BRPI0706029A2

BRPI0706029A2 - método e dispositivo para a otimização de uma viagem de trem utilizando sinais de informação

Info

Publication number: BRPI0706029A2
Application number: BRPI0706029-7A
Authority: BR
Inventors: Ajith Kuttannair Kumar; Wolfgang Daum; Tom Otsubo; John Erik Hershey; Gerald James Hess
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2011-03-15
Also published as: CN102806923B; CN101415594B; BRPI0706026A2; ZA200802191B; JP2010512265A; RU2008108985A; JP2010512266A; WO2008073545A2; AU2007294585B2; ZA200802282B; RU2008109249A; RU2482990C2; CN101432179A; CN102806923A; JP5469462B2; AU2007289021A1; ZA200802279B; US8370006B2; WO2008073545A3; AU2007294585A1

Abstract

Método e dispositivo para a otimização de uma viagem de trem utilizando sinais de informação. Uma forma de realização da invenção compreende um sistema para operar uma malha ferroviária o qual consiste de um primeiro veículo ferroviário (400), durante uma viagem ao longo de uma ferrovia segmentada (401, 412, 420). O sistema compreende um primeiro elemento (65) para determinar os parâmetros de viagem do primeiro veículo ferroviário; um segundo elemento (65) para determinar parâmetros de viagem de um segundo veículo ferroviário (418) relativo aos segmentos de linha férrea a serem percorridos pelo primeiro veículo durante o percurso, um processador (62) para receber informações dos primeiro (65) e segundo (65) elementos e para determinar uma correlação entre a ocupação de um segmento de linha (401, 412, 420) pelo segundo veículo (418) e posterior ocupação pelo primeiro veículo (400) do mesmo seguimento, e um algoritmo incorporado dentro do processador (62) tendo acesso ás informações para criar um plano de viagem que determina uma velocidade de trajetória para o primeiro veículo (400), na qual a velocidade de trajetória responde à correlação e encontra-se ainda mais de acordo com um ou mais critérios de operação para o primeiro veiculo (400).

Description

Método e dispositivo para a otimização de uma viagem de trem utilizando sinais deinformação.

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

Este pedido de patente é uma "continuação em parte", oqual reivindica os benefícios de prioridade em relação ao pedido de patente norteamericano de título Sistema e método de otimização de viagem para um trem,depositado em 20 de Março de 2006 ao qual foi conferido o número 11/385.354, o qual éaqui incorporado como referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

As formas preferenciais de realização da presente invençãoreferem-se à otimização de operações ferroviárias, e mais especificamente à utilizaçãode sinais de linha e das chaves de linhas, conjuntamente com a monitoração e controlede operações ferroviárias para melhorar a eficiência, ao mesmo tempo em que satisfazas exigência relativas aos horários.

ANTECEDENTES DA PRESENTE INVENÇÃO

Uma locomotiva é um sistema complexo com váriossubsistemas, cada subsistema interdependente de outros subsistemas. Um operador abordo de uma locomotiva aplica forças de tração e frenagem para controlar a velocidadeda locomotiva e sua carga de vagões objetivando assegurar a chegada pontual e segurano destino desejado. O controle de velocidade deve também ser aplicado para manter asforças internas ao trem dentro de limites aceitáveis, evitando assim forças de acoplagem,isto é, forças excessivas e a possibilidade de um rompimento na composição do trem.Para realizar tal função respeitando aos limites de velocidade estabelecidos que possamvariar de acordo com a localização do trem em seu itinerário, o operador geralmentenecessita de vasta experiência na operação da locomotiva sobre o trajeto especificadocom várias configurações de comboio, isto é, diferentes quantidades e tipos de vagões.

Porém, mesmo com conhecimento e experiência suficientespara garantir uma operação segura, o operador geralmente não pode operar alocomotiva de forma a minimizar o consumo de combustível, assim como de outrasvariáveis operacionais (como por exemplo, a emissão de poluentes), durante o trajeto.Vários fatores operacionais afetam o consumo de combustível, incluindo, por exemplo,limites estabelecidos para a emissão de poluentes, características de queima decombustível e emissões da própria locomotiva, tamanho e carga dos vagões, fenômenosclimatológicos, condições de tráfego e parâmetros operacionais da locomotiva. Umoperador pode operar um trem de forma mais eficaz e eficiente (através da aplicação deesforços de tração e frenagem) se tiver acesso às informações de controle queaperfeiçoam a desempenho durante o trajeto, satisfazendo a programação de horário dechegada, e consumindo uma quantia mínima de combustível (ou otimizando algum outroparâmetro operacional), apesar das muitas variáveis que afetam a desempenho.Portanto é desejável que o operador conduza o trem sob a orientação (ou controle) deum dispositivo ou processo que recomende a aplicação de esforços de tração defrenagem para otimizar um ou mais parâmetros operacionais.

BREVE DESCRIÇÃO DA PRESENTE INVENÇÃO

De acordo com uma das formas preferenciais de realização,a presente invenção inclui um sistema para operar uma rede ferroviária o qual consistede um primeiro veículo ferroviário, durante uma viagem ao longo de uma ferroviasegmentada. O sistema inclui um primeiro elemento para determinar parâmetros deviagem para o primeiro veículo ferroviário, um segundo elemento para determinarparâmetros de viagem de um segundo veículo ferroviário relativo aos segmentos de linhaférrea a serem percorridos pelo primeiro veículo durante o percurso, um processadorpara receber informações dos primeiro e segundo elementos e para determinar umacorrelação entre a ocupação de um segmento de linha pelo segundo veículo e posteriorocupação pelo primeiro veículo e um algoritmo incorporado dentro do processador tendoacesso às informações para criar um plano de viagem que determina uma velocidade detrajetória para o primeiro veículo, na qual a velocidade de trajetória responde àcorrelação e encontra-se ainda mais de acordo com um ou mais critérios de operaçãopara o primeiro veículo.

De acordo com uma outra forma preferencial de realização,a presente invenção inclui um método para operar um veículo ferroviário durante umaviagem ao longo de segmentos de linha de uma malha ferroviária. O método incluideterminar os parâmetros de viagem do veículo, determinar os parâmetros de viagempara outros veículos em percurso na malha ferroviária, e executar um algoritmo queresponde aos parâmetros do veículo, assim como aos parâmetros dos outros veículos,de forma a otimizar o desempenho do veículo de acordo com um ou mais critérios deoperação para o veículo.

Ainda, de acordo com uma outra forma preferencial derealização a presente invenção inclui um código de programa de computador, para aoperação de um veículo ferroviário durante uma viagem ao longo de segmentos de linhasde uma malha ferroviária. O código de programa de computador inclui um módulo deprograma de computador para determinar parâmetros do veículo, um módulo deprograma de computador para determinar parâmetros de viagem de outros veículospercorrendo a malha e um módulo de programa de computador para executar umalgoritmo que responde aos parâmetros de viagem dos outros veículos, para otimizar odesempenho de um veículo de acordo com um ou mais critérios operacionais para oveículo.

BREVE DESCRIÇÃO DAS ILUSTRAÇÕES.Uma descrição mais específica das características dasinvenções aqui descritas será apresentada através de referências às formaspreferenciais de realização específicas, realizadas por meio de ilustrações encontradasno apêndice. Compreendendo que tais ilustrações apresentam apenas formaspreferenciais de realização para a presente invenção, de forma típica, e que portanto nãodevem ser consideradas como restritivas em escopo, as formas preferenciais derealização da presente invenção serão descritas e explicadas com precisão e detalhesadicionais e através do uso das ilustrações que as acompanham, nas quais:

A figura 1 ilustra um diagrama de fluxos simplificado das formas preferenciais derealização da presente invenção;

A figura 2 ilustra um modelo simplificado do trem que pode vir a ser utilizado;

A figura 3 ilustra um de uma forma preferencial exemplar de realização de elementosda presente invenção;

A figura 4 ilustra uma forma preferencial exemplar de realização da presenteinvenção de uma curva de tempo com a razão de consumo de combustível pelo tempode viagem;

A figura 5 ilustra uma forma preferencial exemplar de realização da presenteinvenção de desagregação de segmentos para o planejamento de itinerários;

A figura 6 ilustra uma forma preferencial exemplar de realização da presenteinvenção de segmentação;

A figura 7 ilustra um diagrama de fluxos exemplar de uma forma preferencial derealização para a presente invenção;

A figura 8 ilustra um exemplo de visor dinâmico a ser utilizado pelo operador;

A figura 9 ilustra outro exemplo de visor dinâmico a ser utilizado pelo operador;

A figura 10 ilustra mais outra ilustração exemplar de visor dinâmico a ser utilizadopelo operador; e

As figuras 11-A e 11-B ilustram bloqueios de trilho e sinais e uma trajetória dedeslocamento de locomotiva como relacionados às formas preferenciais de realização dapresente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Agora será feita referência, em detalhes, às formas derealização consistentes com a invenção, exemplos das quais estão ilustradas nosdesenhos em anexo. Sempre que possível, os mesmos números de referência usadosnas diversas figuras se referem a partes iguais.

As formas de realização da presente invenção tentamsuperar certas desvantagens da arte através do fornecimento de um sistema, de ummétodo e de um método implementado através de um computador, para determinar eimplementar uma estratégia de condução de um trem incluindo uma consistência delocomotivas e uma pluralidade de vagões ferroviários, através do monitoramento e docontrole (tanto diretamente quanto através de ações sugeridas ao operador) dasoperações de um trem de modo a melhorar certos parâmetros operacionais objetivos aomesmo tempo em que satisfaz a programação ou agenda, bem como as restrições develocidade. A presente invenção também é aplicável para um trem que inclui diversasconsistências de locomotivas distanciadas da consistência líder de locomotivas econtroláveis pelo operador do trem (referido como trem de tração distribuída).

As pessoas com proficiência na arte irão perceber que umdispositivo, tal como um sistema de processamento de dados, incluindo uma CPU, umamemória, um dispositivo de entrada e saída l/O, um armazenador de programa, umbarramento de conexão e outros componentes apropriados, poderia ser programado, oude qualquer forma projetado, para facilitar a realização, na prática, do método dainvenção. Um tal sistema poderia incluir meios apropriados de programa para executaros métodos destas formas de realização.

Em uma outra forma de realização, um artigo manufaturado,tal como um disco pré-gravado ou um produto de programa de computador semelhante,para uso em um sistema de processamento de dados, poderia incluir um meio dearmazenamento e meios de programa gravados neste, de modo a orientar o sistema deprocessamento de dados a permitir a realização, na prática, do método da invenção. Taisdispositivos e artigos manufaturados também estão incluídos dentro do espírito e doescopo da invenção.

Falando de forma geral, os aspectos da presente invençãoensinam um método, um dispositivo e um programa para se determinar e implementaruma estratégia de condução de um trem, de modo a melhorar certos parâmetrosoperacionais objetivos, ao mesmo tempo em que satisfazem a agenda ou programação eos limites de velocidade. Para facilitar o entendimento da presente invenção, esta serádescrita, em diante, com referência a uma sua implementação específica.

As invenções são descritas dentro do contexto geral dasinstruções executáveis por um computador, tais como os módulos de programa decomputador, que são executados por um computador. De forma geral, os módulos deprograma de computador incluem rotinas, programas, objetos, componentes, estruturasde dados, etc., os quais realizam tarefas em particular ou que implementam tiposparticulares de dados abstratos. Por exemplo, os programas de computadorconsubstanciam as formas de realização de exemplo da invenção e podem sercodificados através de diversas linguagens, para uso em plataformas diferentes. Nadescrição que segue, os exemplos da invenção podem ser descritos dentro do contextode um portal web o qual emprega um navegador web. Contudo, poderá ser percebidoque os princípios da invenção que formam a base das formas de realização de exemploda invenção podem ser igualmente implementados através de outros tipos de tecnologiasde programação de computador.

Ainda mais, os peritos na arte irão perceber que as formasexemplificativas de realização da presente invenção podem ser realizadas, na prática,através de outras configurações de sistemas de computador, incluindo os dispositivosportáteis ou hand-held, os sistemas de microprocessadores, os dispositivos eletrônicosbaseados em microprocessadores ou programáveis pelo usuário, minicomputadores,computadores de tipo mainframe, e similares. As formas de realização de exemplo dainvenção também podem ser realizadas na prática em ambientes de computaçãodescentralizados, nos quais as tarefas são realizadas por dispositivos remotos deprocessamento e os quais estão ligados através de uma rede de comunicação. Em umambiente de computação descentralizado, os módulos do programa podem estarlocalizados em meios de armazenamento de instruções de computador, tanto locaisquanto remotos, incluindo as memórias de armazenamento. Estes ambientes decomputação, tanto locais quanto remotos, podem estar totalmente contidos dentro dalocomotiva, ou em locomotivas adjacentes à consistência, ou não embarcados nestas, ásmargens da linha ou em escritórios centrais, com os quais é utilizada uma comunicaçãosem fio ou através de cabeamento.

O termo consistência de locomotivas significa uma ou maislocomotivas em sucessão, ligadas entre elas de tal forma a fornecer uma capacidademotora ou de frenagem sem vagões ferroviários entre elas. O trem pode apresentar umaou mais consistências de locomotivas. Especificamente, pode existir uma consistêncialíder e uma ou mais consistências remotas, tal como no meio da linha de vagões e outraconsistência remota ao final do trem. Cada consistência de locomotivas pode apresentaruma primeira locomotiva ou locomotiva líder, e uma ou mais locomotiva(s) atrás desta.Uma vez que uma consistência de locomotivas é normalmente vista como uma sucessãode locomotivas, os peritos na arte irão prontamente perceber que um grupo deconsistências de locomotivas também pode ser reconhecido como uma consistênciamesmo quando um carro ou vagão separa as locomotivas, tal como quando aconsistência de locomotivas é configurada para uma operação com tração distribuída, naqual os comandos de aceleração e de frenagem são disseminados a partir da locomotivalíder para os trens remotos através de um canal de radio ou de um cabo elétrico. Nestesentido, o termo consistência de locomotivas não deve ser considerado como um fatorlimitativo quando da descrição de diversas locomotivas dentro do mesmo trem.

Ora serão descritas as formas de realização da presenteinvenção, fazendo-se referência aos desenhos. As formas de realização de exemplo dainvenção podem ser implementadas de diversas formas, incluindo um sistema (o qualinclui um sistema de processamento de dados), um método (o qual inclui um métodocomputadorizado), um dispositivo, um meio passível de ser lido por um computador, umproduto na forma de um programa de computador, uma interface gráfica para com ousuário, incluindo um portal web, ou uma estrutura de dados fixada de forma tangível emuma memória passível de ser lida por um computador. Abaixo serão descritas diversasformas de realização da invenção.

A figura 1 apresenta uma ilustração de exemplo de umdiagrama de fluxo de uma forma de realização de exemplo da presente invenção. Talcomo ilustrado, as instruções são entradas ou inserções específicas para o planejamentode uma viagem tanto a bordo quanto a partir de um local remoto, tal como um centro deexpedição 10. Tais informações inseridas incluem, mas não estão limitadas a, a posiçãodo trem, a descrição da consistência (tal como os modelos das locomotivas), a descriçãoda potência da locomotiva, a performance da transmissão de tração da locomotiva, oconsumo de combustível pelo motor como uma função da potência útil transferida, asemissões do trem ou da locomotiva como uma função da velocidade pelo ajuste dapotência e das cargas dinâmicas, as características de refrigeração, a rota pretendidapara a viagem (grau de inclinação efetivo e curvatura como uma função dos marcosferroviários ou um componente de "grau de inclinação efetivo" para refletir a curvatura deacordo com o padrão para as práticas ferroviárias), o trem representado pela composiçãoe pela carga junto com os coeficientes de arrasto efetivo, os parâmetros desejados paraa viagem incluindo, mas não limitados a, o momento de início e a localização, o local dechegada, o tempo desejado de viagem, a identificação da tripulação (usuário e/ouoperador), o final do turno da tripulação e a rota.

Estes dados podem ser fornecidos para a locomotiva 42através de diversas formas, tais como, mas não limitadas a, um operador inserindo estesdados de forma manual na locomotiva 42 através de uma tela a bordo, as característicasfornecidas pelo fabricante ou pelo operador, a inserção de um dispositivo de memória talcomo um cartão rígido e/ou um drive USB contendo os dados em um receptáculo ouconector a bordo da locomotiva, e através da transmissão das informações por meio deuma comunicação sem fio, a partir de um local 41 centralizado ou às margens daferrovia, tal como um dispositivo de sinalização da linha e/ou um dispositivo marginal,para a locomotiva 42. As características de carga da locomotiva 42 e do trem 31 (p. ex.,arraste) também podem ser alteradas durante a rota (p. ex., com a altitude, atemperatura ambiente e as condições dos trilhos è dos vagões), e o plano pode seratualizado de modo a refletir tais mudanças, conforme necessário, através de qualquerum dentre os método supra descritos e/ou através da captura autônoma e em tempo realdas condições do trem/locomotiva. Os dados atualizados que afetam o processo deotimização da viagem podem ser fornecidos através de qualquer um dos métodos etécnicas supra descritos e/ou através da captura autônoma em tempo real das condiçõesda locomotiva/trem. Tais dados atualizados incluem, por exemplo, as mudançasdetectadas nas características do trem ou da locomotiva detectadas pelo equipamento demonitoramento a bordo ou não da locomotiva(s) 42.

