铁路作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具,在我国经济社会发展中起着举足轻重的作用。发展高速铁路,建成快速铁路网,满足大流量、高密度、快速便捷的客运需求,是我国铁路建设的基本任务。随着无线通信技术的发展,在移动闭塞系统中,列车行驶速度和行车密度得到进一步提高。建立高可信的GSM-R无线通信网络和高效低能耗的行车组织调度优化控制系统的必要性和迫切性越来越突出。论文针对无线通信GSM-R网络的高可信服务质量QoS性能分析、以及高可信通信条件下多列车追踪运行交通流特性等问题进行了深入研究,主要取得了以下几方面的研究成果和结论。1.主要考虑高速列车在移动闭塞区间条件下高可信GSM-R无线通信的形式化建模和高可靠性分析,建立了随机Petri网(SPN)表示的CTCS无线通信机制模型和列车与无线闭塞中心通信的GSM-R故障恢复模型,对GSM-R通信系统的高可信进行分析得出了相应结论。2.针对无线通信信息并行处理问题,在基本细胞膜计算的基础上结合随机过程方法,提出了一种新型基于生化反应速率的膜计算方法,通过对每个膜表示的事件物理意义的分析,从分布函数中求解出生化反应速率并分配给相应的膜,通过有限马尔可夫同构变换的途径实现对无线通信系统并行信息处理及可靠性的定量分析。提出的新型膜计算方法以最大并行的方式进行事件处理,提高了系统的执行效率,弥补了基本膜计算方法在实际应用中的不足,另外该方法能够提高仿真系统的分析精度,为无线通信高可信的定量与定性分析提供了新的分析方法。3.在高可信无线通信的前提下,针对移动闭塞列车运行的特点,研究了平直线路条件下列车追踪运行问题。以Multi-Agent理论为基础,建立了一种移动闭塞条件下的多列车追踪运行多智能体(MAS)模型,提出了列车与无线闭塞中心之间的MAS交互机制,实现了多列车追踪运行的安全距离控制。仿真研究了列车追踪运行过程中速度变化关系、不同线路初始化密度对线路交通的影响,得到了相应的定量分析结论。4.针对多列车追踪运行时,列车流实时变化,传统方法对能耗难于统计分析的问题,提出了一种基于快照分层复杂系统建模方法,并应用该方法对列车流能耗进行了仿真研究。在每一个时间t将该时刻系统作为一个快照,快照系统有环境静态信息描述和动态Processor处理机,随着时间一系列快照的演化,逐步演化得到系统的特性。应用提出的快照建模方法结合已经建立的MAS列车追踪交互机制,建立了基于快照的列车交通流能耗分析模型,得到了线路初始化密度、车站停靠时间对交通流能耗影响性分析。5.在NaSch模型的基础上,研究了列车在弯道线路上追踪运行的交通流特性,提出了一种用于模拟铁路线路弯道的多列车追踪运行的元胞自动机模型。应用该模型,进行了计算机数值模拟,研究了具有不同弯道半径、不同外轨超高和不同弯道长度的线路弯道对铁路交通流的影响分析。