用于铁路车辆系统的远程辅助操作的系统、方法和计算机软件代码

摘要

一种用于操作具有至少一个机车车辆的列车的方法，该方法包括：经由位于所述机车单元上的第一乘务人员控制所述列车的操作；为第二乘务人员提供操作所述列车所需的信息，所述第二乘务人员的位置远离所述第一乘务人员；以及使用所述信息从而使得所述第二乘务人员辅助所述第一乘务人员控制所述列车。

说明书

技术领域

本发明的领域涉及铁路车辆系统操作，更具体地说，涉及一种由“虚拟”乘务人员远程辅助进行的铁路车辆操作。

背景技术

一般需要两个人，司机和列车长来操作铁路车辆系统，诸如机车列车。例如，机车货运列车的司机(或列车驾驶员)通常根据经验以及车上和车外控制和信号装置的输入而对列车的移动发送命令。列车长控制列车的操作，监视司机采取的动作。这两个乘务人员在一起工作从而根据铁路规则和程序正确地控制列车。

更具体地说，司机负责他或她身体所在的那辆机车的操作，以及铁路列车的其他机车的操作。司机控制列车的所有机械操作和所有的列车控制操作，包括控制列车的速度和制动。为了实现这一目的，在列车长的指导下，司机也负责准备车厢和服务设备，检查书面工作和必要的密封，控制加速，制动和操作移动中的列车。通常地，司机熟悉列车行驶的路线，因此已经熟知并且记住铁路的物理特性，包括梯度、交叉、车场、侧线、信号位置、乘客车站周围的条件以及所有的速度限制。与列车长一起，司机监视时间以不出现延迟，也不过早地离开车场、侧线、台站等。当跟随其他列车，接近路线分流处，或者在路途中调节时间以避免过早到达时，当不需要时间表中的内在“恢复时间”时，这通常需要以减小的速度行驶。司机需要在列车长能力不足或者不在岗时承担其责任。

列出长控制列车的操作，并且管理列车上所有其他乘务人员。列车长通常负责在机械方面检查全部车辆，辅助司机测试列车上的气动刹车，向司机发送信号以表明何时开始移动或者切换操作，以及何时停止，读取信号灯，保持行程的记录或日志，与乘客列车上的副列车长共同检查车票，照顾乘客的需求(乘客列车上)，保持发货通知书和运货单(货运列车上)的记录，有时也辅助进行轨道装置的分接或切换。

由于需要考虑若干因素，诸如但不局限于，受训练列车长/操作员的是否存在，行程约束，紧急操作，所以对于使用两名乘务人员的要求已经成为问题。一些运输公司已经质疑是否需要列车长的位置，因为合格的司机也可承担列车员的责任并且执行其他乘务人员的任务，其中可能不要掌握完整的技能。但是，也有人坚持认为，有必要设置两个人来满足高安全标准以及编组操作员所需且所期望的经验，尤其在出现或可能出现紧急需要的情况下，否则可能会危及列车上运输的生命、设备和货物。

在另一应用中，机车在机车的两端具有双驾驶室，其尺寸约束可能允许在任一端中由单独一个人员进行操作。这种机车配置通常使用在除了美国之外的世界其他地区。有用的是，在前驾驶室设置一个操作员，并同时在后驾驶室或机车编组中的另一机车中设置另一操作员来为前驾驶室中的操作员提供信息。

为了这一目的，如果能够选择乘务人员的数量，那么列车拥有人和操作员将会大大受益，高安全标准和经验仍然有助于操作铁路车辆系统，而不考虑乘务人员的数量和/或车上车务人员的技能水准。

发明内容

本发明的示例性实施例涉及铁路车辆操作，在铁路车辆上减少操作员的数量并且由虚拟乘务人员提供辅助。为了这一目的，在一项示例性实施例中，公开一种用于操作具有至少一个机车车辆的列车的方法。该方法包括经由位于所述机车单元上的第一乘务人员控制所述列车的操作。为第二乘务人员提供操作所述列车所需的信息，所述第二乘务人员的位置远离所述第一乘务人员。使用所述信息从而使得所述第二乘务人员辅助所述第一乘务人员控制所述列车。

