CN101554879A - 结合了快速通过功能的用于控制车辆运行的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于运行列车或其它车辆(31)的方法，其包括：使用由列车(31)所承载的处理器(44)，产生所计算的列车分布图以便基本上最优化列车(31)的依赖于多个运行变量的运行参数；在由旅程分布图所确定的速度下沿着路线运行列车(31)；识别在列车(31)前方的目标位置，如果列车(31)按照旅程分布图运行，那么该列车(31)将不能在所希望的时间中通过；以及在明显快于由旅程分布图所确定的通过速度下运行列车(31)，直到通过目标位置为止。还提供一种用于实施该方法的计算机程序产品。

Description

结合了快速通过功能的用于控制车辆运行的方法

技术领域

[001]本发明涉及最优化列车运行，并且更特别地，涉及控制列车的运行以在满足运行要求的同时改进效率。

背景技术

[002]列车是具有许多子系统的复杂系统，其中每一个子系统都与其它的子系统相互依赖。列车的操作者负责确保正确运行机车(locomotive)和该机车的客车车厢或货车车厢的关联负载，包括遵守规定的运行速度和保证把列车内的力保持在可接受的限度中。然而，操作者不能经常性地运行机车，以使对于每一次旅程都可以最小化燃油消耗。例如，必须考虑的因素可以包括排放物输出、像噪声/振动的环境条件、燃油消耗和排放物输出的加权组合等等。例如，由于列车的大小和载荷变化、机车和它们的燃油/排放特性不同以及天气和交通条件变化，所以上述情况将是难于执行的。

[003]针对该问题，已知的是提供带有计算机实现系统的列车，该计算机实现系统监测多个车辆参数并且确定运行列车的最佳方式以便最优化燃油消耗。在受让给本发明的受让人的题名为“TripOptimization System and Method for a Train”的美国专利申请公开2007/0225878中描述了这种系统，并且把该系统通过引用整体地结合于本文中。

[004]为了节省燃油，比如那些在美国专利申请公开2007/0225878中所描述的最优化系统通常避免按实际来制动列车。例如，当列车将提前减速或停止，或者在减速下穿过道岔开关经过另一个轨道时，最优化系统将通过滑行到停车站或减速位置而很早就开始减速。额外地，只要列车时刻表允许时，最优化系统都会在减小了的速度下运行列车以节省燃油。

[005]为了运行需要经常有优先要求驶出第二列车或多个第二列车路线的情况。例如，列车会以40mph的容许速度从一个轨道通过道岔改变到第二轨道。直到该第一列车已经完全穿过道岔通过为止，后面的或反向的第二列车将不能经过在第一轨道上的道岔位置。在这种情形中，为了节省燃油最优化系统的正常运行将计划以10mph而不是40mph穿过道岔移动，这将影响对高速运行的需要。

发明内容

[006]本发明针对现有技术的这些缺点和其它缺点，本发明提供了用于运行列车(或其它车辆)的系统和方法，当运行需要时在较高速度下以其它的方式燃油最优化该列车的行为。

[007]根据本发明的一个方面，用于运行列车或其它车辆的方法包括使用由列车(或其它车辆)所承载的处理器来产生可计算的旅程分布图(trip profile)，以便基本上最优化列车(或其它车辆)的依赖于多个运行变量的运行参数。(“运行参数”指代列车或其它车辆的在运行中的关于该列车或其它车辆的性能的特征。“运行变量”指代在运行中的列车或车辆的随着时间的流逝而变化的外部或内部特征。一个实例是依赖于车辆重量、车辆的机械特性、路线状况和车辆的受控方式的车辆燃油使用(运行参数)，包括加速度分布图(运行变量)，该车辆的机械特性包括发动机/牵引系统特性)。该方法进一步包括在由旅程分布图所确定的速度下沿着路线运行列车(或其它车辆)、识别在列车(或其它车辆)之前的目标位置(其中如果列车(或其它车辆)按照旅程分布图运行，那么在所希望的时间中该目标位置将不能被通过(be cleared))、以及在明显快于由旅程分布图所确定的通过速度下运行列车(或其它车辆)，直到通过目标位置为止。

