运用数学工具优化交通网络设计是缓解交通拥堵问题的有效方法之一.交通网络设计的常用方式是对部分路段进行拓展(扩宽),传统的交通拓展模型的目标是最小化系统总时间,该目标仅考虑了系统的总时间最小,而没有考虑网络用户的公平性,本文给出了两个基于用户体验公平性的相关指标,并在此基础上建立了新的交通网络设计模型,给出了相应的算法和数值算例.第一章介绍了交通网络设计问题的背景和意义,介绍了交通网络设计模型的分类和现有的双层规划模型,给出了与本文相关的用户平衡配流模型,以及多目标规划的相关知识.第二章提出了第一个基于用户体验公平性的指标——最差改善量指标,该指标定义为由于路段拓宽造成的路段阻抗增加最大量,同时用一个简单网络解释了这个指标的含义,并以最小化该指标作为上层问题的目标函数,在下层问题中使用了经典的用户均衡交通配流模型,从而建立了一个基于用户体验公平性的网络设计双层规划模型.第三章给出了求解第二章中双层规划模型的算法,并用两个交通网络验证了算法的有效性,通过数值算例将新的网络设计模型与传统的网络设计模型进行比较,展示出了新模型的特点.第四章提出了第二个基于用户体验公平性的指标——路径改善比率,这一指标定义为路段拓宽后,网络中受影响的被使用路径数量在总的被使用路径数量中的占比,其目的为网络拓展后让更多的出行者受益.在此基础上,构造了一个基于双层规划的网络拓展模型,该双层规划模型的上层为双目标规划问题,目标函数为最大化路径改善比率指标和最小化最差改善量指标,下层仍旧采用经典的用户均衡交通配流问题,并应用遗传算法对其进行求解,结合数值算例展示了模型的有效性.第五章给出了本文的创新点、总结和展望.