随着我国城市轨道交通的快速发展及建设步伐的不断加快,列车运行能耗及其所带来的运营支出迅速增加,列车节能运行研究也受到越来越多的关注。基础设施和车辆设备的技术改善需要长时间和高投资,限制了列车节能运行,而改善列车操纵方法和构建合理的列车行车调度时刻表以提高能源使用效率则无需高投资,因此优化列车操纵方法,提高再生能量利用率,进而制定合理的列车行车调度时刻表,是一条经济高效且直接可行的节能途径。本文综合考虑坡道、弯道及其复合组成的列车复杂运行线路,首先通过研究地铁列车运行特点,建立复杂路况条件下的列车动力学模型,进而采用拉格朗日乘数法构建限定时间、速度、加速度等约束条件下的列车能耗模型,提出了一种将列车运行各阶段参数进行离散化分解并编码,继而针对不同控制序列建立离散化矩阵模型,以寻找单车最优节能操纵策略的矩阵离散算法,并用于行车调度时刻表建模的基础。再以单车节能模型为基础,通过研究地铁列车特定运行及制动特点,以单一弯道和坡道构成的列车站间运行复杂线路为切入点,探索复杂线路和不同发车间隔、运行工况条件下单车节能和多车协同利用再生制动能量规律,基于矩阵和微积分的理论思想与方法,构建单车再生能量和多车协同利用再生能量模型,并对列车再生制动能量的建模方法进行仿真验证。最后以单车优化操纵模型与多车协同利用再生制动能量模型为基础,以整条线路列车运行总能耗最低为目标函数,提出了一种将列车控制参数、发车间隔、运行工况等参数进行离散化分解并编码,进而建立复杂工况条件下的单车节能运行与行车调度综合实矩阵控制模型,以构建列车最佳行车调度节能时刻表模型的矩阵离散方法,引入基于粒子群寻优算法的组合计算以提高算法精确度和增强全局寻优能力。以此为基础设计了基于矩阵离散法的地铁列车优化操纵智能指导系统,为列车安全、节能运行提供理论和实践指导。实例计算对比分析表明该方法和系统有效且计算精确。