高峰时段客流拥挤给当前大城市轨道交通运营管理带来了重要挑战,其不仅会影响系统的服务水平与运营效率,还可能造成局部客流严重集聚甚至引发安全事故。为缓解车厢和车站的客流拥挤问题,本文分别从城市轨道交通的需求和供给管理角度研究相应的管控策略,建立了不确定条件下的城市轨道交通客流控制和接驳公交网络设计优化模型,并以在线优化及鲁棒优化等理论为基础,设计了相关的求解算法。具体而言,本文的主要研究工作包括以下几方面内容。(1)研究了考虑单辆列车情景的城市轨道交通在线客流控制策略理论模型与算法。针对客流起讫点(origin-destination,OD)需求的随机性特点,考虑列车停靠在每一站时获知从该站出发的实际需求信息,本文以期望的上车人数最多为目标,建立了考虑OD对服务水平约束的随机动态规划模型。通过给定每个OD对的服务水平目标将该模型转换成多目标随机动态规划问题,从理论上证明了列车容量固定情况下任意给定OD对服务水平目标可行的充要条件。并设计了基于近似动态规划的在线客流控制策略,可以根据每个站的随机需求信息实现情况动态决定列车在每个站的客流控制决策。北京地铁的实际数据验证表明,该策略能在效率性和公平性两方面都优于先到先上车策略。(2)研究了考虑多辆列车情景的城市轨道交通在线协同客流控制问题。考虑多辆车情景下每辆车的客流需求同时包括新到达乘客和前车滞留乘客,本文以高峰时段所有车辆的期望上车人数最多为目标,考虑每个OD对在高峰时段的服务水平约束,建立了考虑多辆列车情景的带约束随机动态规划模型。基于单辆列车情景下的算法框架,设计了多辆列车情景下的在线客流控制策略,可以根据每辆列车到达每个站获知的需求信息动态决定每辆列车在每个站的客流控制决策。北京地铁实际案例研究表明,该策略能够在保证不同OD对服务水平公平性前提下,提高城市轨道交通的运营效率。(3)研究了城市轨道交通常规运营条件下的接驳公交网络优化设计问题。考虑接驳公交运行时间和客流需求不确定性,建立了接驳公交网络设计的两阶段优化模型。其中,第一阶段用列生成方法确定备选的接驳公交线路及乘客路径集合;第二阶段以系统总成本的期望值最小为目标,考虑满足车队规模和OD需求的期望值约束,建立了优化公交运行频率和客流分配的线性随机规划模型,并设计了基于在线凸优化理论的原始-对偶算法。利用北京轨道交通系统实际数据验证了该算法的计算效率和近似最优性。(4)研究了城市轨道交通故障条件下考虑滞留乘客疏散的接驳公交网络设计问题。首先以系统总成本最小为目标,建立了确定性的接驳公交网络设计模型。其次考虑公交运行时间在不确定性范围内的波动性,将确定性模型变换成鲁棒优化模型,以保证得到的接驳公交线路在公交运行时间波动时保持可行,并优化最差情况下的目标函数值,提出了改进的列生成算法对模型进行求解。基于北京轨道交通实际数据验证了提出的模型能较为高效地疏散滞留乘客,降低轨道交通突发事件的影响。