随着公交优先发展战略的进一步落实,政府财政收入的增加,城市轨道交通、快速公交(BRT)等大容量公共交通系统如雨后春笋般在国内一二线城市相继建成或开通,一些三四线城市也将其列入发展规划之中。然而并不是所有的城市都有能力或者适合发展大型公共交通,因此一些城市创新公交发展方式,推行公交免费的运营方式,即免费公交,以之来提升公交分担率,进而解决城市交通问题。然而这些城市实施的免费公交类型和效果不一,有的实施不到一周夭折,有的实施效果良好。目前,国内外关于免费公交方面的理论研究较少,尚缺乏具备理论深度的相应文献。本文的理论成果能为免费公交领域的深入研究提供参考,进而为城市公共交通的发展提供一种全新的模式,为解决城市交通问题提供一种新的思路和方法。同时,本文研究能使得免费公交的实施成为可能,对于为我国正在和将要实施免费公交的城市提供实践指导。本文首先对免费公交进行概述,详述国内外不同地区的免费公交定义、实施类型以及与常规公交方式的差异特征,并就免费公交的实施效益进行定量分析;其次,引进居民出行决策的偏好与效用理论以及RP和SP调查方法,对基于居民出行特性的免费公交选择意愿调查方案进行设计并实现,并采用非集计模型/集计处理与χ2统计检验的分析方法分析调查数据;第三,改进传统的交通四阶段模型,并通过算例分析,进一步研究免费公交实施对居民出行的影响机理。本文建立的理论模型有:基于免费公交实施的生成预测模型、基于效用最大化的分布预测模型、基于意愿选择的交通方式划分模型、基于公交客流竞争条件下的免费公交选择概率模型以及基于属性偏好的公交流量分配模型;第四,对免费公交实施的理论及其方法进行初步探讨,研究高峰型、平峰型、全日型和局部型这四类免费公交的线路和站点设置的关键技术,并通过选取案例城市,结合VISUM交通预测软件实证研究了高峰型免费公交在城市中的应用;最后,结合实施案例,采用VISSIM仿真软件对免费公交实施的路段交通系统进行微观仿真,仿真结果表明,免费公交的实施能较好改善路段交通系统的服务水平。论文的创新之处在于从不同属性群体的角度分析居民出行特征和乘坐免费公交的意愿,并以此作为基础,探讨免费公交的实施对居民出行的影响作用机理,研究免费公交实施理论及其关键技术,并就免费公交实施的交通系统进行微观仿真分析。