客流的时空分布是影响城市轨道交通路网高效、安全运营的关键要素之一,是线路运营计划制定的重要依据。面向城市轨道交通路网,从客流时空分布分析车站、线路、路网客流群体行为与客流状态演变机理并提出相应的调控措施,对实现路网线路的高效协同运营、提高路网运输效率、服务质量和保障运营安全具有重要的理论意义。为此本论文在分析构建城市轨道交通网络拓扑模型的基础上,研究建立了面向车站(微观)、线路(中观)和路网(宏观)的不同层级的城市轨道交通客流模态集;基于场论的城轨路网客流空间关联吸引特征及建模方法与相关参数的计算方法;面向不同运营场景(常态运营与列车延误运营)的路网客流模态演化机理与分析模型,并结合实际运营数据进行了计算与模型验证。主要内容如下:(1)形成了基于系统动力学的城市轨道交通车站客流模态计算方法与控制策略利用车站系统的站厅客流、站台客流、中间设施(通道、楼梯等)客流拥挤度等关键变量,分析设施客流之间的非线性作用关系,建立城市轨道交通车站内部设施客流演化数学模型,给出模型的解析解,分析并推导了平衡点的存在性和达到稳定的条件。从系统行为的角度构建城市轨道交通车站客流状态模态集,并给出了模态转移阈值条件。数值仿真发现,当进站量值超过阈值A0,且上下车客流差大于△c0时,车站客流朝向模态Ⅲ级趋势发展,进入高负荷运营状态。(2)提出了基于增益型加权融合算子的城市轨道交通线路客流模态计算方法结合区段客流,车站客流,线路拓扑,列车运行状况以及本线与他线的协调客流,构建了双层客流模态影响因子集,其中每个客流模态影响因子由不同的客流测度来表征,并对每个客流测度给出阈值。提出了基于增益型加权融合算子的线路客流模态计算与分级方法,形成了线路客流模态集;采用逐层聚合的方式求解线路客流模态值,依据各层因子阈值确定了不同模态间的跃迁临界点阈值。(3)提出了基于场论的城市轨道交通路网车站客流空间关联吸引特性建模方法针对城市轨道交通网络化运营路网客流空间关联吸引特性的复杂问题,首次引入客流引力场的概念,研究了路网客流分布与流动的内在特性和运行机理,建立客流引力场特征量(包括场强、势能函数)的计算方法,从客流集散与路网拓扑角度量化城轨车站间客流吸引潜力。提出最优路径介数的计算方法,并基于OD数据与断面客流量数据验证可知κ = 1.531时模型效果最优。基于复化辛普森公式求解势能函数的计算公式;采用随机过程方法利用期望值来量化乘客下车行为对客流源点势能造成的影响。最后以北京地铁10号线为例,对模型进行了验证。(4)建立了常态运营条件下的城市轨道交通路网客流模态及演化模型建立了路网运营条件下的客流交换模型,鉴于上下车客流数据获取比较困难,本文基于客流场强的计算公式来估算客流交换模型中的下车客流比例参数。构建基于元胞自动机的客流动态演化模型,研究路网客流的动态传播与演变规律。以北京市部分城市轨道交通路网为例,通过调整上车客流比例参数ω,验证了不同时刻的路网客流物理模态特征。(5)建立了列车延误运营条件下的城市轨道交通路网客流模态及演化模型为描述路网整体客流负荷状态,综合考虑网络节点和边的拓扑属性与流吞吐量,提出负载的计算公式,提出基于负载熵测度的路网客流模态表征方法。考虑最优路径节点介数,线路实际运输能力函数等参数,提出完好节点分配得到的负载增量△Li的计算方法,建立列车延误运营下的城市轨道交通路网客流模态演化模型,描述路网客流不同模态之间的跃迁。结果表明:列车延误运营条件下,不同时刻(7:30-9:25)由路网客流模态演化模型得到的模态仿真结果与实际客流情况具有一致性。三次典型的模态跃迁分别发生在07:50→07:55,07:55→08:00,08:55→09:00,跃迁发生的时间与故障发生后的响应时间,以及相关部门在不同阶段采取的措施时间具有较高的匹配性。