航线是航空公司的客货运输市场，是航空公司赖以生存的必要条件。航线网络的布局是航班计划的前提，航班计划等生产计划只能针对现有航线网络来安排布置。所以，航线网络布局是否合理在航空公司运营中起着重要的作用，科学合理地、实事求是地设计航线网络，对于有效地组织生产，充分地发挥民航运输企业的潜力，提高生产效率和生产质量，具有极其重要的意义。　　 本文针对国内航空公司旅客OD流量以及枢纽航线网络的拓扑结构特性，从机场城市的枢纽特性指标入手，展开对枢纽机场等级划分问题、考虑机场节点容量限制的枢纽选址问题以及航线网络优化设计问题的研究。首先，阐述了枢纽航线网络优化设计问题(航线网络规划问题)及相关定义，根据多属性决策中选择枢纽的特性指标，依据聚类分析方法中系统聚类原理，借助MATLAB软件工具计算出基于枢纽特性指标的机场等级划分；其次，考虑机场作为枢纽时的容量限制，根据枢纽机场的枢纽中位特性以及机场之间的OD流量，将问题简化为带有容量限制的聚类问题，基于NCL的POEM软件平台集合规划方法确定合理的枢纽机场节点；最后，对无容量限制的多分配枢纽中位问题进行分析，提出求解该问题的改进Benders分解算法，通过CAB数据验证算法的正确性，依据前文的枢纽选址结果，完成枢纽航线网络的设计问题，并且将求解结果与不确定枢纽选址情况下的计算结果进行对比。　　 全文中，第二、三章对应的问题主要集中于选址问题，第四章对应的研究内容则主要侧重于路径优化的枢纽中位问题。当然，在枢纽航线网络优化设计研究中，枢纽选址与航线优化是不可分割的。所以，论文在研究选址问题的同时，也会简要说明OD的路线分配方式；在研究航线网络优化的同时，也会简要说明相应的选址情况。