CN102112358A - 用于为沿路线行进的多个机动系统定速的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种系统提供用于为沿路线行进的多个机动系统定速。多个机动系统包括约束机动系统和沿路线在约束机动系统后行进的至少一个拖尾机动系统。系统包括一个或多个控制器，控制器配置为根据在沿路线的相应增量位置的相应预确定运行参数，控制约束机动系统沿路线行进。系统还包括配置为根据在沿路线的相应增量位置约束机动系统的相应预确定运行参数，控制拖尾机动系统沿路线行进的所述控制器之一。一种方法也提供用于为沿路线行进的多个机动系统定速。

Description

用于为沿路线行进的多个机动系统定速的系统和方法

背景技术

本发明的实施例涉及控制沿路线行进的车辆或其它机动系统(powered system)。

一些机动系统(诸如但不限于非公路车辆、船舶、固定式功率产生装置(stationary power generator)、农用车辆及列车或其它轨道车辆系统)利用例如柴油燃料引擎等柴油动力单元作为能源。例如，轨道车辆系统可包括由柴油内燃引擎驱动的机车，机车是还包括诸如运货车厢等多个轨道车的列车的一部分。机车是带有许多子系统的复杂系统，每个子系统与其它子系统相互依存。

诸如机车等轨道车辆被限制为沿铁路轨道的网络行进，而铁路轨道的网络一般分成多个块区(block region)以防止碰撞。每个块区可包括无开关的信号灯，或开关和位置与开关相邻的指示灯信号。在机车处在某个块区时，在前一块区中的指示灯信号一般将显示红色外观，并且下一上游区域将具有黄色外观，从而要求在黄色块区中的机车的操作员在进入红色区域前停止。前面第三个块区中的指示灯信号将具有绿色外观，处在该块区的机车不必减速或停止，因此，与带头机车保持最小两个块区分隔的机车将实现理想的“恒绿”信号状态。虽然机车的操作员将尽力保持最小两个块区分隔和“恒绿”信号状态，但由于操作员一般未配有关于前面列车的必需速度信息，因此，机车在整个行程中将不可避免地在黄色、红色和绿色状态块区之间波动，由此要求机车减速和加速，导致与保持稳定速度相比，由于机车制动和加速而产生过多的燃料使用。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种用于为沿路线行进的多个机动系统定速(pacing)的系统。多个机动系统包括约束机动系统和沿路线在约束机动系统后行进的至少一个拖尾机动系统。系统包括一个或多个控制器，控制器配置为根据在沿路线的相应增量位置的相应预确定运行参数，控制约束机动系统沿路线行进。系统还包括所述控制器之一，其配置为根据在沿路线的相应增量位置的约束机动系统的相应预确定运行参数，控制拖尾机动系统沿路线行进。

本发明的另一实施例提供了一种用于为沿路线行进的多个机动系统定速的系统。系统包括沿路线行进的多个机动系统，其中在沿路线的定速区域内的相应增量位置具有共同运行参数。多个机动系统在定速区域内至少保持最小间距变动和最小速度变动之一。

本发明的另一实施例提供了一种用于为沿路线行进的多个机动系统定速的方法。多个机动系统包括约束机动系统和沿路线在约束机动系统后行进的至少一个拖尾机动系统。方法包括确定相应计划，计划包括在沿路线的增量位置约束机动系统和至少一个拖尾机动系统的运行参数。方法还包括基于约束机动系统的相应计划，修改至少一个拖尾机动系统的相应计划。方法还包括在沿路线的增量位置实行约束机动系统的相应计划和至少一个拖尾机动系统的修改计划，以便在约束机动系统与至少一个拖尾机动系统之间保持至少阈值分隔。

本发明的另一实施例提供了一种用于为沿路线行进的多个机动系统定速的方法。多个机动系统包括约束机动系统和沿路线在约束机动系统后行进的至少一个拖尾机动系统。方法包括根据在沿路线的相应增量位置的相应预确定运行参数，控制约束机动系统沿路线行进。方法还包括根据在沿路线的相应增量位置约束机动系统的相应预确定运行参数，控制拖尾机动系统沿路线行进。

附图说明

参照在附图中示出的本发明的特定实施例，将提供上面简要描述的本发明的更详细描述。基于对这些图形只是示出本发明的典型实施例，且因此不可视为限制其范围的理解，将通过使用附图以另外的细节和详情描述解释本发明的示范实施例，其中：

图1示出本发明的方法的一个示范实施例的流程图；

图2示出可采用的列车的简化模型；

图3示出本发明的元件的一个示范实施例；

图4示出燃料使用/行进时间曲线的一个示范实施例；

图5示出用于行程计划的分割分解的一个示范实施例；

图6示出分割示例的一个示范实施例；

图7是在根据本发明的系统的一个实施例的示意图；

图8示出由操作员使用的动态显示的一个示范图示；

图9示出由操作员使用的动态显示的另一示范图示；

图10示出由操作员使用的动态显示的另一示范图示；

图11示出根据本发明，用于为沿分隔成多个块区的路线行进的机动系统定速的系统的一个示范实施例的平面侧视图；

图12示出根据本发明，用于为沿分隔成多个块区的路线行进的机动系统定速的系统的一个示范实施例的平面侧视图；

图13示出在图12中所示，用于为沿分隔成多个块区的路线行进的机动系统定速的系统的一个示范实施例的部分平面侧视图；

图14示出沿路线行进的机车的预期时间与距离关系的常规计划和修改计划的一个示范实施例的曲线；

图15示出在图14所示修改计划的一个示范实施例的部分曲线；

图16示出沿路线行进的机车的预期时间与距离关系的修改计划的一个示范实施例的曲线；

图17示出根据本发明，用于为沿分隔成多个块区的路线行进的机动系统定速的系统的一个示范实施例的平面侧视图；

图18示出沿路线行进的机车的预期时间与距离关系的修改计划的一个示范实施例的曲线；

图19示出根据本发明，用于为沿分隔成多个块区的路线行进的机动系统定速的方法的一个示范实施例的流程图；

图20示出根据本发明，用于为沿路线行进的一对机车定速的系统的一个示范实施例；

图21示出用于为图20中所示沿路线行进的一对机车定速的系统的一个示范实施例；

图22示出沿路线行进固定距离的一对机车的优化工作特性(optimized performance characteristic)与渡越时间关系的一个示范曲线；

图23示出基于图22的相应优化工作曲线，一对机车的相应距离计划与渡越时间关系的一个示范曲线；

图24示出基于图23的相应距离计划曲线，一对机车沿路线的相应速度计划与行进距离关系的一个示范曲线；

图25示出根据本发明，用于为沿路线行进的一对机车定速的系统的一个示范实施例；

图26示出根据本发明，用于为沿路线行进的一对机车定速的系统的一个示范实施例；

图27示出图26中所示一对机车沿路线的相应速度的一个示范曲线；

图28示出根据本发明，用于为沿路线行进的一对机车定速的方法的一个示范实施例的流程图；以及

图29示出根据本发明，用于为沿路线行进的一对机车定速的方法的一个示范实施例的流程图。

具体实施方式

现在将详细参照与本发明一致的实施例，实施例的示例在附图中示出。在可能之处在所有图形中使用了相同的标号表示相同或类似的部分。

本发明通过提供用于为沿路线行进的多个机动系统定速的系统、方法和计算机实现的方法，解决了技术领域的问题。在机车编组处于分布式动力运行时，本发明也可操作。本领域技术人员将认识到诸如包括CPU、存储器、I/O、程序储存器、连接总线及其它适当组件的数据处理系统等设备能够编程或以其它方式设计为促进本发明的方法的实践。此类系统将包括用于执行本发明的方法的适当程序部件。此外，诸如预录制磁盘或其它类似计算机程序产品等与数据处理系统一起使用的制品能够包括存储媒体和在其上面录制的程序部件，以便引导数据处理系统以促进本发明的方法的实践。此类设备和制品也在本发明的精神和范围内。

为促进本发明的理解，下文参照本发明的特定实现描述本发明。本发明在如由计算机执行的程序模块的计算机可执行指令的通用上下文中描述。通常，程序模块包括执行特殊任务或实施特殊的抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。例如，作为本发明的基础的软件程序能够以不同语言编码以便与不同平台一起使用。在下面的描述中，在采用web浏览器的web门户的上下文中描述本发明的示例。然而，将理解的是，作为本发明的基础的原理也能够与其它类型的计算机软件技术一起实现。

另外，本领域的技术人员将理解，本发明可通过其它计算机系统配置实践，包括手持式装置、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费者电子装置、微型计算机、大型计算机及诸如此类。本发明也可在分布式计算环境中实践，在该环境中，任务由通过通信网络链接的远程处理装置执行。在分布式计算环境中，程序模块可位于包括记忆存储装置的本地和远程计算机存储媒体两者中。这些本地和远程计算环境可完全包含在机车或编组中的相邻机车内，或者在使用无线通信的情况下在车外的路旁或中心站(central office)中。

本文档通篇使用了术语机车“编组”。在本文中使用时，机车编组可视为具有连续的连接在一起的一个或多个机车以便提供开动和/或制动能力。在一个配置中，机车连接在一起，其中在机车之间没有列车车厢。列车能够在其组成中具有不止一个编组。具体而言，能够有一个带头编组和不止一个如在一列车厢的中部的远程编组，和在列车末尾的另一远程编组。每个机车编组可具有第一机车和拖尾机车。虽然编组通常被视为连续的机车，但本领域技术人员将容易认识到，即使至少一个车厢将机车分隔，如在编组配置用于分布式动力运行时，编组的一组机车也可识别为编组，其中，油门(throttle)和制动命令通过无线电链路或物理电缆从带头机车中继到远程尾部。为此，在讨论同一列车内的多个机车时，术语机车编组不应视为限制因素。

现在参照图形，将描述本发明的实施例。本发明能够以许多方式实现，包括实现为系统(包括计算机处理系统)、方法(包括计算机化方法)、设备、计算机可读媒体、计算机程序产品、包括web门户的图形用户接口或有形固定在计算机可读存储器中的数据结构。下面论述本发明的几个实施例。

图1是根据本发明的一个示范实施例的行程优化器系统12和用于为机动系统(例如机车或其它车辆)计划行程的相关联方法的流程图。如图所示，指令是针对在车上或从诸如调度中心10等远程位置计划行程的特定输入。此类输入信息包括但不限于列车位置、编组描述(如机车型号)、机车功率描述、机车牵引传输的工作、作为输出功率函数的引擎燃料的消耗、冷却特性、预想的行程路线(作为里程碑函数的有效轨道坡度和曲度或“有效坡度”分量以反映根据标准铁路惯例的曲度)、由车厢组成和负载及有效牵引系数一起表示的列车、行程所需参数，包括但不限于开始时间和位置、结束位置、所需行进时间、组员(用户和/或操作员)识别、组员换班截止时间及路线。

此数据可以多种方式提供到机车42(参见图3)，诸如但不限于操作员经车载显示将此数据手动输入机车42，将诸如“硬卡”和/或USB闪存驱动器等包含数据的存储器装置插入在机车上的插座，以及经无线通信将信息从诸如轨道信令装置和/或路旁装置等中央或路旁位置41传送到机车42。机车42和列车31负载特性(例如，拖动)也可随路线变化(例如，根据海拔高度、环境温度和轨道与轨道车厢的状况)，并且根据上述的任何方法和/或机车/列车状况的实时自动收集的需要，计划可更新以反映此类变化。这例如包括通过监视在机车42之上或之外的设备而检测到的机车或列车特性变化。

轨道信号系统确定列车的可允许速度。有许多类型的轨道信号系统和与每个信号相关联的运行规则。例如，一些信号具有单指示灯(开/关)，一些信号具有带多个颜色的单透镜，以及一些信号具有多个指示灯和颜色。这些信号能指示轨道畅通，并且列车可以最大可允许速度前进。它们也能指示减速，或者需要停止。此减速可需要立即或在某个位置实现(例如，在下一信号或交叉之前)。

信号状态通过各种途径传递到列车和/或操作员。一些系统在轨道中具有电路，并且在机车上具有感应拾波线圈。其它系统具有无线通信系统。信号系统也能要求操作员从视觉上检视信号并采取适当的动作。

信令系统可与车载信号系统接口，并根据输入和适当的运行规则调整机车速度。对于要求操作员从视觉上检视信号状态的信号系统，操作员屏幕将显示适当的信号选项以便操作员基于列车的位置进行输入。作为位置函数的信号系统和运行规则的类型可存储在车载数据库63中。

基于输入本发明的规范数据，计算最佳计划以产生行程概况或行程计划12a，最佳计划带有所需的开始和结束时间，在沿线路的速度限制约束条件下将燃料使用和/或产生的排放降到最低。概况包含列车要遵从的表达成作为距离和/或时间的函数的最佳速度和功率(级位)设置和此类列车运行限制，包括但不限于最大级位功率和制动设置、作为位置函数的速度限制及使用的预期燃料和生成的排放。在一个示范实施例中，选择用于级位设置的值以获得有关每10到30秒一次的油门变化决策。本领域技术人员将容易认识到，在需要和/或希望时，油门变化决策可在更长或更短持续时间发生以遵从最佳速度概况。在更广义的方面，本领域技术人员应明白，概况提供在列车级别、编组级别和/或个体列车级别的列车的功率设置。功率包括制动功率、开动功率和气闸功率。在另一实施例中，行程优化器系统不在传统的离散级位功率设置运行，而是能够选择对于选定概况确定为最佳的持续功率设置。因此，例如，在最佳概况指定6.8的级位设置时，机车42能够在6.8运行，而不是在级位设置7运行。允许此类中间功率设置可带来如下所述的另外效率益处。

