我国国土幅员辽阔,地势地形复杂,自然灾害频有发生,其中铁路自然灾害具有广泛性、多样性、频发性等特征。铁路突发事件的发生严重影响着我国铁路交通运输的运营效率,同时也降低了我国铁路客运运输的效率,伴随着国家铁路事业改革的不断深化,我国铁路线路网络拓扑结构也发生着深刻的变化,这使得我国铁路路网结构变的更加复杂,同时也使我国铁路的列车运行组织工作变得更加困难。所以,为提高铁路系统的运输效率,增强铁路的运输能力,研究突发事件条件下的列车运行图优化问题已经是列车运行组织问题的重要方面。本文首先着手于铁路突发事件问题的研究,将铁路突发事件依照其等级进行划分,对不同类型的突发事件采取不同的应对策略,对于频繁发生的恶劣天气对列车运行的影响,本文引入日本新干线的恶劣天气条件下的列车限速标准予以参考,并应用随机过程中马尔科夫链预测模型,提出针对不同地域的突发事件发生概率的计算方法,将其突发事件发生概率应用于仿真系统中。再次,研究讨论了突发事件条件下区段列车运行图稳定性的优化问题,考虑在移动闭塞系统下的列车运行仿真,提出基于元胞自动机模型的列车区段运行仿真系统,研究讨论了列车计划运行图稳定性量化指标与列车运行图正点率之间的关系,提出了基于仿真的列车运行图稳定性优化方法,然后以京沪高铁中北京南至济南西段为例进行实例仿真,分析讨论了仿真模型中列车最大允许速度、突发事件发生概率与列车运行图正点率三者之间存在的关系,并且对某时间段内该区段运行列车的运行图为优化目标,得到了优化后的列车运行图。最后,将基于仿真方法的列车运行图稳定性优化问题应用于铁路路网研究中,构建基于Petri网的突发事件条件下路网列车运行总网-子网模型,并以南京南站作为路网节点,将通过该节点的列车划分为四条不同的列车运行径路,考虑列车在路网条件下,追踪列车的前行列车在路网节点可能会发生改变,以及列车在进站过程中的进路控制问题进行实例仿真,优化目标运行图。本文为突发事件条件下的列车运行图优化问题提供了解决的思路及方法,是铁路列车运行组织理论体系的补充,同时也为我国铁路的列车运行图铺画及日常的列车运行调度工作提供了新的理论依据及参考。