用於利用信號燈信息優化火車旅行的方法和設備的製作方法

2023-05-06 01:48:56

專利名稱：：用於利用信號燈信息優化火車旅行的方法和設備的製作方法
技術領域：
：本發明的實施例涉及優化火車操作，並更具體地，涉及與監視和控制火車操作相結合地使用軌道和轉轍器(switch)信號燈(signals),以在滿足調度約束的同時改善效率。
背景技術：
：機車是具有多個子系統的複雜系統，每一子系統獨立於其它子系統。機車上的操作員施加牽引和制動作用力，以控制機車的速度及其鐵路車廂的負荷，從而確保安全及時到達期望的目的地。也必須進行速度控制，以將火車內力(in-trainforces)維持在可接受的界限內，由此避免過大的車鉤力和火車損壞的可能性。為了執行該功能並符合可隨著火車在軌道上的地點而變化的規定搡作速度，操作員一般必須具有操作具有各種鐵路車廂編組(即不同類型和數目的鐵路車廂)的特定地形上的機車的豐富經驗。然而，即使具有確保安全操作的足夠知識和經驗，操作員一般也不能在旅行期間搡作機車以使得燃料消耗(或其它操作特性，例如排放)最小化。很多搡作因素影響燃料消耗，包括例如排放限制、機車燃料/排放特性、鐵路車廂的尺寸和負荷、天氣、交通條件和機車操作參數。如果提供在旅行期間優化性能同時滿足需要的調度(到達時間)並使用最少量燃料(或優化另一搡作參數)的控制信息，則操作員可(通過施加牽引和制動作用力)而更有效和高效地操作火車，而不管影響性能的許多變化性。由此，期望操作員在建議施加牽引或制動作用力的設備或處理的引導(或控制)下操作火車，以優化一個或多個操作參數。
發明內容根據一個實施例，本發明包括一種用於在沿軌道段旅行期間搡作包括第一鐵道車輛的鐵道網絡的系統。該系統包括第一元件，用於確定該第一鐵道車輛的行進參數；第二元件，用於相對於在該旅行期間該第一車輛要穿過的軌道段而確定第二鐵道車輛的行進參數；處理器，用於從所述第一和第二元件接收信息，並用於確定該第二車輛對軌道段的佔用和該第一車輛稍後對同一軌道段的佔用之間的關係；和嵌入在該處理器中的算法，用於存取該信息，以創建確定第一車輛的速度軌跡的旅行計劃，其中該速度軌跡響應於該關係並進一步依照該第一車輛的一個或多個操作標準。根據另一實施例，本發明包括一種用於在沿鐵路網絡的軌道段旅行期間操作鐵道車輛的方法。該方法包括確定該車輛的行進參數；確定穿過該網絡的其它車輛的行進參數；和響應於該車輛的行進參數和所述其它車輛的行進參數運行算法，以依照該車輛的一個或多個操作標準來優化車輛性能。另一實施例包括一種計算機軟體代碼，用於在沿鐵路網絡的軌道段旅行期間操作鐵道車輛。該軟體代碼包括用於確定該車輛的行進參數的軟體模塊；用於確定穿過該網絡的其它車輛的行進參數的軟體模塊；和用於響應於該車輛的行進參數和所述其它車輛的行進參數運行算法、以依照該車輛的一個或多個操作標準來優化車輛性能的軟體模塊。通過參考在附圖中圖示的其特定實施例，將呈現(rendered)這裡描述的本發明的各方面的更具體的描述。應理解，這些圖僅描繪了本發明的典型實施例，並因此不應被認為是對其範圍的限制，將通過使用附圖利用附加特徵和細節來描述和解釋這些實施例，其中圖1描繪了本發明一個實施例的流程圖的示範圖示；圖2描繪了可採用的火車的簡化模型；圖3描繪了本發明的元件的示範實施例；圖4描繪了燃料使用/行進時間曲線的示範實施例；圖5描繪了旅行計劃的分段分解的示範實施例；圖6描繪了分段示例的示範實施例；圖7描繪了本發明一個實施例的示範流程圖；圖8描繪了操作員使用的動態顯示器的示範圖示；圖9描繪了操作員使用的動態顯示器的另一示範圖示；圖IO描繪了操作員使用的動態顯示器的另一示範圖示；和圖IIA和IIB描繪了本發明實施例所涉及的軌道區間(block)和信號燈以及機車速度軌跡。具體實施例方式現在將詳細參考在附圖中圖示了其示例的符合本發明各方面的實施例。只要可能，圖中使用的相同附圖標記始終表示相同或類似的部分。本發明的實施例通過提供一種用於確定和實現包括機車編組和多個鐵路車廂的火車的駕駛策略的系統、方法、和計算機實現的方法，而嘗試克服現有技術中的某些缺點，其中監視並控制(直接或通過建議的操作員的動作)火車的操作以改進某些目標操作參數，同時滿足調度和速度約束。本發明還可應用到包括遠離領頭機車編組並可由火車操作員控制的多個機車編組的火車(下面稱為動力分散型火車)。本領域技術人員將認識到，可以對包括CPU、存儲器、I/O、程序儲存器、連接總線、和其它合適組件的例如數據處理系統的設備進行編程或以別的方式設計，以促進本發明方法實施例的實踐。這樣的系統將包括用於運行這些實施例的方法的合適程序部件。在另一實施例中，與數據處理系統一起使用的例如預先記錄盤或其它類似電腦程式產品的製造品包括這樣的儲存介質和其上記錄的程序，用於使得數據處理系統促進本發明的方法的實踐。這樣的設備和製造品也落入本發明的精神和範圍之內。一般地說，本發明的各方面教導了一種方法、設備、和程序，用於確定和實現火車的駕駛策略，以改進某些目標操作參數，同時滿足調度和速度約束。為了利於理解本發明，下面參考其特定實現來進行描述。在計算機運行的例如程序模塊的計算機可運行指令的一般上下文中描述本發明。一般地，程序模塊包括執行特定任務或實現特定抽象數據類型的例程、程序、對象、組件、數據結構等。例如，成為本發明基礎的軟體程序可以用不同的語言進行編碼，以用於不同的處理平臺。在接下來的描述中，在採用全球資訊網瀏覽器的全球資訊網門戶網站的上下文中描述本發明的示例。然而，將理解的是，成為本發明基礎的原理也可以用其它類型計算機軟體技術來實現。此外，本領域技術人員將理解的是，可以利用其它計算機系統配置來實踐本發明實施例，包括手持裝置、微處理器系統、基於微處理器或可編程的消費品電子裝置、小型計算機、大型計算機等。也可在其中由通過通信網絡連結的遠程處理裝置執行任務的分布式計算環境中實踐所述實施例。在分布式計算環境中，程序模塊可位於包括存儲器儲存裝置的本地和遠程計算機儲存介質兩者中。這些本地和遠程計算環境可全部包括在機車中、或編組中的相鄰機車中、或車下的在計算環境之間提供無線通信的路邊或中央局中。術語機車編組指的是一個接一個連在一起以便提供驅動和/或制動能力的一個或多個機車，在機車之間沒有鐵路車廂。火車可包括一個或多個機車編組。具體來說，可存在領頭編組和一個或多個遠程編組，例如在一行鐵路車廂中途的第一遠程編組和在火車位置一端的另一遠程編組。每一機車編組可具有第一或領頭機車以及一個或多個後續(trailing)機車。儘管編組通常被看作相連的連續機車，但是本領域技術人員將容易地認識到,即使存在分離機車的至少一個鐵路車廂，例如當編組被配置用於動力分散型操作時，一組機車也可被識別為編組，其中通過無線電鏈路或物理線纜從領頭機車向遠程後續機車中繼節流(throttle)和制動命令。為此，當討論同一火車中的多個機車時，術語機車編組不應被看作限制因素。現在參考附圖，將描述本發明的實施例。發明實施例可以以多種方式實現，包括系統(包括計算機處理系統)、方法(包括計算機化的方法)、設備、計算機可讀介質、電腦程式產品、圖形用戶接口，包括全球資訊網門戶或在計算機可讀存儲器中有形固定的數據結構。下面討論本發明的幾個實施例。圖1描繪了本發明的示範流程圖的圖示。如圖所示，在車上或從遠程地點(例如派遣中心10)輸入專用於計劃旅行的指令。這樣的輸入信息包括但不限於火車位置、編組組成(例如機車型號)、機車牽引傳輸的機車牽引動力性能、作為輸出動力的函數的發動機燃料的消耗、冷卻特性、預期旅行路線(作為裡程碑的函數的有效軌道坡度和曲率、或反映曲率的"有效坡度'，組件，遵循標準鐵路實踐)、車廂結構和負荷(包括有效阻力係數)，期望旅行ii參數包括但不限於開始時間和地點、結束地點、行進時間、乘務員(用戶和/或操作員)標識、乘務員變動期滿時間和旅行路線。可經由連結到例如硬碟插件板、硬碟驅動器和/或USB驅動器的數據儲存裝置或者經由無線通信信道從例如軌道信令裝置和/或路邊裝置的中央或路邊地點41向機車42傳送信息的車載顯示器，根據例如但不限於手動操作員進入機車42的各種技術和處理，將該數據提供到機車42。機車42和火車3]負荷特性(例如阻力)也可在路線上改變(例如隨著鐵路和鐵路車廂的海拔、周圍溫度和條件而改變)，這導致根據上述任一方法進行計劃更新，以反映這樣的改變。可通過上述任一方法和技術和/或通過實時自發收集機車/火車條件，來供應影響旅行優化處理的更新數據。這樣的更新包括例如通過監視(多個)機車42車上或車下的器材所檢測的機車或火車特性的改變。軌道信號燈系統指明特定軌道條件，並向接近該信號燈的火車的操作員提供指令。將在下面更詳細描述的該信令系統指明例如在一段軌道上的許可火車速度並向火車操作員提供停止和行駛指令。在車栽資料庫63中存儲該信號燈系統的細節，包括信號燈的地,&和與不同信號燈關聯的規則。基於輸入到本發明實施例中的M^格數據，最小化燃料使用和/或生成的排放物的最佳旅行計劃受到速度限制的制約，並計算期望開始和結束時間，以產生旅行分布圖(profile)12。該分布圖包括表達為從旅行開始的距離和/或時間的函數的火車遵循的最佳速度和動力(檔位notch)設置、包括但不限於最大檔位動力和制動設置的火車操作限制、作為地點和期望使用的燃料和生成的排放物的函數的速度限制。在示範實施例中，選擇用於檔位設置的值，來獲得大約每10到30秒一次的節流改變判決。本領域技術人員將容易地認識到，如果需要和/或期望遵循最佳速度分布圖，則節流改變判決可以按照更長或更短的間隔發生。從更廣的意義上來說，本領域技術人員應明白，在火車級(level)、編組級和/或單獨機車級，分布圖提供火車的動力設置。如這裡使用的，動力包括制動動力、馬達動力和氣閘動力。在另一優選實施例中，不是按照傳統離散檔位動力設置操作，本發明根據動力設置的連續範圍來確定期望動力設置，以優化速度分布圖。由此，例如，如果最佳分布圖規定6.8的檔位設置而非7的檔位設置，則機車42按照6.8操作。允許這樣的中間動力設置可提供下述附加效率益處。計算最佳分布圖的過程可包括用於計算駕駛火車31以使得受到機車搡作和調度約束的燃料和/或排放物最小化的動力順序(powersequence)的任意數目的方法，這將在下面概述。在一些情況下，由於火車配置、路線和環境條件的相似性，使得最佳分布圖可與先前確定的分布圖充分相似。