BCIIRT：2023城市軌道交通虛擬靈活編組技術(shù)白皮書

城市軌道交通虛擬靈活編組技術(shù)軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)國(guó)家工程研究中心北京協(xié)同創(chuàng)新軌道交通研究院有限公司城市軌道交通虛擬靈活編組技術(shù)簽發(fā)時(shí)間：2023年07月軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)國(guó)家工程研究中心由原軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)國(guó)家工程研究中心和城市軌道交通列車通信與運(yùn)行控制國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化整合后組建，是北京交通大學(xué)牽頭，采用"政產(chǎn)學(xué)研用"協(xié)同創(chuàng)新模式，聯(lián)合交控科技為設(shè)計(jì)方提供設(shè)計(jì)指南，為運(yùn)營(yíng)方提供運(yùn)營(yíng)維護(hù)指導(dǎo)。北京協(xié)同創(chuàng)新軌道交通研究院有限公司(下文簡(jiǎn)稱“協(xié)同創(chuàng)新研究院”)成立于2020年，是北京市基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司(下文簡(jiǎn)稱“京投公司”)聯(lián)合及標(biāo)準(zhǔn)管理，以"投資+創(chuàng)新"加速創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，最終提升北京軌道交通創(chuàng)新二是科研管理，進(jìn)行科研項(xiàng)目管理、外部科技資金申請(qǐng)等；三是協(xié)同創(chuàng)新管理，驗(yàn)管理，包括新技術(shù)新產(chǎn)品系統(tǒng)級(jí)檢驗(yàn)試驗(yàn)歸口管理、檢驗(yàn)檢測(cè)規(guī)范歸口管理。京投公司、協(xié)同創(chuàng)新研究院承擔(dān)了中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)"新一代網(wǎng)絡(luò)化智能調(diào)度和智能列車運(yùn)控系統(tǒng)示范工程",虛擬靈活編組技術(shù)是該示范工程的重要研究結(jié)基于虛擬聯(lián)掛技術(shù)的靈活編組方式的研究成果，結(jié)合北京軌道交通研究和應(yīng)用對(duì)本白皮書有任何問題或建議，歡迎與我們聯(lián)系。1 1前言 31.術(shù)語(yǔ)與縮略語(yǔ) 51.1.術(shù)語(yǔ) 51.2.縮略語(yǔ) 72.概述 8 93.1.虛擬靈活編組列車的基本概念及構(gòu)成 93.2.虛擬靈活編組列車的基本特征 3.3.虛擬靈活編組列車的基本運(yùn)行場(chǎng)景 3.4.虛擬靈活編組列車與乘客輸送能力的關(guān)系 4.關(guān)鍵技術(shù) 4.1.基于時(shí)空間隔的協(xié)同安全防護(hù) 4.1.1基于時(shí)空間隔的安全防護(hù) 4.1.2.虛擬靈活編組列車單元協(xié)同安全防護(hù) 4.2.協(xié)同自動(dòng)駕駛和運(yùn)行控制 4.2.1.站間運(yùn)行過程的協(xié)同自動(dòng)駕駛 4.2.2.站臺(tái)及折返作業(yè)過程的協(xié)同控制 4.3.動(dòng)態(tài)接近和重聯(lián)控制 5.基本性能指標(biāo)及主要優(yōu)勢(shì) 5.1.基本性能指標(biāo)要求 5.2.主要優(yōu)勢(shì) 6.典型應(yīng)用場(chǎng)景 6.1.多交路靈活編組運(yùn)行 6.2.跨線靈活編組運(yùn)行 6.3.潮汐客流下的靈活編組運(yùn)行 6.4.高平峰靈活編組運(yùn)行 26.5.局地突發(fā)大客流 6.6.客貨混運(yùn) 7.北京軌道交通虛擬靈活編組實(shí)施路線 8.結(jié)語(yǔ) 9.參考文獻(xiàn) 3近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通持續(xù)高速發(fā)展，線網(wǎng)規(guī)模和客流規(guī)模均已位居世界前列，且未來(lái)較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍將保持較快的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，為緩解我國(guó)城市交通擁堵、提高乘客出行效率、促進(jìn)綠色低碳出行和建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)發(fā)揮重要作用。"十四五"期間，我國(guó)城市軌道交通將由以建設(shè)為主轉(zhuǎn)入建設(shè)、運(yùn)營(yíng)并重階段。目前，城市軌道交通客流時(shí)空分布不均衡的不利影響逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，存在高峰時(shí)期部分線路區(qū)段運(yùn)力緊張、平低峰時(shí)期大量線路與車輛資源利用率低等問題，且隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)。列車靈活編組運(yùn)行組織方式被認(rèn)為是解決或緩解上述問題的有效手段之一，得到城市軌道交通研究、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)等相關(guān)方的高度關(guān)注，已開展了不同路徑的關(guān)鍵技術(shù)研究和示范驗(yàn)證工作，《中國(guó)城市軌道交通綠色城軌發(fā)展行動(dòng)方案》也將基于靈活編組的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)列為綠色裝備應(yīng)用示范項(xiàng)目。為促進(jìn)列車靈活編組相關(guān)研究和運(yùn)用，軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)國(guó)家工程研究中心和北京協(xié)同創(chuàng)新軌道交通研究院有限公司于2022年聯(lián)合發(fā)布了《北京軌道交通列車靈活編組控制技術(shù)》白皮書，對(duì)列車靈活編組發(fā)展歷程和技術(shù)方向進(jìn)行了總結(jié)，在此基礎(chǔ)上針對(duì)列車在線靈活編組的控制要求以及過程中自動(dòng)化系統(tǒng)承擔(dān)的功能，提出了靈活編組控制自動(dòng)化等級(jí)(簡(jiǎn)稱“編組等級(jí)”)的劃分方式，對(duì)各編組等級(jí)的主要特征進(jìn)行了界定，并對(duì)北京軌道交通靈活編組實(shí)施路線進(jìn)行作為靈活編組的一種實(shí)現(xiàn)方式，虛擬靈活編組在近些年得到了廣泛研究和討論，存在不同研究重點(diǎn)和方向的選擇，過程中也不乏對(duì)其可行性和有效性的質(zhì)疑之聲。本白皮書結(jié)合北京軌道交通對(duì)虛擬靈活編組的研究進(jìn)展和應(yīng)用規(guī)劃，基于國(guó)家發(fā)改委及中城軌協(xié)會(huì)相關(guān)示范工程的研究成果，對(duì)虛擬靈活編組的技術(shù)原理進(jìn)行說明，分析總結(jié)其主要特征，提出潛在應(yīng)用場(chǎng)景，意圖促進(jìn)行業(yè)交流，為軌道交通研究、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)決策提供參考。本白皮書意圖拋磚引玉，為業(yè)內(nèi)共同研究和探索虛擬靈活編組技術(shù)，以及通過應(yīng)用列車靈活編組提高軌道交通運(yùn)行組織效率、提升車輛和線路等資源的利用率、實(shí)現(xiàn)綠色低碳運(yùn)行等提供參考和借鑒。4本白皮書由軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)國(guó)家工程研究中心和北京協(xié)同創(chuàng)新軌道交通研究院有限公司組織編寫并聯(lián)合發(fā)布。本白皮書的某些內(nèi)容可能涉及專利，本白皮書的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。楊旭文、宿帥、聞一龍、呂繼東、夏夕盛。主要審查人：丁樹奎、韓志偉、王道敏、宣晶、李仲華、李曉剛、饒東、趙劍華、張寶、張傳祺、呂文龍。51.術(shù)語(yǔ)與縮略語(yǔ)在軌道線路上可編入列車運(yùn)行的單節(jié)(臺(tái)、輛)車。由多節(jié)(含兩節(jié))車輛或若干組列車單元聯(lián)結(jié)成列一體運(yùn)用的車組或組(3)列車單元TrainUnit(TU)構(gòu)成靈活編組列車的基本單元，具備獨(dú)立運(yùn)行能力，可以是一節(jié)車輛或者兩個(gè)及以上車輛的固定或半固定組合。(4)領(lǐng)頭列車單元LeaderTrainUnit(LU)在由多組(含兩組)列車單元重聯(lián)構(gòu)成的列車中，按照列車運(yùn)行方向，位于最前方的列車單元稱為領(lǐng)頭列車單元，簡(jiǎn)稱領(lǐng)頭車。(5)跟隨列車單元FollowerTrainUnit(FU)在由多組(含兩組)列車單元重聯(lián)構(gòu)成的列車中，除領(lǐng)頭車以外的其他列車單元均稱為跟隨列車單元，簡(jiǎn)稱跟隨車。使用機(jī)械或者虛擬聯(lián)掛技術(shù)，將多列(含兩列)運(yùn)行列車聯(lián)結(jié)成一體運(yùn)行6(7)列車摘解TrainDecoupling將一列列車按列車單元解列形成多列(含兩列)運(yùn)行列車的過程。