随着高铁网络的完善和线路密度的增加,高铁与民航的竞争日益加剧,与此同时合作也逐渐增多。如何发挥高铁与民航的各自优势,更好的服务运输市场需求,降低环境污染,提高社会福利是未来高速客运发展的方向。研究高铁与民航的最优竞合博弈策略以及两种运输方式竞争与合作对环境和社会福利的影响,有助于运输企业决策运输服务的质量水平和交通主管部门制定长远的发展战略,推动运输业的绿色可持续发展。本文首先在高铁与民航的竞争与合作研究现状的基础上,总结竞合博弈、交通污染排放和社会福利的相关理论与方法。其次,深入分析旅客出行选择机理和旅客出行的异质性,建立了基于产品差异性改进的出行选择模型,求解竞争和合作策略下不同运输方式的客运需求函数。第三,根据成本效益分析,构造了高铁与民航各自的收益函数以及联合收益函数,以收益最大为目标,建立了高铁与民航的竞争和合作博弈模型。基于客运需求函数,推导竞争与合作策略下的最优博弈策略和市场均衡,并分析换乘时间、运输成本以及高铁运营速度的变化对博弈均衡的影响。第四,构建高铁与民航的污染排放模型和社会福利模型,提出了综合比较竞争与合作博弈对环境和社会福利影响的方法。最后,以纽约-上海-南昌运输通道作为研究对象,进行实证研究,计算了竞争和合作博弈的市场均衡,污染排放和社会福利。结果表明,合作策略的企业总收益和社会福利分别高于竞争策略11.03%和0.84%,LAP和CO₂排放量分别低于竞争策略14.46%和0.37%。即高铁与民航采取合作的策略,能够在提高企业收益的同时,降低交通污染排放对当地空气质量和气候变化的影响,并为社会带来更多的福利。