BCIIRT：2023城市轨道交通虚拟灵活编组技术白皮书

城市轨道交通虚拟灵活编组技术轨道交通运行控制系统国家工程研究中心北京协同创新轨道交通研究院有限公司城市轨道交通虚拟灵活编组技术签发时间：2023年07月轨道交通运行控制系统国家工程研究中心由原轨道交通运行控制系统国家工程研究中心和城市轨道交通列车通信与运行控制国家工程实验室优化整合后组建，是北京交通大学牵头，采用"政产学研用"协同创新模式，联合交控科技为设计方提供设计指南，为运营方提供运营维护指导。北京协同创新轨道交通研究院有限公司(下文简称“协同创新研究院”)成立于2020年，是北京市基础设施投资有限公司(下文简称“京投公司”)联合及标准管理，以"投资+创新"加速创新成果转化，最终提升北京轨道交通创新二是科研管理，进行科研项目管理、外部科技资金申请等；三是协同创新管理，验管理，包括新技术新产品系统级检验试验归口管理、检验检测规范归口管理。京投公司、协同创新研究院承担了中国城市轨道交通协会"新一代网络化智能调度和智能列车运控系统示范工程",虚拟灵活编组技术是该示范工程的重要研究结基于虚拟联挂技术的灵活编组方式的研究成果，结合北京轨道交通研究和应用对本白皮书有任何问题或建议，欢迎与我们联系。1 1前言 31.术语与缩略语 51.1.术语 51.2.缩略语 72.概述 8 93.1.虚拟灵活编组列车的基本概念及构成 93.2.虚拟灵活编组列车的基本特征 3.3.虚拟灵活编组列车的基本运行场景 3.4.虚拟灵活编组列车与乘客输送能力的关系 4.关键技术 4.1.基于时空间隔的协同安全防护 4.1.1基于时空间隔的安全防护 4.1.2.虚拟灵活编组列车单元协同安全防护 4.2.协同自动驾驶和运行控制 4.2.1.站间运行过程的协同自动驾驶 4.2.2.站台及折返作业过程的协同控制 4.3.动态接近和重联控制 5.基本性能指标及主要优势 5.1.基本性能指标要求 5.2.主要优势 6.典型应用场景 6.1.多交路灵活编组运行 6.2.跨线灵活编组运行 6.3.潮汐客流下的灵活编组运行 6.4.高平峰灵活编组运行 26.5.局地突发大客流 6.6.客货混运 7.北京轨道交通虚拟灵活编组实施路线 8.结语 9.参考文献 3近年来，我国城市轨道交通持续高速发展，线网规模和客流规模均已位居世界前列，且未来较长的时期内仍将保持较快的增长态势，为缓解我国城市交通拥堵、提高乘客出行效率、促进绿色低碳出行和建设交通强国发挥重要作用。"十四五"期间，我国城市轨道交通将由以建设为主转入建设、运营并重阶段。目前，城市轨道交通客流时空分布不均衡的不利影响逐渐显现出来，存在高峰时期部分线路区段运力紧张、平低峰时期大量线路与车辆资源利用率低等问题，且随着网络规模的扩大有进一步扩大的趋势。列车灵活编组运行组织方式被认为是解决或缓解上述问题的有效手段之一，得到城市轨道交通研究、设计、建设和运营等相关方的高度关注，已开展了不同路径的关键技术研究和示范验证工作，《中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案》也将基于灵活编组的列车运行控制系统列为绿色装备应用示范项目。为促进列车灵活编组相关研究和运用，轨道交通运行控制系统国家工程研究中心和北京协同创新轨道交通研究院有限公司于2022年联合发布了《北京轨道交通列车灵活编组控制技术》白皮书，对列车灵活编组发展历程和技术方向进行了总结，在此基础上针对列车在线灵活编组的控制要求以及过程中自动化系统承担的功能，提出了灵活编组控制自动化等级(简称“编组等级”)的划分方式，对各编组等级的主要特征进行了界定，并对北京轨道交通灵活编组实施路线进行作为灵活编组的一种实现方式，虚拟灵活编组在近些年得到了广泛研究和讨论，存在不同研究重点和方向的选择，过程中也不乏对其可行性和有效性的质疑之声。本白皮书结合北京轨道交通对虚拟灵活编组的研究进展和应用规划，基于国家发改委及中城轨协会相关示范工程的研究成果，对虚拟灵活编组的技术原理进行说明，分析总结其主要特征，提出潜在应用场景，意图促进行业交流，为轨道交通研究、设计、建设和运营决策提供参考。本白皮书意图抛砖引玉，为业内共同研究和探索虚拟灵活编组技术，以及通过应用列车灵活编组提高轨道交通运行组织效率、提升车辆和线路等资源的利用率、实现绿色低碳运行等提供参考和借鉴。4本白皮书由轨道交通运行控制系统国家工程研究中心和北京协同创新轨道交通研究院有限公司组织编写并联合发布。本白皮书的某些内容可能涉及专利，本白皮书的发布机构不承担识别这些专利的责任。杨旭文、宿帅、闻一龙、吕继东、夏夕盛。主要审查人：丁树奎、韩志伟、王道敏、宣晶、李仲华、李晓刚、饶东、赵剑华、张宝、张传祺、吕文龙。51.术语与缩略语在轨道线路上可编入列车运行的单节(台、辆)车。由多节(含两节)车辆或若干组列车单元联结成列一体运用的车组或组(3)列车单元TrainUnit(TU)构成灵活编组列车的基本单元，具备独立运行能力，可以是一节车辆或者两个及以上车辆的固定或半固定组合。(4)领头列车单元LeaderTrainUnit(LU)在由多组(含两组)列车单元重联构成的列车中，按照列车运行方向，位于最前方的列车单元称为领头列车单元，简称领头车。(5)跟随列车单元FollowerTrainUnit(FU)在由多组(含两组)列车单元重联构成的列车中，除领头车以外的其他列车单元均称为跟随列车单元，简称跟随车。使用机械或者虚拟联挂技术，将多列(含两列)运行列车联结成一体运行6(7)列车摘解TrainDecoupling将一列列车按列车单元解列形成多列(含两列)运行列车的过程。(8)机械联挂MechanicalCoupling(MC)基于机械连接装置，通过人工或自动控制将多列(含两列)车间机械、电(9)虚拟联挂VirtualCoupling(VC)不依赖机械连接装置，通过基于无线通信的信息交互和自动控制等技术将多列(含两列)运行列车联结并一体运行的技术。所有列车，在线运行过程中均保持自身编组固定不变的轨道交通列车运行至少一列车，可在在线运行过程中根据运营需要通过重联/摘解而改变编组的轨道交通列车运行组织方式。