煤运铁路在我国能源运输布局的作用举足轻重。随着国家能源结构的调整,煤运重载铁路的运输组织目标已由原来的“挖潜扩能”向“提质增效”转变,考虑能耗因素条件下重空列运输组织方案优化研究已成为铁路行业内重点关注的问题。论文通过现场调查和数据挖掘,分析煤运重载铁路线路能耗与大小列车开行比例、线路输送能力等之间的作用关系,对考虑能耗因素的煤运重载铁路运输组织问题进行深入研究:（1）利用列车LKJ（列车运行监控装置）安全防护数据,挖掘提取列车速度、距离、时间和运行状态,与平纵断面数据形成时间序列数据结构,为列车运行工况探测提供数据基础。根据列车LKJ数据中的列车风压、发动机转速等参数,分析列车运行状态,探测列车运行工况,并利用卡尔曼滤波技术对工况分段中的噪声数据进行深入分析。运用功能原理设计不同牵引工况下的能耗计算方法,通过数据拟合技术,获得基于高斯分布的煤运重载铁路能耗标准高维表。通过数据挖掘分析发现,大列在间距较小或坡度较大的区间会产生更多的能耗,压缩大列的发车间隔可能造成能耗的增大。（2）在分析总结煤运重载铁路与普通铁路线路运输组织特征差异的基础上,利用煤运通道以“列”进行车流组织的特性,将其运输组织过程转化为基于时空网络的网络流问题。考虑线路区间通过能力、车站装卸能力、组合拆解能力以及不同列车在组合站作业的接续时间约束下,以列车牵引及调车过程的能耗作为目标函数的重要子项,构建模型算法。设计算例对不同目标导向的重列运输组织方案优化,得出了一系列分析结果。结果揭示了能耗、大小列比和运输时间占用要素间的相互约束与依赖关系,间接地反映了能耗、列车结构和能力利用的关系,验证了铁路运营实践中的经验认识,进一步推动经验认识向理论成果转化,并为后续的空重列协同优化奠定了基础。（3）以重列方案为输入,对考虑能耗因素的空列运输组织问题进行研究,与重列运输组织优化问题研究成果共同形成重空列方案分阶段编制理论。进一步考虑重列方案给定下空列方案接续的局限性,在获取每支OD流的服务列车链的基础上,增设列车在出发站或到达站进行时间调整的相关约束（如服务同一支OD流列车的时间调整量应保持一致）,构建重列列车发/到时间可调整下的空列优化模型。设计算例对不同能耗结构和不同参变量下的空列运输组织方案优化,对重列时间调整后的空列方案指标变化进行分析,揭示了能耗参数、列车开行结构、车底数量之间的作用规律。（4）考虑空列与重列的相伴相生关系,对能耗因素影响下能力富余条件（固定需求）下的重空列协同运输组织、能力紧张条件（弹性需求）下的重空列协同运输组织等两个运输组织问题进行研究。针对问题的具体特征,考虑重空列车的时空接续关系、空列供给方案对距离、时间以及能耗费用的影响程度等因素,以网络流理论为基础分别建立运输组织优化模型。设计基于自适应的遗传算法并进行求解和算例分析。设计算例对固定需求条件下不同能耗参数对重空列运输组织协同优化结果进行分析,揭示了能耗参数结构对列车开行结构和铁路机车车辆资源的影响程度。构建算例对弹性需求下重空列运输组织协同优化结果进行分析,揭示了能耗参数对列车开行结构、车底数量以及输送能力的作用规律。（5）以包神线、新准线、神朔线、大准线及准池线为案例路网,在梳理各线路不同类型车站的装卸能力、组合分解站能力以及区段通过能力基础上,将现有的货运需求数据作为已知的需求量,分别基于能力富余条件（固定需求）下和能力紧张条件（弹性需求）下的重空列协同运输组织优化模型,利用自适应遗传算法求解。将获得的优化方案与实际方案从消耗的能耗量、运输费用和重空列“列接续时间”成本等指标进行对比分析,进一步验证所构建模型的可行性和所设计算法的有效性。