os referidos sinais de controle de trem com faixas aceitáveis correspondentes e operação e para produzir, automaticamente, um alarme, quando um sinal de controle de trem está fora de uma faixa aceitável correspondente de operação.
11. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir meios (70, 14, 32) para receber e armazenar sinais de leitora de etiqueta de marca de milha na referida memória de computador.
12. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de incluir meios (70, 14, 32) para comparar os referidos sinais de leitora de etiquetas de marca de milha com a posição do referido trem e para, automaticamente, produzir um alarme quando um sinal de leitura de etiqueta de marca de milha não coincide com a posição do referido trem dentro de uma tolerância aceitável predeterminada.
13. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir meios (70, 14, 32) para recebimento e armazenamento de sinais de condição de beira de estrada na referida memória de computador.
14. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de incluir meios (70, 14, 32) para comparar os referidos sinais de condição de beira de estrada com parâmetros de referência esperados e para produzir, automaticamente, um alarme, quando um sinal de condição de beira de estrada não se conforma com o referido parâmetro de referência esperado.
15. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir: meios (70) para, automaticamente, despachar (716) o referido esquema de deslocamento alternativo para o trem; meios (42) para exibir o referido esquema de deslocamento alternativo on-board no trem; meios (70, 14) para recebimento e armazenamento na referida memória de computador de dados operacionais indicativos de sinais vitais de equipamento, sinal de controle de trem, sinais de leitora de etiquetas de marca de milha e sinais de condição de beira de estrada; e meios (70,14) para comparar os referidos dados operacionais, sinais de controle de trem, sinais de leitora de etiquetas de marca de milha e sinais de condição de beira de estrada com parâmetros operacionais aceitáveis correspondentes e para, automaticamente, produzir um alarme, quando um dado operacional, um sinal de controle de trem, um sinal de leitora de etiquetas de marca de milha ou um sinal de condição de beira de estrada não se conforma com um parâmetro operacional aceitável correspondente.
16. Sistema de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de incluir meios (70) de processamento para otimizar, de acordo com um objetivo de otimização predeterminado, a referida função de cálculo de um esquema de deslocamento alternativo para cada um dos referidos trens.
17. Método para controlar o trafego em um sistema ferroviário, em que uma pluralidade de trens é operada através de múltiplos trilhos interligados, o referido método compreendendo as seguintes etapas: (a) atribuição (702) de um esquema de deslocamento a cada um de uma pluralidade de referidos trens e armazenamento do referido esquema em uma memória de um processador eletrônico; (b) determinação (20, 14) da posição de cada trem à medida que o trem avança ao longo dos referidos trilhos e armazenamento da posição na referida memória; e (c) utilização (708) do referido processador eletrônico para comparar a posição do referido trem com o referido esquema de deslocamento atribuído ao mesmo e para produzir um indicador complacente indicativo de uma variação de esquema para o trem; caracterizado pelo fato de compreender ainda as etapas de: (d) utilização (710) do referido processador eletrônico para cálculo, quando a referida variação excede um limite aceitável predeterminado, um esquema de deslocamento alternativo para cada um da referida pluralidade de trens, conforme necessário, para manter parâmetros operacionais predeterminados dentro do sistema; e (e) mudança automática (70) do referido esquema de deslocamento de cada trem na memória do processador eletrônico para se conformar em perspectiva com o referido esquema de deslocamento alternativo.
18. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de otimização (712), de acordo com um objetivo de otimização predeterminado, a referida etapa de cálculo de um esquema de deslocamento alternativo para cada um dos referidos trens.
19. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de despacho (716) automaticamente do referido esquema de deslocamento alternativo para cada um dos referidos trens.
20. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de exibição do referido esquema de deslocamento alternativo on-board do trem (42).
21. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de recebimento e armazenamento, nos referidos dados operacionais da memória do computador, indicativos de sinais vitais de equipamento (34).
22. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de comparação dos referidos dados operacionais com faixas aceitáveis correspondentes de operação e para produzir, automaticamente, um alarme quando um sinal vital está fora de uma faixa aceitável correspondente de operação (70).
23. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de cálculo, quando o referido sinal vital está fora da faixa aceitável correspondente de operações, um esquema de deslocamento modificado para cada um da referida pluralidade de trens, conforme necessário, para manter parâmetros operacionais predeterminados dentro do método (70).
24. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de uso de um processador eletrônico (70) para otimizar (712), de acordo com um objetivo de otimização predeterminado, a referida etapa de cálculo de um esquema de deslocamento modificado para cada um dos referidos trens.
25. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de recebimento e armazenamento dos sinais de controle de trem na referida memória de computador (70, 14, 24, 28).
26. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de comparação dos referidos sinais de controle de trem com faixas aceitáveis correspondentes de operação e para produzir, automaticamente, um alarme quando um sinal de controle de trem está fora de uma faixa aceitável correspondente de operação (70,14).
27. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de recebimento e armazenamento de sinais de leitora de etiquetas de marca de milha na referida memória de computador (70, 14, 32).
28. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de comparação dos referidos sinais de leitora de etiquetas de marca de milha com a posição do referido trem e para, automaticamente, produzir um alarme quando um sinal de leitora de etiquetas de marca de milha não coincide com a posição do referido trem dentro de uma tolerância aceitável (70, 14, 32) predeterminada.
29. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de recebimento e armazenamento de sinais de condição de beira de estrada na referida memória de computador (70, 14, 32).
30. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de comparação dos referidos sinais de condição de beira de estrada com parâmetros de referência esperados e para produzir, automaticamente, um alarme, quando um sinal de condição de beira de estrada não se conforma com o referido parâmetro de referência (70, 14, 32) esperado.
31. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de incluir as seguintes etapas: (f) despacho (716), automaticamente, do referido esquema de deslocamento alternativo para o trem; (g) exibição do referido esquema de deslocamento alternativo on-board do trem (42); (h) recebimento e armazenamento na referida memória de computador de dados operacionais indicativos de sinais vitais de equipamento, sinais de controle do trem, sinais de leitora de etiquetas de marca de milha e sinais de condições (70, 14, 32) de beira de estrada; e (i) comparação dos referidos dados operacionais, sinais de controle do trem, sinais de leitora de etiquetas de marca de milha e sinais de condições de beira de estrada com parâmetros operacionais aceitáveis correspondentes e para produzir, automaticamente, um alarme, quando um dado operacional, um sinal de controle de trem, um sinal de leitora de etiquetas de marca de milha ou sinal de condições de beira de estrada não se conforma com um parâmetro operacional (70, 14) aceitável correspondente.
32. Método de controle de tráfego, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de uso de um processador eletrônico para otimizar, de acordo com um objetivo de otimização predeterminado, a referida etapa de cálculo de um esquema de deslocamento alternativo para cada um dos referidos trens (70).
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