[008]根据本发明的另一个方面，一种计算机程序产品包括一个或多个计算机可读介质，该一个或多个计算机可读介质具有存储在其上的多个指令，当由列车(或其它车辆)的处理器执行时，该多个指令引起处理器：(a)产生可计算的旅程分布图以便基本上最优化列车(或其它车辆)的依赖于多个运行变量的运行参数；(b)引起列车(或其它车辆)在由旅程分布图所确定的速度下沿着路线运行列车(或其它车辆)；(c)识别在列车(或其它车辆)之前的目标位置，如果列车(或其它车辆)按照旅程分布图运行，那么在所希望的时间中将不能通过该目标位置；和(d)在明显大于由旅程分布图所确定的通过速度下运行列车(或其它车辆)，直到通过目标位置为止。

附图说明

[009]通过结合附图参考下列描述将可以更好地理解本发明，其中：

[0010]图1是列车的结合了用于实施本发明的方法的实例的设备的示意图；

[0011]图2是图解了本发明的功能部件的结构图；

[0012]图3是图解了根据本发明的方面的列车控制方法的结构图；

[0013]图4是列车的运行在具有道岔开关的一段轨道上的示意性顶视图；和

[0014]图5是图解了根据本发明的方面实现快速通过(quick clearance)功能的方法的流程图。

具体实施方式

[0015]将参考附图描述本发明的示范性实施例，其中遍及各个视图用相同的标号指示相同的元件。能够以许多方式来实现本发明，包括系统(包括计算机处理系统)、方法(包括计算机化的方法)、设备、计算机可读介质、计算机程序产品、图形用户界面、包括网络门户或有形固定在计算机可读介质中的数据结构。下面将讨论本发明的几个实施例。

[0016]本发明的实施例涉及用于运行列车或其它车辆的方法，以及涉及实现用于运行列车或其它车辆的方法的旅程计划器系统12。

[0017]图1描绘了示范性列车31，可以把本发明的方法应用到该示范性列车上。提供了确定列车31的位置的定位器元件30。定位器元件30能够是确定列车31的位置的GPS传感器或传感器系统。这种其它系统的实例可以包括，但不限于，路旁装置，比如射频自动设备识别(RF AEI)标签、调度(dispatch)和/或视频确定装置(video determination)。另一种系统可以包括在机车上(aboard)的转速计和来自参考点的距离计算装置。也可以提供无线通信系统47以允许在列车之间的和/或与比如调度器(dispatcher)的远程位置之间的通信。也可以从其它列车传输关于行进位置的信息。

[0018]轨道特征元件33提供关于轨道的信息，主要是坡度(grade)信息和高度(elevation)信息和曲率信息。轨道特征元件33可以包括车上轨道集成数据库(on-board track integrity database)36。使用传感器38来测量由机车组成(locomotive consist)42所拖曳的牵引力(tractive effort)40、机车组成42的节流设定(throttle setting)、机车组成42的构造信息、机车组成42的速度、单个机车构造、单个机车容量等等。在示范性实施例中，可以在不使用传感器38，而是由上面所讨论的其它方法来输入的情况下装载机车组成42的构造信息。此外，也可以考虑机车的在组成中的健康状况(health)。

[0019]把旅程计划器系统12构造成基于包含机车42、列车31、轨道34和上述任务目的的参数来计算用于列车31的最优化旅程计划。旅程计划器系统12包括处理器44，操作该处理器44以接收来自定位元件30、轨道特征元件33和传感器38的信息。(处理器44可以是列车中的通用控制单元，也可专用于旅程计划器系统12。)算法46(计算机程序)在处理器44中运行，以用于执行旅程计划器系统的某些功能元件。在示范性实施例中，通过简化提供在算法中的假定，作为非线性差分等式的由物理学所导出的解，当列车31沿着轨道34移动时基于用于列车行为的模式来建立旅程计划。旅程计划器系统12可以访问来自定位器元件30、轨道特征元件33和/或传感器38的信息以产生旅程计划，该旅程计划最小化(或至少减小)机车组成42的燃油消耗、最小化(或至少减小)机车组成42的排放物、建立所希望的旅程时间、保证在机车组成42上的适当的机务人员操作时间和/或以其它方式最优化列车或其它车辆的运行参数。在示范性实施例中，还提供控制器元件(或驱动顾问(driving advisor))51。如在本文中所讨论的，当列车遵照旅程计划时使用控制器元件51以控制该列车。在本文中进一步所讨论的示范性实施例中，控制器元件51自主做出列车运行决定。在另一个示范性实施例中，操作者可以参与引导列车遵照旅程计划。

