作为高速铁路运输组织工作的重要环节,列车时刻表规定了列车在每一车站的出发、到达或通过时刻,同时提供了旅客安排出行活动的依据,其设计受多种因素制约、多个目标导向,是交通运输领域公认的难题,长期以来被学术界高度关注。传统上,列车时刻表是在分层决策框架下设计,独立于停站方案、运行区段等强关联因素的确定。这种分层决策能够有效简化问题,但所得方案难以统筹企业和乘客要求。本文将立足系统最优,面向异质性乘客需求分布,构建集不同因素于一体的列车时刻表综合优化模型,设计求解问题的高性能列生成算法。主要内容如下:（1）基于站点需求列车时刻表优化。给定小时站点需求,考虑列车越行、停站要求、安全间隔等实际约束,建立了基于列车时空路径的0-1整数规划模型;根据模型特点,提出列生成求解算法,设计改进标号算法求解含资源约束的价格子问题,结合分支定界算法获得期望整数解;实验表明,所提方法能够得到满意列车时刻表。（2）基于小时OD需求列车时刻表优化。在灵活越行和停站条件下,考虑小时OD需求,要求每一时段乘客能够被本时段调度列车完全服务,建立了需求响应的列车时刻表优化模型;利用分支定价切割算法求解模型,分析需求加载约束双车站对偶变量引起的求解困难,提出单车站替代对偶变量的转换方法,重建了易于被标准动态规划求解的价格子问题,并通过算例验证了所提方法的有效性。（3）多余需求条件下列车时刻表优化。在小时OD需求情况下,允许每时段乘客剩余到后续时段上车,引入需求剩余变量,扩展上述基于小时OD需求的数学模型,建立了适用多余需求的列车时刻表优化模型,设计了分支定价切割算法;实验表明,优化所得列车服务方案与乘客需求时空分布基本吻合,高峰时段停站列车较多,低峰时段停站列车较少。（4）不固定区段列车时刻表优化。在不固定列车运行区段条件下,考虑小时OD需求,利用异质时空路径表示可变区段列车运行轨迹,使用依附列车时空路径描述乘客加载状态,建立了基于列车与乘客两类路径变量的混合整数规划模型,同步优化列车运行区段、停站方案和到发时刻;提出了基于列生成的两阶段求解框架,设计了启发式方法生成列车和乘客时空路径,通过算例验证了所提方法的有效性。（5）考虑旅客换乘列车时刻表优化。在多线路换乘网络环境下,考虑小时OD需求,通过构建多维时空网络,分层描述不同径路列车运行状态,立体表现各类OD需求分布细节,建立了需求驱动多线路列车时刻表协同优化模型,最小化乘客出行与列车运行总费用;设计了基于列生成的启发式求解方法,通过算例验证了所提方法的正确性。