高速动车组运用计划是高速铁路运营组织管理体系的主要架构之一，其编制结果的好坏会影响高速铁路的运营管理状况和相关经济收益。近些年来，随着高速铁路网的不断建设扩充，随之而来的是动车组运用计划的编制也日益复杂、多样化，再加上购置动车组的成本费用也非常之昂贵。所以，使动车组的使用数量合理化的降低，同时提高其使用均衡度，则具有极其重要的现实意义。本文在研读关于动车组运用计划的既有研究和成果的基础上，首先对本论文进行了理论基础的分析。在介绍动车组的含义和基本运用过程等相关概念的同时引出四种动车组运用方式的介绍，在对其进行分析后比选出符合我国高速铁路实际运营状况的动车组运用方式。然后对其检修模式进行论述。接着引入动车组运用计划的含义和分类等相关概念，并在此基础上总结出影响运用计划的每一方面因素和编制原则。在列车运行图结构确定的前提下，考虑动车组的开行方案和检修条件等因素，综合编制其运用计划方案（包括交路计划和检修计划），并按照上述编制生成的运用计划系统仿真模拟出动车组的运用过程。本文在吸收相关的研究成果后，对动车组运用计划编制的数学模型进行优化探讨，对影响动车组运用的各个因素进行形式化表达，以接续时间、决策变量、检修问题和唯一性约束等作为约束条件，并以动车组使用数量最小化和动车组利用率均方差最小建立最优控制数学模型。此外，本文在总结目前已有的对上述模型求解方法的基础上，借鉴经典旅行商问题（TSP）的建模方式，将高速动车组运用计划问题转化为运用网络上特殊TSP问题进行求解。所以，在掌握求解TSP问题的各种智能算法的适用性和优缺性以后，全面参考我国高速铁路动车组运用计划的特殊性，比选出基于三交换邻域结构的模拟退火算法的优化算法对上述最优控制模型进行求解。最后，根据以上研究结果，本文初步开发了动车组运用计划编制的系统平台，论文给出系统的构成框架和功能模块，可以实现自动编制动车组综合运用计划的功能。并以兰新铁路第二双线为算例背景进行验证分析，进而证明本文所建模型和相应算法的实用性和可行性。