随着我国城镇化水平的不断提高,城市轨道交通运营里程和客流量的大幅度增长,带来了节省交通能耗和提高服务水平两方面的需求。一方面,城市轨道交通存在大量的电能消耗,其中近一半能耗为列车牵引能耗,存在着较大的优化潜力;另一方面,城市轨道交通主要服务于通勤乘客,存在着较大的客流时空不均衡性。这两方面因素给“客流高峰期开行大编组列车,客流平峰期开行小编组列车”的运输组织模式提供了现实背景。论文在总结城市轨道交通列车运行与能耗计算、列车大小编组开行方案的研究基础之上,分析研究列车定时节能运行模型与求解算法,开发轨道交通列车运行计算与能耗分析系统V2.0,设计实验进行列车运行模型比选并得到列车牵引能耗与列车载荷和区间运行时分拟合关系,以此为基础构建基于动态客流的列车大小编组开行方案与能耗优化模型,分析模型特点并设计求解算法,运用某条城市轨道交通线路数据和客流数据进行案例分析。具体研究内容为:(1)研究列车定时节能运行模型与算法。基于列车运行过程中的受力分析,得到列车运动学方程,分析列车运行工况及特点,介绍了由运行工况转换所决定的四种常见的列车运行模型。在分析不同列车运行模型特点的基础上,采用二分法和遗传算法为不同的模型设计了定时节能计算的优化算法。(2)开发轨道交通列车运行计算与能耗分析系统V2.0,进行列车运行模型特性分析与模型比选,并研究列车牵引能耗与列车载荷和区间运行时分的拟合关系。设计列车牵引计算过程基础计算-工况模块-运行模型-优化算法四层的架构。通过实验进行了四种列车运行模型的特性分析,对比四种列车运行模型的表现,确定了“牵引-巡航-惰行-制动”的运行模型为最优的节能列车运行模型。设计实验得到不同区间运行时分和和不同列车载荷下的牵引能耗,分别分析了牵引能耗与列车载荷拟合关系的区间运行时分变化特性、牵引能耗与区间运行时分拟合关系的列车载荷变化特性,通过拟合计算确定了牵引能耗与区间运行时分和列车载荷的拟合关系表达式。(3)构建基于动态客流的列车大小编组开行方案与能耗优化模型并设计求解算法。以乘客在车拥挤度费用最低、等车时间最少、在车延长时间最少和列车牵引能耗最低为目标,以运输能力、发车频率、区间运行时分等条件为约束条件。引进时间费用和能耗费用统一目标函数量纲,采用线性加权方法将模型的多目标优化问题转化为单目标优化问题。将具体时段方向和列车开行数量下的模型等效为以区间运行时分为决策变量的二次规划模型,设计了求解模型的优化算法。(4)进行案例分析。运用某市的城市轨道交通线路数据和客流数据,对比分析大小编组与固定编组、变动区间运行时分和固定区间运行时分、上下行方向列车开行数量不同和一致方案下,列车开行方案的优化率;对乘客价值和牵引能耗单位费用进行了模型的灵敏性分析;以及在不同目标偏好的权重系数方案下,大小编组列车开行方案各项费用对比。通过案例分析,验证了构建基于动态客流的列车大小编组开行方案的优化效果。图89幅,表20个,参考文献65篇。