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列车运行控制系统（CTCS）是为了保证列车行车安全，并以分级形式满足不同线路运输需求列车运行系统，是轨道交通系统的大脑和中枢系统，也是列车运行安全的保障系统。列车在运行图给定时间内运行时，存在多种控制策略，司乘人员可以根据列车当前运行速度、时间、距停车站距离，选择任意的操纵方式对列车进行控制，前提条件是保证列车安全不超速、正点、准确停靠在站台相应位置情况下，减少能耗. 控制策略的优劣使得列车能耗出现巨大的差异。由此可见，列车运行过程需要一种高效的操纵方法（即控制策略）。因此，有必要对列车运行过程进行优化，从而得到一组最佳的控制策略，以此对列车进行操纵，在保证列车运行安全、正点、舒适、停靠准确的同时，使得能耗最小，以提高铁路运输的效益。
通过分析列车运行控制系统的原理及列车运行过程优化问题，建立列车运行控制系统的模型和算法，可以获得控制列车的最优策略，形成一组指导机车乘务员操纵列车的方法，也可以在无人驾驶状态下通过ATO设备输出控制命令，直接操纵列车，根据列车当前运行状况（晚点、正点或早点运行），选择一组恰当的控制策略，使其满足安全、正点、停靠准确和节能的要求，同时具有极大的现实经济意义。努力减少能源消耗不仅是国民经济发展的需要，同时也是新的历史时期铁路自身发展壮大需要。
1.2 国内外研究现状与水平
1.2.1 国外研究现状和水平
1.2.2 国内研究现状和水平
1.3 发展趋势
2 列车运行过程
2.1 列车运行过程模型
图2.1所示为列车运行示意图，列车运行过程是根据列车运行图指定的运行时间从一站驶往另一站，期间必须遵守各种限速要求，包括：机车车辆限速、线路速度、道岔速度、信号限速、调度命令发布的临时限速等，最后将列车停靠在预定的位置，图2.2所示为运行过程速度—距离曲线。
图2.1 列车运行示意图
图2.2 列车运行过程速度—距离曲线
列车运行图是用来表示列车在铁路区间运行及在车站到发或通过时刻的技术文件，它规定各次列车占用区间的程序，列车在每个车站的到达和出发（或通过）时刻，列车在区间的运行时间，列车在车站的停站时间以及机车交路、列车重量和长度等。列车在运行图给定的时间内存在多种操纵策略，乘务员可以根据当前运行速度、时间、距停车位置距离，选择任意的操纵方式对列车进行控制，对列车运行过程控制可以从时间、能耗、停车位置各个方面进行研究。
列车的运行特性在牵引状态下和制动状态下是完全不同的，即使是在制动工况下，由于制动方式的区别，其特性也完全不同。根据列车在不同工况下的特性区别，列车运行过程被划分为4个特性不同的子过程，各子过程对应的控制区域为：
(1)加速区：指列车由静止到达到目标速度的加速过程；
(2)恒速区：指列车保持恒速运行的过程；
(3)动力制动区：指列车用于调速而进行的制动过程；
(4)空气制动区：指列车用于以停车为目的或动力制动失效时的制动过程。
列车运行过程是复杂的多目标优化问题,列车安全、能耗、运行时间、停靠准确性和舒适性之间存在一定的矛盾性和不可公度性,增加了问题求解的难度,多目标优化理论的发展为类似问题的求解增添了活力,尤其是多目标进化算法和多目标微粒群算法越来越受到大家的广泛关注。以改进的多目标微粒群优化方法解决列车最优控制问题,研究了保持解的多样性方法,提出了相应的策略,给出了多目标微粒群算法优化列车运行过程的算法,大量的仿真研究验证了策略和算法的有效性、可行性。
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