为了适应我国城市规模扩张的需要，城市轨道交通线路长度日益增加。可是，随着线路的不断延伸，线路客流分布不均的现象日益突出。现有的单一交路、站站停的列车开行方案虽然运营组织较为简单，但对于距离长、客流分布不均的线路来说，单一列车开行方案不仅造成一定的运力浪费，而且也延长了乘客的在途时间。因此有必要根据客流分布情况对列车的开行方案进行优化。本文提出基于客流时空分布的大小交路与快慢车组合的列车优化方案，希望能为未来的城市轨道交通运营探索一条有效路径。
　　首先，从时间和空间两个方面分析了城市轨道交通线路的客流分布特征，判断不同客流特征所对应的列车开行方案；然后分别从客流、线路和行车条件三个方面分析了大小交路的适用性；从线路和客流两个方面分析了快慢车方案的适用性，同时分析了影响列车停站方案的主要因素。
　　其次，考虑线路的客流时空分布特征，从乘客和企业两个角度出发，以乘客总出行时间和企业运营成本综合最小为优化目标，构建大小交路优化模型；在大小交路求解的基础上，以乘客节省的总出行时间和企业节省的运营成本综合最优为优化目标，构建基于大交路的快慢车方案优化模型；并分别设计了遗传算法和蒙特卡罗随机模拟法对模型进行求解。
　　最后，以重庆轨道交通6号线为例，验证了模型的可行性，并得到以下主要结论：当线路客流分布不均衡，且长距离出行乘客占总出行乘客的比重较大时，实施大小交路与快慢车组合的列车开行方案，可以在降低企业运营成本的同时减少乘客的总出行时间。
　　本文基于城市轨道交通客流分布特征，构建了大小交路与快慢车组合的列车开行方案模型，并设计了遗传算法和蒙特卡罗仿真模拟法求解模型。通过算例表明，该列车开行方案满足了高峰时段内线路客流分布不均和长距离出行乘客的快速直达需求，为优化城市轨道交通运行方案提供了理论支撑。