BRPI0706961A2 - método para o gerenciamento de um congestionamento em um sistema ferroviário - Google Patents

Abstract

Método para o gerenciamento de um congestionamento em um sistema ferroviário. Um sistema e um método de agenda/programação para movimentar diversos objetos através de um sistema com diversos caminhos é descrito como um sistema de programação para uma ferrovia de carga. O sistema de programação utiliza um programador de recursos em função dos custos para minimizar a exceção dos recursos, ao mesmo tempo em que minimiza o custo geral associado com a solução. O assim gerado plano de movimentação pode ser usado para auxiliar no controle de, ou para controlar automaticamente, a movimentação dos trens através do sistema. As paralisações generalizadas são evitadas através do controle da entrada dos trens nas áreas congestionadas, e pode ser implementado automaticamente através do uso de algoritmos de analise do fluxo do trafego.

Description

Método pára ο gerenciamento de um congestionamento em um sistema ferroviário.

PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

Este pedido é resultante do procedimento norte-americanodenominado "continuação em parte" em relação ao pedido de patente de número desérie 10/785.059, depositado em 25 de fevereiro de 2004, reivindicando os benefícios dopedido de patente norte-americano provisório 60/449.849, depositado em 27 de fevereirode 2003.

Este pedido também é um dentre os pedidos de patenteabaixo listados, e que estão sendo atualmente depositados:GEH01 00166 Pedido de patente de número de série 11/342.856, com título "Agendadore método para gerenciar trens locais não previsíveis";

GEH01 00167 Pedido de patente de número de série 11/342.855, com título "Método edispositivo para otimizar a manutenção de um caminho certo";

GEHOi 00168 Pedido de patente de número de série 11/342.853, com título "Método edispositivo para a coordenação entre uma linha férrea de uma ferrovia e os planejadoresde pátio"

GEH01 00169 Pedido de patente de número de série 342.875, com título "Método edispositivo para desabilitar seletivamente os relatórios de trens locais";GEH01 00170 Pedido de patente de número de série 11/342.854, com título "Método edispositivo para selecionar automaticamente o ponto de atividade de trens";

GEH01 00172 Pedido de patente de número de série 11/342.857, com título "Método edispositivo para a seleção automática de uma rota alternativa através de áreascongestionadas utilizando métricas de previsão de congestionamento"; e

GEH01 00173 Pedido de patente de número de série 11/342.816, com título "Método edispositivo para estimar a localização de um trem".

A descrição de cada um dos pedidos de patente suprareferidos, incluindo aqueles atualmente aqui depositados, é aqui incorporada comoreferência.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere à agenda ou programação damovimentação de diversas unidades através de um sistema complexo de definição demovimento, e na forma de realização descrita, a agenda ou programação damovimentação dê trens de carga através de um sistema ferroviário, e especificamente ogerenciamento dos congestionamentos;

Sistemas e métodos para a programação ao agenda damovimentação de trans através de urria malha férrea já foram descritos nas patentesnorte-americanas US 6.154.735, US 5.794.172 e US 5.623.413, a descrição das quaissendo aqui incorporada como referência.Tal como descrito nas patente e pedidos supra referidos, adescrição completa destes sendo aqui incorporada como referência, as estradas de ferroconsistem de três componentes primários (1) a infra-estrutura ferroviária, incluindo aslinhas, os desvios, o sistema de comunicação e o sistema de controle; (2) o materialrodante; incluindo as locomotivas e os vagões; e (3) o pessoal (tripulação) que opera emantém a ferrovia. Em geral, cada um destes componentes é empregado por meio douso de uma programação de alto nível, a qual atribui pessoas, locomotivas e vagões paraos diversos setores da linha e permite que estes se movam através da linha de modo aevitar colisões, bem como permite que o sistema ferroviário entregue as mercadorias nosdiversos destinos.

