专利名称：利用协调代理的计算机辅助调度的系统和方法
技术领域：
本发明涉及利用协调代理的计算机辅助调度的系统和方法。
背景技术：
本发明要求2003年2月27日提交的美国临时申请61/449849的权益，并且涉及同一天提交的共同(commonly owned)专利申请“System and Method forDispatch by Exception”，两者都在此引用以作为参考。
由于控制同时竞争有限资源的多列列车的问题的复杂性，用于全局车轨网络的(即全国性的)列车时刻表的开发在实时的基础上是困难的。车轨网络一般包括数万公里的轨道，几千个火车头和几十万节运货车厢。在任意一个时刻，都可能有数千列列车和维修车辆竞争有限数量的轨道。为了在这种环境中管理前后一致的被调度的服务，铁路使用“分而治之”的技术来将车轨网络分成几个控制区域，并且为每一个控制区域产生一个局部运行计划，从而在众多调度资源上分摊调度问题的复杂度。给这些控制区域指派列车调度人员，他们的职责是，根据该控制区域的相应的运行计划，使列车和设备以最小的延迟在该控制区域内平稳地通行。各自控制铁路的一个预定部分的多个调度员，构成现代基于计算机的铁路调度系统的范例。
在这一环境中，期望调度员实时解决复杂的运行问题。例如，调度员必须考虑有限的轨道资源，列车的长度，可用旁轨的长度，列车相遇和通过的点，对轨道时间的维护请求，机车的可用性等等。调度可能变成紧迫的环境，虽然有安全措施和发信系统，但是调度员的失误仍可能会出人命而且会频繁导致铁路性能的显著降低。为了减轻该负担，计算机处理调度系统被用来帮助调度员“看到”他们的控制区域，并且外部系统提供一个关于铁路状态的持续的信息流。这一信息流包括列车时刻表，客户委托，维护时刻表，列车组成，轨道故障，车组人员信息，天气和其他直接影响铁路日常操作的动态因素。随着更多系统的计算机化，调度员接收到更精确的信息；然而信息量的快速增长使实时地做出决策和采取行动变得日益困难。由于信息超出了负荷，以及典型调度系统的决策结构，调度员对于他们的动作对整条列车路线或整条铁路的影响缺乏洞察力。当一列列车在铁路上经过其路线时，几个列车调度员将“接触”列车。由于有限的信息和预先确定的决策结构，使得不可避免的是，一个调度员的行动虽然在该调度员区域的环境中是适当的，但是对铁路来说会导致巨大的财务损失。
如果没有充分了解复杂的相邻区域或在任一特定时刻列车对铁路的相对价值，即使在调度员自己控制的区域内，他们也不具备做出最佳调度决策的条件。同样地，调度员可以让列车行进到相邻的区域，通过这样做仅仅发现最终结果是使整个铁路更加阻塞。在这种情况下，正确的决策应该是使列车停靠在该调度员区域内的可利用的旁轨上或有充足容量的场站中，并且一直等待，直到拥堵减轻或清除。调度员缺乏用来做出最佳决策的有关全局网络的足够信息的另一种可能出现的情况是，几列列车需要通过拥挤的轨道区域，并且没有足够的可用轨道来同时容纳所有列车。所述调度员必须快速决策为了让其他列车通过哪一辆列车“靠边”(搁置在可用旁轨上)。在现今的调度环境中，由于列车从一个控制区域运行到一个相邻的控制区域时缺乏协调，因此没有关于一列列车与其它控制区域中的所有其它列车的关系的充足信息，以便于调度员为铁路整体做出最好的决策。
发明内容
本申请是针对一种调度和控制列车在大规模车轨网络的运行的系统和方法。按照本发明的一个方面，所述车轨网络被划分成多个计划区域，作为在每个相邻计划区域之间共享资源的函数。
根据本发明的另一个方面，每一个计划区域的局部运行计划开发了独立于为其他计划区域所开发的运行计划的局部运行计划，以便控制进出与相邻计划区域相关联的共享资源的列车运行。
根据本发明的另一个方面，评估每一个局部运行计划，从而标识在相邻计划区域之间的共享资源的冲突。
根据本发明的另一个方面，修改局部运行计划，以便解决在边界单元的已标识的冲突。
对于一个本领域的技术人员来说，通过仔细阅读权利要求书、附图和以下详细说明，可以清楚的了解本发明的优点。
图1是简化的示例图，表示根据本发明的一个实施例的被分成多个计划区域的车轨网络。
图2是简化的功能框图，说明了图1实施例使用的局部协调代理(LCA)和相邻局部计划代理(LPA)之间的交互。
