道路交通网络是城市的基本骨架,其作用是服务公众出行和客货输送,从而保障城市各项基本功能的正常运转,进而促进城市社会经济的进步。然而道路交通网络中的拥堵现象越来越严重,严重制约着城市经济和社会文明的发展,同时也严重影响了居民生活质量的提高,另外,交通拥堵是交通安全最大隐患。对道路交通网络进行建模及结构特征分析能够为道路的设计者和交通的管理者提供一定的数据支持；考虑道路交通网络中交通拥堵的地点固定性和时间规律性,对道路交通网络中关键交叉口和路段的识别及道路交通网络状态的时序分析能够为缓解交通的策略制定和实施提供一些针对性的帮助；对道路交通网络中典型交叉口和路段的优化分析能够提高交通通行能力,从而缓解交通拥堵。本文以道路交通网络的交通拥堵缓解为背景,研究了道路交通网络的模型及结构特征分析方法、道路交通网络的关键组分识别方法、道路交通网络状态的时序分析方法、道路交通网络典型交叉口的优化方法和道路交通网络典型路段的优化方法,并以北京市部分道路交通网络为实例及典型交叉口和路段的仿真实验验证了以上方法的有效性。本论文的研究成果主要包括以下五个方面：(1)构建了一种普适的道路交通网络模型,可形成三类道路交通网络模型：无功能属性网络模型、静态功能属性网络模型和动态功能属性网络模型；分别给出了三类道路交通网络模型结构特征分析的指标。以北京市部分道路交通网络为例对以上的各种模型的结构特征分析的指标进行实例分析。(2)考虑道路交通网络中拥堵地点的固定性,提出了基于无功能属性网络模型的关键交叉口识别方法,分别考虑了节点的连通度、节点失效后局部连通性的变化、节点的平均最短路径距离和节点失效后路网平均最短路径距离的变化：提出了基于静态功能属性网络模型的关键交叉口识别方法,分别考虑了节点里程度、节点能力度、节点能效度和节点介数；提出了基于动态功能属性网络模型的关键路段识别方法,分别考虑了实时流量、实时速度、实时占有率和实时交通状态;提出了基于路段邻接关系和路段拥堵状态时间分布的关键路段识别方法。以北京市部分道路交通网络为例,分别对以上的四种道路交通网络关键组分识别方法进行实例验证。(3)考虑道路交通网络中拥堵时间的规律性,提出了一种道路交通网络状态的时序分析方法,该方法考虑了道路交通网络上各个路段的实时流量、实时速度和实时占有率,采用网络介数的概念计算路网组分的重要度,基于有序数列的最优分割方法对每个组分状态数据序列进行最优分割,得到早高峰和晚高峰的时间区间,采用时间区间加权方法计算早高峰和晚高峰的时间分布,基于概率与可能性的转化得到路网早高峰和晚高峰的模糊时间区间,通过可能性理论给出道路交通网络一天五个状态的模糊时间区间,实现道路交通网络状态的模糊划分。以北京市部分道路交通网络为例给出了时序分析的结果,并进行了相关的讨论分析。(4)针对信号灯的优化控制能够提高交叉口的通行能力,提出了一种基于模糊混杂Petri网的交叉口信号灯实时控制模型,该模型基于各相位的排队长度及交叉口交通流量来确定合理的绿灯时长,同时基于各相位的红灯时长和排队长度确定合理的下一个绿灯相位,即实现变绿灯时长和非固定相位变化顺序的实时信号灯控制方案。以一个简单四相位的十字交叉口为例,进行了仿真实验分析。(5)针对公交专用道的优化设计能够提高整条快速路的通行能力,提出了公交专用道的一种优化设计方法,即具有一定物理长度的公交专用道,构建了基于元胞自动机的含一个无港湾公交车站的三车道交通流模型,在模型构建的时候重新定义了车辆的换道行为准则,并给出了车辆的状态更新规则,分析了三种不同类型的公交专用道的交通流行为特征,通过仿真实验进行了一些对比分析和讨论。