中国高铁网正进入持续发展的阶段,随着“高速”客运时代的到来,越来越多的城市将感受到高铁所带来的时空压缩效应。如此规模的高铁网在给公众带来便利交通的同时,也为认识和理解空间系统提出了许多挑战,其中需要解决的三个问题包括：1)如何评价高铁网给高铁连接城市带来的宏观可达性影响?2)如何安排高铁服务在城市间的分布从而使客运专线网络的性能尽可能达到最优?3)在城市尺度上,如何评估通过城市公共交通连接的高铁站的空间可达性?针对这三个现实问题,现有的技术手段存在的一些问题包括：1)目前尚没有对铁路运输系统不同功能结构所采用的网络抽象表达方法进行系统的研究；2)复杂网络为认识和理解自然界的复杂系统提供了良好的理论和方法,但是目前这些理论在空间复杂网络中的应用仍缺乏丰富的实证分析,对具有空间位置或者距离约束的网络演化仍然认识不足；3)虽然目前已经有大量关于城市公共交通系统可达性分析的方法和实证,但大多是基于公众接入公共交通的系统可达性的分析,而对公共交通系统内部基于设施的可达性鲜有研究,这就为解决诸如高铁站或飞机场通过市内公共交通接入后的空间可达性分析带来了困难。针对这些问题与不足,围绕着三个问题的解决,本论文包含以下几个方面的研究内容：1.首先提出本论文研究的背景与意义。论述了解决这三个问题的现实价值和迫切性。并分析当前交通网络宏微观研究方面存在的不同视角,进而提出本文的研究思路、研究目标和主要内容。2.总结了当前空间网络科学的研究现状和已取得的研究成果,这些成果是本论文研究的部分理论基础。具体包括空间复杂网络的小世界网络和无标度网络理论、交通网络不同功能结构的抽象表达方法、交通网络的复杂网络分析技术、交通网络与宏微观可达性分析以及可达性分析的作用等。3.基于复杂网络理论研究高铁网空间增长问题,将高铁客运组织网抽象为P-空间图表达,即高铁站所在城市作为图中的节点,如果两个节点间无需换乘就可到达则两点间有边连接,将高铁行车组织产生的服务关系作为两个站点之间空间邻近关系的抽象；在分析中国铁路组织网的结构特征的基础上发现高铁客运组织网的网络增长机制,提出一种基于节点对连接度和节点间距离的连接概率模型,将高铁服务在城市间的空间增长视作基于连接概率的P-空间图中边不断增加的过程。该模型考虑了铁路网基于空间嵌入的特征,其增长更能反映真实的物理机制。以小世界网络特征为标准,发现最佳的模型参数、网络规模和网络性能。4.利用基于位置的可达性分析技术评估高铁网关键城市的可达性空间分布,所使用的可达性指标从不同概念和角度全面反映高铁网的可达性影响和高铁开通前后的可达性变化。利用可达性的对比分析发现航空网和高铁网网络内在结构对于外在可达性的影响。5.提出一种选择城市地铁网接驳的高铁可达性分析模型：集成的三步浮动覆盖区(A3SFCA)模型,用以计算在城市不同区域的公众享有该城市高铁出行机会的水平。该模型扩展了原有的城市公共交通系统的可达性分析模型,不仅考虑了城市公共交通的系统可达性还考虑了公共交通系统内部基于设施的可达性。