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摘要： 本文介绍了虚拟自动闭塞信号系统，虚拟自动闭塞信号系统是基于无线传输的铁路信号产品，利用GPS 卫星定位技术，借助GSM-R 通信系统传输车～地信息，能够实现区间追踪运行，不要求在轨旁设置地面信号机和轨道电路。
关键词：虚拟自动闭塞信号系统；铁路信号；列车控制系统；西部铁路
中国铁路中长期发展规划，明确了改变我国广大西部地区运网稀疏、运能严重不足、与东中部的联络能力差等路网布局不合理的状况，新建一批完善路网布局和西部开发性新线，全面提高对地区经济发展的适应能力是未来中国铁路建设重点之一。
西部铁路由于其所处自然环境、在路网中的作用以及其刚刚处于起步发展的阶段，其主要特点为：主要为单线铁路（但需要预留双线条件），以货运为主兼顾客运，行车密度相对较低，大部分车站为会让站，自然环境恶劣，沿线设备维护困难等。西部铁路如采用半自动闭塞制式，则在远期运量增加时，必需改建为自动闭塞模式，前期工程基本全部废弃，造成一定的投资浪费；若前期一次投资完成自动闭塞，则区间要装设轨道电路及其他相关设备，有过早投资浪费及工期长的问题，且开通后运营维护工作量大，在运量低时期造成一定的资源浪费。
虚拟自动闭塞系统是当今铁路正在兴起的一项新技术，虚拟自动闭塞系统弥补传统自动闭塞和半自动闭塞上述不足，在区间可通过修改软件的方式满足各种运营需要下不同长度的虚拟区段，利用GPS卫星定位技术，运用计算机逻辑判断列车位置，借助GSM-R通信系统传输车～地信息，实现区间追踪运行。在保证行车安全的前提下实现旅客列车与货物列车及不同速度等级列车的混跑，并提高运输能力。
1、虚拟自动闭塞信号系统的主要特点
（1）沿线小站取消了轨道电路和地面固定信号机，大量减少了室外信号设备，减少维修工作量；
（2）利用GSM-R无线通信传输系统，实现车～地信息地双向传输和闭环控制；
（3）利用GPS卫星定位系统和车轮速度传感器共同确定列车精确位置；
（4）利用GPS卫星定位系统和列尾设备共同完成列车完整性检查；
（5）采用先进“目标—速度”列控模式；
（6）利用虚拟闭塞的概念，实现区间虚拟站间自动闭塞和虚拟自动闭塞（可人为设置）；
2 虚拟自动闭塞信号系统构成
系统主要由中心设备、车站设备、车载设备和通信设备等组成，系统结构示意图如下图1所示。
2.1 中心设备
主要增配调度中心维护终端MMT（用于系统监测和维护），中心设备主要作用是下达调度指令和接收并处理运行状态信息和维护信息。
2.2 车站设备
根据应用需求以及其它信号设备配置情况，主要有两种典型车站设备配置：本地联锁站配置及非本地联锁站配置。有本地联锁站配置
包括计算机联锁系统、无线闭塞中心、车站列控设备、GPS差分站。非本地联锁站配备无线闭塞中心、车站列控设备及GPS差分站设备。
对于本地联锁站，计算机联锁系统将完成站内联锁的功能，车站列控设备采集地面信号设备信息；对于非本地联锁站，车站列控设备将完成站内联锁的功能。虚拟通过信号机的相关逻辑运算则由无线闭塞中心完成。计算机联锁系统、车站列控设备、无线闭塞中心之间交换信息，以完成联锁和虚拟自动闭塞的功能。GPS差分站向系统提供差分信息以提高定位精度和完整性。
2.2.1 有本地联锁车站设备配置
为了提高中间站的调车作业效率，线路上规模较大的区段站做为有本地联锁站。本地联锁车站配置无线闭塞中心设备、车站列控设备、
GPS差分站设备等，另配置硬件安全冗余型计算機联锁系统，97型25 周相敏轨道电路、站内设置透镜式色灯信号机。
2.2.2 非本地联锁车站设备配置
其他中小站做为非本地联锁车站，各站配置无线闭塞中心设备、车站列控设备、GPS 差分站设备，站内不设轨道电路及地面信号机，在进站口、股道两端设置列车信号标志牌，根据需要设置调车信号标志牌。由卫星定位和列车完整性检查装置，与车站列控设备、无线闭塞中心配合，实现对预先设定的虚拟区段空闲与占用的安全联锁检查。
2.3 车载设备
车站设备通过无线通信系统，把管辖区域内信号设备的状态发送给车载系统，同时通过无线通信系统获取列车占用信息。车载计算机
将根据车站无线闭塞中心转发的信息，确认前方各种信号设备的状态和显示，并提示指导司机行车、完成超速防护的功能。车载设备包括车载计算机和列尾设备。由于车站和区间没有地面信号机和轨道电路，为保证行车安全，除本务机车外，轨道车、公务巡检车、探伤车和其它路用机车，均需要配备车载计算机及列尾设备。所有上线机车的控车方案为列控控制模式。列尾设备完成列车完整性检查。
