随着我国铁路客运专线的规划建设和陆续开通运营,铁路运输能力不断提高,铁路长期以来实行的客货混线运输将逐步向客货分线运输转变,这为提高铁路运输服务质量,尤其是满足人们对铁路旅行准时性日益增长的要求提供了有利条件。列车运行图的动态性能是影响铁路运输组织水平和服务质量的关键所在,本论文在借鉴既有研究成果的基础上,结合客运专线运输组织的特点,对客运专线列车运行图动态性能的相关问题展开研究,主要进行了以下五项工作：1)研究了客运专线列车运行图动态性能的含义、评价指标以及相应的数据获取和指标计算方法,从客观和主观两方面论述了客运专线列车运行图动态性能的影响因素,并基于随机项目调度理论和方法对客运专线列车运行图动态性能问题进行了概念建模。2)研究了客运专线列车运行图动态性能与冗余时间布局的关系。首先,给出了冗余时间的含义与分类,探讨了冗余时间对列车运行图动态性能的影响过程,并分析了多种冗余时间之间的关系。接着,对冗余时间布局的经验做法进行了分析。然后,阐述了优化列车运行图冗余时间布局的带补偿的随机期望值模型的框架结构,并在此基础上给出了相应模型的形式化描述。针对该模型的上层冗余时间布局模型,设计了改进的遗传算法；针对下层列车运行调整模型,设计了分枝定界冲突疏解算法。最后,以武汉至广州的客运专线作为算例背景,设计了扰动方案,对给定列车运行图的冗余时间布局进行优化,检测了算法的收敛性能,分析了算法的时间复杂度和空间复杂度,展示了算法寻优的过程,并分别给出了列车和车站的正晚点估计值。3)研究了客运专线列车运行图动态性能与列车运行线时空分布的关系。首先,给出了在列车种类和数量一定条件下衡量运行线时空分布的指标——列车运行图的异质性。接着,研究了异质性与列车间速度差和冗余时间的关系,异质性与晚点传播过程的关联性。然后,以武汉至广州的客运专线为背景,就列车运行线均匀铺画、阶段集中铺画和集中铺画三种典型的运行图,分别计算其异质性的值,通过加载扰动情景,进行“列车运行调整在回路”的仿真实验,测试了相关运行图的动态性能,从而定量地描述出了列车运行图动态性能与异质性之间的关系,并进一步提出了降低列车运行图异质性的措施和适用条件。最后,从列车运行图编制和列车运行调整两个角度分别给出了列车运行线群(列车群)’内关键列车运行线(关键列车)的含义,从列车对列车群影响的广度和深度出发,基于计算机仿真技术,提出了定量分析列车群内关键列车的方法,并进行了算例验证。4)研究了客运专线列车运行图动态性能与区间通过能力利用率的关系。首先,论述了客运专线区间通过能力和能力利用率的含义,分别提出了基于列车运行图铺画优化模型可行解和基于模拟人工铺画列车运行图的客运专线区间通过能力计算方法。然后,对列车运行图动态性能与通过能力利用率的关联性进行描述。最后,以武汉至广州的客运专线为背景,对应列车运行线均匀铺画、阶段集中铺画和集中铺画三种典型铺画模式,分别计算出区间通过能力,设计扰动方案,对三种铺画模式下具有不同通过能力利用率的一批列车运行图进行“列车运行调整在回路”的仿真实验,从而定量地描述出了列车运行图动态性能与通过能力利用率之间的关系。5)研发了“列车运行调整在回路”仿真评估实验系统。首先,对列车运行与调整过程建模进行分析,提出了列车运行过程仿真建模方法。在此基础上,基于离散事件动态系统对列车运行过程进行形式化描述,并针对多制式信号系统条件下的列车运行仿真问题,提出了基于Agent的建模方法,给出了相关的仿真模型和关键技术。接着,给出了仿真评估实验系统的设计思路、功能及模块结构和仿真驱动模块的内部结构。然后,研究了扰动方案设计的原则和扰动情景生成的方法,提出了基于牵引计算和规则集推理的仿真系统初始映像生成方法,以满足客运专线列车运行仿真高精度的要求,并进行了仿真验证。最后,给出了仿真评估实验系统的主要界面。