客运专线的建设，是我国铁路实施跨越式发展、进一步提高铁路服务质量的一项重要工程。根据《铁路中长期发展规划》，2020年前我国将建成1.2万km客运专线网。随着客运专线建设的全面展开，客运专线的车站设计、运输组织、客流组织等与线路运营密切相关的管理问题的研究已提上日程，必须提前着手研究才能满足未来应用的需要。客运专线服务于旅客运输，这要求其运输组织工作必须以旅客为本，注重研究其行为特征，为满足其出行需求做好全面周到的服务工作。本文依照此思路，首先研究客运专线旅客的出行特性，在此基础上研究车站旅客最高聚集人数计算理论和方法、客运专线列车开行方案制定模型、换乘组织模型和通过能力计算等方法和理论。具体内容如下：(1)研究了高速铁路／客运专线运输组织模式的分类，从客运量、沿线经济发达程度、线路性质、车辆购置数量4个方面分析了影响客运专线运输组织模式选型的因素，然后从运输组织模式类型角度，将我国客运专线分为建成后全高速或高中混跑客运模式、客货混跑模式、城际模式3类，并对京沪、武广、沪宁、石太客运专线的运输组织模式进行了实例分析。(2)将客运专线旅客出行特性分为社会经济特性、集散特性和需求特性3类进行研究。社会经济特性包括旅客的出行目的、收入水平和职业分布3方面；客流集散特性包括距离分布、到达时间分布、候车时间分布、出行方式分布等4方面；旅行需求特性包括旅客对客运专线安全性、快速性、舒适性、方便性、经济性5方面的需求特性。(3)在研究车站最高聚集人数既有计算方法的基础上，提出了3种方法，即概率统计法、最坏情景法和模拟法。概率统计法是利用候车时间分布，研究旅客到达车站的人数比例，从而计算最高聚集人数；最坏情景法研究了在旅客提前候车时间段内，列车密集发车情景下的最高聚集人数；模拟法是通过模拟车站旅客的聚集过程来求解车站的最高聚集人数。将这些方法运用于北京西站、北京站、广州东站和樟木头站的最高聚集人数计算，结论表明，本文所提出的方法，克服了既有方法中存在的一些缺点，更能反映当前条件和客运专线条件下的车站旅客聚集特征。(4)研究了影响客运专线开行方案制定的因素和制定的原则，提出了不同类型旅客列车的均衡条件和不同时刻发车的旅客方便度概念，以客运专线的最大收益和旅客的最大方便度为目标，构建了制定列车开行方案的多目标双层规划模型，利用混沌优化理论提出求解该模型的算法，以石太客运专线为案例对模型及算法进行了检验。(5)在研究客运专线中转旅客换乘需求和特点的基础上，建立了客运专线旅客最大容忍换乘时间的计算模型，并以中转旅客候车时间最短为目标建立了接续列车发车时间域优化模型。在案例中，对长短途旅客的最大容忍换乘时间进行了计算。(6)分析了客运专线通过能力计算的特点，探讨了“全高速”和“高中速混跑”两种模式下客运专线通过能力计算过程。为计算客运专线通过能力的最佳利用率，建立了旅客满意度综合评价模型，利用该评价模型求解旅客满意度最大条件下通过能力的计算参数，进一步计算该条件下的客运专线通过能力，从而得到客运专线的最佳利用率。以石太客运专线为案例进行的研究表明，在2008、2015和2020年，客运专线通过能力的合理利用率分别为72％、78％和69％。