MX2008009580A - Metodo para manejo de congestionamiento en un sistema ferroviario - Google Patents

Abstract

Un sistema y método de programación para mover múltiples objetos a través de un sistema de múltiples trayectorias descrito como un sistema de programación ferroviaria de carga. El sistema de programación utiliza un programador de recursos de costo efectivo para reducir al mínimo la excepción de recursos, mientras al mismo tiempo reduce al mínimo los costos globales asociados con la solución. El plan de circulación alcanzado se puede utilizar para ayudar en el control de o para controlar automáticamente la circulación de trenes a través del sistema. Los bloqueos fatales se evitan al controlar la entrada de trenes dentro deáreas congestionadas y se puede implementar en forma automática con el uso de algoritmos de análisis de flujo de tráfico.

Description

MÉTODO PARA MANEJO DE CONGESTION AMIENTO EN UN SISTEMA FERROVIARIO Referencia Cruzada con Solicitudes Relacionadas Esta solicitud es una continuación en parte de la Solicitud No. de Serie 10/785,059, presentada el 25 de febrero de 2004, la cual reclama el beneficio de la Solicitud Provisional de Estados Unidos 60/449,849, presentada el 27 de febrero de 2003. Esta solicitud es también una de las solicitudes abajo enlistadas a ser presentada en forma concurrente: Solicitud No. de Serie GEH01 00166 No. 11/342,856— Titulada "Programador y método para manejar trenes locales no pronosticados". Solicitud No. de Serie GEH01 00167 No. 11/342,855— Titulada "Método y Aparato para optimizar el Mantenimiento de Prioridad de Paso". Solicitud No. de Serie GEH01 00168 No. 11/342,853— Titulada "Método y Aparato para Coordinar el trazado de camino ferroviario y planificadores de patio de servicio". Solicitud No. de Serie GEH01 00169 No. 11/342, 875— Titulada "Método y Aparato para Deshabilitar en forma selectiva Reportes de Localización de Trenes". Solicitud No. de Serie GEH01 00170 No. 11/342,854— Titulada "Método y Aparato para la selección automática de Localizaciones de Actividad del Tren". Solicitud No. de Serie GEH01 00172 No. 11/342,857— Titulada "Método y Aparato para la selección automática de Rutas alternativas a través de Áreas congestionadas con el uso de Métricas de Predicción de Congestionamiento"; y Solicitud No. de Serie GEH01 00173 No. 11/342,816— Titulada "Método y Aparato para calcular la Ubicación de Trenes". La especificación de cada una de las solicitudes antes mencionadas que incluyen las presentadas en forma concurrente con esta misma, se incorpora aquí como referencia.

Campo de la Invención La presente invención se relaciona con la programación de la circulación de múltiples unidades a través de un sistema complejo de definición de circulación, y en la modalidad expuesta, con la programación de la circulación de los trenes de carga sobre un sistema ferroviario y específicamente, con un manejo de congestionamiento.