(8)機(jī)械聯(lián)掛MechanicalCoupling(MC)基于機(jī)械連接裝置，通過人工或自動(dòng)控制將多列(含兩列)車間機(jī)械、電(9)虛擬聯(lián)掛VirtualCoupling(VC)不依賴機(jī)械連接裝置，通過基于無(wú)線通信的信息交互和自動(dòng)控制等技術(shù)將多列(含兩列)運(yùn)行列車聯(lián)結(jié)并一體運(yùn)行的技術(shù)。所有列車，在線運(yùn)行過程中均保持自身編組固定不變的軌道交通列車運(yùn)行至少一列車，可在在線運(yùn)行過程中根據(jù)運(yùn)營(yíng)需要通過重聯(lián)/摘解而改變編組的軌道交通列車運(yùn)行組織方式。采用機(jī)械聯(lián)掛技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車編組在線改變的一種靈活編組列車運(yùn)行組織方采用虛擬聯(lián)掛技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車編組在線改變的一種靈活編組列車運(yùn)行組織方式，具有充分應(yīng)用實(shí)時(shí)信息共享技術(shù)、自動(dòng)匯聚處理列車運(yùn)行控制多維度信7英文名稱含義基于通信的列車運(yùn)行控制閉路電視全自動(dòng)運(yùn)行跟隨列車單元智能全自動(dòng)運(yùn)行領(lǐng)頭列車單元機(jī)械聯(lián)掛乘客廣播系統(tǒng)乘客信息系統(tǒng)列車控制與監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)成熟度列車單元虛擬聯(lián)掛8為精準(zhǔn)匹配時(shí)空分布不均衡的客流需求和滿足綠色低碳、資源高效利用、降本增效的運(yùn)營(yíng)需求，將多組(含兩組)列車重聯(lián)形成大編組列車、并在需要時(shí)通過摘解恢復(fù)為多組(含兩組)獨(dú)立運(yùn)行列車的列車靈活編組運(yùn)行方式已得到城市軌道交通(下文簡(jiǎn)稱城軌)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)方的關(guān)注，開展了大量探索和實(shí)踐。作為靈活編組的一種實(shí)現(xiàn)方式，虛擬靈活編組也已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，開展了大量研究和論證。由于其不依賴機(jī)械連接裝置，而是通過無(wú)線通信和自動(dòng)控制等技術(shù)使多列(含兩列)列車以足夠小的間距"聯(lián)掛"起來(lái)以編隊(duì)形式運(yùn)行，且這種聯(lián)掛可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)在線"摘解",從而大幅提升列車編組調(diào)整的效率和靈活性，因而成為軌道交通重要研究方向。歐洲Shift2Rail行動(dòng)計(jì)劃連續(xù)滾動(dòng)支持了CONNECTA系列項(xiàng)目(包括CONNECTA、CONNECTA-2、CONNECTA-3項(xiàng)目)、X2RAIL系列項(xiàng)目(包括X2RAIL-1、X2RAIL-2、X2RAIL-3、X2RAIL-4、X2RAIL-5項(xiàng)目)以及MovingRail、PerformingRail專題項(xiàng)目對(duì)虛擬靈活編組的基本概念、原理、可行性和關(guān)鍵技術(shù)等開展研究；德國(guó)DLR、西班牙CAF、俄羅斯AVPTechnology等分別對(duì)虛擬靈活編組的部分關(guān)鍵技術(shù)開展了原理仿真或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；國(guó)家發(fā)改委、中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)等設(shè)立了示范工程，支持虛擬靈活編組的關(guān)鍵技術(shù)研究和示范驗(yàn)證。本白皮書總結(jié)了國(guó)家發(fā)改委及中城軌協(xié)會(huì)示范工程成果，系統(tǒng)介紹虛擬靈活編組的基本概念、基本特征、系統(tǒng)性能、關(guān)鍵技術(shù)以及潛在應(yīng)用場(chǎng)景，意圖拋磚引玉，為廣大同行共同研究和探索提供基礎(chǔ)。期待我國(guó)能夠早日將靈活編組技術(shù)不斷完善和實(shí)用化，既實(shí)現(xiàn)在先進(jìn)技術(shù)上的領(lǐng)跑，也使我國(guó)城市軌道交通能夠通過靈活編組的應(yīng)用，達(dá)到"運(yùn)力-運(yùn)量匹配"和列車"按需運(yùn)行"的目標(biāo)。93.虛擬靈活編組列車的基本原理及構(gòu)成本章介紹了虛擬靈活編組列車的基本概念、基本原理與構(gòu)成、基本特征以及主要運(yùn)行場(chǎng)景，分析了虛擬靈活編組列車與乘客輸送運(yùn)力的關(guān)系，便于理解后續(xù)章節(jié)介紹的虛擬靈活編組關(guān)鍵技術(shù)、基本性能指標(biāo)要求、主要優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景等。3.1.虛擬靈活編組列車的基本概念及構(gòu)成虛擬靈活編組列車是指不依賴機(jī)械連接裝置，而是通過基于無(wú)線通信的信息交互和自動(dòng)控制等技術(shù)，將多列(含兩列)列車聯(lián)掛后一體運(yùn)行、并承擔(dān)同一個(gè)輸送任務(wù)的列車。為便于區(qū)分，將構(gòu)成虛擬靈活編組列車的具備獨(dú)立運(yùn)行能力的"列車"稱為列車單元，并按照列車運(yùn)行方向，將位于最前方的列車單元稱為領(lǐng)頭列車單元，簡(jiǎn)稱領(lǐng)頭車，其他列車單元稱為跟隨列車單元，簡(jiǎn)稱跟隨車。虛擬靈活編組列車的基本概念及其構(gòu)成如圖1所示。虛擬靈活編組列車在軌道交通運(yùn)行中被視為一列車進(jìn)行管控，其所有列車單元共同承擔(dān)同一個(gè)輸送任務(wù)，并具有在站臺(tái)作業(yè)中保持同步操控和在站間運(yùn)行過程中保持小間距穩(wěn)定追蹤的能力。虛擬靈活編組列車的各列車單元(下文簡(jiǎn)稱虛擬靈活編組列車單元)均具有獨(dú)立的牽引/制動(dòng)、安全防護(hù)、自動(dòng)駕駛和載客運(yùn)行等能力，在設(shè)備配置和性能上并不低于傳統(tǒng)的固定編組列車。由于列車單元之間在物理上是相對(duì)獨(dú)立的移動(dòng)體，沒有機(jī)械連接裝置(如車鉤)進(jìn)行物理連接，因此，需要基于無(wú)線信息交互和自動(dòng)控制等技術(shù)將相關(guān)列車單元聯(lián)結(jié)并保持一體運(yùn)行。上述技術(shù)被稱為虛擬聯(lián)掛技術(shù)。由于沒有機(jī)械裝置(如車鉤)連接提供的物理約束，為避免列車單元間發(fā)生追尾事故，在列車單元避撞控制中引入列控系統(tǒng)中的列車安全隔離和防護(hù)相關(guān)理念和方法(下文簡(jiǎn)稱列車安全防護(hù)方法)成為必然選擇。然而，“虛擬靈活編組列車單元追蹤間距"遠(yuǎn)小于"列車之間的追蹤間距”,因此，傳統(tǒng)列車安全防護(hù)方法無(wú)法同時(shí)滿足虛擬靈活編組列車單元之間的安全性要求和小間距追蹤的效率要求。例如，目前列控系統(tǒng)中應(yīng)用成熟的列車安全防護(hù)方法中，最為先進(jìn)的是移動(dòng)閉塞(基于絕對(duì)制動(dòng)距離的方法),但其需要兩列車保持較大的追蹤間距，不滿足虛擬靈活編組列車單元小間距追蹤的效率要求；而基于相對(duì)制動(dòng)距離的列車安全防護(hù)方法尚處于研究階段，必須對(duì)其改進(jìn)和提升才能符合列車單元小間距安全追蹤的防護(hù)控制需求。綜上，在虛擬靈活編組研究和應(yīng)用過程中，一方面，將傳統(tǒng)應(yīng)用到列車之間的列車安全防護(hù)方法應(yīng)用到了列車內(nèi)部(列車單元之間),是對(duì)列控系統(tǒng)控制范圍的拓展和延伸；另一方面，對(duì)虛擬靈活編組列車單元之間防護(hù)和控制等方法的研究，客觀上也將促進(jìn)列控系統(tǒng)列車安全防護(hù)等相關(guān)方法和技術(shù)的提升。3.2.虛擬靈活編組列車的基本特征虛擬靈活編組列車的列車單元間沒有機(jī)械連接裝置(如車鉤)提供物理作用力和電氣、空氣、信息等相關(guān)方面的連接，因此，一方面，虛擬靈活編組列車能夠根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求，通過隨時(shí)隨地、不受速度限制地重聯(lián)/摘解，靈活地改變編組和運(yùn)力；另一方面，需要對(duì)列車單元之間的狀態(tài)和行為進(jìn)行總體管控，才能實(shí)現(xiàn)虛擬靈活編組列車的正常運(yùn)行。由于虛擬靈活編組列車及其列車單元之間的上述關(guān)系，虛擬靈活編組列車的基本特征既包括作為一列車整體的特征，也包括各列車單元的基本特征。首先，作為一種特殊類型的列車，虛擬靈活編組列車運(yùn)行具有軌道交通中列車運(yùn)行的所有特征，遵從所有對(duì)列車的管控要求和運(yùn)營(yíng)規(guī)則。因此，虛擬靈活編組列車在正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)與固定編組列車(含機(jī)械編組列車)一樣，視為一列車進(jìn)(1)在編制列車計(jì)劃運(yùn)行圖時(shí)，虛擬靈活編組列車整體按一列車處理，例如，僅配置一個(gè)車次號(hào)。(2)在執(zhí)行進(jìn)路控制(分配運(yùn)行路徑)時(shí)，虛擬靈活編組列車按一列車處理。即，系統(tǒng)根據(jù)虛擬靈活編組列車整體的運(yùn)行計(jì)劃和狀態(tài)執(zhí)行進(jìn)路鎖閉和解鎖(或運(yùn)行路徑的預(yù)定和釋放)作業(yè)，而非對(duì)每個(gè)虛擬靈活編組列車單元分別處理，虛擬靈活編組列車單元出清進(jìn)路(運(yùn)行路徑)時(shí)不進(jìn)行進(jìn)路解鎖和重新鎖閉(釋放和重新預(yù)定)。