BRPI0706962A2 - método e dispositivo para a seleção automática de uma rota alternativa, através de áreas congestionadas, utilizando métricas de previsão de congestionamento - Google Patents

Abstract

Método e dispositivo para a seleção automática de uma rota alternativa, através de áreas congestionadas, utilizando métricas de previsão de congestionamento. 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 rotas alternativas, através das áreas congestionadas, são automaticamente selecionadas (240) utilizando as métricas de previsão de congestionamento (200-230).

Description

Método é dispositivo para a seleção automática de uma rota alternativa, através deáreas congestionadas, utilizando métricas de previsão de congestionamento.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a 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 de trens de carga através de um sistema ferroviário, e especificamente aoroteamento alternativo de trens através de áreas congestionadas.

Sistemas e métodos para a programação ao agenda damovimentação de trans através de uma 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 com uma figura dè 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 dé 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 dá atuação na locomotiva.

O sistema de planejamento tem uma natureza hierárquica,no qual o problema é abstraído para um nível relativamente alto no qual é realizado oprocesso inicial de otimização, e então a solução de curso é mapeada para um nível

O inferior menos abstrato para uma otimização complementar. O processamento estatísticoé utilizado em todos os níveis de modo á minimizar a carga total de computação, assimtornando o processo em geral factível de ser implementado do ponto de vista dacomputação. Um sistema especializado é 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 influência em relação às operações dós territórios adjacentes, ou da malhaferroviária como um todo. Os sistemas de expedição atuais simplesmente implementamos controles como resultado das 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 limitado 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 em geral estes ocorrem nas mesmas áreas. O congestionamento é umproblema significativo. O roteamento dos trens em uma área congestionada tende aexacerbar o congestionamento e pode resultar em uma paralisação generalizada. Umavez que o atraso na movimentação dos trens é passível de penalidades monetárias, talcomo as multas contratuais, a tendência das expedições é a de continuar a empurrar ostrens através de uma área o mais rápido possível, avançando a sua movimentação aolongo da linha da estrada de ferro sempre que possível, e tratando o congestionamentoresultante como um problema de disponibilidade de linhas a ser resolvido através dadesignação de recursos de linha de modo a criar rotas alternativas através da áreacongestionada. Os planejadores de movimento usados pelas expedições de territóriosadjacentes são, em geral, completamente independentes uns dos outros, e não sãoinformados em relação à situação das linhas dos territórios adjacentes. Como resultado,as expedições das áreas não congestionadas podem continuar a enviar trens para asáreas congestionadas dos territórios adjacentes.

A presente invenção se refere a uma forma de antecipar ede eliminar um congestionamento, de modo a maximizar o deslocamento dos trensatravés de todo o sistema, com o encargo da movimentação de trens através de trechosmenores da linha férrea.

Em geral, um congestionamento é o resultado posterior aum fato, originado pelos atos praticados em relação à movimentação dos trens pelasexpedições, assistidas pelos planejadores de movimento dos trens, isto é, resultante dasações tomadas muito antes do aparecimento do congestionamento atual. A partir domomento em que o congestionamento é realmente detectado, outros trens sãodirecionados/roteados através da área congestionada, e em diversos casos estes jápassaram do ponto do sistema a partir do qual poderia ter sido selecionada uma rotaalternativa.

Tipicamente, o roteamento dos trens, através de áreas comcongestionamento esperado, é realizado pelas expedições utilizando um conhecimentotribal, isto é, um conhecimento adquirido através da experiência do pessoal da expediçãoe da experiência de outras expedições pelas quais passaram.

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.

Estes e muitos outros objetivos e vantagens da presenteinvenção 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 umã malha ferroviária dividida em áreas de controle; e

- A figura 2 é um diagrama de fluxo simplificado de uma forma de realização de ummétodo de agenda/programação o qual prevê a ocorrência de um congestionamento emuma rota selecionada.

