随着中国城镇化进程不断加快,城镇人口规模不断增长,中国特大城市的发展面临越来越大的挑战,特别是不断加剧的城市拥堵以及空气污染问题,其中一个重要的因素在于城市机动车的无序增长。中国特大城市的发展的现实紧迫性决定了必须确立以城市公共交通系统作为城市交通的主体地位。另一方面,中国特大城市的公共交通发展的实践存在诸多困局与发展误区,其中一个重要原因就是城市公共交通系统规划缺乏对一系列的深层次的关键结构问题的研究,主要包括用地层面、需求层面和供给层面等三个层面的关键结构问题。因此,本文尝试在公共交通系统结构的研究框架下对中国特大城市的公共交通系统结构的关键问题进行研究分析。从基于公共交通的土地利用优化,公共交通出行需求分析和供给协调优化三个角度对上述的三个层面的关键问题进行研究。对我国特大城市公共交通系统发展所面临的结构性的问题进行了一次有益的研究,为公共交通系统规划提供了一定的理论基础,对于更好地实现公共交通优先发展的战略目标具有积极意义。本文主要包括以下研究内容：(1)开篇阐明了文章所要研究的关键问题,明确了研究对象,并对已有的国内外研究进行分类综述并进行述评,对国内外特大城市公共交通系统结构发展的相关案例进行了简要阐述,为论文的研究提供实证支持；明确特大城市公共交通系统结构所涉及的相关定义与内涵,指出公共交通系统结构除公共交通方式结构之外,应当基于公共交通供需理论增加涵盖公共交通出行需求结构和配置供给结构两个概念。(2)基于公共交通系统结构的土地利用优化。本文主要针对了公共交通用地层面的用地开发强度“均匀分布”的关键结构问题,以土地利用开发强度为指标,研究了基于公共交通系统结构的用地优化模型。首先通过构建基于微分方程Logistic非线性模型的公共交通与土地利用的互馈分析模型研究了公共交通与土地利用的发展模式的确定；对基于公共交通的用地价格的空间差异化分布通过建立基于双层回归的价格特征模型(BLR-HPM)进行研究,为土地开发的差异化结构性开发提供经济分析依据；最后基于前面的研究基础上,选取了公共交通交通相关主管运营的政府部门(同时代表用地开发受益方,公共交通供给方两者)和公共交通出行者两个优化模型主体,构建了基于双层优化模型的公共交通与土地利用的复合优化模型。(3)基于站点用地的公共交通出行需求分析。本文主要针对了公共交通需求分析中的用地因素输入指标的“均质化”,而忽略了公交需求本身存在着用地的空间差异化分布的问题。因此本文首先研究利用结构方程模型(SEM)揭示了公共交通站点用地会对出行行为(出行距离、出行时间、出行频率)产生的用地空间差异化的影响关系,进一步以此为基础,提出了基于站点用地空间加权的公共交通站点直接需求的最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型,并通过采用动态改变惯性权重的自适应粒子群算法(DCW-APSO)对模型进行了求解,该模型的提出简化了样本数据规模,同时提高了模型精度,对于公共交通站点客流量需求分析是有力的模型补充。(4)基于出行链的公共交通出行需求分析。本文主要针对了公共交通需求分析中的出行过程分析的“单一化”的问题,偏离了真实出行过程的“链式结构”。出行链摒弃了传统交通行为模型中表征每一次出行的单一性和孤立性,真实揭示城市交通出行全过程的连续性特征。本文通过构建基于出行链的出行空间分布的最大熵模型和基于出行链的出行方式交叉NL组合选择模型,为出行需求分析提供了更接近真实出行过程和更高模型解释能力的模型工具。(5)公共交通配置供给结构的协调优化研究。本文主要针对的是公交配置供给过于单一侧重追求某一种公交方式的“单一化”的结构问题。本章从结构协调优化的角度对公共交通的配置供给的总体布局模式,并对各种主要的公共交通方式的供给特性进行研究。对于城市轨道交通影响下的常规道路公交线网的局部优化调整进行了双层优化模型的研究,模型结果通过交通模型软件分配到实际网络中,显示取得了较好的客流效果。