随着城市轨道交通网络化进程加快,线网中线路和车站数量逐步增多,乘客在线网内的换乘行为十分普遍,而由于线网内线路和车站间的制约十分复杂,运营管理者难以根据经验统一协调线、网间关系,亟需科学、智能的辅助决策支持,来保证网络整体功能的发挥。本文从乘客换乘的角度出发,通过数学模型刻画换乘衔接机理和关系,从网络换乘效率、网络可达性和网络换乘鲁棒性等三方面展开研究,优化网络运营计划。具体研究内容包括:(1)网络换乘效率优化。基于等发车间隔的实际运营背景,分析了换乘衔接关系的衔接周期和到发时间差的周期特性,构建了时刻表协同优化模型,缩减了优化模型的变量规模;为提高协同性能,引入列车发车相位和柔性偏移量,提出了柔性发车间隔,构建了协同优化模型。通过构造四类柔性协同有效不等式,设计了优化模型的分支切割算法和遗传算法,开展算例分析和案例研究,结果表明:有效不等式能有效提高最优解的搜索效率,分支切割算法不能满足实际大规模网络的求解需求,而遗传算法能高效生成高质量的优化解;另外,引入一定的柔性,能有效提高换乘效率。(2)网络可达性优化。分析首班车时段和末班车时段的衔接差异,分析了从首末班车时段开展网络运营计划协调优化的优势和必要性。设计三类衔接索引,建立其与列车衔接时间的数学关系,来刻画首末班车时段的换乘衔接关系。以网络总乘客换乘衔接时间最小化为目标同时优化网络可达性和换乘效率,构建首末班车时段网络运营计划协调优化模型并采用分支定界算法求解。最后,以北京市轨道交通网络为案例对象展开案例研究,结果表明:该方法可生成换乘可达性好和效率高的网络运营协调计划。(3)网络换乘鲁棒性优化。分析了几类冗余的设置和功能及其相互替代作用。然后,分析区间运行冗余和换乘冗余的双重冗余机理及其对乘客出行的影响,计算期望额外旅行时间成本,构建网络换乘鲁棒性优化模型,实现效率和鲁棒的权衡。并提出改进的分段近似线性方法对成本函数近似线性化便于模型求解。最后,设计网络算例展开算例分析,结果表明:提出的方法能生成既鲁棒又高效率的网络运营计划。