在另一示例性实施例中，在具有至少一个机车的列车中，公开一种用于通过位于远程位置的虚拟第二乘务人员的辅助来操作所述列车的方法，该方法包括确定关于所述列车的操作的实时信息。将所述实时信息通信至位于远程位置的第二虚拟乘务人员。通过所述虚拟第二乘务人员评价所述实时信息。在所述列车与所述虚拟第二乘务人员之间通信信息从而辅助操作所述列车。

在另一示例性实施例中，在具有至少一个机车的列车中，公开用于通过位于远程位置的虚拟第二乘务人员的辅助来操作所述列车的系统，该系统包括容纳所述虚拟第二乘务人员的远程位置。也包括用于监视邻近所述列车的实时信息的多个传感器。设置通信网络，允许将传感器数据从列车通信至远程监视装置，以及从位于远程位置的虚拟第二乘务人员将列车操作参数通信至所述列车。

在另一示例性实施例中，公开一种通过位于远程位置的虚拟第二乘务人员的辅助来操作列车的系统。该系统包括从所述列车收集重要数据的重要数据模块，以及允许在列车与远程位置之间通信的通信网络。也设置接口模块，用于远程位置处的虚拟第二乘务人员通过通信网络而与列车和列车上的乘务人员其中的至少一个进行交互，此外，包括控制接口模块，通过所述通信网络控制连接而在第二乘务人员与至少一个列车和列车上的乘务人员之间进行交互。

在另一示例性实施例中，公开一种用于从远程位置提供信息的计算机软件代码，用于操作具有机车和/或计算机其中的至少一个的列车。所述计算机软件代码包括经由位于所述机车单元上的第一乘务人员控制所述列车的操作的计算机软件模块。也公开为第二乘务人员提供操作所述列车所需的信息的计算机软件模块，所述第二乘务人员位于列车之外。也公开使用所述信息从而使得所述第二乘务人员能够辅助所述第一乘务人员控制所述列车的计算机软件模块。

在另一示例性实施例中，在具有至少一个机车和列车上的第一计算机的列车中，用于通过位于远程位置的虚拟第二乘务人员的辅助以及第二计算机来操作所述列车的计算机软件代码。该计算机软件代码包括确定关于所述列车的操作的实时信息的计算机软件模块。也设置将所述实时信息通信至位于远程位置的第二虚拟乘务人员的计算机软件模块。也包括通过所述虚拟第二乘务人员评价所述实时信息的计算机软件模块。也设置在所述列车与所述虚拟第二乘务人员之间通信信息从而辅助操作所述列车的计算机软件模块。

附图说明

将参照附图中所示的具体实施例更具体地说明上面简单描述的本发明的示例性实施例。需要指出的是，这些附图仅仅描述本发明的典型实施例，因此并不认为是限制本发明的范围，将通过使用附图来额外具体和详细地描述和说明本发明的示例性实施例，其中：

图1描述用于远程辅助铁路车辆系统的操作的系统的元素的示例性实施例；

图2描述远程位置的示例性实施例，诸如远程监控中心；以及

图3描述允许单独一个乘务人员操作火车同时在远程位置具有虚拟第二乘务人员的步骤的示例性实施例。

具体实施方式

本发明的示例性实施例通过提供系统、方法和计算机软件代码来解决现有技术中的问题，能够减小乘务人员的数量，和/或使用技能不太熟练的乘务人员，来操作轨道车辆，诸如但是不限于具有位于远程位置的虚拟第二乘务人员的列车。本领域技术人员可知，诸如数据处理系统的设备，包括CPU、内存、I/O、程序存储、连接总线以及其他合适的部件，可进行编程或者采取其他方式来设计成有利于本发明的示例性实施例的方法的实施。这种系统可包括用于执行该方法的适当程序。