(3)在執(zhí)行列車安全隔離控制時(shí)，虛擬靈活編組列車僅按一列車處理。例如，虛擬靈活編組列車與其前方的列車(無(wú)論是固定編組列車或是其他虛擬靈活編組列車)之間的間隔控制方式與既有列控系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)固定編組列車的處理方式相同(例如，可采用固定閉塞或者"撞硬墻”/"撞軟墻”移動(dòng)閉塞原則處理),同理，后方列車與虛擬靈活編組列車之間的間隔控制也與既有列控系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)固定編組列車的處理方式相同。(4)虛擬靈活編組列車站臺(tái)作業(yè)時(shí)，僅按一列車處理。即，虛擬靈活編組列車進(jìn)出站、車站停車作業(yè)(包括進(jìn)/出站過程和站臺(tái)開/關(guān)車門等)及折返作業(yè)時(shí)，各列車單元的操作均應(yīng)保持同步。(5)虛擬靈活編組列車的對(duì)外接口應(yīng)按一列車處理，即，應(yīng)統(tǒng)一處理各列(6)虛擬靈活編組列車的完整性檢查應(yīng)按一列車處理。即，在正常過程中，虛擬靈活編組列車應(yīng)保持列車整體(含各列車單元以及相互之間信息聯(lián)接和位置相對(duì)關(guān)系)的完整性。但是，受到列車單元牽引/制動(dòng)性能不確定性、速度位置測(cè)量誤差、通信傳輸延遲以及控制誤差等影響，列車單元之間的間距雖然遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)列車之間的間距，但仍具有與速度正相關(guān)的特性，因此，列車單元間距在停車時(shí)可縮到最小，而在高速運(yùn)行時(shí)則會(huì)不可避免的增大，也由此導(dǎo)致，虛擬靈活編組列車車長(zhǎng)具有虛擬靈活編組列車整體作為一列車運(yùn)行符合城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理的基本習(xí)慣，這也是虛擬靈活編隨速度動(dòng)態(tài)變化的特性。軌道交通中應(yīng)用虛擬靈活編組時(shí)應(yīng)考慮該特征，進(jìn)而采用合適的列車運(yùn)行調(diào)度和控制方案。其次，作為虛擬靈活編組列車的基本組成單元，虛擬靈活編組列車單元具備(1)具有牽引/制動(dòng)能力，并具有兩種狀態(tài)(角色):既可作為虛擬靈活編組列車的組成單元協(xié)同運(yùn)行，亦可作為固定編組列車獨(dú)立載客運(yùn)行。(2)作為虛擬靈活編組列車的組成單元時(shí)，各列車單元之間可交互信息，并基于此實(shí)時(shí)控制和調(diào)整自身的運(yùn)行狀態(tài)，從而在避免發(fā)生碰撞事故的基礎(chǔ)上，保持小間距、隊(duì)形穩(wěn)定的方式追蹤運(yùn)行。(3)作為獨(dú)立運(yùn)行的列車時(shí)，至少具備傳統(tǒng)固定編組列車的功能和性能。(4)為實(shí)現(xiàn)虛擬靈活編組列車按指定的性能要求運(yùn)行，虛擬靈活編組列車單元應(yīng)具備以下能力：●較高的牽引/制動(dòng)控制精度；●緊急制動(dòng)率上、下偏差均有界且偏差較小；●同一虛擬靈活編組列車內(nèi)的相關(guān)列車單元的緊急制動(dòng)能力(考慮偏差)應(yīng)盡可能一致，或可采用技術(shù)手段使得跟隨車的緊急制動(dòng)能力不差于領(lǐng)頭車，從而可縮短相鄰列車單元追蹤間距。3.3.虛擬靈活編組列車的基本運(yùn)行場(chǎng)景作為靈活編組的一種實(shí)現(xiàn)方式，虛擬靈活編組與機(jī)械靈活編組一樣，均遵循靈活編組的基本運(yùn)行場(chǎng)景。結(jié)合列車編組方式的變化過程，靈活編組可分為"獨(dú)立運(yùn)行”、"接近和重聯(lián)"、"虛擬靈活編組/機(jī)械靈活編組運(yùn)行"(簡(jiǎn)稱"編組運(yùn)行”)及"摘解和分離"等四種場(chǎng)景，如圖2所示。3.3.編組運(yùn)行4.摘解和分離1.獨(dú)立運(yùn)行2.接近和重聯(lián)其中，在"接近和重聯(lián)"前、或者"摘解和分離"后，各列車單元是作為固定編組列車在線路上獨(dú)立運(yùn)行。另外，除按計(jì)劃"摘解和分離"外，"編組運(yùn)行"或"接近和重聯(lián)"過程中，如果發(fā)生故障或異常情況，也將及時(shí)轉(zhuǎn)換到“獨(dú)立運(yùn)行”場(chǎng)景，以保證行車安全。在虛擬靈活編組中，伴隨著上述不同運(yùn)行場(chǎng)景的轉(zhuǎn)換過程，虛擬靈活編組列車和相關(guān)列車單元的狀態(tài)(角色)也在發(fā)生變化。為便于進(jìn)一步說明，圖3給出了虛擬靈活編組列車的運(yùn)行場(chǎng)景變化過程示意及其對(duì)應(yīng)的角色轉(zhuǎn)換方式。角(1)在形成虛擬靈活編組列車前(即“獨(dú)立運(yùn)行”場(chǎng)景中，如圖3中的場(chǎng)景①所示),各固定編組列車獨(dú)立運(yùn)行，其運(yùn)行方式與傳統(tǒng)列車的運(yùn)行方式一致。(2)在滿足形成虛擬靈活編組列車的相關(guān)條件時(shí)可轉(zhuǎn)入"接近和重聯(lián)"場(chǎng)景，如圖3中場(chǎng)景②所示。在該過程中，兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的列車逐漸接近并通過虛擬聯(lián)掛方式集結(jié)形成一列虛擬靈活編組列車。其中，相關(guān)獨(dú)立運(yùn)行的列車分別轉(zhuǎn)換為虛擬靈活編組列車的一個(gè)列車單元(固定編組列車1和固定編組列車2分別轉(zhuǎn)換為虛擬靈活編組列車的領(lǐng)頭列車單元和跟隨列車單元，兩者虛擬聯(lián)掛后構(gòu)成的整體稱為一列虛擬靈活編組列車)。實(shí)際上，接近和重聯(lián)場(chǎng)景是列車和列車單元角色變化的過程。在該過程中，相關(guān)列車既不是獨(dú)立運(yùn)行的列車，也不是虛擬靈活編組列車的列車單元。為便于表述，下文中將處于接近和重聯(lián)過程中的相關(guān)列車稱為“單元列車”,并參照列車追蹤運(yùn)行中對(duì)前行和跟隨列車的表述方式，將按照列車運(yùn)行方向、位于前方的列車單元(類似于機(jī)械靈活編組中的“待重聯(lián)列車”)稱為"前行單元列車”,而位于后方的列車單元(類似于機(jī)械靈活編組中的"去重聯(lián)列車”)稱為"跟隨單元列車"。即，圖3的場(chǎng)景②中，兩個(gè)固定編組列車分別稱為兩個(gè)“單元列車",并根據(jù)位置關(guān)系分別稱為"前行單元列車"和"跟隨單元列車”。值得說明的是，摘解和分離場(chǎng)景(圖3中的場(chǎng)景④)與之類似，后續(xù)不再贅述。(3)形成虛擬靈活編組列車后，兩個(gè)虛擬靈活編組列車單元分別根據(jù)其在虛擬靈活編組列車中的順序和角色實(shí)施控制，使虛擬靈活編組列車整體上按照一列車的方式運(yùn)行，如圖3中場(chǎng)景③"編組運(yùn)行"所示。(4)虛擬靈活編組列車運(yùn)行過程中，在滿足解編的相關(guān)條件時(shí)進(jìn)入"摘解和分離"場(chǎng)景，如圖3中的場(chǎng)景④所示。該場(chǎng)景與"接近和重聯(lián)"場(chǎng)景類似，兩列車也分別被稱為"前行單元列車"和“跟隨單元列車”。(5)完成摘解和分離后，進(jìn)入兩列車"獨(dú)立運(yùn)行"場(chǎng)景，如圖3中的場(chǎng)景⑤所示，虛擬靈活編組列車的兩個(gè)列車單元分別轉(zhuǎn)換為一列固定編組列車。需要指出的是，圖3中的場(chǎng)景⑤和場(chǎng)景①完全一致。后續(xù)再次滿足形成虛擬靈活編組列車條件時(shí)，如有需要可重復(fù)上述過程。此外，在線靈活、高效的調(diào)整編組是虛擬靈活編組的重要特征。"接近和重聯(lián)"以及"摘解和分離"場(chǎng)景是實(shí)現(xiàn)列車編組動(dòng)態(tài)調(diào)整的關(guān)鍵過程，也是虛擬靈活編組列車發(fā)揮其運(yùn)行調(diào)整靈活性的重要環(huán)節(jié)。這兩個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間越短，則說明虛擬靈活編組在運(yùn)行調(diào)整上越高效。因此，在理解虛擬靈活編組特征時(shí)還應(yīng)關(guān)注列車重聯(lián)/摘解過程中的重要特征，至少包括：(1)各相關(guān)列車獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，可按計(jì)劃或在接收到相關(guān)命令后，與其它列車自動(dòng)接近和重聯(lián)，整體形成一列虛擬靈活編組列車(各列車分別轉(zhuǎn)換為該虛擬靈活編組列車的一個(gè)列車單元)。(2)以虛擬靈活編組列車方式運(yùn)行時(shí)，可按計(jì)劃自動(dòng)解編，由一列虛擬靈活編組列車轉(zhuǎn)換為多列(含兩列)獨(dú)立運(yùn)行的列車(每個(gè)列車單元分別轉(zhuǎn)換為一列獨(dú)立運(yùn)行的列車)。(3)以虛擬靈活編組列車方式運(yùn)行時(shí)，故障或異常情況下可自動(dòng)解編，由一列虛擬靈活編組列車轉(zhuǎn)換為多列(含兩列)獨(dú)立運(yùn)行的列車(每個(gè)列車單元分別轉(zhuǎn)換為一列獨(dú)立運(yùn)行的列車)。3.4.虛擬靈活編組列車與乘客輸送能力的關(guān)系雖然虛擬靈活編組本質(zhì)上是通過在線改變列車編組方式而實(shí)現(xiàn)運(yùn)力調(diào)整，且在軌道交通線路上運(yùn)行時(shí)，虛擬靈活編組列車與其他列車之間的關(guān)系與傳統(tǒng)列車之間的關(guān)系并無(wú)二致，但業(yè)內(nèi)對(duì)于虛擬靈活編組是否能滿足運(yùn)能要求的爭(zhēng)論不絕于耳。