随着城市化进程的加快,交通需求量急剧上升,道路网络所面临的一系列交通运输问题日益突出,造成这些问题的原因包括道路建设、城市规划的不合理,和出行者博弈带来的路网效率损失等。由于路网自身的复杂性,研究如何建立低成本、高效、可靠的道路网络,并保证现有路网能高效运转,对经济的发展和城市功能的发挥都具有重要的理论价值和现实意义。道路交通系统包括道路网络、交通流、和交通控制系统三个组成部分,这三个部分相互影响、相互作用,使得交通系统的运行机理极其复杂,因此需要一个系统的分析方法,从宏观角度对整个路网进行全面分析,减少道路设计、管理和控制的盲目性。目前人们已揭示了道路网络的小世界以及无标度等拓扑特性,并对道路交通中的各要素,包括交通需求、道路阻抗、交通流特性和行为等,建立了许多模型,但对道路网络上出行者的博弈行为与网络结构、交通管理控制措施等变化之间的相互影响关系还有待进一步研究。如何对道路进行科学规划,和对已有道路网络进行有效控制,是这一领域的两个重要问题。日本在交通问题上的研究处于世界前列,取得了许多成功经验,它拥有世界上最高效的交通网络。但最近日本的研究人员发现,一种低等的原始黏菌——多头绒泡菌可以轻松的建立高效的运输网络,它所生成的网络在总长度、运输效率、应对事故等方面都可与实际的铁路网相匹敌,甚至更优秀。多头绒泡菌这种对网络的建设能力有望指导现实中的道路、通信等基础设施网络的规划和设计。目前已建成基于多头绒泡菌生物机制的迷宫模型,可用以寻找网络中的最短路径。本文首先分析了多头绒泡菌在其自身觅食网络中所展现的自组织、自优化等特性,基于迷宫模型,建立了完善的多头绒泡菌模型,然后对路网问题所涉及的各要素进行研究,与多头绒泡菌模型进行融合,提出对道路网络的规划设计算法。最后借鉴多头绒泡菌网络优化过程中流量与管道的互动关系,讨论在实际交通中,根据流量的变化对道路网络进行动态优化。本文的主要工作包括以下几个方面：1、完善迷宫模型论文充分分析了多头绒泡菌网络优化过程,对迷宫模型进行完善,引入能量的概念,使其更符合优化过程中的生物机制。根据新模型得到的变形虫算法在求解最短路径问题时有更好的表现,而且将其推广到了有向图中,并可同时获得一点到多点的多条最短路径。2、建立多头绒泡菌完整模型通过对流量、能量的竞争机制,本文建立多头绒泡菌的完整模型,模拟它在多食物源环境中的网络优化过程。该模型不但重现了网络的优化过程,还保持了网络对环境变化的适应性,使网络可针对环境的变化进行实时的调整。3、道路规划仿生算法研究本文对道路网络和多头绒泡菌觅食网络的异同进行了分析,充分考虑路网问题的特性,建立路网系统各要素的数学模型,在此基础上引入多头绒泡菌的优化机制,通过与之类似的竞争过程得到最优化的路网结构,指导道路的规划设计。4、路网交通动态优化本文分析了多头绒泡菌网络在优化过程中,通过流量和管道网络的互动,在没有中心控制机制的条件下,达到了交通流的优化配置。提出对已有的道路网络,通过对路段通行能力的控制,达到整个路网系统的动态优化。5、优化过程模拟和分析本文基于上述研究工作,采用C#语言,设计与实现了一个网络优化过程的模拟平台。该平台可视化的展现了多头绒泡菌对网络的优化过程和动态重构过程,对模型的分析和验证提供了依据。