虚拟编组可有效提升线路通过能力和运输灵活性,逐渐成为城市轨道交通领域的研究热点。虚拟编组列车通过车车通信技术完成列车间信息交互,列车通过协同控制实现短间隔追踪运行,提升运输效率和编组的灵活性,但其行车方式的变革也为列车安全防护带来了更大的挑战。现有列车安全防护方法无法满足虚拟编组列车短间隔追踪以及协同控制的需求,为此,本文从虚拟编组列车运行安全防护角度出发,提出一种通过预测前车时空轨迹来对列车进行安全防护的方法。主要工作如下:（1）提出了基于时空轨迹预测的列车安全防护方法。通过对前车容错时间内时空轨迹进行完整预测,以前车时空轨迹预测包络下界作为列车安全防护依据,从时间和空间两个维度对列车进行安全防护,缩短虚拟编组列车追踪间隔,提高列车运行效率。（2）提出了一种基于混成自动机可达集求解的列车动态轨迹预测方法。首先,对列车运行过程进行混成自动机建模。然后,提出可达集多边形确定规则,保障可达集求解的过近似性。最后,提出基于自适应步长的可达集求解算法,根据列车当前状态与迁移目标的关系实时调整求解步长,从而实现对列车所有可能时空轨迹的快速预测。（3）提出了一种基于轨迹预测的列车时空避撞防护方法。首先,根据列车运行场景对列车防护策略进行相应调整。然后,以前车时空轨迹预测的最不利情况作为防护依据,从时间和空间两个维度对列车进行安全防护。最后,提出一种列车时空避撞防护曲线计算方法,通过求解列车避撞所需安全距离实现对列车超速防护曲线的快速计算。（4）通过虚拟编组列车运行仿真实验验证本文研究的有效性。首先分析计算步长、容错时间对列车时空轨迹预测结果的影响。然后基于真实地铁列车运行数据进行仿真,结果表明:相较于“撞软墙”防护方法,基于列车时空轨迹预测的安全防护方法可进一步缩短虚拟编组列车追踪间隔,提高列车运行效率,且随着编队中列车数量的增加,运行效率提升效果越明显。本文提出的适应于虚拟编组列车运行场景的安全防护方法,有利于进一步缩短虚拟编组列车的最短追踪间隔,实现列车高效协同运行,对虚拟编组后续的安全防护方法研究具有一定的借鉴意义。图62幅,表10个,参考文献62篇。