采用机械联挂技术实现列车编组在线改变的一种灵活编组列车运行组织方采用虚拟联挂技术实现列车编组在线改变的一种灵活编组列车运行组织方式，具有充分应用实时信息共享技术、自动汇聚处理列车运行控制多维度信7英文名称含义基于通信的列车运行控制闭路电视全自动运行跟随列车单元智能全自动运行领头列车单元机械联挂乘客广播系统乘客信息系统列车控制与监控系统技术成熟度列车单元虚拟联挂8为精准匹配时空分布不均衡的客流需求和满足绿色低碳、资源高效利用、降本增效的运营需求，将多组(含两组)列车重联形成大编组列车、并在需要时通过摘解恢复为多组(含两组)独立运行列车的列车灵活编组运行方式已得到城市轨道交通(下文简称城轨)建设和运营方的关注，开展了大量探索和实践。作为灵活编组的一种实现方式，虚拟灵活编组也已经得到国内外的广泛关注，开展了大量研究和论证。由于其不依赖机械连接装置，而是通过无线通信和自动控制等技术使多列(含两列)列车以足够小的间距"联挂"起来以编队形式运行，且这种联挂可以根据需要动态在线"摘解",从而大幅提升列车编组调整的效率和灵活性，因而成为轨道交通重要研究方向。欧洲Shift2Rail行动计划连续滚动支持了CONNECTA系列项目(包括CONNECTA、CONNECTA-2、CONNECTA-3项目)、X2RAIL系列项目(包括X2RAIL-1、X2RAIL-2、X2RAIL-3、X2RAIL-4、X2RAIL-5项目)以及MovingRail、PerformingRail专题项目对虚拟灵活编组的基本概念、原理、可行性和关键技术等开展研究；德国DLR、西班牙CAF、俄罗斯AVPTechnology等分别对虚拟灵活编组的部分关键技术开展了原理仿真或现场实验验证；国家发改委、中国城市轨道交通协会等设立了示范工程，支持虚拟灵活编组的关键技术研究和示范验证。本白皮书总结了国家发改委及中城轨协会示范工程成果，系统介绍虚拟灵活编组的基本概念、基本特征、系统性能、关键技术以及潜在应用场景，意图抛砖引玉，为广大同行共同研究和探索提供基础。期待我国能够早日将灵活编组技术不断完善和实用化，既实现在先进技术上的领跑，也使我国城市轨道交通能够通过灵活编组的应用，达到"运力-运量匹配"和列车"按需运行"的目标。93.虚拟灵活编组列车的基本原理及构成本章介绍了虚拟灵活编组列车的基本概念、基本原理与构成、基本特征以及主要运行场景，分析了虚拟灵活编组列车与乘客输送运力的关系，便于理解后续章节介绍的虚拟灵活编组关键技术、基本性能指标要求、主要优势和应用场景等。3.1.虚拟灵活编组列车的基本概念及构成虚拟灵活编组列车是指不依赖机械连接装置，而是通过基于无线通信的信息交互和自动控制等技术，将多列(含两列)列车联挂后一体运行、并承担同一个输送任务的列车。为便于区分，将构成虚拟灵活编组列车的具备独立运行能力的"列车"称为列车单元，并按照列车运行方向，将位于最前方的列车单元称为领头列车单元，简称领头车，其他列车单元称为跟随列车单元，简称跟随车。虚拟灵活编组列车的基本概念及其构成如图1所示。虚拟灵活编组列车在轨道交通运行中被视为一列车进行管控，其所有列车单元共同承担同一个输送任务，并具有在站台作业中保持同步操控和在站间运行过程中保持小间距稳定追踪的能力。虚拟灵活编组列车的各列车单元(下文简称虚拟灵活编组列车单元)均具有独立的牵引/制动、安全防护、自动驾驶和载客运行等能力，在设备配置和性能上并不低于传统的固定编组列车。由于列车单元之间在物理上是相对独立的移动体，没有机械连接装置(如车钩)进行物理连接，因此，需要基于无线信息交互和自动控制等技术将相关列车单元联结并保持一体运行。上述技术被称为虚拟联挂技术。由于没有机械装置(如车钩)连接提供的物理约束，为避免列车单元间发生追尾事故，在列车单元避撞控制中引入列控系统中的列车安全隔离和防护相关理念和方法(下文简称列车安全防护方法)成为必然选择。然而，“虚拟灵活编组列车单元追踪间距"远小于"列车之间的追踪间距”,因此，传统列车安全防护方法无法同时满足虚拟灵活编组列车单元之间的安全性要求和小间距追踪的效率要求。例如，目前列控系统中应用成熟的列车安全防护方法中，最为先进的是移动闭塞(基于绝对制动距离的方法),但其需要两列车保持较大的追踪间距，不满足虚拟灵活编组列车单元小间距追踪的效率要求；而基于相对制动距离的列车安全防护方法尚处于研究阶段，必须对其改进和提升才能符合列车单元小间距安全追踪的防护控制需求。综上，在虚拟灵活编组研究和应用过程中，一方面，将传统应用到列车之间的列车安全防护方法应用到了列车内部(列车单元之间),是对列控系统控制范围的拓展和延伸；另一方面，对虚拟灵活编组列车单元之间防护和控制等方法的研究，客观上也将促进列控系统列车安全防护等相关方法和技术的提升。3.2.虚拟灵活编组列车的基本特征虚拟灵活编组列车的列车单元间没有机械连接装置(如车钩)提供物理作用力和电气、空气、信息等相关方面的连接，因此，一方面，虚拟灵活编组列车能够根据运营需求，通过随时随地、不受速度限制地重联/摘解，灵活地改变编组和运力；另一方面，需要对列车单元之间的状态和行为进行总体管控，才能实现虚拟灵活编组列车的正常运行。由于虚拟灵活编组列车及其列车单元之间的上述关系，虚拟灵活编组列车的基本特征既包括作为一列车整体的特征，也包括各列车单元的基本特征。首先，作为一种特殊类型的列车，虚拟灵活编组列车运行具有轨道交通中列车运行的所有特征，遵从所有对列车的管控要求和运营规则。因此，虚拟灵活编组列车在正常运行时应与固定编组列车(含机械编组列车)一样，视为一列车进(1)在编制列车计划运行图时，虚拟灵活编组列车整体按一列车处理，例如，仅配置一个车次号。(2)在执行进路控制(分配运行路径)时，虚拟灵活编组列车按一列车处理。即，系统根据虚拟灵活编组列车整体的运行计划和状态执行进路锁闭和解锁(或运行路径的预定和释放)作业，而非对每个虚拟灵活编组列车单元分别处理，虚拟灵活编组列车单元出清进路(运行路径)时不进行进路解锁和重新锁闭(释放和重新预定)。(3)在执行列车安全隔离控制时，虚拟灵活编组列车仅按一列车处理。例如，虚拟灵活编组列车与其前方的列车(无论是固定编组列车或是其他虚拟灵活编组列车)之间的间隔控制方式与既有列控系统对两个固定编组列车的处理方式相同(例如，可采用固定闭塞或者"撞硬墙”/"撞软墙”移动闭塞原则处理),同理，后方列车与虚拟灵活编组列车之间的间隔控制也与既有列控系统对两个固定编组列车的处理方式相同。