广泛地讲，技术效果是在所操作的列车中，单独一个操作员在列车上，第二名操作员是虚拟的。本发明可描述为处于计算机可执行指令的大体环境中，诸如程序模块，由计算机执行。一般地，程序模块可以包括子程序、程序、对象、组件、数据结构等，执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。例如，本发明背后的软件程序可采用不同的语言进行编码，用于不同的计算平台。本发明的实例可实现在采用网络浏览器的网络门户的环境中。但是，应当理解的是，本发明背后的原理也可实现为其他类型的计算机软件技术。

而且，本领域技术人员应当理解，本发明可采用其他的计算机系统配置而实现，包括手持装置，多处理器系统，基于微处理器或者可编程的消费者电子设备，微计算机，主机计算机等。本发明也可实现在分布式计算环境中，其中的任务通过经由通信网络连接的远程处理装置执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程计算机存储介质中，包括内存存储装置。

同样，成品件，诸如预录制的盘或者其他类似的计算机程序产品，用于数据处理系统，可包括存储介质和记载在其上的程序装置，用于指引该数据处理系统从而有利于本发明的方法的执行。这种设备和成品件也落入本发明的精髓和范围内。在该文档中，术语机车编组被使用到。如这里使用的，机车编组可描述为具有连续的一个或多个机车，连接到一起从而提供发动机驱动和/或制动的作用。机车在机车之间没有列车车厢的位置处连接到一起。列车的组成可具有多于一个的编组。具体地说，可以有牵引编组，多于一个的远端编组，诸如车厢线的中部以及列车端部处的另一远端编组。每个机车编组可具有第一机车和跟随机车。虽然编组通常被视为连续的机车，但是本领域技术人员可知，机车编组所组成的组也可被认为是一个编组，即使当至少一个车厢使机车分离开时，诸如当编组配置为进行分布式动力操作时，其中油门和制动命令通过无线电连接或物理电缆从牵引机车传送到远端尾部。为了这一目的，当讨论相同列车中的多个机车时，术语机车编组不应当理解为限制的因素。

现在参照附图，将描述本发明的实施例。本发明可采用多种方式实现，包括作为系统(包括计算机处理系统)，方法(包括计算机实现方法)，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，或者实体固定在计算机可读内存中的数据结构。下面将说明本发明的多个实施例。

图1描述用于铁路车辆系统的远程辅助操作的系统的元素的示例性实施例。示例性的铁路车辆，诸如但不局限于列车3，具有至少一个动力单元，或者机车10，并且可具有一串车厢12。机车10的数量和车厢12的数量可根据具体的列车任务而进行改变。机车10可在车上具有单独一个乘务人员1，他可以是唯一一名身体在列车上的乘务人员。通信路径18，或者连接，设置在列车3与远端位置20之间，诸如远程监视中心。位于远程位置20的至少一个人将作为特定列车3的虚拟第二乘务人员2。通信路径18提供双路实时通信并且可穿过包括基于陆地的有线部分和无线部分的网络。例如，通信路径18的直接终止于和/或源自于列车3的部分是无线的。

收发器23、22分别位于远程位置20和列车3，用于在列车编组5与远程位置20之间通信。本领域技术人员可知，列车3上的收发器22可位于列车3上的任何位置，并不必须是机车编组5或机车10。当不位于机车10上时，位于列车上的通信系统可用于中继对于机车10与收发器22之间的操作重要的通信。一个或两个收发器22、23可具有通信预防和确保协议，用于执行诸如加密和验证的功能。

位于机车编组5上的第一模块25是重要的数据模块25。重要的数据模块25交叉检查其他元件，从而确定是否发生功能故障，并且能够安全地停止系统的与远程辅助铁路车辆系统操作相应的操作。重要的数据模块25具有视频数据和其他传感器数据，相关于安全地操作列车3的数据。这种传感器27可提供视频数据和传感器数据，包括但不局限于光学传感器，诸如数字视频照相机、速度传感器、温度传感器、油压传感器、电压传感器、电流传感器、经由列车端遥测术传送的制动线压力，操作员输入/输出装置状态以及其他机车传感器。可提供数据的其他传感器27包括反应单独一个乘务人员或者车上乘务人员的信号，并且控制数据输入装置，诸如但不局限于车上乘务人员的正向生命迹象输入，或者车上人员存在协议60。人员存在协议60在下文进行进一步的详细讨论。可得到的额外数据包括但不局限于动力档位设置，制动命令，以及各种司机辅助的输出，诸如由行程或铁路网络时间计划或优化系统产生的数据。可提供数据的一些其他类型的传感器也包括但不局限于麦克风、加速表、数字温度计和位置检测传感器，诸如车上GPS系统。