Antecedentes de la Invención Los sistemas y métodos para programar la circulación de trenes sobre una red ferroviaria han sido descritos en las Patentes de Estados Unidos Nos. 6,154,735; 5,794,172 y 5,623,413, cuyas descripciones se incorporan aquí como referencia. Como se describe en las patentes y solicitudes citadas, la especificación completa que se incorpora aquí como referencia, los sistemas ferroviarios consisten de tres componentes principales: (1) una infraestructura de rieles, incluyendo vías, conmutadores, un sistema de comunicaciones y un sistema de control; (2) material rodante, incluyendo locomotoras y carros ferroviarios y (3) personal (o tripulación) que operan y mantienen la vía ferroviaria. Por lo general, cada uno de estos componentes se emplea con el uso de un programa de alto nivel que asigna personas, locomotoras y carros a varias secciones de la vía y les permite moverse sobre esa vía en una forma que evita colisiones y permite al sistema ferroviario entregar productos a varios destinos. Como se describe en las solicitudes antes citadas, un sistema de control de precisión incluye el uso de un programador de optimización que programará todos los aspectos del sistema ferroviario, tomando en cuenta las leyes de física, los reglamentos del sistema ferroviario, las normas de trabajo del personal, los términos contractuales actualizados de los contratos para varios clientes y cualquier otra condición o restricción límite que dictan la posible solución o programa, tal como tráfico de pasajeros, horarios de operación de algunas instalaciones, mantenimiento de vías, normas de trabajo, etc. La combinación de las condiciones límite junto con un factor de calidad de interés para cada actividad resultarán en un programa que mejore ciertos factores de calidad, tales como costos totales del sistema. Como se describe en las solicitudes citadas, y luego de determinar un programa, se puede crear un plan de circulación con el uso de una estructura de grano muy fino necesaria para controlar la circulación del tren. Tal estructura de grano fino puede incluir la asignación de personal por nombre, así como la asignación de locomotoras específicas por número y puede incluir la determinación del tiempo o distancia exactos para la circulación de los trenes a través de la red ferroviaria y todos los detalles del manejo del tren, niveles de energía, curvas, grados, topografía de la vía, vientos y condiciones climáticas. Este plan de circulación se puede utilizar para guiar el despacho manual de trenes y controlar las tensiones en las vías o cuando se planea en las locomotoras, para que pueda ser implementado por un ingeniero o en forma automática por la activación conmutable en la locomotora. El sistema de planeación tiene una naturaleza jerárquica, en donde el problema se concreta a un nivel relativamente alto para el proceso de optimización inicial, y entonces la solución resultante se asocia a un menor nivel de abstracción para mayor optimización. El procesamiento estadístico se utiliza en todos los niveles para reducir al mínimo la carga computacional total, lo que hace el proceso general más factible de implementar. Un sistema experto se utiliza como un administrador para estos procesos, y el sistema experto también es la herramienta mediante la cual se establecen varias condiciones límite y restricciones para la solución propuesta. El uso de un sistema experto en esta capacidad permite al usuario proporcionar las normas a ser impuestas en el proceso de solución. En la actualidad, la visión del despachador del territorio ferroviario controlado se puede considerar casi nula. Los despachadores observan y procesan información solamente dentro de su propio territorio de control y no tienen visión operativa de los territorios adjuntos, o de la red ferroviaria como un conjunto. Los sistemas de despacho actuales simplemente implementan controles como resultado de la decisiones individ uales del despachador en pequeñas porciones de la red ferroviaria y se espera que los despachadores resuelvan conflictos entre los movimientos de los objetos sobre la vía (por ejemplo, trenes, veh ículos de mantenimiento, veh ículos de inspección , etc. ) y las limitaciones de recursos de vía disponibles (por ejemplo, el número limitado de vías, las vías fuera de servicio, la consideración de la seguridad del personal de mantenimiento cerca de vías en servicio) conforme ocurren, con poca previsión . El congestionamiento ocurre inevitablemente en el enrutamiento de trenes y es un problema importante. Los ejemplos de congestionamiento incluyen un bloque de vía, un tren adelantado sin autorización de moverse, la ocupación no identificada de la vía , el tren necesita energ ía motriz adicional , un tren que se acerca al final de u n plan que está truncado debido a una excepción de planeacion y un tren adelantado en un lugar seguro. El enrutamiento de trenes dentro de un área congestionada tiende a exacerbar el congestionamiento y puede resultar en un bloqueo fatal . Cuando u n tren se enruta demasiado lejos del congestionamiento, se reducen las opciones para resolver el congestionamiento. Por ejemplo, cuando una vía está bloqueada para un control posterior a u n accidente y los trenes se enrutan tan cerca como sea posible al bloqueo, algunas de las rutas para alcanzar el control posterior a un accidente y para enrutar trenes no están disponibles. Debido a que un retraso en la circulación de trenes se somete a las restricciones de costo incluyendo las penalidades del contrato, la tendencia de los despachadores es continuar moviendo trenes a través de un área tan rápidamente como sea posible, avanzar la circulación a través del trazado del camino cada vez que sea posible y tratar el congestionamiento resultante como un problema de disponibilidad de vías a ser resuelto a través de la asignación de los recursos de vía para crear rutas alternativas a través del área congestionada. Los planificadores de circulación utilizados por los despachadores en territorios adyacentes con frecuencia son completamente independientes uno de otro y no son uniformes con respecto al estado de las vías en territorios adyacentes. Como resultado, los despachadores en áreas no congestionadas pueden continuar enviando trenes dentro de un área congestionada en un territorio adyacente.

