城市轨道交通因其运量大、安全高效、快速准时等优点在全世界范围内得到快速发展。同等运力条件下,城市轨道交通人公里能耗约相当于公共汽车的三分之一、小汽车的九分之一,因此是各种交通方式中最节能、最绿色的。尽管如此,随着其运营里程快速增长、规模不断扩大,城市轨道交通的能耗总量很大且在快速攀升。能耗多带来了高运行成本和高碳排放,给运营部门带来一定的压力,因此研究如何降低城市轨道交通能耗的问题,不仅是运营单位关注,也对国家的节能减排有重要意义。本文主要研究如何优化城市轨道交通列车运行图,来降低城市轨道交通列车的牵引能耗从而降低系统的总能耗。从降低列车牵引损耗和提高再生制动能量回收利用量两个角度,探讨了优化列车运行图的模型和算法。详细来说,我们开展了以下研究工作：1.介绍城市轨道交通系统能耗的构成,并分析了与列车运行密切相关的列车牵引能耗和再生制动能量,从介绍城市轨道交通牵引供电系统的组成开始,到详细描述列车运行过程中牵引能量的消耗过程,再到介绍城市轨道交通列车再生制动的原理,最后总结了当前城市轨道交通系统中再生能量的处置方式。得到优化运行图是降低列车牵引能耗和提高再生能量利用量的有效方式。2.提出以最大化同一供电区间内相邻列车牵引、制动工况的重叠时间为目标的列车运行图节能优化方法。从而提高再生能量的直接利用量来降低列车的牵引能耗。构建整数规划模型,并设计遗传算法求解。基于北京地铁亦庄线运营数据的数值算例结果表明:此节能优化方法可在运营高峰期和非高峰期显著提高相邻列车牵引、制动工况的重叠时间。3.在以上优化方法基础上,进一步提出基于同一供电区间内所有列车协同的列车运行图节能优化方法。从仅考虑相邻列车间再生能量的匹配,扩展到考虑同一供电区间内所有列车之间再生能量的匹配,并在模型中增加约束保证列车的全程运行时间及线路上列车的总数量在优化前后保持不变。数值算例结果表明:相比于上一点中的优化方法,新的节能优化方法可进一步提高再生能量直接利用量,即减少列车牵引能耗。4.从直接降低列车牵引能耗的角度,提出考虑列车在不同运营时段、不同站.间载客量变化带来质量变化的列车运行图节能优化方法。构建两阶段随机规划模型,并设计列车最优控制算法结合基于仿真的遗传算法寻找最优解。基于北京地铁亦庄线实际线路数据和运营数据做了数值算例分析,结果表明:优化后所得到的列车运行图和速度曲线相比于现行的运行图和速度曲线在高峰期、非高峰期及夜间均有显著的节能效果。