公路交通运输在综合运输中体量大、分担的交通量最多,因此研究公路交通的结构优化问题尤为重要。在发展规模方面,传统的规模预测方法是基于公路网自身的发展规律考虑,在发展综合交通的背景下,公路网规模结构需要与综合交通规模达到均衡状态,才能促进公路交通及整个运输系统的高效运转;在公路网等级结构优化方面,传统等级结构优化多是基于公路交通运输的建设资金、饱和度、通行能力等优化目标,在公路交通进入现代化转型时期,并迈向高度现代化的过程中,发展绿色交通和提高综合运输效率逐渐成为核心的优化目标。文章首先分析在综合交通发展背景下公路网上层结构规模的优化需求。通过分析综合交通系统不同发展阶段对公路网发展的影响,发现铁路交通是综合交通运输系统中对公路发展规模影响最大的运输方式,并对不同交通方式之间运输量的转移规律进行分析;其次,结合公路现代化转型阶段和高度现代化时期发展需求的不同,明确下层结构优化以降低碳排放和提高运输效率为优化目标,为随后的等级结构优化模型奠定理论基础。对上层公路网合理发展规模预测从两个角度进行分析,一方面,在分析“全面二孩”政策对人口规模的影响、三大产业结构变动对公路网系数的影响、以及城镇化对公路网发展规模影响的基础上,通过改进的国土系数法,预测未来特征年公路网的发展规模;另一方面,通过增长率法求出综合运输需求,利用马尔科夫转移矩阵分析不同交通运输方式的客、货运量分担率的转移,并借助Matlab软件进行求解运算,然后提出了路网平均运输强度作为运算参数,得出在其他交通方式影响下公路网的发展规模,然后综合两种方法的预测结果确定公路网的合理发展规模。对下层公路网等级结构优化的研究分析,首先,通过对不同运行速度下不同车型的碳排放量进行分析,再考虑不同技术等级公路车型组成比例的不同,得到不同等级公路碳排放量的计算公式;然后,选取恰当的公路运输的投入、产出要素,利用SPASS软件分析因素的相关性,通过DEA超效率模型分析公路的综合运输效率,再根据《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)对各等级公路服务水平及V/C值的规定,提出了基于饱和度的高、低水平两个调整标准,确定公路网中各等级公路里程的约束条件,然后建立多目标优化模型,通过Matlab软件对模型进行计算求解。最后,以临沂市公路网为例,以验证规模预测和等级结构优化的实用性和可操作性。