因此，本節(jié)專門對(duì)乘客輸送能力、可達(dá)能力、線路通過能力、列車運(yùn)力等相關(guān)概念之間的關(guān)系進(jìn)行說明。軌道交通對(duì)乘客輸送能力的要求實(shí)際是對(duì)可達(dá)能力的要求。根據(jù)軌道交通運(yùn)能計(jì)算的相關(guān)知識(shí)，可達(dá)能力、線路通過能力與列車運(yùn)力之間的關(guān)系如圖4所示，即可達(dá)能力與線路通過能力、列車運(yùn)力均成正比。其中，可達(dá)能力指軌道交通系統(tǒng)中單線路單方向在單位時(shí)間(例如一小時(shí))內(nèi)可以運(yùn)輸?shù)淖畲蟪丝蛿?shù)量；線路通過能力指單線路單方向在單位時(shí)間內(nèi)可以通過的最大列車數(shù)量，其與列車追蹤間隔等因素相關(guān)；列車運(yùn)力指一列車可以容納的乘客數(shù)，其與列車編組數(shù)量等因素相關(guān)。為滿足乘客輸送能力要求，可以選擇采用大間隔小編組、小間隔小編組、大間隔大編組、小間隔大編組等不同運(yùn)行方式。在滿足上述要求的前提下，無(wú)論采用固定編組或靈活編組(包括機(jī)械靈活編組和虛擬靈活編組)運(yùn)行方式均可。與小編組列車追蹤運(yùn)行相比，列車重聯(lián)(包括機(jī)械重聯(lián)及虛擬重聯(lián))形成大編組列車運(yùn)行的方式顯然能夠提高可達(dá)能力。軌道交通運(yùn)營(yíng)時(shí)所采用的列車編組數(shù)量和方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)能需要進(jìn)行選擇，既要保證乘客服務(wù)質(zhì)量，又要降低能耗及相關(guān)運(yùn)營(yíng)成本。針對(duì)兩種不同的列車重聯(lián)方式(機(jī)械重聯(lián)及虛擬重聯(lián)),在編組數(shù)量相同時(shí)，列車運(yùn)力保持一致，而線路通過能力則因列車長(zhǎng)度變化有微小差別。因此，可在滿足乘客輸送能力需求的前提下，結(jié)合客流變化所需要的列車編組調(diào)整能力、乘客服務(wù)質(zhì)量、能源和車輛資源利用率、運(yùn)營(yíng)成本等要求綜合選擇。4.關(guān)鍵技術(shù)為實(shí)現(xiàn)虛擬靈活編組列車安全穩(wěn)定運(yùn)行和高效應(yīng)用，需突破的關(guān)鍵技術(shù)至少包括基于時(shí)空間隔的協(xié)同安全防護(hù)、協(xié)同自動(dòng)駕駛和運(yùn)行控制、動(dòng)態(tài)接近和重聯(lián)控制等。實(shí)現(xiàn)列車單元在小間距(遠(yuǎn)小于列車絕對(duì)制動(dòng)距離)條件下安全穩(wěn)定追蹤運(yùn)行是虛擬靈活編組列車的基本要求。因此，既能保證列車單元追蹤安全(不發(fā)生追尾事故)又能縮短列車單元的追蹤間距的基于時(shí)空間隔的協(xié)同安全防護(hù)方法成為重要的關(guān)鍵技術(shù)。該方法由基于時(shí)空間隔的安全防護(hù)和虛擬靈活編組列車單元協(xié)同安全防護(hù)兩部分構(gòu)成，前者的主要作用是在縮小間距時(shí)保證列車單元追蹤安全，后者則在安全前提下通過進(jìn)一步精細(xì)化感知和控制縮短列車單元追蹤間4.1.1.基于時(shí)空間隔的安全防護(hù)安全是軌道交通運(yùn)行的前提，對(duì)于虛擬靈活編組列車單元也不例外。為保證虛擬靈活編組列車單元運(yùn)行的安全性，避免發(fā)生列車單元追尾事故，在列車單元間引入列控系統(tǒng)中的列車安全防護(hù)技術(shù)已經(jīng)成為共識(shí)。但是，為實(shí)現(xiàn)列車單元在遠(yuǎn)小于列車絕對(duì)制動(dòng)距離小間隔條件下運(yùn)行，傳統(tǒng)基于絕對(duì)制動(dòng)距離的列車安全防護(hù)(俗稱“撞硬墻”,其基本原理如圖5所示)方法已無(wú)法滿足要求。圖5基于絕對(duì)制動(dòng)距離的列車安全防護(hù)方法基本原理示意圖度、加速度等運(yùn)行狀態(tài)信息，考慮后車制動(dòng)過程中因前車位置繼續(xù)向前運(yùn)行而動(dòng)態(tài)釋放的軌道線路資源，并將前車未來(lái)時(shí)刻才會(huì)動(dòng)態(tài)釋放的上述軌道線路資源提前納入到后車的防護(hù)速度計(jì)算過程中供后車使用，從而可縮短列車追蹤間距。由于考慮了前、后兩個(gè)虛擬靈活編組列車單元制動(dòng)距離差，因此這種方式下的列車安全間距可遠(yuǎn)小于后車的制動(dòng)距離。圖6基于相對(duì)制動(dòng)距離的列車安全防護(hù)示意圖然而，上述方法的問題在于，計(jì)算兩車最小間距時(shí)僅考慮了兩車的制動(dòng)距離，即僅考慮了列車制動(dòng)停車后這一時(shí)刻的位置關(guān)系，而未考慮兩車制動(dòng)全過程中所有時(shí)刻的位置關(guān)系是否安全，因此在特定的條件下存在列車在制動(dòng)過程中追尾的基于時(shí)空間隔的列車安全防護(hù)方法考慮前車的動(dòng)態(tài)行為，要求同一線路同一車的運(yùn)行軌跡在任意時(shí)刻均保持一定的安全間隔(簡(jiǎn)稱時(shí)空間隔)。顯然，基于時(shí)空間隔的列車安全防護(hù)方法不僅要求制動(dòng)停車后的兩車位置關(guān)系符合安全條件，還要求在制動(dòng)全過程中不會(huì)相撞。即，其要求滿足：x(t)-52(t)≥S(t),Vt。的安全保護(hù)距離裕量。從而，可保證在任意合理的初始條件和列車性能組合下，列車制動(dòng)全過程中不會(huì)出現(xiàn)追尾事故。基于時(shí)空間隔的列車安全防護(hù)方法的核心在于，考慮制動(dòng)過程中兩車運(yùn)行軌跡組合的最不利情況，并保證列車制動(dòng)全過程中任意時(shí)刻的安全性，其基本原理如圖7所示。將該方法移植到虛擬靈活編組列車內(nèi)部，可保證列車單元之間位置關(guān)系的安全性，即不會(huì)發(fā)生列車單元追尾事故。最小安全間隔距離位置保護(hù)距離圖7基于時(shí)空間隔的列車安全防護(hù)方法原理4.1.2.虛擬靈活編組列車單元協(xié)同安全防護(hù)與傳統(tǒng)列車之間相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行的關(guān)系不同，虛擬靈活編組列車的相鄰列車單元之間天然存在著密切的信息交互和協(xié)同控制關(guān)系。因此，在基于時(shí)空間隔的安全防護(hù)方法保證運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，還可以通過協(xié)同防護(hù)方法，以進(jìn)一步縮短列車單元之間的最小安全間距。虛擬靈活編組列車單元協(xié)同安全防護(hù)方法包括兩部分：一是基于狀態(tài)協(xié)同實(shí)時(shí)感知的列車單元安全防護(hù)，其原理是：可基于動(dòng)態(tài)感知和信息交互獲取各列車單元的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，從而可不拘泥于過于保守的靜態(tài)安全假設(shè)條件，進(jìn)而能夠更加精確的計(jì)算和預(yù)測(cè)各列車單元未來(lái)運(yùn)行軌跡以縮短列車單元安全追蹤間距；二是基于制動(dòng)率協(xié)同配置的列車單元安全防護(hù)，其原理是：利用列車單元之間實(shí)時(shí)信息交互和車輛可控的條件，可結(jié)合各列車單元在虛擬靈活編組列車中的位置和角色，對(duì)各列車單元的制動(dòng)率進(jìn)行協(xié)同配置，從而亦可縮短列車單元追蹤間距。從而，綜合這兩部分，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬靈活編組列車安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行。(1)基于狀態(tài)協(xié)同實(shí)時(shí)感知的列車單元安全防護(hù)傳統(tǒng)列車安全防護(hù)方法中，為了避免列車發(fā)生追尾事故，計(jì)算兩列車運(yùn)行軌跡時(shí)均按照對(duì)兩車組合條件的最不利情況考慮。以圖8為例，計(jì)算后車軌跡時(shí)通常按照"最不利"緊急制動(dòng)條件考慮，而計(jì)算前車軌跡時(shí)則通常按照"最有利"緊急制動(dòng)條件考慮，分別如圖8中的兩條紅色曲線②和①所示。而在實(shí)際中，列車的實(shí)際制動(dòng)軌跡通常如圖8中的某一條灰色曲線所示，與上述計(jì)算時(shí)使用的安全保守軌跡相差甚遠(yuǎn)，因此傳統(tǒng)列車軌跡計(jì)算方式顯得過于保守，從而導(dǎo)致了不必要的列車間距增大和軌道交通線路運(yùn)行效率浪費(fèi)。針對(duì)該問題，可通過提高列車單元軌跡預(yù)測(cè)的精度，縮短列車單元追蹤間距，如圖8中的兩條綠色曲線③和④所示。(2)基于制動(dòng)率協(xié)同配置的列車單元安全防護(hù)群體智能中的一些公理可為虛擬靈活編組列車單元的安全防護(hù)提供很好的參考。例如，可以在采用非集中式控制的所有列車單元間預(yù)先定義一些規(guī)則，這樣在發(fā)生失效或者特殊事件時(shí)，一個(gè)列車單元能夠知曉其他列車單元可能采取的反應(yīng)，從而能夠做出合理的控制行為。在具體操作中，可以根據(jù)列車單元在虛擬靈活編組列車中的相對(duì)關(guān)系及其牽引/制動(dòng)系統(tǒng)的性能和可控范圍，對(duì)所有列車單元的緊急制動(dòng)率進(jìn)行協(xié)同配置，通過增大跟隨車制動(dòng)率和/或減小領(lǐng)頭車制動(dòng)率，使得領(lǐng)頭車的緊急制動(dòng)率略小于其跟隨車的制動(dòng)率，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在本質(zhì)上保證安全(避免追尾事故的發(fā)生)。