随着城市经济的发展,机动车保有量迅速增长,城市交通拥堵愈发严重。公共交通作为大容量、低排放的交通出行工具,在缓解城市交通拥堵中的作用举足轻重,公交优先政策得到世界范围内的普遍认可。但在推行公交优先相关的交通政策中,实际公交系统的发展形势并非良好,部分城市公交分担率的增长依旧十分缓慢,甚至出现下降的态势。虽然以往国内外对于公交优先的相关研究成果已十分丰富,但相关城市交通建设和管理者仍面对许多亟待解决的问题,现有的研究成果仍存在许多的不足之处,需要进一步完善和补充。如在推行公交企业改革的过程中,如何在保证出行者公交服务水平的前提下,改善市场中公交公司的经营状况,科学有效地避免市场化运营中的恶性竞争这种“共输”局面的出现,以及系统管理者如何根据不同的因素和发展需要,合理地选用优化方案来提高公交系统的整体效益。面对上述公交优先发展中公交系统所出现的问题,本文以博弈均衡作为系统分析的基础,分别针对公交系统中的微观站点、中观线路、宏观政策等方面进行建模优化。相关的研究成果一方面可以在学术上丰富和完善城市公交系统规划与设计理论;另一方面可以在实践中为管理决策者优化相关公交优先政策和发展方向提供理论依据。本文完成的主要工作和取得的成果概括如下:在微观公交站点优化层面,结合交通波理论,分析交叉口站点影响下的公交车辆运行轨迹。结合站点位置、信号配时、公交停靠、交叉口流量等诸多因素,在有无公交专用道两种场景下建立了考虑站点影响的公交延误计算模型,并对其进行数值仿真分析。最后在此基础上,对交叉口不同流量下的公交站点布设距离进行优化分析。在中观公交线路运营优化层面,面对公交企业化改革所面临的市场竞合困境问题,运用博弈相关理论,针对市场中的公交线路运力决策和公交票价决策,分别建立基于Cournot假设和基于Bertrand假设的公交线路运营博弈模型。分析所建博弈模型的演化均衡点及系统稳定性,研究计算使市场达到演化稳定的相关参数取值范围。并在博弈均衡分析的基础上,通过对比系统中的Nash均衡和Pareto最优状态下的市场利润效益,剖析市场竞合困境本质。最后,本文提出通过构建重复博弈模型和政府规制两种方式对市场演化进行引导,使其达到系统Pareto最优。在宏观公交政策优化层面,针对包含小汽车、公交车两种主要出行方式的交通系统,在系统有无公交专用道的场景下,构建不同出行方式下的成本费用函数。并在其成本费用函数基础上,运用博弈均衡理论对系统中公交车与小汽车的出行行为进行出行者间的Nash均衡分析,深入解析系统博弈均衡状态下出行者选择行为及对应的均衡成本。其次,通过构建公交政策组合优化的Stackelberg博弈模型,用以描述并分析系统中政府、公交公司、出行者三者之间的动态影响关系,在宏观层面上提供公交政策的优化方法。最后,本文设计了一个基于数值仿真的Kriging代理模型算法来求解该模型,并对模型的可行性进行算例验证,为公交优先相关政策的制定提供科学依据。最后,对本文的研究工作及主要创新成果进行总结,并对其研究过程中存在的主要不足之处提出展望。