(4)虚拟灵活编组列车站台作业时，仅按一列车处理。即，虚拟灵活编组列车进出站、车站停车作业(包括进/出站过程和站台开/关车门等)及折返作业时，各列车单元的操作均应保持同步。(5)虚拟灵活编组列车的对外接口应按一列车处理，即，应统一处理各列(6)虚拟灵活编组列车的完整性检查应按一列车处理。即，在正常过程中，虚拟灵活编组列车应保持列车整体(含各列车单元以及相互之间信息联接和位置相对关系)的完整性。但是，受到列车单元牵引/制动性能不确定性、速度位置测量误差、通信传输延迟以及控制误差等影响，列车单元之间的间距虽然远小于传统列车之间的间距，但仍具有与速度正相关的特性，因此，列车单元间距在停车时可缩到最小，而在高速运行时则会不可避免的增大，也由此导致，虚拟灵活编组列车车长具有虚拟灵活编组列车整体作为一列车运行符合城市轨道交通运营管理的基本习惯，这也是虚拟灵活编随速度动态变化的特性。轨道交通中应用虚拟灵活编组时应考虑该特征，进而采用合适的列车运行调度和控制方案。其次，作为虚拟灵活编组列车的基本组成单元，虚拟灵活编组列车单元具备(1)具有牵引/制动能力，并具有两种状态(角色):既可作为虚拟灵活编组列车的组成单元协同运行，亦可作为固定编组列车独立载客运行。(2)作为虚拟灵活编组列车的组成单元时，各列车单元之间可交互信息，并基于此实时控制和调整自身的运行状态，从而在避免发生碰撞事故的基础上，保持小间距、队形稳定的方式追踪运行。(3)作为独立运行的列车时，至少具备传统固定编组列车的功能和性能。(4)为实现虚拟灵活编组列车按指定的性能要求运行，虚拟灵活编组列车单元应具备以下能力：●较高的牵引/制动控制精度；●紧急制动率上、下偏差均有界且偏差较小；●同一虚拟灵活编组列车内的相关列车单元的紧急制动能力(考虑偏差)应尽可能一致，或可采用技术手段使得跟随车的紧急制动能力不差于领头车，从而可缩短相邻列车单元追踪间距。3.3.虚拟灵活编组列车的基本运行场景作为灵活编组的一种实现方式，虚拟灵活编组与机械灵活编组一样，均遵循灵活编组的基本运行场景。结合列车编组方式的变化过程，灵活编组可分为"独立运行”、"接近和重联"、"虚拟灵活编组/机械灵活编组运行"(简称"编组运行”)及"摘解和分离"等四种场景，如图2所示。3.3.编组运行4.摘解和分离1.独立运行2.接近和重联其中，在"接近和重联"前、或者"摘解和分离"后，各列车单元是作为固定编组列车在线路上独立运行。另外，除按计划"摘解和分离"外，"编组运行"或"接近和重联"过程中，如果发生故障或异常情况，也将及时转换到“独立运行”场景，以保证行车安全。在虚拟灵活编组中，伴随着上述不同运行场景的转换过程，虚拟灵活编组列车和相关列车单元的状态(角色)也在发生变化。为便于进一步说明，图3给出了虚拟灵活编组列车的运行场景变化过程示意及其对应的角色转换方式。角(1)在形成虚拟灵活编组列车前(即“独立运行”场景中，如图3中的场景①所示),各固定编组列车独立运行，其运行方式与传统列车的运行方式一致。(2)在满足形成虚拟灵活编组列车的相关条件时可转入"接近和重联"场景，如图3中场景②所示。在该过程中，两个独立运行的列车逐渐接近并通过虚拟联挂方式集结形成一列虚拟灵活编组列车。其中，相关独立运行的列车分别转换为虚拟灵活编组列车的一个列车单元(固定编组列车1和固定编组列车2分别转换为虚拟灵活编组列车的领头列车单元和跟随列车单元，两者虚拟联挂后构成的整体称为一列虚拟灵活编组列车)。实际上，接近和重联场景是列车和列车单元角色变化的过程。在该过程中，相关列车既不是独立运行的列车，也不是虚拟灵活编组列车的列车单元。为便于表述，下文中将处于接近和重联过程中的相关列车称为“单元列车”,并参照列车追踪运行中对前行和跟随列车的表述方式，将按照列车运行方向、位于前方的列车单元(类似于机械灵活编组中的“待重联列车”)称为"前行单元列车”,而位于后方的列车单元(类似于机械灵活编组中的"去重联列车”)称为"跟随单元列车"。即，图3的场景②中，两个固定编组列车分别称为两个“单元列车",并根据位置关系分别称为"前行单元列车"和"跟随单元列车”。值得说明的是，摘解和分离场景(图3中的场景④)与之类似，后续不再赘述。(3)形成虚拟灵活编组列车后，两个虚拟灵活编组列车单元分别根据其在虚拟灵活编组列车中的顺序和角色实施控制，使虚拟灵活编组列车整体上按照一列车的方式运行，如图3中场景③"编组运行"所示。(4)虚拟灵活编组列车运行过程中，在满足解编的相关条件时进入"摘解和分离"场景，如图3中的场景④所示。该场景与"接近和重联"场景类似，两列车也分别被称为"前行单元列车"和“跟随单元列车”。(5)完成摘解和分离后，进入两列车"独立运行"场景，如图3中的场景⑤所示，虚拟灵活编组列车的两个列车单元分别转换为一列固定编组列车。需要指出的是，图3中的场景⑤和场景①完全一致。后续再次满足形成虚拟灵活编组列车条件时，如有需要可重复上述过程。此外，在线灵活、高效的调整编组是虚拟灵活编组的重要特征。"接近和重联"以及"摘解和分离"场景是实现列车编组动态调整的关键过程，也是虚拟灵活编组列车发挥其运行调整灵活性的重要环节。这两个环节的时间越短，则说明虚拟灵活编组在运行调整上越高效。因此，在理解虚拟灵活编组特征时还应关注列车重联/摘解过程中的重要特征，至少包括：(1)各相关列车独立运行时，可按计划或在接收到相关命令后，与其它列车自动接近和重联，整体形成一列虚拟灵活编组列车(各列车分别转换为该虚拟灵活编组列车的一个列车单元)。(2)以虚拟灵活编组列车方式运行时，可按计划自动解编，由一列虚拟灵活编组列车转换为多列(含两列)独立运行的列车(每个列车单元分别转换为一列独立运行的列车)。(3)以虚拟灵活编组列车方式运行时，故障或异常情况下可自动解编，由一列虚拟灵活编组列车转换为多列(含两列)独立运行的列车(每个列车单元分别转换为一列独立运行的列车)。3.4.虚拟灵活编组列车与乘客输送能力的关系虽然虚拟灵活编组本质上是通过在线改变列车编组方式而实现运力调整，且在轨道交通线路上运行时，虚拟灵活编组列车与其他列车之间的关系与传统列车之间的关系并无二致，但业内对于虚拟灵活编组是否能满足运能要求的争论不绝于耳。因此，本节专门对乘客输送能力、可达能力、线路通过能力、列车运力等相关概念之间的关系进行说明。