O sistema de sinalização de linha indica certas condições e fornece instruções ao operador do trem que se aproxima do sinal. O sistema desinalização, o qual é descrito com maiores detalhes abaixo, indica, por exemplo, umavelocidade permitida para o trem por um trecho da linha e fornece as instruções deparada e avanço para o operador do trem. Os detalhes do sistema de sinalização,incluindo a localização dos sinais e as regras associadas com os diversos sinais estãoarmazenados no banco de dados 63 embarcado.

Com base na especificação dos dados de entrada nasformas de realização de exemplo da presente invenção, é calculado um plano otimizadopara produzir um perfil de viagem 12, o qual minimiza o uso de combustível e/ou asemissões produzidas, sujeito às restrições dos limites de velocidade ao longo da rota econsiderando os horários de partida e de chagada. O perfil contém a velocidadeotimizada e os ajustes de potência (marcha de trabalho) otimizados do trem que segue,expressos como uma função da distância e/ou do tempo, e os limites operacionais dotrem incluindo, mas não limitados a, os ajustes máximos para a marcha de trabalho epara a frenagem, e os limites de velocidade como uma função da localização, e oconsumo de combustível e a geração de emissões que são esperados. Em uma formade realização de exemplo, o valor do ajuste para a marcha de trabalho [notch] éselecionado de modo a se obter as decisões de mudança de aceleração a cada períodode 10 a 30 segundos. Os peritos na arte irão prontamente perceber que as decisões demudança de aceleração podem acontecer em períodos maiores ou menores, senecessário e/ou desejado, de modo a seguir um perfil otimizado de velocidade. Emsentido amplo, deve ficar evidente para uma pessoa com proficiência na arte que osperfis fornecem os ajustes de potência para o trem, tanto a nível do trem quanto a nívelda consistência e/ou a nível do trem individual. A potência compreende a força defrenagem, a força motriz e a força dos freios a ar. Em uma outra forma preferida derealização, ao invés de operar, de forma tradicional, com ajustes discretos para asmarchas de trabalho, a forma de realização de exemplo da presente invenção está apta aselecionar um ajuste contínuo da potência, o qual é determinado como sendo o otimizadopara o perfil selecionado. Destarte, e por exemplo, se um perfil otimizado especifica umajuste da marcha de trabalho de 6,8, ao invés de operar com um ajuste da marcha detrabalho de 7, a locomotiva 42 pode operar em 6,8. A possibilidade de se operar comajustes de potência intermediários pode trazer benefícios adicionais para a eficiência, talcomo descrito abaixo.

O procedimento usado para computar o perfil ótimo podeser através de qualquer um dos métodos de computação para uma seqüência depotência a qual guia o trem 31, de modo a minimizar o consumo de combustível e/ou asemissões, desde que respeitados as restrições para a locomotiva e para a programaçãoou agenda de horários, tal como sintetizado abaixo. Em alguns casos, o perfil otimizadonecessário pode ser muito próximo de um anteriormente determinado, devida asimilaridade da configuração do trem, da rota e das condições ambientais. Nestes casos,pode ser suficiente consultar o guia de trajeto dentro do banco de dados 63 e tentarsegui-lo.

Quando não existe nenhum plano previamente computado,os métodos para calcular um novo incluem, mas não estão limitados a, calculardiretamente o perfil ótimo utilizando modelos de equações diferenciais os quaisreproduzem, de forma aproximada, a movimentação física do trem. O ajuste envolve eseleção de uma quantidade de funções objetivas, usualmente uma soma ponderada(integral) das variáveis do modelo, as quais correspondem à taxa de consumo docombustível e de geração das emissões, mais um termo para penalizar uma variaçãoexcessiva da aceleração.

Uma fórmula otimizada de controle é acertada paraminimizar a função quantitativa objetiva que é submetida às restrições incluindo, mas nãolimitada a, os limites de velocidade e os ajustes mínimo e máximo para a potência(aceleração). Dependendo dós objetivos do plano, a qualquer tempo, o problema podeser ajustado de forma flexível de modo a minimizar o consumo de combustível sujeito asrestrições das emissões e dos limites de velocidade, ou para minimizar as emissõessujeito às restrições de combustível e do horário de chegada. Também é possível ajustar,por exemplo, o objetivo de minimizar o tempo total de viagem sem as restrições relativasa quantidade total de emissões-ou de uso de combustível, sendo que tal relaxamento dasrestrições poderia ser permitido ou necessário para a missão.

Por todo este documento, são apresentados exemplos deequações e de funções objetivas destinadas a minimizar o consumo de combustível dalocomotiva. Estas equações e funções tem apenas o intuito de ilustração, posto quepodem ser empregadas outras equações e funções objetivas para otimizar o consumo decombustível ou para otimizar outros parâmetros operacionais do trem/locomotiva.

O problema a ser solucionado pode ser posto maisprecisamente de forma matemática. A física básica do movimento é expressa por:

<formula>formula see original document page 9</formula>

na qual x é a posição de trem, v é a sua velocidade e t é o tempo (em milhas, milhas porhora e minutos ou horas, conforme apropriado) e u é o comando de entrada para amarcha de trabalho (aceleração). Além disto, D indica a distância a ser percorrida, Tf ohorário desejado de chegada na distância D ao longo da linha, Te é o esforço de traçãoproduzido pela consistência de locomotivas, Ga é o arraste gravitacional o qual dependedo comprimento do trem, da composição do trem e do terreno no qual o trem estálocalizado, R é o arraste dependente da velocidade efetiva [net speed] da consistência delocomotivas e da composição do trem. As velocidades iniciais e finais também podem serespecificadas, mas sem perda do caráter genérico são tidas aqui como sendo zero (tremparado no início e no final). O modelo pode ser prontamente modificado de modo a incluiroutras dinâmicas importantes tais como o atraso entre uma mudança de aceleração, u, edo esforço de tração ou de frenagem resultante.

Todas estas medições da performance podem serexpressas com uma combinação linear de qualquer um dentre os seguintes:

- Minimiza o consumo total de combustível

- Minimiza o tempo de viagem

- Minimiza a marcha de trabalho (entrada constanteponto a ponto)

- Minimiza a marcha de trabalho (entrada contínua)

5. A substituição do termo do combustível F em (1) pelo termo correspondente àprodução das emissões.

Uma função objetiva comumente empregada erepresentativa é a seguinte:

<formula>formula see original document page 10</formula>

Os coeficientes da combinação linear dependem daimportância (peso) dado a cada um dos termos. Note-se que na equação (OP), u(t) é avariável de otimização que é a posição da marcha de trabalho contínua. Caso sejanecessária uma marcha de trabalho discreta, p. ex., para locomotivas antigas, a soluçãoda equação (OP) é tornada discreta, o que pode resultar em uma menor economia decombustível. Encontrar a solução de menor tempo (a, é fixado em zero e a2 é fixado emzero ou em um valor relativamente pequeno) é usado para encontrar a menor ligaçãopara o tempo de possível (T, = Tmin). Neste caso, tanto u(t) quanto Tf são as variáveis deotimização. A forma preferida de realização soluciona a equação (OP) para diversosvalores de Tf com Tf > Tfmin com a3 fixado em zero. Neste último caso, Tf é tratado comouma restrição.

Para aqueles que estão familiarizados com as soluções detais problemas de otimização, pode ser necessário adicionar restrições, p. ex., os limitesde velocidade ao longo da trajetória:

<formula>formula see original document page 11</formula>

ou quando se utiliza o tempo mínimo como o objetivo, uma tal restrição do ponto finaldeve aguardar, p. ex. o total de combustível consumido deve ser menor que aqueledentro do tanque, p. ex., por meio de:

<formula>formula see original document page 11</formula>

na qual Wf é a quantidade de combustível restante dento do tanque. Os peritos na arteirão prontamente perceber que a equação (OP) pode estar em outras formas, assimcomo o quanto apresentado supra é um exemplo de equação para uso na forma derealização de exemplo da presente invenção.

As referencias as emissões, no contexto das formas derealização de exemplo da presente invenção, de fato, são direcionadas para as emissõescumulativas produzidas na forma de emissões de óxido de nitrogênio (NOx), dehidrocarbonetos não queimados e de particulados. Por projeto, cada locomotiva deveobedecer aos padrões de emissão da EPA, e assim, quando as emissões são otimizadasna forma de realização de exemplo da presente invenção, esta será a quantidade deemissões totais da missão para a qual não existe especificação EPA hoje. Em qualquermomento, as operações devem obedecer aos regulamentos federais da EPA.

Caso um objetivo chave, durante uma missão, seja o dereduzir as emissões, a fórmula de controle otimizada, equação (OP)1 deve ser aditada demodo a levar em consideração este objetivo da viagem. Uma flexibilização chave noajuste da otimização é o de que todos e quaisquer objetivos da viagem possam variar deacordo com a região ou com a missão. Por exemplo, para um trem de alta prioridade, umtempo mínimo pode ser o único objetivo em uma rota, devido a sua alta prioridade detrânsito. Como um outro exemplo, a geração das emissões pode variar de estado paraestado, ao longo da rota planejada para o trem.

Para solucionar o problema resultante da otimização, umaforma de realização de exemplo da presente invenção transfere o problema do controledinâmico otimizado, dentro do domínio do tempo, para um problema equivalente deprogramação de estatística matemática com N variáveis de decisões, na qual o número"N" depende da freqüência com a qual são feitos os ajustes no acelerador e nos freios,bem como a duração da viagem. Para os problemas típicos, este N pode ser de milhares.Por exemplo, e em uma forma de realização de exemplo, pode-se supor um tremviajando por uma linha direta com 172 milhas [cerca de 275 Km] pelo sudoeste dosEstados Unidos. Empregando a forma de realização de exemplo da presente invenção,uma economia de, p. ex., 7,6% no consumo de combustível pode ser conseguida quandose compara uma viagem determinada e realizada utilizando a forma de realização deexemplo da presente invenção contra o histórico real de uso da aceleração/frenagemdeterminado por um maquinista. O aumento da economia é conseguido devido ao fato deque a otimização obtida através do uso da forma de realização de exemplo da presenteinvenção produz uma estratégia de condução tanto com um menor arraste quanto comuma perda por freios menor, ou nenhuma, quando em comparação com um plano deviagem de um maquinista ou operador.

Para tornar a otimização supra descrita passível de sertratada por computador, deve ser empregado um modelo simplificado do trem, tal como oquanto ilustrado na figura 2 e nas equações supra descritas. Um refinamento chave doperfil otimizado é produzido através da condução de um modelo mais detalhado, no qualé gerada a seqüência de tração otimizada, de modo a testar se as demais restriçõestérmicas, elétricas e mecânicas são violadas, levando a um perfil modificado davelocidade pela distância que seja mais próximo a um deslocamento que pode serconseguido sem danificar a locomotiva ou bs equipamentos do trem, isto é, satisfazendoas restrições adicionais implícitas tais como os limites térmicos ou elétricos da locomotivaou as forças internas aos vagões do trem.

Fazendo novamente referência a figura 1, uma vez que éiniciada 12 a viagem, são gerados os comandos de tração 14 de modo a colocar o tremem movimento. Dependendo do ajuste operacional para a forma de realização deexemplo da presente invenção, um comando é destinado a que a locomotiva siga ocomando otimizado de tração 16 de modo a atingir a velocidade otimizada. A forma derealização de exemplo da presente invenção obtém a velocidade real e as informaçõesde tração a partir da consistência 18 de locomotivas do trem. Devido as inevitáveisaproximações pelos modelos usados para a otimização, um cálculo em Ioop fechado dascorreções para a tração otimizada é obtido através do rastreamento da velocidadeotimizada desejada. Tais correções dos limites operacionais do trem podem ser feitas deforma automática ou através do operador, o qual sempre tem o comando final do trem.

Em alguns casos, o modelo usado na otimização podediferir significativamente do trem real. Isto pode acontecer por diversos motivos, incluindomas não limitado a, alocação e encaminhamento de cargas extras, locomotivas quefalham durante a rota, e a erros no banco de dados 63 inicial ou a entradas de dadoserrôneas feitas pelo operador. Por estas razões, é previsto um sistema de monitoramentoo qual se utiliza de dados em tempo real para estimar os parâmetros da locomotiva ou dotrem em tempo real 20. Os parâmetros estimados são então comparados com osparâmetros assumidos e que foram usados quando a viagem foi inicialmente criada 22.Baseado em qualquer diferença entre os valores assumidos e estimados, a viagem podeser re-planejada 24. Tipicamente, a viagem é re-planejada caso possa advir umaeconomia maior do novo plano.

Outras razões para que uma viagem venha a ser re-planejada incluem as diretivas emitidas por uma localidade remota, tal como pelaexpedição, e/ou do operador solicitando que uma mudança nos objetivos sejaconsistente com os objetivos mais globais de planejamento- dos movimentos. Osobjetivos mais globais de planejamento dos movimentos podem incluir, mas não estãolimitados a, as programações ou as agendas de outros trens, para permitir que aexaustão se dissipe de um túnel, as operações de manutenção, etc. Outra razão podeser devida a uma falha de um componente a bordo. As estratégias de re-planejamentopodem ser agrupadas em ajustes incrementais e maiores, dependendo da seriedade doproblema, tal como será descrito com maiores detalhes abaixo. Em geral, um "novo"plano deve ser derivado dé uma solução da equação (OP) de otimização do problemasupra descrito, mas freqüentemente podem ser encontradas soluções aproximadas maisrápidas, como aqui descrito.

Em operação, a locomotiva 42 irá continuamente monitorara eficiência do sistema e atualizar continuamente o plano de viagem com base nasmedições reais da eficiência, sempre que uma tal atualização possa melhorar aperformance da viagem. Os cálculos para o re-planejamento da viagem podem serrealizados totalmente dentro da locomotiva(s) ou total ou parcialmente deslocados paraum local remoto, tal como as instalações de processamento marginal ou de expedição,nas quais a tecnologia sem fio é utilizada para a comunicação dos planos para alocomotiva 42. A forma de realização de exemplo da presente invenção também podegerar tendências eficientes as quais podem ser usadas para desenvolver os dados dafrota de locomotivas com relação às funções de transferência da eficiência. Os dados detoda a frota podem ser usados por ocasião da determinação do plano de viagem inicial, epodem ser usados na otimização da movimentação de toda a malha quando seconsidera a localização de diversos trens. Por exemplo, a curva relativa ao tempo dedeslocamento em relação ao uso de combustível, tal como ilustrada na figura 4, reflete acapacidade de um trem, em uma rota em particular e em um dado momento, atualizadapelo conjunto de médias capturadas para diversos trens similares na mesma rota.Destarte, uma instalação central de expedição que coleta as curvas como as da figura 4,a partir de diversas locomotivas, poderia utilizar estas informações para coordenar, deuma forma melhor, a movimentação geral dos trens a fim de que se consiga umavantagem ao nível de todo o sistema, em relação à economia de combustível oudeslocamento.

Durante as operações diárias, diversos eventos podem levara necessidade de se gerar ou modificar o plano atualmente em execução, quando sepretende manter os mesmos objetivos da viagem, para quando um trem não se encontradentro da sua agenda em relação ao encontro ou a passagem de outro trem, e esteprecisa recuperar o tempo. Utilizando os dados atuais de velocidade, tração e localizaçãoda locomotiva, é feita uma comparação entre o horário de chegada planejado e o horáriode chegada 25 atualmente estimado (previsto). O plano 26 é ajustado com base nadiferença entre os horários, assim como na diferença entre os parâmetros (detectados oualterados pela expedição ou pelo operador). Este ajuste pode ser feito automaticamente,de acordo com a vontade da companhia ferroviária, em relação a como os desvios doplano devem ser tratados, ou propostas alternativas de forma manual, para o operadorembarcado ou a expedição decidirem a melhor forma de voltar ao plano. Sempre que umplano é atualizado, mas não os seus objetivos, tal como, mas não limitado ao temporestante para a chegada do mesmo, outras mudanças podem ser transformadas emfatores concorrentes, p. ex., mudanças nos novos limites de velocidade futuros, o quepoderia afetar a possibilidade de se retornar ao plano original. Em tais casos, se o planode viagem original não puder ser mantido, ou em outras palavras o trem não é capaz decumprir com os objetivos do plano de viagem original, como aqui descrito, outros planospodem ser apresentados para um operador e/ou uma instalação remota, ou expedição.

