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随着城市规模不断扩大、人口在城市聚集，城市的公共交通系统已经承担起远距离、高强度的出行重任，因此，随着出行需求的日益增加，城市公共交通系统也面临更高要求的挑战。如今仅靠单一的交通模式已很难满足城市的出行需求，以轨道交通为主，其他公交辅助的组合出行模式也逐渐成为现代人们日常出行的主要方式。以“轨道交通为骨架、常规公交为网络、出租车为补充、慢行交通为延伸”的一体化都市公交体系已成为当下社会的发展趋势。然而，一些不可忽视的因素如自然灾害、恐怖袭击、需求激增、设备故障等事件会导致路网结构被破坏，使路网连通性和可达性差，是影响城市公共交通系统的稳定性和服务水平的严重威胁。而且这类破坏也会给国家或地区的经济造成不同程度的损失。因此，维护公共交通系统可靠性是保障城市交通秩序和城市发展的关键所在。
城市公交系统包括多种公共交通模式故而是一个非常复杂的系统。近年来用复杂网络对城市公共交通系统的研究也日渐成熟。而城市公交系统中由于多种不同公交模式之间存在互补关系，从而形成了一个多层的复杂网络。基于此，本文在多层复杂网络理论的基础上，建立了互补模式下的城市公交双层复杂网络模型，并从网络的空间拓扑结构和社会服务功能两个角度出发，研究了互补模式下的城市公交双层复杂网络模型的空间可靠性和服务功能的可靠性。具体包括以下内容：
（1）构建了互补模式下的城市公交双层复杂网络模型。目前，对复杂网络的应用范围越来越广，用复杂网络对交通系统的研究成果有大量的文献可循。但这些研究都是针对某一种单一的交通模式或建立单层的复杂网络。而交通系统是一个多元、多层的复杂系统，现在大多数城市的交通系统包括地铁、轻轨、公交、出租车、公共自行车等多种模式，因此单一的或单层的复杂网络模型已经不再适用于当下实际的交通系统。基于此，本文利用多层复杂网络理论，选取公交和地铁两种模式，构建了互补关系下的城市公交双层复杂网络模型。我们知道，城市公交双层复杂网络模型是一个超网络模型，因此，传统的城市公交复杂网络中的静态统计特征不适用于双层网络中，基于此，本文对城市公交双层复杂网络模型的统计特征指标进行了新的定义，并提出了新的计算方法。
（2）在对城市公交双层复杂网络模型建立的基础之上，本文进一步对网络的空间拓扑结构的静态特征和动态特征进行了研究。分别从网络空间的静态拓扑特性和动力学特性两个方面，对网络的拓扑结构特性和网络的动态演化机制做了深入的分析。
（3）研究了互补模式下的城市公交双层复杂网络拓扑空间结构上的耦合可靠性。首先本文提出了基于互补模式下的城市公交双层复杂网络模型，并通过模拟随机攻击和基于度、基于介数的蓄意攻击三种灾害情形，对互补关系下的双层公交网络拓扑性能可靠性构建了分析框架。首先通过分析两种不同模式下的城市公交双层网络中，两个异质层公交网络之间在互补关系条件下的空间耦合关系，建立对城市公交双层复杂网络的空间耦合的性能提出了本文提出了相应的耦合性指标，给出耦合性评价的方法，基于此，同时构建了互补关系下的城市公交双层复杂网络模型的空间可靠性分析体系。通过对灾害情形的模拟，考虑了3种类型的灾害事件，研究了根据不同的攻击模型，在网络的动态演化机制下，两个异质层子公交网络之间互补关系的变化及对其整体网络空间可靠性的影响。
（3）我们知道，城市公交系统的重要价值主要体现在其社会服务功能上，因此本文在前文对网络拓扑空间耦合可靠性分析结果的基础上，进一步研究了互补模式下的城市公交双层复杂网络的社会服务功能可靠性。通过模拟随机攻击和蓄意攻击的故障实验，分析了互补模式下的城市公交双层复杂网络的社会服务功能可靠性。通过考虑设备故障、自然灾害、恐怖袭击等事件导致的运营中断所造成的城市公交系统内的客流延误、客流损失以及出行成本的增加程度，本文从互补模式下的公交系统的社会服务功能的角度出发，对网络服务功能可靠性进行了分析。通过使用连续平均算法(MSA算法)来求解服务网络中的客流分配模型,并采用JAVA语言编制了算法程序,以此计算了不同运行区段的运输能力可靠性指标。最后以兰州市地铁-公交互补的公交复杂网络为例，分析了兰州市城市公交双层复杂系统的服务功能可靠性，并得出以下结论：双层子系统之间的互补效应能够明显提高整体公共交通系统在中断事件中的可靠性。通过比较分析发现，公交对于地铁的互补效应强于地铁对公交的互补效应，并且互补模式能够降低乘客的出行总成本，加大公交出行的吸引力，同时还能有效提高公交和地铁系统的可靠性，在网络受到攻击时，相比单一的交通模式，能够更好的保证有效出行。
