利用信号示象确定动力系统的任务计划的系统和方法

摘要

一种在任务期间利用从远程位置获得的示象信息确定任务计划的系统，该系统包括：用于在动力系统执行任务时收集示象信息的接收装置；用于根据示象信息确定速度极限的处理器；以及连接到动力系统用于响应速度极限操作动力系统的控制系统。还公开了用于在任务期间利用从远程位置获得的示象信息确定任务计划的方法和计算机软件代码。

说明书

技术领域

本发明的领域涉及动力系统，更具体地说，涉及减少动力系统的燃料消耗和/或排放量。

背景技术

诸如但不限于非公路用车、海洋动力推进设施或海洋船只、铁道(rail)车辆系统或列车、农用车辆和运输车辆的动力系统通常由诸如但不限于柴油发动机的动力单元提供动力。关于铁道车辆系统，动力系统是机车，它可以是列车的一部分，列车还包括多个铁道车，如运货车。通常提供多于一个机车作为列车的一部分，其中机车的分组通常称为机车“编组”。机车是具有众多子系统的复杂系统，其中每个子系统对于其它子系统相互依赖。

操作人员通常在机车上以确保机车的正确操作，并且当存在机车编组时，操作人员通常在引导机车上。如上所述，机车编组(consist)是一起进行操作以便操作列车的机车群组。除了确保机车或机车编组的正确操作之外，操作人员还负责确定列车的运行速度和列车内的作用力。为了执行这些功能，操作人员一般必须具有在指定地域内操作机车和各种列车的丰富经验。需要具有这种知识以便遵守随列车沿轨道的位置而改变的可规定的运行速度。此外，操作人员还负责确保列车内作用力保持在可接受限度内。

但是，即使知道如何确保安全操作，操作人员通常仍不能操作机车以使得对于每趟行程将燃料消耗和排放减至最少。例如，必须考虑的其它因素可包括排放量、操作人员的环境状况(如噪声/震动)、燃料消耗量和排放量的加权组合等。这之所以难以实现是因为，例如，列车的大小和载荷会改变，机车及其燃料/排放特性不同，以及天气和交通状况会改变。

基于特定列车任务，当构建列车时，通常的做法是，部分地基于具有各式各样动力和运行行程任务历史的可用机车，在列车构成中提供一定范围的机车以便为列车提供动力。这通常会导致各个列车可使用的机车动力的大变化。另外，对于诸如Z-列车的关键列车，通常提供备用动力、通常是备用机车以便应对设备故障事件并确保列车按时抵达它的目的地。

此外，当构建列车时，通常通过基于在列车空载时列车中的机车建立总排放量的加权平均值来确定机车排放量。预期这些平均值将低于列车空载时的某个排放量。但是，通常，不会关于列车空载时的实际排放量做出进一步确定。因此，尽管建立的计算方法表明排放量是可接受的，但实际上，机车可能正在排放比计算值多的排放物。

当操作列车时，列车操作人员在操作列车时通常要求(call for)相同的档位设置(notch setting)，取决于为列车提供动力的机车的数量，这又可导致燃料消耗量和/或诸如但不限于NO_x、CO₂等排放量的大变化。因此，操作人员通常不能操作机车以使得对于每趟行程将燃料消耗减至最少并将排放量减至最少，因为列车的大小和载荷会改变，并且机车及其动力可用性会因型号类型而改变。

路旁信号系统(wayside signaling system)用于在列车沿铁路线前行时将信号示象信息传送给列车。所传送的此类信息还用于操作列车。一种类型的路旁信号系统的特色是沿铁路线的整个长度的一连串连续的DC列车检测电路，通过这些检测电路来控制沿铁路线彼此间隔开的众多路旁信号装置。每个列车检测电路覆盖一个轨道区段，并且经由位于每个轨道区段之间的绝缘接头与下一个检测电路电绝缘。每个列车检测电路只检测其轨道区段是否被列车占用，并将指示这的信号传送给其对应的路旁信号装置。对于这种类型的路旁信号系统，每个路旁信号装置通常采用彩色灯或其它标记的显示器的形式，由此来可视地将信号示象信息传送给列车操作人员。信号示象信息表示即将到的轨道段的状况，例如，它是空的，还是被列车占用了，还是受到某个其它速度限制。每个信号示象用颜色或颜色的组合来传达，并且表示运营机构(operating authority)所要求的特定做法(a particularcourse of action)。红色、黄色和绿色这三种特定颜色一般表示与在标准道路交通灯上使用时的含义相同的含义。信号示象信息供操作人员观看，或者视频系统捕获灯信号并处理该信息，然后将信息转发给操作人员。