[0020]图2描绘了本发明的方法和系统的功能元件的示意图。远程设施(比如调度器60)可以为列车31提供信息。如所图解的，把这种信息提供到执行控制元件62上。还提供到执行控制元件62上的是来自机车建模信息数据库63的信息、来自轨道数据库36的信息(比如，但不限于，轨道坡度信息和速度限制信息)、估计的列车参数(比如，但不限于，列车重量和拖曳系数)以及来自燃油率估计器64的燃油率表。执行控制元件62把信息供给到旅程计划器系统12，这在图3中做了更详细的公开。一旦已经计算了旅程计划，就把计划供给到驱动顾问、驱动器或控制器元件51。还把旅程计划供给到执行控制元件62，以便当提供其它新数据时它能够比较旅程。

[0021]如上面所讨论的，驱动顾问51能够自动地设定陷波功率(notchpower)，或者是预先建立的陷波(notch)设定或者是最优的连续陷波功率。除了把速度命令供给到机车31以外，还提供显示器68以便操作者能够看见计划器所推荐的内容。操作者还可以访问控制面板69。操作者通过控制面板69能够决定是否应用所推荐的陷波功率。为此，操作者可以限定目标功率或所推荐的功率。也就是说，任何时候操作者可以一直具有最终权限来决定机车组成将运行在什么功率设定下。这包括如果旅程计划推荐减慢列车31那么决定是否应用制动。例如，如果运行在暗区域(dark territory)，或者其中来自路旁设备的信息不能以电的方式传输信息到列车而取而代之地操作者看见来自路旁设备的视觉信号，那么操作者基于包含在轨道数据库中的信息和来自路旁设备的视觉信号而输入命令。基于列车31是如何起作用的，把关于燃油测量的信息供给到燃油率估计器64。由于典型地在机车组成中不能获得燃油流动的直接测量，所以使用已校准的物理学模型，比如使用在开发的最优计划中的那些模型，来实现至今为止在旅程中所消耗的且遵照最优计划将来要喷射的燃油的所有信息。例如，这种预测可以包括，但不限于，所测量的总马力的使用和推出所使用的累计燃油的已知燃油特征。

[0022]可以根据上面所提及的美国专利申请公开2007/0225878中所描述的旅程计划和最优方法来运行如上述所装备的列车31。在图3中图解了该方法的实例。或者在车上或者从比如调度中心10的远程位置输入专用于计划旅程的指令。这种输入信息包括，但不限于，列车位置、组成描述(比如机车模型)、机车功率描述、机车牵引传输的性能、发动机燃油的作为输出功率的函数的消耗、冷却特征、预期的旅程路线(作为里程标的函数的有效轨道坡度和曲率或反映遵照标准铁路实际的曲率的“有效坡度”分量)、由车厢结构(car makeup)表示的列车以及连同有效拖曳系数的载荷，旅程所希望的参数(包括，但不限于，开始时间和位置、结束位置、所希望的行进时间、机务人员(使用者和/或操作者)标识、机务人员轮班期满时间以及路线)。

[0023]可以以许多方式把该数据提供到机车42，比如，但不限于，操作者经由车上的显示器把该数据手动输入到机车42中、把包含该数据的比如硬件插卡和/或USB驱动器的存储器装置插入到机车上的接收器(receptacle)中以及经由无线通信从比如轨道信号装置和/或路旁装置的中部位置或路旁位置41把信息传输到机车42上。机车42和列车31的负载特征(例如，拖曳)也可以在路线上改变(例如，随着铁轨和轨道车辆的高度、周围温度和条件)，并且通过上面所讨论的方法中任何一个方法和/或通过机车/列车条件的实时自主采集可以更新计划以如所需地反映这些变化。例如，这包括由机车42上或机车42下的监测设备所探测的机车或列车特征中的改变。

