高速铁路客流需求在春运等节假日期间大幅度增加,铁路集团公司采用开行临时旅客列车（以下简称“临客列车”）的措施来补充运能、满足客流需求。铁路集团公司推行“一日一图”方案,依据客流需求调整每日列车开行方案与运行图,在客流需求较大且运输能力较紧张的区段,适当增加开行列车数量,实现运能与客流需求合理匹配。此背景下,如何高效地组织临客列车运行以及优化临客列车运输组织方案具有重要意义。本文分析开行方案与运行图的编制内容及两者之间的关系,同时结合临客列车特殊性提出临客列车开行方案与运行图协同优化的必要性。应用离散时间的方法构建控制模型并设计列车流仿真实验以了解列车流特性和铁路系统作业规则。在此基础上,分别基于站点客流需求与OD（Origin-Destination）客流需求,应用数学优化的方法构建不同类型的数学模型,以获得能够满足客流需求同时兼顾运输成本以及运输服务质量的临客列车开行方案与运行图。本文主要内容及创新点如下:（1）基于离散时间方法的网络列车流特性建模分析。基于离散时间方法与列车运行的物理规律构建列车控制动力学方程并提出新的加速度、减速度、最小追踪间隔的计算公式。依据移动闭塞系统的控制原理以及列车在铁路系统中的作业规则,提出发车、进站、追踪、越行作业的控制策略。鉴于突发事件的发生原理,并提出处理不同类型突发事件的控制策略。设计仿真算法并应用算法设计了包含32个车站和42个双线区间的高速铁路网络上的列车流仿真实验,实验证明提出的控制模型与算法可以有效模拟大规模网络列车流,控制列车在铁路网络上实行各种作业及处理各类突发事件。分析参数对列车流的影响,实验结果证明列车数量、最小追踪间隔以及突发事件对网络列车流清空时间均有影响。（2）基于站点客流临客列车开行方案与运行图协同优化。基于协同优化临客列车开行方案与运行图的思想,从宏观层面构建数学优化模型,协同优化临客列车数量、等级、停站方案以及列车在各站到发时刻,以有限的运输成本满足站点客流需求。首先构建时空网路,将临客列车开行方案与运行图协同优化问题转化为时空网络路径优化问题。然后以最小化客流需求与列车总运能之差和列车总运行时间为目标函数,建立双目标线性整数规划模型。设计了小规模实验验证提出方法的有效性,结果显示加开的临客列车使得客流需求的满足程度从54%提高到95%。基于武汉-广州高速铁路数据设计了大规模实验,实验结果显示优化后所有列车提供的总运能可以满足整个线路内98.3%的客流需求,证明了提出的方法和模型可以应用于解决大规模的临客运输组织问题。通过调整大规模实验参数分析各参数对优化结果的影响,实验结果证明客座利用率约束可以使列车载客量具有更优的均衡性,目标函数的权重系数对开行列车的数量以及客流需求的满足程度有显著影响,D列车（普通动车组列车）数量的增加会降低线路通行能力。（3）基于OD客流临客列车开行方案与运行图协同优化。考虑旅客的起点和终点,构建基于OD客流的临客列车开行方案与运行图协同优化模型,其协同优化临客列车开行区段、数量、停站方案、客票分配计划及列车在各站的到发时刻。此模型在原有的协同优化模型基础上引入客票分配决策变量、列车开行区段决策变量以及列车次序决策变量。进而以最小化临客列车总行走距离、列车总停站时间及客流需求与总运能之差为目标构建多目标非线性整数规划模型。同时将非线性模型转化为线性模型并求解模型。设计小规模实验并分析参数对实验结果的影响,实验结果显示客座利用率系数、最小停站时间、停站所需最小上下车人数等参数均对临客列车运输方案有显著影响。进一步设计了基于京沪高速铁路数据的大规模实验,结果显示增开的临客列车将优化前未满足的客流需求19757减少到23,说明提出的方法可以有效缓解铁路公司大规模线路上的运输压力。