在這些情況下，可能足以從資料庫63中檢索先前確定的駕駛軌跡並因此操作火車。理運動的微分方程模型來直接計算最佳分布圖。根據該處理，確定定量目標函數，一般該函數包括與燃料消耗率和生成的排放物對應的模型變量的加權和(積分)加上處罰過多節流變化的項。建立最佳控制公式，以使得受到包括但不限於速度限制以及最小和最大動力(節流)設置的約束的定量目標函數最小化。取決於任意時間的計劃目標，可設置這樣的問題，使得受到排放物和速度限制的約束的燃料最小化或使得受到燃料使用和到達時間的約束的排放物最小化。也可能設置這樣的目標，例如使得總行進時間最小化，而不約束總排放物或燃料使用，其中允許或要求用於該任務的這樣的約束的放鬆。在該文獻中，呈現示範方程和目標函數，用於最小化機車燃料消耗。這些方程和函數僅用於圖示，因為可採用其它方程和目標函數，以根據不同目標函數而優化燃料消耗或優化其它機車/火車操作參數算術上，可更精確地闡明要解決的問題。該基本物理性質表達為下式formulaseeoriginaldocumentpage13其中x是火車位置，v是火車速率，t是時間(合適時，為英裡、每小時的英裡、以及分鐘或小時)，而u是檔位(節流)命令輸入。此外，D表示要行進的距離，TV是沿著軌道的距離D處的期望到達時間，Te是機車編組產生的牽引作用力，Ga是地心引力(其取決於火車長度、火車構成和行進地形)，而R是機車編組和火車組合的由淨速度決定的阻力。初始和最終速度也可指定，但是這裡特別將其指定為零(在旅行開始和結束時停止的火車)。可將該模型容易地修改為包括其它動力因數，例如在節流u的改變和得到的牽引或制動作用力之間的滯後。所有這些性能度量可表達為以下任何線性組合1.formulaseeoriginaldocumentpage14最小化總燃料消耗2.formulaseeoriginaldocumentpage14最小化行進時間3formulaseeoriginaldocumentpage14-最小化檔位操作(分段持續輸入)4.formulaseeoriginaldocumentpage14-最小化檔位操作(連續輸入)5.用與排放物產生對應的一項來替代(1)中的燃料項F。通常使用的代表性目標函數由此為formulaseeoriginaldocumentpage14該線性組合的係數取決於給予每一項的重要性(權重)。應注意，在方程(OP)中，u(t)是作為連續檔位位置的優化變量。如果需要離散檔位，例如用於較老機車，則使得方程(OP)的解離散，這可導致較低燃料節約。使用得到的最小時間解(a,設置為零，而ct2設置為零或相對小的值)來得到用於可實現行進時間的下界(T產Tf,)。在該情況下，u(t)和T,.兩者是優化變量。優選實施例利用Tp>Tfmin&(X3設置為零，來針對各值Tf解方程(0P)。在後一情況下，Tf被看作約束。對於熟悉這樣的最佳問題的解決方案的人來說，可能必須附加約束，例如沿該路徑的速度限制formulaseeoriginaldocumentpage14或者當將最小時間用作目標時，附加限制可以是必須保持結束點約束，例如消耗的總燃料必須小於油箱中的燃料，例如其中Wf是Tf時在油箱中剩餘的燃料。本領域技術人員將容易地認識到，可以以其它形式呈現方程(0P),並且以上版本是在本發明一個實施例中使用的示範方程。在本發明的上下文中提及的排放一般指的是以氧化氮(N0x)、碳氫化合物和顆粒的形式產生的累積排放。通過設計，每一機車必須符合EPA排放標準，並由此在優化排放的本發明的實施例中，這可以指不存在當前EPA規範的總任務(mission-total)排放。根據優化旅行計劃的機車操作總是符合EPA排放標準。如果旅行期間的關鍵目標是降低排放，則修改最佳控制公式(方程(OP))以考慮該旅行目標。優化處理中的關鍵靈活性是任何或全部旅行目標可根據地理區或任務而變化。例如，對於高優先級火車，因為火車的優先級，所以最小時間可以僅是一條路線上的目標。在另一示例中，排放物輸出可沿著計劃的火車路線而在不同州(state)之間變化。為了解決因而發生的優化問題，在示範實施例中，本發明將時域的動態最佳控制問題轉化為具有N個判決變量的等效靜態算術編程問題，其中數目"N"取決於進行節流和制動調整的頻率和旅行持續時間。對於典型的問題，N可以是幾千。在示範實施例中，火車正在美國西南部行進172英裡的一段軌道。利用本發明，當將根據本發明各方面確定和遵循的旅行和根據標準實踐由搡作員確定節流/速度的旅行相比時，可實現示範7.6%燃料消耗。因為與操作員控制的旅行相比，本發明提供的優化產生具有更小阻力損失和很少或沒有制動損失的駕駛策略，所以實現了改進的節約。為了使得上述優化可計算地容易控制(tractable),可採用火車的簡化模型，例如圖2所示並在上述方程中提出。通過導出生成最佳動力順序的更詳細的模型，產生最佳分布圖的關鍵改進，以測試是否違反任何溫度、電氣和機械約束，這導致修改的分布圖，其中速度比距離最接近可實現的運行，而不損壞機車或火車器材，即滿足例如對機車和火車內力的溫度和電氣限制的附加隱含約束。返回參考圖1,一旦在12開始旅行，在14生成動力命令，以開始計劃。取決於本發明實施例的操作設置，一個命令使得機車在16遵循優化的動力命令，以便實現最佳速度。一個實施例在18從火車的機車編組獲得實際速度和動力信息。由於用於優化的模型中的通常近似值，所以獲得對優化動力進行校正的閉環計算，以跟蹤期望的最佳速度。這樣的火車操作限制的校正可自動進行，或者可由總是最終控制火車的操作員進行。在一些情況下，用於優化的模型可根據實際火車而顯著不同。這可能由許多原因導致，包括但不限於額外貨物拾取或安排(setouts)、路線失敗的機車、初始資料庫63中的錯誤和操作員引起的數據項錯誤。因為這些原因，監視系統在20使用實時火車數據，以實時估計機車和/或火車參數。在22,將所估計的參數與初始創建旅行時的假設參數作比較。基於假設的和估計的值之間的任何差值，可在24重新計劃旅行。典型地，如果可根據新計劃實現顯著節約，則重新計劃該旅行。可重新計劃旅行的其它原因包括來自例如派遣中心的遠程地點的指示和/或與全局移動計劃目標一致地改變目標的操作員請求。這樣的全局移動計劃目標可包括但不限於其它火車調度、從管道驅散廢氣所需的時間、維護操作等。另一原因可由於組件的車上故障。重新計劃的策略可取決於破壞的嚴重程度而分組為增加和主要調整，這將在下面進行更詳細的討論。一般來說，"新"計劃必須從上述優化問題方程(OP)的解中導出，但是常常可得到較快的近似解，如這裡描述的。在操作中，機車42將繼續監視系統效率，並基於實際測量的效率而繼續更新旅行計劃，只要這樣的更新可改善旅行性能即可。重新計劃計算可完全在(多個)機車中進行，或可全部或部分在遠程地點執行，例如其中無線技術可將新計劃傳遞到機車42的派遣中心或路邊處理設備。本發明的一個實施例也可生成有關效率傳輸函數的用於開發機車車隊(fleet)數據的效率趨勢。當確定初始旅行計劃時，可使用該車隊寬度數據，並且當考慮多個火車的地點時，可使用該車隊寬度數據用於網絡寬度優化折衷。例如，圖4所示行進時間燃料使用折衷曲線反映了當前時間在某一路線上的火車的能力，其根據同一路線上的許多類似火車所收集的總體均值而更新得到。由此，來自許多機車的圖4所示中央派遣設備收集曲線可使用該信息，以更好地協調總體火車移動，從而實現燃料使用或吞吐量的系統寬度優點。曰常操作中的許多事件可激發生成新的或修改後的計劃，包括保持相同旅行目標的新的或修改後的旅行計劃，例如當火車不能按時碰到或經過另一火車並因此必須彌補損失的時間時。利用機車的實際速度、動力和地點，在25將計劃的到達時間與當前估計(預測)的到達時間作比較。基於該時間差值、以及(通過派遣中心或操作員檢測或改變)的參數的差值，在26調整計劃。可響應於鐵路公司的處置違背計劃的方針而自動進行該調整，或者當車上的操作員和派遣人員聯合判決返回該計劃的最佳方案時，手動進行該調整。只要更新計劃，但是例如但不限於到達時間的原始目標保持相同，則可並發包括附加變化，例如新未來速度限制變化，這可影響恢復原始計劃的可行性。在這樣的情況下，如果不能維持原始旅行計劃，或者換言之，火車不能滿足原始旅行計劃目標，如這裡討論的，可向操作員、遠程設備和/或派遣中心呈現(多個)其它旅行計劃。當期望改變原始目標時，也可進行重新計劃。可根據操作員或派遣人員的判斷，手動地按照固定預先計劃的時間來進行這樣的重新計劃，或可當超出這樣的火車操作限制的預定義限制時，自發進行這樣的重新計劃。例如，如果當前計劃執行晚運行了大於規定閾值(例如30分鐘)，則本發明的一個實施例可重新計劃該旅行，以在上述增加燃料消耗的情況下調和(accommodate)該延遲，或警告操作員和派遣人員達到可奪回損失時間的程度，如果可以的話(即，剩餘最小時間或在時間約束內可節約的最多燃料)。也可基於消耗的燃料或動力組成的狀況(包括但不限於到達時間、由於器材故障和/或器材暫時失靈(例如操作太熱或太冷)而造成的馬力損失、和/或消耗的火車負荷中的總設置誤差的檢測)，來預想重新計劃的其它觸發事件。即，如果該改變反映當前旅行的機車性能的缺陷，則這可計算出優化處理中使用的模型和/或方程。計劃目標的改變也可由於協調事件的需求，其中一個火車的計劃危及另一火車滿足目標的能力，並且需要在不同級(例如，派遣局)的仲裁。例如，可通過火車和火車之間的通信來進一步優化相遇和經過的協調。由此，作為示例，如果操作員知道他落後於到達相遇和/或經過的地點的時間表，則來自另一火車的通信可通知晚的火車的操作員(和/或派遣中心)。操作員可鍵入屬於期望的晚到達的信息，用於重新計算火車的旅行計劃。在一個實施例中，在高級或網絡級使用本發明，以允許派遣中心確定哪一火車應減速或加速，只要看上去可能不滿足調度的相遇和/或經過時間約束。如這裡討論的，這可通過火車向派遣中心傳輸數據以區分每一火車應如何改變其計劃目標的優先級來實現。可取決於情況，基於調度或燃料節約益處而進行選擇。對於任一個手動或自動啟動的重新計劃，本發明的實施例可向操作員呈現多於一個旅行計劃。在示範實施例中，本發明向操作員呈現不同的分布圖，以允許操作員選擇到達時間，並還理解對應的燃料和/或排放物影響。出於類似考慮，這樣的信息也可提供給派遣中心，作為替換物的簡單列表或作為圖4所示多個折衷曲線。