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城市机动化的快速发展,使交通需求与交通供给之间的矛盾不断扩大,从而产生了诸如交通拥堵、交通环境污染、交通事故频发等交通问题。交通规划是一种提供交通设施的方案,若能编制科学合理的交通规划,可以从源头上避免或减少交通问题的发生。然而,常用的交通规划编制方法是一种定性的方法,缺乏对实际网络用户出行行为的考虑,这种规划方案实施之后,常会出现交通改善不明显甚至交通问题加剧的现象,同时也浪费了有限的投入资金。因此,在有限的投入资金情况下,在考虑网络用户出行行为的基础上,定量地研究交通网络设计问题有着重要的应用价值。本文首先深入分析了高维多目标交通网络设计问题的相关基础理论。然后在详述双层规划模型、多目标优化模型及典型交通网络设计模型的基础上,从政府多部门决策和用户出行行为的角度出发,构建了同时优化系统阻抗、尾气排放、投资费用、饱和度和用户出行行为目标的离散交通网络设计双层规划模型。其中,上层规划模型将多个优化目标化成多个单目标建模,路段通行能力增量约束据规划通行能力设置；下层规划模型采用固定需求下的用户平衡配流模型。随后,为了对构建的模型进行有效求解,从保证求解算法良好的收敛性和分布性的角度出发,在第2代非劣排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ,简称NSGA-Ⅱ)的基础上,基于第k小距离双层截断策略做了改进,设计了改进的NSGA-Ⅱ,并采用Matlab语言开发了相应的算法程序。最后,以Nguyen-Dupuis网络作为算例,通过对比分析NSGA-Ⅱ和改进的NSGA-Ⅱ对三维、四维优化模型的求解结果,证明了改进的NSGA-Ⅱ可以有效求解基本的高维多目标离散交通网络设计模型,并结合相关专业知识,得到了8个交通网络设计优化方案。