城市交通网络是由分布在城市内部的交通节点(如枢纽、场站等)和以及交通线路(如道路网路、公共交通线网等)构成,城市道路网络是城市交通网络的基础,是城市交通活动的载体,城市的道路网络千差万别,但决定了城市的骨架和发展方向。2014年发布的《国家新型城镇化规划2014-2020》昭示着我国将进入城镇化快速、高质发展阶段,城市的人口规模和空间规模将将进一步扩大,同时,面对国内城市交通拥堵越来越普遍的现状,如何构建更为科学、效率更高的道路网络,引导城市空间合理布局和结构优化,建成绿色、低碳城市,是城市交通领域理论研究与实际应用的重大问题之一。众所周知,城市道路网络是一个典型的、开放的复杂巨系统,因此,需要采用系统科学理论和多学科交叉方法对其进行研究。近年来兴起的复杂网络理论为探索城市道路网络系统机理和演变规律研究提供了新视角、新方法。复杂网络理论关于结构特性和动力学特性的研究方法有助于从整体、宏观的角度去认识和理解整个城市道路网络的结构特性和演化规律,为解决相关的城市交通问题提供理论依据,为城市道路系统的规划、设计、管理以及优化提供科学的指导意见。鉴于此,本文以北京为例,综合运用复杂网络理论和计算机仿真等相关科学和技术,在分析提炼北京市道路网络时空演变规律的基础上,研究设计了城市空间拓扑中心算法,验证了城市道路网空间分布与拓扑中心之间的相关性,以此为基础构建了中心型道路网络演化模型,并对模拟道路网和实际道路网进行了对比校验,实验结果验证了中心型道路网络演化模型的合理性。具体开展如下研究工作：(1)借助地理信息系统软件ArcGIS,对1969年、1978年、1990年、2000年和2008年的北京路网数据进行矢量化,运用复杂网络理论与方法,从宏观和微观两个层面分析了北京市城市道路网络1969年至2008年的演化过程和演化特性,揭示了城市道路网络演化的两种机制：稠密化和扩张。(2)研究设计了探测拓扑中心的RCD算法,并提供了两种实现方法：pyRCD和arcRCD。RCD算法改进了已有的BD算法,极大地提高了拓扑中心的计算效率；接下来,基于拓扑中心对北京市道路网络的时空分布特征进行了分析,证明了城市道路网络的空间分布与拓扑中心存在较强的关联性,即：随着与拓扑中心距离的增大,道路网络密度线性降低而路段平均长度线性增大。(3)在借鉴已有的道路网络模型基础上,构建了中心型道路网络演化模型(center based growth model,CBGM),并利用该模型对北京市1969-1978、1978-1990、1990-2000与2000-2008四个阶段的道路网进行了模拟,对比模拟道路网和实际道路网,结果表明模拟道路网与实际道路网的结构特性具有一致性,验证了中心型道路网络演化模型的合理性和正确性。