在一個實施例中，本發明包括得知並適於可合併在當前計劃和/或將來計劃中的火車和動力組成的關鍵改變的能力。例如，上述一個觸發事件是馬力損失。當隨著時間增大馬力時，在馬力損失之後或當開始旅行時，利用變換邏輯來確定何時實現了期望馬力。可在機車資料庫61中保存該信息，以在稍後再次發生馬力損失時，用於優化未來旅行或當前旅行。圖3描繪了本發明的元件的示範實施例。定位器元件30確定火車31的地點。定位器元件30包括確定火車31的地點的GPS傳感器或傳感器的系統。這樣的其它系統的示例可包括但不限於路邊裝置，例如射頻自動器材標識(RFAEI)標記、派遣中心、和/或基於視頻的確定。另一系統可使用機車車上的(多個)轉速計和與參考點的距離計算。如先前討論的，也可提供無線通信系統47,以允許火車之間和/或與遠程地點(例如派遣中心)的通信。也可通過通信系統從其它火車傳輸有關行進地點的信息。軌道特徵元件33提供有關軌道的信息，原理上是坡度、海拔和曲率信息。軌道特徵元件33可包括車載軌道完整性資料庫36。傳感器38測量機車編組42施加的牽引作用力40、機車編組42的節流設置、機車編組42配置信息、機車編組42的速度、單獨機車配置信息、單獨機車能力等。在示範實施例中，可無需使用傳感器38而裝載機車編組42配置信息，而是通過上述其它方案來輸入機車編組42配置信息。此外，也可考慮編組中的機車的狀況。例如，如果編組中的一個機車不能在動力檔位級5之上操作，則當優化旅行計劃時，使用該信息。也可使用來自定位器元件的信'息來確定火車31的適當的到達時間。例如，如果存在沿軌道34向目的地移動的火車31並且在其後面沒有跟隨火車，並且火車沒有要滿足的固定到達期限，則可使用包括但不限於射頻自動器材標識(RFAEI)標記、派遣中心、和/或基於視頻的確定的定位器元件來確定火車31的精確地點。此外，可使用來自這些信令系統的輸入來調整火車速度。利用下述車載軌道資料庫以及例如GPS的定位器元件，本發明的一個實施例調整操作員接口以反映在給定機車地點處的信令系統狀態。在其中信號燈狀態指明超過了限制速度的情況下，計劃者可決定使火車減速，以節省燃料消耗。也可使用來自定位器元件30的信息來改變作為到目的地的距離的函數的計劃目標。例如，由於有關沿該路線的擁堵的不可避免的不確定性，可採用在該路線的早期部分的"較快"時間目標作為防止統計上稍後.發生的延遲的措施。如果在某一旅行中不發生這樣的延遲，則可修改在該旅行的後期部分的目標，以開發較早積聚(banked)的內建鬆散(slack)時間，並由此恢復一些燃料效率。可針對限制排放的目標調用類似策略，例如當接近城市區域時施加的排放約束。作為防止措施策略的示例，如果旅行計劃從紐約到芝加哥，則該系統可提供在旅行開始、旅行中期或旅行末期將火車操作得更慢的選項。本發明的一個實施例優化旅行計劃，以允許在旅行末期更慢地操作，因為例如但不限於天氣條件、軌道維護等的未知約束可在旅行期間發展並成為已知。作為另一考慮，如果已知傳統的擁堵區域，則利用選項來開發該計劃，以增加在這樣的地區附近的駕駛靈活性。所以，本發明的實施例也可在將來和/或基於已知/過去的經驗將重量/處罰考慮為時間/距離的函數。本領域技術人員將容易地認識到，可在旅行期間的任何時間考慮這樣的考慮天氣條件、軌道條件、軌道上的其它火車等的計劃和重新計劃，其中因此調整了旅行計劃。圖3還公開了可以是本發明實施例的一部分的其它元件。處理器44操作以從定位器元件30、軌道特徵元件33和傳感器38接收信息。算法46在處理器44中工作。算法46基於涉及這裡描述的機車42、火車31、軌道34、和任務的目標的參數，來計算優化的旅行計劃。在示範實施例中，基於作為火車31沿軌道34移動的火車行為的模型建立旅行計劃，該模型是從在該算法中提供簡單假設的可應用物理性質中導出的非線性差分方程的解。算法46訪問來自定位器元件30、軌道特徵元件33和/或傳感器38的信息，以創建這樣的旅行計劃，其使得機車編組42的燃料消耗最小化、使得機車編組42的排放最小化、建立期望的旅行時間、和/或確保在機車編組42車上的正確乘務員操作時間。在示範實施例中，也提供駕駛員或控制器元件5。如這裡討論的，控制器元件51可控制火車遵循旅行計劃。在這裡進一步討論的示範實施例中，控制器元件51自發作出火車操作判決。在另一示範實施例中，可使得操作員根據他的判斷力參予引導火車遵循或偏離該旅行計劃。在本發明的一個實施例中，當正執行計劃時，可實時修改旅行計劃。這包括創建用於長距離旅行的初始計劃，因為計劃優化算法的複雜性。當旅行分布圖的總長度超出給定距離時，可使用算法46通過將任務劃分為多個沿途停車點(waypoints)來將任務分段。儘管僅討論了單一算法46,但是本領域技術人員將容易地認識到，可使用多於一種算法，並且連結這樣的多種算法以創建旅行計劃。所述旅行沿途停車點可包括火車31停車的自然地點，例如但不限於，用於與對向交通相遇或用於使得當前火車之後的火車經過的單一幹線旁軌(sidings)、站場(yard)旁軌、拾取並安排車廂的工業支線(spur)以及計劃的維護工作的地點。在這樣的沿途停車點，可要求火車31按照調度的時間處於一地點、停車或按照規定範圍內的速度移動。從到達到離開沿途停車點的持續時間被稱為停留時間。在示範實施例中，本發明能夠根據系統處理將較長旅行分解為較小段。每一段的長度可稍微隨意一些，但是其通常選在例如停車或重要速度限制的自然地點處、或選在定義與其它路線的交叉點的關鍵沿途停車點或裡程碑處。給定按照該方式選擇的分割或分段，對於每一段軌道創建駕駛分布圖，作為看作獨立變量的行進時間的函數，例如圖4所示。可在火車31到達該軌道段之前，計算與每一段關聯的使用燃料/行進時間折衷。因此可根據為每一段創建的駕駛分布圖來創建總旅行計劃。本發明的一個實施例最佳地在該旅行的所有段之間分配行進時間，使得滿足所需的總旅行時間，並使得所有段消耗的總燃料最小化。圖6公開了示範三段旅行，並在下面進行討論。然而，本領域技術人員將認識到，儘管討論了這些段，但是旅行計劃可包括代表完整旅行的單一段。圖4描繪了燃料使用/行進時間曲線的示範實施例。如先前所述，當針對每一段的各行進時間計算最佳旅行分布圖時，創建這樣的曲線50。即，對於給定行進時間51，使用的燃料52是上述計算的詳細駕駛分布圖的結果。一旦分配了每一段的行進時間，就根據先前計算的解確定了每一段的動力/速度計劃。如果在段之間存在任何沿途停車點速度約束，例如但不限於速度限制的改變，則在創建最佳旅行分布圖期間對它們進行匹配。如果速度約東僅在單一段中改變，則不得不僅針對改變的段重新計算燃料使用/行進時間曲線50。該處理降低了重新計算旅行的更多部分或段所需的時間。如果機車編組或火車沿該路線發生重大改變，例如丟失了機車或拾取或安排了鐵路車廂，則必須重新計算所有隨後段的駕駛分布圖，以創建曲線50的新實例。然後和新調度目標一起使用這些新曲線50,以計劃剩餘旅行。一旦如上所述創建了旅行計劃，速度和動力相對距離的軌跡就允許火車在要求的旅行時間具有最小燃料和/或排放地到達目的地。存在執行旅行計劃的幾種技術。如下面更詳細地提供的，在訓練(coaching)模式的一個示範實施例中，本發明向操作員顯示控制信息。操作員遵循該信息，以實現根據該最佳旅行計劃確定的需要的動力和速度。由此，在該模式中，向操作員提供在駕駛火車時使用的操作建議。在另一示範實施例中，本發明執行加速火車或維持恆定速度的控制動作。然而，當必需要使火車31減慢時，操作員負責通過控制制動系統52來施加制動。在另一示範實施例中，本發明命令按照需要提供動力和制動動作，以遵循期望的速度-距離路徑。使用反饋控制策略，以校正分布圖中的動力控制順序，以解決例如但不限於由波動頂風和/或順風引起的火車負荷變化的事件。與優化旅行計劃中的假設相比，另一這樣的誤差可以由例如但不限於火車質量和/或阻力的火車參數的誤差引起。第三類型的誤差可由於軌道資料庫36中的不正確的信息而出現。另一可能誤差可涉及由於機車引擎、牽引馬達熱解除配給和/或其它因素引起的未建模的性能差異。反饋控制策略比較作為位置函數的實際速度和期望的最佳分布圖中的速度。基於該差異，添加對最佳動力分布圖的校正，以朝向該最佳分布圖驅動該實際速率。為了確保穩定調節，可提供補償算法，其中將反饋速度過濾(filters)為動力校正，以確保閉環性能穩定性。補償可包括控制系統設計領域的普通技術人員為了滿足性能目標所使用的標準動態補償。根據各方面，本發明允許最簡單和因此最快的手段來調和旅行目標的改變，其是除了鐵路操作中的例外的規則。在示範實施例中，為了確定其中沿途存在多個車站的從點A到點B的最佳燃料旅行，並為了一旦旅行開始就針對剩餘旅行更新旅行，可使用次優分解方法，以得到最佳旅行分布圖。利用建模方法，計算方法可得到當存在多個車站時、具有滿足所有速度限制和機車能力約束的指定行進時間以及最初和最終速度的旅行計劃。儘管以下討論針對優化燃料使用，但是其也可應用到優化其它因素，包括但不限於排放、調度、乘務員舒適和負荷衝擊。可在開發旅行計劃的開始使用該方法，並更重要地，適應在啟動旅行之後的目標的改變。如這裡討論的，本發明一個實施例採用圖5中描繪的示範流程圖中圖示並在圖6中詳細描繪的示範三段示例的設置。如圖所示，儘管如這裡所述旅行可分為兩段或多段T1、T2和T3，但是可能將旅行看作單一段。如這裡所述，段邊界可能不導致等長段。取代的是，這些段使用自然或任務指定的邊界。對於每一段預先計算最佳旅行計劃。如果燃料使用相對旅行時間是要滿足的旅行目標，則對於每一段生成燃料相對旅行時間的曲線。如這裡所述，該曲線可基於其它因素，其中這些因素是旅行計劃要遭遇的目標。當旅行時間是確定的參數時，在滿足總體旅行時間約束的同時，計算每一段的旅行時間。圖6圖示了用於示範三段200英裡旅行97的速度限制。還圖示了在200英裡旅行98上的坡度改變。還示出了圖示隨著行進時間的每一段旅行所使用的燃料的曲線的組合圖表99。利用前述最佳控制設置，本計算方法可得到這樣的旅行計劃，其具有指定行進時間以及初始和最終速度，以滿足當存在多個車站時的所有速度限制和機車能力約束。儘管以下詳細描述針對優化燃料使用，但是其也可應用到優化這裡討論的其它因素，例如但不限於排放。該方法可調和車站處的停留時間，並且如果需要(例如，在其中進入或經過旁軌的時間緊急(critical)的單一軌道操作中)，可考慮最早到達和離開地點的約束。