图3是简化的示例图，表示根据本发明的一个实施例的边界单元。
图4是简化的示例图，表示根据本发明的另一个实施例的边界单元。
图5是简化的示例图，表示根据本发明的另一个实施例的边界单元。
图6是简化的时间线(timeline)，说明根据本发明的一个实施例的边界单元的排定使用。
图7是简化的时间线，说明根据本发明的一个实施例的边界单元的排定使用。
图8是图2实施例使用的冲突解决模块的一个实施例的简化功能框图。
具体实施例方式
对于开发一个可实现的全局运行计划来说，协调从一个控制区域到另一个控制区域的列车运行是非常重要的。然而，现有技术控制区域的边界选择易于引起上面提到的问题。相反，如果计划区域的边界是作为轨道特性的函数加以选择的，并且小心控制通过共享资源的列车运行，那么往往就极大地降低列车运行调度的复杂度和上述已标识的伴随而来的问题。
图1说明了根据本发明一个实施例，如何将全局车轨网络划分成多个计划区域10，其中每一个计划区域至少共享一项资源，称为边界单元20。边界单元是作为轨道单元22的配置的函数加以选择的，所述轨道单元22来选择对于相邻计划区域是共用的，并且考虑适当的因素，例如计划区域中的轨道英里数、轨道复杂度以及预期的交通量。因此局部计划区域的边界是通过边界单元20的选择来规定的，这可能导致计划区域的形状不规则。调度问题的实时解决方案可以通过精密地控制通过边界单元的列车的通行、同时允许调度员在他的计划区域中另外控制他所负责的列车运行来实现，所述计划区域独立于所述边界单元而配置。
在本发明的一个方面，基于计算机处理器的局部计划代理(“LPA”也被标注为23)被分配给每一个计划区域。所述LPA产生局部运行计划(“LMP”)来控制相应局部计划区域内的列车运行。每一个LPA独立地并且与所有其他LPA异步地进行操作。相邻LPA向基于计算机处理器的局部协调代理(“LCA”也被标注为21)提供它们各自的LMP。所述LCA21负责管理对边界单元20的运行顺序限制，即通过边界单元的列车顺序(序列)以及列车到达和离开的时间范围。尽管在LPA23控制在其各自局部计划区域内的列车运行，但是LPA23被约束成用于维持通过由LCA21确定的边界单元20的列车到达和离开的顺序。如下所述，每一个LCA21包括一个边界单元使用模块26、一个冲突检测模块27，一个冲突解决模块28和一个列车运行定时和排序模块29。所述模块可以是计算机可读程序代码，包含在由通用计算机所使用的计算机可用介质中。
图2说明了边界单元20的LCA21和相邻计划区域10的局部计划代理23之间的关系。每一个LPA23独立并异步的产生LMP24，并将其LMP发送给各边界单元20的LCA21进行检查。对于LMP24中的每一列列车，LPA提供关于计划运行通过边界单元的列车的状态信息。当列车还要很长时间才到达边界时，那么状态就被标记为‘计划了的’。当列车驶近边界时(＜8小时行程)，状态就变成‘解决的’(固定计划是适当的)或者‘待决的’(由于与LPA中另一列列车的冲突还没有解决，列车计划不固定)。当列车接近边界单元时(典型的30-60分钟行程)，通过边界的运行计划将标记为‘已提交(committed)’，意味著LPA不能对计划做出任何进一步调整。在列车驶近边界单元时，清除控制信号，或者由交通控制系统发出轨道许可，并且列车被标记为‘已发授权’。一旦轨道权限被发给列车，LPA和LCA都不能改变列车运行的计划。所述LCA21检查每一个LMP，并且如上所述在边界单元使用模块26标识边界单元的计划使用，以及标识列车计划运行的状态。如果在冲突检测模块27检测到边界单元使用之间的冲突(例如，被设置通过边界单元的列车超额)，那么在冲突解决模块28中，LCA21就为LPA23解决各LMP中的任意冲突。所述冲突解决模块28了解边界单元的可用性(在轨道维护的特定时期里可能限制运行等等)，列车到达时间，列车停留时间(列车在边界单元可能有预定工作)，以及延迟列车的成本(基于与列车到达预定中途点相关(keyked)的成本函数)。另外，LCA考虑LPA所提供的拥挤量度，从而在一个计划区域范围内逐步累积拥塞时提供反压力(backpressure)。所述冲突解决模块规定在边界单元20运行的列车序列，并且向列车运行定时和排序模块29提供更新的列车到达的估计次数、停留时间和序列，以便更新它们各自的LMP，上述更新的列车到达的估计次数、停留时间和序列被传送到每一个相邻的LPA23。各LPA23在它们接下来的计划周期中使用这些输入。处理的结果是，当列车向边界单元运行时，边界处的计划中的冲突变小，而到是‘已提交’的时侯，冲突已经被解决了，而在边界单元的各LMP将是协调的。