位于机车3上的第二模块是接口模块30。在设置机车编组的示例性实施例中，这一模块位于牵引机车上或者车上乘务人员1所处的地方，但是本领域技术人员可知，其也可定位在机车编组中的任何机车上。接口模块30可由车上乘务人员1使用从而要求虚拟乘务人员出现(“登车”)，并且允许车上乘务人员1与虚拟乘务人员2直接构成。位于远程监视站、电报或服务中心的人员，或者在另一列车上的人员，也可经由位于机车之外的对应地点的接口模块或类似模块而要求或指引虚拟乘务人员“登车”。接口模块30可包括但不局限于音频扬声器，从而发送来自于虚拟乘务人员和/或第二装置的口头通信和/或警告信号。第二装置可包括但不局限于信号器，诸如但不局限于发向车上乘务人员1的警报，所涉及的状态包括即将到来的交叉口和轨道维护区域，速度限制，警报(诸如车轮滑移，发动机额定值下降、温度等)，梯度交叉，轨道信息，来自于路边设备的信息(诸如隔热箱检测器等)，来自于调度员的信息(诸如相遇/通过信息，关于其他列车的信息，等)，关于乘务人员到时的信息，出租车接客，关于先前事件的信息，里程表，关于其他乘务人员、路边乘务人员，维护人员的信息；计量表，诸如但不局限于气动刹车压力，列车端部信息，列车载货信息等；从虚拟第二乘务人员2接收文件的文件传真接收器和打印机，以及查看来自于虚拟第二乘务人员2和/或虚拟乘务人员的数据的视频显示器，相应于各种功能的光亮，诸如提示车上乘务人员1关于远程位置的状态但是尚未被车上乘务人员1获知。

在另一示例性实施例中，第二装置可作为第二乘务人员。更具体地说，根据由第二装置提供的信息，同步化的声音，和/或数据显示，有关信息可提供至车上乘务人员1和虚拟第二乘务人员2。

接口模块也可包括“快速响应”或“快速动作”接口，允许车上乘务人员提交关于信息或协助的特定或即刻请求。“快速响应”接口可包括一个或多个键或按钮，关联于相应于特定车下专家的预编程请求。例如，“快速响应”接口可用于命令一个或多个虚拟专家辅助车上乘务人员关于列车操作的问题。根据一项实施例，“快速响应”接口可包括按钮，用于使得乘务人员按照角色虚拟登车，例如“列车长”、“司机”、“调度员”等。根据另一实施例，该接口可包括按钮，用于虚拟地使得具有技术专业知识的乘务人员登车，例如“发动机”、“推进”、“电子”、“制动”等。“快速响应”接口可用于使得特定的虚拟乘务人员从任何数量的远程地点“登车”，包括但不局限于铁路、机车OEM、机车供应方或者机车服务提供商地点。

第三模块可位于机车编组5上，其为一个非重要的数据模块26。非重要的数据模块26执行周期性的检查从而改善系统提供虚拟乘务人员2的整体有效性。如果检测到功能故障，那么非重要数据模块26可提供指令从而降低列车3的速度，其中虚拟乘务人员2然后可执行系统中元件的交叉检查并且告知车上操作员1出现故障。非重要数据模块26的一项示例性功能是确定人员存在协议60是否发挥正确的功能，以及如果，根据预建立的边界，人员存在协议60的有效性处于可接受参数内，这一信息可传送至虚拟乘务人员2。从功能上来讲，单独一个模块也可执行上述特定于重要数据模块25和非重要数据模块26的功能。例如，单独一个模块可用于确定和处理所发现的功能故障。在示例性实施例中，根据铁路公司和/或规程要求的特定操作规则，使用非重要数据模块故障方案或重要数据模块故障方案。