根據一個實施例，本發明得到在時間T中從距離Do行進到Dm的燃料最佳旅行，其中M-l個中間停車站D,.....DM-,、以及這些車站的到達和離開時間由下式限定formulaseeoriginaldocumentpage22其中tarr(Di)、t鄉(D,)和M分別是第i車站的到達、離開、和最小停車時間。假設燃料最優性暗示使得停車時間最小化，所以tdep(D,)二u(D,)+At,，消除了以上第二不等式。假設對於每一i=l.....M，已知行進時間t的從距離Dw到Di的燃料最佳旅行，其中T訓(i)3ST隨(i)。假設Fi(t)是與該旅行對應的燃料使用。如果用Tj表示從D^到Dj的行進時間，則Dj處的到達時間由下式給出formulaseeoriginaldocumentpage22其中Ato被定義為零。然後通過得到Ti而獲得在行進時間T中從Do到Dm的燃料最佳旅行，其中卜l.....M,其在以下條件下formulaseeoriginaldocumentpage23formulaseeoriginaldocumentpage23使得下式最小化formulaseeoriginaldocumentpage23一旦旅行正在進行，則問題是當旅行行進時、重新確定用於剩餘旅行(原始地，在時間T中從Do到DM)的燃料最佳方案，但是千擾阻止遵循該燃料最佳方案。假設當前距離和速度分別是x和v，其中Di-,〈x^Di。而且，假設自旅行開始以來的當前時間為taet。然後通過得到《''j二'—L''Af'而獲得用於從x到Dm的剩餘旅行(其在DM處保持原始到達時間)的燃料最佳方案，這在以下條件下formulaseeoriginaldocumentpage23formulaseeoriginaldocumentpage23使得下式最小化formulaseeoriginaldocumentpage23這裡，《(H、')是在時間t中行進的從x到Di的最佳旅行所使用的燃料，其中在X處具有初始速度V。如上所述，使能更有效的重新計劃的示範處理根據劃分的段構造了從車站到車站的旅行的最佳方案。對於具有行進時間Tj的從Dw到Di的旅行，選擇一組中間點D,i，j二l,...,Ni-l。假設Dk屍Dw並且a、，二。然後將從D卜,到Di的最佳旅行的燃料使用表達為屍涯其中厶'("'w-1'V,:;)是在時間t中行進的從DkH到Dij的最佳旅行的燃料使用，初始和最終速度為Vii—i和vn。此外，tij是與距離Dii對應的最佳旅行中的時間。通過定義，^"'.—。!=;。由於在DiQ和D巧處該火車停車，所以、:'二、、=0。以上表達式通過首先確定函數烏(')'1、7^v',然後得到「一、"X和、J^乂〈:X,而使得能夠替換確定函數F,(t),這在以下條件下formulaseeoriginaldocumentpage24使得下式最小化formulaseeoriginaldocumentpage24通過選擇D,」(例如，在速度限制或滿足點)，可使得(、''、.""'匿(7.力最小化，由此使得需要知道fji的域最小化。基於上述分割，比上述更簡單的次優重新計劃方案將重新計劃限制到其中火車在距離點A'i^^^M」^^^^的時間。在點D,」，可通過得到。:'""AV、W〈"^和r柳./〈,〃SM.1￡〃'r,加-z</〃￡Af.1i〃<iVw，而確定從&到Dm的新最佳旅行，這在以下條件下formulaseeoriginaldocumentpage24使得下式最小化formulaseeoriginaldocumentpage24其中formulaseeoriginaldocumentpage24通過等待Tm(i<n^M)的重新計算直到到達距離點Di為止，而獲得進一步簡化。以這種方式，在DHl和Di之間的點Dij處，僅需要對於、is^'^，./dc/^執行以上最小化。如果需要，則增加Tj以調和任何比計劃的更長的從Dw到Dij的實際行進時間。如果可能，可稍後通過在距離點D,重新計算Tm(i〈IT^M)，來補償該增加。對於上述閉環配置，將火車31從點A移動到點B所需的總輸入能量包括四個分量之和，具體是，點A和B之間的動能差、點A和B之間的勢能差、由於摩擦力和其它阻力損耗導致的能量損耗、以及由於應用制動而耗散的能量。假設開始和結束速度是相等的(例如，固定的)，則第一分量是零。此外，第二分量獨立於駕駛策略。由此，使得所述後兩個分量之和最小化就足夠了。遵循恆定速度分布圖使得阻力損耗最小化。遵循恆定速度分布圖也使得當不需要制動來維持恆定速度時輸入的總能量最小化。然而，如果需要制動來維持恆定速度，則施加制動以維持恆定速度將最可能增加所需要的總能量，因為需要補充(replenish)制動所耗散的能量。存在這樣的可能性，即如果附加制動損耗大於由制動引起的阻力損耗中的結果減少的偏移，則通過降低速度變化，一些制動可實際上降低總能量使用。在通過收集上述事件完成重新計劃之後，可利於這裡描述的閉環控制來遵循新最佳檔位/速度計劃。然而，在可能沒有足夠時間來執行上述分解段的計劃的一些情況下，特別是當存在必須考慮的臨界速度限制時，替換方案可以是優選的。本發明的一個實施例利用稱為"智能巡航控制"的算法來實現其。該智能巡航控制算法是用於在飛行中(onthefly)生成用於在已知地形上駕駛火車31的能量有效(因此，燃料有效)次優規定的有效處理。該算法假設一直知道火車31在軌道34上的位置，並知道軌道相對位置的坡度和曲率。該方法依賴於用於火車31的運動的點質量(point-mass)模型，其參數可根據前述火車運動的在線測量來適應性地進行估計。該智能巡航控制算法具有三個主要分量，具體是充當速度限制降低周圍的能量有效引導的修改的速度限制分布圖；嘗試使得最小化速度變化和制動平衡的理想節流或動態制動設置分布圖；以及組合後兩個分量以產生換擋命令、並採用速度反饋環來補償當與現實參數相比時的建模參數的失配的機制。智能巡航控制可調和本發明實施例中的策略，而無需主動制動(即，對駕駛員發信號燈並假定其提供必須的制動)或提供主動制動的變量(variant)。對於不控制動態制動的巡航控制算法，三個示範分量是充當速度限制降低周圍的能量有效引導的修改的速度限制分布圖；當應該激活制動時通知操作員的通知信號燈；嘗試使得最小化速度變化和通知操作員施加制動平衡的理想節流分布圖、以及採用用於補償相對於現實參數的模型參數的失配的反饋環的機制。根據本發明的方面，還包括用於標識火車31的關鍵參數值的方案。例如，對於估計火車質量，可利用卡爾曼濾波器和遞歸最小二乘方方案，以檢測可隨時間發展的誤差。圖7描繪了本發明的示範流程圖。如先前所述的，例如派遣中心60的遠程設備可提供本發明使用的信息。如圖示的，將這樣的信息提供給可執行控制元件62。還提供給可執行控制元件62的是機車建模信息資料庫63、例如但不限於軌道坡度信息和速度限制信息的軌道信息資料庫36、例如但不限於火車重量和阻力係數的估計火車參數、以及來自燃料比估計器64的燃料比表格。可執行控制元件62將信息提供給計劃器12,這在圖1中進行了更詳細的公開。一旦已計算了旅行計劃，就將該計劃提供給駕駛顧問、駕駛員或控制器元件51。.還將旅行計劃提供給可執行控制元件62，使得當提供其它新數據時，其可以比較該旅行。如上所述，駕駛顧問51可將檔位動力自動設置為預先建立的檔位設置或最佳連續檔位動力值。除了向機車31供應速度命令之外，提供顯示器68,使得操作員可瀏覽計劃器所推薦的內容。搡作員也訪問控制板69。通過控制板69,操作員可判斷是否應用推薦的檔位動力。為此，操作員可限制目標或推薦動力。即，在任何時間，操作員總是具有操作機車編組的動力設置的最終權限，包括如果旅行計劃推薦使火車31減速，是否應用制動。例如，如果在黑暗地形中操作，或者來自路邊器材的信息不能電子傳輸信息到火車，並且替代為搡作員瀏覽來自路邊器材的可視信號燈，則操作員基於在軌道資料庫中包括的信息和來自路邊器材的可視信號燈而輸入命令。基於火車31如何運行，將有關燃料測量的信息提供給燃料比估計器64。由於燃料流的直接測量通常在機車編組中不可用，所以有關到旅行中到這點為止消耗的燃料和如果遵循最佳計劃在未來所投射的燃料的所有信息使用校準的物理模型，例如在開發最佳計劃時使用的。例如，這樣的預測可包括但不限於使用測量的總馬力和已知燃料特性，以導出積累使用的燃料。火車31也具有例如上述GPS傳感器的定位器裝置30。將信息供應到火車參數估計器65。這樣的信息可包括但不限於GPS傳感器數據、牽引/制動作用力數據、制動狀態數據、速度和速度數據的任何改變。利用有關坡度的信息和速度限制信息，將火車重量和阻力係數信息供應到可執行控制元件62。本發明的一個實施例也允許在優化計劃和閉環控制實現中始終使用連續可變動力。在傳統機車中，通常將動力量化為8個離散級。現代機車可實現可在先前描述的優化方法中合併的馬力的連續變化。利用連續動力，機車42可例如通過最小化輔助負荷和動力傳輸損耗、以及將引擎馬力微調達到最佳效率的區域或達到增加排放容限的點，而進一步優化操作條件。示例包括但不限於使得冷卻系統損耗最小化、調整交流發電機電壓、調整引擎速度、並降低動力軸的數目。此外，機車42可使用車載軌道資料庫36和預報的性能需求，以使得輔助負荷和動力傳輸損耗最小化，從而提供目標燃料消耗/排放的最佳效率。示例包括但不限於降低平坦地形上的動力軸的數目並在進入隧道之前預先冷卻機車引擎。本發明的一個實施例還可使用車載軌道資料庫36和預報的性能，以調整機車性能，例如當火車接近小山和/或隧道時，確保火車具有足夠的速度。例如，這可表達為在特定地點的速度約束，這成為解方程(0P)所創建的最佳計劃生成的部分。另外，實施例可合併火車處置的規則，例如但不限於牽引作用力爬坡速率(.ramprates)和最大制動作用力爬坡速率。這些可直接合併到最佳旅行分布圖的公式中或作為選擇地合併到用於控制動力應用以實現目標速度的閉環調節器中。.在優選實施例中，僅在火車編組的領頭機車上安裝本發明。即使根據某些方面，本發明不依賴於數據或與其它機車的交互作用，其也可集成在美國專利號6691957和專利申請號10/429596(兩者均由受讓人擁有並通過引用而合併)所公開的編組管理器、功能和/或編組優化器功能中，以改善效率。如這裡描述的派遣中心仲裁兩個"獨立優化的"火車的示例所圖示的，不排除與多個火車的交互作用。