由于每一个边界单元出现在两个LPA中，所以在两个LPA中运行的列车在边界单元20处必须协调。对于由一个LPA对LMP的任意给定更新，列车对于由共用轨道22使用的边界单元的占用时间(进入和离开)可能不一定与由相邻LPA23的LMP所设置的相同列车的边界单元占用时间相一致，这是因为每一个LPA相对于其他LPA都是独立而且异步操作的。因此，为了编辑边界单元使用的正确评估，LCA必须协调两边列车对边界单元的使用。对于每一个边界单元，各LCA将把从一个LPA新产生的LMP的边界单元使用和相邻LPA的现有的LMP作比较。如果边界单元是超额的，那么LCA21将产生消除所述超额的资源使用的时刻表，并为负责的LPA提供合适的限制输入。所述负责LPA在其下一个计划产生周期使用这些限制。另外，LCA21将指定通过边界单元的列车的排序。LPA将在下一计划产生周期遵循这一排序。
至LCA21的输入5可以包括用于每一辆列车的业务目的函数(businessobjective function)，边界单元的容量以及对占用时间的限制。用于每一辆列车的业务目的函数被用来评估延迟每列列车的递增成本。在边界单元评估递增成本允许LCA比较将列车分配到边界单元的可用时间间隔的各可选方案的值。
边界单元的容量是在任一时刻可以在边界单元处存在的列车的数量。如果边界单元是单段轨道(一个信号块(signal block))，那么该容量就是一。然而，在某些区域，更长或者更复杂的轨道可能允许多于一列的列车同时进入边界单元。共享边界单元的计划使用是每一个LPA对边界单元预定使用的总和。这一使用是对计划通过计划范围(horizon)内的边界单元每一列列车从各LMP得出的。
列车占用时间的限制标识了必须由LCA遵循的列车占用时间。这一限制允许用户选择并“冻结”列车的占用时间，或者冻结LMP，因为轨道权限已经被发布给所述列车了。所述限制还提供由于工作维护(MOW)或其他限制而规定边界单元容量暂时减少的方法。在LMP中所规定的相互排斥的限制将导致计划异常，该计划异常必须通过调度员的动作来解决。
基于对每一输入的考虑，LCA将输出运行顺序限制和列车将通过边界单元的序列。所述LCA提供运顺序限制，为每一个负责的LPA规定边界单元的可用性。这一可用性限制了LPA在某一时间间隔里对边界单元的使用，该时间间隔已经被保留给它的相邻LPA。通过为来自相邻计划区域的列车规定在边界单元的ETA和停留时间(即给定资源正在使用且不可用的时间)来实现限制。每一个预留时期可以包括一个缓冲期来减轻小的到达时间波动的影响。
由LCA输出的列车序列为将通过边界单元的列车提供排序。各LPA遵循这一排序。列车序列不会绑定到LCA的下一个重新计划，除非相关联的计划状态是‘已发授权’。
局部计划区域不必对应现有技术的与人工调度员相关联的控制区域。计划区域可以包含在单个调度员控制下的多个控制区域；每一个调度员负责执行一部分LMP。边界单元可以出现在轨道受控制或不受控制的位置。不受控制的轨道是一条不由调度员控制的轨道，例如在单独实体控制下的终点站。如果边界单元包括不受控制的轨道，那么出于计划的目的，各LPA就将边界单元表示为有限容量队列。
如果边界单元是受控制的轨道，那么LPA通常不会用队列来表示限制。受控制的边界单元用它们的详细轨道结构来表示。对于每一辆通过受控制的边界单元的列车，提供的(supplying)LPA将确定列车利用的轨道部分，并且指示列车将通过边界单元的时间。在解决了边界冲突之后，LCA将规定相对于其它利用相同轨道单元的列车的先后顺序。为了解决冲突，LCA可以延迟列车在边界的到达，但是决不提前在LMP中由LPA预报到达的时间。