另一种类型的路旁信号系统的特色是沿铁路轨道线的一连串连续的DC列车检测电路，这些检测电路用于控制沿线路间隔的路旁信号装置。这种类型的信号系统中的每个路旁信号装置还包括伴随或覆盖每个DC列车检测电路并用于补充其视觉显示的AC轨道电路。通过其AC轨道电路，每个路旁信号装置通过铁道传送信号示象信息以作为“驾驶室信号”。当列车在铁道上行驶时，安装在机车导轴前方的拾波线圈感测驾驶室信号。对驾驶室信号进行滤波、解码、并最终传达到设置在机车驾驶室内的驾驶室信号装置。驾驶室信号装置通常包括用于可视地传达信号示象信息以使得列车操作人员将获悉适用于即将到的轨道段的信号示象的彩色灯的显示器。

另一种类型的路旁信号系统的特色是沿铁路轨道线的一连串连续的DC列车检测电路，这些检测电路用于控制沿线路间隔的路旁信号装置。但是，在这种类型的路旁信号系统中，每个路旁信号装置控制沿轨道设置在每个路旁信号装置之前的固定点的轨道应答器。当在轨道区段上检测到列车时，与其对应的列车检测电路通知其对应的路旁信号装置。但是，列车只有在经过每个固定点时才可从应答器接收信号示象信息。通过利用轨道应答器来传送额外的编码数据，例如但不限于即将到的轨道段的简要表和信号块长度，配备有自动列车保护系统的列车能够在覆盖有这种路旁信号系统的线路上强制刹车。

列车拥有者通常拥有多列列车，其中这些列车在铁路轨道网络上运行。由于在铁路轨道网络内同时运行的多列列车的整合，其中关于列车操作还必须考虑调度问题，列车拥有者将得益于以下方法，即，当经由信号示象信息提供轨道信息时，在满足任务行程时间约束的同时，优化燃料效率和排放量以便节省总的燃料消耗，同时将多列列车的排放量减至最少。

提供信号示象信息的路旁信号装置还可与其它动力系统一起使用，例如但不限于非公路用车、海洋船只、农用车辆、运输车辆等。类似地，这些动力系统的拥有者和/或操作人员将意识到在以下情况下实现的经济利益，即，当经由信号示象信息提供线路信息时，在满足诸如但不限于任务时间约束的操作约束的同时，这些动力系统产生优化的燃料效率和排放量以便节省总的燃料消耗，同时将排放量减至最少。

发明内容

本发明的实施例涉及利用从远程位置接收的信号示象信息(signalaspect information)确定动力系统的任务计划的系统、方法和计算机可读介质。(“远程”是指不在动力系统上或之中的位置)。任务计划系统包括用于在动力系统执行任务时收集示象信息的接收装置。该系统还包括用于至少部分地基于示象信息确定速度极限的处理器。控制系统连接到动力系统以响应速度极限操作动力系统(例如，控制系统从处理器接收速度极限)。

在另一实施例中，方法包括在动力系统处从远程位置接收速度极限或信号示象信息。至少部分地基于信号示象信息确定速度极限。重新计划(例如，原本由控制系统生成的)任务计划以遵守速度极限和至少一个其它任务目标。基于重新计划的任务计划操作动力系统。

在另一实施例中，计算机软件代码存储在计算机可读介质上，并由处理器执行。计算机软件代码包括在由处理器执行时至少部分地基于从远程位置接收的信号示象信息确定速度极限的计算机软件模块。还提供在由处理器执行时用于重新计划任务计划以遵守速度极限和至少一个其它任务目标的计算机软件模块。计算机软件代码还包括在由处理器执行时基于重新计划的任务计划操作动力系统的计算机软件模块。