用于计算最佳概况的过程能够是如下概述的一样，用于计算驱动列车31将在机车运行和时间表约束条件下的燃料和/或排放降到最低的功率顺序的任何数量的方法。在一些情况下，由于列车配置、路线和环境状况的类似性原因，所需最佳概况可以足够接近以前确定的一个概况。在这些情况下，查找数据库63内的行驶轨迹并尝试遵从该轨迹可能是足够的。在以前计算的计划不适合时，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微分方程模型指导最佳概况的计算。该建立涉及选择定量目标函数，通常为模型变量的加权和(积分)，变量对应于燃料消耗的速率和排放生成加上处罚过多油门变动的项。

最佳控制公式建立为在包括但不限于速度限制和最小与最大功率(油门)设置的约束条件下将定量目标函数降到最低。视在任何时候的计划目的而定，问题可灵活地实现以在排放和速度限制的约束条件下将燃料降到最低，或在燃料使用和到达时间的约束条件下将排放降到最低。也可能实现例如将总行进时间降到最低而无总排放或燃料使用的约束的目标，其中，约束的此类放宽将是任务所允许或需要的。

在数学方面，可更精确地说明要解决的问题。基础物理表示为：

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

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

其中，x是列车的位置，v是其速度，t是时间(适当时以英里、每小时英里数及分钟或小时数表示)以及u是级位(油门)命令输入。此外，D表示要行进的距离，Tf是在沿轨道在距离D的所需到达时间，Te是机车编组产生的牵引力、Ga是取决于列车长度、列车组成及列车所处地带的重力阻力，以及R是机车编组和列车组合的净速度相关阻力。初始和最终速度也能够指定，但在未失一般性的情况下此处可取为0(例如，在开始和结束时停止的列车)。最后，模型容易修改为包括其它重要的动力学，如在油门变化u与结果牵引力或制动之间的滞后。通过使用此模型，最佳控制公式建立为在包括但不限于速度限制和最小与最大功率(油门)设置的约束条件下将定量目标函数降到最低。视在任何时候的计划目的而定，问题可灵活地建立以在排放和速度限制的约束条件下将燃料降到最低，或在燃料使用和到达时间的约束条件下将排放降到最低。

也可能实现例如将总行进时间降到最低而无总排放或燃料使用的约束的目标，其中，约束的此类放宽将是任务所允许或需要的。所有这些工作度量(performance measure)能够表示为

任何以下的线性组合：

-将总燃料消耗降到最低(1)

-将行进时间降到最低

-将级位操控降到最低(分段恒定输入)

-将级位操控降到最低(持续输入)

可能将在(1)中的燃料项F替代为对应于排放产生的项。例如，对于排放

-将总排放产生降到最低。在此方程中，E是每个级位(或功率设置)以gm/hphr为单位的排放量。另外，最小化能够基于燃料和排放的加权总数进行。

常用的典型目标函数因此是

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

线性组合的系数将取决于为每项给出的重要性(权重)。注意，在方程(OP)中，u(t)是持续级位点的优化变量。如果需要离散级位，例如，对于较老的机车，则方程(OP)的解将被离散化，这可导致更少的燃料节省。求最小时间解(a1和a2设为0)用于求可实现行进时间的下限(T_f＝T_fmin)。在此情况下，u(t)和Tf均是优化变量。在一个实施例中，在a3设为0时为Tf的各种值求解方程(OP)。对于熟悉对此类最佳问题的解的那些而言，可能必需附加约束，例如，沿路径的速度限制：

0≤v≤SL(x)

或者在使用最小时间作为目标时，终点约束必须成立，例如，消耗的总燃料必须小于燃料箱中的量，例如，经：

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

此外，WF是在Tf在燃料箱中剩余的燃料。本领域技术人员将容易认识到，方程(OP)也能够为其它形式，并且上述所示是在本发明中使用的一个示范方程。

本发明的上下文中排放的引用实际上涉及以氧化氮(NOx)、未燃烃及颗粒等形式产生的累积排放。根据设计，每个机车必须符合制动特定排放的EPA标准，并且因此在本发明中优化排放时，这将是今天不存在有关其规范的任务总排放。在任何时候，运行将符合联邦EPA要求。如果在行程任务期间的目标是减少排放，则将修改最佳控制公式方程(OP)以考虑此行程目标。在优化建立中的一个关键灵活性是任何或所有行程目标能根据地理区域或任务改变。例如，对于高优先级列车，因为它是高优先级交通，因此，最小时间可以是在一条线路上的仅有目标。在另一示例中，排放输出能够沿计划的列车路线从一个状态改变到另一状态。

为解决所得的优化问题，在一个示范实施例中，在时间域中的动态最佳控制问题转录成带有N个决策变量的等效静态数学编程问题，其中，数字“N”取决于进行油门和制动调整的频率和行程的持续时间。对于典型问题，此N能够数以千计。例如，假设列车行进在美国西南部绵延172英里(276.8公里)的轨道上。通过利用行程优化器系统，在比较使用行程优化器系统确定和遵从的行程与行程由操作员确定的实际驾驶员油门/速度历史时，可实现使用燃料的示范7.6％节省。由于行程优化器系统产生了与操作员的行程计划相比带有更低阻损和很少或无制动损的驱动策略，因此，实现了改进的节省。

要使上述优化在计算上易处理，可采用如图2所示列车的简化数学模型和上述方程。如图所示，考虑了诸如但不限于有关编组的信息、路线信息、列车信息和/或行程信息等某些设置的规范以确定诸如优化概况等概况。在概况中包含的此类因素包括但不限于速度、在任务中保持的距离和/或使用的燃料。如本文中公开的一样，可包括在概况中的其它因素是级位设置和时间。通过驱动带有生成的最佳功率顺序的更详细模型，产生了对最佳概况的一个可能细化，以测试是否违反了其它热、电和机械约束。这产生了带有速度与距离关系的修改概况，其最接近能实现的不损害机车或列车设备的运行，即满足另外的暗含约束，如有关机车的热和电限制和列车中的车厢间力。本领域技术人员将容易认识到在图2中如何利用本文中论述的方程。

再参照图1，一旦在12a启动行程，便生成14功率命令以使行程/任务计划开始起动。视本发明的运行建立而定，一个命令是让机车遵从优化的功率命令16以便实现最佳速度。行程优化器系统从列车18的机车编组获得实际速度和功率信息。由于用于优化的模型的不可避免的近似，因此，获得了对优化功率的校正的闭环计算以跟踪所需最佳速度。列车运行限制的此类校正能自动进行或由始终对列车具有最终控制的操作员进行。

在一些情况下，在优化中使用的模型可与实际列车大不相同。这能够由于许多原因而发生，包括但不限于额外的上货或放下(setout)、在路线中出故障的机车及在初始数据库63中或操作的数据录入中的错误。由于这些原因，使用实时列车数据实时20估计机车和/或列车参数的监视系统已经到位。估计的参数随后与在最初创建行程22时使用的假设参数进行比较。基于假设与估计值之间的任何差别，如果新计划有足够大的节省增长，则可重新计划24该行程。

可重新计划行程的其它原因包括来自诸如调度的远程位置的指令，和/或操作员请求目标变化以便与更全局的移动计划目标相一致。另外的全局移动计划目标可包括但不限于其它列车时间表，从而允许从隧道驱散废气，维护操作等。另一原因可以是由于组件的车内故障(on-board failure)。如下面更详细所述一样，根据损坏的严重性，用于重新计划的策略可群组到增量和主要调整中。通常，必须从上述优化问题方程(OP)的解得出“新”计划，但如本文中所述一样，经常能够找到更快的近似解。

在运行中，机车42将持续监视系统效率，并且基于测量的实际效率持续更新行程计划(只要这样的更新将改进行程工作)。重新计划计算可完全在机车内进行，或完全或部分转移到诸如调度或路旁处理设施等使用无线技术将计划传递到机车42的远程位置进行。行程优化器系统也可生成能用于形成有关效率转移函数(efficiency transfer function)的机车队列数据的效率趋势。队列范围的数据可在确定初始行程计划时使用，并且在考虑多个列车的位置时可用于网络范围的优化折衷。例如，如图4所示的行进时间燃料使用折衷曲线反映了在当前时间特定路线上从为同一路线上许多类似列车收集的总体均值更新的列车的能力。因此，从许多机车收集象图4所示曲线的中央调度设施能够使用该信息更好地协调总体列车移动以实现在燃料使用或吞吐量方面系统范围的优势。

日常运行中的许多事件能够导致生成或修改当前执行计划的需要，其中希望保持相同的行程目标，例如，在列车未准时实现与另一列车计划的会合或经过并且它需要弥补时间时。通过使用机车的实际速度、功率和位置，在计划的到达时间与当前估计(预测)到达时间之间进行比较25。基于时间的差别及参数的差别(通过调度或由操作员检测到或改变)，调整计划26。此调整可根据铁路公司应如何处理此类计划偏离的要求自动进行，或备选方案可手动提出以便车上的操作员和调度员联合判定赶上计划的最佳方式。无论何时更新计划但其中的原目标(诸如但不限于到达时间)保持相同时，另外的变化可同时计算在内，例如，新的将来速度限制变化，这能够影响不断恢复原计划的可行性。在此类情况下，如果不能保持原行程计划，或换而言之列车不能满足原行程计划目标，则如本文中所述一样，可向操作员和/或远程设施或调度呈现其它行程计划。

重新计划24也可在需要更改原目标时进行。此类重新计划可在固定预计划时间，在操作员或调度员处理下手动进行，或者在超过诸如列车运行限制等预定义限制时自动进行。例如，如果当前计划执行运行推迟超过指定阈值，如三十分钟，则本发明能重新计划行程以便如上所述在增加燃料使用的代价下适应延迟，或者提示操作员和调度员到底能弥补多少时间量(例如，要行进的最小时间是多少，或者在时间约束内能节省的最大燃料是多少)。基于消耗的燃料或动力编组的健康情况，也能预见重新计划的其它触发因素，包括但不限于到达时间、由于设备故障和/或设备暂时失灵(如运行过热或过冷)造成的马力损耗和/或检测到总量建立错误(如在假设的列车负载方面)。也就是说，如果变化反映了当前行程的机车工作方面的损害，则这些变化可在优化中所使用的模型和/或方程中考虑。

计划目标的变化也能够因需要协调其中一列列车的计划损害了另一列列车实现目标的能力的事件而发生，以及需要在不同级别的裁定、例如调度室。例如，会合和过车(pass)的协调可通过列车与列车通信而进一步优化。因此，例如，如果列车知道它在预定时间后到达会合和/或过车的位置，则来自另一列列车的通信能够通知晚点的列车(和/或调度)。操作员随后能输入有关晚点的信息到行程优化器系统中，该系统重新计算列车的行程计划。行程优化器系统也能在高级别或网络级别使用，以允许调度来确定在不可实现预定会合和/或过车时间约束时哪列列车应减速或加速。如本文中所述，这通过列车将数据传送到调度以优先处理每列列车应如何更改其计划目标来实现。视情况而定，选择能够基于时间表或燃料节省益处。

对于任何手动或自动启动的重新计划，本发明的系统可向操作员呈现不止一个行程计划。在一个示范实施例中，行程优化器系统将向操作员呈现不同的概况，允许操作员选择到达时间和理解对应的燃料和/或排放影响。此类信息也能出于类似考虑而作为简单的备选项的列表或作为如图5所示的多个折衷曲线来提供到调度。

本发明的实施例能够了解和适应在当前计划和/或将来计划中能够包含的列车和动力编组的重要变化。例如，上述触发因素之一是马力损耗。在马力损耗后或在开始行程时在一段时间内积累马力时，利用转换逻辑确定何时实现所需的马力。此信息能够保存在机车数据库61中以便在再次发生马力损耗时用于优化将来行程或当前行程。

图3示出根据本发明的一个示范实施例，可以是行程优化器系统12的一部分的各种元件(element)。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传感器或传感器的系统。此类其它系统的示例可包括但不限于诸如射频自动设备识别(RF AEI)标签、调度和/或视频确定等路旁装置。另一系统可包括在机车上的测速计和离参考点的距离计算。如前面所述，无线通信系统47也可提供以允许在列车之间和/或与诸如调度等远程位置进行通信。有关行进位置的信息也可从其它列车传送。

也提供轨道表征元件33以提供有关轨道的信息，主要是坡度和海拔及曲度信息。轨道表征元件33可包括车载轨道完整性数据库36。传感器38用于测量机车编组42拖动的牵引力、机车编组42的油门设置、机车编组42配置信息、机车编组42的速度、单独的机车配置、单独的机车能力等。在一个示范实施例中，机车编组42配置信息可被加载而不使用传感器38，而是如上所述以另一方式输入。此外，也考虑编组中机车的健康情况。例如，如果在编组中的一个机车不能在功率级位级别5以上运行，则在优化行程计划时使用此信息。

