城市轨道交通速度快、运量大、安全性强,已经成为缓解城市交通拥堵的最有效手段之一。世界大型城市如纽约、东京、上海等城市的轨道交通系统已进入网络化运营时代。城市轨道交通网络的线路之间以及站点之间的耦合度极大,因此复杂多变的突发事件会对网络化运营的城市轨道交通系统的运行效率以及运输能力产生极大的影响。考虑到城市轨道交通的运输服务属性,精准评估其交通网络中扰动对系统的影响程度以及扰动后系统的恢复能力,对于轨道交通的设计、运营和优化具有重要的意义。本文首先以复杂网络为研究的理论基础,分析了城市轨道交通客流与城市轨道交通网络结构的耦合关系;其次本文从网络弹性的视角下对系统扰动发生后城市轨道交通网络的性能和恢复特性进行了量化评估;最后本文从弹性模型的响应特性和恢复特性角度,综合考虑拓扑结构特点、工程造价和恢复策略,建立了城市轨道交通网络的优化模型。具体而言,论文的主要研究工作有以下几个方面:（1）运用复杂网络理论对城市轨道交通网络的拓扑特性进行分析,旨在深入了解城市轨道交通网络的复杂性及演化规律。构造了L空间模型,基于节点度、最短路径、聚类系数、介数、相配性系数和网路效率等拓扑结构参数和分布规律,分析了城市轨道交通网络的紧密性、连通性和相配性,证明了城市轨道交通网络的小世界特性和无标度特性。（2）提出了基于GIS的客流评估方法,并对客流分布特点和分布规律进行研究分析,探究了客流和网络拓扑结构参数之间的关系,揭示了客流和网络结构的演化规律。基于最短路径理论提出了合理路径评价指标,对乘客出行多样性进行了建模和算例分析,为下一步城市轨道交通网络弹性评估奠定了基础。（3）为了更好地研究城市轨道交通网络性能以及不同攻击策略和攻击方案对城市轨道交通网络性能的影响程度,本文明确了城市轨道交通网络弹性的定义,构建了弹性评价指标体系,提出了基于客流和拓扑属性的城市轨道交通网络弹性评估模型。面向多样化系统扰动,根据车站失效和区间线路失效对城市轨道交通网络造成的影响,分析了节点（车站）度、客流以及弹性指标之间的关联关系,构建了面向弹性的车站和区间线路重要度列表,为管理运营部门提供参考和借鉴。（4）基于网络拓扑结构特点,从上述弹性模型的响应特性角度建立了城市轨道交通网络弹性优化模型,考虑车站和线路特点对模型进行降维以减少运算量,面向城市轨道交通规划,给出了不同条件下基于遗传算法的弹性最优策略生成方法。（5）基于工程造价和恢复策略,从弹性模型的恢复特性角度建立了城市轨道交通网络弹性优化恢复方法,面向轨道交通多样化运营突发事件,进行了统计性规律、特征和影响分析,给出了典型扰动下的最优恢复策略。