随着城市对外交通需求的迅猛增长和机场枢纽的高速发展,城市轨道交通因其绿色、高效、准时性高等特点成为接驳机场的重要方式。城市轨道交通机场线,根据其功能定位,可分为兼顾接驳和通勤功能的复合型机场线和仅服务接驳客流的专用机场线。本文针对复合型机场线,综合接驳客流和通勤客流需求,研究了结合考虑发车间隔和停站时间的快慢车开行方案优化方法;针对专用机场线,从提升机场线运营效益角度,提出了机场线货运服务增值方案,研究了客货共运条件下列车开行方案优化方法。主要研究内容及结论如下:(1)对比分析了复合型机场线和专用机场线的线路、客流和开行方案特点,提出了复合型机场线采用快慢车模式和专用机场线引入货运服务的运营组织优化思路。探讨了货运服务可行性评估体系,分析可参考的量化评估指标和相应的关键技术,探讨了可行的货物运输形式。(2)针对复合型机场线,以列车停站方案、越行位置、车站停站时间与快慢车发车间隔为决策变量,考虑乘客的快慢车选择行为,构建了以乘客总旅行时间最小为目标的快慢车开行方案优化模型。通过线性化方法,将模型转化为混合整数线性规划模型;并根据模型特性,设计了加速分支定界算法。最后以某城市复合型机场线为案例,验证了模型与算法的有效性。案例结果表明,快慢车模式下乘客总旅行时间比标准站站停模式减少了11.31%。相较于既有研究中仅以列车停站方案为变量和以列车运行时间为目标的优化模型,本文模型考虑了列车停站时间、发车间隔与停站方案的综合设计,更加有效地节省了乘客总旅行时间。所提出的加速分支定界算法能在10h以内得到最优解,求解质量与计算效率均优于线性求解软件。(3)针对专用机场线,在固定客运列车开行方案前提下,探究考虑货运服务的运营效益提升策略。考虑货物的车站仓储、装卸和运输全过程,采用货运专列和客货共载两种货物运输形式,以货运列车编组、停站方案、发车间隔和停站时间为决策变量,以运营企业货运利润最大化为目标,构建机场线货运列车开行方案优化模型。通过引入辅助变量,对模型进行线性化处理。以多伦多UP Express线路为例,验证了模型的有效性。案例结果表明,在1小时的研究时段内,货运利润可达1,210美元。优化后的列车开行方案分别利用1趟货运列车和2趟客运列车运输货物,可满足57.6%的货运需求。与仅考虑单一运输形式下的模型相比,本文模型同时利用客运列车空余空间和线路富余通过能力增开货运列车,能更加高效应对多样化的货运需求,有效提升货运利润。(4)为了更高效地协调客货运服务水平,在不影响客流吸引的前提下,探究客运列车开行方案可调情形下的客货列车开行方案协同优化方法。以客运列车的发车间隔与停站时间和货运列车的编组、停站方案、发车间隔与停站时间为决策变量,构建了以货运利润最大为目标的机场线客货列车开行方案协同优化模型。针对大规模问题,设计了列车迭代法和需求迭代法两种启发式算法。以多伦多UP Express和北京大兴机场线为例,验证了模型和算法有效性。在多伦多UP Express案例中,与固定客运列车方案相比,货运利润由1,210美元增长至2,450美元。优化方案可满足研究时段内100%货运需求。灵敏度分析结果表明,提升货物运价或降低列车运行成本能有效提升货运利润,但利润对运价更为敏感。提升列车货运容量或装卸效率,增大客运列车发车间隔可微调量,均是进一步提升货运利润的有效方式。在北京大兴机场线案例中,当货单需求规模较大时,列车迭代法和需求迭代法能够分别花费约24小时和0.33小时得到货运利润为42,980元和43,840元的方案,效果优于线性优化软件求解72小时后的优化方案。图42幅,表28个,参考文献143篇。