近年来，中国经济高速发展，城市规模快速扩张，城市化进程迅速推进，伴随而来的是城市交通的严重拥堵，生态环境的破坏以及过高的房价和生活成本。面对这些城市问题，交通拥挤收费方案和公交系统设计成为了研究的热点。然而，现阶段对于拥挤收费的研究并没有考虑城市系统中的污染物排放外部性，也没有考虑政府补贴政策对于机动车排放的影响。此外，对于城市公交系统的设计则忽略了交通基础设施投资对城市居民住房的选址和房价等方面的影响。鉴于以上不足，本文主要做了两方面的工作：（1）建立了在单中心城市中警戒线收费策略的优化模型。模型将社会福利作为目标函数，讨论了在考虑和不考虑拥挤和环境两种外部性的条件下模型的性质。在此基础上进一步扩展了模型，考虑了旧机动车补贴方案对尾气排放和社会福利的影响，同时得出了针对社会福利的最优的补贴方案。（2）基于城市空间经济学理论，分析了多方式城市系统均衡的性质，提出了城市公交系统设计模型。模型考虑了两种出行方式，即公交车和私家车，解析地表达了城市系统中紧密相关的三个均衡，即出行者交通方式与路径选择均衡、居民住房选址均衡以及住房供给均衡，给出了均衡的相关性质和求解算法，同时对比了公交车的两种运营模式（即政府或私人运营）对于公交车票价和发车频率以及城市系统性能的影响。本研究对解决城市面临的拥堵、尾气排放污染以及房价调控等问题提供了理论基础。