Breve Descripción de la Invención La presente solicitud se relaciona con la optimización del caudal de trenes en el sistema general, a costo de la circulación de los trenes sobre secciones más pequeñas de las vías. Esto, típicamente, resulta en un retraso de trenes fuera del área de congestionamiento con el fin de proporcionar tiempo para liberar el congestionamiento. Una ventaja principal de tal retraso es que las rutas alternativas pueden mantenerse abiertas, lo cual facilita la liberación de congestionamiento y la eficiencia general del sistema. Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es reducir el congestionamiento y evitar un bloqueo fatal con el manejo de la entrada de trenes dentro de un área congestionada . En parte, esto se logra con la detención del enrutamiento automático de trenes, una vez q ue se detecta o anticipa el congestionamiento. Cuando es posible, es deseable mantener los trenes cerca del área congestionada (o área proyectada para estar congestionada) en áreas seguras, es decir, áreas en donde pueden pasar otros trenes. Estas y otras ventajas y objetivos de la presente invención serán evidentes para las personas experimentadas en la técnica a la cual pertenece la invención a partir de una lectura atenta de las reivindicaciones, los dibujos anexos y la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas.

Breve Descri pción de los Di bujos La Figura 1 es una representación esquemática, simplificada de una modalidad de la presente invención para usarse con una red ferroviaria dividida en áreas de control. La Fig ura 2 es un diagrama de flujo simplificado de una modalidad de un método de manejo de congestionamiento.