本發明的一個實施例可用於其中機車不相鄰的編組，例如一個或多個機車在前面，而其它機車在火車的中部和後部。這樣的配置被稱為分散動力，其中用無線電鏈路或輔助線纜來替代機車之間的標準連接，以外部連結機車。當以分散動力操作時，領頭機車中的操作員可經由例如分散動力控制元件的控制系統來控制編組中的遠程機車的操作功能。具體來說，當以分散動力操作時，操作員可命令每一機車編組以不同檔位動力級操作(或者一個編組可監視驅動，而另一編組可制動)，其中機車編組中的每一機車以相同檔位動力操作。具有分散動力系統的火車可以以不同模式操作。在一種模式中，火車中的所有機車以同一檔位命令操作。如果領頭機車正命令以檔位N8驅動，則火車中的所有單元被命令以檔位N8生成驅動。在"獨立"控制模式中，在火車中分散的機車或機車組可以以不同的驅動或制動動力進行操作。例如，當火車到達山頂時，(在山脈的下坡上)的領頭機車可以處於制動模式，而(在山脈的上坡上)的火車中部或後部的機車可處於驅動模式。這麼做是為了使得連接鐵路車廂和機車的機械車鉤上的拉力最小化。傳統上，以"獨立"模式操作分散動力系統要求操作員經由領頭機車中的顯示器手動命令每一遠程機車或機車組。利用基於物理的計劃模型、火車設置信息、車載軌道資料庫、車載操作規則、地點確定系統、實時閉環動力/制動控制、和傳感器反饋，該系統可以以"獨立"模式自動操作該動力分散型火車。當以分散動力操作時，領頭機車中的操作員可經由例如分散動力控制元件的控制系統來控制遠程機組中的遠程機車的操作功能。由此，當以分f欠動力操作時，操作員可命令每一機車編組以不同檔位動力級操作(或者一個編組可驅動，而另一編組可制動)，其中機車編組中的每一單獨機車以相同檔位動力操作。在示範實施例中，在火車上安裝本發明,，優選地在與分散動力控制元件的通信中，當期望遠程機車編組的檔位動力級為優選旅行計劃所推薦的肘，本發明的實施例將該動力設置傳遞到遠程機車編組，用於實現。如下面討論的，類似地實現制動應用。當以分散動力操作時，先前描述的優化問題可增強以允許附加自由度，因為每一遠程單元可與領頭單元獨立地受控制。該值是可在性能函數中合併與火車內力相關的附加目標或約束，假設也包括反映火車內力的模型。由此，本發明的各方面可包括使用多節流控制，以更好地管理火車內力以及燃料消耗和排放。在利用編組管理器的火車中，機車編組中的領頭機車可以以與該編組中的其它機車不同的檔位動力設置來操作。編組中的其它機車以相同檔位動力設置操作。可結合編組管理器來利用本發明的實施例，以命令編組中的機車的檔位動力設置。由此，由於編組管理器將機車編組劃分為兩組，領頭機車和隨後單元，所以將命令領頭機車以某一檔位動力操作，並可命令隨後機車以不同的檔位動力操作。在示範實施例中，分散動力控制元件可以是其中執行該操作的系統和/或設備。類似地，當編組優化器用於機車編組時，可結合該編組優化器來使用本發明的實施例，以確定機車編組中的每一機車的檔位動力。例如，假設旅行計劃推薦機車編組的檔位動力設置為四。基於火車地點，編組優化器將獲得該信息，並然後確定該編組中每一機車的檔位動力設置。在該實現中，改善了火車間通信信道上的檔位動力設置的設置效率。此外，如上所述，可利用分散控制系統來執行該配置的實現。此外，如先前討論的，本發明的實施例可基於即將到來的感興趣的項目，例如但不限於鐵路閘口(crossings),坡道改變、接近旁軌、接近火車站站場(depotyards)以及接近燃料站，用於當火車編組使用制動時的連續校正和重新計劃，其中編組中的每一機車可需要不同的制動選項。例如，如果火車開向小山，則領頭機車可不得不進入制動條件，而還沒有到達山峰的遠程機車可能不得不停留在驅動狀態中。圖8、9和IO描繪了搡作員使用的動態顯示的示範圖示。圖8圖示了提供的旅行分布圖72。在該分布圖中，指明了機車的地點73。提供了火車中的例如火車長度105和車廂數目106的信息。還提供有關軌道坡度107、彎道和路邊元件]08的信息，包括橋地點109和火車速度10。顯示68允許操作員瀏覽這樣的信息並還看到火車在路線上的位置。提供與例如閘口112、信號燈114、變速車道116、路標118和目的地120的地點的距離和/或估計到達時間有關的信息。還提供到達時間管理工具125,以允許用戶確定旅行期間實現的燃料節約。操作員具有改變到達時間127並目睹其如何影響燃料節約的能力。如這裡討論的，本領域技術人員將認識到燃料節約僅是可利用管理工具回顧的一個目標的示範示例。由此，取決於瀏覽的參數，可利用操作員可視的管理工具瀏覽和估計這裡描述的其他參數。還向搡作員提供有關乘務員操作火車的持續時間的信息。在示範實施例中，時間和距離信息中的任一個可圖示為在特定事件和/或地點之前的時間和/或距離，或者其可提供總用時。'如圖9所示，示範顯示提供有關編組數據130、事件和地勢圖形132、到達時間管理工具134、和動作按鍵136的信息。也在該顯示中提供上述類似信息。顯示68也提供動作按鍵138,以允許操作員重新計劃以及脫離(disengage)140本發明不同實施例的設備。圖]0描繪了顯示的另一示範實施例。包括氣閘狀態72、其中插入數字的模擬速度計74、以及有關以磅數表示的牽引作用力的信息(或用於DC機車的牽引安培)的現代機車的典型信息是可視的。指示器74示出了正執行的計劃中的當前最佳速度以及加速計圖示，以補克mph/分鐘的讀出。最佳計劃執行的重要新數據在屏幕的中心，包括起伏的條狀圖示76,具有與這些變量的當前歷史相比的最佳速度和檔位設置與距離。在該示範實施例中，利用定位器元件得出火車的地點。如圖所示，通過標識火車距其最終目的地有多遠、絕對位置、初始目的地、中間點和/或操作員輸入，來提供地點。條狀圖提供了對遵循最佳計劃所需的速度改變的預測，這在手動控制中是有用的，並在自動控制期間監視計劃與實際情況。如這裡討論的，例如當在訓練模式中時，操作員可遵循本發明建議的檔位或速度。豎線給出了期望的和實際的檔位的圖示，其也在條狀圖的下面數字地顯示。當利用連續檔位動力時，如上所述，顯示可僅在最接近的離散等效物周圍，該顯示器可以是模擬顯示器，使得顯示模擬等效物或百分比或實際馬力/牽引作用力。有關旅行狀態的臨界信息顯示在屏幕上，並示出了火車遇到的當前坡度88,由領頭機車、沿火車的別處地點遇到，或由火車長度的平均值遇到。還公開了計劃中行進的積累距離90、積累使用的燃料92、計劃的下一車站的地點或距離94、以及下一站的當前和規劃到達時間96。顯示68還示出了在計算的計劃可用的情況下到目的地的最大可能時間。如果需要稍晚到達，則執行重新計劃。德爾塔計劃數據示出了當前最佳計劃之前或之後的燃料和調度狀態。負數表示與計劃相比更少燃料或更早，正數表示與計劃相比更多燃料或更晚。典型地，這些參數沿相反方向折衷(減慢以節約燃料使得火車晚，反之亦然)。這些顯示68—直給予操作員關於當前制定的駕駛計劃的旅行狀態的簡短描述(snapshot)。該顯示僅是為了圖示的目的，因為存在用於向操作員和/或派遣中心顯示/傳遞該信息的多種其他方式。.為此，可向該顯示添加上述信息的任意其他項，以提供與公開的那些不同的顯示。可在本發明其他實施例中包括的其他特徵包括但不限於生成數據日誌和報告。該信息可存儲在火車上或下載到車下系統。該下載可經由手動和/或無線傳輸而發生。該信息也可經由機車顯示器由操作員瀏覽。該數據可包括例如但不限於操作員輸入、系統可操作的時間、節約的燃料、火車中機車之間的燃料不平衡、不在規定過程的火車旅程和例如GPS傳感器故障的系統診斷問題的信息。由於旅行計劃也必須考慮許可乘務員操作時間，所以本發明的實施例可當計劃旅行時考慮這樣的信息。例如，如果乘務員可工作的最大時間是八小時，則旅行可被形成為包括用於新乘務員替換當前乘務員的停車地點。這樣的特定停車地點包括但不限於鐵路站場、相遇/經過的地點等。當進行旅行時，如果可超出旅行時間，則操作員可無視本發明的一個實施例，以滿足操作員確定的其他標準。最終，不管例如但不限於高負荷、低速度、火車伸展條件等的火車的操作條件，操作員保持在控制之下，以命令火車的安全速度和/或操作條件。根據本發明的不同方面，火車可在多個不同操作構思中操作。在一個操作構思中，本發明提供用於命令推進和動態制動的命令。操作員處置所有其他火車功能。在另一操作構思中，本發明提供用於僅命令推進的命令。操作員處置動態制動和所有其他火車功能。在另一操作構思中，本發明提供用於命令推進、動態制動和應用氣閘的命令。操作員處置所有其他火車功能。本發明的實施例還可向操作員通知感興趣的即將到來的項目或要採取的動作，例如本發明的預報邏輯、優化旅行計劃的繼續校正和重新計劃、軌道資料庫。還可向操作員通知即將到來的閘口、信號燈、坡度改變、制動動作、旁軌、鐵路站場、燃料站等。這些通知可以可聽地和/或通過操作員接口發生。特別是，利用基於物理的計劃模型、火車設置信息、車載軌道資料庫、車上操作規則、地點確定系統、實時閉環動力/制動控制、以及傳感器反饋，系統向操作員呈現和/或通知需要的動作。該通知可以是可視的和/或可聽的。示例包括通知要求操作員激活機車號和/或鈴的閘口和不要求操作員激活機車號或鈴的"無聲"閘口。在另一示範實施例中，利用上述基於物理的計劃模型、火車設置信息、車載軌道資料庫、車上操作規則、地點確定系統、實時閉環動力/制動控制、以及傳感器反饋，本發明的一個實施例可呈現允許操作員觀察火車何時將到達各地點的操作員信息(例如，顯示器上的刻度)，如圖9所示。系統允許操作員調整旅行計劃(目標到達時間)。也可將該信息(需要導出車下的實際估計到達時間或信息)傳遞到派遣中心，以允許派遣員或派遣系統調整目標到達時間。這允許系統快速調整和優化合適的目標功能(例如，折衷速度和燃料使用)。多個鐵路車輛(機車、鐵路車廂、火車、路上維護車輛和其它動力車輛)在固定或可移動軌道段(稱為軌道區間)內在鐵路網絡上操作，其中區間入口點處的實或合成信號燈指明區間的當前狀態。該信號燈向接近該區間的鐵路車輛的操作員建議是否允許進入該區間，並且如果是，則也可建議可進入該區間的限速。該區間進入速度典型地響應於沿著車輛的當前行進路徑的下一個(多個)隨後區間的狀態而確定。區間信號燈包括提供信號燈指示的信號燈示象(aspect)(例如有色燈或手臂位置的可視元件)。該指示向車輛操作員建議是否可進入該區間，並當車輛進入該區間並通過該區間行進時，還可建議(多個)車輛速度。