为了从乘客感知的角度改进城市公共交通系统的服务水平，建立以安全性、便捷性和准时性等为显变量，乘客期望、乘客忠诚和乘客满意度为隐变量的结构方程。以南京市2路公交线路为研究对象，对公交服务感知模型参数的适配性进行拟合指数分析。结果表明：安全性、准时性与乘客忠诚之间的路径关系的增值拟合指数值（IFI）、比较拟合指数值（CFI）和非规范拟合指数值（TLI）小于0.90，处于不可接受的范围，删除得到修正后的公交感知服务结构方程模型。路径系数显示影响乘客满意度最重要的三个指标依次是便捷性、舒适性和经济性，路径系数分别达到0.808、0.789和0.654。乘客最期望公交车能达到的指标是便捷性、准时性和舒适性，路径系数分别为0.733、0.703和0.612。研究结果表明，建立的公交服务质量结构关系模型合理，可用于城市公共交通系统服务水平研究，为城市公共交通相关部门采取针对性的改进措施提供理论依据。