2.4 通信设备
通信设备包括在调度中心与GSM-R网络接口的消息转发设备，以及设于中心和沿线各站路由设备。
3 系统的主要功能有：
（1）超速防护功能。系统具有防止列车运行速度超过线路允许速度、道岔通过速度、车辆构造允许速度、临时限速的功能，接近超速门限值时，由列控设备提醒司机或自动实行制动或减速停车，保证行车安全。
（2）列车定位功能。采用GPS及测速传感器对列车定位，车载定位系统根据GPS和车载测速传感器自动计算，准确确定列车位置，对照线路数据库（电子地图）确定所占用的虚拟闭塞分区，向车站、调度中心报告闭塞分区占用情况。当GPS信息丢失时，系统通过测速传感器来模拟计算实际位置。即当列车运行于隧道内，桥梁下或者高的建筑物之间时，虽然无法接收到GPS信息，但是还可以通过模拟计算可靠运行。特殊情况下，可以把无GPS信号区域设为一个虚拟闭塞分区，从而列车可以根据虚拟信号机显示通过此区域。
（3）信息显示功能。通过人机接口提供司机输入及选择开关。车载显示器给出当前速度、前方信号机类型、目标距离、目标速度、超速倒计时报警等信息。
（4）虚拟闭塞追踪功能。地面不设置轨道空闲检查装置和信号机，利用电子地图、虚拟闭塞分区和信号机。为满足追踪运行，将区间按照定时间布点对站间线路进行分割。信号系统进行相关逻辑运算，实现列车追踪运行。当线路运量增加时，仅需要修改软件，调整虚拟行车布点。
结束语
虚拟自动闭塞信号系统与传统信号系统方案相比，不需设置轨旁地面信号机和轨道电路，减少日常维修量及维修人员数量，节省运营成本，且后期线路运量能力大幅增加时，无需进行硬件改造。
本系统方案针对西部地区铁路的特点，结合现有的通信信号系统技术装备，车站列控设备可借鉴国内客运专线列控设备的建设运营经
验，并希望能以此为基础，形成为西部铁路切实可行的信号系统解决方案。
参考文献
[1]邹振民.日本新干线采用的计算机联锁系统[J].铁道通信信号，2000（04）：43-45.
[2]TB10007-2006.铁路信号施工规范.
[3]徐啸明.列控车载设备[M] .北京.中国铁道出版社，2007,5.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：虚拟自动闭塞信号系统；铁路信号；列车控制系统；西部铁路
中国铁路中长期发展规划，明确了改变我国广大西部地区运网稀疏、运能严重不足、与东中部的联络能力差等路网布局不合理的状况，新建一批完善路网布局和西部开发性新线，全面提高对地区经济发展的适应能力是未来中国铁路建设重点之一。
西部铁路由于其所处自然环境、在路网中的作用以及其刚刚处于起步发展的阶段，其主要特点为：主要为单线铁路（但需要预留双线条件），以货运为主兼顾客运，行车密度相对较低，大部分车站为会让站，自然环境恶劣，沿线设备维护困难等。西部铁路如采用半自动闭塞制式，则在远期运量增加时，必需改建为自动闭塞模式，前期工程基本全部废弃，造成一定的投资浪费；若前期一次投资完成自动闭塞，则区间要装设轨道电路及其他相关设备，有过早投资浪费及工期长的问题，且开通后运营维护工作量大，在运量低时期造成一定的资源浪费。
虚拟自动闭塞系统是当今铁路正在兴起的一项新技术，虚拟自动闭塞系统弥补传统自动闭塞和半自动闭塞上述不足，在区间可通过修改软件的方式满足各种运营需要下不同长度的虚拟区段，利用GPS卫星定位技术，运用计算机逻辑判断列车位置，借助GSM-R通信系统传输车～地信息，实现区间追踪运行。在保证行车安全的前提下实现旅客列车与货物列车及不同速度等级列车的混跑，并提高运输能力。
1、虚拟自动闭塞信号系统的主要特点
（1）沿线小站取消了轨道电路和地面固定信号机，大量减少了室外信号设备，减少维修工作量；
（2）利用GSM-R无线通信传输系统，实现车～地信息地双向传输和闭环控制；
（3）利用GPS卫星定位系统和车轮速度传感器共同确定列车精确位置；
（4）利用GPS卫星定位系统和列尾设备共同完成列车完整性检查；
（5）采用先进“目标—速度”列控模式；
（6）利用虚拟闭塞的概念，实现区间虚拟站间自动闭塞和虚拟自动闭塞（可人为设置）；
2 虚拟自动闭塞信号系统构成
系统主要由中心设备、车站设备、车载设备和通信设备等组成，系统结构示意图如下图1所示。
