随着近几年中国铁路的飞速建设,到2013年底,全国的铁路营业里程已经突破10万公里,高铁运营里程破1万公里,中国已建成庞大的铁路网络。随之而来的问题是,随着铁路网络的逐渐复杂化,单一车站或线路的故障容易引发连锁反应。复杂网络理论与方法是近几年备受关注的研究复杂系统的新角度,随着研究的逐步深入,复杂网络已应用于多个学科领域。其中交通领域中主要是应用复杂网络方法研究城市公共交通网络问题、航空网络问题以及铁路网络问题等。本文采用复杂网络理论,分析了中国铁路网的拓扑结构特征。以此为基础,引入信息论中相对熵的概念,建立了中国铁路地理网的鲁棒性测度模型,并依据测度模型对地理网进行优化。首先,构建了中国铁路地理网络模型,研究了中国铁路网的复杂网络特征。其次,引入信息论中相对熵的概念,建立了地理网测度模型,依据“十二五”规划铁路网以及2008年铁路网研究了中国铁路地理网络的鲁棒性,得出结论,中国铁路地理网络的抗毁性较差。最后,建立了一套从整体到局部的容错性优化模型。以异质性为目标函数,规模约束以及实际约束为约束条件,对中国铁路地理网建立整体优化模型,最终得到容错性最大时,平均节点度应为3.7464。在整体优化模型基础上,以异质性为目标函数,以效率约束、成本约束以及整体优化节点度约束为约束条件,对局部铁路网建立了局部模型,提出优化方案,并对优化结果进行了容错性检验,结果表明优化后网络具有更强的容错性。