高速铁路对我国经济水平提升和区域协同发展起到了重要的推动作用。随着高速铁路网进一步完善,列车在实际运行中面临的运行环境更加复杂,对运行中安全、准点和节能等方面上提出了更高要求。目前国内外关于运行优化的理论研究不断深入,但由于现场条件限制,在真实场景下对运行方案进行试验并成功应用的案例相对较少。本文从列车运行实际问题出发,针对运行优化算法求解的运行方案无法直接应用于真车进行测试验证的需求,利用虚拟现实技术,设计了验证优化算法的虚拟仿真软件。软件能模拟不同场景下的列车运行过程,完成对所提优化算法的测试与验证工作。主要研究内容如下:(1)论文研究了高速列车运行优化相关基础理论,建立了列车动力学模型,分析了列车运行过程中工况转换规则和驾驶策略优化方法;论文介绍了虚拟现实技术,对常用开发工具进行了归纳总结;提出了虚拟仿真软件设计方案,为后续虚拟仿真研究与软件开发奠定了理论基础。(2)论文研究了新兴的群体智能算法——布谷鸟搜索算法,分析了其基本原理和实现流程,并结合差分进化算法的优点,提出了改进布谷鸟搜索算法;为验证算法的可行性,选取典型的测试函数进行了寻优验证,证明了改进布谷鸟搜索算法在求解目标函数上的优势;还将算法应用于列车运行优化问题,给出了求解列车最优运行方案的一般步骤。(3)针对虚拟现实下的列车运行仿真问题,论文从虚拟环境建立和列车虚拟运行两方面展开了方法研究。在虚拟环境建立中,分析了创建模型的一般步骤和纹理映射方法,研究了便于简化大范围场景、提高实时处理效率的LOD技术;在列车虚拟运行中,研究了虚拟摄像跟踪方法和碰撞检测原理,提出了在虚拟测试环境下列车的状态推演方法及事件序列推进机制。(4)针对运行优化算法的测试验证问题,开发了高速列车运行优化虚拟仿真软件,并在软件性能测试中证明了渲染优化方法可以有效提高整个仿真环境的计算效率;在仿真环境下对运行优化理论进行了测试,验证了改进布谷鸟搜索算法在无附加干扰、临时限速、随机干扰三种场景下均可以保障列车的安全准点运行。本文利用虚拟现实技术,开发了可以模拟多种运行场景的虚拟仿真软件,为运行优化理论研究提供了一个可视化的测试验证环境,并利用武广线区间线路数据,完成了列车运行过程仿真和优化算法验证工作。结果表明,被测试的算法可以完成列车运行方案的实时计算,保障列车在不同场景下均实现安全准点运行。这样降低了未来运行优化理论研究在现场实际测试的成本,为今后该领域理论的测试验证工作提供了新的思路。本文包括图60幅,表30个,参考文献63篇。