随着科学技术的发展,人们对网络结构的认识越来越深入,近年来,复杂网络被越来越多来自物理、生物、数学、计算机、经济等不同学科领域的研究者所关注,成为现代研究的一个热点。城市公交网络作为城市客运方面重要的基础设施,对于城市的经济发展以及市民生活水平的提高起到至关重要的作用,公交网络的设计、规划与实现对于人们的出行有着重要影响。本文运用复杂网络的基本理论,以实证研究为先导,从天津市公交系统的网络拓扑特性出发,遵循网络建模的一般方法,构建了天津市停靠站点网络、公交线路网络和公交换乘网络三种网络模型,通过引入网络分析中一些重要的拓扑参数,如节点的度与度分布、特征路径长度、聚集系数、介数、点权和边权等,利用复杂网络的分析软件对天津市公交网络进行深入研究,并且具体说明这些拓扑参数的实际意义。本文的研究结果发现,天津市停靠站点网络具有无标度的特性,同时也具有随机网络的性质;公交线路网络和公交换乘网络模型具有小世界特性。在天津市依靠公交网络在一次出行中平均需要乘坐16.2站并换乘2.12次,这样市民出行一次平均需要的乘车时间为78.7分钟(假设等车和下车的时间各5分钟,每站时间耗费2分钟),时间耗费量比较大。本文还总结出天津市民乘坐公交出行时从一条公交线路换乘到另一条公交线路平均只需要0.88次,任意两条线路之间最多只需换乘3次。以上研究结论说明天津市公交网络的可达性基本上可以满足市民的出行要求,但是还不够便捷。同时,通过三种模型的建立求解得出天津市公交网络中某些公交线路具有中转作用,部分停靠站点具有中枢作用,应重点加强天津市的海光寺、东南角、滨江道、百货大楼、城厢东路、洋货市场、鼓楼东等公交站点的建设,同时重点加强对503路、651路、观光1路、观光2路、835路、680路等公交线路的优化和设计。最后,本文针对天津市公交网络进行了两种方式的鲁棒性分析,模拟了天津市公交网络在节点和线路出现随机故障和遭到恶意攻击时所表现出的鲁棒性。同时,综合考虑天津市公交网络中站点和线路的重要程度,以大容量、快速度、高效率的现代化城市公交网络为目标,提出两种优化改进的方案——快速公交和公交主干线。通过公交网络模型的相关验证,这两种改进方案有利于提高天津市公交网络的运营效率。