Tal como descrito nas patentes em referência; um sistemade controle preciso inclui o uso de um otimizador de agenda o qual irá programar todosos aspectos do sistema ferroviário, levando em conta as leis da física, as políticas daferrovia, as leis trabalhistas para o pessoal, os termos contratuais atuais atinentes aoscontratos com os diversos consumidores e as condições limítrofes ou restrições, as quaiscomandam a solução ou agenda possível quais o tráfego de passageiros, os horários deoperação de algumas das instalações, a manutenção da linha, as leis trabalhistas, etc. Acombinação das condições limítrofes cõm uma figura de mérito para cada atividade iráresultar em uma programação/agenda a qual minimiza algumas figuras de mérito, talcomo o curto total do sistema.

Tal como. descrito nas patentes em referência, e a partir dadeterminação da agenda, pode ser criado um plano de movimentação empregando umaestrutura extremamente particulada para controlar, de fato, a movimentação do trem.

Uma tal estrutura particulada pode incluir a designação do pessoal pelo nome ou adesignação de locomotivas específicas por um número, e ainda pode incluir adeterminação precisa do tempo ou da distância em relação ao tempo para que ocorra amovimentação dos trens através da malha ferroviária, e de todos os detalhes dacondução do trem, dos níveis de potência, das curvas, das inclinações, da topologia dalinha, do vento e das condições climáticas. Este plano de movimentação pode ser usadopara guiar a expedição manual do trem e para controlar as forças de tração, ou serfornecido para as locomotivas de modo a que este possa ser implementado pelomaquinista ou de forma automática, através da atuação.na locomotiva.

O sistema de planejamento tem uma natureza hierárquica,no qual o problema é abstraído pára um nível relativamente alto no qual é realizado oprocesso inicial de otimização, e então a solução de curso é mapeada para um nívelinferior menos abstrato para uma otimização complementar. O processamento estatísticoé Utilizado em todos os níveis de modo a minimizar á carga total de computação, assimtornando o processo em geral factível de ser implementado do ponto de vista dacomputação. Urri sistema especializado è empregado como o gerente destes processos,e o sistema especializado também é a ferramenta através da qual são estabelecidasdiversas condições limítrofes e restrições para o conjunto de soluções. O uso de umsistema especializado para esta funcionalidade permite que o usuário forneça as regrasa serem incluídas no processo de solução.

Atualmente, a visão da expedição do território ferroviáriocontrolado pode ser considerada como míope. A expedição vê e processa somente asinformações de dentro dos seus próprios territórios sob controle, e assim tem pouca ounenhuma influencia em relação às operações dos territórios adjacentes, ou da malhaferroviária como um todo. Os sistemas de expedição atuais simplesmente implementamos controles como resultado dás decisões individuais da expedição em pequenasporções da malha ferroviária, e espera-se que as expedições resolvam os conflitos entreos movimentos de objetos na linha (p. ex., trens, veículos de manutenção, veículos devistoria, etc.) e as limitações entre as fontes disponíveis dos recursos da linha (p. ex.,número Iirriitado de linhas, linhas fora de serviço, considerações de segurança relativa amanutenção das tripulações/equipes próximas a linhas ativas) conforme estes ocorram, apartir de um alerta ligeiramente antecipado no tempo.

Inevitavelmenteocorremcongestionamentosnoroteamentodos trens, e este é um problema significativo. Exemplos de congestionamentos incluem obloqueio das linhas, trens adiante sem autorização de movimentação, ocupação nãoidentificada da linha, trens que necessitam de força motriz adicional, trens próximos dofinal do plano que se encontram truncados devidos a uma exceção de planejamento, etrens adiante em um local seguro.

O roteamento dos trens em uma área congestionada tendea exacerbar o congestionamento e pode resultar em uma paralisação generalizada.

Quando üm trem é direcionado, além do razoável, para um, congestionamento, asopções para resolver o congestionamento ficam reduzidas. Por exemplo, caso uma linhafique bloqueada devido a um percalço e os trens são roteados o mais próximo possíveldo bloqueio, algumas das rotas para se alcançar o infortúnio, bem como para desviar ostrens ao redor deste ficam indisponíveis.