由于计划过程的独立特性，边界单元要求特殊的考虑。LPA试图最优化在它涉及的区域里的列车运行。这一过程将(如果未经检查)试图驱动列车通过计划区域，而忽略在相邻计划区域中或计划区域之间的边界单元上产生的问题。由LPA通过设置关于进入边界单元的交通流量限制，处理边界拥塞问题。限制机制是边界单元的有限容量。限制通过边界单元的流量提供一种控制机制，该控制机制可以用来减少相邻区域内拥塞的堆积。
本发明的另一个方面是选择计划区域之间的边界单元，以便最小化LPA之间的交互。例如，可以将边界单元选择为终点站，其可以包括由有限的容量队列表示的多个场站。在边界点使用终点站易于相邻计划区域之间的交接，这是因为在异步调度的计划区域之间的边界单元上提供了缓冲空间来容纳列车。
图3说明了本发明一个实施例应用的例子，其中已经选择一个终点站作为边界单元。LPA1计划进入合适的被称为南接收场站36的LPA1接收场站的列车运行，并且通过一个适当的列车联锁转辙器33接受来自合适的被称为北离开场站34的LPA1离开场站的列车。出于计划目的，南接收场站36和北离开场站34对于LPA2是不可见的。LPA2计划进入合适的被称为北接收场站35的LPA2接收场站的列车运行，并且通过一个适当的列车联锁转辙器33接受来自合适的被称为南离开场站37的LPA2离开场站的列车。出于计划目的，北接收场站35和南离开场站37对于LPA1是不可见的。终点站的运行通过队列30是一个边界单元，并且对于两个计划代理是可见的，分别在31和32的干线#1和#2也是如此。边界单元30可以被表示为两个单向队列或者是一个双向队列。如果边界单元30表示为两个有限容量队列(每一个具有指定运行方向)，那么每一个LPA代理往往规划列车移入队列之一，并且接受来自另一队列的列车。在另一方面，如果规定一个双向队列，那么任一计划代理都可以将列车移入队列中或从队列中接收受车。由于两个计划代理试图让列车移入相同的队列，那么就出现必须由LCA解决的冲突情况。
用于不受控制的轨道的边界单元队列具有可随时间变化的有限的容量。在两个相邻LPA之间必须为计划间隔分配边界队列的容量。概念上有三种分配容量的方法，(a)固定分配，(b)随时间而变的分配，以及(c)动态分配。
对于固定分配，用于边界单元的队列容量根据是常量的固定比率进行分配。例如，容量为4的队列可以为每一个LPA分配容量2。
对于随时间而变的分配，可以通过根据时间函数分配边界单元队列容量来管理显著的交通量变化。例如，如果在第一方向上的峰值(例如西行交通量)出现在上午，而在相对方向上的峰值(例如东行交通量)出现在晚上，那么边界单元可以分配所述容量以便与交通量峰值相匹配。例如可以这样分配队列容量，在上午提供西行的容量为3、东行的容量为1，而在晚上提供东行的容量为3、西行的容量为1。
至于动态分配，边界队列的最大利用率可以通过根据当前交通量水平动态地分配容量来获得。在这种情况下，LCA基于由每一个LPA所计划的队列需要，自动管理边界队列容量的分配。固定和动态分配方案要求最小的用户干涉。在许多情况下，交通量的变化使动态分配方案很吸引入。动态分配方法要求LCA在各LPA之间执行边界容量的分配。
如果边界单元是受控制的轨道，那么简化在边界的决策过程是有利的。图4是本发明实施例的一个例子，其中边界单元是单线受控制的轨道。在单线轨道40和旁轨42、43的区域中，比起选择一段旁轨作边界单元，选择单线轨道部分45是有利的。在这种情况下，列车必须被排序通过边界单元45。LCA将确定列车通过边界单元45的序列。LPA1和LPA2将为列车在时刻表的最后安全位置处插入有条件停止，从而确保通过边界单元45的运行按正确的序列来执行。有条件停止通过将列车停靠在安全位置(例如在旁轨42)来强制实现列车通过边界单元45的顺序，直到它之前的列车结束其运行。
图5说明了本发明另一个实施例的应用例子，其中边界单元55是受控制的多线轨道51和52。相同方式的过程功能如上所述。在这一情况中，提供的LPA确定列车用来通过边界的轨道，而LCA确定每一轨道部分上的列车序列。LPA插入有条件停止来强制实现通过边界单元55的列车运行的适当排序。
管理计划区域之间流动的一个有效方法是限制列车之间的分隔时间。例如，人们可以限定边界单元以分隔列车，使其至少相隔10分钟。这可以通过由LCA将边界队列容量设置为1并且将处理时间设置为10分钟来完成。