例如，該指示可命令車輛一旦進入該區間或在該區間中的特定地點，就立即降低速度。該指示還可命令下一區間的速度限制。區間佔有率檢測器感測車輛是否佔用了區間，並因此關聯控制組件配置所佔用的區間之前的區間信號燈。存在多個不同類型的區間信號燈示象，每一示象具有與示象關聯的唯一指示。例如，亮信號燈可包括控制為開或關狀態的單一有色燈、或由單一燈照亮的多色透鏡，其中控制透鏡移動以將期望的透鏡顏色放置在燈前面。其它燈信號燈包括可操作為具有多個有色透鏡和閃光燈的多個燈。儘管當車輛接近示象時，車輛操作員將可視地感知到該信號燈示象，但是各種車上組件也將該示象傳遞到操作員。軌道信號燈附近的電組件生成代表該信號燈示象的電信號。當車輛經過或靠近這些組件時，將電信號傳輸到機車上的感應拾取線圈。由此在機車駕駛室(cab)中向操作員呈現信號燈示象的指示。其它信令系統包括軌道信號燈和機車之間的無線通信鏈路。接近另一車輛佔用的區間的車輛將(典型地)看到指示車輛必須在尚未到達該區間時停車的紅色示象。接近未佔用區間(清除區間)的車輛將典型地看到指示車輛可以按照其當前速度進入該區間的綠色示象。黃色示象的各種配置指示限速進入該區間並限速穿過該區間。例如，軌道段包括第一和第二串行區間，其中第一車輛接近第一區間，而第二車輛佔用第二區間。可允許接近的第一車輛按照以下限速進入第一區間，該限速允許如果第一車輛在第二車輛離開第二區間之前到達第二區間的入口點、則第一車輛安全停車。由此，車輛一個一個區間地穿過軌道網絡，其中控制每一區間的入口，以避免其中兩個車輛佔用同一區間的情況。轉轍器(switches)。轉轍器信號燈指示由轉轍器分支定義的區間的狀態，並還可指示轉轍器位置，這允許接近車輛的操作員確定是否對於期望的軌道分支設置該轉轍器。區間信號燈示象(和轉轍器信號燈示象)以及關聯指示基於區間的佔用狀態而精確地建議區間(和轉轍器)的實時狀態。然而，為了控制鐵路網絡和網絡上的各車輛的移動，派遣人員可能必須根據穿過網絡的車輛的規劃的未來地點，來設置區間信號燈和轉轍器信號燈。隨著這樣的關於未來車輛地點的預測向後擴展到未來，這樣的預測越來越不精確。車輛移動的不可預測的性質可促使派遣人員保守地設置信號燈，導致穿過鐵路網絡的降低的效率。這些未來區間和轉轍器信號燈預測的不確定性是由於許多不可控制的原因引起的，包括但不限於例如天氣、雪、冰和暴風雨的環境條件；例如車廂、機車、鐵路和路邊器材的器材機械故障；例如車輛處置和速度設置的乘務員工作行為；例如軌道和路邊器材修理的維護工作；以及車輛事故和出軌。結果，僅對於到目前為止並包括當前狀態的過去狀態，而精確知道其中至少兩個車輛穿過或利用同一軌道段的軌道段的任意區間信號燈或轉轍器信號燈的狀態。上述旅行優化器的實施例基於車輛行進路徑上的下一區間或轉轍器信號燈的狀態，而使車輛減慢或使車輛停車。一般來說，旅行優化器算法將速度降低為使得燃料消耗最小化的速率，這允許車輛象要求的那樣在期望的軌道地點達到期望的速度，以執行區間佔用規則和速度限制。例如，如果當第一車輛進入區間時向該第一車輛呈現限制指示，則標準車輛控制規則要求該車輛減慢到指定速度，使得在第一車輛到達區間進入點時當前佔用下一區間的第二車輛還沒有騰出地方的情況下，第一車輛可在進入下一區間之前安全停車。根據旅行優化器的其它實施例，對前面的區間信號燈的狀態進行預期或可能性確定，並且根據最可能的將來區間狀態來控制車輛的速度軌跡，由此在增加網絡吞吐量的同時優化燃料消耗。如果接下來的幾個(例如，一個、兩個、三個或多個)信號燈的當前狀態是已知的(由它們的相應區間佔用率確定)，並且可攔截車輛路徑的其它車輛的地點、速度、到達時間和/或行進方向(例如，行進參數)是已知的，則旅行優化器對車輛將遭遇的信號燈的將來狀態進行可能性確定。響應於此，旅行優化器基於所確定的在車輛到達這些信號燈之前隨後區間信號燈將改變/清除的可能性，而修改車輛的速度軌跡(牽引和制動作用力施加)。由於可能性確定不能決定性地確定隨後信號燈的將來狀態，所以旅行優化器還控制車輛的速度軌跡，以允許在向車輛呈現的實時信號燈狀態不同於預測的狀態時，該車輛可安全停車或減慢。可能性確定可指示當車輛接近沿著車輛行進路徑的軌道區間時、這些區間是否可清除，這允許不受阻礙地進入該清除區間。在確定該可能性時，可考慮多個車輛和軌道網絡參數和條件。如果確定的可能性相對高，則根據響應於預測的區間狀態的速度軌跡來控制車輛。一般來說，旅行優化器將不使用低可能性預測的將來區間佔用率來控制車輛。例如，假設前方區間當前被佔用，但是確定以下事件具有相對高的可能性當車輛到達區間進入點時，區間將被清除。車輛的旅行優化器由此根據區間將被清除的預測來確定車輛的速度軌跡。由此在該行進間隔期間優化了車輛的燃料消耗。然而，速度軌跡也可考慮前方區間沒有象預測的那樣被清除的可能性。認識到該條件發生的可能性低於清除區間，速度軌跡包括速度降低的延遲開始，即，如果前方區間沒有被清除，則根據需要，將速度降低延遲到提供使車輛停車或減慢的足夠時間/距離的稍後時間或者前方軌道地點。然而，速度降低的延遲開始可需要更強烈的制動施加，以使得車輛減慢或停車。但是認識到將實際上需要更強烈的制動施加的似然性很低。由此，一個實施例的旅行優化器在滿足區間佔用規則的同時進一步優化車輛旅行期間的燃料消耗。如果關於將來區間佔用的預測是錯誤的，則仍然可實現一些燃料優化。此外，在鐵路網絡中應用這些可能性構思將改善多數車輛的燃料效率，因為多數車輛遭遇了可預測的軌道佔用率。儘管各車輛的燃料消耗可能並不總是優化的，但是將改善整個鐵路網絡的燃料消耗。可以以更大的精度預測時間上更靠近的事件，並因此可以以更大的信心將該事件實現在它們將遵循的旅行優化器速度軌跡中。例如，對於包括第一和第二串行區間的軌道網絡，如果前方車輛幾乎從第二區間中清除，則可能沒有必要在感興趣的車輛進入第一區間時使得該車輛減慢，因為在感興趣的車輛到達第二區間的入口點之前，前方車輛將可能清除了第二區間。因此，旅行優化器算法基於信號燈將清除的可能性來修改感興趣的車輛的速度軌跡，允許其按照維持的速度行進通過該區間。在一個實施例中，旅行優化器使用閾值可能性來確定速度軌跡。例如，如果前面區間將清除的可能性大於預定閾值可能性，則假設前方清除的區間來確定速度軌跡，如果將來事件不是象預測的那樣，允許根據需要使車輛停車或減慢。在另一實施例中，代替使用閾值可能性值，所確定的可能性控制啟動速度降低的時間/軌道地點。前方區間將清除(即，車輛將看到綠色指示，並由此被允許以其當前速度進入該區間)的較低可能性將導致更早的(即，時間/軌道地點)速度降低啟動。開始速度降低的時間/軌道地點響應於該可能性。燈前方區間將清除的較高可能性導致較晚開始速度降低。開始速度降低的時間/軌道地點再次響應於該可能性值。然而，啟動速度降低的時間/軌道地點總是被確定為當車輛遭遇軌道信號燈時，允許實時遵照(comp1iancewith)該軌道信號燈。可例如從鐵路派遣中心通過無線通信鏈路供應確定上述可能性所需的例如車輛地點、它們的速度和行進路徑的操作信息，以由車上旅行優化器使用。作為選擇，可通過機車和派遣中心之間的其它通信鏈路來供應該信息。在工作車輛之間具有通信鏈路的鐵路網絡中，可在同一行進路徑上的車輛之間直接供應該信息。可以由感興趣的車輛前方的車輛來提供該信息。例如，前方車輛可建議其速度、位置和清除該區間的估計時間中的一個或多個。作為選擇，如果前方車輛供應地點、速度、速度軌跡(基於坡度/軌道信息)、距下一區間的距離中的一個或多個，則在感興趣的車輛上運行的旅行優化器算法可計算下一區間的預測狀態。在另一實施例中，感興趣的車輛可基於前方車輛的類型，例如乘客、高優先級或低優先級，來估計將清除下一區間的時間。可根據其確定前方清除區間的可能性的信息也可從信號燈直接供應到車輛。取決於旅行優化算法運行的地點，可通過有線、無線、射頻、聲學、電力線載波、光學和手動操作員技術來將操作信息傳送到該地點。根據另一實施例，旅行優化器使用過去經驗的知識或通常遇到的隨後信號燈的指示，來預測這些信號燈的狀態，並根據這些預測來開發速度軌跡。如果存在信號燈將清除的相對高的可能性(基於過去經驗)，則車輛可能沒有必要減慢。代替的是，可將速度降低(通過施加制動作用力或降低牽引作用力)延遲到稍後時間或軌道地點。在該時間或軌道地點，確定實時信號燈狀態，並且相對於速度控制作出的判決，例如如果信號燈還沒有清除，則開始根據需要減慢車輛以在期望地點停車，或者如果還沒有清除這些信號燈，則允許車輛按照該速度經過該區間。圖IIA和11B圖示了鐵路火車的所描述的構思。區間401中的沿箭頭404指示的方向行進的火車400在區間412的入口點處接近黃色信號燈示象408，並在區間420的入口點處接近紅色信號燈示象414。沿箭頭423指示的方向行進的火車418似乎靠近區間420的出口。圖11B圖示了當火車400越過區間401時、當火車400不知道有關區間412和420的狀態的信息時的火車400的速度軌跡440。在橫坐標上呈現速度值，而在縱坐標上呈現時間、距離或地點。可以看出，根據軌跡段440A,火車從速度S1減慢，以在信號燈408處達到速度S2。速度S2足夠慢，以允許火車減速，從而如果當火車400到達入口點時火車418還沒有離開區間420,則火車400可在區間420的入口處(信號燈示象4]4)停車。可在區間412中採用不同減速功能或軌跡段440B，使得在信號燈示象414處的速度D3為零。作為選擇，軌跡段440A和440B可以類似，每一軌跡段(和速度S2)可根據所需要的鐵路實踐來確定和/或每一速度軌跡可基於火車400和418的類型和優先級、它們的速度和行進方向以及速度值Sl來確定。速度軌跡440A和440B作為選擇可以是非線性的。在其中旅行優化器基於將來區間佔用率來預測將來信號燈示象的實施例中，如果存在火車400到達區間入口點(信號燈示象414)之前區間420將清除的相對高可能性，則根據示範速度軌跡444來控制火車400。該軌跡允許火車400沿軌跡段444C維持其速度Sl,直到到達火車400開始沿軌跡444A減速的點(或時間)444B為止，如果在該時間處區間420還沒有清除的話。如果在點444B處該區間420清除，則火車400繼續在速度軌跡444D上。選擇點444B，以允許火車400通過根據速度軌跡444A減速而在信號燈示象408處達到速度S2，並還可響應於在火車400到達信號燈示象44之前火車418將清除區間420的可能性而選擇點444B。