来自定位器元件的信息也可用于确定列车31的适当到达时间。例如，如果有列车31沿轨道34向目的地移动，并且在其后没有列车跟随，并且列车没有要遵守的固定最终到达时间，则包括但不限于RF AEI标签、调度和/或视频确定等定位器元件可用于测定列车31的确切位置。此外，来自这些信令系统的输入可用于调整列车速度。使用下面论述的车载轨道数据库和诸如GPS等定位器元件，行程优化器系统能调整操作员界面以反映在给定机车位置的信令系统状态。在信令状态将指示前面限制速度的情况下，行程优化器系统可选择使列车减速以节省燃料消耗。

来自定位器元件30的信息也可用于更改作为到目的地的距离的函数的计划目标。例如，由于沿路线有关拥塞的不可避免的不确定性原因，在路线的早期部分上可采用“更快”时间目标作为一种保障措施，防止统计上在后面发生的延迟。如果在特定行程上出现延迟未发生的情况，则能够修改路程后期部分上的目标以利用更早积累的堆积富余时间，并且由此恢复一定的燃料效率。针对例如接近市区等排放限制目标，可援用类似的策略。

作为保障措施策略的一个示例，在计划从纽约到芝加哥的行程时，行程优化器系统可选择在行程的开始或在行程的中间或行程的结束时更慢行驶列车。由于诸如但不限于天气状况、轨道维护等未知约束可在行程期间形成并已知，因此，行程优化器系统将优化行程计划以允许在行程结束时更慢运行。作为另一考虑事项，如果通常拥塞的区域已知，则制订的计划带有在这些通常拥塞区具有更大灵活性的选项。因此，行程优化器系统也可将随时间/距离变化的加权/处罚计入将来和/或基于已知/过去经验考虑加权/处罚。本领域技术人员将容易认识到，此类计划和重新计划将天气状况、轨道状况、轨道上的其它列车等考虑在内，它们可以在行程期间的任何时候被考虑，其中，相应地调整行程计划。

图3还公开可以是本发明的行程优化器系统的一部分的其它元件。提供了可用于从定位器元件30、轨道表征元件33及传感器38接收信息的处理器44。算法46(例如，实现为一组计算机程序/指令)在处理器44内操作。算法46用于如上所述基于涉及机车42、列车31、轨道34和任务的目标等参数，计算优化的行程计划。在一个示范实施例中，基于如列车31沿路线34移动时列车行为的模型，将行程计划建立为从带有在算法中提供的简化假设的物理学得到的非线性微分方程的解。算法46对来自定位器元件30、轨道表征元件33和/或传感器38的信息有访问权，以便创建将机车编组42的燃料消耗降到最低，将机车编组42的排放降到最低，确立所需行程时间和/或确保在机车编组42上适当的组员操作时间的行程计划。在一个示范实施例中，也提供了驱驶员或操作员和/或控制元件51。如本文中所述，控制器元件51用于在列车遵从行程计划时控制列车。在本文中进一步论述的一个示范实施例中，控制器元件51自动做出列车运行决策。在另一示范实施例中，操作员可参与引导列车以遵从行程计划。

本发明的一个示范实施例的特征是能够在最初创建并快速、“即时”修改在执行的任何计划。由于计划优化算法的复杂性原因，这包括在涉及长距离时创建初始计划。在行程概况的总长度超过给定距离时，算法46可用于将任务分段，其中任务可按路点划分。虽然只论述单个算法46，但本领域技术人员将容易认识到，可使用不止一个算法(或者，可多次执行同一算法)，其中，算法可连在一起。路点可包括列车31停靠的自然位置和计划工作的位置，自然位置是诸如但不限于预定与反向交通会合(或与当前列车后的列车一起驶过)要在单轨铁路上发生的地方的侧线、车厢要被搭载和放下的地方的场站侧线或作业区(industry)。在此类路点，可要求列车31在预定时间处于该位置以及停靠或以在指定范围的速度移动。在到达路点到离开路点的持续时间称为“停站时间”。

在一个示范实施例中，行程优化器系统12以特殊系统性方式将更长的行程细分成更小的段。每个段能够在某种程度上是任意长，但一般选择在诸如停车站或重要速度限制处等自然位置或在定义与其它路线联结的重要里程碑处。假设有以此方式选定的分区或段，如图4所示，根据作为独立变量的行进时间，为轨道的每段创建行驶概况。在列车31到达轨道的该段前，能够计算与每段相关联的使用的燃料/行进时间折衷。从为每段创建的行驶概况，能够创建总行程计划。系统以最佳方式在行程的所有段中分配行进时间，以便所需总行进时间得到满足，并且在所有段内消耗的总燃料尽可能少。示范3段行程在图6中公开并且在下面论述。然而，本领域技术人员认识到，虽然论述了段，但行程可包括表示整个行程的单个段。

图4示出燃料使用/行进时间曲线50的一个示范实施例。如前面所述，在针对每段各种行进时间计算最佳行程概况时，创建此类曲线50。也就是说，对于给定行进时间51，使用的燃料52是如上所述计算的详细行驶概况的结果。一旦分配了每段的行进时间，便从以前计算的解为每段确定功率/速度计划。如果对在段之间的速度有任何路点约束，诸如但不限于速度限制的变化，则在创建最佳行程概况期间匹配它们。如果速度限制仅在单个段中变化，则燃料使用/行进时间曲线50只为变化的该段重新计算。这减少了要重新计算行程的更多部分或段的时间。如果机车编组或列车沿路线例如从机车损耗或车厢搭载或放下变化相当大，则所有随后段的行驶概况必须重新计算，由此创建曲线50的新实例。这些新曲线50随后将与新时间表目标一起使用以计划剩余行程。

一旦如上所述创建行程计划，速度和功率与距离的关系的轨迹用于在所需的行程时间以最小燃料使用和/或排放到达目的地。执行行程计划有几种方式。如下面更详细提供的一样，在一个示范实施例中，在操作员“辅导模式”中时，向操作员显示信息以便操作员遵从以实现根据最佳行程计划确定的所需功率和速度。在此模式中，运行信息包括操作员应使用的建议的运行条件。在另一示范实施例中，自动执行加速和保持恒速。然而，在列车31必须减速时，操作员负责应用制动系统52。在另一示范实施例中，根据需要提供用于加功率(powering)和制动的命令以遵从所需的速度距离路径。

反馈控制策略用于提供对概况中功率控制序列的校正，以对于诸如但不限于波动的顶风和/或尾风造成的列车负载变动等事件来校正。另一种此类错误可由在与优化行程计划中的假设相比时诸如但不限于列车质量和/或阻力的列车参数的错误造成。第三种类型的错误可发生在轨道数据库36中包含的信息中。另一种可能的错误可涉及由于机车引擎、牵引马达热持续时间和/或其它因素原因造成的未建模的工作差别。反馈控制策略比较随位置变化的实际速度和所需最佳概况中的速度。基于此差别，添加对最佳功率概况的校正以将实际速度推向最佳概况。为确保稳定调节，可提供补偿算法，该算法将反馈速度滤波成功率校正以便确保闭合工作稳定性。补偿可包括如控制系统设计领域技术人员用于满足工作目标所使用的标准动态补偿。

本发明的示范实施例允许最简单且因此最快的方式适应行程目标的变化，这是规则而不是铁路运营中的例外。在一个示范实施例中，为确定从“A”点到“B”点(其中沿途有停车站)的燃料最佳行程，以及为在行程一旦开始后为行程的剩余部分更新行程，次佳分解方法可用于查找最佳行程概况。通过使用建模方法，计算方法能找到带有指定行进时间和初始与最终速度的行程计划，以便满足在有停车站时的所有速度限制和机车能力约束。虽然以下论述针对优化燃料使用，但它也适用于优化其它因素，诸如但不限于排放、时间表、组员舒适性及负载影响。方法可在制订行程计划的开始时使用，并且更重要的是适应启动行程后目标的变化。

如本文中所述，本发明的实施例可采用如图5示出流程图中所示的建立，并且用作在图6中详细示出的示范3段示例。如图所示，行程可分成两个或更多个段T1、T2和T3。(如上所述，可能将行程考虑为单个段。)如本文中所述，段边界可不产生相等段。相反，段可使用自然或任务特定的边界。为每段预先计算最佳行程计划。如果燃料使用与行程时间的关系是要满足的行程目的，则为每段构建燃料与行程时间关系曲线。如本文中所述，曲线可基于其它因素，其中，因素是关于行程计划要满足的目标。行程时间是在确定的参数时，在满足总体行程时间约束的同时计算每段的行程时间。图6示出用于一个示范3段200英里(321.9公里)行程的速度限制97。还示出了在200英里(321.9公里)行程内的坡度变化98。也示出了组合图表99，该图表示出行程的每段的在行进时间内使用的燃料的曲线。

通过使用前面所述的最佳控制建立，行程优化器系统能找到带有指定行进时间和初始与最终速度的行程计划，以便满足在有停车站时所有速度限制和机车能力约束。虽然以下详细论述针对优化燃料使用，但它也适用于如本文中所述优化其它因素，诸如但不限于排放。一个关键灵活性是适应在停车站的所需停站时间，并且考虑例如在侧线或通过侧线的时间是关键的单轨运行中可能要求的在某个位置的最早到达和离开的约束。

行程优化器系统的示范实施例找到从距离D₀到D_M、在时间T内行进、在D₁，...，D_M-1带有M-1个中间停车站，并且具有在这些停车站的到达和离开时间的受以下方程约束的燃料最佳行程：

t_min(i)≤t_arr(D_i)≤t_max(i)-Δt_i

t_arr(D_i)+Δt_i≤t_dep(D_i)≤t_max(i) i＝1，...，M-1

其中，t_arr(D_i)、t_dep(D_i)和Δt_i分别是在第i个停车站的到达、离开和最小停止时间。假设燃料最佳性暗含将停止时间降到最低，因此，这消除了上述第二不等式。假设对于每个i＝1，...，M，从D_i-1到D_i、行进时间为t、T_min(i)≤t≤T_max(i)的燃料最佳行程是已知的。假定F_i(t)是对应于此行程的燃料使用。如果从D_j-1到D_j的行进时间表示为T_j，则在D_i的到达时间表示为

$t_{\mathrm{arr}}\left(D_i\right)=\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_j+{\mathrm{\&Delta;t}}_{j-1})$

其中，Δt₀被定义为0。随后，通过求在

$t_{\min }\left(i\right)\&le;\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_j+{\mathrm{\&Delta;t}}_{j-1})\&le;t_{\max }\left(i\right)-{\mathrm{\&Delta;t}}_i,i=1,...,M-1$

$\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_j+{\mathrm{\&Delta;t}}_{j-1})=T$

条件下将

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{F}_i\left(T_i\right)T_{\min }\left(i\right)\&le;T_i\&le;T_{\max }\left(i\right)$

降到最低的T_i，i＝1，...，M，获得了从D₀到D_M、行进时间为T的燃料最佳行程。

一旦行程在进行，问题便是重新确定在行程行进时行程(最初在时间T内从D₀到D_M)的剩余部分的燃料最佳解，但其中干扰排除了采用燃料最佳解。假定当前距离和速度分别为x和v，其中，D_i-1＜x≤D_i。此外，假定由行程开始以来的当前时间是间歇式的。随后，通过求出在

$t_{\min }\left(i\right)\&le;t_{\mathrm{act}}+{\tilde{T}}_i\&le;t_{\max }\left(i\right)-{\mathrm{\&Delta;t}}_i$

$t_{\min }\left(k\right)\&le;t_{\mathrm{act}}+{\tilde{T}}_i+\underset{j=i+1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_j+{\mathrm{\&Delta;t}}_{j-1})\&le;t_{\max }\left(k\right)-{\mathrm{\&Delta;t}}_k,k=i+1,...,M-1$

$t_{\mathrm{act}}+{\tilde{T}}_i+\underset{j=i+1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_j+{\mathrm{\&Delta;t}}_{j-1})=T$

条件下将

${\tilde{F}}_i({\tilde{T}}_i,x,v)+\underset{j=i+1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{F}_j\left(T_j\right)$

降到最低的

T_j，j＝i+1，...M，获得从x到D_M、在D_M保持原到达时间的行程的剩余部分的燃料最佳解。

此处，

是从x到D_i、在时间t内行进、在x的初始速度为v的最佳行程的使用燃料。

如上所述，允许更有效的重新计划的一个示范方式是构建从划分段的站到站行程的最佳解。对于从D_i-1到D_i、行进时间为T_i的行程，选择一组中间点D_ij，j＝1，...，N_i-1。假定D_i0＝D_i-1，并且

随后，将从D_i-1到D_i的最佳行程的燃料使用表示为：

$F_i\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N_i}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_{\mathrm{ij}}(t_{\mathrm{ij}}-t_{i,j-1},v_{i,j-1},v_{\mathrm{ij}})$

其中，f_ij(t，v_i，j-1，v_ij)是从D_i，j-1到D_ij、在时间t内行进、初始速度和最终速度分别为v_i，j-1和v_ij的最佳行程的燃料使用。此外，t_ij是对应于距离D_ij的最佳行程中的时间。根据定义，