（4）提出了基于乘客的换乘距离偏好（Passenger Transfer Distance Preferences，简称PATDT）的可靠性提升意见。本文利用互补强度对公交网络和地铁网络之间的互补关系进行了量化的描述，同时分析了PATDT对互补强度和网络可靠性的影响。实验结果表明，互补双层公交系统的可靠性会随着PATDT的增加而增加，且互补模式下的地铁系统可靠性对PATDT的变化更加敏感。
城市公交系统包括多种公共交通模式故而是一个非常复杂的系统。近年来用复杂网络对城市公共交通系统的研究也日渐成熟。而城市公交系统中由于多种不同公交模式之间存在互补关系，从而形成了一个多层的复杂网络。基于此，本文在多层复杂网络理论的基础上，建立了互补模式下的城市公交双层复杂网络模型，并从网络的空间拓扑结构和社会服务功能两个角度出发，研究了互补模式下的城市公交双层复杂网络模型的空间可靠性和服务功能的可靠性。具体包括以下内容：
（1）构建了互补模式下的城市公交双层复杂网络模型。目前，对复杂网络的应用范围越来越广，用复杂网络对交通系统的研究成果有大量的文献可循。但这些研究都是针对某一种单一的交通模式或建立单层的复杂网络。而交通系统是一个多元、多层的复杂系统，现在大多数城市的交通系统包括地铁、轻轨、公交、出租车、公共自行车等多种模式，因此单一的或单层的复杂网络模型已经不再适用于当下实际的交通系统。基于此，本文利用多层复杂网络理论，选取公交和地铁两种模式，构建了互补关系下的城市公交双层复杂网络模型。我们知道，城市公交双层复杂网络模型是一个超网络模型，因此，传统的城市公交复杂网络中的静态统计特征不适用于双层网络中，基于此，本文对城市公交双层复杂网络模型的统计特征指标进行了新的定义，并提出了新的计算方法。
（2）在对城市公交双层复杂网络模型建立的基础之上，本文进一步对网络的空间拓扑结构的静态特征和动态特征进行了研究。分别从网络空间的静态拓扑特性和动力学特性两个方面，对网络的拓扑结构特性和网络的动态演化机制做了深入的分析。
（3）研究了互补模式下的城市公交双层复杂网络拓扑空间结构上的耦合可靠性。首先本文提出了基于互补模式下的城市公交双层复杂网络模型，并通过模拟随机攻击和基于度、基于介数的蓄意攻击三种灾害情形，对互补关系下的双层公交网络拓扑性能可靠性构建了分析框架。首先通过分析两种不同模式下的城市公交双层网络中，两个异质层公交网络之间在互补关系条件下的空间耦合关系，建立对城市公交双层复杂网络的空间耦合的性能提出了本文提出了相应的耦合性指标，给出耦合性评价的方法，基于此，同时构建了互补关系下的城市公交双层复杂网络模型的空间可靠性分析体系。通过对灾害情形的模拟，考虑了3种类型的灾害事件，研究了根据不同的攻击模型，在网络的动态演化机制下，两个异质层子公交网络之间互补关系的变化及对其整体网络空间可靠性的影响。
（3）我们知道，城市公交系统的重要价值主要体现在其社会服务功能上，因此本文在前文对网络拓扑空间耦合可靠性分析结果的基础上，进一步研究了互补模式下的城市公交双层复杂网络的社会服务功能可靠性。通过模拟随机攻击和蓄意攻击的故障实验，分析了互补模式下的城市公交双层复杂网络的社会服务功能可靠性。通过考虑设备故障、自然灾害、恐怖袭击等事件导致的运营中断所造成的城市公交系统内的客流延误、客流损失以及出行成本的增加程度，本文从互补模式下的公交系统的社会服务功能的角度出发，对网络服务功能可靠性进行了分析。通过使用连续平均算法(MSA算法)来求解服务网络中的客流分配模型,并采用JAVA语言编制了算法程序,以此计算了不同运行区段的运输能力可靠性指标。最后以兰州市地铁-公交互补的公交复杂网络为例，分析了兰州市城市公交双层复杂系统的服务功能可靠性，并得出以下结论：双层子系统之间的互补效应能够明显提高整体公共交通系统在中断事件中的可靠性。通过比较分析发现，公交对于地铁的互补效应强于地铁对公交的互补效应，并且互补模式能够降低乘客的出行总成本，加大公交出行的吸引力，同时还能有效提高公交和地铁系统的可靠性，在网络受到攻击时，相比单一的交通模式，能够更好的保证有效出行。
（4）提出了基于乘客的换乘距离偏好（Passenger Transfer Distance Preferences，简称PATDT）的可靠性提升意见。本文利用互补强度对公交网络和地铁网络之间的互补关系进行了量化的描述，同时分析了PATDT对互补强度和网络可靠性的影响。实验结果表明，互补双层公交系统的可靠性会随着PATDT的增加而增加，且互补模式下的地铁系统可靠性对PATDT的变化更加敏感。