基于通信的列车控制系统(Communication Based Train Control, CBTC)是城市轨道交通移动闭塞系统的关键组成部分之一。本文针对CBTC系统性能分析和优化策略展开研究,并开发出一套针对于城市轨道交通的列车运行仿真系统,对于辅助城市轨道交通列车运行控制系统设计,提高列车运行效率和保障列车运行安全具有理论研究意义和实际应用价值。本文的主要研究成果包括：列车速度控制数学模型是列车运行仿真的基础,本文通过对IEEE1474.1推荐安全制动模型的研究,分析了基于动力学模型和基于能量平衡模型的两种列车超速防护算法,并进行了比较,根据两种算法的关系在仿真系统中进行综合运用,以提高列车超速防护算法的效率。以列车超速防护算法为基础,在仿真系统的列车速度控制模型中分别建立紧急制动触发曲线算法、全常用制动触发曲线算法、命令速度算法和列车实际速度控制算法。该算法经过仿真测试可以应用到实际的列车超速防护系统中。论文针对城市轨道交通系统中在某些情形下,列车在车站区域的追踪间隔过大而导致系统整体性能降低的问题,对已有的CBTC系统列车追踪间隔算法进行了分析,提出了一种基于站台限速值和限速区域参数调整的正线列车追踪间隔的优化方法。该方法通过建立系统模型和仿真得到站台限速设置、列车追踪间隔和列车旅行速度的关系,从而获得优化的设置方案。通过仿真测试,表明该方法能够优化系统关键区域的列车追踪间隔,提高系统性能。CBTC列车和非CBTC列车混合运行模式下的列车追踪间隔计算是实际工程系统设计中一个比较困难的问题。为解决不同控制模式的转换区域或在同一区域列车处于不同控制模式下的追踪间隔计算问题,本文提出了一种基于线路特定位置与其闭塞区域的追踪间隔计算方法,位置-闭塞区域方法(PBAM, Position-BlockArea Method)。应用该方法在仿真系统中可计算出线路上任意一点的追踪间隔,并可得到线路上连续的追踪间隔曲线。车辆段到正线间的转换区域是典型的混合驾驶模式的线路区段,实际工程应用中,在系统设计阶段往往比较难以准确地求得该区段的列车追踪间隔,若应用论文中提出PBAM方法,通过列车运行仿真,可以计算出列车在该区段的各个位置的追踪间隔,从而可以验证系统设计是否满足要求。准确的能耗计算是其他能耗优化算法实现的基础。本文从CBTC列车控制系统速度调整算法的角度对列车运行的能耗计算进行了研究,由于列车控制系统最终实现列车运行控制,并决定了列车能耗的大小,因此该计算方式能具有较高的准确性和可控性。在能耗分析中,单独分析了列车在制动过程中的再生制动能量,为下一步多专业协调研究提高系统对再生制动能量的吸收率打下基础。在满足系统列车调整需要的情况下实现节能和环保,是目前研究的一项重要课题,本文提出了一种基于遗传算法的列车运行能耗优化算法。该算法以降低列车牵引能耗为目标,对列车在区间的运行速度进行组合优化,得到列车对应于不同运行等级的能耗优化速度曲线的满意解。通过仿真测试,该方法除了在需要以最高能力运营的高峰时间之外,其他运行等级对应的能耗优化速度曲线均有很好的节能效果。能耗优化之后的列车速度曲线,能充分利用节能坡的土建特点进行能耗优化,同时也可尽量避免因区间限速导致的过大的制动和牵引。论文最后给出了CBTC仿真系统的设计与实现,从系统设计的层面提出了智能列车调度系统(ITDS)的实现模型,在保持现有列车自动监控系统结构稳定性的同时加强系统对先进算法的应用能力,并提供一个开放的算法测试平台,为后续的进一步研究提供条件。