随着社会的发展以及人民生活水平的提高,城市间人员、物资、信息等要素的流动进一步加强,对运输能力提出了更高的要求。我国铁路网营业里程中单线铁路占据了较大的比例,而单线铁路由于基础设施以及运输组织方式的原因,线路通过能力较低,大多数单线铁路都面临着运能与运输需求不匹配的局面,因此,单线铁路扩能研究也是交通运输领域的热门研究对象。近年来,有学者抛开以往修建双线、增加线路所、更换大功率机车及大型车辆、优化运行图等扩能方式,另辟蹊径的提出了一种基于闭塞制式改变的扩能方式,得到了广泛认可。本文受此扩能思路的启发展开研究,论文的研究成果如下:（1）将准移动闭塞作为单线铁路扩能改造的行车制式。基于闭塞制式改变的扩能方式首要的问题就是采用何种闭塞制式进行扩能,本文通过对比自动站间闭塞、固定闭塞、准移动闭塞以及移动闭塞的优缺点以及在单线铁路的适用性、可行性等因素,最终确定将准移动闭塞作为当前单线铁路扩能改造的行车制式。（2）设计基于北斗卫星导航系统的列车运行控制系统框架结构。本文充分考虑单线铁路所处地区的地形、气候等自然条件,得出不能以现有CTCS-2或CTCS-3级列控系统进行改造,需要一个成本低、可靠性高、适合单线铁路扩能改造的新型列控系统。因此,在深入分析新型列控系统应具有功能的基础上,结合北斗卫星导航系统的定位、测速及通信等优势技术构建了基于北斗卫星导航系统的列车运行控制系统框架,并分析了其关键技术。该系统将准移动闭塞作为行车制式,采用北斗卫星导航系统完成列车的定位、测速及列车完整性检查,可最大限度的减少地面设备的数量以及后期运营维护成本;同时该列控系统采用基于北斗的通信方式,借助北斗卫星导航系统独有的短报文功能,不仅能完成现有CTCS体系列控系统“车—地”通信还能实现“车—车”通信的功能,进一步为列车安全运行提供技术保障。（3）构建基于元胞自动机的单线铁路准移动闭塞列车运行仿真模型。单线铁路上运行有双方向的列车,需要考虑列车的会让、越行等作业,仿真难度比双线铁路更为复杂。本文在基于北斗的列控系统基础上,分析了单线铁路在准移动闭塞下行车时双方向列车的具体运行情况,针对列车在边界站发车、区间内运行、不同方向列车间的会让、同方向列车间的越行、在中间站发车等不同情形设置了列车位置及速度的更新规则以保证列车有序运行,之后结合元胞自动机理论建立了基于元胞自动机的单线铁路准移动闭塞仿真模型。另外,在本文构建的模型中,列车发车时需要考虑前方两个区间一个车站（如果有）和后方一个区间（如果有）内的所有列车的行为来决定该列车能否发车,这样以来统筹考虑了更多的列车和车站,避免了在单线铁路仿真中由于运行规则设置不精准、考虑范围不足、只依靠局部信息发车引起的“死锁”现象,可以使双方向列车有序运行。（4）探究不同条件对单线铁路通过能力的影响。在单线铁路双向准移动闭塞列控模型建立的基础上,以青藏铁路格拉段实际数据为例,研究了准移动闭塞下安多—羊八井段20个车站的通过能力,结果显示准移动闭塞下不考虑天窗时线路通过能力大约可提高55%,扩能效果良好。此外,通过调整旅客列车所占比例、中间站到发线数量、车站间距等因素,多次仿真并统计线路通过能力,寻找不同参数对单线铁路通过能力的影响,以期为单线铁路扩能提供参考建议。