[0024]轨道信号系统确定列车的允许速度。有许多类型的轨道信号系统和与该信号中的每一个信号关联的运行规则。例如，一些信号具有信号灯(开/关)，一些信号具有带多种颜色的单个透镜，并且一些信号具有多个灯和颜色。这些信号能够指示轨道畅通(clear)以及列车可以在最大允许速度下前进。它们还能够指示所需的减速或停车站。该减速需要立刻获得或在某个位置处(例如，在下一个信号或岔口之前)获得。

[0025]通过各种装置把信号状态传递到列车和/或操作者。一些系统具有在轨道中的电路和机车上的感应拾波线圈(pick-up coil)。其它的系统具有无线通信系统。信号系统还能够要求操作者可视地检测信号并且采取适当的行动。

[0026]信号系统可以与车上的信号系统接口并且根据输入和适当的运行规则来调节机车速度。对于需要操作者可视地检测信号状态的信号系统，操作者的屏幕将基于列车的位置呈现适当的信号选项，以用于操作者的输入。可以把信号系统和运行规则的作为位置函数的类型存储在车上数据库63中。

[0027]基于输入到旅程计划器系统12中的规范数据(specificationdata)，计算最优计划以产生旅程分布图12a，该最优计划最小化在所希望的开始时间和结束时间中沿着路线受到速度限制约束所产生的燃油使用和/或排放物。分布图包含由距离和/或时间的函数来表达的列车将遵守的最优速度和功率(陷波)设定——并且这种列车运行限制，包括但不限于，最大陷波功率和制动设定——和作为位置的函数的速度限制，和所预期的燃油使用与所产生的排放物。(因此，如应该明白的，旅程分布图是列车或其它车辆的用于实现或遵照旅程计划的一组或一列控制设定。)在示范性实施例中，选择用于陷波设定的值以获得大约每10秒到30秒一次的节流改变决定。本领域中的那些技术人员将易于明白的是，如果需要和/或希望遵照最优速度分布图，那么可以在较长期间或较短期间处发生节流改变决定。在广义上，对本领域中的技术人员而言将显而易见的是，分布图在或者列车等级(level)、组成等级和/或单个列车等级上提供用于列车的功率设定。功率包括制动功率、监测功率和空气致动器功率。在另一个实施例中，取代在传统的离散陷波功率设定处运行，旅程计划器系统能够选择连续的功率设定，该连续的功率设定对于所选择的分布图被确定为最优。因此，例如，如果最优分布图规定6.8的陷波设定，而不是在7的陷波设定处运行，那么机车42能够在6.8处运行。允许这种中间功率设定可以带来如下所述的额外的效率益处。

[0028]用来计算最优分布图的程序可以是用于计算驱动列车31的功率序列(power sequence)的许多方法，以最小化受到机车运行和时刻表约束的燃油和/或排放物，如下面所总结的。在一些情形中，由于列车构造、线路和环境条件的相似性，所以所需要的最优分布图可以足够接近一个在先所确定的分布图。在这些情形中，查找在数据库63中的驱动轨线(trajectory)且尝试遵照它是足够的。当没有合适的在先所计算的计划时，计算新计划的方法包括，但不限于，使用近似列车运动物理学的差分等式模型直接计算最优分布图。设置(setup)包括选择定量目标函数(quantitative objective function)，通常是与燃油消耗率和排放物生成对应的模型变量加上处罚(penalize)过度节流变化的项(term)的加权和(积分)。

[0029]建立最优控制公式以最小化受到约束的定量目标函数，该约束包括，但不限于，速度限制和最小与最大功率(节流)设定。依赖于任何时候的计划目标，可以灵活设置问题以最小化在排放物和速度限制上受到约束的燃油(使用)，或最小化在燃油使用和到达时间上受到约束的排放物。例如，在总排放物或燃油使用上没有约束的情况下，设置最小化总行进时间的目标也是可能的，其中为了实现目标，允许或需要这样放宽约束。