轨道交通对乘客输送能力的要求实际是对可达能力的要求。根据轨道交通运能计算的相关知识，可达能力、线路通过能力与列车运力之间的关系如图4所示，即可达能力与线路通过能力、列车运力均成正比。其中，可达能力指轨道交通系统中单线路单方向在单位时间(例如一小时)内可以运输的最大乘客数量；线路通过能力指单线路单方向在单位时间内可以通过的最大列车数量，其与列车追踪间隔等因素相关；列车运力指一列车可以容纳的乘客数，其与列车编组数量等因素相关。为满足乘客输送能力要求，可以选择采用大间隔小编组、小间隔小编组、大间隔大编组、小间隔大编组等不同运行方式。在满足上述要求的前提下，无论采用固定编组或灵活编组(包括机械灵活编组和虚拟灵活编组)运行方式均可。与小编组列车追踪运行相比，列车重联(包括机械重联及虚拟重联)形成大编组列车运行的方式显然能够提高可达能力。轨道交通运营时所采用的列车编组数量和方式应根据实际运能需要进行选择，既要保证乘客服务质量，又要降低能耗及相关运营成本。针对两种不同的列车重联方式(机械重联及虚拟重联),在编组数量相同时，列车运力保持一致，而线路通过能力则因列车长度变化有微小差别。因此，可在满足乘客输送能力需求的前提下，结合客流变化所需要的列车编组调整能力、乘客服务质量、能源和车辆资源利用率、运营成本等要求综合选择。4.关键技术为实现虚拟灵活编组列车安全稳定运行和高效应用，需突破的关键技术至少包括基于时空间隔的协同安全防护、协同自动驾驶和运行控制、动态接近和重联控制等。实现列车单元在小间距(远小于列车绝对制动距离)条件下安全稳定追踪运行是虚拟灵活编组列车的基本要求。因此，既能保证列车单元追踪安全(不发生追尾事故)又能缩短列车单元的追踪间距的基于时空间隔的协同安全防护方法成为重要的关键技术。该方法由基于时空间隔的安全防护和虚拟灵活编组列车单元协同安全防护两部分构成，前者的主要作用是在缩小间距时保证列车单元追踪安全，后者则在安全前提下通过进一步精细化感知和控制缩短列车单元追踪间4.1.1.基于时空间隔的安全防护安全是轨道交通运行的前提，对于虚拟灵活编组列车单元也不例外。为保证虚拟灵活编组列车单元运行的安全性，避免发生列车单元追尾事故，在列车单元间引入列控系统中的列车安全防护技术已经成为共识。但是，为实现列车单元在远小于列车绝对制动距离小间隔条件下运行，传统基于绝对制动距离的列车安全防护(俗称“撞硬墙”,其基本原理如图5所示)方法已无法满足要求。图5基于绝对制动距离的列车安全防护方法基本原理示意图度、加速度等运行状态信息，考虑后车制动过程中因前车位置继续向前运行而动态释放的轨道线路资源，并将前车未来时刻才会动态释放的上述轨道线路资源提前纳入到后车的防护速度计算过程中供后车使用，从而可缩短列车追踪间距。由于考虑了前、后两个虚拟灵活编组列车单元制动距离差，因此这种方式下的列车安全间距可远小于后车的制动距离。图6基于相对制动距离的列车安全防护示意图然而，上述方法的问题在于，计算两车最小间距时仅考虑了两车的制动距离，即仅考虑了列车制动停车后这一时刻的位置关系，而未考虑两车制动全过程中所有时刻的位置关系是否安全，因此在特定的条件下存在列车在制动过程中追尾的基于时空间隔的列车安全防护方法考虑前车的动态行为，要求同一线路同一车的运行轨迹在任意时刻均保持一定的安全间隔(简称时空间隔)。显然，基于时空间隔的列车安全防护方法不仅要求制动停车后的两车位置关系符合安全条件，还要求在制动全过程中不会相撞。即，其要求满足：x(t)-52(t)≥S(t),Vt。的安全保护距离裕量。从而，可保证在任意合理的初始条件和列车性能组合下，列车制动全过程中不会出现追尾事故。基于时空间隔的列车安全防护方法的核心在于，考虑制动过程中两车运行轨迹组合的最不利情况，并保证列车制动全过程中任意时刻的安全性，其基本原理如图7所示。将该方法移植到虚拟灵活编组列车内部，可保证列车单元之间位置关系的安全性，即不会发生列车单元追尾事故。最小安全间隔距离位置保护距离图7基于时空间隔的列车安全防护方法原理4.1.2.虚拟灵活编组列车单元协同安全防护与传统列车之间相对独立运行的关系不同，虚拟灵活编组列车的相邻列车单元之间天然存在着密切的信息交互和协同控制关系。因此，在基于时空间隔的安全防护方法保证运行安全的基础上，还可以通过协同防护方法，以进一步缩短列车单元之间的最小安全间距。虚拟灵活编组列车单元协同安全防护方法包括两部分：一是基于状态协同实时感知的列车单元安全防护，其原理是：可基于动态感知和信息交互获取各列车单元的实时运行状态，从而可不拘泥于过于保守的静态安全假设条件，进而能够更加精确的计算和预测各列车单元未来运行轨迹以缩短列车单元安全追踪间距；二是基于制动率协同配置的列车单元安全防护，其原理是：利用列车单元之间实时信息交互和车辆可控的条件，可结合各列车单元在虚拟灵活编组列车中的位置和角色，对各列车单元的制动率进行协同配置，从而亦可缩短列车单元追踪间距。从而，综合这两部分，能够实现虚拟灵活编组列车安全、稳定和高效运行。(1)基于状态协同实时感知的列车单元安全防护传统列车安全防护方法中，为了避免列车发生追尾事故，计算两列车运行轨迹时均按照对两车组合条件的最不利情况考虑。以图8为例，计算后车轨迹时通常按照"最不利"紧急制动条件考虑，而计算前车轨迹时则通常按照"最有利"紧急制动条件考虑，分别如图8中的两条红色曲线②和①所示。而在实际中，列车的实际制动轨迹通常如图8中的某一条灰色曲线所示，与上述计算时使用的安全保守轨迹相差甚远，因此传统列车轨迹计算方式显得过于保守，从而导致了不必要的列车间距增大和轨道交通线路运行效率浪费。针对该问题，可通过提高列车单元轨迹预测的精度，缩短列车单元追踪间距，如图8中的两条绿色曲线③和④所示。(2)基于制动率协同配置的列车单元安全防护群体智能中的一些公理可为虚拟灵活编组列车单元的安全防护提供很好的参考。例如，可以在采用非集中式控制的所有列车单元间预先定义一些规则，这样在发生失效或者特殊事件时，一个列车单元能够知晓其他列车单元可能采取的反应，从而能够做出合理的控制行为。在具体操作中，可以根据列车单元在虚拟灵活编组列车中的相对关系及其牵引/制动系统的性能和可控范围，对所有列车单元的紧急制动率进行协同配置，通过增大跟随车制动率和/或减小领头车制动率，使得领头车的紧急制动率略小于其跟随车的制动率，从而能够实现在本质上保证安全(避免追尾事故的发生)。