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在城市机动车日益增多、交通日益拥堵、空气污染日益严重的今天,“绿色交通、低碳出行”的理念不断深入人心,公共自行车这种新型的公共交通工具应运而生,成为各地区缓解交通压力,减少尾气污染,提高全民身体素质的利器。公共自行车系统在全球各大都市遍地开花,在我国的发展速度更是如雨后春笋般最为惊人,其主要原因是由于我国多采取政府主导的运营模式,通过政府的高额投入拉动系统建设,并施以高额运营补贴,以高投入为推动力造成的。然而,政府对公共自行车项目“不计成本”的倾注资金,却引发社会上对“天价公共自行车系统”的讨论,民众开始怀疑公共自行车系统是否为城市带来了与成本对等的效益。而与此同时,政府和运营商也面临着巨大的运营困境。由于缺乏合理有效的监督机制,政府往往难以实现其投资的预期目标,而运营商则由于自身利益最大化的驱使,往往以降低服务水平来控制高额运营成本带来的亏损。于是,如何处理好系统公益性和经济性间关系,使系统能够运用市场化运作实现自力更生,可持续发展,成为了近年来困扰政府和运营商的首要问题。本文以采取政府主导投资建设,运营商负责运作管理这一在我国占比最大的运营模式的公共自行车系统为研究对象,针对其亟待解决的收益渠道窄,运营成本明显大于收入的不平衡问题,提出在考虑政府补贴激励情况下,分别从外部效益内部化,降低企业调度成本和提升内部经济收益能力的角度,研究公共自行车系统在市场化运作环境下的可持续收益优化问题。首先,提出通过政府推动运营商将公共自行车系统产生的碳减排量进行交易,实现外部效益内部化的方法,开拓系统收益渠道。在政府不同的补贴激励模式下,使用Stackelberg博弈模型,研究政府社会效益最大化和运营商自身效益最大化不同目标下的均衡方案。其次,提出通过政府推动运营商对用户进行双向调度激励,从充分利用用户资源的角度,优化调度绩效,降低调度成本。然后,为实现系统的可持续性运营,设计政府与运营商之间的激励监督机制,运营商与广告承包商之间的激励与约束,保障系统中参与方的基本利益,从而维护系统的稳定性。还提出通过构建公共自行车运营周期内的可持续收益优化决策模型,从提升系统管理决策水平的角度,提升系统整体收益。此外,为提高模型求解运算速度,还针对模型特点设计变粒度-深度优先算法。同时,为便于模型的推广应用,还编程对算法进行了操作界面的可视化实现。最后,利用杭州公共自行车系统数据对所提可持续收益优化决策模型进行实证分析,验证模型的可行性,并通过优化分析得出相关管理建议。论文的创新点如下:(1)通过分析不同政府补贴激励机制,指出自愿碳交易与碳配额相结合策略为最优策略,且随着出行者环境保护意识水平与碳交易价格的增大而该策略的优势愈加突出。(2)从调度用户参与积极性的角度,提出了双向激励调度策略,即引导通勤出行者避开高峰期出行,鼓励休闲出行者参与调度。通过分析不同政府补贴激励机制,指出在发达地区,政府补贴运营商最有利于双向激励调度策略的实施,在发展中地区,运营商独立开展双向调度是大中型城市的最优选择,而政府直接补贴逆峰出行用户最适用于小型或旅游城市。(3)构建了公共自行车系统中政府与运营商以及运营商与广告承包商之间的激励约束博弈模型,为充分提高跟随者努力水平和领导者监管力度提供有效路径,同时为公共自行车系统各利益相关方的合作稳定性提供了保障。(4)从提升系统管理决策水平的角度,构建了公共自行车系统可持续收益优化决策模型,指出公共自行车系统有潜力通过有限周期的优化运作实现收支平衡,同时保证利益相关方能获得满意收益,最终实现系统的可持续运营。(5)提出了针对可持续收益优化决策模型特点的求解算法——变粒度-深度优先算法,使模型求解耗时减少90%以上,并开发了可视化操作运算界面,为模型的推广应用提供支持。本文的研究成果为公共自行车系统的收益优化提供了重要思路和方法,为公共自行车系统实现可持续的自运营打下一定基础。同时,所得研究成果为实践提供了有意义的启示和管理建议,进而推动公共交通管理领域相关理论研究和实践应用的深入与发展。