伴随着我国城市化快速发展，大都市区已成为我国城市化进程中的重要现象。在新的城市空间组织形式下，轨道交通系统作为其基本功能要素之一，从线网布局规划到运营管理都面临新的要求;同时，伴随着我国大都市区的快速发展，区域与城市轨道交通也进入快速建设时期。因此，在城市空间结构调整和轨道交通建设快速推进双重背景下，开展大都市区轨道交通线网模式和布局研究，有助于优化用地布局，节约轨道建设投资、提升轨道交通设施效能和优化出行方式结构。　　论文首先阐述了大都市区的定义和主要分类，界定大都市区地域空间结构划分为中心城、近郊区和远郊区三个空间圈层，分析了不同空间圈层差别化的用地性质、产业结构、人口和就业岗位空间分布特征，以及交通出行特征与变化趋势;研究大都市区空间结构演变与阶段特征，提出大都市区空间结构演变分为中心城和郊区独立发展阶段、中心城和边缘组团协调发展阶段和区域全面发展的网络结构阶段，轨道交通利用可达性效应、廊道效应、集聚利益效应引导和促进大都市区空间结构演化。　　基于SP和RP调查数据，分析了大都市区圈层差别化的轨道接驳出行特征，建立了大都市区基于差别化接驳的轨道交通客流需求预测模型:采用交叉分类法开展出行生成预测;采用组合幂函数回归模型和双约束重力模型开展出行分布预测;面向我国尚未建设轨道的城市开展客流预测需求，提出三阶段MNL方式划分模型进行轨道主方式和轨道接驳子方式分担率预测:第一阶段，基于居民出行调查数据，利用转移曲线法及MNL模型得到规划年整体公交（轨道交通+常规公交）方式分担率;第二阶段，采用SP调查数据和MNL模型，对整体公交（轨道交通+常规公交）进行子方式划分，得到轨道交通主方式分担率;第三阶段，基于不同圈层轨道站点接驳方式差异特征分析，采用SP调查数据，结合多方式组合出行成本计算，采用MNL模型和轨道站点虚拟小区技术得到轨道接驳子方式分担率。结合大都市区圈层差别化的交通出行特征和轨道接驳特征分析，提出出行强度、出行目的、方式结构以及客流高峰系数等预测关键参数的差别化控制建议。　　分析了大都市区各圈层向心通勤出行时耗分布规律，提出大都市区各圈层轨道交通服务目标为:中心城平均通勤出行时间不超过30分钟、近郊区平均通勤出行时间不超过45分钟、远郊区平均通勤出行时间不超过1小时;结合大都市区空间圈层尺度、轨道服务时间目标、站点覆盖要求以及轨道线路合理长度等控制指标，提出大都市区轨道交通线网分为区域铁路、市郊轨道和中心城轨道三个主层级，其中中心城轨道又分为轨道快线和轨道普线两个层级;提出不同层级轨道的服务范围和技术特性。　　分析了大都市区各层级轨道交通线网服务对象和客流跨网流动特征，确定轨道交通线网衔接需求;基于轨道交通线网衔接时空最优原则及衔接需求，提出轨道线网衔接分为“枢纽换乘”和“线路共行”两种方式;基于城市综合客运枢纽分级与功能定位，研究轨道线网与相衔接客运枢纽的组合配置关系，提出了“枢纽换乘”和“线路共行”两种衔接方式的技术特点与实施条件。　　面向乘客换乘效率最优，采用通达性矩阵分析轨道各类线型对线网形态特征的边际贡献值，提出斜向Ⅰ线可以有效提升线网的通达性和乘客换乘效率，其次为L线;灵活配置环线衔接各中心和客运枢纽，可以较好地支撑单中心城市转变为多中心、提高全网通达性和乘客换乘效率;研究城市用地布局、中心体系、开发密度与轨道交通线网形态耦合关系，提出紧凑型大都市区轨道交通线网基本形态配置方法和差别化密度控制值。　　提出大都市区多层级轨道交通线网叠分规划法，将线网叠合和分离思想贯穿整个规划过程，既通过分区、分层进行线网布设，体现差别化;又兼顾各层线网之间设施衔接与客流相互锚固关系，将线网在叠合状态下进行客流预测、枢纽衔接、通道整合、运营优化以及整体评价反馈，体现一体化;判定了叠分规划过程中的“叠合”与“分离”时机，提出了叠分规划法的总体流程。采用蛛网配流形态与客流量数据，提出“先主后次、虚实结合”的客流走廊判定技术，并给出客流走廊判定步骤。采用变异系数法和层次分析法对轨道线网布局控制要素进行重要度分级，提出了轨道交通初始线网生成技术:依据交通小区重要度确定轨道线网初始形态;以客流集散点覆盖最大化为目标，提出基于有效路径随机搜索法的轨道交通网络生成技术生成初始虚拟网络，结合最短路客流分配量调整初始线路的实体路径。　　基于合肥市居民出行调查数据和SP调查数据，对轨道交通需求预测模型进行了参数标定，将大都市区轨道交通线网需求预测、功能分级、衔接方式、线网形态和布局规划方法相关理论研究成果应用于合肥市轨道交通线网规划实践。