Descri pción Detal lada de la I nvención Como se ilustra en la Figura 1 , una red 1 05 ferroviaria global se puede dividir en u na o más áreas de control 1 00 ( 1 00A-1 00C) , cada una de las cuales tiene un despachador 1 1 0 ( 1 1 0A-1 1 0C) asignado para manejar la circulación de los trenes ( 1 02) a través de su respectiva área 1 00 de control . Un planificador 1 20 centralizado de circulación proporciona un plan de circulación con base en la red para la red 1 05 ferroviaria global con base en la entrada recibida desde el centro 1 30 de soporte de circulación ferroviaria. El centro 1 30 de soporte de información ferroviaria proporciona información relacionada con los recursos de vía y otra información apropiada para planear el uso de los recursos. El planificador 120 centralizado de circulación genera un plan de circulación para los recursos en la red 1 05 de vía y proporciona el plan al despachador 140 automático. El planificador 1 20 de circulación también puede recibir actualizaciones sobre la ejecución del plan de circulación desde el despachador 140 automático y puede actualizar el plan actual de circulación. El despachador 140 automático proporciona a cada uno de los despachadores 1 1 0 el plan de circu lación para manejar los recursos del tren en sus respectivas áreas 1 1 0 de control . Como se describe en las solicitudes antes mencionadas, el despachador 1 40 automático puede implementarse con el uso de un medio usable por computadora que tiene un código legible por computadora ejecutado por u na computadora de propósitos especiales o de propósitos generales. El despachador 140 automático se comunica con los trenes 1 02 en la red de vías a través de un enlace 1 50 de comunicación apropiado, tal como un teléfono cel ular, un satélite o señalización lateral de vías. El despachador emite y aprueba la emisión de las autoridades de circulación y rastrea restricciones, prog rama el mantenimiento de las actividades y se comunica con la tripu lación del tren, los supervisores de patio de servicio y otro personal del sistema ferroviario consistente con un plan operativo optimizado para la vía ferroviaria. Mientras el despachador confía en el planificador de circulación para resolver un problema complejo para optimizar la circulación de los trenes, el despachador se verá involucrado activamente al introducir los datos necesarios requeridos para mantener un plan optimizado e identificar las excepciones del plan . Como se describe en las solicitudes antes mencionadas, la planeación mejorada se proporciona al suministrar automáticamente al planificador 1 20 de circulación con información desde el centro 1 30 de soporte de información ferroviaria, el cual asocia los eventos del conjunto de trenes (por ejemplo, capturas, cambios de tripulación, destinos del motor) con las actividades planeadas para el tren , lo cual ocupa recursos de vía por la duración del tiempo de residencia, para que el mantenimiento de los datos de la hoja del tren tradicional (a través de mensajería electrónica y la entrada de datos por parte del usuario) se refleje automáticamente en las especificaciones de viaje del tren para usarse para la planeación de circulación. A partir de esta información , y con la ayuda de los algoritmos de análisis de flujo de tráfico, convencionales, incorporados en el planificador 1 20 de circulación , el congestionamiento en un área geográfica particular se puede identificar y la circulación del tren se puede reprogramar para alcanzar dos resultados. Primero, los trenes en áreas fuera que no han encontrado congestionamiento se reprograman para que no agraven el congestionamiento. En una modalidad, esto se logra al identificar el punto seguro para colocar cada tren en el área circundante. Un punto seguro en uno en donde el tren se puede encontrar o pasar para permitir la liberación del área congestionada. El segundo resultado deseable es liberar el área de congestionamiento más importante. En una modalidad, los trenes involucrados en el congestionamiento se reprograman en forma selectiva siempre que la circulación del tren no empeore el congestionamiento. El objetivo final del manejo de congestionamiento es evitar un bloqueo fatal. Una vez que se detecta un congestionamiento, se deben tomar ciertos pasos afirmativos para evitar que el congestionamiento empeore. Con respecto a la Figura 2, la detección del congestionamiento se puede lograr con el uso de cualquier algoritmo 200 de flujo de tráfico convencional. Después, se determina 210 una distancia de retroceso para la vía que rodea al congestionamiento para evitar que otros trenes entren en el área de retroceso. El área de retroceso se puede definir por un círculo que rodea al área congestionada que tiene un radio determinado como una función de la densidad del tren en el congestionamiento, la densidad del tren en un área circundante, el tipo y el tamaño del congestionamiento y la topografía de la vía. Para cada tren que fue previamente planeado para entrar en el área de retroceso, la topografía de la vía se evalúa para seleccionar un punto ventajoso para mantener al tren 220. Típicamente, estos puntos se conocen como puntos seguros y se seleccionan debido a que permiten el paso de otro tren u otro equipo. Por ejemplo, el congestionamiento se puede provocar por un descarrilamiento del tren. De suma importancia para liberar este