总图竖向设计是总图运输设计的基础理论体系中的一项重要组成部分，直接关系到工艺流程是否合理顺畅，场地是否安全稳定，也会直接影响工程的投资。本文通过对总图竖向设计在国内外现状和传统竖向设计方法的优劣性进行分析,发现传统的竖向设计理论过于倚重定性设计而忽略定量设计，在设计思路和成果最优化论证上存在诸多问题。针对这些问题，本文提出了总图竖向设计定量化研究的基本理论，并分为三个研究方面分别进行了阐述：1.以定量化研究方法为手段，结合竖向设计相关理论，从竖向设计的主要设计内容入手，分别找出了影响总图竖向设计各项内容的关键因素，并对这些影响因素进行分层描述，提出了竖向设计与其影响因素之间的层次关系图，为总图竖向设计定量化研究奠定了理论基础。2.引入人工神经网络理论，结合竖向设计与其影响因素之间的关系，对竖向设计中具有选择性因素的内容建立起合理的评价指标体系，采用人工神经网络理论中的BP神经网络模型，对评价指标赋以权值并进行网络训练，通过输入MATLAB软件得到评价结果，从而完成竖向设计内容的定量化设计。3.基于两个或两个以上的竖向设计方案，使用三标度层次分析法，通过建立方案优选指标体系并对指标进行量化，构建比选的判断矩阵并计算出总权值，从而得到竖向设计的最优方案，这就是竖向设计方案定量化比选的基本理论。最后本文通过对工程实例的分析，将定量化研究方法应用到竖向设计之中，并对研究思路进行深入探究，说明了进行竖向设计定量化研究的合理性和可行性。