Uma vez que o atraso na movimentação dos trens épassível de penalidades monetárias, tal como as multas contratuais, a tendência dasexpedições é a de continuar a empurrar os trens através de uma área o mais rápidopossível, avançando a sua movimentação aó longo da linha da estrada de ferro sempreque possível, e tratando o congestionámento resultante como um problema dedisponibilidade de linhas a ser resolvido através da designação de recursos de linha demodo a criar rotas alternativas através da área congestionada. Os planejadores demovimento usados pelas expedições de territórios adjacentes são, em geral,completamente independentes uns dos outros, e não são informados em relação àsituação das linhas dos territórios adjacentes. Como resultado, as expedições das áreasnão congestionadas podem continuar a enviar trens para as áreas congestionadas dosterritórios adjacentes.

A presente invenção se refere a uma forma de maximizar ofluxo de trens por todo o sistema, com o encargo da movimentação de trens através detrechos menores da linha férrea. Isto tipicamente resulta no atraso dos trens fora da áreade congestionamento, assim fornecendo tempo para sanear o congestionamento. Umagrande vantagem de tal atraso é a de que podem ser mantidas abertas rotas alternativas,assim facilitando a desobstrução do congestionamento, bem como a eficiência global dosistema.

Desta forma, constitui um objetivo da presente invençãoreduzir os congestionamentos e evitar uma paralisação generalizada por meio dogerenciamento da entrada de trens dentro de uma área congestionada. Em parte, isto éconseguido através da paralisação do roteamento automático dos trens uma vez que umcongestionamento é detectado ou previsto. Se possível, é desejável manter os trenspróximos de uma área congestionada (ou uma área prevista para ficar congestionada)em áreas seguras, isto é, em áreas nas quais outros trens passam passar.

Estesemuitosoutrosobjetivosevantagensdapresenteinvenção resultarão muito claros a um perito na arte a qual a invenção pertence, a partirda leitura das reivindicações, dos desenhos em anexo e da descrição detalhada quesegue das formas de realização preferidas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

- A figura 1 é uma representação ilustrativa e simplificada de uma forma de realizaçãoinvenção para uso em uma malha ferroviária dividida ém áreas de controle; e

- A figura 2 é um diagrama de fluxo simplificado de uma forma de realização de ummétodo para o gerenciamento de congestionamentos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

De acordo com o quanto ilustrado na figura 1, a malhaferroviária 105 geral pode ser dividida em uma ou mais areas de controle 100 (100A -100C), cada uma das quais tendo uma expedição 110 (11OA - 11OC) designada paragerenciar a movimentação dos trens (102) através da sua respectiva área de controle100. Um planejador de movimento 120 centralizado fornece um plano de movimentaçãobaseado na malha para toda a malha ferroviária 105, com base nas entradas recebidasdo centro de suporte de informações ferroviárias 130. O centro de suporte deinformações ferroviárias 130 fornéce as informações relacionadas aos recursos da linha,bem como outras informações apropriadas ao planejamento do uso dos recursos. Oplanejador de movimento 120 centralizado gera um plano de movimentação para osrecursos da malha ferroviária 105 e fornece o plano para a expedição automatizada 140.O planejador de movimento 120 também pode receber atualizações relativas a execuçãodo plano de movimentação a partir da expedição automatizada 140, e pode atualizar oplano de movimentação corrente. A expedição automatizada 140 fornece, a cada umadas expedições 110, o plano de movimentação para gerenciar os recursos do tremdentro das suas respectivas áreas de controle 110.

Tal como descrito nos pedidos de patente em referência, aexpedição automatizada 140 pode ser implementada utilizando um meio passível de usopor um computador, o qual apresenta um código, passível de ser lido por computador, oqual é executado por computadores de propósito geral ou de propósito especial. Aexpedição automatizada 140 se comunica com os trens 102 na malha de linhas atravésde um canal de comunicação 150 apropriado, tal· como um telefone celular, um satéliteou um sinalizador marginal.