congestionamiento es la llegada de aparatos para liberar el descarrilamiento. Es importante que los puntos seguros se seleccionen de modo que quede una ruta libre a lo largo de la vía para el aparato. Una vez que se identifican los puntos seguros, los trenes que se acercan se re-programan hacia sus respectivos puntos 230 seguros. Para los trenes en el área congestionada, están disponibles varias alternativas: (a) el tren se puede dejar en donde está; (b) el tren se puede mover hacia adelante a lo largo de su ruta planeada o (c) el tren se puede mover hacia adelante a lo largo de la ruta alternativa. En una modalidad, los recursos que no están normalmente disponibles para el planificador de circulación, se pueden identificar y evaluar para determinar si se pueden utilizar para aminorar el congestionamiento 240. Por ejemplo, las vías industriales que no están normalmente disponibles para el planificador de circulación se pueden identificar para mover el tren en el congestionamiento. De la misma forma, la señalización lateral normalmente utilizada para un solo tren se puede utilizar por dos trenes, en forma simultánea para aminorar el congestionamiento. Como otro ejemplo, una sección de vía típicamente no se selecciona para llegar y pasar, se puede quedar disponible para que el planificador la utilice para liberar el congestionamiento. De este modo, los recursos adicionales pueden estar disponibles para el planificador de circulación para ayudar a aminorar el congestionamiento identificado. Después de que se han identificado los recursos adicionales, los trenes en el área congestionada se re-programan con el uso de uno de los parámetros anteriores siempre que no empeore el congestionamiento 250. De esta forma, se pueden evitar los bloqueos fatales y las rutas alternativas pueden quedar no bloqueadas para usarse por el planificador 120 de circulación para liberar el congestionamiento. Aunque el retraso de trenes en áreas no congestionadas puede ser costoso, este costo es muy bajo comparado con los ahorros alcanzados como resultado de la mejora del flujo de tráfico a través del sistema. Los algoritmos de flujo de tráfico utilizados para manejar el congestionamiento consideran la topografía de la vía, la ubicación de los trenes, las rutas planeadas, el tiempo para atravesar las rutas planeas y las restricciones de los trenes al planear el circulación de los trenes en las áreas circundantes y en las áreas congestionadas. Estos métodos se pueden implementar con el uso de un medio ejecutable por computadora que tiene un código legible por computadora ejecutado por una computadora de propósitos especiales o de propósitos generales. Aunque se han descrito las modalidades preferidas de la presente invención, se debe entender que las modalidades descritas son solamente ilustrativas y el alcance de la invención está definido solamente por las reivindicaciones anexas cuando estén acordes al intervalo total de equivalencia, en donde muchas variaciones y modificaciones serán evidentes para las personas experimentadas en la técnica.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un método para manejar un congestionamiento en un sistema ferroviario que tiene una red de vías y una pluralidad de trenes programados para atravesar la red ferroviaria, caracterizado porque comprende: (a) detectar el congestionamiento a lo largo de la red ferroviaria e identificar un primer tren involucrado en el congestionamiento; (b) identificar un área de retroceso que rodea al congestionamiento; (c) seleccionar un punto seguro fuera del área de retroceso para un segundo tren que fue planeado previamente para entrar en el área de retroceso; (d) planear la circulación del segundo tren hasta un punto seguro; (e) identificar los recursos alternativos disponibles para aminorar el congestionamiento; y (f) planear la circulación del primer tren con el uso de los recursos alternativos identificados.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el área de retroceso se define por un círculo que rodea al área congestionada que tiene un radio determinado como una función de uno o más de la densidad del tren en el congestionamiento, la densidad del tren en el área circundante, el tipo de congestionamiento, el tamaño del congestionamiento o la topografía de la vía.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los recursos alternativos identificados incluyen una sección de vía que no está normalmente disponible para el planificador de circulación.

4. Un método para manejar el congestionamiento en un sistema ferroviario que tiene una red de vías, y una pluralidad de trenes programados para atravesar la red ferroviaria, caracterizado porque comprende: (a) detectar el congestionamiento a lo largo de la red ferroviaria; (b) seleccionar un tren que se acerca al congestionamiento; y (c) re-programar al tren seleccionado para retrasar el tren en una ubicación seleccionada a una distancia predeterminada del congestionamiento; en donde la ubicación seleccionada es un área en donde pueden pasar otros trenes a lo largo de la red ferroviaria.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los pasos (c) y (d) se llevan a cabo para cada tren planeado para entrar en el área de retroceso.

6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque los pasos (b) y (c) se llevan a cabo para cada tren que se acerca al congestionamiento.