人类频繁的交通活动是造成的城市二氧化碳过量排放的一个重要因素。目前我国城市正处于快速扩张时期,交通结构呈现私人交通占据较大比重并持续增长的特点,交通管理者面临持续增长的交通二氧化碳排放量、日渐恶化的拥堵路况、空气污染以及能源短缺等诸多问题。但受制于交通需求的个性化和多样性,仅从环保视角简单的调整现行交通结构可能影响到居民的日常出行及城市经济活动。因此,本文以城市客运交通系统为对象,通过多目标优化模型进行出行结构优化,研究其节能降碳的潜力。本文首先研究城市交通碳排放的构成和影响要素,以提出科学合理的城市交通碳排放的解决路径。基于城市自身发展特点和交通状况的分析,将影响城市交通碳排放的因素划分为常住人口、出行强度、出行比例和排放技术四个方面,并通过因素分解法量化各成分的贡献量。初步发现,居民的出行结构和交通方式的排放技术在影响城市交通碳排放方面起到重要作用。其次,在界定研究所涉及的城市客运主要方式的基础上,通过分析城市客运交通网路的内外部矛盾,基于城市环境保护、交通发展目标和居民出行需求的多目标客运结构优化思路,提出交通碳排放、路网效率、外部费用、服务质量以及出行成本等5个优化指标及其数学表达式;构建以交通需求、资源配置为约束条件的出行结构多目标优化模型。采用目标规划法对优化模型进行求解,得到几何视角下最接近于各单目标最优的混合最优解。再次,针对当前新能源汽车迅速发展和应用的背景,对新能源技术导入后的交通方式碳排放评价因子开展研究;通过计算北京市电网产能因子、构建新能源汽车碳排放生命周期测算模型,量化新能源汽车的节能减排潜力,并在交通市场新能源部署比例的背景下,确定各交通方式多能源技术混合编制下的平均二氧化碳排放因子。最后,对北京市低碳交通客运结构优化结果表明:轨道交通将承担一半左右的城市交通总量,对比北京市现行交通结构,优化的方向是建立以公共交通为主导的出行结构,轨道交通还有较大发展空间;实施运营策略和排放技术两项调控措施后城市交通结构和评价指标的变化结果显示,排放技术的改进会导致轨道交通分担率下降8.3%,而运营策略的调整能够提高7.4%的公共交通方式分担率。在使用MNL模型对出行经济成本与出行方式分担率的影响关系进行量化分析后发现:公共交通方式的票价下调会提高其在出行方式中所占的比例,且下调幅度在10%～30%时变化最明显。在评价指标中,公共交通方式的服务质量满意度随票价下调而降低。一方面可能是有限交通资源无法完全处理扩增的客运需求导致拥挤程度加重;另一方面可能是由于票价的降低导致公共交通系统营收减少,缺少充足的资金投入运输系统的建设和提高服务质量。所以,在采取经济成本调控措施后,应该鼓励政府加大财政补贴力度,支持公共交通建设以满足新客流结构的需求。