用于基于模擬的運行規劃器的系統和方法技術方案

一種通過模擬多輛列車在軌道網絡上的運行來規劃列車在軌道網絡上的運行的系統和方法。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開針對為解決相遇-通過(meet-pass)規劃或運行規劃問題而開發的運行規 戈丨J器。
技術介紹
運行計劃是在預定時間段對鐵路網絡中運行列車的詳細計劃。運行計劃開始于 調度活動的列表，例如與始發、終點、工作人員(crew)調換、車頭調換、列車停車、所分配工 作、檢驗等相關聯的時刻。根據調度活動，運行規劃器生成例如相遇、通過、在同一平面的鐵 路交叉、計劃暫停(hold)和安全空間的事件。相遇-通過涉及規劃沿相反方向行駛的列車 可相互通過的相遇位置。它還涉及確定快車可超過沿相同方向行駛的慢車的通過位置。當 前，調度員通常人工制訂運行計劃。但是，運行計劃的這種人工制訂不足以有效規劃大規模 鐵路運營的運行。當前第1類鐵路運營通常涉及三萬至六萬軌道英里數，并且每天處理一千至五千 輛列車。鐵軌處理混合交通，包括各自具有其自身調度特性的大宗商品、聯運、快運貨物、汽 車、旅客等。通常，鐵路運營被分為具有控制各區域的集中調度中心的地理區域。因此，經 過許多區域的單輛列車在其旅程中看到許多調度員。與這種類型的列車規劃關聯的常見問 題是，終點(goal)可能沒有在區域上傳遞，并且一個調度員看起來良好的運行計劃實際上 可能損害整個鐵路的運營。計算運行計劃要求各種數據，包括列車時刻表(schedule)和運營成本、鐵道網的 拓撲結構、速度限制和軌道阻塞、列車的實時狀態以及調度員輸入。規劃算法使用所有這種 數據來生成運行列車的近似最佳方式。一種使用計算機化運行規劃器的現有技術方法利用稱為模擬退火(simulated annealing)的技術。在這種方法中，所有列車的調度行程均使用無對立運行時間來布置。 然后，規劃器在行程的隨機點反復插入或去除隨機延遲，從而搜索最大總計劃值。然后，規 劃器搜索更好的計劃，直至達到嘗試的最大次數，或者來自前一計劃的總計劃值的變化在 統計上不明顯。
技術實現思路
本公開針對一種計算機化運行規劃器，它使用計算機模擬對包括軌道拓撲結構、 列車時刻表和活動的問題的細節建模。該計算機化規劃器構造開始于當前時間的運行計 劃，從而始終確保可行性。它通過在短持續時間一次一個遞增地運行列車來實現這個方面， 并且重復該過程，直至列車達到其目的地或者達到歷程(horizon)的結束。附圖說明圖1是本申請一個實施例的運行計劃周期的簡化圖解表示。圖2是本申請一個實施例所提供的列車運行圖的簡化圖解表示。4圖3是本申請一個實施例的簡化流程圖。 具體實施例方式計算運行計劃要求各種數據，包括列車時刻表和運營成本、鐵道網絡的拓撲結構、 速度限制和軌道阻塞、列車的實時狀態以及調度員輸入。參照圖1，操作目標100可包括列車時刻表、列車優先級和運營成本。本公開確保 列車準時到達其目的地，同時考慮列車優先級，列車優先級實際上可以是動態的以便使運 行列車所引起的總成本最小。為了確保滿足操作目標，規劃器需要列車時刻表，該時刻表包 括作為輸入的始發位置和目的地位置、列車優先級、工作人員期滿(crewexpiration)時間 以及預期的工作人員調換位置。規劃器還確保它在制訂運行計劃時滿足多個限制110。這類限制的部分列表包 括基于軌道或拓撲結構的限制-軌道阻塞(不確定的或基于時間的)-速度限制(不確定的或基于時間的)-切換(switch)限制(不確定的或基于時間的)-高度、重量和寬度限制-旁軌限制(多輛列車、交叉點)基于列車的限制-列車優先級-列車時刻表變更-性能要求-最大可能的速率-關鍵列車-對攜帶危險材料等的列車的特殊處理活動管理要求-工作人員調換-車站活動-其它軌道上和軌道外活動，包括組合、鏈接和輔助列車規劃器能夠接收軌道和車站活動的實時狀態120，包括位置報告、延遲報告、軌道 障礙以及組成和工作人員報告。規劃器在生成運行計劃時，還必須考慮調度員發起的限制 130，例如列車當局以及鎖定相遇和通過位置。根據這些輸入，技術效果是，本公開生成所有 被調度列車在每一輛列車的規劃歷程沿軌道拓撲結構的運行的詳細計劃140。