[0030]数学上，可以更精确地陈述要被解决的问题。基本物理学可以表达为：

$\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}=v;$ x(0)＝0.0；x(T_f)＝D

$\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dt}}=T_e(u,v)-G_a\left(x\right)-R\left(v\right);$ v(0)＝0.0；v(T_f)＝0.0

这里，x是列车的位置，v是速度而t是时间(视情况(单位是)英里、英里每小时和分钟或小时)，且u是陷波(节流)命令输入。进一步，D指代将要行进的距离，T_f是沿着轨道在距离D处所希望的到达时间，T_c是由机车组成所产生的牵引力，G_a是依赖于列车长度、列车结构和列车所处地形的重力拖曳(gravitational drag)，R是机车组成和列车组合的净速度从属拖曳(net speed dependent drag)。还可以规定初始速度和最终速度为零(列车在开始和终点处停止)，不过这不损失普遍性。最后，易于修改模型以包括其它重要的动态参数，比如在节流中的改变u和因此产生的牵引力或制动之间的滞后。使用该模型，建立最优控制公式以最小化受到约束的定量目标函数，该约束包括，但不限于，速度限制和最小与最大功率(节流)设定。依赖于任何时候的计划目标，可以灵活地设置问题以最小化在排放物和速度限制上受到约束的燃油(使用)，或最小化在燃油使用和到达时间上受到约束的排放物。

[0031]如下面将更详细讨论的，例如，在总排放物或燃油使用上没有约束的情况下设置最小化总行进时间的目标也是可能的，其中为了实现目标允许或需要这样放宽约束。所有这些性能测量都能够被表达为下面表达式中的任何一个表达式的线性组合：

$\underset{u\left(t\right)}{\min }\underset{0}{\overset{T_f}{\∫}}F\left(u\left(t\right)\right)\mathrm{dt}$ -最小化总的燃油消耗

-最小化行进时间

-最小化陷波操纵(jockeying)(分段恒定输入)

-最小化陷波操纵(连续输入)

[0032]因此，通常使用的和代表性的目标函数是

$\underset{u\left(t\right)}{\min }{\mathrm{\α}}_1\underset{0}{\overset{T_f}{\∫}}F\left(u\left(t\right)\right)\mathrm{dt}+{\mathrm{\α}}_3{T}_f+{\mathrm{\α}}_2\underset{0}{\overset{T_f}{\∫}}{(\mathrm{du}/\mathrm{dt})}^2\mathrm{dt}\left(\mathrm{OP}\right)$

线性组合的系数将依赖于给予项中的每一项的重要性(权重)。注意在等式(OP)中，u(t)是连续陷波位置的最优变量。如果需要离散陷波，例如，对于老式机车，等式(OP)的解将被离散化，这会导致较少的燃油节省。利用求得最小时间解(α₁设定为零且α₂设定为零或相对小的值)，可求解可获得行进时间的下边界(T_f＝T_fmin)。在这种情形中，u(t)和T_f二者都是最优变量。在一个实施例中，为了T_f的各个值解出等式(OP)，其中T_f＞T_fmin，其中α₃设定为零。在该后者的情形中，把T_f认定为约束条件。

[0033]对熟悉这种最优问题的解的那些人员而言，可能需要附加(adjoin)约束条件，例如沿着线路的速度限制：

0≤v≤SL(x)

或者，当使用作为目标的最小时间时，端点约束必须保持，例如，总的燃油消耗必须小于油箱中的燃油，例如，经由：

$0<\underset{0}{\overset{T_f}{\&Integral;}}F\left(u\left(t\right)\right)\mathrm{dt}\&le;W_F$

这里，W_F是在T_f处剩余在油箱中的燃油。本领域中的那些技术人员将易于明白的是，等式(OP)也能够是其它的形式，且呈现在上面的是用于旅程计划器系统的示范性等式。

[0034]为了解决因此产生的最优化问题，在示范性实施例中，旅程计划器系统把在时域中的动态最优控制问题改写成有N个决定变量的等价静态数学程序问题，其中个数“N”依赖于进行节流和制动调节的频率以及旅程的持续时间。对于典型的问题，该N能够以千计。例如在示范性实施例中，假定列车在美国西南部行进在172英里的轨道段上。使用旅程计划器系统，当相对其中由操作者来确定旅程的实际驱动器节流/速度历史与使用旅程计划器系统所确定和遵照的旅程比较时可以实现在燃油使用中的例如7.6％的节省。因为通过使用旅程计划器系统所实现的最优化产生了驱动策略(driving strategy)，其中比起操作者的旅程计划，具有较少的拖曳损失且具有很少或没有制动损失，所以实现了改进的节省。为了使上述最优化易于计算处理，可以应用列车的简化数学模型。