基于制動(dòng)率協(xié)同配置的列車單元安全防護(hù)方法原理如圖9所示：虛擬靈活編組列車中的列車單元間需保持小間隔平穩(wěn)追蹤運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)各列車單元站臺(tái)作業(yè)和停車/發(fā)車的同步控制。自動(dòng)駕駛不受人為操作的不確定性等因素干擾，是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的前提。但是，與常規(guī)列車自動(dòng)駕駛控制不同，虛擬靈活編組列車的運(yùn)行需要各列車單元采用協(xié)同控制方法，才能達(dá)到整體運(yùn)行控制4.2.1.站間運(yùn)行過程的協(xié)同自動(dòng)駕駛為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，首先需保證虛擬靈活編組各列車單元具有合理分配的移動(dòng)授權(quán)。如圖10所示，在虛擬靈活編組列車整體移動(dòng)授權(quán)的基礎(chǔ)上，各列車單元具有存在部分重疊區(qū)域的移動(dòng)授權(quán)范圍，為小間距安全追蹤運(yùn)行提供基礎(chǔ)，并可根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求或移動(dòng)授權(quán)限制設(shè)置各自列車單元的目標(biāo)停車位置，從而為列車單元自動(dòng)駕駛控制提供基礎(chǔ)。圖10虛擬靈活編組列車追蹤運(yùn)行原理示意圖在上述前提下，為保證各列車單元運(yùn)行的同步性，需充分考慮各列車單元所有可控的資源，按照統(tǒng)一的運(yùn)行目標(biāo)協(xié)同規(guī)劃各列車單元的駕駛控制行為并據(jù)此各列車單元的駕駛控制行為，從而可保證各列車單元關(guān)鍵運(yùn)行狀態(tài)的同步性。即，各列車單元在運(yùn)行過程中應(yīng)考慮所有列車單元(含本身及其他列車單元)的狀態(tài)以及虛擬靈活編組列車整體的運(yùn)行目標(biāo)，據(jù)此生成整體最優(yōu)的駕駛策略，并根據(jù)該策略調(diào)整各自的控制行為，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化駕駛。虛擬靈活編組列車單元協(xié)同自動(dòng)駕駛的基本原理如圖11所示：圖11虛擬靈活編組列車單元協(xié)同自動(dòng)駕駛原理示意圖4.2.2.站臺(tái)及折返作業(yè)過程的協(xié)同控制站臺(tái)作業(yè)是體現(xiàn)城軌運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量的核心，除了實(shí)現(xiàn)站間運(yùn)行過程中列車單元的協(xié)同駕駛控制外，站臺(tái)作業(yè)過程的協(xié)同控制(包括列車單元同步開/關(guān)門、同步出站發(fā)車等)也是虛擬靈活編組列車的關(guān)鍵技術(shù)要求。由于各列車單元沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘系統(tǒng)，因此，需要基于分布式控制系統(tǒng)任務(wù)同步的方式實(shí)現(xiàn)站臺(tái)作業(yè)同步控制。為避免各列車單元間多源信息和多任務(wù)沖突，由領(lǐng)頭車作為虛擬靈活編組列車的列車層實(shí)現(xiàn)整體控制，根據(jù)虛擬靈活編組列車總體狀態(tài)確定各關(guān)鍵站臺(tái)作業(yè)任務(wù)的觸發(fā)時(shí)機(jī)；各列車單元均作為單元控制層，根據(jù)列車層的命令執(zhí)行實(shí)際控制行為，并反饋執(zhí)行結(jié)果(注意：領(lǐng)頭車同時(shí)具備列車層和單元層兩種角色);列車層根據(jù)與各單元層的不同通信延遲控制向各列車單元發(fā)送命令的時(shí)機(jī)，從而通過各列車單元接收和執(zhí)行命令的延遲實(shí)現(xiàn)不同途徑通信傳輸延遲的補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)開/關(guān)門、同步出站發(fā)車等相關(guān)站臺(tái)作業(yè)的同步控制。同理，折返也是城軌列車運(yùn)行的重要場(chǎng)景。作為一列完整的列車，虛擬靈活編組列車應(yīng)實(shí)現(xiàn)各列車單元的同步折返，即，虛擬靈活編組列車作為一個(gè)整體進(jìn)行折返。但與傳統(tǒng)列車折返過程不同的是，虛擬靈活編組列車折返過程中除了需要完成整體列車頭尾換端外，還需要完成各列車單元的頭尾換端。因此，虛擬靈活編組列車折返過程中需要分別完成各列車單元內(nèi)部控制權(quán)限的切換以及領(lǐng)頭車與跟隨車控制權(quán)限的切換。以站后折返為例，虛擬靈活編組列車折返過程的流(1)各列車單元依次進(jìn)入折返軌并停穩(wěn)后，才允許取消折返進(jìn)路和排列反(2)虛擬靈活編組列車在折返軌停穩(wěn)后進(jìn)行換端操作，具體包括：●列車單元內(nèi)部換端：各列車單元的前端(主控端)轉(zhuǎn)為尾端(等待端)、尾端(等待端)轉(zhuǎn)為前端(主控端),在保留原位置信息基礎(chǔ)上進(jìn)行頭尾位置互換并改變運(yùn)行方向；●領(lǐng)頭車和跟隨車角色互換：原領(lǐng)頭車轉(zhuǎn)換為跟隨車，而原跟隨車轉(zhuǎn)換為領(lǐng)頭車，且虛擬靈活編組列車整體在保留原位置信息基礎(chǔ)上進(jìn)行頭尾位置互換并改變運(yùn)行方向。(3)虛擬靈活編組列車整體運(yùn)行并出清遷出進(jìn)路，列車停在反向站臺(tái)提供旅客服務(wù)，此時(shí)才認(rèn)為折返作業(yè)完成。虛擬靈活編組列車運(yùn)行過程中，相關(guān)道岔的預(yù)定和控制按照虛擬靈活編組列車整體作為使用對(duì)象進(jìn)行控制，僅當(dāng)列車完全出清后才釋放相關(guān)道岔資源。虛擬靈活編組能夠通過重聯(lián)和摘解改變列車的編組方式，從而為根據(jù)客流時(shí)空變化調(diào)整投放運(yùn)力提供了更充分有效的手段。而且，與機(jī)械靈活編組方式相比，其優(yōu)勢(shì)還包括對(duì)重聯(lián)和摘解的地點(diǎn)、速度、車型等限制更少，重聯(lián)/摘解過程時(shí)間更短，對(duì)正常運(yùn)營(yíng)的影響更小等。因此，虛擬重聯(lián)和摘解過程更高效，可減少對(duì)列車正常運(yùn)行計(jì)劃的影響。以列車"接近和重聯(lián)"場(chǎng)景為例2,當(dāng)已經(jīng)通過調(diào)度調(diào)整等手段使待編組列車的初始距離滿足基本要求后，可下達(dá)重聯(lián)命令并進(jìn)入動(dòng)態(tài)重聯(lián)過程。在動(dòng)態(tài)重聯(lián)過程中，跟隨單元列車可在運(yùn)行過程中與前行單元列車建立無(wú)線通信鏈接，并按照虛擬靈活編組列車運(yùn)行要求交互相關(guān)狀態(tài)和參數(shù)信息并切換安全防護(hù)模型，由于不需要進(jìn)行機(jī)械重聯(lián)且提前切換了安全防護(hù)模型，從而可在不影響前行單元列車按計(jì)劃正常運(yùn)行的前提下，提高跟隨單元列車進(jìn)站停車過程中的速度。當(dāng)前行單元列車在站臺(tái)停穩(wěn)后可正常開門作業(yè)并通過PIS、PA等提示乘客有關(guān)動(dòng)態(tài)重聯(lián)的相關(guān)信息，在前行單元列車正常進(jìn)行站臺(tái)作業(yè)的過程中，可完成跟隨單元列車進(jìn)站停車并打開車門和對(duì)應(yīng)的站臺(tái)門，提供乘客服務(wù)。在正常停站作業(yè)過程中，可通過無(wú)線信息交互實(shí)現(xiàn)兩車狀態(tài)交互，進(jìn)而完成角色轉(zhuǎn)換后進(jìn)入到編組運(yùn)行場(chǎng)景，之后兩車可按照虛擬靈活編組列車運(yùn)行方式從站臺(tái)同步發(fā)車。通過以上過程，可實(shí)現(xiàn)列車動(dòng)態(tài)虛擬重聯(lián)過程對(duì)乘客幾乎無(wú)感，并提高重聯(lián)效率。摘解和分離是該場(chǎng)景的逆過程，且相對(duì)簡(jiǎn)單，因此不再贅述。5.基本性能指標(biāo)及主要優(yōu)勢(shì)5.1.基本性能指標(biāo)要求城市軌道交通最主要的職責(zé)是為乘客提供運(yùn)輸服務(wù)。城市軌道交通站間距較小，列車在站臺(tái)作業(yè)頻繁，且各車站的站臺(tái)數(shù)量有限，因此保證站臺(tái)作業(yè)效率是在城市軌道交通中應(yīng)用虛擬靈活編組時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下指標(biāo)要求：軌道交通中所有列車(包括虛擬靈活編組列車)的運(yùn)行控制均應(yīng)達(dá)到SIL4級(jí)。對(duì)所有類型列車(包括固定編組列車、機(jī)械靈活編組列車以及虛擬靈活編組列車等)都是完全一致的。雖然虛擬聯(lián)掛技術(shù)主要解決的是虛擬靈活編組列車內(nèi)部構(gòu)成(各列車單元之間關(guān)系)的問題，但由于采用了列控技術(shù)，且由于軌道交通的歷史經(jīng)驗(yàn)和持續(xù)追求等原因，虛擬靈活編組列車也需達(dá)到最高安全等級(jí)(SIL4級(jí))。因此，對(duì)虛擬靈活編組列車內(nèi)部各列車單元的防護(hù)控制應(yīng)達(dá)到SIL4級(jí)。(2)虛擬靈活編組列車正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)同步站臺(tái)作業(yè)虛擬靈活編組列車正常運(yùn)行時(shí)，各列車單元在同一站臺(tái)的作業(yè)應(yīng)保持基本的同步性，以滿足城市軌道交通列車運(yùn)行組織的一般要求。