Também pode ser feito um re-planejámento quando édesejado alterar os objetivos originais. Um tal re-planejamento pode ser feito tanto emintervalos determinados de tempo, de forma manual e de acordo com adiscricionariedade do operador ou da expedição, quanto de forma autônoma quando sãoexcedidos certos limites predefinidos, tais como os limites operacionais do trem. Porexemplo, se a execução do plano atual está atrasada mais que um valor predeterminado,tal como trinta minutos, a forma de realização de exemplo da presente invenção pode re-planejar a viagem de modo acomodar o atraso às custas de um aumento do consumo decombustível, tal como supra descrito, ou para alertar o operador e a expedição sobre oquanto de tempo pode ser recomposto ao todo (isto é, qual o tempo mínimo de chegadaou qual a quantidade máxima de combustível que pode ser economizada dentro darestrição de tempo). Também podem ser previstos outros gatilhos de re-planejamentocom base no combustível consumido ou na integridade da consistência de tração,incluindo, mas não limitado a, o horário de chegada, a perda de cavalos vapor devido auma falha do equipamento e/ou a um mau funcionamento temporário do equipamento(tal como por uma operação em estado muito aquecido ou muito frio) e/ou pela detecçãode erros na inserção de dados, tal como no comprimento assumido do trem, naotimização das emissões totais, tal como ocorrido ao longo da rota e projetado para odestino final. Isto é, se a mudança se reflete de forma negativa em relação aperformance da locomotiva para o restante da viagem, esta pode ser adicionada comoum fator nos modelos e/ou nas equações usadas na otimização.

As mudanças nos objetivos dos planos também podemsurgir da necessidade de se coordenar eventos, quando o plano para um tremcompromete a capacidade de outro trem de cumprir com os objetivos e se faz necessáriauma arbitragem em um nível diferente, p. ex., pelo escritório de expedição. Por exemplo,a coordenação dos encontros e passagens ainda pode ser otimizada através dacomunicação direta de trem a trem. Assim, e como um exemplo, se um trem sabe queestá atrasado para chegar a um local de encontro e/ou de passagem, as comunicaçõesdo outro trem podem informar o trem atrasado (e/ou a expedição). O operador podeentão inserir a informação relativa ao fato de estar atrasado na forma de realização deexemplo da presente invenção, sendo que a forma de realização de exemplo da presenteinvenção irá recalcular o plano de viagem do trem. Uma forma de realização de exemploda presente invenção também pode ser utilizada em um nível mais alto, ou ao nível damalha, de modo a permitir que uma expedição determinasse qual trem deveria reduzir develocidade ou acelerar ou se uma restrição relativa a um tempo de passagem e/ou deencontro não precise ser cumprido. Como aqui descrito, isto é conseguido com trens quetransmitem dados para a expedição de modo a determinar como cada trem deve alteraro seu objetivo de plano. Uma escolha deve depender tanto da agenda quanto daeconomia de combustível, dependendo da situação.

Para os re-planejamentos iniciados de forma automática oumanual, as formas de realização de exemplo da presente invenção podem apresentarmais de um plano de viagem para o operador. Em uma forma de realização-de exemplo,a presente invenção irá apresentar perfis diferentes para o operador, permitindo que ooperador selecione o horário de chegada e compreenda o impacto em relação asemissões e a economia de combustível. Tais informações também podem ser fornecidaspara a expedição para considerações similares, tanto na forma de uma lista simples comalternativas ou como uma pluralidade de curvas operacionais, tal como ilustrada na figura 4.

Uma forma de realização de exemplo da presente invençãotem a capacidade de aprender e adaptar as mudanças chaves do trem e da consistênciade tração, as quais podem ser incorporadas tanto no plano atual quanto em planosfuturos. Por exemplo, um dos gatilhos descritos acima é a perda de potência. Quando daconstrução da potência em função do tempo, tanto após uma perda de potência quantono início de uma viagem, é utilizada a transição lógica para se determinar quando éconseguia a potência necessária. Esta informação pode ser salvada no banco de dados61 da locomotiva para uso na otimização tanto em viagens futuras quanto no caso deuma nova perda de potência dentro da viagem atual.

A figura 3 ilustra uma forma de realização de exemplo doselementos que podem ser parte de um exemplo do sistema. É previsto um elementolocalizador 30 para determinar a localização do trem 31. O elemento Iocalizador 30 podeser um sensor GPS, ou um sistema de sensores, o qual determina a localização de trem31. Exemplos de tais outros sistemas incluem, mas não estão limitados a, dispositivosmarginais [ou seja, disposto a beira da linha ferroviária], tal como equipamentosautomáticos por radio freqüência de identificação de etiquetas (RF ΑΕΙ), expedição e/oudeterminação por vídeo. Outros sistemas podem incluir o tacômetro a bordo de umalocomotiva e cálculos de distância a partir de um ponto de referencia. Tal compreviamente descrito, pode também ser previsto um sistema de comunicação sem fio 47para permitir as comunicações entre os trens e/ou com uma localidade remota, tal comoa expedição. As informações acerca da localização da viagem também podem sertransferidas de outros trens.

Um elemento de caracterização do trem 33 fornece asinformações acerca de uma linha, principalmente as informações de grau e de elevaçãoe de curvatura. Também podem ser incluídas, opcionalmente, as restrições da linha, talcomo a carga transportável pela linha. Estas restrições podem ser permanentes outemporárias. O elemento de caracterização da linha 33 pode incluir um banco de dados36 embarcado de integridade da linha. Os sensores 38 são usados para medir umesforço de tração 40 que está sendo aplicado pela consistência de locomotivas 42, oajuste da aceleração da consistência de locomotivas 42, as informações sobre aconfiguração da consistência de locomotivas 42, a velocidade da consistência delocomotivas 42, a configuração individual das locomotivas, a capacidade individual daslocomotivas, etc. Em uma forma de realização de exemplo, as informações deconfiguração da consistência de locomotivas 42 podem ser carregadas sem o uso de umsensor 38, mas são inseridas através de outros meios, tal como supra descrito. Além domais, também pode ser levada em consideração a saúde das locomotivas. Por exemplo,se uma locomotiva da consistência não está apta a operar acima da marcha de trabalho5, esta informação é usada quando da otimização do plano de viagem.

A informação do elemento Iocalizador também pode serusada para determinar um horário de chegada apropriado para o trem 31. Por exemplo,caso exista um trem 31 se movendo pela linha 34 ná direção de um destino e nenhumtrem atrás deste, e o trem não tem um prazo determinado de chegada ligado a ele, oelemento localizador, incluindo mas não limitado a um equipamento automático por radiofreqüência de identificação de etiquetas (RF ΑΕΙ), expedição e/ou determinação porvídeo, pode ser usado para gabaritar a exata localização do trem 31. Além do mais, asentradas destes sistemas de sinalização podem ser usadas para ajustar a velocidade dotrem. Utilizando a banco de dados da linha no trem, descrito abaixo, bem como oelemento Iocalizador1 tal como um GPS, a forma de realização de exemplo da presenteinvenção pode ajustar a interface do operador de modo a refletir o estado do sistema desinalização quando o estado do sinalizador indicar velocidades restritas à frente, oplanejador pode decidir reduzir a velocidade do trem para reduzir o consumo decombustível. De forma similar, o planejador pode decidir reduzir a velocidade do trempara diminuir a taxa de emissões.

As informações do elemento Iocalizador 30 também podemser usadas para alterar os objetivos do planejamento como uma função da distância atéo destino final. Por exemplo, devido as inevitáveis incertezas em relação aocongestionamento na rota, podem ser empregados os objetivos mais "rápidos" naspartes iniciais da rota como uma salvaguarda contra os atrasos, que estatisticamenteacontecem posteriormente. Se isto acontecer em uma viagem em particular na qual nãoocorram atrasos, os objetivos das partes posteriores da jornada podem ser modificadosde modo a poder explorar o tempo previamente acumulado, e assim recuperar algumaeconomia de combustível. Uma estratégia similar poderia ser evocada para os objetivosrestritivos em relação às emissões, p. ex., pela aproximação de uma área urbana.

Como um exemplo de uma estratégia de salvaguarda, se éplanejada uma viagem de Nova Iorque até Chicago, o sistema pode ter a opção deoperar o trem mais vagarosamente tanto no inicio da viagem ou no meio da viagem ouao final da viagem. A forma de realização de exemplo da presente invenção iria otimizaro plano de viagem de modo a permitir uma operação mais vagarosa ao final da viagem,devido a restrições não conhecidas, tais como, mas não limitadas a, a condição dotempo, a manutenção de linhas, etc., que podem aparecer e se tornar conhecidasdurante a viagem. Como uma outra consideração, caso sejam conhecidas áreastradicionalmente congestionadas, o plano é desenvolvido com a opção de ter uma maiorflexibilidade ao redor destas regiões tradicionalmente congestionadas. Portanto, a formade realização de exemplo da presente invenção também pode levar em consideraçãoponderações/penalidades como uma função do tempo/distância para o futuro e/ou combase em experiências passadas/conhecidas. Os peritos na arte irão prontamenteperceber que um tál planejamento e re-planejamento, o qual leva em consideração ascondições do tempo, as condições da linha, outros trens na linha, etc., pode ser levadoem consideração a qualquer momento durante a viagem, pelo que o plano de viagem éapropriadamente ajustado.

A figura 3 ilustra ainda outros elementos que podem fazerparte da forma de realização de exemplo da presente invenção. É fornecido umprocessador 44 de modo a operar para receber as informações do elemento Iocalizador30, do elemento de caracterização da linha 33 e dos sensores 38. Um algoritmo 46 operadentro do processador. O algoritmo 46 é utilizado para calcular um plano de viagemotimizado com base nos parâmetros que envolvem a locomotiva 42, o trem 31, a linha 34e os objetivos da missão, tal como supra descrito. Em uma forma de realização deexemplo, é estabelecido o plano de viagem com base nos modelos do comportamento dotrem conforme o trem 31 se move ao longo da linha 34 na forma de uma solução deequações diferenciais não lineares derivadas da física com pressupostos de simplificaçãoque são fornecidos no algoritmo. O algoritmo 46 tem acesso ás informações do elementolocalizador 30, do elemento de caracterização da linha 33 e/ou dos sensores 38 paragerar um plano de viagem que minimiza o consumo de combustível pela consistência 42,que minimiza as emissões da consistência de locomotivas 42, que estabelece um tempode viagem desejado e/ou que assegura um tempo de trabalho apropriado da tribulação aabordo da consistência de locomotivas 42. Na forma de realização de exemplo, tambémé previsto um condutor ou elemento de controle 51. Como aqui descrito, o elemento decontrole 51 é usado para controlar o trem conforme este segue o plano de viagem. Emuma forma de realização de exemplo também aqui descrita, o elemento de controle 51faz com que o trem opere a partir de decisões autônomas.

Em uma forma de realização da presente invenção, o planode viagem pode ser modificado, em tempo real, conforme o plano que estiver sendoexecutado. Isto inclui gerar o plano inicial quando está envolvida uma longa distância,devido à complexidade do algoritmo de otimização do plano. Quando a distância total deum perfil de viagem excede um dado valor, pode ser usado um algoritmo 46 parasegmentar a missão, sendo que a missão pode ser dividida por marcos do caminho.Apesar de ser descrito apenas um algoritmo 46, os peritos na arte irão prontamenteperceber que pode .ser usado mais de um algoritmo, sendo que os algoritmos podemestar ligados entre eles.

Os marcos podem incluir os locais naturais de parada dostrens 31, tais como, mas não limitados a, desvios laterais nos quais está agendado paraacontecer, em uma linha de apenas um trilho, um encontro com um trem que vem emdireção oposta ou a ultrapassagem de um trem que vem atrás deste, ou em pátios dedesvio ou nas indústrias nas quais os vagões devem ser retirados ou incluídos, e emlocais de serviços planejados. Em tais marcos, o trem 31 pode ser instado a estar nolocal dentro de um horário agendado e parar ou se mover dentro de uma faixa específicade velocidades. A duração do tempo desde a chegada até a partida nos marcos échamada de tempo de permanecia.

Em uma forma de realização de exemplo, a presenteinvenção está apta a quebrar uma viagem longa em pequenos segmentos ou trechos deuma forma esquemática especial. Cada trecho pode apresentar um comprimentoarbitrário, mas tipicamente é demarcado por pontos naturais tais como uma parada ouuma restrição significativa de velocidade, ou por marcos ferroviários chave os quaisdefinem as junções com outras rotas. Dada uma partição, ou segmento, selecionadodesta forma, é gerado em perfil de condução para cada trecho, como uma função dotempo de viagem como uma variável independente, tal como o quanto ilustrado na figura4. O combustível consumido e/ou emissões/tempo de viagem associado a cadasegmento pode ser computado antes do trem 31 alcançar o trecho da linha. Um plano deviagem total pode ser gerado a partir dos perfis de condução gerados para cada trecho.A forma de realização de exemplo da invenção distribui o tempo de viagem entre todosos trechos da viagem, de uma forma otimizada, de tal modo que o tempo de viagemrequerido é cumprido bem como o total de combustível consumido e/ou as emissões, emrelação a todos os trechos, é tão baixa quanto possível. Um exemplo de um segmento deviagem é ilustrado na figura 6 e descrito abaixo. As pessoas com proficiência na artepoderão perceber que, apesar de serem descritos trechos os segmentos, o plano deviagem pode compreender um único trecho que representa toda a viagem.

A figura 4 ilustra uma forma de realização de exemplo deuma curva do consumo de combustível em função do tempo de viagem. Em uma formasimilar de realização os peritos na arte irão prontamente perceber que também pode serlevada em consideração uma curva das emissões em função do tempo de viagem. Comopreviamente citado, e com relação à curva do consumo de combustível em função dotempo de viagem, uma tal curva 50 é gerada quando do cálculo de um perfil otimizado daviagem para diversos tempos de viagem para cada trecho. Isto é, para um dado tempode viagem 51, o combustível consumido 52 é o resultado de um perfil detalhado decondução, calculado tal como supra descrito. Uma vez alocados os tempos de viagempara cada trecho, é determinado um plano de tração/velocidade para cada trecho a partirdas soluções previamente computadas. Caso existam quaisquer restrições de velocidadeem locais específicos dos segmentos, tais como, mas não limitados a uma mudança nolimite de velocidade, estes são indicádos durante a geração do perfil otimizado daviagem. Se as restrições de velocidade mudam apenas em um segmento, a curva 50 doconsumo de combustível em função do tempo de viagem deve ser recalculada somentepara o segmento alterado. Isto reduz o tempo perdido para recalcular mais partes, outrechos, da viagem. Se a consistência de locomotivas ou o trem mudamsignificativamente ao longo da rota, p. ex., pela perda de uma locomotiva ou pelainserção ou retirada de um vagão, então os perfis de condução para todos os trechossubseqüentes devem ser recalculados, gerando novas instâncias da curva 50. Estasnovas curvas 50 poderão então ser usadas junto a novos objetivos agendados paraplanejar o restante da viagem.

Uma vez gerado um plano de viagem, tal como supradescrito, um gráfico para ao menos uma comparação entre velocidade e tração emfunção da distância, permite que seja alcançado o tempo de viagem necessário com umconsumo de combustível e/ou emissões mínimos. Existem diversas técnicas por meiodas quais o plano de viagem é executado. Tal como esclarecido abaixo com maioresdetalhes, em uma forma de realização de exemplo, e quando em um modo de instrução[coaching mode], as informações são apresentadas para o operador para que este assiga no intuito de alcançar a tração desejada e a velocidade determinada de acordo como plano de viagem otimizado. Neste modo, as informações operacionais são condiçõesoperacionais sugeridas as quais o operador deve utilizar. Em uma outra forma derealização de exemplo, são realizadas a aceleração e a manutenção de uma velocidadeconstante. Contudo, quando o trem 31 deve reduzir de velocidade, o operador éresponsável pela aplicação do sistema de freios 52. Em uma outra forma de realizaçãode exemplo da presente invenção, os comandos de aceleração e de frenagem sãofornecidos conforme necessários para se seguir a trajetória desejadavelocidade/distância. Apesar de descrito em relação a tração e velocidade, os outrosparâmetros descritos acima podem ser os parâmetros utilizados quando no modo deinstrução.

As estratégias de controle através de retorno ou feedbacksão usadas para realizar correções na seqüência de'controle da tração do perfil de modoa corrigir eventos tais como, mas não limitados a, variações na carga do trem causadaspor flutuações no fluxo de ar frontal ou no fluxo de ar de fuga ou traseiro. Um outrodentre estes tipos de erros pode ser causado por um erro nos parâmetros do trem, talcomo, mas não limitado a, a massa do trem e/ou o arraste, quando comparado com ospressupostos do plano de viagem otimizado. Um terceiro tipo de erro que pode ocorrer éem relação à informação contida no banco de dados 36 do trem. Um outro tipo de erropode envolver as diferenças de performance não modeladas devidas ao motor dalocomotiva, a degradação térmica do motor de tração e/ou a outros fatores. Asestratégias de controle através de retorno comparam a velocidade atual como umafunção da posição com a velocidade desejada no perfil otimizado. Com base nestadiferença, é realizada uma correção no perfil de tração otimizado de modo a direcionar avelocidade atual na direção do perfil otimizado. Para assegurar uma regulagem estável,pode ser previsto um algoritmo de compensação, o qual filtra as velocidades de feedbackdas correções de tração para garantir a estabilidade próxima a da performance. Acompensação pode incluir uma compensação dinâmica padrão, tal como a empregadapelos peritos na arte de projetos de sistemas de controle para alcançar os objetivos daperformance.

