针对我国大城市交通量快速增长和城市建设规模不断扩大，而城市快速路规划建设不合理，以及城市快速路在城市路网路径规划中没有被有效利用等问题，本文基于复杂网络理论对城市快速路网的结构特性进行分析，研究了城市快速路节点和路段的通行能力，在此基础上，建立了城市快速路行程时间估算模型和最优路径规划算法，并应用于实际的城市快速路网进行验证。这些研究成果可用于合理规划、建设城市快速路网，充分利用城市快速路规划出行路线，对提高整个城市道路网交通服务水平具有很大的应用价值。具体而言，论文的主要研究工作如下：(1)利用主方法建立了西安市城市快速路网的网络拓扑模型，对其特征路径长度、聚类系数和节点度等特性进行计算，并对交通拥堵效应与网络拓扑结构的关系进行分析。(2)针对目前城市快速路发展不完善，得知其节点的存在形式应包含平交节点和立体交叉节点两种。研究城市快速路节点车辆的机动性和节点间路段的通行能力，重点研究了信号灯控制下的平面交叉口的通行能力，以及立交节点合流、分流处的通行能力，最后提出整个城市快速路网应实现的功能。(3)建立了一种城市快速路行程时间估算模型，并将传统的Dijkstra算法进行改进，提出一种以行程时间最短为目标的最优路径规划算法。使用B/S架构开发出一套城市快速路网最优路径规划系统，通过构造不同交通状况下的典型案例，将该模型与算法应用于西安市城市快速路网进行分析验证。