近年来,我国城市小汽车拥有量迅猛增长,机动化水平逐步提高,但城市公共交通服务水平仍较为低下,城市公共交通在与私人交通方式的竞争中处于劣势,城市交通出行需求与交通供给之间的矛盾越发突出,城市交通拥堵与交通碳排放问题日益严重。实现居民出行方式向公共交通方式转移是缓解交通拥堵问题、发展低碳出行、促进整个城市可持续发展的主要途径。我国已经进入城市化加速发展的时期,人口的都市化和城市绵延现象越来越广泛。在城市郊区等公交出行需求密度较低且分散的地区,若想通过常规公交运营模式达到城市内部公共交通系统的服务水平,则需要投入更多的运营成本,不可避免地造成运力浪费和公交企业效益的下降。发展新型弹性公交系统,尤其是可变线路式公交模式,是解决低出行密度地区公交服务问题的有效途径,对于提升公共交通吸引力、缓解城市交通拥堵、建设低碳交通具有重要的实践意义。本文选取可变线路式公交系统作为切入点,重点研究了其车辆调度和运营模式优化的相关问题,论文的主要内容包括：1)通过分析可变线路式公交系统的运营特征,提出了一种服务预约需求和实时需求的可变线路式公交车辆调度模型,实质上是一类两阶段车辆调度模型：处理预约需求的静态调度模型为第一阶段模型,而处理实时需求的动态调度模型为第二阶段模型。这种两阶段调度模型拓展了可变线路式公交的服务范围,打破了现有车辆调度模型的局限性,相较于单纯的静态调度模型和动态调度模型无疑更具有实用性。2)将服务质量函数作为评估公交运营模式的依据,利用理论模型和仿真模型评估常规公交和可变线路式公交两种模式下的服务水平,提出了一种服务模式选择方法。该方法考虑了需求响应类乘客的波动和实际运营时的不稳定客流,获得了两种运行模式的临界转换需求密度,当实际密度低于该临界值时,可变线路式公交运行模式表现更佳。该方法在能够帮助交通工程师判断合适的公交运营模式,提升可变线路式公交的可操作性。3)提出了一种可变线路式公交服务票价制订方法,与常规公交模式下宏观票价制订方法不同,该方法考虑了不同类型乘客实际接受的服务水平,所提出的票价结构能够反映出各乘客组的公交服务价值,为交通工程师制订更为合理和公平的票价制度提供了一种新思路。4)针对可变线路式公交运营中由于松弛时间限制导致乘客拒绝的问题,提出了一种动态站点策略,即利用临时站点为被拒绝乘客提供高质量出行服务的方法。基于实例的仿真结果表明,动态站点策略在实际客流超过服务能力的情况可以有效提升系统服务水平,乘客出行成本可以降低30%以上,该方法在其他类型的弹性公交服务中同样可以发挥作用,显著增强了弹性公交服务可靠性。5)基于Google Maps设计了一种新型可变线路式公交调度系统,该系统依托谷歌地图的强大性能,实现了路网数据、路况数据与车辆调度操作的高度融合,大幅提升了可变线路式公交系统的运营可靠性,为可变线路式公交车辆调度系统的开发提供了一种新思路。本论文从可变线路式公交系统的车辆调度和运营模式入手,进行可变线路式公交的优化设计。推动我国弹性公交出行服务的发展,这对于提高我国公共交通服务水平、增强公交吸引力、缓解城市交通拥堵问题有着重要的现实意义。