随着城市经济的飞速发展,城市公交网络规模越来越大,居民出行需求也随之增加,城市公共交通需求增长与公交网络系统供给能力不足的矛盾日益突出,交通拥堵等交通问题频发,降低了城市公交网络的运输效率,影响了人们的生活质量。本文基于复杂网络理论,对城市公交网络这种典型复杂网络结构的拓扑性质、网络结构特征及网络设计与优化方法进行研究,提高了城市公共交通运营效率。分别从城市公交网络的拓扑性质评价因子、换乘系统性能分析与优化、网络结构设计这三个方面进行论述,为城市公交网络的设计与优化提供可行方案,具体研究工作如下:建立基于邻接站点表示方法的青岛市公交网络模型,通过多个评价因子对青岛市公交网络的拓扑性质进行分析,提出了研究公交网络中站点承载压力大小的方法。结果表明青岛市公交网络是稀疏连接的复杂网络结构,站点间的连接方式呈现正相关性,社区化结构明显,多数公交站点聚类系数偏小,相邻站点间的连通性较差,还有较大发展空间。针对传统公交网络换乘次数的计算方法具有占用空间大、计算时间长等缺点,通过构建基于P空间表示方法的城市公交网络模型计算公交网络换乘次数的方法,研究了青岛市公交网络换乘系统的平均换乘次数。分析影响换乘系统的因素,提出平均换乘距离作为评价公交站点间换乘性能的指标并进行优化,有效的优化了青岛市公交网络的平均换乘次数和平均换乘距离。针对城市公交网络普遍存在的拥挤问题,通过分析公交网络拓扑结构与网络容量的关系以及各网络结构拓扑特征,确定了无标度公交网络结构具有较高的客流容量。将BA无标度网络模型生成算法与实际公交网络相结合,提出了基于站点间引力作用的公交网络生成算法,设计并生成具有无标度网络结构的青岛市市南区部分公交网络。