DESCRIÇÃO DETALHADA

De acordo com o quanto ilustrado na figura 1, a malhaferroviária 105 geral pode ser dividida em uma ou mais áreas de controle 100 (100A -100C), cada uma das quais tendo uma expedição 110 (11OA - 110C) 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 recebidasdó centro de suporte de informações ferroviárias 130. O centro de suporte deinformações ferroviárias 130 fornece 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 para as aplicações 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 ciados necessários, os quais são requeridos para manterum plano otimizado e para identificar as exceções ao plano.

Tal como descrito para as aplicações 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 deconvencionais algoritmos apropriados para a analise do fluxo do tráfego, desejavelmenteinseridos no planejador de movimento 120, pode ser identificado um congestionamentoem uma área geográfica em particular e as expedições de outras áreas podem seravisadas sobre a existência do congestionamento e assim parar de enviar trens para aárea congestionada. Desta forma, os algoritmos para a analise do fluxo do tráfegopodem detectar e também podem ser usados para; prever outras ocorrências decongestionamento.

A presente invenção também é direcionada à identificaçãodas áreas que são sujeitas a congestionamentos, bem como à tomada de uma ação deforma suficientemente antecipada em relação à previsão de congestionamento de modoa minimizar ou obviamente evitar todo o congestionamento. Em uma forma de realização,a manutenção de uma base de dados histórica dos eventos, a partir dos quais resultouum congestionamento, pode ser usada para a antecipação do congestionamento. Porexemplo, as analises da base de dados histórica pode identificar os fatores que estãoassociados com os congestionamentos. Quanto a natureza, tais fatores podem sertemporais, p. ex. entre 3:00 e 5:00 da tarde, ou sazonais, p. ex. durante os meses deinverno. Os fatores podem incluir as condições ambientais, a topografia da linha, o tipode trem, a identificação da tripulação, e outros fatores os quais podem afetar aprobabilidade do congestionamento. Cada fator pode ser atribuído a uma métrica, comouma função da sua contribuição para a ocorrência do congestionamento. Os fatorestambém podem ser ponderados dependendo da contribuição do fator. Através dasanalises estatísticas pode ser determinado, para uma rota em particular, que o usoplanejado para a rota pelos trens programados pode causar uma métrica cumulativa paraa rota, a ponto de exceder um limite predeterminado e indicativo da probabilidade deocorrência de um congestionamento. As métricas do congestionamento podem serusadas pelo plano de movimentação para programar os trens para rotas alternativas, demodo a reduzir a métrica para uma dada rota até um valor abaixo de um limitepredeterminado.

A figura 2 ilustra uma forma de realização da presenteinvenção. Um método para a agenda/programação da movimentação dos trens pode serconseguido através da previsão dá ocorrência de um congestionamento devido àmovimentação planejada dos trens através de uma rota selecionada. São identificados osfatores 200 os quais contribuem com o congestionamento. Os fatores podem seridentificados através da coleta e das analises da performance histórica dos trens atravésde uma rota selecionada. Uma vez identificados os fatores, pode ser atribuída umamétrica para cada fator 210 de modo a levar em conta a contribuição dos fatores para ocongestionamento. O fator pode ser ponderado aproximadamente com relação a outrosfatores, ou pode ser ligado a outros fatores de modo a levar em conta o relacionamentoque pode existir entre os fatores. Cada rota pode então ser avaliada de modo a sedeterminar a probabilidade de congestionamento com base na movimentação planejadapara os trens através da rota selecionada. Isto pode ser conseguido por meio daavaliação das métricas para cada movimentação planejada de um trem através da rotaselecionada 220. Caso as métricas cumulativas, para uma dada rota, excedam algumlimite predeterminado 230, um ou mais dentre as movimentações planejadas para ostréns podem ser reprogramadas para uma rota alternativa 240.

Em uma outra forma de realização, caso as métricascumulativas para uma dada rota excedam um limite predeterminado, pode ser feita umaoutra avaliação de modo a se determinar a contribuição de cada trem planejado nocongestionamento previsto, e a maior contribuição de um trem pode ser selecionada parareprogramação para uma rota alternativa.

