城市公交系统一直致力于为乘客提供高效、方便、可靠的出行服务。在其日常运营过程当中，公交车辆在站点处的排队现象和串车现象十分常见。这两类现象的发生极大地影响公交系统的运行效率以及服务水平。针对这两类现象，并充分考虑多条公交线路之间的交互影响以及路边停靠式公交车站的具体结构，本文研究了公交车辆站内运行机制和站间运行控制问题。首先，针对排队现象，本文基于超车进站、超车出站这两类行为所组合的四种不同的超车规则，构建相应的排队模型对车站通行能力进行计算。同时，在低、中、高车辆达到率情况下给出了不同排队模型的车辆期望排队延误的解析表达式。考虑公交车实际运行情况，进一步构建了一个刻画不同超车行为随机发生的排队模型。通过仿真实验，验证了上述模型的准确性并给出了公交车在站点的最优超车策略。其次，针对串车现象，本文提出了一种实时控制公交车辆站间行驶速度的方法，并分别构建了驻车和旅行时间控制优化模型，通过对旅行时间模型离散化处理得到速度控制优化模型。在滚动时域框架下，对这三个模型的控制效果进行了检验。实验结果表明速度控制策略作用下的公交车运行效率更优。最后，基于前两部分的工作，本文提出一种可以同时防止串车并缓解站内排队拥堵的公交车运行控制策略，并考虑系统内多线路公交车运行情况构建车辆速度控制优化模型。仿真实验结果表明，该模型可以减少乘客的平均等待时间和车辆的平均等待延误，提升线路整体运行效率。