中国的大城市路网一般由快速路、主干道、次干道和支路四级道路组成,各等级道路由于功能及性质不同其路网宏观交通流特征存在明显差异;对于环绕贯穿城市中心城区的快速路和主干道,由于其交通和生活服务功能的重复而汇集大量的交通流,导致路网发生区域性的拥堵。本文以天津市中心城区为例,基于宏观基本图模型对不同等级道路网的交通流宏观特性进行分析,并通过设计相应的管控措施,使交通流在不同等级道路上合理分配,从而缓解路网的区域性拥堵。首先,本文以路网交通流宏观基本图模型(Macroscopic Fundamental Diagram,MFD)为研究基础,对比分析天津市工作日和非工作日不同等级道路的宏观交通状态;以各等级道路的运行速度作为交通状态判别阈值,并结合宏观基本图的特征对各等级道路网的交通状态进行研究,得出了以下分析结果:在工作日高峰时期快速路各路段的速度波动最大,交通流量分布较不均匀,路网运行状态不稳定;主干道路网在高峰时期平均密度最大,车流低速行驶的路段占比最高,其路网拥堵路段比例最高;而次干道路网的平均密度最低,在各个时期其路网的拥堵路段比例都为最低。在非工作日,人们出行相对较为分散,各时段出行交通量较为均匀没有明显的高峰时期,各等级道路网的运行状态较好。在对各等级道路网的宏观交通特征进行分析后,进一步建立了不同等级道路网间的交通状态演化模型,研究其交通状态的演化机理并以实测数据标定模型参数,利用参数灵敏度分析了不同等级道路交通状态之间的相互影响机制。其次,本文研究了五一劳动节期间各等级道路网的宏观交通状态,在节假日期间各等级道路的宏观交通状态有以下特点:在节假日前期和后期分别出现出城和回城的交通流高峰,出入城区的快速路的交通流量与平时相比增长且空间分布更加不均衡,平均速度和平均密度的波动性也更大;在节假日期间,城市交通高峰期延长且城市交通拥堵点发生变化,各等级道路的宏观交通状态在规模、时间和空间上都呈现出与平日交通完全不同的特征。最后,针对天津市路网交通流量分布不均衡从而造成区域性拥堵的问题,本文基于MFD的控制思想设计了拥堵区域的协同控制模型:该模型分为两层,首先对拥堵区域进行边界控制,使该区域路网的平均流量维持在临界值左右;其次,通过不同等级道路网间转移流量的协同优化控制,进一步均衡区域交通流量在不同等级道路网间的分布,从而可以提升区域路网的运行效率。通过仿真实验证明,本文提出的协同优化控制模型,可以提高次干道的交通需求分担能力,降低快速路和主干道的交通压力,从而使整体路网保持良好的运行状态。