随着社会经济的飞速发展，城市化进程不断加快，交通拥堵、交通能源浪费等问题日益突出。城市交通系统出现部分路段或交叉口发生拥堵时，如不及时采取有效措施，可能会发展为区域性交通拥堵，导致能耗加剧，演化为高能耗区域，成为影响城市可持续和谐发展的不利因素。通过分析交通运行状态与交通系统能耗的关系，研究高能耗区交通流特征，建立了交通状态判别模型，确定了不同等级能耗区的边界阈值及影响范围，识别出经济能耗区、中高能耗区和高能耗区。在此基础上，分层次研究了考虑交通能耗的交通控制优化方法，本文主要进行了以下研究：首先，分析了城市交通流的多态特性和自组织特性，并对不同运行状态的交通流对能耗的影响进行研究。通过交通参数分析比选，确定识别不同等级能耗区域的参数，给出中、高能耗区边界的选取阈值。其次，在微观层面分析城市道路上不同工况下的交通能耗，建立基于能耗与延误组合最优的单交叉口信号配时优化模型和多交叉口协调控制模型，并以相邻两个交叉口协调控制为例，通过Vissim仿真软件，验证协调控制模型的节能效果。再次，从宏观角度研究了不同等级能耗区的交通管理策略，针对中能耗区的特点，构造了以网络均衡和系统广义费用最优为目标的控制与诱导协同疏散模型，设计了相应的求解算法，并结合所建立的模型和实际情况，通过算例定量分析地已建模型的优化效果。最后，针对经济能耗区和高能耗区的交通特征提出了相应的目标的优化控制方案。