基于制动率协同配置的列车单元安全防护方法原理如图9所示：虚拟灵活编组列车中的列车单元间需保持小间隔平稳追踪运行，并实现各列车单元站台作业和停车/发车的同步控制。自动驾驶不受人为操作的不确定性等因素干扰，是实现上述目标的前提。但是，与常规列车自动驾驶控制不同，虚拟灵活编组列车的运行需要各列车单元采用协同控制方法，才能达到整体运行控制4.2.1.站间运行过程的协同自动驾驶为了实现上述目标，首先需保证虚拟灵活编组各列车单元具有合理分配的移动授权。如图10所示，在虚拟灵活编组列车整体移动授权的基础上，各列车单元具有存在部分重叠区域的移动授权范围，为小间距安全追踪运行提供基础，并可根据运营需求或移动授权限制设置各自列车单元的目标停车位置，从而为列车单元自动驾驶控制提供基础。图10虚拟灵活编组列车追踪运行原理示意图在上述前提下，为保证各列车单元运行的同步性，需充分考虑各列车单元所有可控的资源，按照统一的运行目标协同规划各列车单元的驾驶控制行为并据此各列车单元的驾驶控制行为，从而可保证各列车单元关键运行状态的同步性。即，各列车单元在运行过程中应考虑所有列车单元(含本身及其他列车单元)的状态以及虚拟灵活编组列车整体的运行目标，据此生成整体最优的驾驶策略，并根据该策略调整各自的控制行为，从而实现最优化驾驶。虚拟灵活编组列车单元协同自动驾驶的基本原理如图11所示：图11虚拟灵活编组列车单元协同自动驾驶原理示意图4.2.2.站台及折返作业过程的协同控制站台作业是体现城轨运输服务质量的核心，除了实现站间运行过程中列车单元的协同驾驶控制外，站台作业过程的协同控制(包括列车单元同步开/关门、同步出站发车等)也是虚拟灵活编组列车的关键技术要求。由于各列车单元没有统一的时钟系统，因此，需要基于分布式控制系统任务同步的方式实现站台作业同步控制。为避免各列车单元间多源信息和多任务冲突，由领头车作为虚拟灵活编组列车的列车层实现整体控制，根据虚拟灵活编组列车总体状态确定各关键站台作业任务的触发时机；各列车单元均作为单元控制层，根据列车层的命令执行实际控制行为，并反馈执行结果(注意：领头车同时具备列车层和单元层两种角色);列车层根据与各单元层的不同通信延迟控制向各列车单元发送命令的时机，从而通过各列车单元接收和执行命令的延迟实现不同途径通信传输延迟的补偿，实现开/关门、同步出站发车等相关站台作业的同步控制。同理，折返也是城轨列车运行的重要场景。作为一列完整的列车，虚拟灵活编组列车应实现各列车单元的同步折返，即，虚拟灵活编组列车作为一个整体进行折返。但与传统列车折返过程不同的是，虚拟灵活编组列车折返过程中除了需要完成整体列车头尾换端外，还需要完成各列车单元的头尾换端。因此，虚拟灵活编组列车折返过程中需要分别完成各列车单元内部控制权限的切换以及领头车与跟随车控制权限的切换。以站后折返为例，虚拟灵活编组列车折返过程的流(1)各列车单元依次进入折返轨并停稳后，才允许取消折返进路和排列反(2)虚拟灵活编组列车在折返轨停稳后进行换端操作，具体包括：●列车单元内部换端：各列车单元的前端(主控端)转为尾端(等待端)、尾端(等待端)转为前端(主控端),在保留原位置信息基础上进行头尾位置互换并改变运行方向；●领头车和跟随车角色互换：原领头车转换为跟随车，而原跟随车转换为领头车，且虚拟灵活编组列车整体在保留原位置信息基础上进行头尾位置互换并改变运行方向。(3)虚拟灵活编组列车整体运行并出清迁出进路，列车停在反向站台提供旅客服务，此时才认为折返作业完成。虚拟灵活编组列车运行过程中，相关道岔的预定和控制按照虚拟灵活编组列车整体作为使用对象进行控制，仅当列车完全出清后才释放相关道岔资源。虚拟灵活编组能够通过重联和摘解改变列车的编组方式，从而为根据客流时空变化调整投放运力提供了更充分有效的手段。而且，与机械灵活编组方式相比，其优势还包括对重联和摘解的地点、速度、车型等限制更少，重联/摘解过程时间更短，对正常运营的影响更小等。因此，虚拟重联和摘解过程更高效，可减少对列车正常运行计划的影响。以列车"接近和重联"场景为例²,当已经通过调度调整等手段使待编组列车的初始距离满足基本要求后，可下达重联命令并进入动态重联过程。在动态重联过程中，跟随单元列车可在运行过程中与前行单元列车建立无线通信链接，并按照虚拟灵活编组列车运行要求交互相关状态和参数信息并切换安全防护模型，由于不需要进行机械重联且提前切换了安全防护模型，从而可在不影响前行单元列车按计划正常运行的前提下，提高跟随单元列车进站停车过程中的速度。当前行单元列车在站台停稳后可正常开门作业并通过PIS、PA等提示乘客有关动态重联的相关信息，在前行单元列车正常进行站台作业的过程中，可完成跟随单元列车进站停车并打开车门和对应的站台门，提供乘客服务。在正常停站作业过程中，可通过无线信息交互实现两车状态交互，进而完成角色转换后进入到编组运行场景，之后两车可按照虚拟灵活编组列车运行方式从站台同步发车。通过以上过程，可实现列车动态虚拟重联过程对乘客几乎无感，并提高重联效率。摘解和分离是该场景的逆过程，且相对简单，因此不再赘述。5.基本性能指标及主要优势5.1.基本性能指标要求城市轨道交通最主要的职责是为乘客提供运输服务。城市轨道交通站间距较小，列车在站台作业频繁，且各车站的站台数量有限，因此保证站台作业效率是在城市轨道交通中应用虚拟灵活编组时，应重点关注以下指标要求：轨道交通中所有列车(包括虚拟灵活编组列车)的运行控制均应达到SIL4级。对所有类型列车(包括固定编组列车、机械灵活编组列车以及虚拟灵活编组列车等)都是完全一致的。虽然虚拟联挂技术主要解决的是虚拟灵活编组列车内部构成(各列车单元之间关系)的问题，但由于采用了列控技术，且由于轨道交通的历史经验和持续追求等原因，虚拟灵活编组列车也需达到最高安全等级(SIL4级)。因此，对虚拟灵活编组列车内部各列车单元的防护控制应达到SIL4级。(2)虚拟灵活编组列车正常运行时应实现同步站台作业虚拟灵活编组列车正常运行时，各列车单元在同一站台的作业应保持基本的同步性，以满足城市轨道交通列车运行组织的一般要求。各相关作业的最大时间差以达到乘客无感以及不影响列车运行效率为佳，原因在于，从站台上的乘客角度看，如果虚拟灵活编组列车能够实现列车同步进/出站和同步开/关车门作业，够更加顺利的投入应用5。