本发明公开了一种综合优化片区城乡公交时刻表编制与车辆调度的方法，包括以下步骤：构建双层规划模型；基于上层规划假设条件，以公交运营成本最小为目标，建立上层车辆调度模型；基于下层规划假设条件，以片区内乘客出行换乘总时间与换乘失败惩罚最小为目标，建立下层时刻表优化模型；下层时刻表优化模型求解，将已优化的可行任务班次集作为下层时刻表优化模型的满意解进行输出；上层车辆调度模型求解，输出完成可行任务班次集的所有任务链及对应所需车辆数；产生双层规划模型的最优解，完成最佳车辆调度方案及相应的片区城乡公交时刻表的输出。不仅可直观反映片区线路组织的运行计划，还能进一步满足乘客便捷换乘需求与企业车辆资源的有效配置。