城市地面公交系统具有绿色、高效、节能等优点，对改善大城市道路交通状况具有重要作用。行车计划是公交运营规划过程的核心要素，对公交日常运营起着指导性作用，不仅决定了公交企业的资源配置效率，同时也是实时调度的基础。传统公交车的行车计划编制方法一般以线路时刻表和车次集合为基础，考虑车次衔接等约束条件，构建车次链集合。然而当采用电动公交车时，需要考虑电动公交车有限的续驶里程和充电资源等约束，加之由于技术、成本等原因导致的购置、维护成本高等因素，使得在编制行车计划时需要额外考虑车辆特点带来的约束。同时，公交行车计划编制问题是一个复杂的组合优化问题，在现有的规划模型和方法中直接添加新的约束可能导致问题求解不可行，使得电动公交车行车计划优化问题难度大，这在一定程度上也阻碍了电动公交车的大规模推广应用。因此如何精确、高效地对电动公交线路进行行车计划编制，成为摆在公交管理者和研究人员面前亟待解决的重要课题。
　　本文通过分析电动公交车的运营过程和行车特点，对电动公交行车计划问题进行优化建模和算法设计研究，旨在帮助公交公司合理安排车辆计划，为以电动公交车为载运工具的公交运营系统提供理论支持，同时也可以为其它应用电动车的行业，在进行资源配置和运营优化管理时提供思路与方法。本论文的主要工作和创新点如下：
　　(1)根据电动公交车不同的充电方式及对公交运营过程的影响程度，将电动公交车的运营模式划分为两类：“慢充”运营模式和“快充/换电”运营模式，并根据实际运营数据，对电动公交车运营特性进行分析;根据公交车运营特点，将电动公交行车计划转化为由场站、车次、充电站、车次运营顺序、充电机会选择等元素组成的拓扑网络表示，并将行车计划优化问题拓扑转化为网络流优化问题。
　　(2)将基于慢速充电方式的电动公交运营转化为有里程约束的行车计划问题，并构建两类优化模型。一类是基于网络流的紧凑模型，以车队固定成本、运营成本、空驶/等待成本最小为目标函数，以车辆行驶里程限制、车次耦合条件等为约束，以车次运营先后关系为变量的混合整数规划模型;另一类是基于集合分割理论，以行车计划总成本最小为目标函数，以单个车辆计划为变量，并将其它复杂约束条件隐含的定义在车辆计划集合中，建立0-1整数规划模型。根据模型特点，分析了两类模型的求解复杂度，并基于分支定价技术，设计了求解问题集分割模型的优化算法。通过对算例和实际案例进行求解，验证所构建模型和算法的效率。
　　(3)构建了基于快充/换电方式的电动公交运营优化模型，并设计了两种算法对模型进行求解，一种是基于变邻域搜索和禁忌搜索的混合启发示方法，用以近似求解大规模的行车计划问题;另一种是以分支定价为基础的数学规划方法，用以精确求解中小规模的行车计划问题。对示例问题的求解验证了启发示算法和精确算法的可行性、适用性与效率。
　　(4)在推广绿色交通背景下，分析了电动公交购置成本对公交车队运营管理的影响，在考虑排放因素的条件下，将常规公交车与电动公交车混合运营，建立混合车队行车计划优化模型。以行车计划总成本最小为目标函数，综合考虑电动车的里程约束、充电选择约束、常规公交车的排放约束、车次耦合约束等，从不同的排放约束角度建立4种优化模型，分别为：考虑排放成本的混合车队公交行车计划模型、考虑车辆数量约束的混合车队公交行车计划模型、考虑CO2排放硬约束的混合车队公交行车计划模型、考虑CO2排放软约束的混合车队公交行车计划模型。同时分析了问题的求解难度和复杂度，并设计精确算法对示例问题进行求解。