Dé acordo com os diversos aspectos, a presente invençãocapacita os meios mais simples, e portanto mais rápidos, para acomodar as alteraçõesnos objetivos da viagem, as quais são a regra e não a exceção, nas operaçõesferroviarias. Em uma forma de realizacao de exemplo para se determinar uma viagemcom um consumo otimo de combustivel do ponto A ao ponto B, entre os quais existemparadas ao longo do caminho, e para atualizar a viagem para o restante da vaigem umade uma viagem 97 de 200 milhas [cerca de 320 Km] com três trechos. Também estãoilustradas as mudanças de grau 98 através da viagem de 200 milhas. Também émostrado um diagrama 99 ilustrando as curvas para cada trecho da viagem relativas aocombustível empregado em função do tempo de viagem.

Utilizando o ajuste otimizado de controle previamentedescrito, o presente método de computação pode encontrar o plano de viagem com otempo de viagem especificado e com as velocidades inicial e final, de modo a satisfazertodos os limites de velocidade e as limitações de capacidade da locomotiva quandoexistem paradas. Apesar da descrição detalhada que segue ser direcionada no sentidodo uso de combustível, esta também pode ser aplicada para otimizar outros fatores, talcomo aqui descrito, quais, por exemplo, as emissões. O método pode acomodar ostempos de permanência desejados, e levar em consideração as restrições a chegadas epartidas mais cedo, por exemplo, em locais que apresentam as operações em apenasuma linha férrea, quando os horários de chegada e de partida são críticos.

De acordo com uma forma de realização, a invençãoencontra uma viagem com um consumo ótimo, em um percurso de D0 até Dm, percorridono tempo T, com M-1 paradas intermediárias em D1.....Dm.!, e com horários de chegadae de partida, nestas paradas, limitados por:

<formula>formula see original document page 22</formula>

na qual Wr(Di)1 tdep(Di) e At são a chegada, a partira e o tempo mínimo de parada na iaparada, respectivamente. Assumindo que a otimização do combustível implica naminimização do tempo de parada, então Idep(Di) = Wr(Di) + At, o que elimina a segundadesigualdade acima. Supondo que para cada i = 1.....M é conhecida a viagem comotimização de combustível de Dm até Di, para um tempo de deslocamento t, Tmin(i) á t 5Tmax(i)- A função Fj(t) é o uso de combustível que corresponde a esta viagem. Se o tempode viagem de Dh até Dj é indicado por Tjl então o horário de chegada em Di é dado por:

<formula>formula see original document page 22</formula>

na qual At0 é definido como sendo zero. A viagem com otimização de combustível de D0até Dm para um tempo de deslocamento T é então obtida encontrando-se Til /' = 1 ,...,M1 oqual pode ser reduzido como

<formula>formula see original document page 22</formula>

desde que<formula>formula see original document page 23</formula>

Uma vez que a viagem está em andamento, o problema é ode se re-determinar a solução para a otimização do combustível para o restante daviagem (originalmente do tempo D0 até Dm durante T) conforme a viagem é realizada,porém na qual problemas ou inconvenientes impedem que a solução de otimização decombustível seja seguida. Façamos com que a distância atual e a velocidade sejam x erespectivamente, sendo que Dm < x < Di. Além disto, façamos com que o tempo atual,desde o início da viagem, seja tact. Então, a solução de otimização do combustível para orestante da viagem de x até Dm, a qual mantém o horário de chegada original em Dm, éobtida encontrando-se f. T- j = i +1 M

o qual pode ser reduzido como:

<formula>formula see original document page 23</formula>

desde que

<formula>formula see original document page 23</formula>

na qual Fi(TilXiV) é o combustível utilizado na viagem otimizada de x até Dil percorridano tempo t, com uma velocidade inicial v em x.

Tal como supra descrito, uma forma exemplificativa depermitir um re-planejamento mais eficiente é o de construir a solução otimizada para umaviagem parada a parada para trechos particionados. Para a viagem de Dm até Dil comum tempo de percurso T1, escolhe-se um conjunto de pontos intermediários Dijl j=1 ,...,Nm.Façamos Di0 = Dm e DiNi = Di. Então, expressa-se o uso de combustível para a viagemotimizada de Dm até Di como

<formula>formula see original document page 23</formula>na qual Fij(t, Viij.-), Vij) é o combustível empregado na viagem otimizada de Dij.! até Dijlpercorrida em um tempo t, com velocidades inicial e final de Vi j.! e Vlj. Além do mais, ty é otempo durante a viagem otimizada o qual corresponde à posição ou distância Dij. Pordefinição, tiNj - ti0 = Ti. Uma vez que o trem está parado em Di0 e DiNi, vi0 = viNi = 0.

A expressão acima permite que a função Fj(t) sejadeterminada, de forma alternativa, primeiramente determinando as funções FijO1I < j <Ni, e então encontrando XijlI < j < Nil e Vij < j < Nil o qual se reduz a

<formula>formula see original document page 24</formula>

desde que

<formula>formula see original document page 24</formula>

Através da escolha de Dij (p. ex., nas restrições develocidade ou nos pontos de encontro), Vmax(U) - vmin(i,j) pode ser reduzido, assimreduzindo o domínio em relação ao qual FijO precisa ser conhecido.

Com base na partição supra, uma solução sub otimizada dere-planejamento mais simples que aquela supra descrita é a de se restringir o re-planejamento para as ocasiões nas quais o trem se encontra nos:pontos distantes DijlI <i < M,1 < j < Ni. No ponto Dijl a nova viagem otimizada de Dij até Dm pode ser determinadaencontrando-se Tik,j < k < Nil vik, j < k < Nll e Tmn,i < m < M11 < n < Nm, vmn, i < m < M,1 < n< Nm, o qual se reduz a

<formula>formula see original document page 24</formula>

desde que

<formula>formula see original document page 24</formula>na qual

<formula>formula see original document page 25</formula>

Uma outra simplificação é obtida fazendo aguardar a novacomputação de Tm,i < m < M até que seja alcançado o ponto a uma distancia Di. Destaforma, nos pontos Dij entre Dm e Dil a redução acima somente precisa ser realizada paraTjkJ < k á Nil vik) j < k < Ni. Ti é incrementado, conforme necessário, para acomodarqualquer tempo de deslocamento atual, entre Dm e Dil mais longo que o planejado. Estéaumento é compensado mais tarde, se possível, através do novo cálculo de Tm,i < m < M1no ponto que dista de Di.

Com relação a configuração em Ioop fechado supradescrita, a demanda total de energia necessária para mover um trem 31 de ponto A até oponto B consiste da soma de quatro componentes, especificamente da diferença daenergia cinética entre os pontos A e B; da diferença da energia potencial entre os pontosA e B; da perda de energia devida a fricção e outras perdas de arraste; e da energiadissipada durante a aplicação dos freios. Assumindo que as velocidades inicial e finaldevem ser iguais (p. ex., estacionárias), o primeiro componente é zero. Além do mais, osegundo componente é independente da estratégia de condução. Assim, é suficienteminimizar a soma dos dois componentes restantes.

Seguir um perfil de velocidade constante minimiza as perdaspelo arraste. Seguir um perfil de velocidade constante também minimiza a demanda totalde energia posto que os freios não são necessários para se manter uma velocidadeconstante. Porém, se os freios são necessários para se manter uma velocidadeconstante, a aplicação dos freios exatamente para se manter uma velocidade constanteirá provavelmente aumentar a energia total requerida devido à necessidade de recompora energia dissipada pelos freios. Existe a possibilidade de que uma pouco de frenagemreduza o total de energia utilizada caso a perda pela frenagem adicional seja maior que acontrapartida obtida com a redução resultante pelas perdas de arrasto causadas pelafrenagem, através da redução da variação de velocidade.

Após terminar o re-planejamento a partir da coleção deeventos supra descritos, o novo plano otimizado de velocidade/marcha de trabalho podeser seguido utilizando o controle por Ioop fechado aqui descrito. Porém, em algumassituações, quando pode não existir tempo suficiente para executar o planejamentodecomposto em trechos supra descrito, e em particular quando existem restriçõescríticas de velocidade que devem ser respeitadas, é necessária uma alternativa. Asformas de realização de exemplo da presente invenção conseguem isto através de umalgoritmo referido como o "controle de cruzeiro inteligente" [smart cruise control]. Oalgoritmo do controle de cruzeiro inteligente é uma forma eficiente de gerar, durante opercurso, uma prescrição sub-otimizada de eficiência da energia (ou seja, eficiência docombustível e/ou eficiência das emissões), para conduzir o trem 31 por um terrenoconhecido. Este algoritmo assume o conhecimento sobre a posição do trem 31 ao longoda linha 34 em todos os momentos, assim como o conhecimento do grau e da curvaturada linha em função da posição. O método recai sobre um modelo massa/ponto para amovimentação do trem 31, cujos parâmetros podem ser estimados, de forma adaptada, apartir das medições on Iine do movimento do trem, tal como precedentemente descrito.

O algoritmo de controle de cruzeiro inteligente apresentatrês componentes principais, especificamente um perfil modificado do limite develocidade, o qual se presta como um guia de eficiência de energia em relação asreduções do limite de velocidade, um perfil de ajuste da aceleração ideal ou da frenagemdinâmica o qual tenta um equilíbrio entre a minimização das variações de velocidade e afrenagem; e um mecanismo para combinar os dois últimos componentes de modo aproduzir um comando para a marcha de trabalho, empregando um Ioop de retorno davelocidade para compensar as disparidades entre os parâmetros modelados quando emcomparação com os parâmetros reais. O controle de cruzeiro inteligente pode acomodarestratégias, nas formas de realização de exemplo da presente invenção, as quais nãoativam os freios (isto é, a guia é sinalizada e assumida a realizar a frenagem necessária)ou uma variante que não ativa os freios. O algoritmo de controle de cruzeiro inteligentetambém pode ser configurado e implementado de modo a conseguir a eficiência dasemissões.

Com relação ao algoritmo de controle de cruzeiro inteligenteque não controla os freios dinâmicos, os três componentes de exemplo são um perfilmodificado do limite de velocidade, o qual se presta como uma guia de eficiência deenergia em relação às reduções do limite de velocidade, um sinal de notificaçãodirecionado de modo a informar ao operador quando os freios devem ser aplicados, umperfil ideal de aceleração o qual tenta obter um equilíbrio entre a minimização dasvariações de velocidade e as notificações ao operador para a aplicação dos freios, ummecanismo que emprega um Ioop de retorno, ou de feedback, para compensar asdisparidades entre os parâmetros modelados quando em comparação com osparâmetros reais.

De acordo com os aspectos da presente invenção, tambémestá incluída uma solução para identificar valores do parâmetro chave do trem 31. Porexemplo, com relação a estimativa da massa do trem podem ser utilizados um filtroKalman1 uma expansão das séries de Taylor com variação e dependência do tempo, euma solução com recurso do último quadrado, para detectar os erros que podemaparecer durante o transcorrer do tempo.

A figura 7 ilustra um diagrama de fluxo da presenteinvenção. Tal como previamente descrito, uma instalação remota, tal como umaexpedição 60, pode fornecer informações. Como ilustrado, tais informações sãofornecidas para um elemento de controle executivo 62. Também fornecidas para oelemento de controle executivo 62 são as informações de modelagem do banco dedados 63 da locomotiva, as informações do banco de dados da linha 36 tais como, masnão limitadas a, informações sobre os graus da linha e as informações sobre os limitesde velocidade da linha, os parâmetros estimados do trem tais como, mas não limitados a,o peso do trem e os coeficientes de arrasto, e as tabelas das taxas de consumo decombustível a partir de um avaliador das taxas 64. O elemento de controle executivo 62fornece informações para o planejador 12, o qual está descrito com maiores detalhes nafigura 1. Uma vez que tenha sido calculada a viagem, o plano é fornecido para umelemento 51 controlador ou condutor e visualizador da condução. O plano de viagemtambém pode ser fornecido para o elemento de controle executivo 62 de forma que estepode comparar a viagem quando outros novos dados sejam fornecidos.

Tal como supra descrito, o elemento de condução 51 podeajustar, de forma automática, uma marcha de trabalho, tanto um ajuste pré-estabelecidopara a marcha de trabalho quanto um a marcha de trabalho contínua otimizada. Emadição ao fornecimento de um comando de velocidade para a locomotiva 31, é fornecidoum visor 68 para que o operador possa ver qual o plano que está sendo recomendado. Ooperador também tem acesso ao painel de controle 69. Por meio do painel de controle69, o operador pode decidir se deve aplicar a marcha de trabalho recomendada. Paraesta finalidade, o operador pode limitar uma potência limite ou alvo. Isto é, a qualquertempo o operador sempre tem a decisão final em relação ao ajuste da potência com oqual a consistência de locomotivas irá operar. O plano de viagem pode ser modificado(não mostrado) com base no conhecimento das informações de sinalização e dalocalização de outros trens no sistema. Esta informação poderia ser obtida a partir desistemas de controle da posição/velocidade da malha ferroviária e pare deste pode residirforma do trem. Por exemplo, um de tais sistemas pode incluir um sistema dito ControlePositivo do Trem (PTC - Positive Train Contro!), o qual é um sistema integrado deinformações, comunicação, controle e comando destinado a controlar os movimentos dotrem com segurança, precisão e eficiência. De forma similar, o operador poderia limitar apotência com base nas informações de sinalização acima. Isto inclui decidir se devem seraplicados os freios caso o plano de viagem recomende a redução da velocidade do trem31. Por exemplo, quando se opera em um território negro, ou quando um equipamentomarginal não consegue transmitir eletronicamente as informações para o trem e ao invésdo operador ter que ver os sinais visuais dos equipamentos marginais, o operador insereos comandos com base nas informações contidas no banco de dados da linha e nossinais visuais do equipamento marginal. Baseado em como o trem 31 está funcionando,as informações relativas às medições do combustível são fornecidas para o avaliador ouestimador da taxa de consumo de combustível 64. Uma vez que a medição direta dofluxo de combustível não é tipicamente possível em uma consistência de locomotivas,todas as informações sobre o combustível até então consumido durante a viagem, bemcomo as projeções para o futuro seguindo o plano otimizado, são realizadas utilizando osmodelos físicos calibrados tais como aqueles utilizados no desenvolvimento dos planosotimizados. Por exemplo, tais previsões podem incluir, mas não estão limitadas, ao usoda potência bruta medida e das características conhecidas do combustível para derivarno combustível usado de forma cumulativa.

O trem 31 também apresenta um dispositivo Iocalizador 30,tal como um sensor GPS, tal como supra descrito. As informações são fornecidas para oavaliador 65 dos parâmetros do trem. Tais informações podem incluir, mas não estãolimitadas aos dados do sensor GPS, aos dados dos marcos ferroviários, aos dados dosesforços de tração/frenagem, aos dados sobre a situação dos freios, velocidade equaisquer variações nos dados sobre a velocidade. Junto as informações relativas aograu de inclinação e as informações sobre os limites de velocidade, as informaçõesrelativas ao peso do trem e aos coeficientes de arrasto são fornecidas para o elementode controle executivo 62.

As formas de realização de exemplo da presente invençãotambém podem permitir o uso de uma potência continuamente variável para oplanejamento otimizado e para a implementação de controle em Ioop fechado. Em umalocomotiva convencional, a potência é tipicamente quantificada em oito níveis discretosou individuais. As modernas locomotivas podem conseguir uma variação contínua doscavalos-vapor, o que pode ser incorporado nos métodos de otimização previamentedescritos. Com a potência contínua, a consistência de locomotivas 42 pode otimizarainda mais as condições operacionais, p. ex., através da minimização das cargasauxiliares e das perdas na transmissão da potência, e fazer um ajuste fino dofuncionamento do motor nas regiões de eficiência otimizada, ou nos pontos das margensde emissão incrementados. Exemplos incluem, mas não estão limitados à minimizaçãodas perdas no sistema de refrigeração, ao ajuste nas tensões do alternador, ao ajuste davelocidade do motor, e na redução do numero de eixos com ação motora. Além disto, alocomotiva 42 pode utilizar o banco de dados 36 embarcado sobre a linha e os requisitosde performance disseminados para minimizar as cargas auxiliares e as perdas natransmissão da potência de modo a obter uma eficiência otimizada para o consumo decombustível/emissões objetivados. Exemplos incluem, mas não estão limitados a, reduziro número de eixos de tração em terreno plano e o pré-resfriamento do motor dalocomotiva antes de adentrar um túnel.

