随着我国高速铁路建设的跨越式发展，既有线铁路的运输能力得到了有效的释放，很大的提升了铁路的运输能力。但总体来讲，我国铁路的运输能力还是不能满足国民经济发展的需求，特别是高速铁路快速发展，铁路路网全面提速以后，多种类型列车共线运行，不同列车速度差异较大，往往需要客运列车和货物列车共线运行，严重限制了铁路运输能力的提高。同时不同速度列车共线运行使铁路调度指挥工作和列车运行图的编制变的更为复杂。我国CTCS-3级列车运行控制系统的研制成功，很大程度上优化了我国铁路运输的行车组织，CTCS-3级列控系统可以实现列车运行的实时控制，使行车组织更为精确和安全。本论文通过分析CTCS-3级列控系统的主要技术原则，结合我国铁路运输多种速度列车共线运行的实际，使用元胞自动机模型模拟和仿真随机车流条件下铁路行车组织过程，设计算法调整高中速列车的越行方案，分析不同限制条件对列车运行过程和列车通过能力的影响，从而为优化随机车流列车运行图编制、提高铁路列车运行效率、提升铁路运输能力提供科学依据。首先，本文研究了各种速度列车不同比例条件下的列车运行过程，结果表明，随着高速列车在随机车流中所在比例的增加，列车在中间站相互越行的次数逐渐增加，但当高速列车所占比例超过50%之后，高速列车的越行次数又会逐渐减小。列车的越行情况决定于前后列车之间的速度关系，随机车流条件下，发车时不同速度的列车相互交叉越多，对列车运行通过能力的影响也就越大。当高速列车所占比例较小时，高速列车的在线延误时间较大，中速列车的在站停留和在线延误时间较小。当高速列车所占比例较高时，高速列车在线延误时间较小，中速列车的在站停留时间较大。其次，研究了有固定旅客列车停靠时的列车运行情况。发现高速列车在有固定列车停靠的情况下，其区间运行时间和在站停留时间均大于没有固定列车停靠的情况；而中速列车的区间运行时间和在站停留时间均小于或等于没有固定列车停靠的情况。虽然高速列车在车站的固定停靠会增加高速列车在区间运行时分，但同时减少了中速列车的在站停留时间，且对平均在站停留时间的影响不大。最后，论文研究了到发线限制条件下的列车运行过程。研究发现在到发线限制条件下，列车平均在站停留时间和在线延误时间反而会减少，中速列车的在站停留时间减小更是明显。但由于到发线的限制会使高速列车的区间运行时间增加，为了保证高速列车在线路的高速运行，往往需要牺牲中速列车的运行时间来保证高速列车的运行效率。