随着城市经济结构的变化和城市规模的扩张,一部分既有线铁路被包围在城市边缘,造成了对既有线路资源的浪费。而随着城市逐渐转变为多中心结构,卫星城、组团的出现,市郊客流的出行需求进一步增加。为盘活铁路资产,更大程度的方便市郊客流出行,同时节约市郊铁路建设成本和周期,利用既有线发展市郊铁路是一个非常好的方式。基于此,本文从研究利用既有线发展市郊铁路的必要性和可行性开始,分析了国内外部分城市市郊铁路的发展现状和特点,研究了国内外市郊铁路对公交化开行市郊列车的情况,并通过建立相关数学模型或非线性规划模型的方法,对既有线改造为的市郊铁路合理站间距和快慢车组合的运输组织方式进行了研究。在研究市郊铁路合理站间距方面,首先分析了影响市郊铁路站间距的因素,随后从列车运营策略和乘客出行时间两个约束目标入手,建立模型,计算出在不同的列车最高运行速度下站间距的合理取值范围。结果为列车运行速度在100～160km/h时,站间距均分布在1.5～6.7km之间。在市郊列车快慢车组合运行的运输组织方案问题中,论文基于既有线完全改造为市郊铁路、线路只开行市郊列车的前提,通过建立非线性规划模型得到方式,研究了最高速度相同的快慢车组合运输组织方案中快慢车停站方案、快慢车开行数量和列车运行图铺画问题。具体包含以下内容:①对快慢车组合运营的意义及开行列车种类进行了讨论,得出快慢车组合运营可分为最高速度相同的快慢车组合开行、最高速度不同的快慢车组合开行、设置快车专线的快慢车组合开行三类,并确定本文的研究类型为最高速度相同的快慢车组合开行方案;②分析了适合快慢车组合开行方案的客流特点,即客流空间分布不均衡,总体客流量较大;③以全线乘客总乘车时间最小为首要优化目标,建立快慢车停站方案模型,并以节省快车乘客出行时间为约束条件,讨论在单方向某一时段的快慢车开行列数和快车停站方案;④根据快慢车开行列数和快车停站选择结果,以全线列车旅行总时间最短为优化目标,建立非线性规划模型,研究了列车运行图的铺画方案。最后,通过创建案例,将快慢车停站选择模型和列车运行图铺画模型应用其中,得到全线乘客出行时间效益最大化的停站方案,并铺画高峰小时的列车运行图。