伴随着经济脚步的逐渐加快,交通拥堵变得愈发严重,而产生该问题的根本原因在于交通供需的不平衡。近年来,道路建设日趋完善,城市内主要道路修建基本完成,道路面积历年趋于稳定发展,而小汽车的保有量却持年增长。在工作日的早晚高峰时期,路面经常会产生大规模的拥堵,甚至变成停车场。对于城市道路网的优化研究不仅可以发现现有道路存在的不足,还可以缓解交通压力,提高道路的通行能力。首先,本文在梳理了大量国内外研究现状的基础上,基于复杂网络理论,综合考虑城市快速路-主路道路网及城市主干路-次干路道路网这两种情况,并对现有道路网进行微观拓扑分析,发现其道路网结构并不满足小世界网络特性;根据此发现找到了城市道路网的异形化特征,定义了异形网络的概念,量化了异形网络的判定依据;同时,通过对路网中交叉口及路段通行能力影响因素的判断,定义了异形网络中大度节点及高权值边的概念。由此,便可较快找到路网中的重要节点和路段,便于后期进行道路网的优化设计;随后,以走行时间最短及用户平衡分配模型分别作为上下层目标函数建立了双层模型,并用遗传-粒子群混合算法对模型进行了求解;最后,通过实例分析验证模型实用性,并对道路网进行优化设计,提出了解决措施。文章主要研究内容包括:(1)明确异形网络概念:通过对现有道路网微观分析,即对包含出入口、辅路系统等的城市道路网进行拓扑,发现其并不符合小世界网络定义,随后通过城市道路网的异形化特征定义异形网络的概念。基于复杂网络理论知识,选用度分布、最小路径长度及平均聚类系数三个指标作为判别依据,并以两实例证实异形网络的真实存在;(2)网络异形化特征值提出:通过对道路网中交叉口及路段通行能力影响因素的研究,并将复杂网络统计特征值与道路网现状相结合,得到针对异形网络的统计特征值:大度节点和高权值边。该特征值的提出,可迅速找到路网中重要交叉口及路段,并对后期关于城市道路网的优化研究起到了重要的作用;(3)城市道路网优化模型研究:分别以用户出行时间最短为上层目标函数,用户平衡分配模型为下层目标函数建立城市道路网双层优化模型,并用遗传-粒子群混合算法对模型进行了求解;(4)案例分析:以北京市西城区旧城道路网为实际案例,首先基于该区域路网具有异形化特征这一前提,对模型实用性进行了验证,随后计算优化结果、提出优化方案,最后对优化前后道路网属性进行了比较,得出优化后的城市道路网异形化特征变小这一结论。