为了给中小城市交通规划与管理提供新思路和新方法，分析了中小城市居民出行特征，考虑居民出行方式选择的异质性，构建了基于随机参数Logit的中小城市居民出行选择模型，引入了对交通工具舒适性要求等心理潜变量因素，并采用反映潜变量与指标变量之间关系的结构方程模型标定了参数。结果表明，由结构方程标定潜变量的随机参数Logit模型预测准确率均高于95%，说明结构方程模型具有良好的参数标定效果，构建的随机参数Logit模型具有较好的拟合度。模型效用函数中，行车时间的系数为随机参数，与出行者的个人特征变量、出行特征变量和心理潜变量有关。其中，到公交站台的步行时间对出行效用的影响程度最大，每增加1单位，时间价值减少48元。此外，不同出行方式对行车时间的边际效用不同，超过45 min后，公交车的边际效用由增转减。可见，考虑个体心理潜变量等异质性的随机参数Logit模型能够刻画中小城市居民实际出行方式选择行为且对出行特征机理的解释性更强。