西北地区是丝绸之路经济带的重要组成部分,其中兰州、西安、乌鲁木齐等节点城市势必会成为丝绸之路经济带的桥头堡。研究西北地区铁路网络的结构和布局,将对西北地区铁路路网更好的发展及规划提供理论和政策支持。本文首先分析了中国铁路的发展历程以及中国铁路网络的特征,然后从两个角度对西北地区铁路网络的结构进行了分析:第一,依据复杂网络理论,运用Pajke和R软件对西北地区的铁路物理网络拓扑结构进行分析。通过对比高铁和普铁网络,发现西北地区铁路发展滞后,惠及城市较少,连通性较差,发展潜力大。分析了在建高铁网络的拓扑结构,发现考虑在建高铁后,高铁网络的连通性有所提高,但是相较于普铁还是需要进一步发展。将普铁和高铁综合考虑,通过攻击节点城市,对西北地区铁路网络的可靠性进行了分析,得出主要城市受到攻击时整个网络的可靠性较差,而重要度低的城市对整体网络的影响不是很大的结论.第二,既有的研究中,对于铁路网络的研究对象多数是网络的节点和边或者是对于路网密度的研究,并不能考虑铁路线路的空间分布特性——线路分布的均匀程度。所以本文基于分形理论,运用ArcGIS软件对西北地区甘肃省、陕西省、青海省、宁夏回族自治区、新疆维吾尔族自治区的铁路网络覆盖度和覆盖深度进行了研究。发现新疆维吾尔族自治区的铁路覆盖度最高,其次为甘肃省,陕西省居中,青海省和宁夏回族自治区较低,陕西的覆盖深度最低,其次为甘肃、宁夏、新疆、青海。同时,就造成该结论的原因进行了分析。最后通过增加库尔勒-格尔木、乌鲁木齐-银川、汉中-西安的环线、新建线路等方法对西北地区铁路网络的结构进行了优化,并通过计算验证了方案的可行性,为西北地区铁路网络的发展和规划提出了合理建议。