A expedição emite e aprova as liberações de autorização demovimento e as restrições de linha, a agenda de manutenção das atividades na linha ecomunica para a tripulação do trem, para os gerentes de pátio e para outras pessoasdevidas da ferrovia o plano operacional otimizado para a ferrovia. Ao mesmo tempo emque a expedição deverá confiar no planejador de movimento para resolver o problemacomplexo de Otimizar a movimentação dos trens, a expedição estará ativamenteenvolvida no fornecimento dos dados necessários, os quais são requeridos para manterum plano otimizado e para identificar as exceções ao plano;

Tal como descrito nos pedidos de patente em referência,consegue-se um planejamento melhorado através do fornecimento automático para oplanejador de; movimento 120 das informações, provenientes do centro de suporte deinformações ferroviárias 130, o qual associa os eventos relativos às consistências detrens (p. ex., coletas, mudanças de tripulação, destinos da motorização) com asatividades planejadas para o trem que ocupa os recursos da linha pela duração do tempode residência, de tal forma que a manutenção da tradicional folha de dados do trem(através de mensagens eletrônicas e de entradas por parte do usuário) éautomaticamente refletida nas especificações da viagem do trem para uso no plano demovimentação.

A partir destas informações, e com o auxilio de algoritmosconvencionais apropriados para a analise do fluxo do tráfego, desejavelmente inseridosno planejador de movimento 120, pode ser identificado um congestionamento em umaárea geográfica em particular e a movimentação dos trens pode ser reprogramada demodo a se conseguir dois resultados. Primeiramente, os trens em áreas externas, e quenão encontraram o congestionamento são reprogramados ou re-agendados de modo anão incrementar o congestionamento: Em uma forma de realização, isto é conseguidoatravés da identificação de um local seguro para posicionar cada trem disposto fora daárea. Um local seguro é um no qual Um trem pode ficar ou passar de modo a permitir adesobstrução do congestionamento. O segundo resultado desejado é a desobstrução donúcleo da área congestionada. Em uma forma de realização, os trens envolvidos nocongestionamento são seletivamente reprogramados de modo a que a movimentação dotrem não piore o congestionamento.

O objetivo primaz do gerenciamento do congestionamento éo de evitar uma paralisação generalizada. Uma vez detectado o congestionamento,devem ser tomadas ações positivas de modo a evitar que o congestionamento piore.Com relação a figura 2, a detecção do congestionamento pode ser conseguida utilizandoquaisquer algoritmos 200 de fluxo de trafego convencionais. A seguir, é determinadauma distância de afastamento, 210, para as linhas ao redor do congestionamento, demodo a evitar que outros trens entrem na área de afastamento. A área de afastamentopode ser definida por um circulo que envolve a área congestionada, apresentando umraio determinado em função da densidade de trens no congestionamento, na densidadede trens na área externa, no tipo e no tamanho do congestionamento e na topografia daslinhas. Para cada um dos trens para os quais tenha sido previamente estabelecida aentrada na área de afastamento, a topografia da linha é avaliada de modo a selecionarum local vantajoso para se manter o trem, 220. Estes locais tipicamente são conhecidoscomo locais seguros e são escolhidos devido ao fato de permitirem a passagem deoutros trens ou de equipamentos. Por exemplo, um congestionamento pode ser causadopêlo descarrilamento de um trem. Crucial para a desobstrução deste congestionamento éa chegada dõs equipamentos para a desobstrução da linha. É importante que sejamselecionados os locais de segurança de modo a uma rota livre, ao longo da linha, estejadisponível pará os equipamentos. Uma vez identificados os locais de segurança, os trensque se aproximam são re-agendados para os seus respectivos locais de segurança, 230.Para os trens dentro das áreas de congestionamento, diversas alternativas estãodisponíveis: (a) o trem pode ser deixado onde está, (b) o trem pode ser movido para afrente ao longo da rota planejada, ou (c) o trem pode ser movido para a frente ao longode uma rota alternativa. Em uma forma de realização, os recursos não normalmentedisponíveis para o planejador de movimento podem ser identificados e avaliados demodo a se determinar se estes podem ser empregados para aliviar o congestionamento,240. Por exemplo, as linhas industriais, as quais normalmente não estão disponíveis parao planejador, podem ser identificadas como possibilidade de movimentação de um tremno congestionamento. Da mesma forma, a sinalização normalmente utilizada para umúnico trem pode ser usada para dois trens simultaneamente de modo a aliviar ocongestionamento. Como um outro exemplo, um trecho da linha que tipicamente não éescolhido para o encontro e a ultrapassagem pode ser temporariamente tornadodisponível para o planejador, de modo a limpar o congestionamento. Assim, recursosadicionais podem ser tornados disponíveis para o planejádor de movimento de modo aauxiliar no alivio do congestionamento identificado. Após a identificação dos recursosadicionais, os trens na área congestionada são re-agendados utilizando um dentre osparâmetros supra, de modo a não piorar o congestionamento, 250. As paralisaçõespodem assim ser evitadas e as rotas alternativas podem permanecer desobstruídas parauso pelo planejador de movimento 120 de modo a limpar a área congestionada.

