近年来,移动支付的快速发展使得共享单车迅速兴起,以其租还车便捷、支付方便、可达性较强的特性在城市交通系统中发挥着重要作用。然而,面对新型事物,相关部门和企业缺乏管理经验,导致共享单车在运营过程中出现高峰时期借车难、部分区域供需不平衡、故障单车堆积、调度回收不及时等诸多问题,大大降低了共享单车企业的服务质量和运营效率。针对这些问题,本文开展了城市共享单车服务模式及考虑故障单车回收的共享单车调度优化研究,对提高用户满意度和共享单车系统的供需匹配能力具有一定的理论意义和现实价值。首先,本文从系统的视角对共享单车和公共自行车系统的异同点进行甄别,并分析共享单车系统的特性及影响因素,同时对其服务模式进行归纳总结。在此基础上,提出其调度优化时需考虑的独特性因素及故障单车的判别方法。其次,基于南京市共享单车用户的出行调查数据,对点对点、往返和换乘三种不同服务模式下的出行特征进行分析,采用多项logit模型量化和探讨基本属性、出行信息和态度感知变量对服务模式选择的影响,并基于此从票价策略、结合公交需求的投放模式、站点投放形式、单车调度和故障车处理方面提出相应的管理政策和建议。再次,建立多目标条件下带有多个调度车场、异质调度车队以及允许节点访问多次的考虑故障单车收集的共享单车调度优化的整数线性规划模型,借助CPLEX进行精确求解;针对单车节点规模较大的现实情况,本文设计了有效的贪婪-遗传算法,该算法中邻近节点集的选取以及解的修复策略有助于提高算法的求解效率。最后,利用南佛罗里达州坦帕校区Share-A-Bull共享单车系统实例为研究对象验证所构造的贪婪-遗传算法的有效性,同时进行了租赁点数量、调度车容量的灵敏度分析。进一步地,利用芝加哥Divvy公共自行车系统的数据对不同比例故障单车条件下的调度效率提升进行量化,结果表明:考虑故障单车回收的优化调度在效率上比单独的正常单车和故障单车调度具有明显的优势。