结合一般乘客对站台各项作业同步性的敏感性要求以别地，对于列车在站间运行过程中开始重联的下一站台(即在下一站台完成重联的情况)可以采用站台非同步作业(下面将进行该场景性能要求的具体描述),并应做好相应的乘客提示工作。注：如果虚拟灵活编组列车中的领头车单元先进站停车并打开车门，然后跟随列车单元再进站停车及当前技术发展条件，虚拟灵活编组列车正常运行时在站台作业同步性方面至少应满足以下要求：●列车单元同步进站停车列车单元进站停车时间差≤4s(越小越好)。其中，进站停车时间差的概念如图12所示，指从领头车停稳时刻起到跟随车停稳时刻止的时间长度。实际中，应在满足特定客流下城轨运输效率要求、对乘客基本无感和技术可实现、成本可控等方面达到较好的平衡的原则下确定该指标。当前给出的数值要求是结合技术发展条件后提出的当前可接受水平，越小越好则表示随着技术进步该指标还应进一步提高，直到相关差值缩小到0为止。●列车单元同步出站发车出站发车时间差≤1s(越小越好)。具体原因与上面类似，此处不再赘述。●列车单元在站台同步开/关门开/关门时间差≤1s(越小越好)。具体原因与上面类似，此处不再赘述。(3)虚拟重联首站台的高效进站停车和无感重联为提高列车重联效率，减轻甚至消除重联过程对正常列车运行组织的影响，当采用在线动态重联时，前行单元列车可根据运行计划正常运行，包括维持原速度曲线不变或者在运行计划范围内适当减速，而跟随单元列车则可采用快速追踪前行单元列车的方式运行。由于两单元列车能够在接近过程中建立无线信息链接并交互信息，因此能够大幅提高跟随单元列车的进站速度；再加上虚拟重联不需要单元列车通过碰撞进行机械连接，且跟随单元列车在虚拟重联时不需要一度停车，因此，跟随单元列车进站过程中的运行速度与作为虚拟灵活编组列车运行时跟随车的正常进站速度基本一致，从而可以在最短的时间内使两车接近。综上，虚拟灵活编组能够极大程度缩短列车重联过程中的列车接近时间，提升重联效率。从指标角度讲，虚拟灵活编组列车在重联的首站台应可实现与正常运行时保持几乎一致的进站速度。此外，由于不需要进行列车单元间的机械连接，从而也不需要进行TCMS、PIS等系统网络重新配置，也不需要试拉等验证机械连接效果的操作，因此虚拟灵活编组还能够大幅度缩短重联过程中的建立联接时间。结合虚拟灵活编组列车需求以及技术发展程度，可要求自跟随车停车时刻起至完成虚拟重联建立联接止的时间长度不超过5秒(越小越好)。而且，列车建立联接的过程可以在正常停站作业过程中并行完成，无需因为列车建立联接而消耗额外的时间，从而能够大幅提高列车重联效率。(4)站台停车时的列车单元间距虚拟灵活编组列车在站台停车时，列车单元间距首先需满足车门与站台门对齐的要求，从而不影响乘客上下车。在此基础上，列车单元间距越小越好，以尽可能降低站台改造成本和方便服务乘客。在当前技术水平下，站台门的间距是固定不变的，不会根据进站列车的不同类型而调整。因此，对于需要进入站台停车的列车，只能通过调整列车(或列车单元)停车位置以满足车门与站台门对齐的要求。根据该要求，结合站台门间距、列车单元车头/车位和车钩的长度，即可计算得出虚拟灵活编组列车在站台停车时的列车单元间距要求。虚拟灵活编组列车在站台停车时的示意图如图13所示，通过适当调整列车单元间距C即可满足虚拟灵活编组列车在站台停车时车门与站台门对齐的要求⁵。图13虚拟灵活编组列车在站台停车时，列车单元间距要求为实现两列车单元车门均与站台门对齐，要求列车单元间距满足下式：门间距；m为正整数，图13中其取值为2,即m=2。上式表示：站台停车时，跟随车车头与车钩长度、领头车车尾与车钩长度以及列车单元间距之和应与站台门间距的整数倍相同，且在满足信号系统技术条件限制等情况下，列车单元间距越小越好。根据上式可容易获得对虚拟灵活编组列车在站台停车时的列车单元间值得一提的是，由于虚拟灵活编组列车单元间距可调，因此，虚拟灵活编组相对容易满足不同车头长度的列车与站台门对齐的要求；而机械灵活编组列车由于缺少该可调量(或者说列车单元间距固定为0),则可能会由于车头长度与站台门间距不匹配导致无法实现车门与站台门对齐，进而导致机械灵活编组在某些线路或某些列车上无法使用。为满足机械灵活编组列车在站台停车时所有列车单元车门与站台门对齐的注：前提是列车单元车门间距与站台门间距本身是一致的，虚拟灵活编组仅解决站台门间距与列车后的重叠部分长度，n为正整数，图中满足n=1。如果不满足该式限制，则说明该机械灵活编组列车与该站台不匹配，无法采用机械灵活编组方式实现列车在站台作业。结合上述需求，考虑到技术发展水平，在确定的轨道交通线路中，●如果虚拟灵活编组与机械灵活编组均可适用，通常虚拟灵活编组列车在站台停车时的列车单元间距会比机械灵活编组大1个站台门间距，即图13中的列车单元间距C等于一个站台门间距；●如果机械灵活编组不可用，那么可根据实际情况计算获得列车单元间距C,通常会导致虚拟灵活编组列车在站台停车时两列车单元的车门之间有1个站台门没有与其对应的车门7。(5)区间运行时的列车单元间距虚拟灵活编组列车区间运行过程中，受安全防护等技术条件限制，列车单元的间距会随着运行速度提高而增大，进而导致虚拟灵活编组列车长度增大。但作为一列车，虚拟灵活编组列车在线路上运行时，列车单元实际间距应不超过系统定义的最大值(根据运营要求的线路通过能力等决定),从而既可从外观上作为一列完整列车运行，也不会因列车长度增大而导致不满足线路通过能力要求。因此，虚拟灵活编组列车在区间运行时，其列车单元实际间距应介于"安全防护等技术条件限定的最小值"和"线路通过能力需求等限定的最大值"之间。对于制定虚拟灵活编组列车区间运行时的列车单元间距性能指标要求，主要考虑到技术发展程度和城市轨道交通中站台长度的实际情况，大多数站台只需要调整站台的公共区域和设备区域的布置并相应增加站台门的安装数量即可满足该要求，对新建线路和既有线路改造都是技术可行且成本相对较低的技术指标。是确定“安全防护等技术条件限定的最小值”和“线路通过能力需求等限定的最大值”。