我国交通机动化与城市化程度得到显著提高,交通出行由低碳向高碳转变,城市交通碳排放作为交通领域碳排放的主要来源,而优化城市交通结构既是缓解各交通问题的有效机制,又是城市实现低碳交通发展目标的重要渠道。因此,为实现城市低碳交通发展,低碳目标下研究城市交通结构优化具有重要的理论与实践价值。论文对城市低碳交通体系的理论基础进行阐述,分析城市交通碳排放与交通结构两者的关系。从城市交通碳排放测算方法与预测方法出发,着重分析城市交通系统中各种交通方式的出行特性。分别以城市交通总效能最大化、碳排放最小化、广义成本最小化为单目标函数,综合考虑城市交通总效能、碳排放和广义成本最优为多目标函数,均以居民出行需求、土地利用、能源消耗、居民可达性、空气污染、交通出行方式发展规模等为约束条件,低碳目标下构建单目标、多目标城市交通结构优化模型,并运用MATLAB7.0调用linprog函数对单目标、多目标模型进行求解。以作为“两型社会”建设城市和第三批国家低碳试点城市的长沙市为例,基于IPCC“自下而上”法和总量-结构法的碳排放计算公式对长沙市2012-2016年各种交通方式碳排放进行测算,并基于改进的灰色预测法对长沙市2017-2020年交通CO2排放量进行预测。在碳排放计算数据和已有参考数据的基础上对低碳目标下长沙市交通结构优化模型进行实例分析,以验证单目标模型和多目标模型的可行性和有效性。研究结论可为城市低碳交通发展提供理论参考,为城市交通结构优化提供实际指导。