位于机车上的第四模块32是控制接口模块32。该控制接口模块32包括有利于机车10之间或车上乘务人员1与重要第二乘务人员2之间的必要和适当控制连接的接口。与控制接口模块相关联的示例性控制连接包括，但不局限于制动，动力档位设置，警告器激活以及紧急措施控制激活。

列车3上的模块25、30、32和收发器22的功能可通过处理器35或电脑来实现。车上乘务人员1也能够操作显示装置和操作员界面。在示例性实施例中，显示器装置，操作员接口，和处理器是具有键盘和监视器的计算机35。

在远程位置20，虚拟第二乘务人员2也可从路边装置40接收数据。为了这一目的，虚拟第二乘务人员2可提供路边列车检查系统报告的验证，诸如当热轴承检测器检测到热轴承时，提供合成声音至车上乘务人员1。可提供向虚拟第二乘务人员2的直接馈送的其他路边装置40包括但不局限于热轮检测器，高/宽载荷检测器，轨道线路和信号，交叉监视系统，以及在通过列车上定向的路边照相机。从这些路边装置40获得的信息可由虚拟第二乘务人员2监视，重要的数据然后通信至车上乘务人员1。

根据虚拟第二乘务人员2得到的信息，当车上乘务人员和/或虚拟第二乘务人员根据乘务人员的状态和/或优先授权而需要采取动作时，可对警报进行初始化。该警报可以是自主的或者由虚拟第二乘务人员初始化。在另一示例性实施例中，虚拟第二乘务人员2能够控制列车3的特定功能。控制的水平可包括操作该功能和/或限制该功能的操作。例如，但不局限于，虚拟第二乘务人员可远程地命令列车制动，以特定速度操作，抑制列车启动等。功能的控制可在整个任务中持续由虚拟第二乘务人员2提供和/或虚拟第二乘务人员能够在需要时施加控制。

路边设备可直接地与虚拟第二乘务人员2通信。该虚拟乘务人员2可比列车3上的操作员1具有更多的信息，来自于调度信息，其他列车，路边信号，和交叉口等，可中继至车上乘务人员1。虚拟乘务人员2能够由于接近以及使用他们的专业技术而向其他虚拟乘务人员咨询。类似地，虚拟乘务人员也能够使用车下的其他数据和/或专业技术。

在另一示例性实施例中，在行程期间采取的动作可以存储，诸如在存储介质45上。所存储的动作然后可回放，其中，可浏览关于特定相关时间附近的详细视图或信息。这种回放，在另一示例性实施例中，可作为远程黑盒，诸如使用在商业航线上。

图2描述远程位置的示例性实施例，诸如远程监视中心。在远程位置，设置显示装置50和操作员接口52，允许操作员作为虚拟第二乘务人员发挥作用。也设置处理器54，诸如计算机。在示例性实施例中，显示装置，操作器接口和处理器是具有键盘52和监视器50的计算机54。操作员的数量可以小于所服务的列车3的数量。操作员与所服务列车3的最小比值可设定成使得虚拟第二乘务人员2操作上升至合理的安全水平。远程位置20可由故障协议备份，使得在通信水平下降至最小的可接受水平的情况下，另一远程位置将接管第一远程位置的功能。也可存在列车3上执行的操作协议，大概说明并且指定状态和步骤，在通信在列车3与任何远程位置20之间出现故障的情况下。

