停车换乘(Park and Ride, P&R)设施通过引导通勤者从小汽车换乘公共交通,能够将部分车辆拦截在拥堵区域之外,减少了进入城市中心区交通流。西方国家的成功经验表明,P&R既是可行的交通需求管理策略,也不失为一种能够最有效支撑现代城市发展的交通模式。最早P&R设施是作为城市公交系统的组成部分,以扩展公交市场为目的,吸引不多的P&R出行(活动)。现代P&R系统,以P&R活动为主心,进行需求估计、设施选址、运营设计等,达到承担城市主要通勤交通的目的,将在整个城市交通中扮演举足轻重的角色。成功的P&R系统规划离不开对P&R行为深入和全面的分析。传统P&R行为建模和分析方法基于个体选择行为调查,能够最丰富地揭示出个体用户的行为特征及其影响因素。多年来,所取得的诸多经验性结论,已为P&R系统规划与设计提供了重要参考。然而,城市交通是复杂的巨系统,网络上各种交通行为彼此相互影响,尤其是在当今城市交通供需作用激烈、人们出行选择多样的环境下,忽略了网络交通行为的分析,将可能导致偏颇的结论。因此,我们必须更加审慎地寻找新的有力工具。基于网络均衡的分析方法正是其中之一,它能够描述网络上的拥挤效应、能力约束等重要现象,使得交通行为模型在交通系统分析与优化层面上的进一步应用成为可能。至今为止,P&R网络均衡分析的相关研究仍不多见,且偏于简单。本文开展全面的P&R行为分析与系统优化研究,以期进一步丰富和发展交通理论,为现代P&R系统规划与管理提供科学指导和理论依据。首先,研究了网络能力限制和交通信息系统作用下的P&R行为,分别提出了与随机用户均衡条件等价的不动点模型和变分不等式模型,其中考虑了出行者的方式选择、路径选择和停车(换乘)设施选择等行为。设计了相应求解算法,并通过算例验证了模型和算法的有效性。数值分析揭示了重要的现象,例如,新增P&R设施可能导致诡异现象和路径诱导信息与停车诱导信息对P&R设施需求的相互抵消作用等。其次,对P&R系统进行可靠性分析和评价,提出了P&R可靠度、方式可靠度概念,以评价P&R设施和P&R方式的服务水平。通过算例实验,进行了停车设施容量、地铁发车频率以及地铁票价对网络可靠性影响的灵敏度分析。最后,本文分别研究了3类P&R系统优化问题,包括P&R设施选址、P&R网络中地铁线路设计以及P&R设施定价。P&R设施选址问题被阐述为离散双层规划模型,考虑了出行者旅行行为对选址方案的反馈作用,设计了基于遗传算法的启发式算法求解该模型,算例Ⅰ验证了模型和算法的有效性,随后应用于成都市近期规划(2015年)路网上的P&R设施选址问题,显示了模型和算法处理大规模网络的能力；研究了弹性需求下P&R网络中的地铁线路设计问题,同样将其阐述为双层规划模型,使用分枝定界方法来求解该双层规划模型,算例分析了不同的线路投资方案对P&R方式分担率、目标函数值和OD需求量的影响；最后研究了多方式网络中多类停车设施的最优定价问题,其中考虑了垄断市场、寡头竞争和社会福利最优3种不同的市场制度。将停车设施运营者和交通出行者的相互作用表述为一个双层规划问题,其中上层为停车设施运营者的停车收费价格优化模型,下层为多方式网络均衡模型,反映出行者的对上层停车价格的响应行为。设计了基于灵敏度分析的启发式算法来求解该模型。算例实验分析了不同市场制度对路外停车场、路内停车场和停车换乘点3类停车设施的收费价格结构的影响。