附图说明

将参照在附图中示出的本发明的具体实施例给出对上文简短描述的本发明的更详细描述。应理解这些附图只描绘本发明的典型实施例，因而不应视为是对其范围的限制，通过使用附图额外具体且详细地描述和说明本发明的示范性实施例，附图中：

图1是根据本发明一个实施例利用信号示象信息确定动力系统的任务计划的任务计划系统的示意图；

图2是任务计划系统的另一实施例的示意图；以及

图3描绘示出根据本发明一个实施例利用信号示象信息确定动力系统的任务计划的方法的流程图。

具体实施方式

尽管关于包括铁道车辆、具体来说是列车和具有柴油发动机的机车在内的各种动力系统描述本发明的示范性实施例，但本发明的示范性实施例也可适用于其它动力系统，例如但不限于非公路用车、海洋船只、农用和运输车辆以及固定式动力单元，其中每个系统都可使用柴油或其它发动机。为此，当论述指定任务时，这包括将由动力系统执行的任务或要求。因此，关于铁路车辆应用、海洋船只应用、非公路用车应用、农用车辆应用和/或运输车辆应用，这可指动力系统从目前位置运动到目的地。

上文公开的每个动力系统可利用至少一个柴油发动机或柴油内燃机，并且可具有多个交流发电机。尽管公开了柴油动力系统，但本领域技术人员将容易地意识到，本发明的实施例也可与非柴油动力系统一起使用，例如但不限于天然气动力系统、生物柴油动力系统等。此外，如本文所公开的，这些非柴油动力系统以及柴油动力系统可包括多个发动机、其它动力源和/或额外动力源，例如但不限于电池电源、电压源(例如但不限于电容器)、化学源、基于压力的源(例如但不限于弹簧和/或液压膨胀)、电流源(例如但不限于电感器)、惯性源(例如但不限于飞轮装置)、基于重力的动力源和/或基于热的动力源。

在一个涉及海洋船只的示范性实施例中，多个拖船可一起工作，其中所有拖船都移动同一大型船只，其中每个拖船适时链接以完成移动大型船只的任务。在另一示范性实施例中，单个海洋船只可具有多个发动机。非公路用车(OHV)应用可涉及具有将泥土从位置“A”运到位置“B”的同一任务的车辆群，其中每个OHV适时链接以完成任务。

本发明的示范性实施例通过提供用于将信号示象信息从远程位置传送到动力系统以便通过例如任务优化系统控制动力系统的特性(例如但不限于有效的燃料消耗和/或排放改善)的系统、方法和计算机实现的方法(例如计算机软件代码)来解决本领域中的问题。关于机车，当机车编组处于分布式动力操作中时，本发明的示范性实施例也是可以实行的。

本领域技术人员将意识到，可将包括CPU、存储器、I/O、程序存储设备、连接总线和其它合适组件的诸如数据处理系统的设备编程或以其它方式设计成便于实现本发明的方法。此类系统将包括用于执行本发明的方法的合适的程序部件。

而且，与数据处理系统一起使用的诸如预录盘或其它类似计算机程序产品的制品可包括存储介质和记录在其上以用于指示数据处理系统便于实现本发明的方法的程序构件。此类设备和制品也落在本发明的精神和范围内。

广义地说，技术效果是通过包含信号示象信息以在动力系统的实际任务期间重新计划任务而优化诸如但不限于燃料效率和/或排放量的操作特性。为了便于理解本发明的示范性实施例，下文参照其具体实现对其进行描述。可在由计算机执行的诸如程序模块的计算机可执行指令的一般上下文中描述本发明的示范性实施例。一般来说，程序模块或计算机软件模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例行程序、程序、对象、组件、数据结构等。例如，构成本发明的示范性实施例的基础的软件程序或计算机软件代码可以用不同语言编码以与不同平台一起使用。但是，将明白，构成本发明的示范性实施例的基础的原理也可以用其它类型的计算机软件技术来实现。