EsteS métodos de programação/agenda podem serimplementados utilizando um meio passível de uso por um computador, o qual apresenta

um código passível de ser lido por computador, o qual é executado pôr computadores depropósito geral ou de propósito especial.

Outros fatores que podem ser considerados na previsão decongestionamentos incluem a densidade do trem, o tipo de trem, a identificação datripulação em particular que controla o trem, o tipo de carga que está sendo transportadapelo trem, as limitações físicas do trem, a topografia da malha férrea incluindo o numerode cruzamentos, a disponibilidade de desvios, as limitações das zonas ou toques derecolher. A ponderação dos fatores pode estar baseada nas estatísticas históricas e podevariar como uma função de outros fatores. Por exemplo, a massa de um trem pode serum fator que apresenta um maior peso ponderai para aquelas áreas nas quais o fatortopografia da linha indica uma etapa inclinada.

A métrica combinada para a rota precisa não exceder umlimite predeterminado, de modo a serem tomadas as medidas para se reduzir aprobabilidade de um congestionamento. A métrica de uma rota pode sér comparada coma métrica da mesma rota, mas com um planejamento alternativo, de modo a se escolhera movimentação planejada através da rota da qual resulte a menor métrica decongestionamento. Assim, pode ser realizada uma avaliação da métrica da rota paradiversas movimentações planejadas através da rota, a fim de se selecionar amovimentação planejada da qual resulte a menor probabilidade de congestionamento.

Os horários de partida podem ser atrasados e/ou podem serencontrados locais seguros para os trens nas rotas ao longo da linha de trânsito. Assim,podem ser evitadas as paralisações completas, bem como as rotas alternativas podempermanecer desbloqueadas, a. fim de serem Usadas pelo planejador de movimento 120para aliviar o congestionamento.

Apesar de que o retardamento dos trens em áreas nãocongestionadas pode ser caro, este custo pode ser menor importante em comparaçãocom a economia que é obtida como resultado da melhoria no fluxo de tráfego através dosistema como um todo.

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 (8)

1. Método para a programação da movimentação de trens,cada qual em uma rota selecionada, através da previsão da ocorrência decongestionamentos devidos à movimentação planejada dos trens através da rotaselecionada, compreendendo:(a) identificar os fatores que contribuem com o congestionamento (200);(b) atribuir uma métrica para cada fator (210);(c) avaliar as métricas associadas com a rota selecionada (220);(d) caso as métricas avaliadas excedam um limite predeterminado (230), programar umou mais trens, agendados para a rota selecionada, para rotas alternativas (240).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a etapade identificar inclui avaliar a performance histórica da movimentação do trem através darota selecionada.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual o fatoré ponderado como uma função da sua contribuição relativa para o congestionamento.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a etapade avaliar inclui acumular as métricas para uma rota selecionada.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual o limitepredeterminado é selecionado como uma função da ocorrência histórica decongestionamentos pela movimentação dos trens através de uma rota selecionada.

6. Método para a programação da movimentação de trens,cada qual em uma rota selecionada, através da previsão da ocorrência decongestionamentos devidos à movimentação planejada dos trens através da rotaselecionada, compreendendo:(a) identificar os fatores que contribuem com o congestionamento (200);(b) atribuir uma métrica para cada fator (210);(c) avaliar as métricas associadas com uma primeira movimentação planejada de umapluralidade de trens através da rota selecionada (220);(d) avaliar as métricas associadas com uma segunda movimentação planejada de umapluralidade de trens através da rota selecionada (220);(e) selecionar a movimentação planejada que apresenta a menor métrica para aprogramação da movimentação dos trens através da rota selecionada.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, no qual osfatores incluem ao menos um entre a densidade do trem, fatores ambientais, fatorestemporais, fatores sazonais e topologia da linha.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a etapade programar um ou mais trens para uma rota alternativa inclui avaliar as métricas decada trem planejado para a.rota selecionada e selecionar o trem que apresenta a maiormétrica de modo a ser reprogramado para uma rota alternativa.