大城市的交通拥堵问题日益严重,发展城市公交是最有效的解决方法。城市公交系统包含大量的停靠站点和复杂的公交线路网,停靠站点之间、线路之间的联系错综复杂,是一个典型的复杂系统。近年来复杂网络科学研究热潮为复杂系统的研究提供了一个新的视角和方法。利用网络科学方法对城市公交系统进行建模及应用研究,有助于从宏观、整体和系统的角度认识和理解公交系统,对于发现和解决当前城市公交系统中存在的问题有重要意义。目前已有大量利用复杂网络方法对公交系统进行建模及实证分析的研究,然而其中的绝大多数只针对静态的公交网络拓扑结构建立公交无权网络模型,没有体现影响城市公交系统运行的多方面因素,而城市公交系统是一个由道路系统、公交线路网以及管理系统等组成的复杂巨系统,具有时空复杂性,即使是相同的网络结构,在公交客流量分布、道路拥堵程度或地理空间距离不同的情况下,同一节点或者同一条边的重要度、运行效率等指标也会不同。虽然已有学者对公交加权网络模型进行了一定量的研究,但是还存在加权方式单一、物理意义不够明确等问题。针对这一问题,本文建立了更加全面准确的城市公交加权网络模型,综合考虑了交通拥堵等影响城市公交运行的多方面因素对权值定义进行了改进,并在此模型基础上进行网络效率计算、节点重要度评价和城市公交网络优化等应用研究。本文主要做了以下工作:(1)建立了更加全面、准确的城市公交加权网络模型。首先基于L空间建立城市公交站点网络模型,然后依据公交效率的定义,对城市公交网络的权值重新定义,提出PTEW(Public Transport Efficiency Weighting method)加权法,同时考虑公交客流和通行时间两方面因素,在计算通行时间时引入了能反映道路交通拥堵程度的改进BPR函数,最终建立的城市公交加权网络模型能够综合反映地理空间距离、交通拥堵和公交客流量的影响。(2)在城市公交加权网络模型的基础上,提出了城市公交网络效率的计算方法,并在此基础上,基于节点删除法提出了节点重要度定量评价方法,综合考虑了地理空间距离、交通拥堵和公交客流量,计算结果更加贴近现实。(3)以城市公交网络效率最大为目标,在城市公交加权网络模型的基础上提出了城市公交网络结构优化方法。该方法在充分考虑网络拓扑结构、交通拥堵和公交客流量等因素的前提下,实现了城市公交网络效率最大和网络结构最优的目标。