现有的都市圈交通研究的文献偏重于规范研究,方法创新与实证研究较少。已有的城市交通研究在分析层次、研究方法和研究角度等方面还存在一些局限性,进一步以都市圈为对象展开交通优化研究很有必要性。针对国内都市圈交通结构状况和发展需要,开展了都市圈交通体系结构演化研究,在此基础上从都市圈交通的城际走廊、城市内部及公交系统等层面,运用提出的优化方法对都市圈交通的城际走廊、城市内部及公交系统等层面进行优化,并实证分析了都市圈城际交通与产业发展的关联性,得到一些有意义的结论和建议。首先,对都市圈交通体系结构演化的研究。根据自组织系统演化理论,构建了都市圈交通体系整体演化模型和结构演化模型,对南京都市圈1991—2007年交通体系整体演化轨迹和客运交通系统内部结构演化进行实证分析,结果发现,南京都市圈交通体系整体演化符合logistic方程,具有耗散结构的特征;南京客运交通体系结构演化轨迹表明:轮渡正处于演化的衰退阶段,公共汽(电)车占出行结构比例也在逐年降低,但目前仍是出行的主要交通方式;地铁和小汽车处于演化的成长阶段,但占出行的比例仍然很小。南京公共交通体系结构演化符合渐变期的演化特征,各种交通方式之间的力量对比在缓慢变化,新的轨道交通方式地铁开始诞生并成长。并对所构建的结构演化模型进行模拟仿真,探讨其参数变化所引起的各种结果,提出形成较优交通结构的政策建议。其次,对都市圈城际走廊层面交通优化的研究。从出行方式与出行效益两个角度,探讨了都市圈城际出行方式评价方法及旅客出行效益优化方法。提出了基于模糊逻辑的多目标决策优化模型,并运用该方法对城际走廊上的交通线网进行评价。该方法中考虑了可操作性离散知识之间的转化以及专家的知识经验,可对城际交通走廊上的各类交通方式进行评价。构建了旅客出行效益优化的灰色0-1规划模型,以解决城际走廊上旅客出行效益优化问题,扩展了灰色0-1规划方法的应用领域。再次,对都市圈城市内部层面交通结构优化的研究。构建了都市圈城市交通结构的双层优化模型,其上层模型是包含各种运输方式运输能力和环境指标限制,土地利用限制,交通资源限制和居民出行个人选择约束的城市交通系统一体化结构优化模型,以南京都市圈为例分析确定城市交通结构优化方案,验证了模型的正确性。下层模型是系数为对称梯形模糊数的模糊线性规划模型和一个辅助算法——基于模糊网络环境的最短路径算法。下层优化模型是从都市圈城市居民每月出行效用角度出发,根据其出行时间参数的不确定性而构建一种具有对称梯形模糊系数的线性规划模型。基于模糊网络环境的最短路径算法,是城市居民以最短路径到达目的地交通网络节点的一种辅助算法,对都市圈城市交通网络的优化具有一定的理论价值。再次,对都市圈城市公交层面优化的研究。针对都市圈城市公交线路优化中没有同时兼顾成本导向的优化目标和客户导向的优化目标,提出了公交网络中运输线结构和客运线选择的综合优化模型,并将该模型的算法在一个6节点网络和南京一段公交网络上加以实现。这个模型确实产生了公交运营成本和旅客出行同时优化的合理线性结构,为解决较大的网络规划问题提供一个有价值的参考。最后,对都市圈城际交通与产业发展关联性的实证研究。运用主成分分析法对1990-2007年各年长三角都市圈城际交通对产业竞争力作用进行实证分析。结果表明:随着长三角城际交通的发展,其产业竞争力的综合评分值呈逐年增大之势,说明城际交通对长三角都市圈的产业竞争力具有推动力,而反过来产业竞争力的提高对城际交通的发展也具正面推动作用,两者之间具有正相关的关系。利用产业空间集聚指数和行业集中度CRn指标对长三角都市圈制造产业1998-2007年集聚水平进行了测度,并将城际交通发展水平与产业集聚水平相关程度进行了实证分析。结果表明:在研究时限内,城际交通对都市圈产业集聚有明显带动作用。以上实证说明,都市圈交通体系中的城际交通对区域经济发展至关重要,高度发达的城际交通有助于提高都市圈的产业竞争力,有助于产业集群的形成。因此发展城际交通,尤其是大运量、高速城际轨道交通具有重要的经济意义。本项研究的创新之处表现为:(1)构建了都市圈交通体系整体演化模型,并对南京都市圈交通体系的整体演化进行实证分析,把多元统计分析与logistic计量方法相结合,估计了南京都市圈综合运输能力在研究年限内的收敛性。构建了都市圈交通结构演化模型,并运用MATLAB软件对其参数变化进行模拟仿真,揭示都市圈交通体系结构演化规律,提出形成较优交通结构的政策建议。(2)将模糊逻辑与多目标决策、层次分析法相结合,提出一种基于模糊逻辑的多目标决策模型,并将这种模型运用到都市圈城际交通走廊上交通方式评价上,验证了这种方法的科学性。(3)运用灰色0-1优化模型对都市圈交通走廊上旅客出行效益进行优化分析。构建了旅客出行效益优化的灰色0-1规划模型,及提供了一个实际算例,应用该灰色0-1规划得到一个效益最大化的最优解。(4)构建了都市圈城市内部交通结构双层优化模型,其上层模型:从交通总需求,土地占用,能源消耗,环境污染量,居民个人选择等多约束出发,提出了基于居民的个人行为和政府的公共行为的交通结构优化模型,并以南京都市圈为例进行优化实例分析。下层模型:基于都市圈城市居民出行时间的不确定性,提出一种系数为对称梯形模糊数的模糊线性规划方法及基于模糊网络环境的最短路径算法,提供的算例实现了都市圈城市居民以最短路径到达目的地交通网络节点,实现出行时间效用最大化。(5)针对当前公交优化文献中,客户导向方法与成本导向方法相割裂状态,提出将两者进行综合的都市圈城市公交综合优化模型。该模型能产生平衡交通线运营成本、旅客中转和路线距离的合理线路结构,并在南京公交网络上加以实现。最后,在第七章对都市圈交通体系结构优化效益的实证研究。以长三角都市圈为对象进行实证分析的结果表明:在研究时限内,城际交通对都市圈产业竞争力,城际交通对都市圈高技术产业集聚都存在明显正相关关系,提出大力发展城际轨道交通的政策建议。