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20世纪80年代以来，伴随着我国城市化进程的推进、经济的快速增长、机动车拥有量及道路交通量急剧膨胀，城市交通拥挤、堵塞及交通环境污染的逐渐加剧，城市交通问题已成为影响城市功能正常发挥和城市可持续发展的一个全局性问题，也是亟待解决的城市问题之一。可靠性是一门新兴的工程学科，用于研究系统所提供的服务水平的稳定程度。交通系统的运行状态取决于路网实际容量及交通需求，而道路容量和交通需求是随机变化的，这使得交通系统的运行状态也是在不断随机变化的。而目前国内外对交通系统运行状态的研究指标多限于常态，不能有效的评价城市道路交通系统随机性变化的运行状态。因此，有必要应用可靠度的这种概率型评价指标来分析和研究城市道路网络。
本文系统分析了道路网可靠性的影响因素及各影响因素对道路网可靠度的作用机理，分析国内外关于道路网可靠性评价的几种常用指标（连通可靠度、运行时间可靠度、通行能力可靠度、畅通可靠度等）及各指标适应性、优缺点，基于双层规划理念，提出了能综合反映道路网容量及运行时间可靠度的新指标——TCR（Traveltime versus Capacity Reliability），并给出了高峰时段道路网单元（路段和交叉口）TCR的两种计算方法：基于供需随机性分析的TCR 计算方法和基于交通统计的TCR 计算方法。为了从宏观上把握道路网的运行状态，本文基于路段及交叉口的TCR分析，并考虑道路单元堵塞相关性，建立了道路网高峰时段路径、OD对以及道路网的TCR算法，并给出计算实例。本文以道路网综合效益最优为目标，建立基于TCR分析的道路网优化策略，引入基于TCR的单元重要度概念，利用正交枚举法进一步减少方案组合数，得到了合理的路网布局优化决策比选方案。最后提出了基于道路网TCR分析的交通管理策略，包括TCR 在交通诱导系统、交通控制等方面的应用。