其中，●对于"线路通过能力需求等限定的最大值",可根据运营需要的线路通过能力需求和线路条件等参数，计算获得运营可接受的虚拟灵活编组列车最大长度，进而根据虚拟灵活编组列车长度与列车单元间距的关系而●对于"安全防护等技术条件限定的最小值",则主要根据列车单元牵引/制动能力及相关参数、所采用的安全防护方法等技术条件确定。在此"安全防护等技术条件限定的最小值"越小，一方面，列车单元实际间距的调整范围越大，从而虚拟灵活编组列车运行的鲁棒性和韧性越高、适应范围越广、适应不同条件变化的能力越强；另一方面，列车单元的实际间距值亦可随之缩小，从而有利于提升进站停车时间差等指标。与机械灵活编组相比，虚拟灵活编组的重联/摘解效率更高、对重联时的列车速度、地点等限制更少，而且支持跨类型列车重联，因此，能够实现运力-运量更精准匹配，对轨道交通互联互通网络化运行和绿色低碳环保运行等提供更好的支撑。下面对虚拟灵活编组的主要优势进行说明：(1)虚拟灵活编组使重联/摘解的限制条件大幅减少虚拟灵活编组列车单元间不需要依赖车钩物理连挂，因此，与机械灵活编组相比，虚拟灵活编组对重联/摘解的地点和对重联/摘解时的列车速度限制大幅减少(可在线路任意位置、在列车动态运行过程中完成重联/摘解),从而使列车重联/摘解的灵活性得到大幅提升。(2)虚拟灵活编组的重联/摘解过程时间短、效率高虚拟灵活编组不需要因重联/摘解而减速停车，重联/摘解后不需要重新配置(机械灵活编组中重联/摘解过程是必需的，而且耗时较长),也不需要通过试拉等工作来验证机械连接的效果。因此，与机械灵活编组相比，虚拟灵活编组的重联/摘解过程时间短、效率高。(3)虚拟灵活编组的重联/摘解过程对乘客无感，对运营组织影响小虚拟灵活编组不需要通过低速碰撞实现列车单元间的车钩连挂，减少了由此带来的冲击，因此不影响乘客舒适性，更不要求清客；而且，通过合理的列车运行调度，虚拟重联/摘解过程可在列车正常运行和停站作业过程中并行完成。因此，与机械灵活编组相比，可实现重联/摘解过程对乘客基本无感，对轨道交通运营组织的影响小。(4)虚拟灵活编组可实现跨类型列车重联运行由于虚拟灵活编组不涉及牵引/制动系统、TCMS、PIS、PA等系统的贯通联接，因此，其减少了灵活编组列车必须类型相同的要求，可实现跨类型列车的重联运行(不同类型的列车、甚至客货列车之间都有可能实现重联运行),提高了列车互联互通能力和运营调整的灵活性。(5)虚拟灵活编组对驾驶室和车钩长度要求少，可通过调整列车单元间距实现站台停车时车门与站台门的对齐要求前文已经指出，机械灵活编组的可行性受到列车单元驾驶室及车钩长度与站台门间距匹配关系的限制，如果不匹配则可能导致机械灵活编组方式不可用。而由于具有列车单元间距可调整的特点，使得虚拟灵活编组的可行性大大提高，即，在列车单元驾驶室及车钩长度与站台门间距不匹配时，可通过调整列车单元间距实现车门与站台门对齐，从而能够容易的在更多线路投入应用，不需要因此增大/减小列车驾驶室长度。灵活编组可实现车辆和线路等资源利用方式的在线灵活调整和高效应用，从而可在客流动态变化等场景下促进运力-运量精准匹配，达到降本增效运营和"双碳"等战略目标。作为灵活编组的一种实现方式，虚拟灵活编组在运力调整方面具有更大的灵活性，调整效率更高、限制条件更少，而且还可实现跨类型列车重联运行。因此，在互联互通网络化运行等各种需要使用灵活编组来调整线路运力的场景下，适合采用虚拟灵活编组方式³。具体来讲，在客流空间和/或时间分布不均衡时，或者存在客货列车混运等异质列车共线高密度运行需求时，适合采用虚拟灵活编组方式。根据上述特征，结合城市轨道交通线路布置和运营组织的实际情况，本文提出几种适宜应用虚拟灵活编组的典型场景，包括多交路运行、跨线运行、潮汐客流下的运行、高平峰转换运行、局地突发大客流、以及客货混运等，供轨道交通建设、运营和设计等相关方参考。需要指出的是，虚拟灵活编组能够比传统列车固定编组运行方式提供更多和更加有效的运力调整手段，且比机械灵活编组的限制条件更少、灵活性更高，但在具体场景中应该如何使用虚拟灵活编组以达到最佳化运力调整的目的，或者应该选择哪些运行调整方式，还需要结合轨道交通网络中当前线路以及其他相关线路的实际条件，并综合运营方和乘客方等多方的需求，由智能调度系统优化决策而定。而如何进行合理决策是智能调度需要研究的主要内容之一，后文不再赘述。反之，如果没有在线调整编组方式的需求(例如客流变化较小的场景下),可能仅需要使用固定编组列车即可(小客流条件下可以选择固定小编组列车、大客流条件下可以选择固定大编组列车或者通过机械连接装置重联后保持编组不变的大编组列车等)。6.1.多交路灵活编组运行随着城市轨道交通线路从市区向外的不断延伸，其客流时空分布不均衡的问题将会愈发凸显，整体上将呈现城市中心线路客流密度高，而随着线路向外延伸客流密度将逐渐降低的特征。采用大小交路混合运行等多交路运行方式是应对此类客流空间分布不均衡线路的常见应对方式。图15描述了一种典型的大小交路混合运行的线路示意图，其中，站台1至站台2之间的线路称为小交路(例如对应中心城区大客流需求的线路区段),站台1至站台3之间的线路称为大交路(既包含中心城区线路，也包含站台2至站台3之间小客流需求的线路区段)。重联=重联=形成编组解除编组摘解=图15基于虚拟灵活编组的大小交路混合运行示意图目前城市轨道交通使用固定编组列车运行方式。对于这样的线路，只能分别分配一定比例的列车按照大交路或小交路运行，以平衡客流需求和运营成本之间的关系。通常，为控制运营成本，大交路运行的列车数量会相对较少、服务频次较低，致使部分旅客的等候时间过长，乘客满意度较低；然而，即便按照乘客可接受的最大间隔安排列车运行，郊区线路区段上的列车满载率通常依然较低，存在较大的资源浪费问题。因此，既有列车运行方式面临两难的决策问题。针对这种线路，采用虚拟灵活编组是比较合适的列车运行组织方式。例如，在站台1至站台2之间的小交路内，可通过重联形成大编组的虚拟灵活编组列车运行以满足该区域较大的客流需求；当虚拟灵活编组列车到达站台2后，可根据需要通过摘解形成两个独立运行的小编组列车，其中一个小编组列车继续向站台3运行，另一个小编组列车则在站台2折返。自站台2折返后的小编组列车可与站台3运行至站台2的其他小编组列车再次重联，重新形成一列大编组的虚拟灵活编组列车，在站台2至站台1范围内运行和折返。如此往复可满足不同线路区段的客流需求。