As formas de realização de exemplo da presente invençãotambém podem usar o banco de dados 36 embarcado da linha férrea e a performancedisseminada para ajustar a performance da locomotiva, tal como para assegurar que otrem tem uma velocidade suficiente conforme este se aproxima de uma colina ou de umtúnel. Por exemplo, esta poderia ser expressa como uma restrição de velocidade paraum local em particular, a qual se torna parte da geração do plano otimizado através dasolução da equação (OP). Em adição, as formas de realização de exemplo da presenteinvenção podem incorporar as regras de condução do trem, tais como, mas não limitadasa, taxas de aumento do esforça de tração, taxas de aumento do esforço máximo defrenagem! Estes podem ser diretamente incorporados na fórmula para o perfil de viagemotimizada, ou alternativamente incorporados no regulador em Ioop fechado usado paracontrolar a aplicação da potência de modo a se obter a velocidade objetivada.

Em uma forma preferida de realização de exemplo, apresente invenção é somente instalada na locomotiva líder da consistência delocomotivas. Apesar das formas de realização de exemplo da presente invenção nãoserem dependentes dos dados e das interações com outras locomotivas, estas podemser integradas através da funcionalidade gerenciador da consistência, tal como descritonas patentes americanas de número US 6.691.957 e no pedido de patente No.10/429.596 (cedidas ao presente cessionário e aqui incorporadas como referência) e/oucom a funcionalidade otimizador de consistência de modo a melhorar a eficiência. Ainteração com diversos trens não é vetada, tal como ilustrado através do exemplo daexpedição arbitrando dois trens "otimizados de forma independente" aqui descrito.

Uma forma de realização da presente invenção pode serusada em consistências nas quais as locomotivas não são contíguas, p. ex., com uma oumais locomotivas no inicio, outras no meio e ao final do trem. Tais configurações sãochamadas de tração distribuída nas quais a conexão pádrão entre as locomotivas ésubstituída por uma canal de radio, ou por um cabo auxiliar, de modo a conectarexternamente as locomotivas. Quando se opera com tração distribuída, o operador dalocomotiva líder pode controlar as funções operacionais das locomotivas remotas daconsistência, através de um sistema de controle, tal como um elemento de controle datração distribuída. Em particular, quando se opera com tração distribuída, o operadorpode comandar cada locomotiva da consistência de modo a que esta opere em umamarcha de trabalho diferente (ou uma consistência poderia estar em ação motoraenquanto que a outra poderia éster freando), sendo que cada indivíduo na consistênciade locomotivas opera com a mesma marcha de trabalho.

Os trens com sistema de tração distribuída podem seroperados de modos diferentes. Um modo é quando todas as locomotivas no tremoperam com o mesmo comando para a marcha de trabalho. Assim, se a locomotiva líderestá comandando a aplicação de N8, todas as unidades do trem serão comandadas aatuar na marcha de trabalho N8. Outro modo de operação é através do controle"independente". Neste modo, as locomotivas ou os conjuntos de locomotivas distribuídosatravés do trem podem estar operando com esforços de tração ou de frenagemdiferentes. Por exemplo, conforme um trem alcança o cume de uma montanha, aslocomotivas líderes Qá na descendente da montanha) podem estar acionando os freios,enquanto que as locomotivas no meio e na parte traseira do trem (na parte ascendenteda montanha) podem estar tracionando. Isto é feito para minimizar as forças dedistensão sobre os acoplamentos mecânicos que ligam os vagões nas locomotivas.Tradicionalmente, a operação de um sistema de tração distribuída no modo"independente" requer que o operador comande manualmente cada locomotiva remota,ou cada conjunto de locomotivas, através de uma tela na locomotiva líder. Usando omodelo de plano baseado na física, as informações de ajuste do trem, o banco de dadosda linha a bordo, a regras de operação a bordo, o sistema de determinação dalocalização, o controle de tração/frenagem em tempo real e em Ioop fechado, e o retornodos sensores, o sistema pode automaticamente operar o sistema de tração distribuída nomodo "independente".

Quando se opera na forma de tração distribuída, o operadorna locomotiva líder pode controlar as funções operacionais das locomotivas remotas nasconsistências remotas através de um sistema de controle, tal como um elemento decontrole da tração distribuída. Assim, quando se opera na forma de tração distribuída, ooperador pode comandar cada consistência de locomotivas para operar com umamarcha de trabalho diferente (ou uma consistência poderia estar tracionando enquantooutra poderia estar freando), sendo que cada locomotiva individual dentro daconsistência de locomotivas opera com a mesma marcha de trabalho. Em uma forma derealização de exemplo, com a forma de realização de exemplo da presente invençãoinstalada no trem, de preferência em comunicação com o elemento de controle da traçãodistribuída, quando é desejado um nível de potência para a marcha de trabalho para umaconsistência de locomotivas remota, tal como quando recomendado pelo plano deviagem otimizado, a forma de realização de exemplo da presente invenção irá comunicareste ajuste de potência para a consistência de locomotivas remota de modo aimplementá-lo. Como descrito abaixo, o mesmo é verdadeiro em relação à aplicação dosfreios.

Quando se opera com tração distribuída, o problema deotimização previamente descrito pode ser aumentado de modo a permitir diversos grausde liberdade, sendo que cada uma das unidades remotas pode ser controlada de formaindependente da unidade líder. O valor disto está em que objetivos ou restriçõesadicionais relativos as forças internas ao trem podem ser incorporados na função deperformance, assumindo o modelo para refletir as forças internas ao trem também estáincluído. Assim, diversos aspectos da presente invenção podem incluir o uso de diversoscontroles de aceleração ou uma melhor troca das forças internas assim como o consumode combustível e as emissões.

Em um trem que utiliza um gerenciador de consistência, alocomotiva líder em uma consistência de locomotivas pode operar com um ajustediferente para a potência da marcha de trabalho que o das outras locomotivas nestaconsistência. As outras locomotivas na consistência operam com o mesmo ajuste para apotência da marcha de trabalho. As formas de realização de exemplo da presenteinvenção podem ser utilizadas em conjunto com o gerenciador de consistência paracomandar os ajustes das marchas de trabalho na consistência. Assim e com base nasformas de realização de exemplo da presente invenção, uma vez que o gerenciador deconsistência divide uma consistência de locomotivas em dois grupos, locomotiva líder eunidades posteriores, a locomotiva líder será comandada de modo a operar com umacerta marcha de trabalho e as locomotivas posteriores são comandadas para operar comuma outra marcha de trabalho. Em uma forma de realização de exemplo, o elemento decontrole da potência distribuída pode ser o sistema e/ou o dispositivo no qual estaoperação está alojada.

Da mesma forma, quando um otimizador de consistência éusado em uma consistência de locomotivas, as formas de realização de exemplo dapresente invenção também podem ser usadas em conjunto com o otimizador daconsistência para determinar a potência da marcha de trabalho para cada locomotiva naconsistência de locomotivas. Por exemplo, suponha que um plano de viagem recomendeum ajuste para a marcha de trabalho de 4 para a consistência de locomotivas. Com basena localização do trem, o otimizador da consistência irá levar em conta esta informação eentão determinar o ajuste para a marcha de trabalho para cada locomotiva dentro daconsistência. Nesta implementação, é melhorada a eficiência dos ajustes da potênciaselecionada pela marcha de trabalho em relação aos canais de comunicação internos aotrem. Além do mais, e tal como supra descrito, a implementação desta configuração podeser realizada utilizando-se o sistema de controle distribuído.

Ainda mais, e tal como previamente descrito, as formas derealização de exemplo da presente invenção podem ser utilizadas para correçõescontínuas e para o re-planejamento com relação a quando a consistência do trem utilizaos freios, com base nos itens de interesse que surgem, tais como, mas não limitados a,os cruzamentos ferroviários, as alterações na inclinação da linha, a aproximação desinaleiros, a aproximação a pátios de depósito, e a aproximação a estações dereabastecimento, nas quais cada locomotiva da consistência pode precisar de umaopção de frenagem diferenciada. Por exemplo, se o trem está ultrapassando o pico deuma montanha, a locomotiva à frente pode ter que entrar em uma condição de frenagem,enquanto que as locomotivas remotas, que ainda não alcançaram o pico da montanha,podem ter que permanecer na condição motriz.

As figuras 8, 9 e 10 mostram exemplos de ilustrações dastelas dinâmicas para uso pelo operador. De acordo com a figura 8, é fornecido 72 umperfil de viagem. Dentro do perfil, é fornecida a localização 73 da locomotiva. Sãotambém fornecidas algumas informações tais como o comprimento do trem 105 e onúmero de carros ferroviários 106 no trem. São também fornecidos elementos relativosao grau de inclinação 107 da linha, a curvatura e os elementos marginais 108, incluindo alocalização de pontes 109, e a velocidade do trem 110. A tela 68 permite que o operadorveja tais conformações e também veja onde o trem se encontra ao longo da rota. Sãofornecidas as informações relativas à distância e/ou ao tempo estimado de chegada paraalguns locais tais como cruzamentos 112, sinais 114, mudanças de velocidade 116,marcos terrestres 118 e destinos 120. É também prevista uma ferramenta degerenciamento do tempo de chegada 125 de modo a permitir ao usuário determinar aeconomia de combustível que está sendo conseguida durante a viagem. O operador tema capacidade de alterar os horários de chegada e presenciar como isto irá afetar aeconomia de combustível. Como aqui descrito, aquelas pessoas com proficiência na arteirão perceber que a economia de combustível é apenas um exemplo de somente umobjetivo que pode ser revisto através da ferramenta de gerenciamento. Neste sentido, edependendo do parâmetro que está sendo visto, os outros parâmetros (ou fatores, taiscomo as emissões), aqui descritos podem ser vistos e avaliados pela ferramenta degerenciamento que está visível ao operador. Ainda mais, as comparações ou gráficos,relativos a ao menos um entre combustível e/ou emissões, também podem sermostradas, apesar de não ilustradas. Ao operador também são fornecidas informaçõesacerca de por quanto tempo a tripulação está operando no trem. Nas formas derealização de exemplo, as informações concernentes ao tempo e à distância tanto podemser ilustradas de acordo com o tempo e/ou com a distância até um evento em particulare/ou uma localização, quanto podem fornecer o tempo total transcorrido.

Tal como o quanto ilustrado na figura 9, uma tela deexemplo de fornece as informações acerca dos dados da consistência 130, e doseventos e situações geográficas 132, de uma ferramenta de gerenciamento dos horáriosde chegada 134 e das teclas de ação 136. Da mesma forma, as informações similares assupra descritas são mostradas nesta tela. A tela 68 também prevê as teclas de ação 138para permitir ao operador re-planejar, assim como desabilitar as formas de realização deexemplo da presente invenção.A figura 10 ilustra uma outra forma de realização deexemplo de uma tela. Nesta podem ser visualizados os dados típicos de uma locomotivamoderna, incluindo a situação dos freios a ar 72, o velocímetro analógico com indicaçãodigital 74, e as informações acerca do esforço ou força de tração em libras força (ou emampéres de tração para as locomotivas elétricas DC). É fornecido um indicador 74 paramostrar a velocidade ótima atual no plano que está sendo executado, assim como umgráfico de aceleração para suplementar a leitura em mph/minuto. Os novos dadosimportantes para a execução do plano otimizado se encontram no centro da tela,incluindo um tráfico 76, de tipo com curva flutuante, com a velocidade e o ajuste damarcha de trabalho otimizados em função da distância, comparados com o histórico atualdestas variáveis. Na forma de realização de exemplo, a localização do trem é derivadautilizando o elemento localizador. Tal como ilustrado, a localização é fornecida através daidentificação de quão distante o trem se encontra em relação ao seu destino final, deuma posição absoluta, de um destino inicial, de um ponto intermediário e/ou de umaentrada do operador.

A curva fornece uma visão antecipada relativa às mudançasde velocidade necessárias para seguir o plano otimizado, as quais são úteis para ocontrole manual, e monitoram o plano em função da duração atual do controleautomático. Tal como aqui descrito, e de acordo com o modo de instrução, o operadortanto pode seguir o marcha de trabalho ou a velocidade sugerida pela forma derealização de exemplo da presente invenção. A barra vertical da uma indicação gráficadas marchas de trabalho atual e desejada, as quais também são mostradas digitalmenteabaixo da curva. Quando é utilizada uma marcha de trabalho contínua, tal como supradescrito, a tela simplesmente irá contornar o equivalente discreto mais próximo, a telapodendo ser uma tela analógica de tal forma a que seja mostrado um equivalenteanalógico ou um percentual ou o real da potência/esforço de tração.

As informações críticas sobre a situação da viagem sãomostradas na tela, e indicam o atual grau de inclinação que o trem encontra 88, tantopela locomotiva líder, por um local qualquer ao longo do trem ou como uma média emrelação ao comprimento do trem. Também são mostradas a distância até entãopercorrida do plano 90, o total acumulado de combustível usado 92, qual ou a quedistância está planejada a próxima parada 94, o horário de chegada atual e o projetado96 e o horário esperado para a próxima parada. A tela 68 também mostra o máximo detempo possível até o destino que é possível a partir dos planos computados disponíveis.Se é necessária uma chegada mais tardia, pode ser realizado um re-planejamento. Osdados do plano delta mostram a situação do combustível e a agenda à frente ou atrás doplano otimizado atual. Os números negativos indicam menos combustível ouadiantamento em comparação com o plano, os números positivos significam maiscombustível ou atraso em comparação com o plano, e tipicamente movimentações emdireção oposta (reduzir a velocidade para economizar o combustível causa um atraso dotrem, e vice versa).

A qualquer momento, as telas 68 dão ao operador umaposição instantânea de onde ele se encontra com relação ao plano de conduçãoatualmente instituído. Esta tela tem somente um propósito ilustrativo, visto que existemdiversas outras formas de apresentar/transmitir estas informações para o operador e/oupara a expedição. Neste sentido, as informações supra descritas podem ser mescladasde modo a fornecer uma tela diferente que as descritas.

Outras características que podem ser incluídas nas formasde realização de exemplo da presente invenção incluem, mas não estão limitadas a,permitir a geração de registros de dados e de relatórios. Estas informações podem serarmazenadas no trem e baixadas para um sistema não embarcado em algum momento.Os downloads podem acontecer por via manual e/ou através de uma transmissão semfio. Estas informações também podem ser vistas por um operador através de uma tela nalocomotiva. Os dados podem incluir informações tais como, mas não limitadas a, asentradas do operador, o tempo pelo qual o sistema está operacional, o combustíveleconomizado, o desequilíbrio da quantidade de combustível nas locomotivas do trem, ajornada do trem fora de curso, os problemas de diagnóstico do sistema tal como o maufuncionamento de um sensor GPS.

Posto que os planos devem levar em consideração o tempode trabalho permitido para a tripulação, as formas de realização de exemplo da presenteinvenção podem levar em consideração estas informações durante o planejamento daviagem. Por exemplo, caso o máximo de tempo que a tripulação possa operar seja deoito horas, então a viagem deve ser conformada de modo a incluir locais de parada paraque uma nova tripulação possa substituir a tripulação atual. Tais locais específicos deparada podem incluir, mas não estão limitados a, os pátios ferroviários, os locais deencontro/ultrapassagem, etc. Se, conforme avança a viagem, possa ser excedido otempo de trabalho da tripulação, as formas de realização de exemplo da presenteinvenção podem ser ignoradas pelo operador para satisfazer um critério determinadopelo operador. Por fim, e a despeito das condições operacionais do trem, tais como, masnão limitadas a, carga elevada, baixa velocidade, condição de tensão interna do trem,etc., o operador permanece no controle de modo a comandar a velocidade e/ou ascondições operacionais do trem.

De acordo com aspectos diferentes da presente invenção, otrem pode operar uma pluralidade de operações. Em um conceito operacional, umaforma de realização de exemplo da presente invenção pode fornecer os comandos paracomandar a propulsão, os freios dinâmicos. O operador então realiza todas as outrasfunções do trem. Em um outro conceito operacional, uma forma de realização deexemplo da presente invenção pode prever os comandos somente para comandar apropulsão. O operador então realiza a frenagem dinâmica e todas as demais funções.Em mais um outro conceito operacional, uma forma de realização de exemplo dapresente invenção pode prever os comandos da propulsão, da frenagem dinâmica e daaplicação dos freios a ar. O operador então realiza todas as demais funções do trem.

As formas de realização de exemplo da presente invençãotambém podem ser usadas para notificar o operador sobre itens que se apresentem deinteresse em relação a ações a serem tomadas, especificamente, a lógica disseminadadas formas de realização de exemplo da presente invenção as correções contínuas e ore-planejamento do plano de viagem otimizado, o banco de dados da linha, o operadorpode ser notificado da aproximação de cruzamentos, de sinais, de mudanças no grau deinclinação, da ação dos freios, de marcos marginais, de pátios ferroviários, de estaçõesde abastecimento, etc. Esta notificação pode acontecer de forma sonora e/ou através dainterface do operador.

