公共交通系统对于国家或地区的经济发展以及人民生活水平的提高具有至关重要的作用。近些年,自然灾害、需求激增、设备故障、恐怖袭击等因素使得公共交通系统的故障概率逐年增加,给国家或地区的经济造成不同程度的损失。因此,公共交通系统的脆弱性研究得到了政府、学术界高度的关注。目前,关于公共交通系统脆弱性的研究主要针对单个交通系统展开,忽略了不同类型交通系统之间的互补关系,而这种关系对系统脆弱性的分析有着重要影响。国家层面的铁路系统、航空系统和城市层面的公交系统、地铁系统都是典型的互补公共交通系统。本文首先提出了互补公共交通系统的脆弱性分析框架,主要包括互补公共交通系统的多层网络模型、系统性能指标的选择、灾害情形的模拟和脆弱性评估,然后利用该框架分析了由武汉市公交系统和地铁系统组成的互补系统的脆弱性。在系统建模部分,采用三层网络对互补的公共交通系统建模,每一层表示一个系统,不同层之间的边描述不同系统之间的关联关系;在系统性能指标部分,分别采用基于拓扑的性能指标和基于服务性能指标来评估互补交通系统的性能,并给出计算方法;在灾害情形模拟部分,考虑了三种类型的灾害事件,随机故障、基于度的攻击和基于介数的攻击。基于以上脆弱性分析框架,本文从三方面分析互补公共交通系统的脆弱性:(a)基于乘客联运换乘距离偏好(PITDP)的脆弱性分析,采用互补强度来量化公交系统和地铁系统之间互补关系的强弱,并分析了PITDP对脆弱性和互补强度的影响,研究结果有助于设计改变PITDP的政策来降低系统的脆弱性;(b)基于地铁系统演化的脆弱性分析,本文提出动态累积脆弱性(DAV)来量化系统演化过程中脆弱性的动态变化,并提出一种贪婪算法通过最小化地铁系统演化过程中公交系统的DAV来优化地铁系统的扩建方案,研究结果可以为公共交通系统的设计和改善提供决策;(c)互补的公共交通系统的多维度脆弱性分析,本文以社区通过互补公共交通系统获取不同类型公共服务基于时间的可达性为性能指标,对互补的公共交通系统进行脆弱性评估,这几类服务包括通勤服务、医疗服务、教育服务、商业服务和长途客运服务,研究结果不仅可以为市民购房提供建议,还能为互补公共交通系统的设计和规划提供决策支持。