例如，響應於區間420將清除的相對低可能性，減速啟動點444B在時間上向回移動(允許較不強烈的減速或制動作用力，以在信號燈示象408處達到速度S2)。響應於區間420將清除的相對高可能性，減速啟動點444B在時間上向前移動(需要較強烈的減速或制動作用力，以在信號燈示象408處達到速度S2)。如果點444B是火車可開始減速以在信號燈示象408處達到速度S2的最後點或時間，並且存在在火車400到達信號燈示象408之前區間420將清除的相對低可能性，則有效的鐵路和火車操作建議較早啟動減速以節省燃料。作為移動減速點444B的替換方案或其附加方案，可響應於所確定的可能性來控制軌跡段444A的斜率。應注意，速度軌跡444在與速度軌跡440相同的點或時間處，將火車400減速為速度S2，但是需要更強烈的制動，如比軌跡線段440A的斜率幅度更大的軌跡線段444A的斜率幅度所示。然而，在基於當火車400穿過速度軌跡444C時(即，在軌跡444上的點444B處開始其速度降低之前)區間420將清除的相對高可能性來選擇點444B的情況下，很可能將允許火車400經過清除的信號燈414，並由此實際上將不需要速度降低。儘管由於制動比通常採用的更強烈而使得軌跡440的速度降低可能有些不尋常，但是認識到，不可能實現該軌跡，因為很可能在火車400到達區間420的入口點之前、火車418將離開區間420並清除信號燈414。然而，在火車418不象預測的那樣清除區間420的情況下，火車400在正確的地點被減慢到正確速度S2，並且不危及火車安全。圖11B所提出的各種速度軌跡及其段(和速度S2)中的每一個可根據要求的鐵路實踐來確定和/或每一速度軌跡可基於火車400和418的類型和優先級以及速度值S1來確定。速度軌跡可以是非線性的，取決於所確定的可能性、鐵路操作和其它火車參數，速度隨時間增加或速度隨時間減小。儘管可相對於定量可能性值來描述本發明的可能性確定特徵，但是其它實施例可採用似然性或可能性的可能性範圍或量化估計，特別是因為認識到存在多個因素，包括時變因素，其影響通過區間420的火車418的行進，並由此影響火車418將在期望時間之前清除區間420的可能性。在另一實施例中，通過區間的車輛的速度響應於進行可能性確定的區間離開速度(或轉轍器通過速度)。即，響應於下一區間將不及時清除的相對高可能性以第一速率降低速度，並響應於下一區間將及時清除的相對高可能性以第二速率降低(或維持或甚至增加)速度。由此，速度降低速率和在速度降低間隔末端的目標速度響應於在火車400到達區間入口點之前下一區間將清除的可能性。圖11B圖示的速度軌跡448描繪了這樣的與速度軌跡444相比不同的減速速率，並可根據比與速度軌跡444關聯的區間420將清除的可能性更低的可能性而實現。下面描述的速度控制和制動機制嘗試響應於關於沿車輛行進路徑的將來區間佔用率所確定的可能性或似然性估計，來限制燃料消耗並降低制動作用力。這些技術降低當前鐵路操作中常見的"趕快並等待"場景。在另一實施例中，連續或在軌跡段444C期間的多個時間點處確定火車418清除區間420的似然性。隨著計算的可能性增加，開始速度降低的點444B可在時間上向前移動，而隨著可能性減小，點444B可在時間上向回移動。根據另一實施例，如果旅行優化器在開發當前旅行的優化旅行計劃時考慮有關同一軌道段上的先前操作的信息，則可改善車輛性能。例如，向旅行優化器供應有關在同一軌道段上的先前旅行期間的以下條件的信息信號燈狀態、操作員動作、不期望的車輛或軌道條件以及車輛擁堵。使用該信息來開發用於計劃該旅行的統計基礎，假設高優先級事件將象過去一樣發生。例如，如果某些信號燈示象在軌道段上的先前旅行的90%中呈現，則旅行優化器假設相同的信號燈將在當前旅行中呈現，並因此開發速度軌跡。在計劃的旅行期間，旅行優化器檢查實時信號燈示象，其中分配足夠時間，以允許其在信號燈示象不象已預測的那樣的情況下、使得車輛安全減慢。由此，沒有經受住其可能性基礎，該軌跡包括用於在實時事件與預測的事件不同的情況下安全控制車輛的足夠容限(時間和/或距離)。作為這些統計考慮的結果，在合計(aggregate)基礎上，旅行優化器改善了車輛效率。即，當由於信號燈示象和預測的不同並且車輛可因此需要沿"無效的"速度軌跡減慢或停車、而使得可能不改善每一旅行的優化時，可對於大部分車輛旅行改善車輛效率，即改善總體企業效率。因為車輛和軌道條件可與旅行優化器在生成速度軌跡時假設的不同，所以可能存在引起增加燃料消耗的不必要的制動應用。類似地，當在幾乎每一車輛在某一軌道段上運行期間發生某些條件(例如車輛擁堵)時，旅行優化器的另一實施例在開發速度軌跡時考慮該統計信息。由此，根據本發明另一實施例，不基於最壞情況或最好情況效率，而是基於最可能的操作條件或可能的操作條件的範圍，通過考慮這些條件的統計本質，來生成旅行計劃。儘管某些旅行優化器實施例僅使用離散數據來開發速度軌跡，但是該實施例通過進一步使用可提供(至少總計上)改善性能的統計信息來提供改善。對於每一轉轍器或區間信號燈，存在取決於例如時間、季節、交通類型等的車輛交通圖案的典型或最可能的設置。如果可確定最可能的設置，則調整車輛速度，使得達到最佳區間/轉轍器離開速度。代替確定平均設置，可取決於信號燈設置與可達到的燃料效率改善平均值和改善量之間的變化來使用其它統計參數(例如雙E限制)。根據本發明另一實施例，計算總體任務速度，以優化區間內的操作參數並優化區間離開速度。即，如果計劃工具在路由選擇區間的結尾添加時間緩衝器，則在該區間和時間緩衝器之間的邏輯接口處，可優化總體速度，以允許使用該時間緩衝器，用於更低區間速度，避免插入大速度轉變。由此，當採用時間緩衝器時，可在上述速度軌跡中考慮該時間緩沖器，以使得大速度轉變(即，大制動應用)最小化。在另一實施例中，該旅行優化器考慮竟爭同一鐵路資源的兩個車輛之間的仲裁。選擇提供更有效的操作結果的車輛來利用資源，由此優化燃料消耗和/或網絡效率，因為不太可能優化兩個車輛的速度軌跡。例如，當兩個車輛接近它們中的每一個需要使用單一軌道段的交叉點時，仲裁機制確定兩個車輛中的哪一個將導致更優化的鐵路網絡。優化算法基於單獨車輛操作參數和鐵路網絡參數來確定較好選擇。車輛燃料效率、最大允許鐵路速度、平均鐵路速度、到達目的地的優先級是該優化算法考慮的一些因素。而且，該算法還可考慮類似軌道段上的類似車輛的先前遭遇的結果。例如，先前遭遇可已產生用於一個車輛的過度增加的制動或已促使一個.車輛超出加速限制。該優先級確定也可基於局部、區域或網絡級別，並可包括但不限於貨物、到達時間、燃料效率、需要的乘務員改變的時間、乘務員改變點、單獨車輛的狀況、排放需求等。優化算法一般是已知的並可使用以下技術中的任一個來優化功能近似成功、查找表、閉式方案、卡爾曼濾波器、時間序列泰勒、這些技術的擴展或任意組合。(可在車輛車上或在派遣中心處運行的)上述優化算法中使用的數據可以通過手動數據傳輸從例如局部、區域或全局派遣中心的車下器材提供到車輛。如果在路邊器材中運行該算法，則可由經過的車輛或經由派遣中心向其傳輸必要數據。也可利用車下、車上或路邊計算機和數據傳輸器材，而自動執行數據傳輸。在鐵路網絡中的任何地方利用計算機實現的手動數據傳輸和自動數據傳輸的任意組合可根據本發明不同實施例的教義來調和。本發明構思主機處理器計算優化數據的多個選項，包括在要優化的車輛的機車上、在路邊器材中、在車下(在派遣中心模型中)或在鐵路網絡上的另一地點處處理該算法。可以由例如車輛或機車操作參數的改變的指定事件來預先調度、實時處理或驅動運行，所述操作參數是與感興趣的車輛相關的或與可由感興趣的車輛中途阻止的其它車輛相關的操作參數。本發明實施例的方法和設備提供了改善的機車燃料效率和網絡效率(在局部、區域和全局級別)。優化技術還提供折衷效率、速度和優先級的能力。由於本發明實施例的技術是可伸縮的，所以即使不在網絡上實現，它們也可提供直接的鐵路網絡利益。也可在不必考慮整個網絡的情況下，考慮局部折衷。後面車輛將以更高的平均速度遭遇更好的鬆散時間。所以可沿著同一軌道承載更多車輛，而沒有附加軌道資源花費。儘管已在被當前看作優選實施例的實施例中描述了本發明的各種實施例，但是許多變化和修改對於本領域技術人員來說將變得明顯。例如，儘管在包括機車和鐵路車廂的火車操作的鐵路網絡的上下文中進行了描述，但是本發明的教義也可應用到包括但不限於市際火車、短程快速載客交通工具和有軌電車的其它基於軌道的系統和車輛。因此，本發明不意欲限於特定圖示實施例，而是在所附權利要求的完整精神和範圍內進行解釋。權利要求1.一種用於在沿軌道段旅行期間操作包括第一鐵路車輛的鐵路網絡的系統，該系統包括:第一元件，用於確定該第一鐵路車輛的行進參數；第二元件，用於相對於在該旅行期間該第一車輛要穿過的軌道段而確定第二鐵路車輛的行進參數；處理器，用於從所述第一和第二元件接收信息，並用於確定該第二車輛對軌道段的佔用和該第一車輛稍後對同一軌道段的佔用之間的關係；和嵌入在該處理器中的算法，用於存取該信息，以創建確定第一車輛的速度軌跡的旅行計劃，其中該速度軌跡響應於該關係並進一步依照該第一車輛的一個或多個操作標準。2.根據權利要求l的系統，其中該關係包括當第一車輛到達該軌道段的入口點時、該第二車輛將佔用該軌道段的可能性。3.根據權利要求2的系統，其中該可能性指明第二車輛對軌道段的佔用是否將影響第一車輛根據該旅行計劃對同一軌道段的佔用。4.根據權利要求l的系統，其中該可能性確定降低第一車輛的速度的時間，以避免第一車輛與第二車輛佔用軌道段同時地佔用同一軌道段。5.根據權利要求4的系統，其中降低該第一車輛的速度的速率允許第一車輛在稍後時間達到期望速度。6.根據權利要求1的系統，其中該速度軌跡包括速度降低時間和速度降能性的關係，而較早的速度降低時間或較小的速度降低速率響應於包括較高可能性的關係。7.根據權利要求l的系統，其中該關係確定降低第一車輛的速度的軌道地點，以避免第一車輛與第二車輛佔用軌道段同時地佔用同一軌道段。8.根據權利要求7的系統，其中降低第一車輛的速度的速率允許該第一車輛在該第二車輛佔用的軌道段的入口點處達到期望速度。9.根據權利要求1的系統，其中該行進參數包括地點、速度、旅行計劃、類型、到達時間、行進方向和優先級中的一個或多個。10.