在操作中，本申请的一个实施例为整个车轨网络提供了日常时刻表，所述时刻表标识列车、所选中途点和通道的活动位置及相应时间，从感兴趣的指定位置的到达和/或离开。替换地，可以在列车始发时或者在它们始发之前将列车递增地引入网络。基于所标识的多个LPA，按照各LPA的范围划分列车时刻表，并在列车进入计划区域之前将该时刻表的适当部分传送给所述各LPA。
在列车的整个行程中，列车到达中途点的估计时间(ETA)是以所提供的日常时刻表为基础的。LPA将参考所述日常时刻表，用于预测来自相邻各LPA的列车的阵容。日常时刻表一般包括始发点，终点，工作位置，以及列车必须经过的其他中途点。在本实施例中将所述日常时刻表扩展为包括一条详细的路线，其标识列车将经过的每个轨道部分和转辙器，初始地，用来自网络计划功能以及基于列车性能计算的时刻表推断ETA来填写所述日常时刻表。对ETA的随后的更新由LPA来执行，在所述LPA的区域中，一列火车当前正被跟踪着，并将其传播(propagate)到时刻表的剩余部分。
基于时刻表的初始输入，每一LPA解决在局部计划区域中以及在计划范围内的任何运行冲突，以便提供LMP。每一LPA独立于所有其它LPA并且与其它LPA异步地进行操作。每一LPA将花费不同量的时间来产生其LMP，并且每一次在不考虑其它LMP的完成时间的情况下，完成每一LMP并将其提交给LCA。各LPA的操作交错是有利的，因为LPA共享对公用资源(即数据库)的访问，并且所述交错降低了各LPA试图在同一时间访问公用资源的可能性。
每一LPA可以周期性的产生LMP(例如一小时的“产生周期”)，并且将涉及边界单元的运行计划部分传送给LCA。所述LPA可以具有可配置的计划范围，该计划范围一般长到典型的车组人员的换班时间(即8小时)。所述LCA比较来自共享一个共用边界单元的相邻计划区域的LMP，并且解决任何因使用边界单元的冲突。所述LCA将确定边界单元的运行顺序限制，即列车的顺序和通过边界单元的列车的到达和离开的时间范围。所述边界单元限制被传送给适当的各LPA，以便在LMP的下一个规律的预定更新时更新它们与边界单元限制一致的方各LMP。这一更新周期通常以频繁的间隔出现(例如4分钟间隔)。虽然各LPA制其局部计划区域内的列车运行，但是列车通过边界单元的顺序是由LCA设定的，并且不可以由LPA独立地改变。
每一LPA可以包括局部时刻表修正器过程(例如在本文引用以作参考的共同转让美国专利第5,623,413中总述)，所述过程基于列车状态周期更新信息来更新LMP。来自于修改的LMP的边界单元的修改的ETA，一般被传送给LCA，并且被转发到相邻的LPA，但是LCA直到定期的产生周期(每小时一次)才再访问列车序列。在每次定期产生LMP之后，独立于任何其它LPA向LCA发送LMP，只把与边界单元有关的数据发送给LCA。例如，在列车到达几小时之前，通过相邻计划区域的特定列车的各LMP在边界单元处可能不一致。当列车驶近边界单元时，由于到达边界单元时间的估计变得更加精确，各LMP间的差异变小。在列车到达边界之前的某时刻，各LMP间的差异已经显著减少，而且计划被冻结，各LPA和各LCA不再改变计划。
LPA用两步产生LMP，1)通过调度器处理产生全新的LMP，以及2)通过时刻表修正处理精化LMP。所述调度器和调度器处理可以是在本文引用以作参考的共同转让美国专利第5,623,413中总述的那种类型。
调度器处理为计划区域提供一种高级运行计划。如上所述，调度器处理中的边界协调从LCA获得。这些限制包括进入中的列车出现在边界单元上的时间，以及由LCA为相邻LPA保留的边界单元轨道的可用性。LPA中调度器处理的输出被称为“粗时刻表”。其旨在在时刻表修正阶段中提供被精化为可行解的近似解。
基于对LMP进行精化时的列车位置，时刻表修正处理消除任何剩余的限制偏离。粗时刻表限定列车通过的所有轨道部分。如果LCA已经使备用轨道可用，而且所述轨道单元还没有被冻结，则在LPA中的时刻表修正可以选择使用备用轨道，而不是在粗时刻表中所指定的单元。LCA通过将轨道分派到相邻计划区域来间接影响轨道分配的选择。边界单元可以要求与场站长、来自另一铁路的调度员或者相邻计划区域的LPA相协调。然而，在通常条件下，不需要与人员进行协调。
