在城镇化进程中,虽然城市交通基础设施建设日新月异,但城市道路资源供给仍然有限,往往跟不上交通需求的发展,交通供需矛盾突出,交通拥堵频发,严重影响了居民的生产生活,已成为制约城市健康持续发展的重大问题。在城市道路资源供给受限的情况下,进行交通资源供给侧改革,借助科学新技术和管理新手段充分挖掘现有道路交通资源的利用潜力,提高其通行能力和运行效率,是缓解当前城市交通拥堵的较好思路。城市相当部分交通拥堵背后的深层次原因主要为道路交通流向性供需失衡,即路段或交叉口不同方向流量比在不同时段表现出显著差异性,导致空间资源供需错位、交通效率急剧下降的运行状态。该状态在交叉口表现为进口不同转向车流之间的非均衡性,在路段上表现为双向车流之间的非对称性。变向交通管理是解决这一问题的重要途径,而当前可变车道的研究与应用多集中于定时段、定路段方案的组织与管理,无法主动适应交通流的实时变化,资源利用效率不高。得益于智能车路协同技术的快速发展,实时把握道路交通流向性供需失衡态势,动态调整可变车道控制策略成为可能;探索智能车路协同环境（Intelligent Vehicle Infrastructure Cooperative System——IVICS）下实时动态可变车道的控制理论与方法,是非常具有理论和实践价值的工作。首先,本文在定义交通流向性供需失衡的基础上,结合城市路网的实际调查数据分别针对交叉口、干线和网络层面建立了流向供需失衡特征表达模型,进而揭示了道路交通流向性供需失衡的演化特性,明确了实时动态可变车道的应用场景。然后通过实际数据进行预测结果对比和验证,提出以修正后的GA-NARX神经网络模型预测交通流量,为把握交通流向性供需失衡态势提供依据。其次,参考可变车道实施的相关标准,总结了设置实时动态可变车道的条件和原则,主要从硬件设施、运行组织和信息管控支持三个方面构建了实时动态可变车道的整体方案。提出了以智能道钉灯为核心的设施系统及其布设方案;设计了可变车道运行流程并从时间、空间和智能车路协同环境三个角度构建了可变车道运行与安全控制方案;围绕车道切换数量、时机和过程提出了可变车道组织实施及车道分配方案;分析了实时动态可变车道的信息支持需求,并据以提出了IVICS下可变车道控制信息系统设置方案,为实时动态可变车道的协同控制提供了信息系统技术方案。第三,基于实时动态可变车道方案构建了面向可变车道分段开启的元胞传输模型,分析了可变车道控制过程中的交通流演化特征,揭示了可变车道转换过程中的速度和密度变化规律,为可变车道的动态控制提供支持。在分析可变车道开启时机及分配方案影响因素的基础上,通过干线路况拥堵点检测确定可变车道开启点与开启长度,以干线总体阻抗最小为目标构建干线车道分配模型。此外,总结了影响可变车道安全运行的因素,分别构建了路段和交叉口实时动态可变车道的安全控制模型和流程,为实时动态可变车道的安全运行提供了保障。第四,从对比传统环境和IVICS下交叉口的车流运行特征入手,分析了可变车道对交叉口运行状态的影响。在此基础上围绕可变导向车道与交叉口信号的协同控制进行了信号相序与信号配时设计,先以进口道时空资源利用率最大为目标初步确定进口道车道功能划分方案,然后再以通行能力和车辆延误作为评判标准最终确定可变导向车道功能。为了实现交叉口的资源利用最大化并高效衔接路段与交叉口的车流运行,分别构建了可变车道车辆汇入优化模型、车速引导模型和信号配时协同优化模型,进而提出了单交叉口可变车道动态控制流程与方法,实现了动态可变车道在单交叉口的时空资源优化配置。第五,分析了IVICS下干线车流运行特征,为干线实时动态可变车道控制提供支持;基于分段优化控制原则,以车道利用效率最优为目标确定可变车道分段长度,并提出了可变车道清空和开启控制方法,设计了可变车道清空控制流程及清空车速引导策略、干线协同运行车速引导策略,构建了干线绿波相位差协同优化模型;形成了干线实时动态可变车道协同优化控制流程。最后,选取南京市北京西路,分别构建了单交叉口、路段及干线的元胞传输仿真模型。利用提出的优化控制模型对可变车道动态开启方案及信号配时方案分别做了优化设计,对比优化前后的交通运行状态。结果显示实时动态可变车道方案中的平均车速和拥堵持续时间比可变车道未开启状态下及常规环境可变车道在固定时刻开启状态下均有明显改善;表明本文提出的模型能够有效提升路段及交叉口的通行效率,充分验证了本文提出的方案和智能优化控制方法对解决交通流向性供需失衡问题的有效性。实时动态可变车道的实施受到方案、设施、技术和运行环境等多方面因素的影响,只有多种因素协同作用才能充分发挥其功效,真正达到及时缓解交通流向性供需失衡的目的。本文围绕实时动态可变车道的实施,进行了整体方案设计、交通态势把握、信息管控系统构建、控制模型与方法探索等方面的研究,形成了一套较为完整的实时动态可变车道应用理论与方法,为智能车路协同环境下开展变向交通管理提供了思路与借鉴。