Através especificamente do uso do modelo de planejamentobaseado no comportamento físico, nas informações de partida, no banco de dados dalinha a bordo, das regras operacionais a bordo, no sistema de determinação dalocalização, no controle dos freios/potência em Ioop fechado e em tempo real, e noretorno dos sensores, o sistema apresenta e/ou notifica ao operador as açõesnecessárias. A notificação pode ser visual ou audível. Exemplos incluem a notificação decruzamentos os que requerem que o operador ative a buzina ou o sino da locomotiva, anotificação de cruzamentos "silenciosos" que não requerem que o operador ative abuzina ou o sino da locomotiva.

Em uma outra forma de realização de exemplo, e utilizandoo modelo de planejamento baseado no comportamento físico tal como supra, asinformações de partida, o banco de dados da linha à bordo, as regras operacionais àbordo, o sistema de determinação da localização, o controle dos freios/potência em Ioopfechado e em tempo real, e o retorno dos sensores, as formas de realização de exemploda presente invenção podem apresentar ao operador as informações (p. ex., um gabaritona tela) que permite que o operador veja quando o trem irá chegar em diversos locais, talcomo ilustrado na figura 9. O sistema permite ao operador ajustar o plano de viagem(horário de chegada objetivado). Estas informações (horários de chegada atualmenteestimado ou as informações necessárias para derivar não a bordo) também podem sercomunicadas para o centro de expedição de modo a permitir ao despachante ou aosistema de despachos ajustar os horários de chegada objetivados. Isto permite que osistema ajuste rapidamente e otimize a função objetivada apropriada (por exemplo avelocidade de deslocamento e o combustível utilizado).Diversos veículos ferroviários (locomotivas, vagõesferroviários, veículos de manutenção das linhas e veículos motorizados) operam em umamalha ferroviária dentro de trechos de linha fixos ou móveis (referidos como os blocos delinha) com um sinal real ou sintético no ponto de entrada do bloco indicando a situaçãoda corrente no bloco. O sinal informa um operador do veículo ferroviário da aproximaçãode um bloco se a entrada do bloco é permitida, e se assim for, também pode avisar sobreuma restrição de velocidade com a qual se pode adentrar no bloco. A velocidade deentrada do bloco tipicamente é determinada em resposta a um estado do próximo blocosucessivo ao longa da atual trajetória do veículo.

Um sinal do bloco compreende um aspecto do sinal (umelemento visual tal como uma luz colorida ou a posição de um braço) o qual fornece umaindicação do sinal. A indicação informa ao operador do veículo se o bloco pode seradentrado e ainda pode avisar a velocidade do veículo, conforme o veículo entra etransita pelo bloco. Por exemplo, a indicação pode comandar o veículo de modo a reduzira velocidade imediatamente após a entrada no bloco ou em um local específico dentro dobloco. A indicação também poderia comandar os limites de velocidade para o blocoseguinte. Um detector de ocupação do bloco detecta se o veículo ocupa um bloco e oscomponentes de controle associados configuram os sinais de bloco precedentes ao blocoocupado de forma apropriada.

Existem diversos tipos diferentes de aspectos dos sinais dobloco, cada qual apresentando uma indicação única associada com os aspectos. Porexemplo, os sinais luminosos podem compreender uma única luz colorida controladapara indicar um estado de ligado ou desligado, ou por lentes multicoloridas iluminadaspor uma única luz, nas quais o movimento das lentes é controlado de modo a posicionara lente de cor desejada na frente da luz. Outros sinais luminosos compreendem diversasluzes operacionais com diversas lentes coloridas e com luzes piscantes.

Apesar de que o operador ira perceber visualmente oaspecto do sinal conforme o veículo se aproxima do aspecto, diversos componentesembarcados também comunicam o aspecto para o operador. Os componentes elétricospróximos do sinal da linha geram um sinal elétrico representativo do aspecto do sinal.Conforme o veículo passa sobre ou próximo a estes componentes, o sinal elétrico étransferido para um bobina indutiva de captura na locomotiva. Ao operador é assimapresentada uma indicação do aspecto do sinal dentro da cabina da locomotiva. Outrossistemas de sinalização compreendem links de comunicação sem fio entre o sinal dalinha e a locomotiva.

Um veículo que se aproxima de um bloco ocupado por umoutro veículo ira ver (tipicamente) um aspecto vermelho indicando que o veículo deveparar próximo ao bloco. Um veículo que se aproxima de um bloco não ocupado (umbloco livre) tipicamente irá ver um aspecto verde indicando que o veículo pode entrar nobloco com a sua velocidade atual.

Diversas configurações de aspectos amarelos indicam aentrada com uma velocidade restrita e uma velocidade restrita de trânsito através dobloco. Por exemplo, um trecho da linha compreende um primeiro e um segundo blocosem série com um primeiro veículo se aproximando do primeiro bloco e um segundoveículo ocupado o segundo bloco. O primeiro veículo que se aproxima pode ser deixadoentrar no primeiro bloco, mas com uma velocidade limitada a qual permite que o primeiroveículo para em segurança caso este alcance o ponto de entrada do segundo blocoantes que o segundo veículo deixe o segundo bloco. Assim, os veículos transitam pelamalha ferroviária bloco a bloco com a entrada de cada bloco sendo controlada de modo aevitar uma situação na qual dois veículos ocupem o mesmo bloco.

As chaves de mudança de linha, as quais podem direcionarum veículo que se aproxima ao longo de dois ou mais ramais de linha também pode serprotegido por um sinal. Um sinal de chave indica a situação do bloco definido pelosramais da linha e ainda pode indicar a posição da chave, permitindo ao operador doveículo que se aproxima determinar se a chave está ajustada para o ramal de linhadesejado.

Os aspectos do sinal de linha (e os aspectos do sinal dechave) e as indicações associadas informam precisamente a situação em tempo real dobloco (e da chave de linha) com base no estado de ocupação do bloco. Porém, paracontrolar a malha ferroviária e o movimento de veículos individuais na malha, pode sernecessário para a expedição ajustar os sinais do bloco e os sinais das chaves de acordocom as localizações futuras projetadas para os veículos que transitam pela malha. Taisprevisões relativas às localizações futuras dos veículos são cada vez menos precisasconforme as previsões se estende por um futuro mais distante. A natureza não previsívelda movimentação de um veículo pode fazer com que a expedição ajuste, de formaconservadora, os sinais, resultando em uma eficiência reduzida através da malhaferroviária.

A incerteza sobre estas previsões para os blocos futuros epara os sinais das chaves é devida a diversas causa incontroláveis incluindo, mas nãolimitadas a, condições ambientais tais como clima, neve, gelo e algumas vezestempestades; falhas mecânicas dos equipamentos tais como dos vagões, locomotivas,trilhos e dos equipamentos marginais; comportamentos da tripulação do trem tais comooperação do veículo e ajustes de velocidade; os esforços de manutenção tais como osreparos nas linhas e nos equipamentos marginais e os acidentes e os descarrilamentosdos veículos. Como resultado, o estado de qualquer sinal de bloco ou sinal de chavepara um trecho da linha na qual ao menos dois veículos atravessam ou utilizam o mesmotrecho da linha é conhecido precisamente somente para os últimos estados atualizados eincluindo o estado atual.

As formas de realização do otimizar de viagem supradescrito reduzem a velocidade do veículo ou param o veículo com base na situação dobloco seguinte ou do sinal de chave na trajetória de deslocamento do veiculo. Em geral, oalgoritmo de otimização de viagem reduz as velocidades até um nível no qual o consumode combustível é minimizado, permitindo que o veículo alcance a velocidade desejada naposição desejada da linha, conforme requerido, para garantir as regras de ocupação dosblocos e as restrições de velocidade. Por exemplo, se um primeiro veículo recebe umaindicação de limitação de velocidade conforme este adentra em um bloco, as regraspadrão de controle do veículo requerem que o veículo reduza a velocidade até umavelocidade designada de tal forma que este possa parar de forma segura antes deadentrar no próximo bloco no caso em que um segundo veículo estivesse ocupando, deforma concorrente, o bloco seguinte não libere o bloco quando o primeiro veiculo alcanceo ponto de entrada do bloco.

De acordo com outras formas de realização do otimizadorde viagem, o estado dos sinais de bloco adiante são antecipados ou determinados deforma probabilística e a trajetória das velocidades do veículo é controlada de acordo comos estados futuros mais prováveis para os estados dos blocos, assim otimizando oconsumo de combustível ao mesmo tempo em que aumenta o tráfego na malha. Se asituação atual dos próximos poucos (p. ex., dois, três ou mais) sinais são conhecidos (talcomo determinados pelas respectivas ocupações dos blocos), e a localização,velocidade, hora de chegada e/ou direção de deslocamento dos outros veículos quepodem interceptar a trajetória do veículo (p. ex., os parâmetros de viagem) sãoconhecidos, o otimizador de viagem determina, de forma probabilística, os estadosfuturos dos sinais que o veículo ira encontrar. Em resposta a estes, o otimizador deviagem modifica a trajetória de velocidades do veículo (a aplicação dos esforços detração e de frenagem) com base na probabilidade determinada de que os sucessivossinais de bloco possam mudar/liberar antes que o veículo alcance estes sinais. Uma vezque a determinação da probabilidade não consegue determinar definitivamente o estadofuturo dos sinais sucessivos, o otimizador de viagem ainda controla a trajetória develocidades do veículo de modo a permitir que o veículo para de forma segura ou reduzaa sua velocidade caso um estado de sinal em tempo real, apresentado ao veículo divirjado estado previsto.

Uma determinação baseada na probabilidade pode indicarse os blocos de linhas ao longo da trajetória de deslocamento do veículo podem ficarliberados conforme o veículo se aproxima destes blocos, permitindo uma entrada seminterrupções no bloco vazio. Diversos parâmetros e condições relativos aos diversosveículos e à malha devem ser levados em consideração quando da determinação destaprobabilidade. Se a probabilidade determinada é relativamente alta, o veículo écontrolado de acordo com a trajetória de velocidades em resposta ao estado previstopara os blocos. Em geral, o otimizador de viagem não irá utilizar as ocupações futuras deblocos com baixa probabilidade para controlar o veículo.

Por exemplo, assumindo que um bloco adiante estáocupado, mas é determinado, com uma probabilidade relativamente alta, de que o blocoficará liberado quando o veículo alcançar o ponto de entrada do bloco. O otimizador deviagem do veículo assim determina a trajetória de velocidades do veículo de acordo coma previsão de que o bloco estará liberado. O consumo de combustível do veículo é assimotimizado durante este intervalo da viagem.

Contudo, a trajetória de velocidades também deve levar emconsideração a possibilidade que de o bloco adiante não fique liberado, tal comoprevisto. Reconhecido que esta condição é menos provável do que a de um blocoliberado, a trajetória de velocidades inclui um início atrasado para a redução develocidade, ou seja, a redução na velocidade é atrasada para um momento posterior ou alocalização de uma linha à frente a qual fornece um tempo/distância suficiente para pararou reduzir a velocidade do trem, como necessário, caso o bloco adiante não estejadesocupado. Contudo, o atraso no início da redução da velocidade pode requerer aaplicação mais agressiva dos freios para reduzir a velocidade ou para parar o veículo.

Apesar disto, reconhece-se que a probabilidade de uma aplicação mais agressiva dosfreios ser de fato necessária é menos provável.

Assim, o otimizador de viagens de uma forma de realizaçãootimiza o consumo de combustível durante a viagem do veículo ao mesmo tempo em quesatisfaz as regras de ocupação dos blocos. Caso as previsões em relação aos blocosfuturos esteja errada, parte da otimização de combustível pode nunca ser obtida. Alémdisto, a aplicação destes conceitos de probabilística na malha ferroviária irá aumentar aeficiência no consumo de combustível para a maioria dos veículos e para a maioria dosseus encontros com as ocupações das linhas previsíveis. Apesar do consumo decombustível para os veículos individuais poder não ser sempre otimizada, o consumo decombustível para toda a malha será melhorado.

Os eventos mais próximos no tempo podem ser previstoscom uma precisão maior e podem, portanto, serem implementados na trajetória develocidades do otimizador de viagem com uma maior confiança de que eles serãoseguidos. Por exemplo, para uma malha ferroviária que inclui um primeiro e um segundoblocos em série, caso o veículo adiante esteja próximo a liberar o segundo bloco, entãopode não ser necessário reduzir a velocidade do veículo em questão conforme este entreno primeiro bloco, uma vez que o veículo adiante provavelmente irá liberar o segundobloco antes que o veículo em questão chegue no ponto de entrada do segundo bloco. Oalgoritmo de otimização de viagem, deste modo, modifica a trajetória de velocidades doveículo em questão com base na probabilidade de que o sinal irá liberar, permitindo queeste se desloque através do bloco mantendo a velocidade.

Em uma forma de realização, o otimizador de viagem utilizauma probabilidade limítrofe para determinar a trajetória de velocidades. Por exemplo,caso a probabilidade de que o bloco adiante venha a ser liberado é maior que aprobabilidade limítrofe predeterminada, então a trajetória de velocidades é determinadaassumindo um bloco adiante liberado, com permissões de parada ou de redução develocidade do veículo, se necessário, caos os eventos futuros não ocorram comoprevistos.

Em uma outra forma de realização, ao invés de usar o valorda probabilidade limítrofe, a probabilidade determinada controla o tempo/localização dalinha na qual a redução de velocidade é iniciada. Uma probabilidade mais baixa de que obloco adiante fique liberado (isto é, de que o veículo veja uma indicação verde e assimpossa entrar no bloco com a sua velocidade atual) irá resultar em um início antecipadoda redução de velocidade (isto é, tempo/localização na linha). A localização notempo/linha na qual se inicia a redução de velocidade é uma resposta à probabilidade.

Uma maior probabilidade de que um bloco adiante venha aficar livre ira resultar em um início posterior na redução de velocidade. A localização notempo/linha, na qual tem início a redução de velocidade, é novamente uma resposta aovalor da probabilidade. Porém, a localização no tempo/linha para o início da redução develocidade é sempre determinada de modo a permitir que sejam obedecidos os sinais delinha conforme o veículo os encontra em tempo real.

As informações operacionais, tais como a localização doveículo, a sua velocidade e a trajetória de deslocamento, necessárias para se determinaras probabilidades supra descritas, podem ser fornecidas através de um canal decomunicação sem fio, por exemplo, a partir do centro de expedição da rede ferroviária,para uso em um otimizador de viagem no trem. Alternativamente, as informações podemser fornecidas através de outros canais de comunicação entre a locomotiva e o centro deexpedição.

Em uma malha ferroviária com canais de comunicação entreos veículos em operação, as informações podem ser fornecidas diretamente entre osveículos na mesma trajetória de deslocamento. As informações podem ser fornecidaspelos veículos adiante do veículo em questão. Por exemplo, um veículo adiante podeavisar um ou mais entre a sua velocidade, a posição e o tempo estimado de liberação dobloco. Alternativamente, caso o veículo adiante forneça um ou mais entre a localização, avelocidade, a trajetória de velocidades (com base nas informações de inclinação/linha), adistancia até o próximo bloco, o algoritmo otimizador de viagem executado a bordo doveículo em questão pode calcular o estado previsto para o próximo bloco. Em mais umaforma de realização, o veículo em questão pode estimar o momento no qual o próximobloco ficará liberado, com base no tipo de veículo adiante, de passageiros, de altaprioridade, de baixa prioridade.

As informações a partir das quais a probabilidade deliberação do bloco adiante pode ser determinada também podem ser fornecidas a partirde sinais diretamente para os veículos.

Dependendo da localização no qual o algoritmo otimizadorde viagem executa, as informações operacionais podem ser transferidas para o localatravés de técnicas via cabeada, sem fio, por freqüência de rádio, acústica, porportadoras em linhas de energia, ópticas ou manuais.

De acordo com uma outra forma de realização, o otimizadorde viagem utiliza os conhecimentos das experiências passadas ou as indicaçõesusualmente encontradas de sinais sucessivos para prever o estado destes sinais edesenvolver uma trajetória de velocidades de acordo com estas previsões. Casoaconteça uma probabilidade alta (com base nas experiências passadas) de que o sinalestará liberado), pode não ser necessário reduzir a velocidade do veículo. Ao invés disto,a redução de velocidade (ou através da aplicação dos freios ou da redução do esforço detração) pode ser atrasada para um posterior momento no tempo ou localização na linha.

Neste momento ou nesta posição na linha, a situação do sinal em tempo real édeterminada e é tomada uma decisão com relação ao controle do veículo, por exemplo,caso o sinal não tenha ficado livre, iniciar a redução da velocidade do veículo para queeste pare no local desejado ou, caso o sinal tenha ficado livre, permitir passar através dobloco na velocidade.

As figuras 11A e 11B ilustram os conceitos descritos paraum trem ferroviário. Um trem 400 em um bloco 401 e viajando na direção indicada pelaflecha 404 se aproxima de um aspecto de sinal amarelo 408 no ponto de entrada dobloco 412 e de um aspecto de sinal vermelho 414 no ponto de entrada do bloco 420. Umtrem 418 viajando na direção indicada pela flecha 423 parece estar próximo da saída dobloco 420.

