空车调配作为铁路运输技术计划的重要内容，是实现铁路车辆资源合理配置、促进路网系统均衡运输、提高铁路货车利用率以及指导铁路运输生产的重要手段。近年来，随着国民经济的飞速发展，铁路货运的需求也大幅增加。因此如何通过合理调配空车来提高车辆利用率，乃至提高铁路在运输市场中的竞争力，已经成为铁路运输企业十分关注的问题，同时也是铁路以营销为中心进行改革的重要目标。由于空车调配是一个受主客观诸多复杂因素影响的调度决策问题，所以在理论研究和实际应用方面都还没有得到很好解决，仍然是一个值得进行深化研究的重点课题。本文围绕空车调配的优化方案，借鉴已有的研究成果，考虑不同车种间相互代用和空车流运行径路选择的决策因素，将定性分析与定量计算相结合，采用系统科学的方法，构建了数学规划模型，同时综合运用了运筹学、最优化理论以及计算机技术等多个相关学科的研究方法，实现了车种代用下空车调配及其运行径路的综合优化。论文主要从以下几个方面展开:首先，介绍了空车产生和调整的相关概念，分析了空车调配的原因和特点，指出空车调配的核心问题，并结合空车调配的基本原则和方法，归纳空车调配的基本运作模式和业务流程，给出空车调配宏观调控和微观调配的具体计划，为接下来空车调配优化模型的研究打下理论基础。其次，通过研究传统的单车种空车调配优化模型、多车种空车调配优化模型和基于车种代用的空车调配优化模型，分析这些空车调配模型的特点以及应用于实际运输决策支持的局限性。通过综合考虑空车调配问题的多方面因素，将空车调配相关的不同路径空车流走行费用和不同车种间的代用费用共同纳入目标优化体系，充分考虑我国铁路运输实践中车流走行树形径路的特性，构建了基于车种代用的空车调配及径路优化模型，并在此模型的基础上，针对线路通过能力的约束限制，构建考虑线路能力约束的空车调配优化模型，使得空车调配优化模型更加符合铁路运输实际，也更具运输指导意义。最后，针对本文所研究的模型和算法，结合LINGO软件在求解线性整数规划问题上的优越性，以某个具有16个支点站和28个路段的铁路网为算例背景，分别在无线路能力约束和有线路能力约束的条件下对路网中4个车种间的空车调配及空车流走行径路进行综合优化，获得了各个空车产生地至需求地不同车种的空车调配量以及每股空车流的走行径路，同时对两种情况下空车调配的结果进行对比分析，挖掘出在线路通过能力限制条件下部分空车流适当绕行以充分利用路网各路段能力的运输规律，从而验证本文所构建的空车调配优化模型的可行性和实用性。