国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020)，将“发展一个体系，解决三大热点问题”作为交通科技发展战略任务，即发展现代综合交通体系，解决交通能耗与污染、交通安全和大城市交通拥堵三大热点问题。在道路交通数据采集成为现实和人们追求高出行质量的今天，提高交通参与者的出行效率和可靠性、最大限度地利用道路资源，以解决城市交通拥堵问题至关重要。本论文从可靠性角度考察城市道路网的运行质量，利用可靠性理论深入研究道路网的可靠性，建立道路网可靠性模型，以理论和实证分析相结合的方法，定性和定量分析道路网的可靠性问题，为道路交通网络的运营与服务提供理论基础。首先，总结了目前包括道路网在内的一般系统可靠性指标及评价方法，给出基于海量交通数据分析研究行程时间可靠性的可行性。第二，在总结行程时间可靠性分析的理论框架和实现的技术手段的基础上，按照目标层、准则层和指标层的层次关系，建立了行程时间可靠性指标体系，该指标体系适用于满足不同服务对象以及不同路网层次和时间变化的要求，并量化指标。应用该指标体系评价北京市二环东直门桥至朝阳门桥区间的行程时间可靠性，提出了相应的出行策略。第三，综合现有各种随机网络理论方法和实证研究的结果，建立了道路网随机波动服从Beta分布的一般随机道路网可靠性模型。从实用性的角度出发，改进了随机路网可靠性模型参数，并提出了Frank-Wolfe算法和连续平均算法(MSA-Method of Successive Average)结合求解算法。第四，通过各种可靠性试验，研究行程时间可靠性随路段行程时间的波动、用户感知误差、交通需求和路段通行能力随机性等的变化规律，提出了提高可靠性的措施。第五，根据实际交通场景，按有无交通流检测设备将路段分成两类，改进了随机路网的可靠性评价模型，并参考随机路网模型算法进行求解。第六，从路径、OD对、道路网等不同层次，研究了行程时间可靠性与通行能力可靠性之间的关系，建立了交通需求、服务水平和可靠性之间的关联模型。最后，建立了基于Wardrop平衡的混合随机路网模型，结合随机路网模型进行求解，并进行了算例分析。本论文的主要创新性成果如下：1、建立了行程时间可靠性的评价指标体系，并进行了指标度量。本指标体系分为目标层、准则层和指标层三个层次，立足于满足出行者和管理者决策需求，从时空变化角度分析行程时间变化规律和取值范围。2、建立了从海量数据进行行程时间可靠性评价的技术指导。与以往的研究相比，能够充分利用现有资源，并作为路网可靠性评价的校验标准。3、重构了随机路网模型，用于评价行程时间可靠性。根据实证性研究结果，提出了路段行程时间波动服从Beta分布的随机路网理论描述模型。比较模型参数的实用性，改进参数并在此基础上，设计了Frank-Wolfe算法和连续平均算法(MSA-Method of Successive Average)结合的求解算法；通过减少内循环次数，改进了算法，并基于模型进行了参数影响和指标关联分析。4、建立了考虑行程时间可靠性的混合交通流分配模型。将可靠性引入混合交通模型，其中有信息出行者的路径选择标准为行程时间可靠性最大，而无信息出行者则以感知负效用最小为依据。在考虑路段间相关性的基础上，对路段和路径行程时间可靠性进行了数学描述。