由于列车在D_i0和

停止，因此，

上述表达式允许通过先确定函数f_ij(·)，1≤j≤N_i，然后求出在

$\underset{j=1}{\overset{N_i}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{ij}}=T_i$

v_min(i，j)≤v_ij≤v_max(i，j) j＝1，...，N_i-1

$v_{i0}=v_{{\mathrm{iN}}_i}=0$

条件下将

$F_i\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N_i}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_{\mathrm{ij}}({\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{ij}},v_{i,j-1},v_{\mathrm{ij}})$

降到最低的τ_ij，1≤j≤N_i和v_ij，1≤j＜N_i，备选地确定函数F_i(t)。

通过选择D_ij(例如，在速度限制处或会合点)，能够将v_max(i，j)-v_min(i，j)降到最低，由此将其内需要知道f_ij()的域降到最低。

基于上述的分区，比上述方案更简单的次佳重新计划方案是将重新计划限制为列车处于距离点D_ij，1≤i≤M，1≤j≤N_i时的时间。在D_ij点，能够通过求出在

$t_{\min }\left(i\right)\&le;t_{\mathrm{act}}+\underset{k=j+1}{\overset{N_i}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{ik}}\&le;t_{\max }\left(i\right)-{\mathrm{\&Delta;t}}_i$

$t_{\min }\left(n\right)\&le;t_{\mathrm{act}}+\underset{k=j+1}{\overset{N_i}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{ik}}+\underset{m=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_m+{\mathrm{\&Delta;t}}_{m-1})\&le;t_{\max }\left(n\right)-{\mathrm{\&Delta;t}}_n,n=i+1,...,M-1$

$t_{\mathrm{act}}+\underset{k=i+1}{\overset{N_i}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{ik}}+\underset{m=i+1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_m+{\mathrm{\&Delta;t}}_{m-1})=T$

条件下将

降到最低的τ_ik，j＜k≤N_i，v_ik，j＜k＜N_i和τ_mn，i＜m≤M，1≤n≤N_m，v_mn，i＜m≤M，1≤n＜N_m，确定从D_ij到D_M的新最佳行程，

其中

$T_m=\underset{n=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{mn}}$

通过等待T_m的重新计算，i＜m≤M，直至到达距离点D_i，获得了进一步的简化。这样，在D_i-1与D_i之间的D_ij点，只需在τ_ik内执行上述最小化，j＜k≤N_i，v_ik，j＜k＜N_i。T_i根据需要增大以适应从D_i-1到D_ij的任何比计划更长的实际行进时间。此增大以后在可能时通过在距离点D_i的T_m的重新计算而得到补偿，i＜m＜M。

相对于上面公开的闭环配置，列车31从A点移到B点所需的总输入能量由四个分量之和组成，具体而言是在A点与B点之间动能的差别；在A点与B点之间势能的差别；由于摩擦造成的能量损耗和其它阻损；及应用制动耗费的能量。假设开始和结束速度相等(例如，固定)，则第一分量为0。此外，第二分量独立于行驶策略。因此，将最后两个分量之和降到最低便足够。

采用恒速概况将阻损降到最低。采用恒速概况也在不需要制动以保持恒速时将总能量输入降到最低。然而，如果需要制动以保持恒速，则只应用制动以保持恒速将由于需要补充制动耗费的能量而极可能增大总的需要能量。存在的一种可能性是如果另外的制动损大于制动造成的阻损最终降低所带来的补偿，则某种制动可通过减少速度变动而实际上减少总的能量使用。

在从上述事件的集合完成重新计划后，能够使用本文中描述的闭环控制采用新的最佳级位/速度计划。然而，在一些情况下，可能没有足够的时间执行上述段分解式计划，并且具体而言在存在必须重视的至关重要的速度限制时，需要备选方案。行程优化器系统通过称为“智能巡航控制”的算法实现了此需要。智能巡航控制算法是即时生成能量高效(因此燃料高效)的次佳建议以便在已知地带内驾驶列车31的有效方式。此算法假设始终知道列车31沿轨道34的位置及知道轨道的坡度和曲度与位置的关系。方法依赖于列车31运动的点质量模型，其参数可如更早所述从列车运动的在线测量进行适应性估计。

智能巡航控制算法具有三个主要分量，具体而言是修改的速度限制概况，它用作围绕限速减少的能量高效的指导；理想的油门或动态制动设置概况，它尝试在将速度变动降到最低与制动之间平衡；及用于组合后两个分量以产生级位命令、采用速度反馈回路以补偿与现实参数比较时建模参数的失配的机制。智能巡航控制能够适应在本发明中不进行主动制动(例如，驾驶员收到信号通知并假设提供必要的制动)的策略，或适应进行主动制动的变型。

关于不控制动态制动的巡航控制算法，三个示范分量是：修改的限速概况，它用作围绕限速减少的能量高效的指导；命令通知信号以在制动应该应用时通知操作员；理想的油门概况，它尝试在将速度变动降到最低与通知操作员应用制动之间平衡，一种采用反馈回路以补偿模型参数与现实参数的失配的机制。

本发明中还包括一种识别列车31的关键参数值的方案。例如，关于估计列车质量，Kalman滤波器和递归最小平方法可用于检测可随着时间而形成的误差。

图7示出根据本发明的一个另外实施例的行程计划器系统的示意图。如前面所述，诸如调度60等远程设施能提供信息到执行控制元件62。信息还供应到执行控制元件62，该信息如来自机车建模数据库63的信息、来自轨道数据库36的信息，诸如但不限于轨道坡度信息和限速信息、估计的列车参数，诸如但不限于列车重量和阻力系数及来自燃料消耗率估计器64的燃料消耗率表格。执行控制元件62将信息提供到在图1中更详细地公开的计划器12。一旦行程计划已计算，计划便被供应到行驶顾问、驾驶员或控制器元件51。行程计划也供应到执行控制元件62，以便在提供其它新数据时它能比较行程。

如上所述，行驶顾问51能自动设置级位功率，该功率是预建立的级位设置或最佳持续级位功率。除供应速度命令到机车31外，提供了显示68以便操作员能查看计划器建议的内容。操作员也可接触到控制面板69。通过控制面板69，操作员能判定是否应用建议的级位功率。为此，操作员可限制目标或建议的功率。也就是说，任何时候操作员始终对机车编组运行将使用的功率设置有最终决定权。这包括判定在行程计划建议列车31减速时是否应用制动。例如，如果在黑暗地域中运行，或者在来自路旁设备的信息不能以电子方式传送信息到列车，并且操作员转而查看来自路旁设备的视觉信号的情况下，操作员基于轨道数据库包含的信息和来自路旁设备的视觉信号输入命令。基于列车31运转的方式，关于燃料测量的信息供应到燃料消耗率估计器64。由于燃料流的直接测量一般在机车编组中不可进行，因此，通过使用校准的物理学模型，诸如在形成最佳计划中使用的那些模型，执行有关在行程内迄今消耗的燃料及将来的遵从最佳计划的预测的所有信息。例如，此类预测可包括但不限于使用测量的总马力和已知燃料特征以得出使用的累积燃料。

如上所述，列车31也具有诸如GPS传感器等定位器装置30。信息供应到列车参数估计器65。此类信息可包括但不限于GPS传感器数据、牵引/制动力数据、制动状态数据、速度及速度数据的任何变化。借助于有关坡度的信息和限速信息，列车重量和阻力系数信息供应到执行控制元件62。

本发明的示范实施例也可允许在整个优化计划和闭环控制实现内使用持续可变功率。在常规机车中，功率一般量化为八个离散级别。现代机车能实现马力的持续变动，这可包含到前面所述的优化方法中。通过持续功率，机车42能进一步优化运行状况，这例如通过以下来进行：将辅助载荷和功率传输损耗降到最低，并且细调具有最佳效率的引擎马力区，或者到增大的排放余量点。示例包括但不限于将冷却系统损耗降到最低，调整交流发电机电压，调整引擎速度，以及降低开动轴的数量。此外，机车42可使用车载轨道数据库36和预测工作要求，以将附属载荷和功率传输损耗降到最低以便为目标燃料消耗/排放提供最佳效率。示例包括但不限于在平坦地带减少开动轴的数量和在进入隧道前预冷却机车引擎。

本发明的示范实施例也可使用车载轨道数据库36和预测工作以调整机车工作，以便确保列车在进入山和/或隧道时有足够的速度。例如，这能够表示为在特定位置的速度约束，该约束成为求方程(OP)解所创建的最佳计划生成的一部分。另外，本发明的实施例可包含列车处理规则，诸如但不限于牵引力升降率(ramp rate)和最大制动力升降率。这些可直接包含到最佳行程概况的公式中，或备选包含到用于控制功率应用以实现目标速度的闭环调节器中。

在一个实施例中，行程优化器系统只安装在列车编组的带头机车上。即使系统不依赖数据或与其它机车的交互，它也可如美国专利6691957和7021588(由受让人拥有且均通过引用而被结合)所公开的一样与编组管理器集成，与功能和/或编组优化器功能集成以提高效率。如本文中所述裁定两列“独立优化的”列车的调度的示例所示，不排除与多列列车的交互。

带有分布式动力系统的列车能够在不同模式中运行。一种模式是列车中的所有机车在同一级位命令运行。因此，如果领头机车在命令开动N8，则列车中的所有单元将被命令为产生开动-N8功率。运行的另一模式是“独立”控制。在此模式中，机车或在整列列车内分布的机车组能够在不同开动或制动功率运行。例如，在列车到达山顶时，带头机车(在山的下坡上)可处于制动状态，而在列车的中间或结束的机车(在山的上坡上)可处于开动状态。这样做是为了将连接轨道车厢和机车的机械耦合器上的拉力降到最低。传统上，在“独立”模式中运行分布式动力系统要求操作员经带头机车中的显示手动命令每个远程机车或机车组。通过使用基于物理学的计划模型、列车建立信息、车载轨道数据库、车载运行规则、位置确定系统、实时闭环功率/制动控制及传感器反馈，系统能够在“独立”模式中自动运行分布式动力系统。

在分布式动力中运行时，带头机车中的操作员能经诸如分布式动力控制元件等控制系统，控制在远程编组中远程机车的运行功能。因此，在分布式动力中运行时，操作员能命令每个机车编组在不同级位功率水平运行(或者一个编组能够处于开动状态，另一编组能够处于制动状态)，其中，机车编组中的每个单独机车在同一级位功率运行。在一个示范实施例中，借助于在列车上安装、且一般与分布式动力控制元件通信的行程优化器系统，在用于远程机车编组的级位功率水平如优化的行程计划所建议那样是所希望的时，系统将此功率设置传递到远程机车编组以便实现。如下所述，关于制动同样是如此。

本发明的实施例可与机车在其中是不连续的编组一起使用，例如，一个或多个机车在列车的最前面，其它在中间和/或后部。此类配置称为分布式动力，其中，在机车之间的标准连接替代为无线电链路或附加电缆以在外部链接机车。在分布式动力中运行时，带头机车中的操作员能经诸如分布式动力控制元件等控制系统，控制在编组中远程机车的运行功能。具体而言，在分布式动力中运行时，操作员能命令每个机车编组在不同级位功率水平运行(或者一个编组能够处于开动状态，另一编组能够处于制动状态)，其中，机车编组中的每个个体在同一级位功率运行。

在一个示范实施例中，借助于已在列车上安装且一般与分布式动力控制元件通信的行程优化器系统，在用于远程机车编组的级位功率水平如优化的行程计划所建议那样是希望的时，本发明将此功率设置传递到远程机车编组以便实现。如下所述，关于制动同样是如此。在通过分布式动力运行时，前面所述的优化问题能够得到增强以允许附加的自由度，表现在能够从带头单元独立控制每个远程单元。此方面的价值是假设反映列车内部作用力的模型也包括在内，与列车内部作用力有关的另外目标或约束可包含到工作函数中。因此，本发明的实施例可包括使用多个油门控制以更好地管理列车内部作用力及燃料消耗和排放。

在利用编组管理器的列车中，机车编组中的带头机车可在与该编组中其它机车不同的级位功率设置运行。编组中的其它机车在同一级位功率设置运行。本发明的实施例结合编组管理器使用以用于命令编组中机车的级位功率设置。因此，基于本发明的示范实施例，由于编组管理器将机车编组分成两个群组，即，带头机车和拖尾单元，因此，带头机车将得到在某个级位功率运行的命令，并且拖尾机车得到在另外某个级位功率运行的命令。在一个示范实施例中，分布式动力控制元件可以是其中托管此运行的系统和/或设备。

类似地，在编组优化器与机车编组一起使用时，行程优化器系统能结合编组优化器使用以用于确定在机车编组中每个机车的级位功率。例如，假设行程计划建议级位功率设置4用于机车编组。基于列车的位置，编组优化器将采用此信息并随后确定用于编组中每个机车的级位功率设置。在此实现中，提高了通过列车内通信信道来设置级位功率设置的效率。此外，如上所述，此配置的实现可利用分布式控制系统执行。