正如设置在机车10上，判断是否有人的手柄，按钮，开关或协议也设置在虚拟第二乘务人员处。人员存在协议60(如图1所示)、61设置成判断是否存在虚拟第二乘务人员2和/或车上乘务人员1。对于人员存在协议60、61，以最小的可接受时间间隔向车上乘务人员1和/或虚拟乘务人员2提供通知，从而告知另一端的实体，在另一人员存在协议60、61端处仍然有人。对于虚拟第二乘务人员2处的故障协议62，如果故障协议62没有检测到虚拟第二乘务人员2，那么故障克服(failover)协议65允许在虚拟第二乘务人员2与另一虚拟乘务人员之间传送通信，或者在相同远程位置20或者在第二远程位置20。人员存在协议60、61也可与通信网络10连通，如图1所示。因此，如果通信网络18在预定的最小时间间隔内不可用，那么车上乘务人员1将被告知。类似地，如果通信连接损失或者出现停止故障，那么也将告知信息提供至虚拟乘务人员2，使得虚拟乘务人员2可采取响应性动作。

在操作中，如果出现虚拟第二乘务人员2不存在的情况，那么列车3仍然可在列车3上具有第二车上乘务人员。但是，由于来自于该第二车上乘务人员的辅助仅需要于间断的通信中断期间或者人员存在协议61没有检测到虚拟第二乘务人员2，所以这一第二车上乘务人员所需的技能可以低于当前需要的第二车上乘务人员。

虽然远程位置公开为远程监视中心，但是本领域技术人员可知，其他位置也可用作远程位置。在示例性实施例中，远程位置可以是另一列车，未示出。为了这一目的，第一列车3可具有上述系统和车上人员，作为其他列车3上的虚拟乘务人员2，与第一列车3具有类似的时间表。在另一示例性实施例中，远程位置是远离于车上乘务人员1的位置。因此，远程位置可以是相同机车上的另一位置，远离于车上乘务人员1的位置，在相同机车编组中的另一机车中，和/或处于相同列车3中的另一位置。更具体地说，对于远离于车上乘务人员1的位置的远程位置，所述远程位置希望处于远离列车3的操作控制所位于的位置。

图3描述各个步骤的示例性实施例，允许单独一个乘务人员与远程位置处的虚拟第二乘务人员共同地操作列车。步骤70包括确定关于列车操作的实时信息，步骤72。实时信息通信至位于远程位置的第二虚拟乘务人员，步骤74。实时信息在远程监视站处进行评价，步骤76。第二虚拟乘务人员与操作列车所需的列车3的信息通信，步骤78。如上所述，这些步骤70可实现为计算机实现的方法，诸如但不局限于具有若干计算机软件模块的计算机软件代码。

可包括的另一步骤是确定是否存在第二虚拟乘务人员。在另一步骤判断单独一个乘务人员是否存在。另一步骤需要判断是否存在通信实时信息的步骤和/或在列车与虚拟第二乘务人员之间通信的步骤。如上参照图3所示，这些步骤可实现为计算机软件模块，作为计算机实现方法的一部分。

图4描述操作具有至少一个机车的列车的步骤的示例性实施例。步骤100包括经由位于机车上的第一乘务人员来控制列车的操作，步骤102。所提供的信息对于列车下的第二乘务人员操作列车是必须的，步骤104。这一信息用于使得第二乘务人员能够辅助第一乘务人员控制火车，步骤106。

可包括的另一步骤是通过第一乘务人员使得第二乘务人员虚拟登车。另一步骤可包括经由远程位置的人员使得第二乘务人员虚拟登车。使用机车上的接口模块使得第二乘务人员虚拟登车是另一可用步骤。同样，使用“快速响应”接口来虚拟地使第二乘务人员登车也是一个可用步骤。如上参照图3所示，图4所公开的步骤和上述公开的内容可实现为计算机实现方法，诸如但不局限于计算机软件代码，具有若干计算机软件模块。

虽然已经参照示例性实施例说明本发明，但是本领域技术人员可知，各种改变、省略和/或添加都是可行的，可在不脱离本发明的精髓和范围的情况下使用等同物代替其元件另外，可作出许多改进从而在不脱离本发明的范围的情况下将特定的情况或材料适应于本发明的教导。因此，所希望的是本发明并不局限于上述特定实施例。作为实现本发明的最佳方式，但是本发明可包括落入所附权利要求的范围的所有实施例。而且，除非特别说明，对于术语第一、第二等术语的任何使用并不表示任何顺序或重要性，术语第一、第二等用于将元件彼此区分开。