近年来随着我国现代化城市建设规模的不断扩展，致使城市对交通需求一直处于急速上升趋势。城市快速路限速着眼于城市骨干路网，致力于快速疏散城市内部大量交通、纾解城市周边高速路入境交通，以此达到主动交通控制的目的，从而真正改善城市交通出行体验。由于时段、事故、施工等各种原因，快速路交通状况是个动态变化的过程，行车安全和通行效益都得不到保障。
　　本文首先通过实地调查，分析在城市快速路主路交通流量、车型的分布特征，分析现有限速方案下，不同道路运行速度的时空分布特征，从速度离散性、限制速度与运行速度的协调性分析主路限速在行车安全与通行效益方面存在的问题。
　　其次通过碰撞时间(time to collision，TTC)分析快速路主路安全现状，通过行程时间、行程延误、停车次数分析效益现状，结合交通安全、效益与限速的相关性得出限速优化依据，然后设计VISSIM仿真实验，探究限速对交通安全、效益的影响机理，在交通安全方面发现限速对车速离散性的平均改善效果为26.1%，使车头时距均值的平均增长7.3%，有效降低道路事故风险，且限速值越小，事故风险越低；在通行效益方面对发现限速可平滑交通流，堵塞密度的提高率为10%，最大自由流通行能力提高率为13.6%，延误时间降低40%左右。
　　然后从行车安全和通行效益两方面构建限速优化模型：以交通流量作为限速模型的变量，制定全线限速和瓶颈路段局部限速的设置方法；根据TTC=2s对动态交通流安全模型进行优化，构建基于TTC的安全限速模型，根据通行时间最短和通行能力最大化两方面，构建基于连续交通流理论的效益限速模型，提出安全、效益控制函数，通过改进的欧氏距离求其限速值的最优解。采用VISSIM仿真实验，将最优限速方案和全线80km/h、100km/h的限速方案进行对比分析，结果发现当快速路段内没有出现交通瓶颈时，最优限速优势并不明显，但是在某些高密度路段或者局部车道暂停服务而发生交通拥堵情况下，限速对交通安全和效益优化的优势就更加凸显。
　　最后，针对快速路主路限速方法以及现有限速标志的布置问题，提出一种限速标志合理布设的优化方法。该方法是根据事故风险预测模型对快速路主路的危险路段进行识别，然后根据不同限速方案以及限速标志布设的位置以及数量，对每种方案进行评价，进行投资—效益分析，确定最优标志布设方案。