此外，如前面所述，本发明的示范实施例可针对在列车编组基于关注的即将到来的项目而使用制动时用于持续校正和重新计划，这些项目是诸如但不限于铁路交叉口、坡度变化、进入侧线、进入补给场站及进入燃料站，这里编组中的每个机车可要求不同的制动选项。例如，如果车辆在经过一座小山，则带头机车可能要进入制动状况，而未到达山顶的远程机车可能要保持在开动状态。

图8、9和10示出由操作员使用的动态显示68的示范图示。如图8所示，行程概况72以滚动图的形式提供。在概况内，提供了机车的位置73。也提供了诸如列车长度105和列车中车厢的数量106等此类信息。也提供了有关轨道坡度107、曲线和路旁元件108(包括桥位置109和列车速度110等)的显示元素。显示68允许操作员查看此类信息，并且也看到列车在沿路线何处。提供了有关距离和/或到达诸如交叉口112等此类位置的估计时间、信号114、速度变化116、陆标118及目的地120等信息。也提供了到达时间管理工具125以允许用户确定在行程期间实现的燃料节省。操作员能够改变到达时间127和证实这对燃料节省的影响程度。如本文中所述，本领域技术人员将认识到，燃料节省只是通过管理工具能够检查的一个目标的一个示范示例。为此，视在查看的参数而定，通过操作员可看到的管理工具，能够查看和评估本文中论述的其它参数。也为操作员提供了有关组员已经操作列车的时长的信息。在示范实施例中，时间和距离信息可示为在特定事件和/或位置之前的时间和/或距离，或者它可提供总的经过时间。

如图9所示，示范显示68提供有关编组数据130、事件和情况图132、到达时间管理工具134及动作键136的信息。如上论述的类似信息也在此显示中提供。此显示68还提供动作键138以允许操作员重新计划及脱离140行程计划程序优化系统。

图10示出显示的另一示范实施例。可看到现代机车典型的数据，包括气闸状态71、带有数字插入或指示符的模拟速度计74及有关以磅力为单位的牵引力(或用于DC机车的牵引安培)的信息。指示符74提供用于显示在执行的计划中的当前最佳速度，并且加速计图形用于补充以mph/分钟为单位的读值。最佳计划执行的重要新数据是在屏幕的中心，包括带有与速度和级位设置与距离关系的当前历史相比这些变量的最佳值的滚动带状图76。在此示范实施例中，使用定位器元件得出列车的位置。如图所示，通过识别列车离其最终目的地的距离、绝对位置、初始目的地、中间点和/或操作员输入，来提供位置。

带状图提供采用最佳计划所需速度变化的超前量(这对手动控制是有用的)，并且监视在自动控制期间的计划与实际关系。如本文中所述，如在辅导模式中时，操作员能采用行程计划器系统建议的级位或速度。垂直栏提供所需和实际级位的图形，这些也以数字方式在带状图下显示。在利用持续级位功率时，如上所述，显示将只取舍为最近的离散等效值。显示可以是模拟显示，以便显示实际马力/牵引力的模拟等效值或百分比。

有关行程状态的重要信息在屏幕上显示，并且显示带头机车、沿列车某处的位置或在列车长度内的平均处该列车遇到的当前坡度88。也公开了在计划中迄今行进的距离90、使用的累积燃料92、计划下一停车的位置94(或离该处的距离)、当前和预计到达时间96以及到达下一停车站的预期时间。显示68也示出到目的地的最大可能时间，可能带有计算的可用计划。如果要求更迟到达，则将执行重新计划。增量计划数据(Delta plan data)显示燃料的状态和早于当前最佳计划或之后的时间表。负数表示与计划相比燃料更少或提早，正数表示与计划相比燃料更多或更迟，并且一般在反方向上折衷(减速以节省燃料使列车晚点及相反)。

这些显示68始终为操作员提供相对于当前制订的行驶计划他所处的位置的快照。由于有将此信息向操作员和/或调度显示/输送的许多其它方式，因此，此显示只用于说明目的。为此，上面公开的信息能够互混合以提供与公开显示不同的显示。

可包括在行程计划程序系统中的另一特征是允许生成数据日志和报告。此信息可存储在列车上并在某个时间点下载到车外系统。下载可经手动和/或无线传输进行。此信息也可由操作员经机车显示查看。数据可包括诸如但不限于以下的这样信息：操作员输入、时间系统是可操作的、节省的燃料、跨列车中机车的燃料不平衡、列车旅程偏离路线、系统诊断问题(例如如果GPS传感器失灵的话)。

由于行程计划也必须将可允许的组员操作时间考虑在内，因此，本发明的系统可在计划行程时将此类信息考虑在内。例如，如果组员可操作的最大时间为8小时，则行程应制成包括停止位置以便新组员接替现有组员。此类指定停止位置可包括但不限于铁路场站、会合/过车位置等。如果随着行程的进展，行程时间可超出，则操作员可超驰该行程优化器系统以满足如操作员确定的判据(criteria)。最后，无论列车的运行状况如何，诸如但不限于高载荷、低速度、列车绵延状况等，操作员保持控制以对列车的速度和/或运行状况发布命令。

通过使用行程优化系统，列车可以多种方式运行。在一个可操作概念中，系统可提供命令以命令推进和动态制动。操作员随后处理所有其它列车功能。在另一可运行概念中，系统可提供命令以只命令推进。操作员随后处理动态制动和所有其它列车功能。在又另一可操作概念中，系统可提供命令以命令推进、动态制动及应用气闸。操作员随后处理所有其它列车功能。

行程优化器系统也可配置为通知操作员关注的即将到来的项目或要采取的动作。具体而言，通过使用如上所述的预测逻辑、对优化行程计划的持续校正和重新计划，操作员能得到即将到来的交叉口、信号、坡度变化、制动动作、侧线、铁路站场、燃料站等的通知。此通知可以可听见方式和/或通过操作员界面发生。

具体而言，通过使用基于物理学的计划模型、列车建立信息、车载轨道数据库、车载运行规则、位置确定系统、实时闭环功率/制动控制及传感器反馈，系统显现和/或通知操作员所需动作。通知能够是可视的和/或可听的。示例包括通知交叉口，这要求操作员激活机车喇叭和/或响铃，以及通知“无声”交叉口，这不要求操作员激活机车喇叭或响铃。

在另一示范实施例中，通过使用上述基于物理学的计划模型、列车建立信息、车载轨道数据库、车载运行规则、位置确定系统、实时闭环功率/制动控制及传感器反馈，系统可呈现操作员信息(例如，显示上的仪表)，如图9所示，这允许操作员查看列车将在何时到达各种位置。系统允许操作员调整行程计划(例如，目标到达时间)。此信息(在车外推导所需要的实际估计到达时间或信息)也能够传递到调度中心以允许调度员或调度系统调整目标到达时间。这允许系统为适当的目标函数进行快速调整和优化(例如，折衷速度和燃料使用)。

在涉及船舶的一个示例中，多个拖船可在一起运行，其中，所有拖船要移动同一更大的船只，其中，每个拖船在要完成移动更大船只的任务时链接。在另一示例中，单个船舶可具有多个引擎。非公路车辆(OHV)应用可涉及具有将土从位置A移到位置B的同一任务的车队，其中，每个OHV即时被链接以实现任务。关于固定功率产生站，多个站可组合在一起以便一起为特定位置和/或目的产生动力。在另一示范实施例中，提供了单个站，但带有组成单个站的多个功率产生装置(generator)。在涉及机车车辆的一个示例中，多个柴油机动系统可在一起运行，其中，所有系统要移动同一更大的载荷，其中，每个系统在要完成移动更大负载的任务时被链接。在另一示范实施例中，机车车辆可具有不止一个柴油机动系统。

图11示出用于为诸如沿分隔成块区214、216、218的铁路234等路线行进的机车212等机动系统定速(例如，控制机动系统的速度或运行的其它速率，或者控制机动系统的步调(pace))的系统210的一个示范实施例。带头机车213也沿铁路234行进，并且位于机车212的前面。每个块区214、216、218具有相应的指示灯信号220、222、224，信号向相应块区214、216、218中或进入相应块区的机车指示状态。指示灯信号220的状态将取决于机车是否处在块区214后的下两个块区之一中。例如，如果机车处在块区214后的第一块区，则指示灯信号220将为红色。在另一示例中，如果机车处在块区214后的第二块区，则指示灯信号220将为黄色。在图11所示示例中，由于带头机车213处在块区216后的块区214，指示灯信号222的状态为红色，并且将指示在块区216中机车的操作员停止。由于带头机车213处在块区218前面两个块区的块区214，指示灯信号224的状态为黄色，并且将指示机车212的操作员减速。控制中心262位于铁路234远处，并且配置为使用收发机264将信号220、222、224的状态传送到机车212，以便控制器226(图12)能在机车212的运行中利用信号220、222、224的此状态信息。另外，信号220、222、224的此状态可从信号220、222、224本身传送到机车212，或者可例如由操作员手动输入控制器226中。

如图12的示范实施例中所示，系统210包括位于机车212上的控制器226。控制器226包括存储器228，存储器228存储铁路234沿每个块区214、216、218的参数，如块区214、216、218的相应长度246、248、250(图11)或块区214、216、218的坡度。另外，一对视频相机230、231位于机车212上，并且相应地定向在与行进方向233相同和相反的方向上。该对视频相机230、231分别耦合到控制器226。前向定向相机230经定位和/或对齐以监视在机车212的当前块区218前面的相邻块区214、216中信号220、222的状态。另外，后机定向相机231可经定位和/或对齐以监视在当前块区218后相邻块区(未示出)中信号(未示出)的状态。虽然图12示出机车212具有前向和后向定向相机230、231，但机车可只具有前向定向相机230，或者没有相机，这种情况下，机车212的操作员监视在机车212的当前块区218前面的相邻块区214、216中信号220、222的状态。在监视这些信号220、222的状态时，操作员使用键盘将信号220、222的状态输入控制器226。另外，如上所述，控制中心262可通过控制中心262的收发机264将一个或多个信号220、222、224的状态传送到控制器226。

在接收当前块区218前面的相邻块区214、216的信号220、222的状态时，控制器226测量在相邻块区214、216中信号220、222的状态变化之间的持续时间。例如，一旦带头机车213进入相邻块区214，信号222将其状态从绿色状态更改为红色状态。另外，一旦带头机车213离开相邻块区214，信号222将其状态从红色状态更改为黄色状态。因此，控制器226将在带头机车213分别进入和退出相邻块区214时接收信号222的状态的这些变化。控制器214随后确定在带头机车213进入相邻块区214时信号222的状态的初始变化与带头机车213退出相邻块区214时信号222的状态的随后变化之间的持续时间。因此，控制器知道列车213穿越块区214所需的时间量。在另一示例中，控制器226可确定在带头机车213进入相邻块区213时信号222的状态从绿色状态到红色状态的变化与在带头机车213退出相邻块区213时信号220的状态从绿色状态到红色状态的变化之间的持续时间。

如图12所示，系统210还包括在机车212上的位置确定装置240以提供机车212沿铁路234的位置信息到控制器226。在计算从带头机车213穿过相邻块区214所需的持续时间时，控制器226基于持续时间和存储器228中相邻块区214的长度246，确定通过相邻块区214的带头机车213的估计速度。另外，控制器226可例如在计算估计速度中利用存储器228中铁路234的存储参数，如铁路234通过相邻块区214的坡度。

在一个示范实施例中，控制器226例如基于相邻块区214中带头机车213的估计速度，确定带头机车213的特性，如机车的类型、重量或长度。控制器226的存储器228可具有预存储表格，带有例如基于典型速度的机车的典型特性，并且控制器226可基于例如通过相邻块区214的估计速度，从存储器228确定带头机车213的特性。一旦控制器226确定了带头机车213的特性，控制器226便基于带头机车213的特性和块区的预存储参数(包括例如存储器228中的例如长度和坡度)，确定带头机车213通过相邻块区214后的块区的预期移动。例如，如果控制器226估计带头顶车213通过相邻块区214的速度为20mph，并且确定带头机车213的特性类似于煤炭列车，则控制器226可基于例如存储器228中存储的那些块区的长度和坡度，确定带头机车213将分别在30分钟、20分钟和1个小时内驶过随后的三个块区。

在一个示范实施例中，在确定带头机车213通过相邻块区214后的块区的预期移动时，控制器226确定在这些相应块区中机车212要遇到的信号的预期状态。在上述系统确定带头机车213将分别在30分钟、20分钟和1小时内行过随后三个块区的示例中，控制器226确定在带头机车213进入相邻块区214后的第一块区后30分钟内，信号220将不会从红色变为黄色。另外，控制器226将确定在带头机车213进入相邻块区214后的第一块区后1小时50分钟内，信号220后的第一信号将不会从红色变为黄色。

如图12所示，控制器226耦合到机车212的引擎252和制动系统254。基于在相邻块区214后的块区中信号的预期状态，控制器226选择性地修改引擎252的级位，和/或选择性地激活制动系统254，以便将机车212在块区中消耗的燃料总量降到最低。在上述示例中，由于在带头机车213进入相邻块区214后的第一块区后的1小时50分钟内，在信号220后的第一信号将不会从红色变为黄色，因此，控制器226可将引擎252级位修改为0，而不是激活制动，并且滑行通过相邻块区214以节省燃料。

