随着城市化进程的不断加快,城市公交网络作为城市重要的交通网络之一,面临着动态客流量的迅速增长和时空分布不均衡等问题,由于时空资源的限制,现有公交线网很难满足客流动态需求的变化。另一方面,公交线网拓扑结构、线网密度、线网规模、公交线路和站点、时刻表等不断调整,城市公交网络的复杂程度越来越高,客流动态需求下的城市公交网络拓扑结构鲁棒性受到考验。为了适应客流需求的动态变化,既需要更高效的运营调度,也需要强鲁棒性的网络拓扑结构。因此,基于准确的客流动态需求,从规划设计层面优化城市公交网络鲁棒性,从运营调度层面优化城市公交网络的发车间隔,对于提升城市公交网络运行效率、可靠性和服务水平、改善城市居民公共交通出行条件具有重要意义。客流动态需求是以上研究的最重要的数据基础,然而获取准确的客流动态需求面临着数据资源的结构性缺失问题,如有效出行数据比例不高且很难获得准确的换乘客流的难题。在已有城市公交网络及复杂网络理论研究基础上,本文依托以珠海市为代表的城市公交网络数据(包括城市路网拓扑结构、公交线网GIS数据、公交线路及站点相关数据、IC卡上下车刷卡数据、公交GPS),基于复杂网络理论建立了城市公交网络,提出了基于出行链的城市公交客流OD矩阵生成模型及基于数据融合、轨迹分析及系数划分的公交换乘客流生成模型,进行出行估计,得到城市公交网络OD及换乘出行量,降低了数据结构性缺失的影响,得到了城市公交客流动态需求。在此基础之上,本文提出了面向公交线网规划和运营决策的客流特征分析指标体系,从客流量、公交车辆运营、公交乘客出行特征等三个方面的指标对珠海市城市公交客流进行了系统分析。同时,对珠海市公交线网拓扑结构的复杂网络统计特征值进行了分析。基于客流数据,本文进一步构建了以客流驱动的城市公交网络客流加载模型及算法,解决了客流的时段划分比例、复线线路的客流分配、同线不同车次的客流分配、上下车客流量及站间车载人数的计算等关键性问题。基于城市公交网络鲁棒性指标,首先对不同攻击模式下的珠海市公交网络拓扑结构的静态鲁棒性进行了结构分析,同时,通过以客流驱动的城市公交网络客流加载模型,对不同攻击模式下珠海市公交网络拓扑结构的动态鲁棒性进行了结构分析,提出了拓扑结构鲁棒性的优化建议。基于费用最优,本文建立了城市公交发车间隔优化模型及粒子群智能寻优算法,对不同时段内不同线路的发车间隔进行了优化。案例研究表明,以客流驱动的城市公交网络加载模型得到了珠海市公交出行OTD客流量,能够满足以客流驱动的城市公交网络加载模型的需求;基于客流加载的城市公交网络鲁棒性优化模型对珠海市公交网络的动态鲁棒性进行了分析与优化,能够在不同攻击模式适应城市公交网络拓扑结构的变化;费用最优的城市公交发车间隔优化模型能够实现不同时段不同线路的发车间隔差别化优化,使得城市公交网络的运行效率、经济成本、乘客动态出行需求、乘客行程时间得到明显的改善。本文主要的创新点有如下5点:(1)为了得到完整的城市公交OD及换乘客流,本文提出了基于出行链的公交客流OD矩阵生成模型和基于数据融合、轨迹分析及系数划分的公交换乘客流生成模型,克服了数据资源的结构性缺失问题,如有效出行数据比例不高且很难获得准确的换乘客流的难题。(2)综合了以往城市公交复杂网络统计特征值指标,计算了案例城市公交复杂网络多个统计特征值,并分析了城市公交复杂网络拓扑结构随统计特征值的失效规律。(3)以客流驱动的城市公交网络加载模型及算法,系统解决了城市公交网络时空序列分析及动态客流加载、公交线路发车间隔及时刻表安排、客流时间序列和空间序列的计算方法、线路及车次客流的协调运营、每台车客流登降量计算及车载人数计算。(4)在城市公交网络拓扑结构的静态鲁棒性及不同攻击模式下,分析了城市公交复杂网络静态鲁棒性的影响,并通过客流加载,进一步分析不同攻击模式下,城市公交网络的动态鲁棒性变化规律,提出基于鲁棒性分析的城市公交网络拓扑结构的改善建议。(5)为响应动态需求,实现载客能力限制下不同时段、不同线路下的费用最优的发车间隔,建立了基于费用最优的城市公交发车间隔优化模型及粒子群智能算法。