为满足居民在市域及都市圈便捷出行并发展多层次的轨道交通,近年来各大城市开始规划建设市域快速轨道交通系统（简称市域快轨）。既有城市轨道交通普遍采用的站站停运营组织模式,旅行速度低、出行耗时长、服务同质化,不能满足居民差异化的出行需求,所以根据长短途客流特征开行快慢车逐步成为市域快轨运营组织的发展趋势。快慢车运营模式下线路通过能力、越行站位置选择及布局、运行方案编制等均呈现新的特点,不能沿用既有城轨系统站站停的方法。同时,市域快轨仅在个别车站设置越行条件,与高普速铁路在物理条件上具有明显的不同。如何根据实际情况,确定快慢车混合运行下的线路通过能力、越行站位置（不同于快车停靠站）、并编制列车运行方案等问题已成为当前市域快轨运输组织设计亟待解决的难点,有着迫切的现实需求。同时,既有相关研究在考虑因素全面性、假设前提适用性、理论方法系统性等方面存在诸多不足,还没有形成支撑国内市域快轨快慢车混合运营设计的理论及方法体系。为此,本文在既有研究成果的基础上,综合考虑客流特征、快慢车开行列数、停站时间、追踪间隔时间、快车停靠站及越行站的位置、配线方案等因素,建立了市域快轨快慢车运营模式下的运营组织理论框架,形成了快慢车运营模式下通过能力计算、越行站设置、运行方案编制等理论和方法。主要研究工作包括:（1）研究了快慢车运营模式下运营组织设计理论框架。分析了市域快轨的客流及线路特征,阐述了适应不同客流特征的运输组织模式,总结了开行快慢车的理论依据;提出了市域快轨速度效率的概念,构建了快慢车速度效率计算方法,给出了旅行速度、速度效率、站间距的相互关系;分析了线路通过能力的影响因素,并研究了各影响因素的计算方法;研究了快车停靠站以及越行站选择的影响因素及确定原则和方法。从客流需求与行车能力供给协调匹配视角建立了市域快轨快慢车运输组织理论框架。（2）研究了快慢车运营模式下线路通过能力的计算方法。分追踪（不设越行站）、越行（设越行站）2种运营组织模式,综合考虑了快慢车数量比、越行站位置、快车停站方案等各影响因素,提出了一种可适应一定线路条件和开行方式的市域快轨快慢车开行模式下线路通过能力的计算方法。算例分析表明:快慢车交替开行情况下,开行列数比相等时的线路通过能力最小,越行模式和追踪模式下的线路通过能力分别为14列/h和15列/h;越行模式下,线路最大通过能力为28列/h,且随着快车开行数量的增加,通过能力逐渐降低;追踪模式下,以慢车为主和以快车为主的2种开行方案的线路最大通过能力分别为27列/h和26列/h,且以慢车为主的开行方案通过能力计算结果大于以快车为主的开行方案。（3）研究了快慢车运营模式下越行站设置方法。根据运行图结构推理,综合考虑客流条件、快慢车开行数量、发车间隔时间、快车停站次数、快慢车的停站时间、快慢车速度差、各类间隔时间的影响,研究了列车越行发生的条件、越行站位置的确定方法和模型。构建了给定通过能力、快慢车数量比、快慢车间隔的越行站位置的计算方法以及通用公式,建立了越行站的设置规则,设计了基于选择规则的启发式算法实现越行站位置的计算。在此基础上以实际线路进行实证分析,分析了各主要影响因素对越行站设置位置的影响,形成了规律性的结论:第1越行站的设置位置与快慢车开行数量比、区间通过能力无关,第1越行站的位置随着慢车与快车发车间隔增大呈单调递增趋势;随着快车开行数量的增加,越行站之间的间隔逐渐减小,布局越来越紧凑;随着线路通过能力的增大,相邻越行站的间隔越来越小,直至所有车站都设为越行站,此时达到最大通过能力。所提出方法可为线路设计及运营组织中越行站布局及选择提供理论支撑。（4）研究了市域快轨快慢车运营模式下运行方案编制模型。考虑线路基础条件、客流需求、通过能力、快慢车开行列数、越行站设置位置以及速度效率等要素,基于列车流与乘客流的耦合关系,兼顾行车的速度效率与乘客的服务水平,以列车和乘客时空广义成本最小为优化目标,建立了快慢车模式下列车运行方案编制模型。通过时空网络模型刻画了列车越行、乘客在站台间换乘等协同行为。为提高模型求解效率,使用拉格朗日松弛（LR）将大规模问题解耦为独立子问题。独立子问题的求解相较于复杂整体问题具有更高的速度和精度。在分解问题的基础上,通过动态规划（DP）和启发式算法（HA）进行下界与上界迭代优化,提高了模型的实用性。计算结果证明了所提出的模型有效,且在计算效率上优于现有商用软件。（5）以某市域快轨线路R1线为例进行案例分析,综合应用和验证了本文所提理论与方法的有效性,并完整实现了快慢车运输组织的设计流程。总之,本论文的研究结果可为快慢车运输组织的规划设计和运营管理提供理论和方法支撑。本文包括图97幅,表47个,参考文献126篇。