各相關(guān)作業(yè)的最大時(shí)間差以達(dá)到乘客無(wú)感以及不影響列車運(yùn)行效率為佳，原因在于，從站臺(tái)上的乘客角度看，如果虛擬靈活編組列車能夠?qū)崿F(xiàn)列車同步進(jìn)/出站和同步開/關(guān)車門作業(yè)，夠更加順利的投入應(yīng)用5。結(jié)合一般乘客對(duì)站臺(tái)各項(xiàng)作業(yè)同步性的敏感性要求以別地，對(duì)于列車在站間運(yùn)行過程中開始重聯(lián)的下一站臺(tái)(即在下一站臺(tái)完成重聯(lián)的情況)可以采用站臺(tái)非同步作業(yè)(下面將進(jìn)行該場(chǎng)景性能要求的具體描述),并應(yīng)做好相應(yīng)的乘客提示工作。注：如果虛擬靈活編組列車中的領(lǐng)頭車單元先進(jìn)站停車并打開車門，然后跟隨列車單元再進(jìn)站停車及當(dāng)前技術(shù)發(fā)展條件，虛擬靈活編組列車正常運(yùn)行時(shí)在站臺(tái)作業(yè)同步性方面至少應(yīng)滿足以下要求：●列車單元同步進(jìn)站停車列車單元進(jìn)站停車時(shí)間差≤4s(越小越好)。其中，進(jìn)站停車時(shí)間差的概念如圖12所示，指從領(lǐng)頭車停穩(wěn)時(shí)刻起到跟隨車停穩(wěn)時(shí)刻止的時(shí)間長(zhǎng)度。實(shí)際中，應(yīng)在滿足特定客流下城軌運(yùn)輸效率要求、對(duì)乘客基本無(wú)感和技術(shù)可實(shí)現(xiàn)、成本可控等方面達(dá)到較好的平衡的原則下確定該指標(biāo)。當(dāng)前給出的數(shù)值要求是結(jié)合技術(shù)發(fā)展條件后提出的當(dāng)前可接受水平，越小越好則表示隨著技術(shù)進(jìn)步該指標(biāo)還應(yīng)進(jìn)一步提高，直到相關(guān)差值縮小到0為止。●列車單元同步出站發(fā)車出站發(fā)車時(shí)間差≤1s(越小越好)。具體原因與上面類似，此處不再贅述。●列車單元在站臺(tái)同步開/關(guān)門開/關(guān)門時(shí)間差≤1s(越小越好)。具體原因與上面類似，此處不再贅述。(3)虛擬重聯(lián)首站臺(tái)的高效進(jìn)站停車和無(wú)感重聯(lián)為提高列車重聯(lián)效率，減輕甚至消除重聯(lián)過程對(duì)正常列車運(yùn)行組織的影響，當(dāng)采用在線動(dòng)態(tài)重聯(lián)時(shí)，前行單元列車可根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃正常運(yùn)行，包括維持原速度曲線不變或者在運(yùn)行計(jì)劃范圍內(nèi)適當(dāng)減速，而跟隨單元列車則可采用快速追蹤前行單元列車的方式運(yùn)行。由于兩單元列車能夠在接近過程中建立無(wú)線信息鏈接并交互信息，因此能夠大幅提高跟隨單元列車的進(jìn)站速度；再加上虛擬重聯(lián)不需要單元列車通過碰撞進(jìn)行機(jī)械連接，且跟隨單元列車在虛擬重聯(lián)時(shí)不需要一度停車，因此，跟隨單元列車進(jìn)站過程中的運(yùn)行速度與作為虛擬靈活編組列車運(yùn)行時(shí)跟隨車的正常進(jìn)站速度基本一致，從而可以在最短的時(shí)間內(nèi)使兩車接近。綜上，虛擬靈活編組能夠極大程度縮短列車重聯(lián)過程中的列車接近時(shí)間，提升重聯(lián)效率。從指標(biāo)角度講，虛擬靈活編組列車在重聯(lián)的首站臺(tái)應(yīng)可實(shí)現(xiàn)與正常運(yùn)行時(shí)保持幾乎一致的進(jìn)站速度。此外，由于不需要進(jìn)行列車單元間的機(jī)械連接，從而也不需要進(jìn)行TCMS、PIS等系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)重新配置，也不需要試?yán)闰?yàn)證機(jī)械連接效果的操作，因此虛擬靈活編組還能夠大幅度縮短重聯(lián)過程中的建立聯(lián)接時(shí)間。結(jié)合虛擬靈活編組列車需求以及技術(shù)發(fā)展程度，可要求自跟隨車停車時(shí)刻起至完成虛擬重聯(lián)建立聯(lián)接止的時(shí)間長(zhǎng)度不超過5秒(越小越好)。而且，列車建立聯(lián)接的過程可以在正常停站作業(yè)過程中并行完成，無(wú)需因?yàn)榱熊嚱⒙?lián)接而消耗額外的時(shí)間，從而能夠大幅提高列車重聯(lián)效率。(4)站臺(tái)停車時(shí)的列車單元間距虛擬靈活編組列車在站臺(tái)停車時(shí)，列車單元間距首先需滿足車門與站臺(tái)門對(duì)齊的要求，從而不影響乘客上下車。在此基礎(chǔ)上，列車單元間距越小越好，以盡可能降低站臺(tái)改造成本和方便服務(wù)乘客。在當(dāng)前技術(shù)水平下，站臺(tái)門的間距是固定不變的，不會(huì)根據(jù)進(jìn)站列車的不同類型而調(diào)整。因此，對(duì)于需要進(jìn)入站臺(tái)停車的列車，只能通過調(diào)整列車(或列車單元)停車位置以滿足車門與站臺(tái)門對(duì)齊的要求。根據(jù)該要求，結(jié)合站臺(tái)門間距、列車單元車頭/車位和車鉤的長(zhǎng)度，即可計(jì)算得出虛擬靈活編組列車在站臺(tái)停車時(shí)的列車單元間距要求。虛擬靈活編組列車在站臺(tái)停車時(shí)的示意圖如圖13所示，通過適當(dāng)調(diào)整列車單元間距C即可滿足虛擬靈活編組列車在站臺(tái)停車時(shí)車門與站臺(tái)門對(duì)齊的要求?。圖13虛擬靈活編組列車在站臺(tái)停車時(shí)，列車單元間距要求為實(shí)現(xiàn)兩列車單元車門均與站臺(tái)門對(duì)齊，要求列車單元間距滿足下式：門間距；m為正整數(shù)，圖13中其取值為2,即m=2。上式表示：站臺(tái)停車時(shí)，跟隨車車頭與車鉤長(zhǎng)度、領(lǐng)頭車車尾與車鉤長(zhǎng)度以及列車單元間距之和應(yīng)與站臺(tái)門間距的整數(shù)倍相同，且在滿足信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)條件限制等情況下，列車單元間距越小越好。根據(jù)上式可容易獲得對(duì)虛擬靈活編組列車在站臺(tái)停車時(shí)的列車單元間值得一提的是，由于虛擬靈活編組列車單元間距可調(diào)，因此，虛擬靈活編組相對(duì)容易滿足不同車頭長(zhǎng)度的列車與站臺(tái)門對(duì)齊的要求；而機(jī)械靈活編組列車由于缺少該可調(diào)量(或者說列車單元間距固定為0),則可能會(huì)由于車頭長(zhǎng)度與站臺(tái)門間距不匹配導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)車門與站臺(tái)門對(duì)齊，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械靈活編組在某些線路或某些列車上無(wú)法使用。為滿足機(jī)械靈活編組列車在站臺(tái)停車時(shí)所有列車單元車門與站臺(tái)門對(duì)齊的注：前提是列車單元車門間距與站臺(tái)門間距本身是一致的，虛擬靈活編組僅解決站臺(tái)門間距與列車后的重疊部分長(zhǎng)度，n為正整數(shù)，圖中滿足n=1。如果不滿足該式限制，則說明該機(jī)械靈活編組列車與該站臺(tái)不匹配，無(wú)法采用機(jī)械靈活編組方式實(shí)現(xiàn)列車在站臺(tái)作業(yè)。結(jié)合上述需求，考慮到技術(shù)發(fā)展水平，在確定的軌道交通線路中，●如果虛擬靈活編組與機(jī)械靈活編組均可適用，通常虛擬靈活編組列車在站臺(tái)停車時(shí)的列車單元間距會(huì)比機(jī)械靈活編組大1個(gè)站臺(tái)門間距，即圖13中的列車單元間距C等于一個(gè)站臺(tái)門間距；●如果機(jī)械靈活編組不可用，那么可根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算獲得列車單元間距C,通常會(huì)導(dǎo)致虛擬靈活編組列車在站臺(tái)停車時(shí)兩列車單元的車門之間有1個(gè)站臺(tái)門沒有與其對(duì)應(yīng)的車門7。(5)區(qū)間運(yùn)行時(shí)的列車單元間距虛擬靈活編組列車區(qū)間運(yùn)行過程中，受安全防護(hù)等技術(shù)條件限制，列車單元的間距會(huì)隨著運(yùn)行速度提高而增大，進(jìn)而導(dǎo)致虛擬靈活編組列車長(zhǎng)度增大。但作為一列車，虛擬靈活編組列車在線路上運(yùn)行時(shí)，列車單元實(shí)際間距應(yīng)不超過系統(tǒng)定義的最大值(根據(jù)運(yùn)營(yíng)要求的線路通過能力等決定),從而既可從外觀上作為一列完整列車運(yùn)行，也不會(huì)因列車長(zhǎng)度增大而導(dǎo)致不滿足線路通過能力要求。因此，虛擬靈活編組列車在區(qū)間運(yùn)行時(shí)，其列車單元實(shí)際間距應(yīng)介于"安全防護(hù)等技術(shù)條件限定的最小值"和"線路通過能力需求等限定的最大值"之間。對(duì)于制定虛擬靈活編組列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)的列車單元間距性能指標(biāo)要求，主要考慮到技術(shù)發(fā)展程度和城市軌道交通中站臺(tái)長(zhǎng)度的實(shí)際情況，大多數(shù)站臺(tái)只需要調(diào)整站臺(tái)的公共區(qū)域和設(shè)備區(qū)域的布置并相應(yīng)增加站臺(tái)門的安裝數(shù)量即可滿足該要求，對(duì)新建線路和既有線路改造都是技術(shù)可行且成本相對(duì)較低的技術(shù)指標(biāo)。