根據權利要求1的系統，其中該關係包括當第一車輛到達該軌道段的入口點時該第二車輛將佔用該軌道段的可能性，並且其中對於小於預定可能性閾值的可能性，確定該速度軌跡，使得第二車輛對軌道段的佔用將不幹擾第一車輛對同一段的佔用。11.根據權利要求1的系統，其中該處理器在該第一車輛車上，並且該第二元件通過有線、無線、無線電定位、射頻、聲學、電力線載波、光學和手動處理來供應該第二車輛的行進參數。12.根據權利要求1的系統，其中該速度軌跡包括緊靠該第二車輛當前佔用的軌道段之後的軌道段的速度軌跡。13.根據權利要求l的系統，其中響應於該關係中的時變改變而隨時間修改該速度軌跡。14.根據權利要求l的系統，其中該關係還響應於軌道段上的車輛的先前操作。15.根據權利要求1的系統，其中該關係還響應於軌道條件以及所述第一和第二車輛中的每一個的操作條件。16.根據權利要求1的系統，其中該關係還響應於指示車輛對軌道段的佔用的軌道信號燈。17.根據權利要求16的系統，其中該可能性還響應於軌道信號燈的最可能指示。18.根據權利要求1的系統，其中該速度軌跡還響應於所述第一和第二車輛之間的相對優先級。19.根據權利要求1的系統，其中該第二元件確定相對於軌道段的該第二車輛的實時地點，而該處理器響應於第二車輛的實時地點和行進參數而確定第二車輛的預測地點。20.根據權利要求1的系統，還包括控制元件，用於自發引導車輛遵循該速度軌跡。21.根據權利要求l的系統，其中該搡作員根據該速度軌跡引導車輛。22.根據權利要求1的系統，其中該算法自發確定該可能性，並響應於從所述第一和第二元件接收的信息而更新該速度軌跡。23.根據權利要求l的系統，其中該軌道段包括多個軌道區間之一，並且其中該第二元件確定相對於軌道區間的第二車輛的地點，並且其中該算法響應於第二車輛在包括第一車輛的旅行的軌道段的軌道區間中的存在，而優化第一車輛的性能。24.根據權利要求23的系統，其中該算法響應於相對於包括第一車輛的旅行的軌道段的軌道區間的第二車輛的預測的未來地點，而優化該第一車輛的性能。25.根據權利要求24的系統，其中該算法響應於與第二車輛的預測的未來地點關聯的可能性，來優化該第一車輛的性能。26.根據權利要求24的系統，其中如果該第二車輛的實際未來地點不同於預測的地點，則該速度軌跡提供對第一車輛的合適控制。27.根據權利要求24的系統，其中該預測的未來地點響應於在軌道段上的先前旅行期間的第二車輛的過去地點。28.根據權利要求24的系統，其中該第二車輛的預測的未來地點響應於該第二車輛的當前和未來軌道條件以及當前和未來操作參數中的一個或多個。29.根據權利要求1的系統，其中該速度軌跡包括第一車輛離開每一軌道段的離開速度。30.根據權利要求1的系統，其中該第二元件響應於從遠程地方或路邊器材提供的地點信息，來確定第二車輛的地點。31.根據權利要求l的系統，其中所述第一和第二鐵路車輛包括相應的第一火車和第二火車，該第一火車還包括第一機車和第一鐵路車廂，而該第二火車還包括第二機車和第二鐵路車廂。軌道段旅行期間、操作包括該車輛的鐵路網絡的系統，該系統包括第一元件，用於確定該車輛的行進參數；第二元件，用於確定其它車輛的行進參數；處理器，可操作為從所述第一和第二元件接收信息；和嵌入在該處理器中的算法，用於存取該信息，以響應於該車輛的行進參數和所述其它車輛的行進參數並依照該車輛的一個或多個搡作標準，來創建優化該車輛的性能的旅行計劃。32.33.根據權利要求32的系統，其中所述其它車輛的行進參數之一包括所指示軌道段的佔用狀態的信號燈，並且其中該第二元件響應於該信號燈確定所述其它車輛的地點。34.根據權利要求32的系統，其中所述車輛的行進參數包括車輛的地點或自從車輛開始旅行以來的時間，並且其中所述其它車輛的行進參數包括速度、地點、行進方向和相對優先級。35.根據權利要求32的系統，其中該處理器根據旅行計劃確定所述其它車輛中的一個或多個將佔用軌道段的可能性，該可能性影響車輛對同一軌道段的佔用。36.根據權利要求32的系統，其中該處理器確定降低車輛速度^時間，以避免與所述其它車輛之一佔用軌道段同時地佔用同一軌道段。37.根據權利要求32的系統，其中該處理器確定降低車輛速度的速率，以允許該車輛在稍後時間達到期望速度。38.根據權利要求32的系統，其中該旅行計劃包括開始速度降低的時間或軌道地點、以及車輛的速度降低的速率。39.根據權利要求32的系統，其中該處理器根據該旅行計劃確定所述其它車輛之一將佔用軌道段的可能性，該可能性影響車輛對同一軌道段的佔用，並且其中該處理器響應於該可能性修改該旅行計劃。40.根據權利要求39的系統，其中該旅行計劃包括車輛將開始速度降低的時間以及速度降低的速率，並且其中較遲的開始速度降低的時間或較大的速度降低速率響應於第一可能性，而較早的開始速度降低的時間或較小的速度降低速率響應於小於該第一可能性的第二可能性。41.根據權利要求32的系統，其中該處理器確定降低該車輛的速度的軌道地點或時間，以避免進入所述其它車輛之一所佔用的軌道段。42.根據權利要求41的系統，其中降低該車輛的速度的速率允許該車輛在所述其它車輛之一佔用的軌道段的入口點處達到期望速度。43.根據權利要求32的系統，其中該處理器在該車輛車上，並且該第二元件通過有線、無線、無線電定位、射頻、聲學、電力線載波、光學和手動處理來供應所述其它車輛的行進參數。44.根據權利要求32的系統，其中該處理器響應於所述其它車輛的隨時間變化的行進參數隨時間修改該旅行計劃。45.根據權利要求32的系統，其中該車輛的行進參數和所述其它車輛的行進參數包括所述車輛和所述其它車輛之間的相對優先級。46.根據權利要求32的系統，其中該第二元件響應於所述其它車輛的行進參數確定所述其它車輛的實時地點，並且該處理器響應於所述其它車輛的行進參數確定所述其它車輛的預測地點。47.根據權利要求32的系統，其中該車輛包括火車，該火車還包括第一機車和第一鐵路車廂，並且其中所迷其它車輛中的每一個包括機車。48.—種用於在沿鐵路網絡的軌道段旅行期間操作鐵路車輛的方法，該方法包括確定該車輛的行進參數；確定穿過該網絡的其它車輛的行進參數；和響應於該車輛的行進參數和所述其它車輛的行進參數運行算法，以依照該車輛的一個或多個操作標準來優化車輛性能。49.根據權利要求48的方法，其中該車輛的行進參數包括該車輛的地點或自從該車輛開始旅行以來的時間，並且其中所述其它車輛的行進參數包括相對於軌道段的地點、速度、旅行計劃、類型、到達時間、行進方向和優先級中的一個或多個。50.根據權利要求48的方法，其中該鐵路網絡還包括響應於所述其它車輛相對於軌道段的地點指示軌道段的狀態的信號燈，並且其中確定所述其它車輛的行進參數的步驟還包括確定所述信號燈的條件，以確定所述其它車輛的地點。51.根據權利要求48的方法，其中該運行步驟確定所述其它車輛之一對軌道段的佔用將影響該車輛對同一軌道段的佔用的可能性，並還根據該可能性來優化該車輛的性能。52.根據權利要求51的方法，其中該車輛的速度、降低該車輛的速度的時間或軌道地點、以及速度降低速率中的一個或多個響應於該可能性。53.根據權利要求48的方法，其中該運行步驟還包括響應於所述其它車輛的行進參數確定該車輛的速度軌跡。54.根據權利要求53的方法，其中該運行步驟還包括確定所述其它車輛的預測將來地點，並且其中該車輛的速度軌跡對其做出響應。55.根據權利要求54的方法，其中該運行步驟還包括確定所述其它車輛的實時地點，並且如果該實時地點不同於該預測地點，則修改該速度軌跡。56.根據權利要求48的方法，其中該運行步驟還包括確定所述其它車輛的預測將來地點，確定所述其它車輛相對於軌道段的預測將來地點將影響該車輛對同一軌道段的佔用的可能性，並根據該可能性優化該車輛的性能。57.根據權利要求56的方法，其中所迷其它車輛的預測將來地點響應於在所述軌道段上的先前旅行期間所述其它車輛的過去地點。58.根據權利要求48的方法，其中該車輛包括火車，該火車還包括機車和鐵路車廂。59.—種計算機軟體代碼，用於在沿鐵路網絡的軌道段旅行期間操作鐵道車輛，該軟體代碼包括用於確定該車輛的行進參數的軟體模塊；用於確定穿過該網絡的其它車輛的行進參數的軟體模塊；和用於響應於該車輛的行進參數和所述其它車輛的行進參數運行算法、以依照該車輛的一個或多個操作標準來優化車輛性能的軟體模塊。60.根據權利要求59的計算機軟體代碼，還包括用於確定在該旅行期間所述其它車輛之一對軌道段的佔用將影響該車輛對軌道段的佔用的可能性、並還根據該可能性來優化該車輛的性能的軟體模塊。61.根據權利要求60的計算機軟體代碼，還包括用於響應於該可能性確定該火車的速度軌跡的軟體模塊。62.根據權利要求61的計算機軟體代碼，其中該速度軌跡的參數包括速度降低的速率、以及開始速度降低的時間或軌道地點。63.根據權利要求61的計算機軟體代碼，其中所述用於運行算法的軟體模塊還預測所述其它車輛的將來地點，並且響應於此開發該車輛的旅行計劃。64.根據權利要求63的計算機軟體代碼，其中所述用於運行算法的軟體模塊確定所述其它車輛的實時地點，確定該將來地點和該實時地點之間的差別，並因此修改該旅行計劃。65.根據權利要求63的計算機軟體代碼，其中該旅行計劃包括該車輛的速度軌跡。,全文摘要本發明的一個實施例包括一種用於在沿軌道段(401/412/420)旅行期間操作包括第一鐵道車輛(400)的鐵道網絡的系統。該系統包括第一元件(65)，用於確定該第一鐵道車輛(400)的行進參數；第二元件(65)，用於相對於在該旅行期間該第一車輛要穿過的軌道段而確定第二鐵道車輛(418)的行進參數；處理器(62)，用於從所述第一(65)和第二(65)元件接收信息，並用於確定該第二車輛(418)對軌道段(401/412/420)的佔用和該第一車輛(400)稍後對同一軌道段的佔用之間的關係；和嵌入在該處理器(62)中的算法，用於存取該信息，以創建確定第一車輛(400)的速度軌跡的旅行計劃，其中該速度軌跡響應於該關係並進一步依照該第一車輛(400)的一個或多個操作標準。文檔編號B61L27/00GK101384465SQ200780001166公開日2009年3月11日申請日期2007年9月10日優先權日2006年12月7日發明者傑拉爾德·J·赫斯,湯姆·奧特蘇伯,沃爾夫岡·多姆,約翰·E·赫爾希,阿吉思·K·庫馬申請人:通用電氣公司