在一个示范实施例中，控制器226是在自动模式中，并且在铁路234上开始行程之前，确定在沿铁路234的增量位置处引擎252的预确定级位和/或制动系统254的预确定级别(和/或其它预确定运行参数)。基于在相邻块区214后块区中信号的预期状态，控制器226可修改在沿铁路234的增量位置处引擎252的预确定级位和/或制动系统254的预确定级别。

图14示出机车212在铁路234上行进通过块区时以英里为单位的距离(水平轴)与以分钟为单位的时间(垂直轴)关系的示范曲线。基于在相邻块区214后的块区中信号的预期状态，控制器226确定修改原计划255为修改的计划257，其中，在到达13、20、50和75英里标记前，控制器226减少引擎252的级位和/或激活制动系统254。例如，控制器226可确定定位在13、20、50和75英里标记的信号将在原计划255下具有红色或黄色状态，但每个将在修改计划257下具有绿色状态。在示出从英里标记0-30图14的更详细视图的图15的示范实施例中，原计划255涉及到英里标记13和20的相对较高速度，之后是速度的快速下降。相反，修改的计划257涉及在整个英里标记0-30内一致的机车212速度，从而例如产生了增大的燃料效率。

如图16的示范实施例中所示，控制器226可确定在每个块区的最早到达时间256和最迟到达时间258，这是基于在块区中信号的预期状态。在块区的最早到达时间经确定以避免阻塞铁路234，不让后面的机车通过，而在块区的最迟到达时间经确定以避免驶入或与带头机车213相撞。控制器226可选择性地修改引擎252的级位和/或制动系统254，使得机车212在最早到达时间256与最迟到达时间258限定的到达时间范围260内到达每个块区。在一个示范实施例中，块区的最早到达时间256可例如基于块区中信号的状态从红色变为黄色。在另一示范实施例中，块区的最迟到达时间258可例如基于两个前面块中信号的状态和拖尾机车的位置的变化。

在上述示范实施例中，控制器226通过估计机车通过相邻块区214的速度，确定带头机车213的特性。然而，其它方法可由系统210采用以用于确定带头机车213的特性并随后确定沿铁路234的块区内信号的预期状态。存储器228可预存储在相邻块区214中在铁路234上行进的带头机车213的特性。控制器226基于预存储的带头机车213特性和/或随后块区的路线参数，确定在随后块区中带头机车213到相邻块区214的预期移动。基于在随后块区中带头机车213的预期移动，控制器226确定在块区中机车212要遇到的信号的预期状态。

图17示出用于为沿分隔成块区314、316的铁路334行进的一对机车312、313定速的系统310的一个示范实施例。虽然图17示出一对机车312、313，但系统310可例如通过单个机车或不止两个机车实现。每个块区314、316具有相应信号320、322。系统310包括位于铁路334远处的控制中心362。控制中心362具有与耦合到机车312、313或轨道或轨道信令系统的相应收发机327通信的收发机364。

机车312、313每个包括耦合到收发机327的控制器326。如图18所示，每个机车312、313的控制器326从收发机364接收沿铁路334的多个块区385、387(在大约50和70里程标)的到达时间范围380、382。因此，只要机车312在时间范围380内到达块区385，并且在时间范围382内到达块区387，机车312便将体验到许多工作优点之一，例如消耗最低量的燃料、消耗最低量的能量或通过块区385、387绿色信号的持续状态。在图18的示范实施例中，机车312行进通过块区385的到达时间范围384从行程开始起的大约100-120分钟，并且因此机车312将需要在该时间范围中到达块区385以便利用例如上面所列的工作优点。另外，在此示例中，如果机车312要正好在行程开始起的100分钟(即，在最早到达时间)之前到达块区385，则在块区385中的信号可具有黄色状态，但如果机车312要在从行程开始起的100分钟后很快(例如，110分钟)到达块区385，则块区385中的信号将例如具有绿色状态。控制器326具有存储器328以存储机车312、313的参数和路线334的参数。机车312、313每个还包括位置确定装置340以将机车312、313的位置信息提供到控制器326。机车312、313分别将预存储的机车参数、预存储的铁路334参数和位置信息提供到控制中心362。控制中心362利用来自机车312的机车参数、铁路参数和位置信息确定机车312在块区385、387的估计到达时间。控制中心362包括控制器366以确定沿铁路334的多个块区381、383的到达时间范围380、382，使得机车312、313在沿路线行进时总共消耗最低量的燃料。如图18的示范实施例中所示，机车312的控制器326基于通过估计带头机车的特性确定在一对块区381、383内信号的预期状态，通过使用在图11-16的上面实施例中所述的本地定速方法，，可确定在该对块区381、383(大约在里程标15和25处)的到达时间范围380、382。因此，系统310可涉及通过图11-16的本地定速方法确定的一些块区381、383的到达时间范围380、382和由控制中心362为其它块区385、387提供的到达时间范围384、386，使得控制器326能相应地计划以便例如将消耗的燃料总量和/或消耗的能量总量降到最低。到达时间窗口能够是多个(用于红色/闪烁黄色/黄色/绿色状态)或能够是穿越块区的时间和速度。

图19示出用于为沿分隔成多个块区214、216、218的铁路234行进的机车212定速的系统400的一个示范实施例。每个块区214、216、218具有相应信号220、222、224。方法400在401开始，存储402块区214、216、218的铁路234参数。方法400还包括测量404机车212在相邻块区216到当前块区218中信号222的状态的变化之间的持续时间。方法400还包括在407结束前基于相邻块区的存储的轨道参数和该持续时间，确定406机车212在相邻块区中要遇到的信号的预期状态。

虽然本发明的示范实施例关于轨道车辆或铁路运输系统，具体而言是具有柴油引擎的列车和机车进行描述，但本发明的示范实施例也适用于其它使用，诸如但不限于非公路车辆、船舶、固定单元和农用车辆、运输公共汽车，它们每个可使用至少一个柴油引擎或柴油内燃引擎。为此，在论述指定任务时，这包括要由机动系统执行的任务或要求。

因此，关于铁路、船舶、运输车辆、农用车辆或非公路车辆应用，这可指系统从目前位置到目的地的移动。在固定应用的情况下，诸如但不限于固定功率产生站或功率产生站的网络，指定任务可指柴油机动系统要满足的瓦特数的量(例如，MW/hr)或其它参数或要求。类似地，柴油燃料功率产生单元的运行条件可包括速度、负载、燃料值、定时等中的一项或多项。此外，虽然公开了柴油机动系统，但本领域技术人员将容易认识到，本发明的实施例也可用于非柴油机动系统，诸如但不限于天然气机动系统、生物柴油机动系统等。

此外，如本文中公开的一样，此类非柴油机动系统及柴油机动系统可包括多个引擎、其它功率源和/或另外的功率源，诸如但不限于电池源、电压源(诸如但不限于电容器)、化学源、压力源(诸如但不限于弹簧和/或液压膨胀)、电流源(诸如但不限于电感器)、惯性源(诸如但不限于飞轮装置)、重力功率源和/或热功率源。

在涉及船舶的一个示范示例中，多个拖船可在一起运行，其中，所有拖船要移动同一更大的船只，其中，每个拖盘在要完成移动更大船只的任务时链接。在另一示范示例中，单个船舶可具有多个引擎。非公路车辆(OHV)应用可涉及具有将土从位置A移到位置B的同一任务的车队，其中，每个OHV在要完成任务时链接。关于固定功率产生站，多个站可组在一起以便一起为特定位置和/或目的产生功率。在另一示范实施例中，提供了单个站，但带有组成单个站的多个功率产生装置。在涉及机车车辆的一个示范示例中，多个柴油机动系统可在一起运行，其中，所有系统移动同一更大的负载，其中，每个系统在要完成移动更大负载的任务时链接。在另一示范实施例中，机车车辆可具有不止一个柴油机动系统。

图20示出用于为诸如沿路线506行进的一对机车502、504等多个机动系统定速的系统500的一个示范实施例。该对机车502、504包括沿路线506的约束机车502和在约束机车502后行进的拖尾机车504。(对于“约束”，它表示由于约束机车在沿路线506的拖尾机车前面，因此拖尾机车沿路线506的移动可受到约束机车的限制(即，约束)，假设由于只有一条轨道可用，机车因此按顺序行进。)在一个示范实施例中，该对机车502、504沿例如铁路轨道等路线506行进。虽然图20示出单个拖尾机车504，但可存在不止一个拖尾机车。多个机车502、504每个包括相应控制器508、510(图21)，控制器配置为预确定在沿路线506的增量位置520、522机车502、504的运行参数516的相应速度计划512、514(图24)。例如，在图24的示范曲线中，运行参数516可以是基于沿路线行进518的距离的相应约束机车502和拖尾机车504的速度。除预确定相应速度计划512、514外，相应控制器508、510还配置为在沿路线506的增量位置520、522实行相应速度计划512、514。虽然在图24的示范曲线中增量位置520、522是沿路线506的特定位置，但相应控制器508、510配置为在整个行程实行相应速度计划512、514，包括在图24所示增量位置520、522之前和之后的增量位置。另外，增量位置520、522没有预设接近度。在一个示范实施例中，它们的分隔可基于几个因素变化(从路线到路线和/或跨单个路线)，因素包括但不限于例如路线506的长度、机车502、504的特性和/或路线506的特性(例如，坡度)。

如图24的示范实施例中进一步所示，在本发明的一个示范实施例中，拖尾机车504的控制器510重新配置为基于约束机车502的预确定速度计划512实行修改的速度计划515。在实行修改的速度计划515时，拖尾机车504沿路线506与约束机车502保持至少阈值分隔524。有关修改的速度计划515的其它细节和阈值分隔524在下面的示范实施例中论述。

相应速度计划512、514(图24)的确定是基于在沿路线506的固定距离530内约束机车和拖尾机车的相应渡越时间526、528。如示出相应约束机车502和拖尾机车504的行进的相应距离与时间关系的图23的示范曲线所示，约束机车502行进固定距离530的渡越时间526大于拖尾机车504行进固定距离530的渡越时间528。如图21的示范实施例中所示，约束机车502和拖尾机车504包括耦合到相应控制器508、510的相应收发机509、511。控制器508、510因此可经其相应收发机通信，或者可例如如下所述通过位于路线506远处的远程设施536的收发机539通信。拖尾机车504的控制器510配置为接收约束机车502的渡越时间526(经收发机511与约束机车502的收发机509和/或远程设施536的收发机539的无线通信)。控制器510配置为通过比较渡越时间526和其它收到的渡越时间(在不止两个机车追随约束机车502的示例中)，将渡越时间526识别为约束机车502的渡越时间(即，带头机车的最慢渡越时间)。通过接收约束机车502跨固定距离530的渡越时间526，拖尾机车504的控制器510可基于约束机车502的收到的渡越时间526确定修改的速度计划515。例如，拖尾机车504的控制器510可通过使用约束机车502的渡越时间526而不是使用例如拖尾机车504的渡越时间528来计算预确定的速度计划。除约束机车502的渡越时间526外，控制器510可象通常一样如利用拖尾机车504的特性、如除了例如坡度等沿固定距离530的路线506的特性外还利用每磅重量的马力比率来确定修改的速度计划515。

约束机车502和拖尾机车504的控制器508、510配置为基于优化工作特性(performance characteristic)532，如将例如沿路线506行进固定距离530消耗的燃料量降到最低，来预确定其相应速度计划512、514。图22的示范实施例示出工作特性532的示范曲线，如相应约束机车502和拖尾机车504在沿路线506的固定距离530内的消耗的燃料量与渡越时间关系。图22的每个示范曲线表示从沿路线506行进固定距离530计算得出的运行参数516的多个预确定计划，其中，每个计划是基于渡越时间。如图22所示，为在路线506内行进固定距离530，约束机车502的控制器508选择具有更长渡越时间526的距离计划527，并且拖尾机车504的控制器510最初选择具有更短渡越时间528的距离计划529。因此，相应控制器508、510基于相应渡越时间526、528，从多个预确定计划中最初选择了一个预确定距离计划。拖尾机车504的控制器510重新配置为从多个预确定计划中选择具有更长渡越时间526的距离计划531，该渡越时间对应于约束机车502的渡越时间526。控制器510的此重新配置在图22由箭头示出，其中，控制器510从选择距离计划529转为选择距离计划531。巧合的是，第二选定距离计划531在与拖尾机车504的控制器510的第一选定距离计划529相比时，可具有明显的燃料节省533。

图23示出根据约束机车502的选定距离计划527和拖尾机车504的距离计划529、531行进的相应距离与渡越时间关系的示范曲线。不同于沿固定距离530在整个路线506内一直在约束机车502前面的拖尾机车504的第一选定距离计划529，拖尾机车504的第二选定距离计划531如下所述沿固定距离530在整个路线506内一直在约束机车502之后一个阈值分隔524。

如图21所示且如上所述，远程设施536包括与耦合到约束机车502和拖尾机车504的相应控制器508、510的相应收发机509、511通信的收发机539。相应控制器508、510可配置为将约束机车502和拖尾机车504的相应渡越时间526、528传递到远程设施536。远程设施536包括配置为基于约束机车502的渡越时间526大于拖尾机车504的渡越时间528，识别约束机车502。如上所述，控制器538配置为将约束机车502的渡越时间526传递到拖尾机车504的控制器510，使得控制器510可确定修改的速度计划515。

