随着城市化进程的加快和国民经济的快速增长,城市机动车的数量急剧上升,带来了一系列的城市问题,成为制约城市健康可持续发展的重要因素。例如,无序且过度的城市蔓延使人们的出行成本越来越高,日益加剧的交通供给与需求不平衡的矛盾使城市交通越来越拥挤,持续恶化的城市环境严重威胁着人们的身体健康。基于此,越来越多的专家和学者倡导面向公共交通的城市发展模式(即Transitoriented development,简称TOD)。一方面,加大交通基础设施的投资,如中国许多城市大力投资地铁建设,提高城市交通供给;另一方面,打造集居住、商业和社会服务为一体的TOD社区,从根本上减少出行需求,为公共交通出行提供便利。同时,引入合适的交通政策,优化城市居民的空间分布,使城市内的交通需求分布更为合理。鉴于此,本文分别探讨了城市地铁网络投资问题、TOD社区的设计与优化问题和机动车尾气排放税政策对城市居民分布的影响等,为政府相关部门制定政策提供理论支持和科学依据。首先,本文讨论了城市地铁网络中相互关联项目的多阶段投资问题。与一般的道路交通网络设计不同,城市地铁网络的投资更复杂,资本需求更大,时间更长。该研究基于传统的交通网络设计模型,首次考虑了城市地铁网络投资的时间维度和项目间的相互关系。提出的模型确定了应在何时选择和完成地铁网络中的哪些项目(即:项目选择、投资顺序和完成时间),同时,优化了随地铁网络配置变化而不断变化的地铁线路发车频率,以便尽量减少地铁系统在规划期内总的折现成本。其次,本文研究了城市地铁走廊沿线TOD社区的设计问题。该研究首次提出了TOD下的城市系统均衡模型,考虑了TOD投资对城市内居民住宅选择行为、住房市场供给与需求均衡和土地价值的影响,优化了城市地铁走廊沿线TOD社区的地址、数目以及大小。同时,该研究还考虑了TOD社区的不同投资模式,即公共投资模式和私人投资模式。其中,公共投资模式下是由政府投资TOD社区的建设,而私人投资模式下则由地产开发商投资TOD社区的建设。最后,本文探究了机动车尾气排放税政策对城市不同收入居民分布的影响。论文分析了城市中经常出现的高收入家庭与低收入家庭居住隔离现象,提出了考虑两种不同收入家庭的城市均衡模型。同时,论文在刻画城市经济里三类主要主体(即政府、房地产开放商和不同收入水平的居民)行为的基础上,以城市系统社会福利最大化为目标,建立了机动车尾气排放税优化模型,为政府相关部门实施机动车尾气排放税政策提供理论分析和支持。