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城市交通系统是一个开放的复杂动态系统，对城市交通与土地利用的建模与分析一直是交通科学领域普遍关注的难点和热点问题之一。宏观上，交通与土地利用的相互关系体现在城市演化过程中，城市演化主要表现为道路网络演化等。道路网络演化会影响城市交通流量分布、影响居民的平均出行距离和出行成本，进而影响居民居住位置的选择，并由此进一步影响土地利用性质等，各种因素之间互相影响与共同作用构成了城市的演化过程。从个体选择的角度考虑，交通与土地利用的建模与分析其实是对住户居住地选择、工作地选择等一系列个体选择行为的研究。为此，论文分别从宏观整体和微观个体两个角度对交通与土地利用进行建模，并据此给出了优化的快速路网设计、优化的交通管理策略、城市规划与交通规划整合优化策略，为科学合理地进行城市规划、交通规划与管理提供决策依据。本论文的主要研究内容如下: (1)综合考虑土地利用和交通网络设计的相互作用关系，提出了城市交通与土地利用整合互演化模型。在模型中考虑三种经济主体:政府部门和住户、公司。一方面，政府基于有限的资金和目前的交通状况进行交通投资以改善交通条件;另一方面，住户和公司根据小区的吸引力进行位置选择，小区的吸引力与其可达性指标和所处位置的房价有关。因此，土地利用在演化过程中用居住用地（住户）和工作用地（公司）的位置分布来表示。此外，政府对交通路网的投资可以认为是一个交通网络设计问题，并用双层规划模型来表示。 (2)在考虑交通与土地利用相互作用平衡的基础上提出了优化城市快速路网设计的模型。在所建立的模型中考虑了三种经济主体，政府部门在有限的资金条件下设计城市快速路网来最大化总社会效用;另一方面，住户和公司根据城市内每个交通小区对它们的吸引力来选择各自的位置，每个小区对住户和公司的吸引力与其可达性指标和所处位置的房价有关。整个优化问题可以用一个双层规划来描述，上层规划是从政府角度决策城市快速路网设计来最大化整个城市的总社会效用，而下层规划是交通与土地利用相互作用平衡模型。 (3)利用参考点依赖理论来研究城市系统中新增住户的居住地位置选择行为。该问题可以用一个双层规划来描述，上层规划基于参考点依赖理论和离散选择模型对住户的居住地选择行为进行建模，下层规划是一个多用户多准则随机用户平衡模型。研究过程中充分考虑了住户的异质性和交通网络的随机性，不同类的住户有不同的收入水平、不同的时间价值等。 (4)由于资金有限和交通需求管理的需要，大多数的新建高速公路建成投入使用后都会收费，与此同时，每年都会有大量的人口涌入城市来寻求工作以获取更好的生活条件。因此对于政府部门而言，在人口持续增加的大背景下决策新建高速公路的最优收费是一个亟待解决的重要问题。在异质住户居住位置选择平衡框架的基础上提出了一个新建高速优化收费模型，并将这个优化问题建立成了一个双层规划。在上层模型中，政府部门决策新建高速的收费来最小化整个城市系统的出行时间，然而新建高速的建设和收费将彻底改变城市的交通条件，在完全市场经济的假设下这又会进一步影响新增住户的居住地位置选择和通勤行为。此处基于参考点依赖理论和住户平衡模型来对新增住户的居住地选择行为进行建模，并用多用户多准则随机用户平衡模型来对他们的通勤路径选择行为进行描述，最后用不动点理论来表示该居住地选择与交通分配的组合问题并将其作为上述双层规划的下层规划。 (5)如何合理地开发有限的土地资源是与城市规划、道路网络设计和交通控制等管理科学相关的重要问题，提出了在双重不确定网络中对交通与土地利用建立整合优化模型的方法，此处双重不确定网络指的是网络中路段能力是随机递减的，交通需求也是随机的。该模型可以表示成一个双层规划问题，在该规划问题中上层是从路网拓扑结构的角度，政府整合交通网络设计与土地利用规划来最大化网络性能，而下层是基于长期交通阻抗的交通分布与交通分配的组合模型，其中通过长期交通阻抗来联系土地利用模式和路段流量加载模式。