随着我国城市化进程的深入开展,交通出行的便捷化理念成为城市可持续发展的重要内涵。城市轨道交通系统便捷化人们出行的同时,也造成能源的巨大消耗,针对城市轨道交通系统列车运行策略的节能优化问题已经刻不容缓。同时高效的运行策略不仅应该考虑运营公司的成本优化,也应该兼顾乘客出行的服务利益。因此,越来越多的研究着眼于通过建立以单车操纵策略和列车时刻表为主的列车运行策略优化模型,在运营成本和乘客利益之间进行权衡考虑。本文针对城市轨道交通列车运行策略的优化问题,分别建立了单列车区间操纵策略多目标优化模型和以降低全线路列车的牵引总净能耗和总乘客等待时间为目标的多目标时刻表优化模型。设计两个多目标优化模型的求解算法来进行列车运行策略的优化研究。建立单列车区间操纵策略多目标优化模型。基于复杂线路变化特征,将站间区间在空间上非等分离散化为若干区段,以列车实时“运行速度-空间位移-运行时间”的构成状态变量,在三维空间上建立描述列车运动过程的离散状态空间。以区间线路固定限速和列车准时到站、精准停车、安全舒适等为约束条件,以最小化列车区间运行的牵引能耗和运行时间为目标函数建立了单列车区间操纵策略多目标优化模型。基于非支配排序遗传算法（NSGA-II）,设计了操纵策略多目标优化模型的求解策略。寻求列车站间区间运行的牵引能耗与运行时间的Pareto前沿。建立考虑乘客等待时间的多目标时刻表节能优化模型。基于城市轨道交通系统列车再生能量的利用,考虑列车在区间运行存在多次牵引及制动时再生能量的利用情况,构建了全线路列车牵引总净能耗的计算模型。针对传统的乘客等待时间模型中乘客到站率为常数等不足,提出了考虑时变客流的改进型乘客等待时间模型,用以准确反映乘客出行的服务利益。通过优化列车时刻表中各站的停站时间与站间运行时间,分别以运营成本和乘客服务利益为出发点,建立最小化全线路列车牵引总净能耗和总乘客等待时间为目标的多目标时刻表优化模型。基于NSGA-II算法,进行了多目标时刻表优化模型求解算法设计。获取列车牵引总净能耗与总乘客等待时间的Pareto前沿。最后以北京地铁系统亦庄线为例,采用现有文献中相关方法和指标评估了本文模型Pareto最优运行方案的性能,实验结果验证了本文提出多目标优化模型和求解算法的有效性。为列车运行决策者权衡运营成本与乘客利益条件下提供最优运行策略方案。