长期以来，城市交通网络设计问题一直被公认为是交通研究中难度最大、最具有挑战性的问题之一，尤其是在庞大的、复杂的交通网络中，进行路段的改进或者增加都需要进行精密地计算。研究城市交通网络设计问题不仅在科学理论上有重要价值，而且对实际城市交通问题能提出科学合理的建议，用于解决实际交通问题。 论文首先概述了交通运输的重要性，介绍了城市交通的现状以及存在的主要问题和应采取的对策，说明了研究城市交通网络设计问题研究的意义，回顾了在过去三十年里城市交通网络设计问题研究的模型和算法。然后在尽可能不依靠一些较高深的数学基础的情况下，把后续各章所要用到的数学基础表达出来。 在研究了路段出行时间分布与路径出行时间分布以及它们之间关系之后，论文引出出行时间预算的概念并详细推导演绎了相关定理，给出了有关重要结论。在出行时间预算的研究基础上，提出基于出行时间预算的平衡配流原则，建立了基于出行时间预算的多用户类型平衡配流的数学规划模型，利用数学优化的相关理论证明了该数学规划模型与实际基于出行时间预算的平衡配流条件的等价性以及该模型解的存在性和唯一性。最后设计出求解模型的算法，并在一个小型网络上验证了该算法的可行性与正确性。 在前述的研究基础上，采用双层规划模型来描述基于出行时间预算的城市交通连续平衡网络设计问题，在Tobin等人的研究基础上，详细推导了基于出行时间预算的平衡配流模型的灵敏度分析方法，并利用该方法设计了求解双层规划模型的基于灵敏度分析的启发式算法。