在我国西北煤炭产区,从坑口到集装站或坑口电厂的运输线路极其复杂(坡道长坡度大100‰),传统铁路难以适应,公路运输成本高且污染严重。为此,科技部设立了“十一五”国家科技支撑计划重大专项,研究适应复杂线路且节能环保的新型轨道交通运输系统技术。以惰行为主要节能手段且仅针对单车的传统列车优化操纵理论已经无法适应如此复杂的线路,而且,高度复杂的线路更加不利于列车的安全追踪。为此,研究以再生制动及多车协同节能为主要技术手段且满足列车安全追踪约束的列车优化操纵理论与方法具有理论意义和应用价值。本文以“十一五”国家科技支撑计划项目为背景,研究基于再生制动且满足列车安全追踪约束的多车协同列车优化操纵理论与方法,并依托试验线开展应用研究。主要工作如下：第一,研究了复杂线路条件下基于再生制动的单车优化操纵问题。针对几种典型复杂线路,给出了相应的基于再生制动的单车节能优化操纵方法；基于再生能被完全利用的假设,给出了满足时间约束的列车再生效率的下界,同时给出了典型复杂线路条件下基于再生制动的单车节能优化操纵方法的更节能的理论证明。针对几种典型复杂线路,以节约能源和时间为目标,得到了基于再生制动的单车多目标最优操纵方法。第二,研究了复杂线路条件下基于再生制动的多车协同优化操纵问题。分析了几种典型复杂线路条件下再生能被完全利用的可行性,为研究基于再生制动的多车协同优化操纵方法奠定了技术基础。研究了满足安全约束的多车多目标节能调度指挥方法,建立了列车柔性运行时间约束模型,在此基础上,得到了满足柔性时间及安全约束的多车协同优化操纵算法。第三,以试验线为背景研制了多车协同优化操纵系统并完成了测试验证。根据试验线的需求,研制了相应的多车协同优化操纵系统；根据试验线的数据,建立了列车等效能耗的数学模型,在此基础上,以试验线为背景开展了应用研究,结果表明,复杂线路条件下,基于再生制动且满足柔性时间和安全约束的多车协同优化操纵方法在大幅度降低吨公里能耗的同时提高了运输系统的单位时间运量。