本文依托于国家高技术研究发展计划(863计划)《新一代智能化交通控制系统关键技术研发》(项目编号2006AA11Z228)子课题《交通控制相关状态获取技术》。本文首先在分析城市道路交通拥挤的涵义的基础上对拥挤进行分类,总结了常发性交通拥挤和偶发性交通拥挤的时空扩散规律,确定了交通拥挤的量化指标,为拥挤扩散估计方法的研究奠定基础。然后基于固定型检测器和移动型检测器这两类数据源,分别选择交通拥挤的量化指标,并将两种不同量化指标的拥挤判别标准进行一致化。基于固定型检测器设计了CTM排队估计模型、基于移动型检测器设计了FCD法来估计城市道路单个路段交通拥挤空间扩散范围。基于预测的交通参数,设计了城市道路单个路段常发性交通拥挤持续时间估计算法,并对模型进行了模拟验证。基于决策树算法和模型融合思想,结合专家决策系统理论,设计了偶发性拥挤持续时间的估计方法。在确定路网拓扑关系描述方法的基础上,通过分析空间上相邻、时间上先后发生的交通拥挤的相关性,证明了交通拥挤具有引发关系和因果关系。采用联合判断的方法设计了城市道路区域路网交通拥挤时空扩散估计模型,并采用VISSIM模拟数据对算法进行了验证。