此外，本领域技术人员将明白，本发明的示范性实施例可以用其它计算机系统配置来实现，这些其它计算机系统配置包括手持装置、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费型电子装置、微型计算机、大型计算机等。本发明的示范性实施例也可在分布式计算环境中实现，其中利用通过通信网络链接在一起的远程处理装置来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可设置在包括存储器存储装置的本地和远程计算机存储介质中。这些本地和远程计算环境可整体包含在机车或编组中的相邻机车内、或者在车外在使用无线通信的路旁或中央办公室中。

在本文中，使用术语“机车编组”。如本文所用，机车编组可描述为具有连续连接在一起以提供电机驱动和/或制动能力的一个或多个机车。这些机车连接在一起，其中在这些机车之间没有列车车厢。列车可在它的组成中具有多于一个机车编组。具体来说，可以有一个引导编组，在例如排成一排的车厢中间有一个或多个远程编组，而在列车末端有另外一个远程编组。每个机车编组可以具有第一机车和尾部机车。尽管通常将第一机车视为是引导机车，但本领域技术人员将容易地意识到，多机车编组中的第一机车可以在物理上设置在物理尾部位置。尽管通常将机车编组视为是连续机车，但本领域技术人员将容易地意识到，机车的编组群组也可视为是编组，甚至当诸如用于贮存能量/燃料源的煤水车的至少一个车厢与机车分离时，或例如当机车编组配置用于分布式动力操作时，其中通过无线电链路或物理电缆将油门和制动命令从引导机车转发给远程列车。为此，当在论述同一列车内的多个机车时，不应将术语机车编组认为是限制因素。

下文还公开了路旁信号或其它装置。尽管针对铁道车辆系统公开了路旁装置，但路旁装置可以是紧邻动力系统所行进的线路的任何装置。例如，关于海洋船只，路旁装置可以是浮标。

现在参照附图，将描述与本发明一致的本发明的实施例，附图中示出其示例。在可能的情况下，所有附图中所使用的相同的附图标记是指相同或类似的部件。本发明的示范性实施例可以用众多方式来实现，包括作为系统(包括计算机处理系统)、方法(包括计算机化方法)、设备、计算机可读介质、计算机程序产品、图形用户界面(包括web门户网站)、或有形地固定在计算机可读存储器中的数据结构来实现。下文论述本发明的若干实施例。

图1描绘示出用于利用信号示象信息优化参数的示范性元件的图。更一般地说，图1描绘动力系统的任务计划系统，它可实现在任务期间优化与动力系统的操作相关联的至少一个参数的过程。尽管如上文所论述，图1中的图是针对铁道车辆系统的，但是图1中所公开的元件也适用于其它动力系统。关于铁道车辆系统，将信号示象信息提供给设置在机车10上的列车控制系统12，例如但不限于增强型列车控制系统(“ITCS”)。在机车10上设置有接收装置13(例如通信装置)以接收示象信息。为了提供信号示象信息，路旁装置20(例如但不限于重要路旁装置)执行作为控制过程的一部分安装在路旁装置上的一个或多个逻辑操作。本领域技术人员将容易地意识到，逻辑操作可以用诸如算法23的计算机可读指令来实施，这些指令在由路旁装置中的处理器19执行时使处理器19量化示象信息(例如，生成包含关于路旁装置的信号状态的信息的数据)，并传送示象信息以由机车10接收并在操作机车10时使用。例如，标识特定示象信息的参数将用于操作机车10，它们由接收装置13接收，并映射到列车5上的数据库18。数据库18包含但不限于诸如信号信息和信号的面对方向(即，信号正在控制的交通)的信息。通过将示象信息映射到数据库18或以其它方式将示象信息与数据库18进行对照，可标识如何解释从路旁装置20传送到机车10的消息中的信号的示象。处理器16定位在列车5上以便于映射。还可为示象信息指定数据库18内的特定速度极限，例如但不限于示象信息-速度极限电子数据表，而这又可用于决定机车10的速度。

