近几年,国内、外各大城市都在加紧寻求有效改善城市交通状况的措施。在我国交通资源有限的情况下,对城市公交线网进行分析和优化是最大限度地提高现有交通资源的利用效率、缓解城市道路交通紧张状况的必由之路。城市公交网络是一个典型的、开放的、复杂巨系统。本文将运用复杂网络理论,从不同角度对西安市公交网络拓扑结构进行实证研究,以进一步优化和改进城市公交网络。本文遵循建模的一般方法,以实证研究为先导,从西安市公交系统的网络宏观拓扑性质出发,将该城市公交网络划分为公交站点网络、公交线路网络和公交换乘网络,通过引入网络分析中一些常见的重要拓扑参数,如节点度与度分布、聚类系数、平均最短路径长度、点权和边权、节点介数等来对西安市公交网络进行深入的分析,并从交通工程的角度对这些拓扑参数的具体意义进行研究。本文所建模的西安市公交站点网络、公交线路网络和公交换乘网络都是无向加权网络。其中,城市公交站点网络是用来研究公交站点与站点之间的连通性,把公交站点抽象为节点,每条公交线路的两相邻站点之间连接一条边,两相邻站点中连接的公交线路数被定义为该边的权,站点停靠的公交线路数被定义为该站点的权;城市公交线路网络主要研究公交线路与线路之间的连通关系,节点代表的是公交线路,如果两条公交线路有相同的停靠站点,则在两个节点之间连接一条边,两条公交线路的相同停靠站点数被定义为该边的权,节点的权则定义为通过该节点所有边权的和;城市公交换乘网络是用来是研究公交站点的换乘情况,节点代表公交站点,如果两站点之间有同一条公交线路通过并停靠则两站点之间有一条边连接,两站点之间通过并停靠的公交线路数被定义为该边的权。本文的研究表明,西安市公交站点网络、公交线路网络和公交换乘网络的平均最短路径都相对较小,聚类系数相对较大,表明这三种网络都具有小世界网络特征;研究还发现,这三种网络的节点度分布并不遵循幂率分布而是更接近指数分布。在具有这种特征的网络中,即使去掉度高的节点或者权重较大的节点对网络的整体结构并不会带来致命的影响;通过对西安市公交网络拓扑结构整体进行研究,发现西安市公交网络总体上来讲并不发达,拓扑结构不甚合理,公交运输效率较低,有待进一步改进和优化。最后,本文在复杂网络的实证研究基础上,从交通工程和城市规划的角度出发,提出了西安市建设分层结构公交系统的优化建议。通过这样的优化,西安市的公交网络将会呈现出分层次的具有社团结构的拓扑结构,公交网络的整体运营效率将会大幅度提升。