Apesar de que o retardamento dos trens em áreas nãocongestionadas pode ser caro, este custo pode ser menor importante em comparação

com a economia que é obtida como resultado da melhoria no fluxo de tráfego através dosistema como um todo.

Os algoritmos relativos ao fluxo do trafego usados paragerenciar o congestionamento levam em consideração a topologia das linhas, alocalização dos trens, as rotas planejadas, o tempo para atravessar as rotas planejadas eas restrições para os trens, durante o planejamento da movimentação dos trens nasáreas externas e nas áreas congestionadas. Estes métodos podem ser implementadosutilizando meios passíveis de serem utilizados por computador, apresentando um códigopassível de ser lido por computador executado por computadores de propósito especialou de propósito geral.

Apesar de terem sido aqui descritas formas de realizaçãopreferenciais da presente invenção, deve ser entendido que as formas de realizaçãodescritas são meramente ilustrativas e que o escopo da invenção deve ser definidoexclusivamente pelas reivindicações em anexo, bem como que, quando se leva em contatoda uma gama de equivalências, naturalmente podem ocorrer àquelas pessoas comproficiência na arte diversas modificações e variações, a partir da leitura desta.

Claims (6)

1. Um método para gerenciar um congestionamento em umsistema ferroviário, apresentando uma malha de linhas e uma pluralidade de trensprogramados para atravessar a malha ferroviária, compreendendo:(a) detectar um congestionamento ao longo da malha ferroviária e identificar um primeirotrem envolvido no congestionamento;(b) identificar uma área de afastamento que envolve o congestionamento;(c) selecionar um local de segurança fora da área de afastamento para um segundo trempara o qual tenha sido planejada previamente a entrada na área de afastamento;(d) planejar a movimentação do segundo trem para o local de segurança;(e) identificar os recursos alternativos disponíveis para aliviar o congestionamento; e(f) planejar a movimentação do primeiro trem utilizando os recursos alternativosidentificados.

2. O método, de acordo com a reivindicação 1, no qual aárea de afastamento é definida por meio de um circulo que envolve a áreacongestionada, apresentando um raio determinado como uma função de um dentre adensidade de trens na área congestionada, a densidade de trens na área externa, o tipode congestionamento, o tamanho do congestionamento ou a topografia da linha.

3. O método, de acordo com a reivindicação 1, no qual osrecursos alternativos identificados incluem um trecho de linha não normalmentedisponível para o planejador de movimentação.

4. Um método para gerenciar um congestionamento em umsistema, ferroviário, apresentando um malha de linhas e uma pluralidade de trensprogramados para atravessar a malha de linhas, compreendendo:(a) detectar um congestionamento ao longo da malha ferroviária;(b) selecionar um trem que está se aproximando do congestionamento; e(c) reprogramar o trem selecionado para atrasar o trem em um local selecionado a umadistância predeterminada do congestionamento;sendo que o local selecionado é uma área na qual outros trens possam passar ao longoda malha de linhas.

5. O método, de acordo com a reivindicação 1, no qual asetapas (c) e (d) são executadas para cada trem planejado para entrar na área deafastamento.

6. O método, de acordo com a reivindicação 5, no qual asetapas (c) e (d) são executadas para cada trem que se aproxima do congestionamento.