[0035]返回参考图3，一旦旅程在12a处开始，就在14处产生功率命令以启动计划。依赖于旅程计划器系统的操作设置，一个命令用于使机车遵照最优化的功率命令16以便获得最优速度。旅程计划器系统从列车18的机车组成获得实际的速度和功率信息。由于在用于最优化的模型中的不可避免的近似性，所以可以获得最优化功率的闭环校准计算以跟踪所希望的最优速度。能够自动地或通过操作者进行这种列车运行限制的校准，其中该操作者总是具有列车的最终控制。

[0036]在一些情形中，使用在最优化中的模型可以明显不同于实际列车。由于许多原因会发生这种情况，包括但不限于，额外货物的搭载或布置，在线路上故障的机车和初始数据库63中的错误或操作者所输入的数据。出于这些原因，使监测系统位于适当的位置中，其中使用实时列车数据以在实时20中估计机车和/或列车参数。然后，当在22处最初产生旅程时，用估计的参数比较所使用的假定参数。基于在假定值和估计值中的任何差异，旅程在24处被再计划，——如果从新计划产生足够大的节省。

[0037]可以再计划旅程的其它原因包括来自远程位置的指示，比如调度和/或操作者请求目标中的改变以与更周全(global)的运动计划目标一致。更周全的运动计划目标可以包括，但不限于，其它列车的时刻表，从烟道消散的允许排气，维修操作等等。另一个原因可以是由于部件的车上故障。如在下面更详细讨论的，依赖于失调(disruption)的严重性，可以把用于再计划的策略集合到递增的(incremental)和主要的调节中。大体上，“新”计划必须从上述最优化问题等式(OP)推出，但是常常能够更快求地解近似解——如在本文中所描述的。

[0038]在运行中，不论这种更新何时改进旅程性能，机车42都将基于所测量的实际效率连续地监测系统效率并连续地更新旅程计划。可以在机车中整个实施再计划计算(re-planning calculation)或者把该再计划计算完全地或部分地移动到远程位置，比如调度或路旁处理设施，其中使用无线技术来把计划传递到机车42。旅程计划器系统还可以生成效率趋势，使用该效率趋势以开发关于效率传输功能的机车数据群(fleet data)。当确定初始旅程计划时可以使用全数据群(fleet-widedata)，并且当考虑多个列车的位置时可以把该全数据群用于全网(network-wide)最优化折中(tradeoff)。

[0039]在日常运行中的许多事件都能够导致需要生成或修改当前执行的计划，其中它希望保持相同的旅程目的，例如当列车不在用于计划的相遇或与另一个列车通过的时刻表上且它需要弥补时间时。使用实际的速度，功率和机车的位置，在25处在计划的到达时间和当前估计(预计的)的到达时间之间进行比较。基于时间中的差异，以及参数中的差异(由调度或操作者来探测或改变)，在26处调整计划。可以使该调节自动地遵照铁路公司的希望，以用于应该如何处理这种离开计划的偏差或为车上操作者与调度器手动提出备选项以共同决定返回计划的最佳方式。不论何时更新计划，但是其中最初目的，比如但不限于到达时间，保持相同，可以并行地考虑(factor)额外的改变，例如，新的将来速度限制改变，它将影响恢复最初计划的可行性。在这种情形中，如果不能维持最初的旅程计划，或换句话说列车不能满足最初的旅程计划目标，那么如在本文中所讨论的可以为操作者和/或远程设施或调度提供其它的旅程计划。

