近年来,世界范围内突发性重大自然灾害事件频繁发生,不仅考验着各国政府、地方管理职能部门的应急水平,更对道路交通系统提出了新要求。在交通运输的五种形式中,道路交通系统是公众最常用的交通手段,受自然灾害影响也最为显著,已经成为了应急疏散和救援的最薄弱环节。在发生突发重大自然灾害时,抢险救灾的首要任务是保证应急疏散与救援的安全性与畅通性,快速、有效的应急交通管理能够保障生命安全,减少财产损失,降低自然灾害对社会经济的影响程度。论文以重大自然灾害环境下的大范围路网为对象,综合运用多模态交通信息、多尺度路网信息以及自然灾害性质与严重程度等信息,重点研究以下内容:(1)应急疏散路网连通可靠性模型。在路网连通度分析的基础上,利用地震灾害下建筑物倾倒宏观震害规律,研究其对震后疏散路网连通度的影响和关系模型。引入建筑物震害作用下的倾倒概率估计模型和倾倒影响范围系数等地震学研究成果,将地震学研究和交通理论相结合,提出一种震后疏散路网连通度修正模型,给出了系统的震害路网连通度评估程序。(2)基于可靠性分析的应急交通管制区域确定方法。在应急疏散路网连通可靠度计算结果的基础上,对TransModerler交通仿真工具进行二次开发,加入应急疏散时间计算模块和道路通行能力折算模块,使其适应自然灾害环境;建立基于应急仿真的路网连通可靠度与应急交通管制公路网密度的关系模型,针对特定自然灾害环境,以合理的人均公路网密度来确定应急交通管制区域。(3)重大自然灾害环境下路网流量预测及运行状态评估。提出一种基于混沌理论中的相空间重构和PLR相结合的短时交通流量预测模型,通过实测数据对模型预测效果进行验证,利用皮尔逊相关系数聚类方法实现对路网中缺失数据的修补。对影响交通状态的交通流参数进行分析,以此为基础构建多角度、多方式交通状态初始变量集,采用随机森林方法筛选出影响交通状态敏感性较强的关键变量,构建组合核函数相关向量机模型,实现对路网中路段交通状态评估,并根据公路网里程拥挤率实现对路网态势评估。(4)高速公路分阶段协作应急资源调度模型。高速公路救援资源的配置和调度是应急救援的重要部分。优化资源配置,可以节约资源,避免浪费;分阶段资源调度,可以提高救援效率,降低救援成本。对高速公路路网进行抽象化处理,以资源配置总量最小为目标,构建应急资源配置优化模型;在此基础上,提出分阶段协作资源调度模型,利用LINGO和MATLAB软件进行模型验证和实例分析。(5)自然灾害环境下应急交通诱导路径规划方法。针对应急交通疏散路径优选问题,结合重大自然灾害环境下驾驶员路径选择行为的实际特点,建立考虑路线距离与疏散时间的双目标应急疏散路径优选模型。针对应急交通救援路径优选问题,从自然灾害救援的实际需求出发,根据路网连通可靠度、交通流理论中流量——速度关系,建立基于快速目标的应急救援车辆调度及路径优选模型。总之,本文从我国应急交通管理体系的现存问题出发,对重大自然灾害环境下路网运行状态评估及应急保障进行了较为系统而科学的研究,并对文中所提出的方法进行仿真分析与验证工作,研究成果一方面可以为我国重大灾害条件下应急保障技术的研究开发提供一定的技术储备,有利于跟踪并赶超世界先进水平,另一方面对相关领域如ITS(Intelligent transportation system)中的路网状态评价、交通管制区域确定等的研究也具有一定的参考价值。