边界单元处LMP的时刻表修正，需要与由LCA修改的最后的LMP相一致。时刻表修正处理将寻求提供当前LMP的最小偏离的LMP修正。
时刻表修正处理将遵循通过边界单元的列车排序。对于每一个边界单元，边界单元的LCA将基于由相邻各LPA所产生的各LMP来准备一个使用边界单元的时刻表。这一时刻表将是资源使用的有时间顺序的时刻表。在时刻表修正处理过程中，LPA将遵循LMP中指定的轨道指派和列车顺序。
例如，如果列车B计划于1:30在干线#2轨道上通过边界单元，而列车A计划于1:15在干线#2轨道上通过边界单元，那么时刻表修正可以不将其中任一辆列车移到干线#1轨道上，而且列车B必须跟随在列车A之后使用干线#2轨道。如果列车A延迟，而且直到1:35才能够通过边界单元，那么列车B必须被延迟到1:35之后。在进入边界单元之前的“最后的安全地方”处，时刻表修正处理将插入一个特殊的“有条件停止”，其将阻止列车进入边界单元，直到在前的列车已经空出边界单元。
如果意外事件使时刻表修正处理必需改变通过边界单元的排序，则LPA将让合适的LCA来改变列车的排序。例如，由LCA所确认的LMP制定列车通过边界单元的顺序。该排序规定列车A向东行进。在列车A空出边界单元之后，列车C将向西行进。一旦列车C空出边界单元，列车B将向东行进。如果恰在边界单元之前发生要求列车重新排序的异常事件，那么时刻表修正处理将生成并公布一个修正计划，并且请求LCA重新计划。LCA将重新考虑边界单元调度，并为列车计算一个新的排序。所涉及列车的权限的自动发布将中断，直到公布一个新计划，解决冲突的序列请求。在本例中，新的序列可以被确定为列车B-列车C-列车A。然后，公布该新序列，以供由各LPA使用来更新它们各自的LMP，以及恢复权限的自动发布。
在向相邻LPA交接情况下，自动进行该交接。这种情况下的交接需要相邻LPA之间的详细协调。合适的轨道和通过轨道的运行序列将由LCA来确定，并且在每一个LPA中由局部时刻表修正器遵守。
图6说明了对于列车从计划器1(LPA1)的区域到计划器2(LPA2)的区域行进时，LCA和各LPA的协调的一个方面。在图6中，LPA1调度列车(例如，列车A)，使列车在60运行进入边界单元并在62离开该边界单元。LPA2调度相同的列车，使列车在65运行进入边界单元并在67离开该边界单元。由此，在由LPA2开发的计划中的65之前，LPA1计划在60将列车A运行进入边界单元。在这种情况下，LCA将基于LPA1在60将列车移入队列的时间以及LPA2计划在65使列车A离开该边界单元的时间，计算边界单元停留时间。由于由LCA计算的在边界单元中的停留时间大于列车需要的边界单元使用时间，所以LCA可以传送给LPA2更早的离开时间。
图7说明了对于列车(例如列车B)从计划区域1到计划区域2行进时，LCA与各LPA协调的另一个方面。LPA1调度列车B，使列车在74运行进入边界单元并在76离开该边界单元。LPA2调度列车B，使列车在77运行进入边界单元并在79离开该边界单元。由此，在由LPA2开发的计划中的77之后，LPA1计划在74使列车B运行进入边界单元。在这种情况下，将偏离边界单元停留时间的限制。由于从之前提供给LPA2的时间的意想不到的延迟，当LPA1改变列车B的ETA的时候，就会出现这种情况。对于这些情况，LPA1将列车B运行进入边界单元的时间不够早，从而无法在LPA2已经调度的列车B离开之前完成它的工作。LCA在列车运行计划中将这种情况识别为冲突。协调代理将新的ETA从LPA1传送给LPA2，并适当的调整ETD，以便标识由该改变所引起的任何其它冲突。
由于LPA所开发的LMP中的改变，更新之间的ETA将发生变化。列车驶近边界点时，预测的ETA将变得更加准确，而且每一个LPA使用的ETA会趋向于一致。另外，在列车接近边界单元时计划将被冻结，以便预防在最后时刻改变计划。由于LPA将列车停靠在边界单元，使用中的其它冲突可能发生。例如，为了改进其局部计划区域内的流动，LPA可能计划让列车在边界单元额外停靠三十分钟。这一停靠将阻止相邻LPA将另一列列车送入边界单元。这一影响将减慢向边界点的交通传递。