[0040]当希望改变最初的目的时可以进行再计划。能够在或者固定的预计划的时间处，在操作者或调度器的判断下手动地，或者当超过预先限定的限制，比如列车运行限制时自主地进行这种再计划。例如，如果晚得超过规定阈值(比如三十分钟)时来运行当前计划执行，那么旅程计划器系统就能够再计划旅程以在如上述的增加燃油的消耗下调节延迟或提醒操作者和调度器总共能够弥补多少时间(也就是说，运行的最少时间或在时间约束中能够节省的最大燃油)。基于燃油消耗或功率组成的健康状况还能够预想用于再计划的其它触发，包括但不限于，到达的时间，由于设备故障和/或设备临时失灵(比如运行太热或太冷)所引起的马力损失，和/或总体设置误差(gross setup error)的检测，比如在假定的列车负载中。也就是说，如果对于当前旅程改变反映出在机车性能中的劣化(impairment)，那么可以把这些考虑到使用在最优化中的模型和/或等式中。

[0041]在计划目的中的改变还能够起因于协调事件的需要，其中用于一个列车的计划损害另一个列车的能力，以满足在不同级别处的目的和仲裁，例如，需要调度室。例如，通过列车对列车的通信可以进一步优化相遇和通过的协调。因此，例如，如果列车知道它落后到达用于相遇和/或通过的位置，那么来自另一个列车的通信能够通知迟到的列车(和/或调度)。然后，操作者能够把关于迟到的信息输入到旅程计划器系统中，其中旅程计划器系统将再计算列车的旅程计划。还能够在高级别或网络级别处使用旅程计划器系统以允许调度确定哪一个列车将减速或加速，可以不满足时刻表的相遇和/或通过时间的约束。如在本文中所讨论的，通过列车把数据传输到调度以优先化每一个列车将如何改变它的计划目的来实现上述情况。依赖于情形，选择将依赖或者时刻表或者燃油节省的益处。

[0042]一旦如上面所讨论的形成旅程计划，那么使用速度和功率对距离的轨迹以在所需的旅程时间下以最小的燃油和/或排放物到达目的的。有几种执行旅程计划的方式。如在下面所更详细提供的，在一个示范性实施例中，旅程计划器系统的指导模式为操作者显示信息，以用于操作者遵照来获得根据最优旅程计划确定的所需的功率和速度。在这种模式中，建议运行信息是操作者可以使用的运行条件。在另一个示范性实施例中，通过旅程计划器系统来执行加速和维持不变的速度。然而，当列车31必须减速时，操作者负责应用制动系统52。在另一个示范性实施例中，旅程计划器系统如所需地命令功率和制动以遵照所希望的速度-距离路线。

[0043]在旅程期间，不论是否根据在出发之前所确定的计划来运行列车31，列车31都会遇到其中与旅程计划(或旅程分布图)相抵触的需要增加速度以快速经过或“通过”某些位置的一个或多个位置。在本文中把列车31的在高于计划速度下的运行指代为“快速通过”运行、过程或模式。

[0044]例如，如在图4中所示的，列车31可以在第一轨道“A”上运行，且准备通过岔口“C”移动到第二平行轨道“B”。直到第一列车31已经完全穿过岔口C通过到以虚线所示的位置31’为止，后面的或反向的第二列车(未图示)不能经过在轨道A上的岔口位置。在本文中岔口位置C指代为“目标位置“。基于列车31和轨道的条件、铁路运行规则等等，岔口C可以具有相对高的允许速度，例如40mph。然而，旅程计划通常以10mph而不是40mph使列车31穿过岔口移动以节省燃油。相反地，快速通过功能识别情形为需要较高的速度且使第一列车31加速到轨道B中。

[0045]图5图解了用于实施快速通过功能的基本方法。最初，根据如上所述的列车计划来运行列车31，典型地以燃油最优方式(方块100)。在方块102中调用(invoke)快速通过。可以以许多方式产生需要快速通过的识别。例如，如果铁路具有能够识别情形或位置的控制中心运动计划器或调步(pacing)系统(例如，调度器60)，那么它把修改的计划时间传递到列车31，并且处理器44中的算法46通过最小化行进时间的目标再计划修改的路点(waypoint)，然后加速运动。在这种情形中，快速通过功能部分地存在于中部计划器系统中。