换句话说，数据库18包括预期将从路旁装置20接收的各种示象信息(例如，示象信息数据的离散集合)的列表或其它数据结构。与每个示象信息有关的是相应的指定速度极限。当接收装置13接收示象信息时，处理器16将所接收的示象信息与数据库18进行对照以确定对应于所接收示象信息的速度极限。控制系统12响应所确定的速度极限控制机车/列车，例如控制机车/列车以使得机车/列车不会超过所确定的速度极限。

基于以上示例，控制系统12包括处理器16。另外，提供存储器存储装置22以用于存储数据库18。尽管图1将控制系统12、处理器16和存储器存储装置22示为是集成单元或设置在单个机车10上，但本领域技术人员将容易地意识到，这些系统中的每个系统可以是位于不同机车上、但通过有线或无线通信系统链接在一起的独立单元。在任一情况下，控制系统12、处理器16和接收装置13至少在功能上是任务计划系统(一般如图1所示)的部分，如上所述，任务计划系统确定任务计划以控制动力系统的任务。

当机车10靠近信号的位置、例如但不限于靠近提供信号的路旁装置20时，在从路旁装置20到机车10的消息中传送信号示象信息，其中它由接收装置13收集(例如接收)。尽管本文主要将信号示象信息作为源自路旁装置20公开，但本领域技术人员将容易地意识到，信号示象信息可源自沿机车的行进线路设置的任何装置。例如，远程车站33可以是信号示象信息的起源。因此，在广义上，接收装置从远程位置20、33接收示象信息，其中“远程”表示不在列车或其它动力系统上或之中的位置。

处理器16从自路旁装置20接收的消息中提取示象信息。可在获得示象信息之前或甚至之后将消息存储在数据库18中。然后，提供与特定示象信息相关联的对应速度以实施容许列车速度。可将对应速度显示给列车5上的操作人员9以实施容许列车速度，和/或将对应速度提供给行程优化系统40以实施容许列车速度。

可使用与信号示象信息相关联的这同一速度极限来确定机车应当行进的速度以优化燃料消耗。在示范性实施例中，与示象信息相关联的速度极限可大于当前列车速度。在这种情况下，在行程优化系统40中提供的燃料优化算法可提供适当增加列车速度的新的速度设置。如上文所论述，新的速度设置的应用可手动地或通过行程优化系统40来实现。2007年9月20日的美国申请公开第2007/0219680号中公开了行程优化系统40的示例，该申请通过引用全部结合于本文。

当与信号位置相关联的速度极限低于当前列车速度时，可施加足够的制动压力以适当减小列车速度。如同基于信号位置增加速度一样，可手动地和/或利用行程优化系统来实现速度减小。另外，行程优化系统40还可计算机车10的速度，以优化排放量或燃料消耗，同时满足示象信息速度限制并满足其它任务目标。行程优化系统40可以是与控制系统12独立的装置，或者可以是控制系统12的一部分。

图2描绘根据本发明一个实施例用于利用信号示象信息优化与动力系统的操作相关联的至少一个参数的示范性元件的另一图。如图所示，处理器16、算法17和数据库18设置在路旁装置20处而不是列车上。在这个实施例中，在路旁装置20处执行确定速度极限的处理，并将速度极限信息传送到机车10，其中将它直接提供给控制系统12以在重新计划任务计划时包含进来。在这个实施例中，可在路旁装置处进行所有确定或计算。

如上文关于图1所公开的，信号示象信息提供关于即将到的轨道段的信息，其中信息不是列车5所特有的。关于机车编组28，控制系统12可包括在由处理器16执行时使处理器16基于所接收的信号示象信息确定机车编组28中的每个机车10的速度设置的算法(或者更具体地说是计算机可读指令)。在另一示范性实施例中，所接收的信号示象信息可包括针对多个机车编组28的信息。在这个示例中，控制系统12具有在由处理器16执行时使处理器评估所接收的信息并基于针对列车5的机车编组信息、基于信号示象信息选择每个机车10的速度设置的算法、或者更具体地说是计算机可读指令。

