高效、便捷、舒适的公共交通系统是解决城市交通问题的有效途径。随着城市机动化水平的提高、公交线网密度的增加,仅从规划层面优化公交网络、增加运力供给已经无法显著提高公交系统服务水平。公交车辆在实际运行过程中,不可避免地受到多种内、外界因素的干扰,如道路交通状况、在时空上不均衡的客流需求、交通事故等,导致车辆并不能完全按照既定的时刻表运行,进而无法发挥其核定的运输效率。因此,通过实时控制手段最大化地发挥公交配置资源的服务效率、提高城市公交的服务水平,对于公共交通系统的高质量发展尤为重要。对于公共交通系统发达的城市,公交线路密集,线路在空间布局上呈现多样性,进而使得线路处于不同的运营环境之中。内、外部运营环境均会对线路车辆的日常运营状态产生影响,进而影响线路实时调度决策的制定与实施。本文通过深入分析公交线路的运营环境特征,将线路划分为三种类型:单一公交线路、共线公交线路以及面向公交枢纽的多条公交线路,分别设计了与线路运营环境相适应的实时调度策略,并以利益相关者收益最大为目标,构建公交车辆实时调度模型,设计相应的求解算法,以丰富公共交通实时调度问题的理论框架。本文的主要研究工作如下:(1)单一公交线路车辆实时混合调度策略研究。本研究的单一公交线路指的是运营环境相对独立、对其进行的实时控制不会影响其他线路的运营、也不受其他线路控制决策影响的公交线路。分析单一线路公交车辆实时调度问题特征,充分考虑公交车辆运行过程中外部环境的随机性,提出将调度人员的丰富经验与理论优化模型相结合的数据驱动混合控制框架,提取并抽象化调度人员的决策行为特性,应用机器学习方法模拟调度人员的决策过程;考虑车辆的运载能力和服务质量,以乘客出行成本最小化为目标构建数学规划模型;形成包含调度时机判断、调度策略选择和调度方案参数优化三个阶段的公交实时调度机制;进一步,为探讨未来调度决策对当前运营决策的影响,采用基于局部和基于全局的两种方法求解模型。(2)共线环境下车辆实时调度策略研究。共线公交线路在本研究中被定义为两条或两条以上共用部分公交走廊的线路,且重合部分需占线路总长度的50%及以上。对共线线路环境下的客流需求特征进行深入分析,考虑乘客乘车方案选择行为与车辆调度决策的相互影响机理,结合行为理论相关研究成果,对乘客乘车方案选择行为进行刻画,将乘车方案选择行为模型嵌入到公交动态调度模型中,形成“公交调度—实时信息发布—乘车方案选择决策”的反馈决策机制,并探讨实时信息发布、乘车方案选择,以及运营模式对调度策略实施效果的影响;分别从竞争与合作的视角,以公交运营参与者广义收益最大为目标,构建考虑乘客乘车方案选择行为的共线线路车辆派遣时间优化模型;最后,设计算法并以实际公交线路为例进行实证分析。(3)面向公交枢纽的车辆实时协同调度策略研究。针对一组相交于公交枢纽、隶属同一公交运营商的线路,充分利用其运营环境特征——线路间结构上的连通性、线路运营在空间和时间上的异质性,设计协同调度策略,以车辆置换的方式实现在枢纽站的跨线运营,以“共享经济”为理念提高车辆资源利用率和多线路公交系统总体服务水平;“协同”在本研究中具有两个层面的含义:一是协同多条线路的运力资源;二是协同利用滞站调度、区间车调度和跨线调度策略;本研究在充分考虑实时调度策略可能为乘客带来的积极和消极影响的基础上,构建基于公交枢纽的多线路协同调度模型;之后,设计列生成算法求解模型并根据实际运营数据验证模型和算法的有效性,由此考察多线路协同调度在抵抗大、小随机干扰方面的能力。