A figura 11B ilustra a trajetória de velocidades 440 para otrem 400 quando as informações relativas ao estado dos blocos 412 e 420 não sãoconhecidas pelo trem 400, conforme este se desloca através do bloco 401. Os valorespara as velocidades são indicados na abscissa e o tempo, a distância ou a localizaçãosão indicados nas ordenadas. Como pode ser visto, de acordo com o trecho da trajetória440A, o trem reduz desde a velocidade S1 até atingir a velocidade S2 no sinal 408. Avelocidade S2 é suficientemente baixa de modo a permitir que o trem desacelere demodo a que este possa parar no ponto de entrada do bloco 420 (o aspecto de sinal 414)caso o trem 418 não tenha deixado o bloco 420 quando o trem 400 alcança o ponto deentrada.

Uma função de desaceleração diferente ou um outro trechode trajetória 440B pode ser empregado no bloco 412 de modo a que a velocidade S3seja zero no aspecto de sinal 414. Alternativamente, os trechos da trajetória 440A e 440Bpodem ser similares, cada trecho de trajetória (e a velocidade S2) podem serdeterminados de acordo com as práticas determinadas pela ferrovia e/ou cada trajetóriade velocidades pode ser determinada com base no tipo e na prioridade dos trens 400 e418, nas suas velocidades e na direção de deslocamento e no valor da velocidade S1. Astrajetórias de velocidade 440A e 440B podem, alternativamente, serem não lineares.

Em uma forma de realização na qual o otimizador de viagemprevê os futuros aspectos de sinal com base nas ocupações futuras dos blocos, casoexiste uma probabilidade relativamente alta de que o bloco 420 fique liberado antes queo trem 400 alcance o ponto dé entrada do bloco (o aspecto de sinal 414), o trem 400 écontrolado de acordo com a trajetória de velocidades 444 de exemplo. Esta trajetóriapermite de velocidades que o trem 400 mantenha a sua velocidade S1 ao longo dotrecho da trajetória 444C até que um ponto (ou momento) 444B seja alcançado,momento no qual o trem 400 inicia a sua desaceleração ao longo da trajetória 444A casoo bloco 420 não esteja liberado neste momento. Caso o bloco 420 esteja liberado noponto 444B, então o trem 400 continua na trajetória de velocidades 444D.

O ponto 444B é selecionado de modo a permitir que o trem400 alcance a velocidade S2 no aspecto de sinal 408 através de uma desaceleração deacordo com a trajetória de velocidades 444A, e pode ainda ser ainda selecionado emresposta à probabilidade de que o trem 418 libere o bloco 420 antes que o trem 400alcance o aspecto de sinal 414. Por exemplo, o ponto de início da desaceleração 444B éretroagido no tempo (permitindo uma desaceleração menos agressiva ou uma frenagempara alcançar a velocidade S2 no aspecto de sinal 408) em resposta a uma probabilidaderelativamente baixa de que o bloco 420 fique desocupado. O ponto de início dadesaceleração 444B é avançado no tempo (precisando de uma desaceleração maisagressiva ou de uma frenagem para alcançar a velocidade S2 no aspecto de sinal 408)em resposta a uma probabilidade relativamente alta de que o bloco 420 fiquedesocupado. Caso o ponto 444B seja o ultimo ponto ou momento no qual o trem possainiciar uma desaceleração para alcançar a velocidade S2 no aspecto de sinal 408, eexiste uma probabilidade relativamente baixa de que o bloco 420 fique desocupado antesque o trem 400 alcance o aspecto de sinal 408, uma operação ferroviária e do tremeficiente sugere um início mais cedo da desaceleração para conservar o combustível.

Como uma alternativa para a movimentação do ponto dedesaceleração 444B ou em adição a esta, a inclinação do trecho da trajetória 444A podeser controlada em resposta à probabilidade determinada.

Note-se que a trajetória de velocidades 444 desacelera otrem 400 para a velocidade S2 no mesmo ponto ou momento em que a trajetória develocidades 440, mas precisa de uma frenagem mais agressiva, tal como indicado pelamaior magnitude da inclinação do seguimento de linha da trajetória 444A emcomparação com o seguimento de linha da trajetória 440A. Contudo, em uma situaçãona qual o ponto 444B é selecionado com base em uma probabilidade relativamente altade que quando o trem 400 estiver atravessando a trajetória de velocidades 444C (isto é,antes do início da sua redução de velocidade no ponto 444B da trajetória 444) o bloco420 fique desocupado, é muito mais provável de que o trem 400 possa passar através deum sinal 414 liberado e assim, de fato, não será preciso qualquer redução de velocidade.Apear de que a redução de velocidade da trajetória 400 pode ser algo inusitado postoque a frenagem é mais agressiva que a usualmente empregada, reconhece-se que estatrajetória é improvável de ser implementada uma vez que existe uma alta probabilidadede que o trem 418 deixe o bloco 420 e libere o sinal 414 antes que o trem 400 alcance oponto de entrada do bloco 420. Contudo, no caso em que o trem 418 não libere o bloco420 tal como previsto, o trem 400 tem a sua velocidade reduzida até a velocidade corretaS2, no local correto, e a segurança do trem não é comprometida.

Cada uma das diversas trajetórias de velocidades e osseguimentos destas (e a velocidade S2), tal como mostradas na figura 11B, podem serdeterminadas de acordo com as práticas requeridas pela ferrovia e/ou cada trajetória develocidade pode ser determinada com base no tipo e na prioridade dos trens 400 e 418 eno valor da velocidade S1. As trajetórias de velocidades podem ser não lineares, deaumento da velocidade com o tempo ou com redução da velocidade no tempo,dependendo das probabilidades determinadas, das operações ferroviárias e de outrosparâmetros do trem.

Apesar das características da probabilidade determinada dapresente invenção poder ser descrita com relação a um valor quantificado daprobabilidade, outras formas de realização podem empregar faixa de probabilidade ouestimativas qualitativas da possibilidade ou da probabilidade, especialmente caso sejareconhecido que existe uma pluralidade de fatores, incluindo os fatores que variam emfunção do tempo, os quais afetam a viagem do trem 418 através do bloco 420, e assiminfluenciam a probabilidade de que o trem 418 venha a desocupar o bloco 420 antes domomento desejado.

Em mais um outra forma de realização, a velocidade doveículo através do bloco é uma resposta à velocidade de saída do bloco determinada naforma de uma probabilidade (ou velocidade de passagem pela chave). Isto é, avelocidade é reduzida para uma primeira taxa como resposta a uma probabilidaderelativamente alta de que o bloco seguinte não esteja desocupado no momento, e avelocidade é reduzida (ou mantida, ou mesmo aumentada) de uma segunda taxa emresposta a uma probabilidade relativamente alta de que o bloco seguinte fiquedesocupado no momento. Assim, a taxa de redução da velocidade e a velocidade alvo aofinal do intervalo de redução de velocidade são respostas à possibilidade de que o blocoseguinte venha a ficar liberado antes que o trem 400 alcance o ponto de entrada dobloco. Uma trajetória de velocidades 448, ilustrada na figura 11B1 mostra uma tal taxa dedesaceleração diferente comparada com a trajetória de velocidades 444, e pode serimplementada de acordo com uma probabilidade mais baixa de que o bloco 420 venha aficar liberado do que a probabilidade associada com a trajetória de velocidades 444.

Os mecanismos de controle da velocidade e dos freios aquidescritos tentam limitar o consumo de combustível ou reduzir os esforços de frenagemem resposta as probabilidades determinadas ou das estimativas das possibilidades emrelação a ocupação futura do bloco ao longo da trajetória de deslocamento do veículo.Estas técnicas reduzem o cenário de "acelera e para" comum nas operações ferroviáriasatuais.

Em uma outra forma de realização, a probabilidade de que otrem 418 deixe o bloco 420 é continuamente determinada um o é em uma pluralidade depontos durante o seguimento da trajetória 444C. Conforme aumenta da probabilidadecalculada, o ponto 444B no qual começa a redução de velocidade pode ser movido parafrente no tempo e conforme a probabilidade é reduzida, o ponto 444B podem seratrasado no tempo.

De acordo com uma outra forma de realização, aperformance do veículo pode ser melhorada caso o otimizador de viagem considere asinformações acerca das operações previas no mesmo trecho da linha para desenvolverum plano de viagem otimizado para a viagem atual. Por exemplo, as informações sãofornecidas para o otimizador de viagem referentes as seguintes condições durante asviagens anteriores no mesmo trecho da linha: situação do sinal, ações do operador,veículo inesperado ou condições da linha e congestionamento de veículos. Estasinformações são usadas para desenvolver uma base estatística para o planejamento daviagem, assumindo que os eventos de alta prioridade irão acontecer tal como nopassado. Por exemplo, caso certos aspectos de sinal estavam presentes em 90% dasviagens anteriores no mesmo trecho da linha, o otimizador de viagem assume que osmesmos sinais irão estar presentes na viagem atual e deste modo desenvolve umatrajetória de velocidades.

Durante a viagem planejada, o otimizador de viagem verificaos aspectos de sinal em tempo real com um tempo suficiente designado de modo apermitir que este reduza a velocidade do veículo de forma segura no caso em que osaspectos de sinal não são os que ele havia previsto. Assim1 não obstante a sua baseprobabilística, a trajetória inclui uma margem suficiente (tempo e/ou distância) paracontrolar, de forme segura, o veículo sob as circunstâncias nos quais os eventos emtempo real difiram dos eventos previstos.

Como resultado destas considerações estatísticas, dentrode uma base agregada, o otimizador de viagem aumenta a eficiência do veículo. Isto é,ao mesmo tempo em que a otimização de cada viagem pode não ser melhorada devidoaos aspectos de sinal serem diferentes que o quanto previsto e o veículo pode assimprecisar ter a sua velocidade reduzida, ou ser parado, ao longo de uma trajetória develocidades "ineficiente", a eficiência do veículo será melhorada para a maioria dasviagens de veículos, isto é, a eficiência geral buscada é melhorada.

Uma vez que as condições do veículo e da linha podem serdiversas que as assumidas pelo otimizador de viagem para a geração da trajetória develocidades, podem acontecer aplicações desnecessárias dos freios as quais causemum aumento no consumo de combustível. De forma similar, uma vez que certascondições (congestionamento de veículos) ocorrem durante próximas a cada passagemde um veículo em um trecho particular da linha, uma outra forma de realização dootimizador de viagem leva em consideração estas informações estatísticas nodesenvolvimento da trajetória de velocidades.

Assim, e de acordo com uma outra forma de realização dainvenção, os planos de viagem são gerados com base não somente no pior caso ou nomelhor caso de eficiência, mas ao invés disto com base nas condições operacionais maisprováveis ou dentro de uma faixa de condições operacionais mais prováveis, levando-seem consideração a natureza estatística destas condições. Apesar de que certas formasde realização do otimizador de viagem utilizam apenas dados discretos para desenvolvera trajetória de velocidades, esta forma de realização fornece uma melhoria atravéstambém do uso de informações estatísticas as quais podem oferecer, ao menos deforma agregada, uma performance melhorada.

Para cada sinal de bloco ou de chave de linha existe umajuste típico ou mais provável dependendo dos padrões de trafego do veículo, tal como ahora do dia, a estação, o tipo de trêfego, etc. Caso possa ser determinado o ajuste maisprovável, a velocidade do veículo é ajustada de modo que possa ser conseguida avelocidade ótima de saída do bloco/chave. Ao invés de determinar o ajuste médio, outrosparâmetros estatísticos (tal como os dois limites sigma) poderiam ser usadosdependendo das variações do ajuste do sinal a partir do ponto médio e da intensidade namelhora da eficiência de combustível que pode ser obtida.

De acordo com uma outra forma de realização da presenteinvenção, a velocidade global da missão é calculada de modo a otimizar um parâmetrooperacional dentro dos blocos e é otimizada a velocidade de saída do bloco. Isto é, casouma ferramenta de planejamento adiciona uma reserva de tempo ao final de um blocoroteado, então na interface lógica entre o bloco e a reserva de tempo [time buffer] , avelocidade geral pode ser otimizada de modo a permitir o uso da reserva de tempo parauma menor velocidade no bloco, evitando a inserção de uma grande transição develocidade. Assim, as reservas de tempo, quando empregadas, podem ser consideradasnas trajetórias de velocidades supra ajustadas de modo a minimizar as grandestransições de velocidade, isto é, grandes aplicações dos freios.

Em outra forma de realização, a arbitragem entre doisveículos que estão competindo pela mesma linha fonte é considerada pelo otimizador deviagem. O veículo que fornece a operação resultante mais eficiente é selecionado parautilizar esta fonte, assim otimizando o consumo de combustível e/ou a eficiência da rede,uma vez que é improvável que a trajetória de velocidades para ambos os veículos possaser otimizada. Por exemplo, quando dois veículos se aproximam de uma intersecçãoonde cada um deles usa um único trecho de linha, o mecanismo de arbitragem determinaqual das duas escolhas ira resultar em uma malha ferroviária mais eficiente.

O algoritmo de otimizarão determina a melhor escolha combase nos parâmetros operacionais de um veículo individual e nos parâmetros da malhaferroviária. A eficiência no consumo de combustível do veículo, a velocidade ferroviáriamáxima permitida, a velocidade ferroviária média, a ordem de prioridades para achegada nos destinos são alguns dos fatores que são levados em consideração peloalgoritmo de otimização. Além disto, os resultados dos encontros prévios por veículossimilares em trechos de linha similares também podem ser levados em consideraçãopelo algoritmo. Por exemplo, um encontro anterior pode ter produzido um incrementoexcessivo na frenagem ou pode ter feito com que um dos veículos tenha excedido olimite de aceleração. A determinação de prioridade também pode estar baseada em nívellocal, regional ou da malha e pode incluir, mas não limitado a, carga, horário de chegada,eficiência no consumo de combustível, momento para a substituição do pessoal, pontode substituição da tripulação, saúde dos veículos individuais, requisitos relativos àsemissões, etc.

Os algoritmos de otimização são em geral conhecidos epodem empregar qualquer uma das seguintes técnicas para otimizar a função: sucessoda aproximação, tabela de consulta, soluções de forma fechada, filtros de Kalman, sériestemporais de Taylor, expansões ou quaisquer combinações entre estas técnicas.

Os dados para uso nos algoritmos de otimização supradescritos (os quais podem ser executados tanto embarcados no veículo quanto no centrode expedição) podem ser fornecidos através de uma transferência manual de dados apartir de equipamentos externos a locomotiva tal como do centro de expedição local,regional ou global para o veículo. Caso os algoritmos sejam executados em umequipamento marginal [ou seja, disposto ás margens de linha férrea], os dadosnecessários poderão ser transferidos para este através da passagem dos veículos ouatravés do centro de despachos. A transferência dos dados também pode ser realizadade forma automática utilizando um computador embarcado, não embarcado ou marginale um equipamento de transferência de dados. Qualquer combinação entre atransferência manual de dados e a transferência automática de dados com umaimplementação de computador em qualquer local da malha ferroviária pode ser realizadade acordo com os ensinamentos das diferentes formas de realização da presenteinvenção.

A presente invenção contempía diversas opções para que oprocessador de recebimento [host] compute os dados de otimização, incluindo oprocessamento do algoritmo na locomotiva do veículo a ser otimizado, dentro de umequipamento marginal, não embarcado (em um modelo tipo centrado no despacho) ouem um outro local da rede ferroviária. A execução pode ser pré agendada, processadaem tempo real ou comandada por um evento designado tal como por ocasião de umamudança nos parâmetros operacionais do veículo ou da locomotiva, isto é, operando osparâmetros relacionados ou pelo veiculo em questão ou por outros veículos que podemser interceptados pelo veículo em questão.

Os métodos e os dispositivos das formas de realização dainvenção oferecem uma maior eficiência no consumo de combustível pela locomotiva euma eficiência para a malha (nos níveis local, regional ou global). A técnica deotimização também fornece a capacidade de negociar a eficiência, a velocidade e asprioridades. Uma vez que as técnicas das formas de realização da invenção sãoescaláveis, estas podem fornecer benefícios imediatos para a rede ferroviária, mesmoque não implementada em toda a rede. As negociações locais também podem serconsideradas sem a necessidade de se levar em consideração toda a rede. Pòr fim, osveículos irão encontrar os melhores tempos de parada com as maiores médias develocidade. Portanto, mais veículos poderão trafegar ao longo do mesmo trecho sem anecessidade de recursos adicionais para as linhas.