另外，约束机车502和拖尾机车504的控制器508、510可基于约束机车502和拖尾机车504的相应特性、如机车的马力与重量比来确定相应速度计划512、514。在一个示范实施例中，拖尾机车504的控制器510配置为与约束机车502的控制器508通信(通过相应收发机509、511)以接收约束机车502的特性。在接收约束机车502的特性时，控制器510可重新配置为基于约束机车502的收到特性来确定修改的速度计划515。因此，在一个示范实施例中，控制器510可将约束机车502的特性替代拖尾机车504的特性，并且如将确定自己的预确定速度计划一样确定修改的速度计划515。

控制器508、510配置为将约束机车502和拖尾机车504的相应特性传递(经相应收发机509、511)到远程设施536的收发机539。远程设施536包括控制器538，该控制器配置为将多个索引速度计划512、514指派到约束机车502和拖尾机车504。多个索引速度计划512、514存储在控制器538的存储器544中，并且基于约束机车502和拖尾机车504的收到特性来明细化。远程设施控制器538配置为基于约束机车502特性将索引速度计划512传送到约束机车502和拖尾机车504的相应控制器508、510。约束机车502和拖尾机车504的相应控制器508、510配置为实行约束机车502的索引速度计划512。在一个示范实施例中，如图24所示和如下所述，拖尾机车504的控制器510重新配置为基于引入沿初始距离568的初始延迟566，将索引的速度计划512修改为修改的速度计划515，以便沿路线506在整个固定距离530内在约束机车502与拖尾机车504之间保持阈值分隔524。在一个示范实施例中，约束机车502和拖尾机车504的特性是主要引擎550、552的功率与机车502、504的重量的比率。远程设施控制器538配置为识别约束机车502，并且配置为基于约束机车502的比率小于拖尾机车504的比率，向约束机车502指引速度计划512。例如，约束机车502的特性可以是每吨2马力，而拖尾机车504的特性可以是每吨5马力。

另外，如上所述，相应控制器508、510可经其相应控制器509、511通信，并且拖尾机车504的控制器510配置为从拖尾机车502的控制器508接收相应特性，包括来自所有机车的所有控制器的相应特性(在利用不止两个机车的情况下)。如果利用不止两个机车，则控制器510还配置为从多个机车的相应特性识别约束机车502的特性。在机车的特性以每吨马力表示的一个示例中，控制器510配置为识别约束机车502的特性为具有比其它机车的比率更低的比率。当然，控制器510能够仅在机车在路线506上位于拖尾机车504之前时才断定该机车是约束机车502。

除相应约束机车502和拖尾机车504的渡越时间526、528以及特性外，相应速度计划512、514也可由相应控制器508、510在沿路线506的增量位置502、522(图23)相应机车502、504的相应到达时间(554，555)(556，557)的基础上确定。在增量位置520、522约束机车502的相应到达时间(554、555)迟于在增量位置520、522拖尾机车504的相应到达时间(556，557)。拖尾机车504的控制器510配置为从控制器508接收约束机车502的相应到达时间(554，555)(经收发机509，511)。控制器510重新配置为基于在增量位置520、522约束机车502的收到相应到达时间(554，555)，确定修改的速度计划515。如图23所示，修改的距离计划531的示范曲线显示拖尾机车504不再被排定早于约束机车502到达增量位置520、522。

如图20的示范实施例中所示，路线506被分隔成多个块区558、560、562、564，其中，每个块区包括相应的指示灯信号559、561、563、565。如本领域技术人员所理解的一样，正好在所处块区前的块区中的指示灯信号是红色，指示机车在该块区中应停止。另外，在所处块区前面第二个块区中的指示灯信号是黄色，指示机车在该块区中应减速。另外，在所处块区的前面第三个块区中的指示灯信号是绿色，指示机车在该块区中只受限该块区中的任何限速。因此，为实现“恒绿”信号状态，拖尾机车504需要保持大于或等于沿路线506的两个最长连续块区560、562的总长度的阈值分隔524。注意，图20未按比例画出以使约束机车502在块区558中适合并且使拖尾机车504在块区564中适合。拖尾机车504的控制器510配置为通过在沿路线506的初始距离568期间在约束机车502的预确定速度计划515中引入初始延迟566，确定修改的速度计划515。选择在修改的速度计划515的速度中的初始延迟566，使得阈值分隔524至少等于沿路线的两个最长连续块区560、562的总长度。如图24的示范曲线中所示，对于在初始距离568后修改的速度计划515的剩余部分，修改的速度计划515基本上类似于约束机车502的预确定速度计划512。此外，如图24的示范实施例中所示，修改的速度计划515可包括在接近固定距离560结束时比预确定速度计划512稍微更大的速度，使得拖尾机车504例如在相同渡越时间526到达固定距离560。

在一个示范实施例中，约束机车502和拖尾机车504的相应控制器508、510可包括具有沿路线506的多个块区558、560、562、564的存储的长度的相应存储器572、573。拖尾机车504的控制器510配置为在约束机车502的预确定速度计划512中引入初始延迟566时检索沿路线506的两个最长块区560、562的存储的长度数据。

在一个示范实施例中，远程设施控制器538配置为从控制器508、510接收(经收发机509、511到收发机539)约束机车502和拖尾机车504的特性。远程设施控制器538配置为通过在沿路线506的初始距离568期间在约束机车502的预确定速度计划512中引入初始延迟566，确定约束机车502的修改的速度计划515，使得阈值分隔524至少等于沿路线506的两个最长连续块区560、562的总长度。

图25示出拖尾机车504已行进到后面的块区580，机车503进入在约束机车502与拖尾机车504之间的路线506上的一种情形的一个示范实施例。因此，机车503因而变为有效的“新约束机车503”。新约束机车503和约束机车502的相应控制器以与上面实施例中论述的相同方式相互通信和与远程设施536通信，以便基于机车503的速度计划的修改的速度计划能设计为由拖尾机车504的控制器实行。由于新约束机车503进入路线506且与拖尾机车504只有单个块区582分隔，因此，修改的速度计划将需要包括拖尾机车504的初始降低的速度，使得沿路线506有至少两个最长连续块区的总长度的阈值分隔524。如果块区582、584是沿路线506的两个最长连续块区，则修改的速度计划将要求初始降低的速度，使得此阈值分隔524能够在整个路线506内确立和保持。

图26示出用于为诸如沿路线706行进的一对机车702、704等多个机动系统定速的系统700的一个示范实施例。该对机车702、704配置为沿路线706行进，且在例如沿路线706的定速区域718内的相应增量位置708，710具有共同运行参数，如共同速度714、716。图27示出该对机车702、704沿例如包括定速区域718的路线706的相应速度的一个示范曲线。在定速区域718内，提供相应机车702、704的共同速度714、716，使得该对机车702、704在定速区域718内保持最小间距变动和/或最小速度变动。例如，如图26的示范实施例中所示，在定速区域718中该对机车702、704的间距738变化未超过预确定阈值，最明显原因是该对机车702、704的相应速度714、716在定速区域718中大致是类似的(图27)。

另外，预定速区域720在定速区域718之前，并且该对机车702、704配置为沿路线706行进且在预定速区域720中的相应增量位置709、711具有相应速度714、716。基于在相应增量位置709、711该对机车702、703的相应速度714、716，该对机车702、704确立在进入定速区域718时的最小间距变动和/或最小速度变动。例如，图27示出相对于在预定速区域720中第二机车804的更高速度716，在预定速区域720中第一机车702的降低速度714。另外，图26示出在第一与第二机车702、704之间的初始间距736，该间距可超过在定速区域718中的所需最终分隔738。因此，通过降低在预定速区域720中第一机车702的相应速度714，第一机车702将实际上相对于第二机车704“减速”，并且第二机车704将实际上“赶上”第一机车702，导致在进入定速区域718时初始间距736减少。

另外，如图27所示，在进入定速区域718时，第一与第二机车702、704的相应速度714、716大致相等，这结果是在机车702、704之间最低间距变动和/或最低速率变动保持未受影响。虽然图26-27示出一对机车702、704，但不止两个机车可在系统700中采用，其中，通过在预定速区域中调整一个或多个机车的速度，同时确保机车的相应速度在定速区域中大致类似以保持最小间距变动和/或最小速度变动，从而将每个相应相邻的机车对之间的相对分隔调整为在预定速区域中的所需间距。

图27还示出系统700的一个示范实施例可包括位于路线706远处的远程设施722。远程设施722与该对机车702、704通信，并且配置为确定在预定速区域720中和在定速区域718中该对机车702、704的相应速度714、716。该对机车702、704的相应速度714、716的确定是基于该对机车702、704的相应参数、如机车702、704的初始位置724、726、初始速度728、730和/或特性，该相应参数传递到远程设施722(经机车702、704上的收发机)。

通过确立在预定速区域720的最小分隔变动和/或最小速度变动，并保持在定速区域718中的最小分隔变动和/或最小速度变动，可认识到各种运行优点。例如，基于该对机车702、704在定速区域718内保持最小速度变动，可将该对机车702、704的消耗燃料的总量降到最低。在此类示例中，使用机车702、704的主引擎的大级位设置和制动系统的情况的数量降到最低，因此机车702、704的燃料效率得到最大化。在另一示例中，该对机车702、704可集体加速以同时改变该对机车702、704的相应速度714、716，因为在此类情形中，该对机车702、704可保持最小速度变动和/或最小间距变动。在另一示例中，预定速区域720可在列车站场之前，而定速区域718可以是列车站场。在预定速区域720中的增量位置708、710该对机车702、704的相应速度714、716配置为在该对机车702、704进入场站时确立最小分隔变动。在另一示例中，多个机动系统可以是多个通勤列车(commuter train)，并且基于在预定速区域中一列或多列通勤列车与预定的到达时间不同的到达时间，在预定速区域中的初始间距可超过最小间距变动。例如，如果通勤列车#1、2和3预定分别在正午、午后1点和午后2点到达在预定速区域中的增量位置，但通勤列车#2直至午后2点才到达，则这可在通勤列车#1与2之间带来大的间距，并在通勤列车#2与3之间带来小的间距，这例如全体超过了最小间距变动。因此，通勤列车#1、2、3的相应速度可涉及通勤列车#1相对于通勤列车#2、3的降低速度(或通勤列车#2、3相对于通勤列车#1的增大速度)，使得在进入定速区域时基于通勤列车#1和2的间距和通勤列车#2和3的间距的间距变动小于最小间距变动。

图28示出用于为诸如沿路线506行进的一对机车502、504等多个机动系统定速的方法600的一个示范实施例。该对机车502、504包括沿路线506的约束机车502和在约束机车502后行进的拖尾机车504。方法600在601开始，确定602包括在沿路线506的增量位置520、522的约束机车502和拖尾机车504的运行参数516的相应速度计划512、514。方法600还包括基于约束机车502的相应速度计划，修改604拖尾机车504的相应速度计划514。方法600还包括在沿路线506的增量位置520、522，实行606约束机车502的相应速度计划512和拖尾机车504的修改的速度计划515，以在607结束前在约束机车502与拖尾机车504之间至少保持阈值分隔524。

图29示出用于为诸如沿路线506行进的一对机车502、504等多个机动系统定速的方法800的一个示范实施例。该对机车502、504包括沿路线506的约束机车502和在约束机车502后行进的拖尾机车504。方法800在801开始，根据在沿路线506的相应增量位置520、522的相应预确定运行参数512，控制802约束机车502沿路线506行进。方法800还包括在805结束前，根据在沿路线506的相应增量位置520、522约束机车502的相应预确定运行参数512，控制804拖尾机车504沿路线506行进。

通过上述实施例，有利地为机车的操作员(或自动控制器)提供了保持与带头机车最小两个块区分隔的必需信息，以便保持“恒绿”信号状态，并由此最大化机车的有效运行。多列列车穿越给定地域或该地域内的区域时，本发明的实施例有利地提供用于在所有列车之间的协调，帮助列车通过沿线路通过最小的加速和减速来实现畅通以及高效交通。

另一个实施例涉及一种用于为沿路线行进的多个机动系统定速的方法。多个机动系统包括约束机动系统和沿路线在约束机动系统后行进的至少一个拖尾机动系统。方法包括根据在沿路线的相应增量位置的相应预确定运行参数，控制约束机动系统沿路线行进。方法还包括根据在沿路线的相应增量位置约束机动系统的相应预确定运行参数，控制拖尾机动系统沿路线行进。

在另一实施例中，方法还包括对于每个机动系统，预确定计划，其中，计划包括用于控制机动系统的在沿路线的增量位置机动系统的预确定运行参数。方法还包括在沿路线的相应增量位置，实行机动系统的相应计划，并且基于约束机动系统的计划，修改拖尾机动系统的计划，使得在实行拖尾机动系统的计划时，拖尾机动系统沿路线与约束机动系统保持至少阈值分隔。

