近几年来,伴随着社会经济的稳步发展和城市化进程的快速推进,城市交通供需矛盾逐渐凸显,交通问题已然成为了阻碍城市发展的重要因素之一。因此,进行科学、系统的交通网络设计问题研究,以指导实际路网改造工作,促进城市交通良性发展,是一个迫切需要解决的问题,具有重要的理论和实践意义。考虑到传统的交通网络设计问题未有明确交通信号控制对路网上车流的影响,论文将动态信号优化控制与路网车道设计问题进行综合考虑,更符合城市交通路网实际。论文的主要研究成果如下：1、分析了Daganzo的原始细胞传输模型(CTM)在处理多细胞汇合、分岔以及多对细胞流线间交叉等情形时存在明显的局限性,提出一种新的基于细胞阶段传输车流量累计模拟方法(ASCF-TS),不仅满足了细胞内车流的FIFO规则和细胞输送车流能力约束,同时也能满足流线交叉点的车流输送能力约束,有效处理车流流线交叉产生的优先权问题,增强了CTM模型的适用性。2、为实施交通信号的动态最优控制,引入基于细胞传输模型的动态交通平衡配流变分不等式模型来处理路网使用者的路径选择问题,针对路径走行时间单调映射路径车流量但不可微的情况,给出交替方向法进行求解。3、在分析了本论文网络设计问题所讨论的路网车道数、信号参数(周期时长、相位绿灯时间)两类优化变量及路网总车流延误最小、备用能力最大两类目标函数的基础上,设计给出该网络设计问题的多层规划模型,通过求解找出对所有或几类有代表性的路网交通模式具有“普遍适用性”的路网车道数优化方案以及随着随着交通流动态变化而变化的最优信号控制参数方案。4、给出了求解该非凸多层网络设计问题的嵌套遗传算法,对其中的适应度函数、个体染色体、解码方法及选择、交叉、变异等遗传算子进行了细致的讨论和设计。通过第六章的算例,验证了所提出模型的合理性及算法的有效性。