Apesar da invenção ter sido descrita com referência a umaforma de realização de exemplo, ficará claro aos peritos na arte que podem ser feitasdiversas mudanças, omissões e/ou adições , bem como que elementos desta podem sersubstituídos por equivalentes sem com isto escapar do espírito e do escopo da invenção.Ainda mais, podem ser feitas diversas modificações de modo a adaptar um material emparticular ou uma situação em particular aos ensinamentos da invenção, sem com istoescapar do escopo desta. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada pelaforma particular de realização, descrita como a melhor forma contemplada de realizaçãoda invenção, mas que a invenção deva incluir todas as formas de realização que recaemdentro do escopo das reivindicações em anexo. Além do mais, à menos que sejaespecificamente declarado, qualquer uso dos termos primeiro, segundo, etc., não indicaqualquer ordem ou importância, mas ao invés disto, os termos primeiro, segundo, etc.,são usados para distinguir um elemento de outro.

Claims

1. Sistema para operar uma rede ferroviária o qual consistede um primeiro veículo ferroviário, durante uma viagem ao longo de uma ferroviasegmentada, o sistema caracterizado pelo fato de compreender:um primeiro elemento para determinar parâmetros de viagem para o primeiro veículoferroviário;um segundo elemento para determinar parâmetros de viagem de um segundo veículoferroviário relativo aos segmentos de linha férrea a serem percorridos pelo primeiroveículo durante o percurso;um processador para receber informações dos primeiro e segundo elementos e paradeterminar uma correlação entre a ocupação de um segmento de linha pelo segundoveículo e posterior ocupação pelo primeiro veículo;um algoritmo incorporado dentro do processador tendo acesso às informações paracriar um plano de viagem que determina uma velocidade de trajetória para o primeiroveículo, na qual a velocidade de trajetória responde à correlação e encontra-se aindamais de acordo com um ou mais critérios de operação para o primeiro veículo.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual a correlação compreende uma probabilidade de que o segundo veículoocupará o segmento de linha quando o primeiro veículo alcança um ponto de entradapara o segmento de linha.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato no qual a probabilidade indica se a ocupação de um segmento de linha pelosegundo veículo afetará a ocupação do mesmo segmento de linha pelo primeiro veículode acordo com o plano de viagem.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual a probabilidade determina um tempo no qual a velocidade do primeiroveículo é reduzida para evitar a ocupação de um segmento de linha de forma simultâneacom a ocupação do mesmo segmento de linha pelo segundo veículo.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato no qual uma taxa de redução da velocidade do primeiro veículo permite que oprimeiro veículo atinja uma velocidade desejada posteriormente.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual a velocidade da trajetória compreende um tempo de redução davelocidade e uma taxa de redução da velocidade, sendo que um tempo de redução develocidade posterior ou uma taxa superior de redução de velocidade levam a umacorrelação que compreende uma probabilidade mais baixa e uma redução de tempo develocidade anterior, ou uma taxa de redução de velocidade inferior, levam a umacorrelação que compreende uma probabilidade maior.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual a correlação determina uma localidade na linha onde a velocidade doprimeiro veículo é reduzida para evitar ocupar o segmento de linha de forma simultâneacom a ocupação do mesmo segmento de linha pelo segundo veículo.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato no qual a taxa para a qual a velocidade do primeiro veículo é reduzida permiteque o primeiro veículo atinja uma velocidade desejada em um ponto de entrada para osegmento de linha ocupado pelo segundo veículo.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual os parâmetros de viagem compreendem um ou mais elementos entrelocalidade, velocidade, plano de viajem, tipo, horário de chegada, direção de viagem eprioridade.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual a correlação compreende a probabilidade do segundoveículo estar ocupando o segmento de linha quando o primeiro veículo atingir um pontode entrada para o mesmo segmento de linha, e sendo que para uma probabilidadeinferior ao limite de probabilidade predeterminado, a trajetória de velocidade édeterminada como se a ocupação de um segmento de linha pelo segundo veículo nãoiria interferir cpm a ocupação do mesmo segmento pelo primeiro veículo.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o processador está a bordo do primeiro veículo e osegundo elemento fornece os parâmetros de viagem do segundo veículo através defiação, de sistema sem fio, de rádio localização, de transmissão por rádio freqüência,transmissão acústica, portadora de energia elétrica, por cabeamento ótico, e porprocessos manuais.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual a velocidade da trajetória compreende uma velocidadede trajetória para um segmento da linha imediatamente anterior a um segmento ocupadopelo segundo veículo.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual a velocidade da trajetória é modificada com o tempocomo resultado das alterações na correlação variáveis no tempo.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual a correlação responde adicionalmente à operação préviade veículos sobre segmentos de linha.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual a correlação responde adicionalmente às condições delinha e a uma condição de operação correspondente a cada um dos primeiro e segundoveículos.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual a correlação responde adicionalmente aos sinais dalinha que indicam a ocupação do segmento de linha por um veículo.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato no qual a probabilidade responde adicionalmente à umaindicação mais provável para os sinais de linha.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual a velocidade da trajetória responde adicionalmente auma prioridade relativa entre o primeiro veículo e o segundo veículo.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o segundo elemento determina uma localização emtempo real do segundo veículo relativa aos segmentos de linha e o processadordetermina uma previsão de localização para o segundo veículo em resposta à umalocalização em tempo real e a parâmetros de viagem do segundo veículo.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de ainda compreender um elemento controlador para aautonomamente dirigir o veículo de forma que este siga a velocidade da trajetória.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual um operador dirige o veículo de acordo com avelocidade da trajetória.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o algoritmo determina, de forma autônoma, aprobabilidade e atualiza a velocidade da trajetória em resposta às informações recebidasdos primeiro e segundo elementos.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual os seguímentos de linha compreendem um ou maisblocos de linha, e sendo que o segundo elemento determina a localização do segundoveículo em relação aos blocos de linha, e no qual o algoritmo otimiza o desempenho doprimeiro veículo em resposta à presença do segundo veículo em blocos de linha queconstituem segmentos de linha da viagem do primeiro veículo.

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 23,caracterizado pelo fato no qual o algoritmo otimiza o desempenho do primeiro veículoem resposta a previsões de localizações futuras do segundo veículo em relação aosblocos de linha que constituem os segmentos de linha da viagem do primeiro veículo.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 24,caracterizado pelo fato no qual o algoritmo otimiza o desempenho do primeiro veículoem resposta à uma probabilidade associada com previsões de localizações futuras dosegundo veículo.

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 24,caracterizado pelo fato no qual a velocidade da trajetória propicia o controle apropriadodo primeiro veículo se uma localização futura do segundo veículo for diferente daprevista.

27. Sistema, de acordo com a reivindicação 24,caracterizado pelo fato no qual as previsões de localizações futuras respondem alocalizações do passado do segundo veículo durante viagens anteriores sobre ossegmentos de linha.

28. Sistema, de acordo com a reivindicação 24,caracterizado pelo fato no qual as previsões de localizações futuras do segundo veículorespondem a uma ou mais condições de linha presentes e futuras e a parâmetros deoperação presentes e futuros do segundo veículo.

29. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual a velocidade de trajetória compreende uma velocidadede saída°para que o primeiro veículo saia de cada segmento de linha.

30. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o segundo elemento determina a localização do segundoveículo em resposta a informações de localização fornecidas por um equipamento amargem da linha ou de um local remoto.

31. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual os primeiro e segundo veículos ferroviários,respectivamente, compreendem um primeiro trem, que adicionalmente compreende umaprimeira locomotiva e primeiros vagões ferroviários, e um segundo trem queadicionalmente compreende uma segunda locomotiva e segundos vagões ferroviários.

32. Sistema para a operação de uma rede ferroviária o qualconsiste de um veículo ferroviário durante uma viagem do veículo ao longo de segmentosde linha, que responde à localização de outros veículos em relação aos segmentos delinha, o sistema caracterizado pelo fato de compreender:- um primeiro elemento para determinar os parâmetros do primeiro veículo;- um segundo elemento para determinar os parâmetros de viagem de outros veículos;- um processador operando de modo a receber as informações dos primeiro e segundoelementos; e- um algoritmo, incorporado dentro do processador, que tem acesso às informações deforma a criar um plano de viagem que otimize o desempenho do veículo em resposta aosparâmetros de viagem do veículo e aos parâmetros de viagem dos outros veículos, e deacordo com um ou mais critérios operacionais para o veículo.

33. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual um dos parâmetros dé viagem para os outros veículoscompreende a localização dos outros veículos, o sistema adicionalmente compreendendosinais que indicam um estado de ocupação para os segmentos de linha, em resposta àslocalizações dos outros veículos nos segmentos de linha, e sendo que o segundoelemento determina as localizações dos outros veículos que levam a geração dos sinais.

34. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual os parâmetros de viagem do veículo compreendem umalocalização do veículo, ou um tempo desde que o veículo iniciou a viagem, e sendo queos parâmetros de viagem dos outros veículos compreendem velocidade, localização,direção de viagem, e prioridade relativa.

35. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual o processador determina uma probabilidade de que umou mais dos outros veículos venha a ocupar um segmento de linha, afetando a ocupaçãopelo veículo do mesmo segmento de linha de acordo com o plano de viagem.

36. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual o processador determina um tempo no qual a velocidadedo veículo é reduzida para evitar a ocupação de um segmento de linha coincidindo com aocupação do mesmo segmento de linha por um dos outros veículos.

37. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual o processador determina uma taxa, com a qual avelocidade do veículo será reduzida para permitir que o veículo atinja uma velocidadedesejada em um momento posterior.

38. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual o plano de viagem compreende um tempo ou umalocalização nas linhas a partir do que tem início a redução de velocidade a uma taxa deredução de velocidade.

39. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual o processador determina uma probabilidade de que umdos outros veículos venham a ocupar um segmento de linha, de forma a afetar aocupação do mesmo segmento de linha pelo veículo de acordo com o plano de viagem, eno qual o processador modifica o plano de viagem em resposta à referida probabilidade.

40. Sistema, de acordo com a reivindicação 39,caracterizado pelo fato no qual o plano de viagem compreende um tempo no qual oveículo deve iniciar uma redução de velocidade, assim como uma taxa de redução develocidade, e sendo que um tempo posterior no qual a redução de velocidade se inicia,ou uma taxa maior de redução de velocidadé, que respondem a uma primeiraprobabilidade, e um tempo anterior no qual a redução de velocidade se inicia, ou umataxa menor de redução de velocidade, que respondem a uma segunda probabilidademenor que a primeira probabilidade.

41. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual o processador determina uma localização de linha naqual, ou um tempo quando, a velocidade do veículo é reduzida para evitar a entrada emum segmento de linha ocupado por um dos outros veículos.

42. Sistema, de acordo com a reivindicação 41,caracterizado pelo fato no qual uma taxa de redução de velocidade do veículo permiteque o veículo atinja uma velocidade desejada em um ponto de entrada para umsegmento de linha ocupado por um dos outros veículos.

43. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual o processador está a bordo do veículo e o segundoelemento fornece os parâmetros de viagem dos outros veículos através de fiação, desistema sem fio, de rádio localização, de transmissão por rádio freqüência, transmissãoacústica, portadora de energia elétrica, por cabeamento ótico, e por processos manuais.

44. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual o processador modifica o plano de viagem no tempo, emresposta aos parâmetros de viagem variáveis no tempo dos outros veículos.

45. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual os parâmetros de viagem do veículo e os parâmetros deviagem dos outros veículos compreendem uma prioridade relativa entre o veículo e osoutros veículos.

46. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual o segundo elemento determina uma localização emtempo real dos outros veículos em resposta aos parâmetros de viagem dos outrosveículos, e o processador determina uma localização prevista dos outros veículos emresposta aos parâmetros de viagem dos outros veículos.

47. Sistema, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato no qual o veículo compreende um trem que por sua vezcompreende uma primeira locomotiva e primeiros vagões ferroviários, e sendo que cadaum dos outros veículos compreendem uma locomotiva.

48. Método para operar um veículo ferroviário durante umaviagem ao longo de segmentos de linha de uma malha ferroviária, o métodocaracterizado pelo fato de compreender:determinar os parâmetros de viagem do veículo;determinar os parâmetros de viagem para outros veículos em percurso na malhaferroviária;executar um algoritmo que responde aos parâmetros do veículo, assim como aosparâmetros dos outros veículos, de forma a otimizar o desempenho do veículo de acordocom um ou mais critérios de operação para o veículo.

49. Método, de acordo com a reivindicação 48,caracterizado pelo fato no qual os parâmetros de viagem do veículo compreendem umalocalização do veículo ou um tempo desde o qual o veículo iniciou sua viagem, e no qualos parâmetros de viagem dos outros veículos compreendem uma ou mais localizaçõesrelativas aos segmentos de linha, velocidade, plano de viagem, tipo, horário de chegada,direção de viagem e prioridade.

50. Método, de acordo com a reivindicação 48,caracterizado pelo fato no qual a malha ferroviária adicionalmente compreende sinaisque indicam o estado de segmentos de linha, os quais respondem às localizações deoutros veículos de forma relativa aos segmentos de linhas, e no qual a etapa dedeterminar parâmetros de viagem dos outros veículos adicionalmente compreende adeterminação de uma condição dos sinais, para determinar a localização de outrosveículos.

51. Método, de acordo com a reivindicação 48,caracterizado pelo fato no qual a etapa de executar determina a probabilidade de que aocupação de um segmento de linha por um dos outros veículos venha a afetar aocupação do mesmo segmento de linha por outro veículo, e otimiza o desempenho doveículo adicionalmente de acordo com a probabilidade.

52. Método, de acordo com a reivindicação 51,caracterizado pelo fato no qual um ou mais entre uma velocidade do veículo, umalocalização do veículo na qual a velocidade é reduzida, e uma taxa de redução develocidade, respondem à probabilidade.

53. Método, de acordo com a reivindicação 48,caracterizado pelo fato no qual a etapa de executar adicionalmente compreende adeterminação de uma trajetória de velocidade para o veículo, em resposta aosparâmetros de viagem dos outros veículos.

54. Método, de acordo com a reivindicação 53,caracterizado pelo fato no qual a etapa de executar adicionalmente compreende adeterminação de uma localização futura prevista dos outros veículos* sendo que avelocidade da trajetória do veículo responde à tal determinação.

55. Método, de acordo com a reivindicação 54,caracterizado pelo fato no qual a etapa de executar adicionalmente compreende adeterminação de uma localização em tempo real dos outros veículos, e a modificação davelocidade de trajetória se a localização em tempo real for diferente da localizaçãoprevista.

56. Método, de acordo com a reivindicação 48,caracterizado pelo fato no qual a etapa de executar adicionalmente compreende adeterminação de localizações futuras previstas dos outros veículos, determinando umaprobabilidade de que uma localização futura prevista dos outros veículos de formarelativa a um segmento de linha venha a afetar a ocupação do mesmo segmento de linhapelo veículo, e otimizando o desempenho do veículo de acordo com a probabilidade.

57. Método, de acordo com a reivindicação 56,caracterizado pelo fato no qual as localizações futuras previstas dos outros veículosrespondem às localizações dos outros veículos no passado, durante viagens anterioressobre os segmentos de linha.

58. Método, de acordo com a reivindicação 48,caracterizado pelo fato no qual o veículo compreende um trem que por sua vezcompreende uma locomotiva e vagões ferroviários.

59. Código de programa de computador, para a operaçãode um veículo ferroviário durante uma viagem ao longo de segmentos de linhas de umamalha ferroviária, o código de programa de computador caracterizado pelo fato decompreender:um módulo de programa de computador para determinar parâmetros do veículo;um módulo de programa de computador para determinar parâmetros de viagem deoutros veículos percorrendo a malha; eum módulo de programa de computador para executar um algoritmo que respondeaos parâmetros de viagem dos outros veículos, para otimizar o desempenho de umveículo de acordo com um ou mais critérios operacionais para o veículo.

60. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 59, caracterizado pelo fato de ainda compreender um módulo deprograma de computador para determinar a probabilidade de que a ocupação de umsegmento de linha por um dos outros veículos venha a afetar a ocupação de segmentosde linha pelo veículo durante a viagem, e para otimizar o desempenho do veículo durantea viagem de acordo com tal probabilidade.

61. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 60, adicionalmente caracterizado pelo fato de compreender um módulo deprograma de computador para determinar a velocidade de trajetória do trem em respostaà probabilidade.

62. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 61, caracterizado pelo fato no qual parâmetros de trajetória de velocidadecompreendem uma taxa de redução de velocidade, e um tempo ou uma localização nalinha, na qual a redução de velocidade é iniciada.

63. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 61, caracterizado pelo fato no qual o módulo de programa de computadorpara a execução do algoritmo adicionalmente prevê uma localização futura dos outrosveículos, e desenvolve um plano de viagem que responde a tal informação.

64. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 63, caracterizado pelo fato no qual o módulo de programa de computadorpara executar o algoritmo determina uma localização em tempo real dos outros veículos,determina quaisquer diferenças entre a localização futura e a localização em tempo real,e modifica o plano de viagem de acordo com tal informação.

65. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 63, caracterizado pelo fato no qual o plano de viagem compreende umatrajetória de velocidade para o veículo.