随着城市化进程的加快,城市轨道交通作为一种安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化交通方式,逐渐成为城市交通系统的骨干。随着城市轨道交通网络规模的扩增,线网结构日益复杂,旅客出行需求急剧增加,发展过程中存在的问题也逐渐显现:高峰期运力紧缺、平峰期运力虚糜、常态化限流下站外排队激增等诸多现象都归结为城市轨道交通系统中的运输供给与运输需求无法匹配,这也是交通领域一直亟待解决的核心问题。本论文以此为切入点,为有效缓解目前城市轨道交通中供需不均衡的现象,分别从供给侧、需求侧以及供需协同三个层面出发,针对列车运行计划和客流控制策略的优化开展研究,力求通过细化运输组织流程、构建模型优化运输组织方案的方法,达到减少运输资源浪费、提升旅客出行效率、运输供给与运输需求相匹配的目的。本论文主要包括以下四方面的研究内容:(1)揭示城市轨道交通供需匹配规律。明确城市轨道交通系统中运输供给与运输需求的基本概念,分析了供给之间的主要矛盾及产生机制,系统地研究了供需关系的匹配规律,并总结供需匹配的调整策略,为后续研究供需匹配优化方法奠定了理论基础。以此为切入点,确立本论文的主要研究对象:列车运行计划和客流控制策略。(2)从供给侧出发,优化列车运行计划以实现供需匹配。以动态客流需求为导向,结合周期运行图和非周期运行图的优点,提出了混合周期运行图的概念。在此基础上进一步考虑了车底数量限制、列车能力限制等因素,以旅客的等待时间和列车的运行时间为目标,构建了考虑车底运用计划的客流驱动混合运行图优化模型,并建立三阶段启发式算法以求解模型,提出了基于五种评价指标的客流驱动混合运行图评价体系。通过小型算例验证了模型和算法的正确性和求解效率,并以上海市金山线数据进行了实证分析以验证方法的有效性。结果发现列车运行计划的优化可显著提高旅客的出行效率,进而提高供给能力与客流需求的匹配程度。(3)从需求侧出发,优化客流控制策略以实现供需匹配。以高峰时段过饱和客流条件下的客流控制策略为研究对象,考虑旅客的出行效率、各站进站客流公平性、各时段进站客流均衡性等因素,结合客流控制策略对旅客时空分布的影响,提出了考虑公平性与均衡性的协调客流控制优化模型,建立了基于仿真的改进模拟退火算法求解模型,并以北京市八通线数据进行了实证分析以验证方法的有效性。结果发现客流控制策略的优化可显著提升旅客出行效率、提高供给能力的利用率,进而提高客流需求与供给能力的匹配程度,以缓解供需不匹配现象。(4)从供需两侧出发,协同优化列车运行计划和客流控制策略以实现供需匹配。提出了城市轨道交通预约出行的概念,阐述了乘车预约机制与需求响应机制的基本原理,并通过乘车预约系统实现。作为该系统的核心,构建了运行计划与需求控制协同优化模型,该模型考虑旅客出行成本、列车运行成本、旅客异质性、旅客的公平性、列车能力、列车编组类型等多方面因素。建立了基于优先级客流分配的自适应大规模邻域搜索算法以求解该模型。应用北京市八通线进行了实证分析以验证方法的有效性。结果发现该方法通过列车运行计划与客流控制策略的协同优化,不但可以提升旅客的出行效率还能降低列车的运行成本,而且可以实现运输供给与运输需求的高度匹配。本论文针对供需不匹配这一城市轨道交通运输组织核心问题,立体式多角度从多个层面开展研究,为运营企业编制列车时刻表、编制车底运用计划、制定客流控制方案提供了一定的理论依据,完善了城市轨道交通系统运输组织理论体系。乘车预约机制与需求响应机制的提出打破了供需双方的信息壁垒、实现了供需信息的高效交互,很大程度缓解了供需不匹配问题,为城市轨道交通未来的发展提供了新思路,为发展交通强国奠定了理论基础。本论文图74幅,表35个,参考文献124篇。