作为衡量城市道路交通运行效率的指标,交通拥堵评价指标在城市交通管理中具有广泛的应用。虽然研究学者关于拥堵程度对机动车排放的影响开展了大量的研究,但是缺乏城市路网拥堵程度和排放关系的定量化研究。尽管部分研究的研究对象为城市路网,但是没有对交通拥堵评价指标与机动车油耗排放强度的定量关系进行研究。鉴于此,本文以国家标准GB29107-2012《道路交通信息服务、交通状况描述》中的交通拥堵评价指标——道路交通运行指数(以下简称交通指数)为例,开展了其与机动车油耗排放关系的研究。首先,本研究针对交通拥堵评价指标、机动车油耗排放模型、交通拥堵与排放定量关系开展文献总述,论述了现有研究现状和研究不足。基于此,明确了本文的研究目标。然后,从排放的不确定性分析、聚类分析方法两个方面展开综述研究,在此基础上,明确了本文的研究内容和研究技术路线。其次,本文利用北京市浮动车交通信息采集系统获取浮动车数据,并处理成分道路等级的交通指数与速度分布数据和分区域的交通指数与速度数据两种数据格式。分析发现交通指数与快速路、主干路、次支路的速度分布关系存在不确定性。在此背景下,提出了偏差率指标来衡量不确定性的大小。再次,由于交通指数与速度分布关系的不确定性将导致交通指数与油耗排放因子关系的不确定性,为此,本文分析了影响城市交通网络速度分布的因素,利用K-Means聚类方法,结合基于Silhouette测度的最佳聚类数函数,设计了城市交通运行指数的速度分布聚类方案。并提出了速度分布变异系数和排放因子变异系数两个指标来评价聚类效果。研究发现,按照日期、时间段、道路等级对城市交通运行指数的速度分布数据进行聚类分析,可显著降低交通指数的速度分布与排放因子不确定性。然后,通过分析交通拥堵评价指标(交通指数)和排放因子的测算机理,选择速度为衔接点,分道路等级构建了机动车油耗排放因子与交通指数的关系分析框架。并以聚类原则下的交通指数与速度分布数据为基础,结合车载尾气检测系统(Portable Emission Measurement System, PEMS)获取的机动车排放数据和手持式全球定位系统(Global Position System, GPS)采集的机动车行驶工况数据,测算了相应分类原则下快速路、主干路、次支路、全路网机动车油耗排放因子与交通指数的关系曲线及拟合函数,并进行了不确定性测算。最后,将本研究成果应用于区域油耗排放因子与交通指数的定量关系案例研究。以北京为例,分析了朝阳区、海淀区、丰台区、石景山、东城区和西城区速度随全路网交通指数的变化趋势,以及油耗排放因子与全路网交通指数间的关系。并对各区域油耗排放因子与交通指数的不确定性进行了测算。本研究可为城市交通规划中交通环境目标的制定和治污治堵一体化交通政策决策提供支持。