特殊情况下，如果站台2至站台3区段内乘客数量非常少时，部分虚拟灵活编组列车亦可选择不摘解，而是全列在站台2折返后按小交路运行。换言之，传统上调整小交路列车运行间隔和数量的手段依然有效。综上，虚拟灵活编组为列车运行方式和线路运力投放的调整提供了更加丰富的手段，可以实现客流-车流更精准的匹配，达到兼顾服务质量和成本效益的目此外，对于不同类型的多交路运行，例如图15中在站台1左边还存在另一个方向的郊区线路等情况，虚拟灵活编组运行方式依然适用，只需要在站台1同样按照上文中站台2的方式进行决策和处理即可。列车跨线(含一条线路包含不同支线，下文不再赘述)运行是适合应用虚拟灵活编组的另一种典型场景。一方面，与多交路运行类似，跨线运行可能存在客流空间分布不均衡的情况。以图16所示的Y型线路(可以是不同线路，也可以是一条线路的两个分支)为例，干线(汇总线路)和支线上的客流分布可能不均衡，通常站台1至岔口1的干线(汇总线路)线路区段上客流密度大，而其余线路区段(支线上)的客流密度则相对较小。站台2站台2岔口1站台3客流密度低显然，针对上述所示的情况，根据客流空间分布规律，在线调整列车编组是实现客流-车流匹配的有效手段。例如，由站台1向右行驶的列车可采用大编组的虚拟灵活编组列车，在经过岔口1时可通过摘解转换为两列独立运行的小编组列车，分别驶向站台2与站台3;而由站台2和站台3驶向站台1的小编组列车，可在经过岔口1后重联形成大编组的虚拟灵活编组列车。由于虚拟灵活编组具有在列车动态运行过程中快速重联/摘解的能力，在具有上述客流分布特征的线路上具有很好的应用前景。类似地，作为图16中Y型线路的变种，图17所示的H型(或双Y型)等线路同样适合采用虚拟灵活编组运行方式。其根本原因在于，虚拟灵活编组能够通过动态、快速地实现列车重联/摘解而调整列车编组，达到灵活调整运力投放的目的。客流密度高客流密度低客流密度低站台5另一方面，跨线运行时，不同线路上运行的列车类型可能也不相同。此时，可以通过虚拟灵活编组实现不同类型(来自不同线路)列车重联后的共线运行，从而可提高共线运行区段的线路利用率。原因在于，来自不同线路的列车共线运行时，如果不进行重联，则可能因新增其他线路的列车而降低共线运行区段原线路列车的运行效率；如果要进行重联，则可能由于不同线路的列车类型不同(含等各系统不兼容等)导致机械灵活编组方式不可用，而虚拟灵活编组则相对比较灵活，可通过信号系统的配合实现来自不同线路的不同类型列车的重联运行。6.3.潮汐客流下的灵活编组运行上下行线路存在潮汐客流现象是另一种客流空间分布不均衡的典型场景，这种场景也是适宜应用虚拟灵活编组以促进客流-车流匹配的场景。上下行线路潮汐客流现象是指，在一定时间段内，例如早高峰期间，上行客流量很大而下行客流量很小；而另一段时间段内，例如晚高峰期间，则存在下行客流量很大而上行客流量很小的情况。针对这种情况，可在线路两端分别设置车辆段/停车场，并在客流量较大的方向上使用虚拟灵活编组列车方式运行；当虚拟灵活编组列车运行至线路终端站时，通过摘解形成两个独立运行的小编组列车，其中一列小编组列车驶入车辆段/停车场，另一列小编组列车则在终端站折返运如图18为例，当下行线路方向客流量较大的场景，可在下行方向使用虚拟灵活编组列车方式运行，并在下行方向的终端站摘解；下行方向始发的列车可以在车辆段重联，也可以将上行方向折返后的列车与车辆段出发的列车重联。同理，当上行方向客流量较大时，可按照与该方法类似的方式处理，只需将两个方向的处理方式互换即可，此处不在赘述。命车辆段/停车场车辆段/停车场和6.4.高平峰灵活编组运行除了上文所述客流空间分布不均衡的场景外，客流时间(包括时空结合)分布不均衡的场景也是适合应用虚拟灵活编组的场景。其中，一种典型的场景是高平峰在线转换过程。例如，在高平峰客流变化较大的城市轨道交通线路上，运营者通常期望在高峰期采用大编组列车、小间隔运行，而平峰期则采用小编组列车、相对大间隔运行。但在高平峰转换过程中，实际客流从小到大(或从大到小)的变化过程是连续渐变的，转换过程需要一段较长的时间才能完成；在该过程中，需要根据不同时刻的客流需求情况，选择合适编组的列车以及最优的列车追踪间隔，从而可达到运力-运量更好匹配的目的。虚拟灵活编组方式下，列车重联/摘解过程时间短，且不受线路地点和列车速度等限制，因此，能够比机械灵活编组更好地满足高平峰转换期间的应用需求。通过提高全过程每个时刻客流-车流的匹配程度，可以使高平峰转换过程更平滑、更高效。值得说明的是，如果在由平峰转换至高峰期的过程中已经采用了虚拟灵活编组，当客流量即将达到最大值时，如果有必要(例如虚拟灵活编组的运力不满足高峰期需求)1,仍可以在指定的地点选择合适的时机将相关列车单元进行机械重联，即虚拟灵活编组与机械灵活编组完全可以共存和互相补强。同理，在由高峰转换至平峰的过程中，如果已经采用了虚拟灵活编组方式，当客流量减小到一定程度后，可以根据需要对虚拟灵活编组列车在线摘解，即改为采用小编组列车独立运行方式以在不降低乘客服务质量的前提下降低运行成本；如果客流量继续减少，还可以通过增大列车间隔等方式以进一步提高车辆等资源利用率，这与传统列车运行调整方式一致。6.5.局地突发大客流局部地段突发大客流情况是适合虚拟灵活编组应用的另一种典型场景。无论由何种原因导致的，当某个时间段内，在线路的部分位置突然涌现大量客流时，可能会超出该线路上原计划行车方式的运输能力，不仅扰乱本线路的正常列车运营秩序，严重时还可能蔓延至其他线路甚至其他交通方式。在已经形成网络化的城市轨道交通系统中，该问题的影响面更广、程度更严重。由于突发大客流通常发生在局部地段，及时、快速地提升相应线路区段的运1由于虚拟灵活编组与机械灵活编组的运力接近，因此，除了超大城市的少部分线路，大部分线路的力是关键。因此，可通过及时调整列车运行计划，将正在驶向相关区段的列车在动态运行过程中重联形成虚拟灵活编组列车，达到快速提升局部地区运力投放的目的。此外，如果突发大客流区段有车辆段、存车线以及其他类型的联络线并存储有备用列车时，也可以通过临时增车的方式快速提升局部地段运力，从而能够有效应对突发大客流的影响，保持客流-车流匹配。当突发大客流疏散后，则可以通过在线高效摘解快速方便地恢复至常规运营方式。值得注意的是，突发大客流意味着需要进行列车运行方式的动态调整，而且通常会对本线路以及轨道交通