随着我国大中型城市发展进程的加快和城市人口的增加，城市轨道交通由于运量大、速度快、安全和高效等优点迅速发展，路网规模不断扩展和延伸，呈现网络化的发展趋势。同时，乘客出行活动更加分散和频繁，在路网中的换乘增长迅速，具有动态性和随机性的特点。作为公共交通的骨干，城市轨道交通在公共交通中承担客流量的占比逐年增加，在吸引大量乘客乘坐的同时也面临较大的客运压力。面对日益增长的乘客出行需求和对服务质量关注的不断增加，如何通过列车运行管控方法满足乘客出行需求成为近年研究的热点问题。
　　根据城市轨道交通列车运营特点和乘客出行需求，本文将面向服务质量的列车运行管控划分为三个层次，包括指导列车在正常情况下运行的网络计划时刻表优化、非正常情况下乘客出行方案固定的列车运行调整和考虑客流诱导的列车运行调整。在正常情况下，面对不同线路间列车衔接问题的日益凸显，制定以乘客需求为导向的网络计划时刻表尽快运送乘客，提高乘客的满意度成为关键。在非正常情况下，由于信号设备、车辆及线路等故障造成线路部分区段运营中断时，极易造成该中断线路的列车延误及大量乘客滞留，并通过换乘站迅速向邻近线路扩散，严重影响乘客在网络中的出行及运营可靠性。因此需要及时采取有效的列车运行调整策略，尽快疏散滞留乘客和恢复线路列车运行秩序。结合正常及非正常情况下的服务质量要求，探讨列车载客容量限制下的乘客出行模型建立及运行调整方法的实时求解，提出模型的线性化重构方法以解决以往求解速度慢、规模小等问题。具体而言，本文开展的工作主要有以下几个方面：
　　(1)根据城市轨道交通基础设施、车辆等制约因素，研究列车运行管控问题及不同情况下最关注的服务质量评价指标。结合乘客在网络中的出行特征，建立列车运行管控模型，研究网络计划时刻表优化问题和非正常情况下的列车运行调整问题，以改善城市轨道交通运营服务质量。以满足乘客出行需求为目标，建立闭环控制框架，并提出针对性的求解方法。
　　(2)为指导列车在正常情况下的运行，基于网络乘客出行需求建立网络计划时刻优化模型，综合优化服务质量中的乘客旅行时间和列车运行能耗。在列车载客容量限制的情况下考虑乘客出行路径规划，模拟乘客等待、上车及换乘等过程，分析目标函数中的乘客等待时间、旅行时间与列车运行能耗之间的制约关系。
　　(3)由于线路部分区段运营中断造成列车非正常运行的情况下，研究以乘客出行方案固定为前提的列车运行调整问题，以减少线路中的未上车乘客人数和运营中列车与计划发车间隔的偏差。根据“套跑”和“中途折返+单线双向运行”两种列车运行调整策略分别建立混合整数规划模型并评估适用的乘客分布场景。针对非线性化的乘客出行模型和列车运行调整模型，提出综合时间标号法和大M法的线性化重构方法，以提升算法求解的实时性。在故障持续过程中，为应对运营中断信息的变化及动态实时的乘客出行需求，本文提出了两阶段法的动态闭环调整框架：在第一阶段利用乘客历史出行数据选出最优的列车运行策略；在第二阶段根据预测运营中断持续时间的变化，实时更新列车运行策略，以满足当下的乘客出行需求，提升服务质量。
　　(4)在非正常情况下，考虑列车晚点对乘客在网络中出行行为的影响，提出考虑客流诱导的列车运行调整问题。以乘客旅行时间为目标建立乘客路径选择模型，为乘客提供当前较优的路径以尽快到达目的地车站。建立列车运行调整和乘客出行的双层规划模型，以应对高度非线性的目标函数，并利用迭代算法求解。在乘客路径选择模型中，利用k均值聚类算法划分乘客出行需求，对乘客起点站-运营中断线路换乘站-终点站的数据进行聚类，减少乘客路径选择中的换乘站优化变量个数，提升算法的实时性。