可使用多种通信技术来将信号示象信息传送到任务计划系统。这些技术可包括但不限于组合的或个别的从路旁装置20或从另一远程位置(例如但不限于远程车站33)传送到接收装置13的计轴器信息、和/或基线信息、或安装在另一轨道的驾驶室信号装置，其中信息从路旁装置20或从远程车站33传送到接收装置13。远程车站33可具有直接与列车5通信、或通过路旁装置20与列车5通信的控制系统。

在另一实施例中，通信系统利用直接传送到机车的信号灯信息。其它传输方法可包括但不限于卫星传输、毫米波传输、全球移动通信系统(“GSM”)和码分多址(“CDMA”)或基于其它蜂窝网络的通信、直接给列车驾驶员或操作人员9的可视指示、通过空气或通过铁道的声波传输、其中灯经调制以指示示象的直接给机车10的信号灯传输、转发来自相同轨道上的列车或相邻轨道上的列车的示象信息的车辆到车辆传输、振动(即，通过空气或通过铁道传送的声能)、可从路旁装置20或列车30传送的脉冲或恒定的电磁能、和/或利用热量衰减速率来从相同轨道上的列车和利用相邻轨道的列车确定潜在示象信息的轨道上的热特征(heat signature)。

图3描绘示出根据本发明一个实施例利用信号示象信息确定动力系统的任务计划并且可包括在任务期间优化与动力系统的操作相关联的至少一个参数的方法的流程图。如上文所公开的，可在远程位置(例如，在路旁装置20或远程车站33)或在机车上根据信号示象信息确定速度极限。因此，流程图50示出在52将速度极限或信号示象信息从远程位置传送到动力系统。在54，至少部分地基于信号示象信息确定速度极限。(即，基于信号示象信息确定速度极限，但也可基于其它因素，例如日或日期时间及天气情况)。在56，重新计划任务计划以遵守速度极限和至少一个其它任务目标，例如但不限于任务持续时间、某段的任务持续时间、其它速度要求、燃料使用等。在58，基于重新计划的任务操作动力系统。52处的传送信号示象信息、54处的确定速度极限、56处的重新计划任务以及58处的操作动力系统可在闭环过程中或使用闭环技术来执行。

当通过闭环过程实现时，如图1进一步所示，提供诸如显示器的通知系统60以允许操作人员9观察与重新计划相关联的变化。本领域技术人员将容易地意识到，通知系统可并入多种技术来在响应速度极限的变化而改变了速度时通知操作人员。这些技术可包括看、摸、听和/或闻。如果操作人员9喜欢手动操作列车5，则控制装置62可供操作人员9使用以允许操作人员9控制列车5。如上文所公开的，图3中示出的方法可以用具有计算机软件模块的计算机软件代码来执行。计算机软件代码存储在计算机可读介质上，并且可用处理器操作，其中处理器特别设计成执行本文公开的功能。

本发明的一个实施例涉及存储在计算机可读介质上的计算机软件代码。计算机软件代码配置成供指定用于在任务期间利用从远程位置获得的示象信息确定动力系统的任务计划的处理器16来执行。计算机软件代码包括在由处理器执行时基于从远程位置接收的信号示象信息确定速度极限的计算机软件模块。计算机软件代码还包括在由处理器执行时重新计划任务计划以遵守速度极限和至少一个其它任务目标的计算机软件模块。计算机软件代码还包括在由处理器执行时基于重新计划的任务计划操作动力系统的计算机软件模块。

在另一实施例中，在任务期间关于与动力系统的操作相关联的至少一个参数优化重新计划的任务计划。

尽管本文参照各种示范性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将了解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变、省略和/或添加，并且可用等效物替换其要素。另外，在不背离本发明的范围的情况下，可进行许多修正以使特定情形或材料适于本发明的教导。因此，希望本发明不限于作为预期用于实现本发明的最佳模式公开的特定实施例，而是希望本发明将包括所有落在随附权利要求范围内的实施例。此外，除非特别规定，否则任何时候使用术语第一、第二等时都不表示任何顺序或重要性，而是使用术语第一、第二等来将一个要素与另一要素区分开来。