是確定“安全防護(hù)等技術(shù)條件限定的最小值”和“線路通過能力需求等限定的最大值”。其中，●對(duì)于"線路通過能力需求等限定的最大值",可根據(jù)運(yùn)營(yíng)需要的線路通過能力需求和線路條件等參數(shù)，計(jì)算獲得運(yùn)營(yíng)可接受的虛擬靈活編組列車最大長(zhǎng)度，進(jìn)而根據(jù)虛擬靈活編組列車長(zhǎng)度與列車單元間距的關(guān)系而●對(duì)于"安全防護(hù)等技術(shù)條件限定的最小值",則主要根據(jù)列車單元牽引/制動(dòng)能力及相關(guān)參數(shù)、所采用的安全防護(hù)方法等技術(shù)條件確定。在此"安全防護(hù)等技術(shù)條件限定的最小值"越小，一方面，列車單元實(shí)際間距的調(diào)整范圍越大，從而虛擬靈活編組列車運(yùn)行的魯棒性和韌性越高、適應(yīng)范圍越廣、適應(yīng)不同條件變化的能力越強(qiáng)；另一方面，列車單元的實(shí)際間距值亦可隨之縮小，從而有利于提升進(jìn)站停車時(shí)間差等指標(biāo)。與機(jī)械靈活編組相比，虛擬靈活編組的重聯(lián)/摘解效率更高、對(duì)重聯(lián)時(shí)的列車速度、地點(diǎn)等限制更少，而且支持跨類型列車重聯(lián)，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)力-運(yùn)量更精準(zhǔn)匹配，對(duì)軌道交通互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行和綠色低碳環(huán)保運(yùn)行等提供更好的支撐。下面對(duì)虛擬靈活編組的主要優(yōu)勢(shì)進(jìn)行說明：(1)虛擬靈活編組使重聯(lián)/摘解的限制條件大幅減少虛擬靈活編組列車單元間不需要依賴車鉤物理連掛，因此，與機(jī)械靈活編組相比，虛擬靈活編組對(duì)重聯(lián)/摘解的地點(diǎn)和對(duì)重聯(lián)/摘解時(shí)的列車速度限制大幅減少(可在線路任意位置、在列車動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中完成重聯(lián)/摘解),從而使列車重聯(lián)/摘解的靈活性得到大幅提升。(2)虛擬靈活編組的重聯(lián)/摘解過程時(shí)間短、效率高虛擬靈活編組不需要因重聯(lián)/摘解而減速停車，重聯(lián)/摘解后不需要重新配置(機(jī)械靈活編組中重聯(lián)/摘解過程是必需的，而且耗時(shí)較長(zhǎng)),也不需要通過試?yán)裙ぷ鱽?lái)驗(yàn)證機(jī)械連接的效果。因此，與機(jī)械靈活編組相比，虛擬靈活編組的重聯(lián)/摘解過程時(shí)間短、效率高。(3)虛擬靈活編組的重聯(lián)/摘解過程對(duì)乘客無(wú)感，對(duì)運(yùn)營(yíng)組織影響小虛擬靈活編組不需要通過低速碰撞實(shí)現(xiàn)列車單元間的車鉤連掛，減少了由此帶來(lái)的沖擊，因此不影響乘客舒適性，更不要求清客；而且，通過合理的列車運(yùn)行調(diào)度，虛擬重聯(lián)/摘解過程可在列車正常運(yùn)行和停站作業(yè)過程中并行完成。因此，與機(jī)械靈活編組相比，可實(shí)現(xiàn)重聯(lián)/摘解過程對(duì)乘客基本無(wú)感，對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)組織的影響小。(4)虛擬靈活編組可實(shí)現(xiàn)跨類型列車重聯(lián)運(yùn)行由于虛擬靈活編組不涉及牽引/制動(dòng)系統(tǒng)、TCMS、PIS、PA等系統(tǒng)的貫通聯(lián)接，因此，其減少了靈活編組列車必須類型相同的要求，可實(shí)現(xiàn)跨類型列車的重聯(lián)運(yùn)行(不同類型的列車、甚至客貨列車之間都有可能實(shí)現(xiàn)重聯(lián)運(yùn)行),提高了列車互聯(lián)互通能力和運(yùn)營(yíng)調(diào)整的靈活性。(5)虛擬靈活編組對(duì)駕駛室和車鉤長(zhǎng)度要求少，可通過調(diào)整列車單元間距實(shí)現(xiàn)站臺(tái)停車時(shí)車門與站臺(tái)門的對(duì)齊要求前文已經(jīng)指出，機(jī)械靈活編組的可行性受到列車單元駕駛室及車鉤長(zhǎng)度與站臺(tái)門間距匹配關(guān)系的限制，如果不匹配則可能導(dǎo)致機(jī)械靈活編組方式不可用。而由于具有列車單元間距可調(diào)整的特點(diǎn)，使得虛擬靈活編組的可行性大大提高，即，在列車單元駕駛室及車鉤長(zhǎng)度與站臺(tái)門間距不匹配時(shí)，可通過調(diào)整列車單元間距實(shí)現(xiàn)車門與站臺(tái)門對(duì)齊，從而能夠容易的在更多線路投入應(yīng)用，不需要因此增大/減小列車駕駛室長(zhǎng)度。靈活編組可實(shí)現(xiàn)車輛和線路等資源利用方式的在線靈活調(diào)整和高效應(yīng)用，從而可在客流動(dòng)態(tài)變化等場(chǎng)景下促進(jìn)運(yùn)力-運(yùn)量精準(zhǔn)匹配，達(dá)到降本增效運(yùn)營(yíng)和"雙碳"等戰(zhàn)略目標(biāo)。作為靈活編組的一種實(shí)現(xiàn)方式，虛擬靈活編組在運(yùn)力調(diào)整方面具有更大的靈活性，調(diào)整效率更高、限制條件更少，而且還可實(shí)現(xiàn)跨類型列車重聯(lián)運(yùn)行。因此，在互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行等各種需要使用靈活編組來(lái)調(diào)整線路運(yùn)力的場(chǎng)景下，適合采用虛擬靈活編組方式3。具體來(lái)講，在客流空間和/或時(shí)間分布不均衡時(shí)，或者存在客貨列車混運(yùn)等異質(zhì)列車共線高密度運(yùn)行需求時(shí)，適合采用虛擬靈活編組方式。根據(jù)上述特征，結(jié)合城市軌道交通線路布置和運(yùn)營(yíng)組織的實(shí)際情況，本文提出幾種適宜應(yīng)用虛擬靈活編組的典型場(chǎng)景，包括多交路運(yùn)行、跨線運(yùn)行、潮汐客流下的運(yùn)行、高平峰轉(zhuǎn)換運(yùn)行、局地突發(fā)大客流、以及客貨混運(yùn)等，供軌道交通建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和設(shè)計(jì)等相關(guān)方參考。需要指出的是，虛擬靈活編組能夠比傳統(tǒng)列車固定編組運(yùn)行方式提供更多和更加有效的運(yùn)力調(diào)整手段，且比機(jī)械靈活編組的限制條件更少、靈活性更高，但在具體場(chǎng)景中應(yīng)該如何使用虛擬靈活編組以達(dá)到最佳化運(yùn)力調(diào)整的目的，或者應(yīng)該選擇哪些運(yùn)行調(diào)整方式，還需要結(jié)合軌道交通網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)前線路以及其他相關(guān)線路的實(shí)際條件，并綜合運(yùn)營(yíng)方和乘客方等多方的需求，由智能調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化決策而定。而如何進(jìn)行合理決策是智能調(diào)度需要研究的主要內(nèi)容之一，后文不再贅述。反之，如果沒有在線調(diào)整編組方式的需求(例如客流變化較小的場(chǎng)景下),可能僅需要使用固定編組列車即可(小客流條件下可以選擇固定小編組列車、大客流條件下可以選擇固定大編組列車或者通過機(jī)械連接裝置重聯(lián)后保持編組不變的大編組列車等)。6.1.多交路靈活編組運(yùn)行隨著城市軌道交通線路從市區(qū)向外的不斷延伸，其客流時(shí)空分布不均衡的問題將會(huì)愈發(fā)凸顯，整體上將呈現(xiàn)城市中心線路客流密度高，而隨著線路向外延伸客流密度將逐漸降低的特征。采用大小交路混合運(yùn)行等多交路運(yùn)行方式是應(yīng)對(duì)此類客流空間分布不均衡線路的常見應(yīng)對(duì)方式。圖15描述了一種典型的大小交路混合運(yùn)行的線路示意圖，其中，站臺(tái)1至站臺(tái)2之間的線路稱為小交路(例如對(duì)應(yīng)中心城區(qū)大客流需求的線路區(qū)段),站臺(tái)1至站臺(tái)3之間的線路稱為大交路(既包含中心城區(qū)線路，也包含站臺(tái)2至站臺(tái)3之間小客流需求的線路區(qū)段)。重聯(lián)=重聯(lián)=形成編組解除編組摘解=圖15基于虛擬靈活編組的大小交路混合運(yùn)行示意圖目前城市軌道交通使用固定編組列車運(yùn)行方式。對(duì)于這樣的線路，只能分別分配一定比例的列車按照大交路或小交路運(yùn)行，以平衡客流需求和運(yùn)營(yíng)成本之間的關(guān)系。通常，為控制運(yùn)營(yíng)成本，大交路運(yùn)行的列車數(shù)量會(huì)相對(duì)較少、服務(wù)頻次較低，致使部分旅客的等候時(shí)間過長(zhǎng)，乘客滿意度較低；然而，即便按照乘客可接受的最大間隔安排列車運(yùn)行，郊區(qū)線路區(qū)段上的列車滿載率通常依然較低，存在較大的資源浪費(fèi)問題。因此，既有列車運(yùn)行方式面臨兩難的決策問題。針對(duì)這種線路，采用虛擬靈活編組是比較合適的列車運(yùn)行組織方式。例如，在站臺(tái)1至站臺(tái)2之間的小交路內(nèi)，可通過重聯(lián)形成大編組的虛擬靈活編組列車運(yùn)行以滿足該區(qū)域較大的客流需求；當(dāng)虛擬靈活編組列車到達(dá)站臺(tái)2后，可根據(jù)需要通過摘解形成兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的小編組列車，其中一個(gè)小編組列車?yán)^續(xù)向站臺(tái)3運(yùn)行，另一個(gè)小編組列車則在站臺(tái)2折返。