2.1 中心设备
主要增配调度中心维护终端MMT（用于系统监测和维护），中心设备主要作用是下达调度指令和接收并处理运行状态信息和维护信息。
2.2 车站设备
根据应用需求以及其它信号设备配置情况，主要有两种典型车站设备配置：本地联锁站配置及非本地联锁站配置。有本地联锁站配置
包括计算机联锁系统、无线闭塞中心、车站列控设备、GPS差分站。非本地联锁站配备无线闭塞中心、车站列控设备及GPS差分站设备。
对于本地联锁站，计算机联锁系统将完成站内联锁的功能，车站列控设备采集地面信号设备信息；对于非本地联锁站，车站列控设备将完成站内联锁的功能。虚拟通过信号机的相关逻辑运算则由无线闭塞中心完成。计算机联锁系统、车站列控设备、无线闭塞中心之间交换信息，以完成联锁和虚拟自动闭塞的功能。GPS差分站向系统提供差分信息以提高定位精度和完整性。
2.2.1 有本地联锁车站设备配置
为了提高中间站的调车作业效率，线路上规模较大的区段站做为有本地联锁站。本地联锁车站配置无线闭塞中心设备、车站列控设备、
GPS差分站设备等，另配置硬件安全冗余型计算機联锁系统，97型25 周相敏轨道电路、站内设置透镜式色灯信号机。
2.2.2 非本地联锁车站设备配置
其他中小站做为非本地联锁车站，各站配置无线闭塞中心设备、车站列控设备、GPS 差分站设备，站内不设轨道电路及地面信号机，在进站口、股道两端设置列车信号标志牌，根据需要设置调车信号标志牌。由卫星定位和列车完整性检查装置，与车站列控设备、无线闭塞中心配合，实现对预先设定的虚拟区段空闲与占用的安全联锁检查。
2.3 车载设备
车站设备通过无线通信系统，把管辖区域内信号设备的状态发送给车载系统，同时通过无线通信系统获取列车占用信息。车载计算机
将根据车站无线闭塞中心转发的信息，确认前方各种信号设备的状态和显示，并提示指导司机行车、完成超速防护的功能。车载设备包括车载计算机和列尾设备。由于车站和区间没有地面信号机和轨道电路，为保证行车安全，除本务机车外，轨道车、公务巡检车、探伤车和其它路用机车，均需要配备车载计算机及列尾设备。所有上线机车的控车方案为列控控制模式。列尾设备完成列车完整性检查。
2.4 通信设备
通信设备包括在调度中心与GSM-R网络接口的消息转发设备，以及设于中心和沿线各站路由设备。
3 系统的主要功能有：
（1）超速防护功能。系统具有防止列车运行速度超过线路允许速度、道岔通过速度、车辆构造允许速度、临时限速的功能，接近超速门限值时，由列控设备提醒司机或自动实行制动或减速停车，保证行车安全。
（2）列车定位功能。采用GPS及测速传感器对列车定位，车载定位系统根据GPS和车载测速传感器自动计算，准确确定列车位置，对照线路数据库（电子地图）确定所占用的虚拟闭塞分区，向车站、调度中心报告闭塞分区占用情况。当GPS信息丢失时，系统通过测速传感器来模拟计算实际位置。即当列车运行于隧道内，桥梁下或者高的建筑物之间时，虽然无法接收到GPS信息，但是还可以通过模拟计算可靠运行。特殊情况下，可以把无GPS信号区域设为一个虚拟闭塞分区，从而列车可以根据虚拟信号机显示通过此区域。
（3）信息显示功能。通过人机接口提供司机输入及选择开关。车载显示器给出当前速度、前方信号机类型、目标距离、目标速度、超速倒计时报警等信息。
（4）虚拟闭塞追踪功能。地面不设置轨道空闲检查装置和信号机，利用电子地图、虚拟闭塞分区和信号机。为满足追踪运行，将区间按照定时间布点对站间线路进行分割。信号系统进行相关逻辑运算，实现列车追踪运行。当线路运量增加时，仅需要修改软件，调整虚拟行车布点。
结束语
虚拟自动闭塞信号系统与传统信号系统方案相比，不需设置轨旁地面信号机和轨道电路，减少日常维修量及维修人员数量，节省运营成本，且后期线路运量能力大幅增加时，无需进行硬件改造。
本系统方案针对西部地区铁路的特点，结合现有的通信信号系统技术装备，车站列控设备可借鉴国内客运专线列控设备的建设运营经
验，并希望能以此为基础，形成为西部铁路切实可行的信号系统解决方案。
参考文献
[1]邹振民.日本新干线采用的计算机联锁系统[J].铁道通信信号，2000（04）：43-45.
[2]TB10007-2006.铁路信号施工规范.
[3]徐啸明.列控车载设备[M] .北京.中国铁道出版社，2007,5.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。