由于LPA的异步和独立特性，可能出现边界单元的超额(超出了边界单元的容量)。负责的LCA将检查来自各LPA的LMP，并通过延迟所选列车的计划到达来消除所述超额。LCA将利用与每一辆列车相关的业务目的函数(businessobjective function)以给目的函数值带来最小的影响。
关于图8，在操作中，基于如上所述的LMP中的已决定的列车到达和离开时间，LCA首先可以在资源使用数据库模块80处建造资源使用数据结构。意料之外的事件可能导致到达时间的随机延迟。为了最小化这种变化的影响，LCA将在边界队列的计划使用中包括缓冲期。所述缓冲期是列车“将到时间”的函数。例如，预定在一个小时内到达的列车可以在其到达时间中具有5分钟的缓冲期，而预定在两个小时内到达的列车可以在其到达时间中具有10分钟的缓冲期。所提供的缓冲量是用户可配置的参数。这一缓冲期减少了由于运行计划的随机变化而可能出现的容量浪费。
LCA接下来将扫描使用数据，以在82处的超额检测模块标识最早的超额间隔。一旦标识最早的超额间隔，LCA标识那些在超额中所涉及的列车，并且选择延迟一列列车，以便在超额消除模块83中减轻超额。基于有关每一待选列车的业务目的函数来做出所述选择。所选择列车在修改运行模块84处被延迟，而LCA接着重复循环以标识并消除任何剩余超额。当消除了所有超额时，在消除延迟模块85执行最后的扫描来消除所有由LCA引入的不必要的延迟，并且在86处将结果发送给各的LPA。
如果LCA在任何边界单元处检测到LMP之间的不可接受的冲突，则该冲突被传送给人工调度员来解决。LCA向每一个LPA提供用于每个边界单元的修订的限制，而不考虑可能已经预先由LPA解决了的冲突，或者由于所述修订的限制而可能在任何局部计划区域内产生的冲突。
每一个LPA按照关于列车(a)位置和状态以及(b)来自LCA的修订的边界单元限制的更新数据修订其LMP，并且定期向LCA提供修订的LMP。LCA比较所接收的当前对其可用的LMP(而不考虑是什么时候接收到这些计划的)，并且重复修订边界限制的处理过程。
借助人工调度员来执行各LMP。轨道网络被划分为多个调度区域，在该区域中通常由人工调度员负责通过其调度区域的交通。调度区域一般不对应于局部计划区域，并且通常一个局部计划区域包括几个调度区域。因此，调度区域仅仅使用相应于那个调度区域的一部分LMP。在编码轨道覆盖(coded trackcoverage)(“CTC”)区域中自动执行所述LMP，自动确定转轨辙器的位置，清除列车前面的信号，并且仅仅当冲突不能由LPA/LCA决时才需要调度员协助。调度员通常在他的处理中具有比LPA/LCA更多的信息，并且因此调度员能够使用对LPA/LCA无法得到的信息来解决冲突。这样，提供给调度员的运行计划允许调度员评估输入，并在必要的地方进行调整。在轨道许可控制(TWC)区域中，当应该基于LMP发布轨道许可时通知调度员。需要调度员在合适的程序之后发布轨道许可。
这一安排允许调度员在CTC区域中“按异常进行调度”，只有在LCA标识了不能由LCA决的冲突时才要求调度员采取行动。上述系统提出了一个独特的界面和软件应用来协助调度员履行其职责。例如，产生一个标识调度员需要注意的动作的任务列表。其他应用协助调度员建立与其调度区域中列车的通信，以及允许修改中途站和活动位置。LPA和LCA的上述功能可以利用计算机可用介质来实现，所述介质具有由专用计算机和通用计算机执行的计算机可读取编码。
虽然已经介绍了本发明优选实施例，但可以理解的是所述实施例仅仅是说明性的，本发明的范围将只由授予完全范围的等效的权利要求书加以限定，本领域技术人员通过仔细研究权利要求书可以自然想到许多变化和修改。
权利要求
1.一种控制多列列车沿轨道网络的运行的方法，包括a)将该网络划分成多个计划区域(10)，每一对相邻计划区域在所述计划区域相邻对的共用轨道上共享至少一个共用边界单元(20)；b)独立于其它计划区域的运行计划，为每一计划区域开发一个局部运行计划(24)，以便控制列车进入和离开与该计划区域相关联的所选择边界单元的运行；c)为相邻计划区域评估局部运行计划，以便标识在各边界单元处的冲突；以及d)修改相邻计划区域的局部运行计划以便解决所标识的冲突。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括e)监视所述多列列车在所述轨道网络的实际运行；f)定期地更新作为列车的实际运行的函数的所述局部运行计划。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述为每一计划区域开发局部运行计划是与为其它计划区域的运行计划开发异步地执行的。