該計劃包括 用于執行包括相遇、通過、列車始發和終點、所分配工作、檢查、工作人員調換、車頭調換等 的所有列車有關活動的時刻表。圖2示出本公開所生成的運行計劃的一個示例。列車運行圖是用于可視化運行計 劃的工具。從一端延伸到另一端的軌道沿y軸線200表示。y軸線上的標簽是沿軌道的車 站。時間沿χ軸線210表示。圖中的各條線示出單輛列車在各個時間點的位置。向上的斜 線220表示沿上行(up-bound)方向行駛的列車，而向下的斜線230表示沿下行方向行駛的 列車。在任何給定點的線條的斜率是列車在那個時間點的速率。相遇和通過位置也可從列 表運行圖來推斷，其中等候的列車具有零速率M0。本公開使用詳細的模擬模型，該模型模擬軌道拓撲結構和列車的運行。然后，它為 在這種模擬環境中的各列車構建時刻表，同時以系統方式使列車在規劃周期開始時從其當 前位置運行到其相應目的地。在制訂運行計劃時必須進行多個判定。這些判定包括各列車 需要采取的從起點到目的地的路徑、規劃歷程中的相遇和通過位置、其中需要執行例如工 作人員調換的活動的位置等。對于這些判定中的每個判定存在許多可能的選擇。現實世界 的運行規劃問題極為復雜。生成可行且穩定的良好解決方案非常困難。先前已經進行的解 決這個問題的許多嘗試獲得有限的成功。本公開以系統方式在模擬環境中探索搜索空間， 以便獲得魯棒的良好解決方案。參照圖3，在一個實施例中，本公開為各列車制訂優選路線(300)。優選路線是列 車為以最佳方式實現其所有目標應當采取的最佳可能路線。除了優選路線之外，還生成多 個備選路線(310)，它們繞過優選路線的區域。選擇(320)列車中之一來模擬其運行。要 運行的列車可根據多個標準來選擇，所述標準包括列車優先級、列車已經引起的延遲、列車 已經前進的程度等。在一個實施例中，列車可運行，直至到達判定點(330)。判定點是一個 以上路線可用于列車的點，包括列車可以選擇在那一點可用的兩個或更多不同軌道段、例 如旁軌或備選軌道中之一上運行的切換點。在其它實施例中，列車可運行預定量的模擬時 間或者直到出現它因為許多原因中之一而導致的軌道不可用所以無法在其優選路線上進 一步運行的情形。這些原因包括軌道阻塞、軌道被其它列車占用等。一旦列車運行到判定 點，則進行關于列車進一步運行的評估(340)。例如，一種評估可以是關于優選路線的下一 部分是否可用的確定。如果軌道可用，則規劃器選擇該列車運行到下一判定點(320)。如果 沒有可行的解決方案，則規劃器使列車在目標點延遲或者由原路返回(backtrack)并且選 擇備選路線(350)。規劃器對于所有列車重復這個過程，直至所有列車到達其相應的模擬目 的地，或者到達歷程的結束。在一個實施例中，當列車遇到無法再沿其優選路線運行的情形時，規劃器按照系 統方式解析此情形。多種技術可用于解析這種情形，包括啟發式方法、數學編程和其它局部 優化方法。所采用的技術可使列車由原路返回、使它們在其當前位置延遲和/或使列車沿 優選路線的備選路徑運行。技術效果是，規劃器以系統方式使在模擬環境中的列車前進，直 至列車到達其模擬目的地，或者到達規劃歷程的結束。以下示例示出本公開一個實施例的操本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種對多輛列車在軌道網絡上的運行進行規劃的方法，包括以下步驟：　　（ａ）為多輛列車確定優選路線；　　（ｂ）為所述多輛列車確定至少一條備選路線；　　（ｃ）從所述多輛列車選擇第一列車；　　（ｄ）模擬所述第一列車沿優選路線向第一判定點的運行；（ｅ）評估所述第一列車的模擬運行；　　（ｆ）從所述多輛列車選擇第二列車；　　（ｇ）模擬所述第二列車沿路線向第二判定點的運行；　　（ｈ）評估所述第二列車的模擬運行；　　（ｉ）對所述多輛列車中每輛列車重復選擇、模擬運行及評估的步驟直至下列條件中至少之一為止：（ｉ）滿足預定時間；以及（ｉｉ）所有列車到達其相應的模擬目的地。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S博拉普拉加達，M加比拉斯，MS威爾斯，R馬克利，H摩根，J基克布施，ME特拉塔，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：US[]