构建以地铁为骨干、常规公交为基础、出租汽车为补充的公共交通体系是缓解大城市道路交通污染和拥堵的重要举措,而发展多式联运服务是提升公交系统运行效率和整体效能的有效手段。随着移动互联网的应用和共享经济的流行,网约合乘服务受到广泛关注,也为传统的公共交通多式联运提供了新的服务模式。网约合乘与地铁联运被认为是一种更加绿色、高效的出行方式,特别是在面向小型汽车用户时,其可持续性和规模化发展的优势更加显著。然而目前对该联运模式的研究和应用还处于探索阶段,在数据挖掘、模式界定、运营管理等方面还存在很多不足,尚未建立成熟有效的联运乘客匹配机制。为了解决以上问题,本文通过挖掘巡游出租车和网约出租车出行大数据,量化分析了出租车与地铁的竞合关系以及乘客出行时间价值,进而面向不同类型的出租车用户,分别提出了网约拼车联运地铁和网约专巴联运地铁的出行服务模式,并根据两种出行模式按需响应、一体化联运等服务特点,分别构建了合乘联运乘客匹配优化模型。最后,面向北京市出租车乘客进行了两种联运服务模式的案例应用分析。本文从方法技术到实践应用,对合乘联运模式进行了全面深入地研究,为联运模式的方案设计和推广发展提供了有力支撑,主要工作内容为以下四个方面:（1）基于大规模实际出行数据,从宏观和微观两个层面对出租车与地铁的竞合关系进行量化分析。首先,对比出租车与地铁乘客的出行统计特征,刻画竞争类、合作类出租车乘客的时空出行特征,从宏观层面认识两者的竞合表现;其次,构建地铁站点层级的合作强度指标以及地铁站间OD层级的竞争强度指标,从微观层面量化竞争与合作程度。（2）依托地铁网络,建立出租车乘客时空出行需求矩阵,基于非负矩阵分解挖掘竞争类及合作类出租车乘客的基本出行模式,估算乘客出行时间价值。基于随机效用理论,结合非负矩阵分解和Logit模型,构建NMF-Logit算法,标定乘客在面对出租车和地铁两种交通方式时的选择方程,进而计算乘客出行时间价值。以北京市为例,分别估算巡游出租车、网约出租车乘客的出行时间价值参数,为后续研究奠定基础。（3）面向竞争类出租车乘客,提出网约拼车联运地铁的门到门出行服务模式,并构建基于乘客选择的两阶段乘客匹配优化模型。模型第一阶段,基于一体化联运特点,综合考虑地铁端、拼车端及联运换乘各部分,出行时间价值、地铁拥挤惩罚、合乘顺序等多项因素,建立合乘乘客广义成本。基于最大效用原则,以路径逐段替代为核心思想提出确定拼车联运换乘站点的搜索算法。模型第二阶段以行程相似与出行成本节约为原则建立可行匹配集合,将网约拼车联运地铁的匹配问题表示为0-1整数规划方程。以北京市为例,面向早高峰竞争类出租车乘客,分析网约拼车与地铁联运的最优匹配方案。最后设计敏感性实验,分析不同政策影响下拼车联运匹配性能总体表现。（4）面向合作类出租车乘客,提出直达型网约专巴联运地铁的出行服务模式,并构建基于乘客选择与车辆运营互动的匹配优化模型。首先,基于网约专巴需求响应和线路直达的特点,提出乘客选择与车辆运营互动机制的可行匹配搜索方法。利用乘客广义出行成本、网约专巴最低载客量、巴士站点位置及发车时间之间的交互迭代,确定与优化目标一致的可行乘客匹配集合及巴士运营信息。在此基础上,以行程相似性及广义成本节约为原则,提出乘客二次拼车的巴士线路合并方法。然后基于初始可行匹配集合,用0-1整数规划模型表示网约专巴与地铁联运匹配问题。针对大规模组合匹配问题,建立k-HPCG启发式算法进行求解。以北京市为例,面向早高峰合作类出租车乘客,分析网约专巴联运地铁的最优匹配方案,从乘客态度和巴士运营策略两个角度设计敏感性实验,分析联运模式匹配性能总体表现。本文基于大规模实际出行数据,围绕合乘出行与地铁联运这一新型出行服务模式,从出租车与地铁的竞合关系入手,建立了用户特征挖掘、出行服务模式界定、匹配模型算法构建、实际案例应用的完整研究链。本文所提出的联运整合机制以及一系列具有创新性的匹配技术方法对于推广网约合乘与公共交通一体化服务具有一定的理论价值和实践意义。