在另一实施例中，对于每个机动系统，机动系统的计划基于在沿路线的固定距离内机动系统的渡越时间预确定。另外，约束机动系统的渡越时间大于拖尾机车系统的渡越时间，并且拖尾机动系统根据基于约束机动系统的渡越时间生成的修改计划而得到控制。

在另一实施例中，对于每个机动系统，机动系统的计划基于优化沿路线的机动系统的工作特性来预确定。另外，对于每个机动系统，方法还包括基于沿路线行进固定距离，确定多个预确定计划，并且基于渡越时间选择用于控制机动系统的多个预确定计划之一。此外，方法还包括基于约束机动系统的渡越时间，从拖尾机动系统的多个预确定计划中选择修改计划。

在另一实施例中，方法还包括将机动系统的相应渡越时间从机动系统传递到位于路线远处的远程设施。方法还包括基于约束机动系统的渡越时间大于拖尾机动系统的渡越时间，来识别约束机动系统，以及将约束机动系统的渡越时间传递到拖尾机动系统。

在另一实施例中，方法还包括在拖尾机动系统接收约束机动系统和其它机动系统的相应渡越时间。基于约束机动系统的渡越时间大于拖尾机动系统和其它机动系统的相应渡越时间，识别约束机动系统的渡越时间。

在另一实施例中，对于每个机动系统，基于机动系统的特性确定机动系统的计划。另外，方法还包括：在拖尾机动系统接收约束机动系统的特性，并基于约束机动系统的收到特性，修改拖尾机动系统的计划。

在另一实施例中，方法还包括将机动系统的相应特性传递到位于路线远处的远程设施，并且将第一索引计划指派到所述机动系统，所述第一索引计划是在远程设施存储并基于机动系统的特性相应明细化的多个索引计划之一。

在另一实施例中，方法还包括基于约束机动系统的特性选择第一索引计划，将第一索引计划传送到机动系统；以及在机动系统实行第一索引计划以便控制机动系统。

在另一实施例中，对于每个机动系统，机动系统特性是机动系统的主引擎的功率与机动系统的重量的比率。另外，方法还包括在远程设施识别所述约束机动系统，并基于约束机动系统的比率低于拖尾机动系统的比率，向所述约束机动系统指引计划。

在另一实施例中，方法还包括在拖尾机动系统接收约束机动系统和其它机动系统的相应特性，以及从约束机动系统和其它机动系统的所述相应特性识别约束机动系统的特性。

在另一实施例中，对于每个机动系统，机动系统特性是机动系统的主引擎的功率与机动系统的重量的比率。另外，方法还包括拖尾机动系统将约束机动系统的特性识别为具有比其它机动系统的相应比率更低的比率。

在另一实施例中，每个机动系统的计划是基于在沿路线的增量位置机动系统的到达时间。在增量位置约束机动系统的到达时间迟于在增量位置拖尾机动系统的到达时间。方法还包括在拖尾机动系统接收约束机动系统的到达时间，并且基于在增量位置约束机动系统的收到到达时间，修改拖尾机动系统的计划。

在另一实施例中，路线被分隔成多个块区。基于在沿路线的初始距离期间在约束机动系统的预确定计划中引入初始延迟，修改拖尾机动系统的计划，使得阈值分隔至少等于沿路线两个最长连续块区的总长度。

在另一实施例中，方法还包括在约束机动系统的预确定计划中引入所述初始延迟时检索所述多个块区的长度数据，其中，长度数据存储在拖尾机动系统的存储器中。

在另一实施例中，路线被分隔成多个块区。方法还包括：在位于路线远处的远程设施接收约束机动系统的特性和拖尾机动系统的特性，并基于在沿路线的初始距离期间在约束机动系统的预确定计划中引入初始延迟，修改拖尾机动系统计划的计划，使得阈值距离至少等于沿路线两个最长连续块区的总长度。

虽然本发明已参照各种示范实施例描述，但本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种更改、省略和/或添加，并且可用等同物替代其元件。本发明的其它目的应用包括但不限于：供到达站场的列车的间距，以均匀间隔的列车恢复非准时通勤运行，或作为例如在总体铁路运行中同时减速或加速许多列车的有效方法。另外，在不脱离本发明范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的示教。因此，本发明无意限于为执行此发明而考虑的公开为最佳模式的特定实施例，相反，本发明将包括在随附权利要求书范围内的所有实施例。另外，除非明确说明，否则，任何使用第一、第二等术语不表示任何顺序或重要性，而是第一、第二等术语用于区分不同的元件。

Claims (26)

1.一种用于为沿路线行进的多个机动系统定速的方法，所述多个机动系统包括约束机动系统和沿所述路线在所述约束机动系统后行进的至少一个拖尾机动系统，所述方法包括：

根据在沿所述路线的相应增量位置的相应预确定运行参数，控制所述约束机动系统沿所述路线行进；以及

根据在沿所述路线的所述相应增量位置所述约束机动系统的所述相应预确定运行参数，控制所述拖尾机动系统沿所述路线行进。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

对于每个机动系统，预确定计划，其中所述计划包括用于控制所述机动系统，在沿所述路线的增量位置所述机动系统的预确定运行参数；

在沿所述路线的所述相应增量位置，实行所述机动系统的相应计划；以及

基于所述约束机动系统的计划，修改所述拖尾机动系统的计划，使得在实行所述拖尾机动系统的计划时，所述拖尾机动系统沿所述路线与所述约束机动系统保持至少阈值分隔。

3.如权利要求2所述的方法，其中：

对于每个机动系统，所述机动系统的计划基于在沿所述路线的固定距离内所述机动系统的渡越时间来预确定；

所述约束机动系统的渡越时间大于所述拖尾机动系统的渡越时间；以及

根据基于所述约束机动系统的渡越时间生成的修改计划，控制所述拖尾机动系统。

4.如权利要求3所述的方法，其中：

对于每个机动系统：机动系统的计划基于沿所述路线优化所述机动系统的工作特性来预确定；以及所述方法还包括基于沿所述路线行进所述固定距离来确定多个预确定计划，并且基于所述渡越时间选择所述多个预确定计划之一以便控制所述机动系统；以及

所述方法还包括基于所述约束机动系统的渡越时间，从所述拖尾机动系统的所述多个预确定计划中选择修改的计划。

5.如权利要求3所述的方法，还包括：

将所述机动系统的相应渡越时间从所述机动系统传递到位于所述路线远处的远程设施；

基于所述约束机动系统的渡越时间大于所述拖尾机动系统的渡越时间，识别所述约束机动系统；以及

将所述约束机动系统的渡越时间传递到所述拖尾机动系统。

6.如权利要求3所述的方法，还包括：

在所述拖尾机动系统接收所述约束机动系统及其它机动系统的相应渡越时间；以及

将所述约束机动系统的渡越时间识别为大于所述拖尾机动系统及其它机动系统的相应渡越时间。

7.如权利要求2所述的方法，其中：

对于每个机动系统，基于所述机动系统的特性确定所述机动系统的计划；以及

所述方法还包括：在所述拖尾机动系统接收所述约束机动系统的特性；以及基于所述约束机动系统的收到特性，修改所述拖尾机动系统的计划。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：

将所述机动系统的相应特性传递到位于所述路线远处的远程设施；以及

将第一索引计划指配到所述机动系统，所述第一索引计划是在所述远程设施存储并基于所述机动系统的特性相应明细化的多个索引计划之一。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：

基于所述约束机动系统的特性选择所述第一索引计划；

将所述第一索引计划传送到所述机动系统；以及

在所述机动系统实行所述第一索引计划以便控制所述机动系统。

10.如权利要求9所述的方法，其中：

对于每个机动系统，所述机动系统特性是所述机动系统的主引擎的功率与所述机动系统的重量的比率；以及

所述方法还包括在所述远程设施识别所述约束机动系统，并基于所述约束机动系统的所述比率低于所述拖尾机动系统的所述比率来向所述约束机动系统指引计划。

11.如权利要求7所述的方法，还包括：

在所述拖尾机动系统接收所述约束机动系统及其它机动系统的相应特性；以及

从所述约束机动系统和其它机动系统的相应特性识别所述约束机动系统的特性。

12.如权利要求11所述的方法，其中

对于每个机动系统，所述机动系统特性是所述机动系统的主引擎的功率与所述机动系统的重量的比率；以及

所述方法还包括所述拖尾机动系统将所述约束机动系统的特性识别为具有比其它机动系统的相应比率更低的比率。

13.如权利要求2所述的方法，其中：

每个机动系统的计划是基于在沿所述路线的增量位置所述机动系统的到达时间；

在所述增量位置所述约束机动系统的到达时间迟于在所述增量位置所述拖尾机动系统的到达时间；以及

所述方法还包括在所述拖尾机动系统接收所述约束机动系统的到达时间，并且基于收到的在所述增量位置所述约束机动系统的到达时间，修改所述拖尾机动系统的计划。

14.如权利要求2所述的方法，其中：

所述路线被分隔成多个块区；以及

基于在沿所述路线的初始距离期间在所述约束机动系统的预确定计划中引入初始延迟，修改所述拖尾机动系统的计划，使得所述阈值分隔至少等于沿所述路线两个最长连续块区的总长度。

15.如权利要求14所述的方法，还包括：

在所述约束机动系统的预确定计划中引入所述初始延迟时检索所述多个块区的长度数据，其中所述长度数据存储在所述拖尾机动系统的存储器中。

16.如权利要求2所述的方法，其中：

所述路线被分隔成多个块区；以及

所述方法还包括：在位于所述路线远处的远程设施接收所述约束机动系统的特性和所述拖尾机动系统的特性；以及基于在沿所述路线的初始距离期间在所述约束机动系统的预确定计划中引入初始延迟，修改所述拖尾机动系统的计划，使得所述阈值距离至少等于沿所述路线两个最长连续块区的总长度。

17.一种用于为沿路线行进的多个机动系统定速的方法，所述多个机动系统包括约束机动系统和沿所述路线在所述约束机动系统后行进的至少一个拖尾机动系统，所述方法包括：

为每个机动系统确定计划以便控制所述机动系统，所述计划包括在沿所述路线的增量位置所述机动系统的运行参数；

基于所述约束机动系统的计划，修改所述至少一个拖尾机动系统的每个相应计划；以及

在沿所述路线的增量位置实行所述约束机动系统的计划和所述至少一个拖尾机动系统的相应修改计划，以便在所述约束机动系统与所述至少一个拖尾机动系统之间保持至少阈值分隔。

18.一种用于为沿路线行进的多个机动系统定速的系统，所述系统包括：

所述多个机动系统配置为沿所述路线行进，且在沿所述路线的定速区域内的相应增量位置具有共同运行参数，使得所述多个机动系统在所述定速区域内保持最小间距变动和最小速度变动至少其中之一。

19.如权利要求18所述的系统，其中在所述定速区域前的预定速区域内，所述多个机动系统配置为沿所述路线行进且在相应增量位置具有相应运行参数，使得所述多个机动系统在进入所述定速区域时确立所述最小间距变动和所述最小速度变动的所述至少其中之一。

20.如权利要求19所述的系统，还包括位于所述路线远处的远程设施；所述远程设施在与所述多个机动系统通信；所述远程设施配置为基于传送到所述远程设施的所述多个机动系统的相应参数，确定在所述预定速区域中所述多个机动系统的所述相应运行参数和在所述定速区域中所述多个机动系统的所述共同运行参数。

21.如权利要求19所述的系统，其中所述预定速区域在某个站场之前，所述定速区域是所述站场；在所述预定速区域中增量位置的所述多个机动系统的所述相应运行参数配置为在所述多个机动系统进入所述站场时确立所述最小分隔变动。

22.如权利要求21所述的系统，其中所述多个机动系统是多个通勤列车，基于在所述预定速区域中至少一个通勤列车的到达时间与预定到达时间不同，所述多个通勤列车在所述预定速区域中具有超过所述最小间距变动的初始间距变动。

23.如权利要求18所述的系统，其中基于所述多个机动系统在所述定速区域内保持所述最小速度变动，将所述多个机动系统的消耗的燃料总量降到最低。

24.如权利要求18所述的系统，其中基于所述多个机动系统在所述定速区域内保持所述最小速度变动，所述多个机动系统集体加速以同时改变所述多个机动系统的相应速度。

25.一种用于为沿路线行进的多个机动系统定速的控制系统，所述多个机动系统包括约束机动系统和沿所述路线在所述约束机动系统后行进的至少一个拖尾机动系统，所述控制系统包括：

一个或多个控制器，配置为根据在所述沿路线的相应增量位置的相应预确定运行参数，控制所述约束机动系统沿所述路线行进；以及

所述控制器之一，配置为根据在沿所述路线的相应增量位置所述约束机动系统的相应预确定运行参数，控制所述至少一个拖尾机动系统沿所述路线行进。

26.如权利要求25所述的系统，其中所述一个或多个控制器每个配置为预确定相应计划，该计划包括沿所述路线在增量位置所述机动系统中的相应机动系统的相应预确定运行参数，并且每个所述控制器还配置为在沿所述路线的增量位置实行所述相应计划；

以及其中所述至少一个拖尾机动系统的所述控制器重新配置为实行基于所述约束机动系统的预确定计划的修改计划，使得所述至少一个拖尾机动系统沿所述路线与所述约束机动系统保持至少阈值分隔。

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