本文以总图设计的主要内容为基本研究框架,结合总图设计理论各个主要内容的特点,利用系统布置设计、数字地面模型、灰色系统理论、虚拟仿真等有效工具,通过对总平面布置方法、竖向布置地形图建模、平土标高和土方计算方法、管线竖向布置和总图设计方案评价等内容的研究,提出了一系列总图设计的理论和方法,并通过相关的实例验证了这些方法的效果。1.总平面布置的关键点在于作业单位综合相互关系分析、如何布置方案和方案优选。研究充分肯定了设计人员的主观能动性在方案布置中的作用,提出以面积相关图为基础,充分发挥主观创造性布置总平面方案；并将总平面布置方案优选放到了突出的位置上。2.本文选取地形分析建模、平土标高优化和土方计算方法三个方面进行竖向布置研究。研究了基于不规则三角网(TIN)构造自然地面的数字地面模型(DTM)的建模问题,并给出了基于TIN模型的数字地面的函数解析式及其约束条件的表达式。论文利用土方平衡原理,对方格网法确定不规整场地平土标高的公式给予完善；提出了一种基于改进最小二乘法的平土要素优化方法。另外,本文还研究了以TIN方法构建的数字地面模型为基础,利用空间曲面函数解决土方计算问题。分别利用立体几何法和函数解析法两种方法来进行土方计算,并给出函数解析法计算土方量的计算公式和应用该法的土方计算系统技术路线图。3.选取管线综合交叉口竖向布置为主要对象,针对传统布置方法中存在的问题,提出了一种基于最小土方工程量的管线综合竖向布置优化方法。另外,给出了利用此种方法进行管线综合交叉口竖向布置的技术流程图,并结合工程实例说明了这种方法的合理性和实用性。4.本文指出总图设计方案优选在总图设计中的地位和重要性,并给出了总图设计方案评价的指标体系和确定指标权重的方法。笔者将灰色系统理论引入总图设计中,提出了两种基于改进灰色关联分析法的总图设计方案优选方法,并举例说明了方法的可行性。本文还提出了利用虚拟仿真技术对总图设计方案综合评估的方法,给出了其技术路线图。