[0046]识别需要快速通过运行的另一个方法是通过来自列车31的操作者的手动输入。例如，操作者将触碰控制面板69上的按钮，以使系统切换到快速通过模式。

[0047]当操作能够预先识别情形时，调用快速通过功能的另一个方法是可能的。操作者通过用于列车31前部和后部的所希望的时间插入特定路点。然后，处理器44执行修改的计划。这种调用方法的优点在于驱动器越提前修改计划，处理器44就具有越多的时间来执行该计划，并且可以用燃油节省来平衡直接的增速需求。

[0048]然后，在增速处运行列车31(方块104)。为了获得快速通过运行的最大益处，列车31可以在路线上所允许的最大速度下运行。备选地，当调用快速通过功能时，不论是否完成再计划，都可以或者手动地或者通过中部运动计划器立刻把列车31加速到轨道段所允许的最大速度。这最小化了延迟。

[0049]当列车31已经通过需要高速的位置时，取消快速通过功能或模式。如果列车31要继续，那么根据所计算的旅程计划返回到正常的速度运行(见方块106)。在一些情形中，在完全停止时终止快速通过运行。换句话说，快速通过功能将导致列车31维持较大的速度，然后相对快速地停止，而不是以较低的减速“滑行”到停车站，如果使用旅程最优化系统，那么这将是一种情形。

[0050]如果已经手动调用快速通过模式，那么通过驱动器再次触碰按钮、把系统切换到正常运行可以取消该模式。备选地，旅程最优化系统可以在确定列车31的后部已经通过目标位置或以其它方式识别铁路基础设施的资格特征(qualifying feature)之后自动地恢复正常的运行。资格特征的一些实例包括岔口、在坡度处的公路交叉口和在坡度处的铁路交叉口。如果通过中部计划器或通过路点的驱动器输入已经调用了快速通过模式，那么在列车31已经通过那些路点时可以取消该模式。

[0051]可以从列车的前部位置和总体列车长度推断出列车31的后部的位置，或者它可以直接由已知类型的列车尾部单元(未图示)来提供，该单元把列车的后部位置报告到列车31的头部或外部询问装置。

[0052]一般地，也可以把本文中所提出的实施例中的任何一个实施例应用到车辆上，而不只是列车上。

[0053]前述内容已经描述了用于快速移动列车穿过特定位置的系统和方法。尽管已经描述了本发明的特定实施例，但是对本领域中的那些技术人员而言显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下能够做出对本发明的各种修改。因此，提供本发明的各个实施例的前述描述和用于实行本发明的最佳模式仅仅是出于例证的目的而不是出于限制的目的。

Claims (10)

1.一种用于运行列车或其它车辆(31)的方法，其包括：

使用由所述车辆(31)所承载的处理器(44)，产生计算得到的旅程分布图，以便基本上最优化所述车辆(31)的依赖于多个运行变量的运行参数；

在由所述旅程分布图所确定的速度下沿着路线运行所述车辆(31)；

识别在所述车辆(31)前方的目标位置，其中如果所述车辆(31)按照所述旅程分布图运行，那么该目标位置将不能在所希望的时间中被通过；以及

在明显快于由所述旅程分布图所确定的通过速度下运行所述车辆(31)，直到通过所述目标位置为止。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括当经过所述目标位置时，把所述车辆(31)返回到根据所述旅程分布图的运行中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行参数是所述车辆(31)的燃油使用。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述车辆(31)外部的计划中心(10)来识别所述目标位置且把所述目标位置传递到所述处理器(44)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述车辆(31)上把所述目标位置输入到所述处理器(44)。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，直接响应来自所述车辆(31)上的控制输入而把所述车辆(31)加速到所述通过速度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述处理器(44)：

确定经过所述目标位置的时间；和

当经过所述目标位置时，自动把所述车辆(31)返回到按照所述旅程分布图的运行中。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在识别所述目标位置的步骤之后，所述处理器(44)产生新的旅程分布图，其中所述新的旅程分布图被计算以最小化到所述目标位置的行进时间。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述处理器(44)产生所述新的旅程分布图的同时所述车辆(31)立即加速到所述通过速度。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理器(44)：

确定经过所述目标位置的时间；和

当经过所述目标位置时，自动把所述车辆(31)返回到按照所述旅程分布图的运行中。

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