随着城市化进程的快速推进及人口的急剧膨胀,城市交通拥堵问题日益严重。城市轨道交通以其大运量、高效率、低能耗、高环保的独特优势,成为各大城市解决城市拥堵问题的首选方案。近年来,在各地政府的大力支持下,我国城市轨道交通建设工作已经取得了明显成果。然而,在城市轨道交通运营方面,各运营单位依然采用最为传统的最大断面法确定列车开行方案,大大抑制了城市轨道交通服务水平的提升。为提升城市轨道交通服务水平,本文在深入分析既有研究成果的基础上,总结了影响列车开行方案编制的各项因素,给出了城市轨道交通列车开行方案编制框架；并分别以城市轨道交通单条运行线路及整个路网为研究对象,以行车条件、运力资源配置水平、城市发展水平等为约束条件,提出了考虑乘客出行效率的城市轨道交通列车开行方案优化方法。主要研究内容及结论如下：(1)结合既有研究成果,从城市发展、乘客出行需求、行车条件和运力资源四个方面出发,系统性的分析了影响城市轨道交通列车开行方案的各项因素；并以此为基础,提出了城市轨道交通列车开行方案编制框架。(2)以单条城市轨道交通线路为研究对象,在分析城市轨道交通客流时变特性的基础上,以始发站列车发车时刻为变量,以站台容量、列车容量、发车间隔、首末班车发车时刻、备用车底数等为约束条件,以乘客与运营企业综合费用最小为优化目标,构建了城市轨道交通列车时刻表优化模型。并根据模型特点,设计了基于仿真的两阶段遗传算法。在仿真过程中,将站台容量及列车容量设定为强约束条件,并假定所有乘客遵循“先到先服务”的原则进站及乘车,其具体出行过程可以描述为：到站--排队进站--到达车站站台--排队候车--上车--下车--出站。算例结果显示,当优化时间间隔δ=5s、10s和30s时,优化模型得到的系统综合费用相较于均衡开行方案分别降低了10.03%、9.60%和8.04%。(3)以高峰期单条城市轨道交通线路为研究对象,给出了高峰期乘客出行费用的计算方法,并在分析列车开行方案对乘客出发时间选择行为影响的基础上,以列车在始发站的发车时间为决策变量,提出了城市轨道交通列车时刻表双层规划模型及求解算法。算例结果表明,该优化模型能够较好的描述乘客出发时间选择行为与列车开行方案之间的关系,并有效的平衡乘客及运营单位之间的利益。(4)以非连通型城市轨道交通网络为研究对象,根据城市轨道交通网络周期性运行的特点,给出了一个循环周期内城市轨道交通网络运营费用及乘客出行费用的计算方法。并在此基础上,以各运营线路发车间隔及始发站发车时刻相位差为决策变量,以乘客及运营企业的综合费用最小为优化目标,以列车发车间隔、列车容量、站台容量、运营补贴等为约束,建立了城市轨道交通网络列车开行方案优化模型。根据模型特点,提出了一种基于模拟仿真的遗传算法对模型进行求解。算例结果显示,与既有优化模型相比,本文提出的模型具有较强的优越性,且各项服务指标(如站台最高容客率、列车最大载客率等)均在安全范围之内。