我国的城市群正处于发展阶段，探讨城市群规划中的公共交通问题对城市群交通系统的完善有重要意义。本研究从公交运营成本与乘客出行成本构成的总成本之和最小的目标出发研究公交线路的最优设计；从公共交通运营者的收益最大和乘客的广义出行成本最小的角度研究最优票价的测算。本文以呈带状形态的城市群为背景，假设公交运营符合现状的交通政策，利用数学规划思想，以总成本最小为目标函数，公交发车频率为决策变量，以城市间设计的公交线路对称、发车间隔不超过最大设定值、车辆容量限制、断面流量限制及发车频率为非负整数为约束条件，建立非线性整数规划模型TOR。该模型应用的前提条件是，带状城市群有唯一的线性运输走廊，不同城市间的居民出行OD矩阵，车辆运行速度、运行时间，乘客时间价值，公交企业单位运营成本及折旧成本已知。根据该模型计算得到的发车频率是否为零，作为任意两个城市间是否设置公交线路的依据，根据计算的整个城市群所有城市间发车频率得到最优的公交线路。文章应用优化软件Lingo求解基于TOR模型的数值算例，结果表明该模型的提出在理论上可行并有应用潜力。在路线设计的基础上，本文以公交运营者的收益最大和乘客广义成本最小为目标建立双层规划模型，其中上层模型以公交票价为决策变量，以票价调整幅度为约束条件，下层模型基于随机用户均衡模型构建，以不同路线的客流量为决策变量，以路段容量限制为约束条件。论文证明了构建的双层规划模型解的存在性和唯一性，运用敏感度分析方法求解数值算例获得最优票价。研究表明，此项研究工作可用于实际工作中的票价调整。本论文首次从理论上针对带状城市群公交线路的设计问题与合理票价制定问题分别提出模型与求解方法。研究表明论文提出的模型与方法在理论上可行。论文的算例结果进一步表明，本研究成果可以直接为城市群公交线路规划与最优设计，票价调整及运营调度工作提供决策依据。