自站臺(tái)2折返后的小編組列車可與站臺(tái)3運(yùn)行至站臺(tái)2的其他小編組列車再次重聯(lián)，重新形成一列大編組的虛擬靈活編組列車，在站臺(tái)2至站臺(tái)1范圍內(nèi)運(yùn)行和折返。如此往復(fù)可滿足不同線路區(qū)段的客流需求。特殊情況下，如果站臺(tái)2至站臺(tái)3區(qū)段內(nèi)乘客數(shù)量非常少時(shí)，部分虛擬靈活編組列車亦可選擇不摘解，而是全列在站臺(tái)2折返后按小交路運(yùn)行。換言之，傳統(tǒng)上調(diào)整小交路列車運(yùn)行間隔和數(shù)量的手段依然有效。綜上，虛擬靈活編組為列車運(yùn)行方式和線路運(yùn)力投放的調(diào)整提供了更加豐富的手段，可以實(shí)現(xiàn)客流-車流更精準(zhǔn)的匹配，達(dá)到兼顧服務(wù)質(zhì)量和成本效益的目此外，對(duì)于不同類型的多交路運(yùn)行，例如圖15中在站臺(tái)1左邊還存在另一個(gè)方向的郊區(qū)線路等情況，虛擬靈活編組運(yùn)行方式依然適用，只需要在站臺(tái)1同樣按照上文中站臺(tái)2的方式進(jìn)行決策和處理即可。列車跨線(含一條線路包含不同支線，下文不再贅述)運(yùn)行是適合應(yīng)用虛擬靈活編組的另一種典型場(chǎng)景。一方面，與多交路運(yùn)行類似，跨線運(yùn)行可能存在客流空間分布不均衡的情況。以圖16所示的Y型線路(可以是不同線路，也可以是一條線路的兩個(gè)分支)為例，干線(匯總線路)和支線上的客流分布可能不均衡，通常站臺(tái)1至岔口1的干線(匯總線路)線路區(qū)段上客流密度大，而其余線路區(qū)段(支線上)的客流密度則相對(duì)較小。站臺(tái)2站臺(tái)2岔口1站臺(tái)3客流密度低顯然，針對(duì)上述所示的情況，根據(jù)客流空間分布規(guī)律，在線調(diào)整列車編組是實(shí)現(xiàn)客流-車流匹配的有效手段。例如，由站臺(tái)1向右行駛的列車可采用大編組的虛擬靈活編組列車，在經(jīng)過岔口1時(shí)可通過摘解轉(zhuǎn)換為兩列獨(dú)立運(yùn)行的小編組列車，分別駛向站臺(tái)2與站臺(tái)3;而由站臺(tái)2和站臺(tái)3駛向站臺(tái)1的小編組列車，可在經(jīng)過岔口1后重聯(lián)形成大編組的虛擬靈活編組列車。由于虛擬靈活編組具有在列車動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中快速重聯(lián)/摘解的能力，在具有上述客流分布特征的線路上具有很好的應(yīng)用前景。類似地，作為圖16中Y型線路的變種，圖17所示的H型(或雙Y型)等線路同樣適合采用虛擬靈活編組運(yùn)行方式。其根本原因在于，虛擬靈活編組能夠通過動(dòng)態(tài)、快速地實(shí)現(xiàn)列車重聯(lián)/摘解而調(diào)整列車編組，達(dá)到靈活調(diào)整運(yùn)力投放的目的?？土髅芏雀呖土髅芏鹊涂土髅芏鹊驼九_(tái)5另一方面，跨線運(yùn)行時(shí)，不同線路上運(yùn)行的列車類型可能也不相同。此時(shí)，可以通過虛擬靈活編組實(shí)現(xiàn)不同類型(來(lái)自不同線路)列車重聯(lián)后的共線運(yùn)行，從而可提高共線運(yùn)行區(qū)段的線路利用率。原因在于，來(lái)自不同線路的列車共線運(yùn)行時(shí)，如果不進(jìn)行重聯(lián)，則可能因新增其他線路的列車而降低共線運(yùn)行區(qū)段原線路列車的運(yùn)行效率；如果要進(jìn)行重聯(lián)，則可能由于不同線路的列車類型不同(含等各系統(tǒng)不兼容等)導(dǎo)致機(jī)械靈活編組方式不可用，而虛擬靈活編組則相對(duì)比較靈活，可通過信號(hào)系統(tǒng)的配合實(shí)現(xiàn)來(lái)自不同線路的不同類型列車的重聯(lián)運(yùn)行。6.3.潮汐客流下的靈活編組運(yùn)行上下行線路存在潮汐客流現(xiàn)象是另一種客流空間分布不均衡的典型場(chǎng)景，這種場(chǎng)景也是適宜應(yīng)用虛擬靈活編組以促進(jìn)客流-車流匹配的場(chǎng)景。上下行線路潮汐客流現(xiàn)象是指，在一定時(shí)間段內(nèi)，例如早高峰期間，上行客流量很大而下行客流量很小；而另一段時(shí)間段內(nèi)，例如晚高峰期間，則存在下行客流量很大而上行客流量很小的情況。針對(duì)這種情況，可在線路兩端分別設(shè)置車輛段/停車場(chǎng)，并在客流量較大的方向上使用虛擬靈活編組列車方式運(yùn)行；當(dāng)虛擬靈活編組列車運(yùn)行至線路終端站時(shí)，通過摘解形成兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的小編組列車，其中一列小編組列車駛?cè)胲囕v段/停車場(chǎng)，另一列小編組列車則在終端站折返運(yùn)如圖18為例，當(dāng)下行線路方向客流量較大的場(chǎng)景，可在下行方向使用虛擬靈活編組列車方式運(yùn)行，并在下行方向的終端站摘解；下行方向始發(fā)的列車可以在車輛段重聯(lián)，也可以將上行方向折返后的列車與車輛段出發(fā)的列車重聯(lián)。同理，當(dāng)上行方向客流量較大時(shí)，可按照與該方法類似的方式處理，只需將兩個(gè)方向的處理方式互換即可，此處不在贅述。命車輛段/停車場(chǎng)車輛段/停車場(chǎng)和6.4.高平峰靈活編組運(yùn)行除了上文所述客流空間分布不均衡的場(chǎng)景外，客流時(shí)間(包括時(shí)空結(jié)合)分布不均衡的場(chǎng)景也是適合應(yīng)用虛擬靈活編組的場(chǎng)景。其中，一種典型的場(chǎng)景是高平峰在線轉(zhuǎn)換過程。例如，在高平峰客流變化較大的城市軌道交通線路上，運(yùn)營(yíng)者通常期望在高峰期采用大編組列車、小間隔運(yùn)行，而平峰期則采用小編組列車、相對(duì)大間隔運(yùn)行。但在高平峰轉(zhuǎn)換過程中，實(shí)際客流從小到大(或從大到小)的變化過程是連續(xù)漸變的，轉(zhuǎn)換過程需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間才能完成；在該過程中，需要根據(jù)不同時(shí)刻的客流需求情況，選擇合適編組的列車以及最優(yōu)的列車追蹤間隔，從而可達(dá)到運(yùn)力-運(yùn)量更好匹配的目的。虛擬靈活編組方式下，列車重聯(lián)/摘解過程時(shí)間短，且不受線路地點(diǎn)和列車速度等限制，因此，能夠比機(jī)械靈活編組更好地滿足高平峰轉(zhuǎn)換期間的應(yīng)用需求。通過提高全過程每個(gè)時(shí)刻客流-車流的匹配程度，可以使高平峰轉(zhuǎn)換過程更平滑、更高效。值得說明的是，如果在由平峰轉(zhuǎn)換至高峰期的過程中已經(jīng)采用了虛擬靈活編組，當(dāng)客流量即將達(dá)到最大值時(shí)，如果有必要(例如虛擬靈活編組的運(yùn)力不滿足高峰期需求)1,仍可以在指定的地點(diǎn)選擇合適的時(shí)機(jī)將相關(guān)列車單元進(jìn)行機(jī)械重聯(lián)，即虛擬靈活編組與機(jī)械靈活編組完全可以共存和互相補(bǔ)強(qiáng)。同理，在由高峰轉(zhuǎn)換至平峰的過程中，如果已經(jīng)采用了虛擬靈活編組方式，當(dāng)客流量減小到一定程度后，可以根據(jù)需要對(duì)虛擬靈活編組列車在線摘解，即改為采用小編組列車獨(dú)立運(yùn)行方式以在不降低乘客服務(wù)質(zhì)量的前提下降低運(yùn)行成本；如果客流量繼續(xù)減少，還可以通過增大列車間隔等方式以進(jìn)一步提高車輛等資源利用率，這與傳統(tǒng)列車運(yùn)行調(diào)整方式一致。6.5.局地突發(fā)大客流局部地段突發(fā)大客流情況是適合虛擬靈活編組應(yīng)用的另一種典型場(chǎng)景。無(wú)論由何種原因?qū)е碌?，?dāng)某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，在線路的部分位置突然涌現(xiàn)大量客流時(shí)，可能會(huì)超出該線路上原計(jì)劃行車方式的運(yùn)輸能力，不僅擾亂本線路的正常列車運(yùn)營(yíng)秩序，嚴(yán)重時(shí)還可能蔓延至其他線路甚至其他交通方式。在已經(jīng)形成網(wǎng)絡(luò)化的城市軌道交通系統(tǒng)中，該問題的影響面更廣、程度更嚴(yán)重。由于突發(fā)大客流通常發(fā)生在局部地段，及時(shí)、快速地提升相應(yīng)線路區(qū)段的運(yùn)1由于虛擬靈活編組與機(jī)械靈活編組的運(yùn)力接近，因此，除了超大城市的少部分線路，大部分線路的力是關(guān)鍵。因此，可通過及時(shí)調(diào)整列車運(yùn)行計(jì)劃，將正在駛向相關(guān)區(qū)段的列車在動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中重聯(lián)形成虛擬靈活編組列車，達(dá)到快速提升局部地區(qū)運(yùn)力投放的目的。此外，如果突發(fā)大客流區(qū)段有車輛段、存車線以及其他類型的聯(lián)絡(luò)線并存儲(chǔ)有備用列車時(shí)，也可以通過臨時(shí)增車的方式快速提升局部地段運(yùn)力，從而能夠有效應(yīng)對(duì)突發(fā)大客流的影響，保持客流-車流匹配。當(dāng)突發(fā)大客流疏散后，則可以通過在線高效摘解快速方便地恢復(fù)至常規(guī)運(yùn)營(yíng)方式。值得注意的是，突發(fā)大客流意味著需要進(jìn)行列車運(yùn)行方式的動(dòng)態(tài)調(diào)整，而且通常會(huì)對(duì)本線路以及軌道交通