随着城市轨道交通线网规模的不断增长,线路空间覆盖范围日益扩大,城市轨道交通的可达性也随之增强。对于客流时空分布不均衡的线路,在传统运营组织模式下,即单一交路和均匀发车间隔,需投入更多的车底数量来增加车次数量,以满足大客流区段的客流需求,但同时也造成了小客流区段的运输能力浪费。作为一种平衡线路客流空间差异的运营组织方法,大小交路开行方案能够合理配置线路运输能力,以满足不同区段的客流需求。然而,针对高峰时段客流需求时变性强等特征,若线路采取均匀发车间隔,会增加乘客站台等待时间。因此,如何合理编制大小交路方案下的列车时刻表和车底运用计划成为解决线路运输能力与客流需求间不匹配问题的关键。首先,在分析现有研究成果的基础上,本文研究了时变客流需求下的列车时刻表和车底运用计划协同优化问题。进一步,研究了大小交路方案下列车时刻表和车底运用计划协同优化问题。本文主要研究内容如下:（1）针对客流时空分布不均衡的城市轨道交通线路,对时变客流需求下的列车时刻表与车底运用计划进行了协同优化,使列车时刻表更加符合客流需求。同时避免因车底数量限制,导致某些车次因没有车底执行而取消。以最小化站台乘客滞留数量和线路运营成本为目标函数,建立了混合整数非线性规划模型,分别考虑了发车间隔、列车容量、车底衔接和车底数量等约束条件。为便于模型求解,基于时间标签法和大M法线性化技术,将该模型等价转换为混合整数线性规划模型,使其能够被优化求解器（如Cplex,Gurobi等）求解。（2）基于大小交路开行方案,对列车时刻表和车底运用计划进行了协同优化。在有限的运力资源和固定设施条件下,通过合理配置线路运输能力,增加大客流区段的运输能力,减少小客流区段的运输能力浪费,以满足不同区段的客流需求。同时,通过对三者协同优化,能够避免三者之间不匹配的问题,达到整体优化的目的。以最小化乘客站台等待时间为目标函数,建立混合整数非线性规划模型,分别考虑了交路选择、发车间隔、列车容量、车底衔接、车底数量等约束条件。根据模型结构特点,设计了一种新颖的混合遗传算法。（3）以北京地铁亦庄线和北京地铁6号线为仿真算例,对提出的协同优化模型的有效性进行了验证。基于北京地铁亦庄线的实际运营数据,验证基于时变客流需求的列车时刻表与车底运用计划协同优化模型的有效性。与实际时刻表相比,优化后的列车时刻表能够减少64.72%的站台滞留乘客数量和降低30.77%的乘客等待时间,同时降低了6.67%的线路运营成本。这表明优化后的列车时刻表能够更加符合客流需求,同时降低线路运营成本。基于北京地铁6号线的实际运营数据,验证基于大小交路方案的列车时刻表与车底运用计划协同优化模型的有效性。与实际时刻表相比,优化后的列车时刻表能够减少44.69%的站台滞留乘客数量和降低29.02%的乘客站台等待时间,这表明优化模型能够在有限的运力资源和固定设施条件下,合理配置线路运输能力,满足不同区段的客流需求,令线路运能供给与客流需求间更加匹配。图34幅,表18个,参考文献87篇。