4.权利要求1所述的方法，其中所述轨道网络包括轨道的多种配置，而且划分步骤包括选择作为由相邻计划代理共用的轨道配置的函数的边界单元。
5.如权利要求1所述的方法，其中每一个局部运行计划的计划时间范围近似为8小时，所述计划以较短的间隔被更新。
6.一种用于铁路计算机辅助列车运行计划器的计算机程序产品，其中所述铁路网络被划分成多个计划区域，每一计划区域具有至少一个由相邻计划区域共享的共用轨道资源的边界单元，所述计算机程序产品包括计算机可用介质，具有包括在所述介质中的用于计划相邻计划区域之间的列车运行的计算机可读程序代码模块；所述计算机可读程序代码模块包括计算机可读第一程序代码模块(26)，用于使计算机为一计划区域产生局部运行计划，该局部运行计划指定列车进入和离开与所述计划区域相关联的边界单元的运行；计算机可读第二程序代码模块(27)，用于使计算机为相邻计划区域评估局部运行计划，以检测在各边界单元处的冲突；计算机可读第三程序代码模块(28)，用于使计算机标识所检测到的冲突的解决方案；以及计算机可读第四程序代码模块(29)，用于使计算机根据所述标识的解决方案修改各局部运行计划。
7.一种用于铁路计算机辅助列车运行计划器的计算机程序产品，其中所述铁路网络被划分成多个计划区域，每一计划区域具有至少一个由相邻计划区域共享的共用轨道资源的边界单元，所述计算机程序产品包括计算机可用介质，具有包括在所述介质中的用于解决在使用边界单元种的冲突的计算机可读程序代码模块；所述计算机可读程序代码模块包括计算机可读第一程序代码模块(80)，用于使计算机产生边界单元的计划使用的数据库；计算机可读第二程序代码模块(82)，用于使计算机标识数据库中的调度冲突；计算机可读第三程序代码模块(83)，用于使计算机标识在边界单元的计划使用冲突中所涉及的列车；以及计算机可读第四程序代码模块(84)，用于使计算机在至少一辆所标识列车的运行中计划一个延迟来解决所标识的冲突。
8.一种计划两个相邻计划区域中的多列列车的运行的方法，其中，所述相邻计划区域包括至少一个具有共用轨道资源的边界单元，这样每次只有所述多列列车之一可以使用所述边界单元，该方法包括a)确定通过边界单元的所述多列列车的运行序列；以及b)为所述相邻计划区域中的每一个产生一个局部运行计划，所述局部运行计划是所确定的通过边界单元的列车运行序列的函数。
9.如权利要求8所述的方法，其中为所述计划区域之一产生局部运行计划是与为相邻计划区域产生局部运行计划相独立的。
10.一种用于铁路计算机辅助列车运行计划器的计算机程序产品，其中所述铁路网络被划分成多个计划区域，每一计划区域具有至少一个由相邻计划区域共享的共用轨道资源的边界单元，所述计算机程序产品包括计算机可用介质，具有包括在所述介质中的用于解决在使用边界单元中的冲突的计算机可读程序代码模块；所述计算机可读程序代码模块包括计算机可读第一程序代码模块(29)，用于使计算机确定通过边界单元的所述多列列车的运行序列；以及计算机可读第二程序代码模块(23)，用于使计算机为所述相邻计划区域产生局部运行计划，所述局部运行计划是所确定的通过边界单元的列车运行序列的函数。
全文摘要
一种系统和方法，用于控制多列列车在车轨网络上的运行，此处所述车轨网络被划分成多个计划区域(10)，相邻计划区域之间具有共用轨道的边界单元(20)，使用一个局部协调代理(21)来控制通过所述边界单元(20)的列车的运行。
文档编号G06F17/50GK1716263SQ20041007668
公开日2006年1月4日 申请日期2004年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者P·M·朱利克, M·S·维尔斯 申请人:通用电气公司