铁路行业近年来发展迅速，随着列车速度的提升，列车的安全隐患问题变的越来越重要。如何在提升列车速度的同时又保证列车的行车安全，是值得研究的课题。列车运行控制系统是我国借鉴欧洲标准并自主创新的适用于高速铁路的运行控制系统，它运用先进的计算机和通信技术，提高了列车运行的安全性和高效性，由于系统庞大，分析验证工作比较复杂。在此基础上，形式化建模方法具有严格的数学定义和清晰的图形表达，近年来在列车控制领域，作为一种描述和分析列控系统特性的重要方法迅速发展起来。本文选取CTCS-3级列控系统中的等级转换场景进行研究，在研究有向图向有色Petri网(Colored Petri Net,有色Petri网)转换的基础上，采用层次化建模的思想，利用CPNTools工具箱对等级转换场景进行建模，并分析列车运行速度、消息重发时间和时间延时等特性对列车运行控制系统产生的影响。首先，在分析CTCS-3级列控系统中RBC与其他子系统信息交互的基础上，对等级转换场景中RBC与车载设备间的信息交互过程进行描述，并通过对有向图和CPN的理论分析，完成有向图向CPN的转换。其次，介绍CPN建模仿真工具—CPN Tools工具箱，通过对CPN Tools的功能需求分析，利用层次化建模的思想对等级转换场景中的各功能模型进行划分，把GSM-R应用层模型、周期性消息模型和非周期消息模型作为底层模型，运用到建立通信会晤模型、CTCS-2级进入CTCS-3级控车模型和CTCS-3级进入CTCS-2级控车模型中，利用CPN分别对各个模型进行建模。最后，在CPN Tools工具箱中对模型进行仿真，对所得数据进行整理，用Matlab软件对数据进行仿真，结合GSM-R应用层模型，分析周期性消息模型和非周期消息模型在不同消息重发时间间隔下的延时；CTCS-2级进入CTCS-3级控车模型和CTCS-3级进入CTCS-2级控车模型在不同列车运行速度下的模型完成成功率以及设备故障导致降级模型在不同消息重发时间间隔下的控车成功率。