交通拥挤和交通安全问题是世界上两大交通问题,研究城市信号交叉口交通阻塞预测,对预防和缓解城市道路交通阻塞问题有着重要的理论意义和实践价值。论文首先分析了城市道路信号交叉口的交通阻塞机理,总结出三大阻塞发生原因:需求过大、供给不足和供需间的协调不够;并归纳和提出了城市道路的两种交通瓶颈:瓶颈断面和瓶颈连线,以及由交通瓶颈引发的两种类型的交通阻塞:瓶颈断面阻塞和瓶颈连线阻塞。在交通阻塞机理分析的基础上,论文随后在阻塞量化、阻塞预测、阻塞预测模型分析和阻塞预测方法运用等四个主要部分展开深入研究。在阻塞量化研究中,论文提出两种基本交通阻塞量化模型:符合描述瓶颈断面阻塞的需求—容量法和符合描述瓶颈连线阻塞的连线承载率模型,以及适合分析城市平面道路阻塞问题的两种改进模型:考虑到达率的需求—容量法和考虑转向率的连线承载率模型;并将考虑转向率的连线承载率模型在三种基本渠化路段中进行运用分析;同时本文还对不同模型的优缺点和适用性进行了深入的分析。在阻塞预测研究中,文章建立了城市信号交叉口交通阻塞动态预测模型。论文提出了瓶颈断面的判断方法,归纳了两类城市道路交通阻塞的发生条件,并在此基础上提出两类阻塞问题的动态预测模型;鉴于交通不稳定的特性,本文还提出预测阻塞发生的概率模型,从更为合理的角度描述阻塞发生的状态。在研究道路阻塞问题发生概率的同时也定义了连线保持畅通的可靠度和路网保持畅通的可靠度,可以为研究路网可靠性提供依据。在交通阻塞预测的基础上,论文提出了描述城市道路交通状态的六种交通状态空间,其中“空间E”是瓶颈断面阻塞空间,“空间F”是瓶颈连线阻塞空间。同时论文也对交通状态空间的演化规律和空间特性进行了详细分析,这为交通管理和控制策略的制定提供了基本的依据。在阻塞预测模型分析研究中,论文分析了预测模型参数的影响。分析了三个主要参数对阻塞预测的灵敏度:预测时刻、连线输入和连线输出,以及连线输入和输出关系(包括流量关系和信号联动控制关系)对阻塞的影响,在此基础上文章提出了缓解策略的基本的效用量化模型。效用量化模型的提出为交通阻塞策略的优选提供了依据。在阻塞预测方法运用研究中,论文在交通阻塞问题分析和预测的基础上提出了城市道路交通阻塞的预防和缓解的基本流程以及提出阻塞的输入输出管理控制策略的优选方法;并总结了五种阻塞改善策略:规划层面优化、政策层面引导、交通管理层面优化、交通控制层面优化和交通设计层面优化。以往的研究中并没有重视控制和设计层面的“降需策略”,往往追求局部的最优而导致了路网整体效益的下降,本文通过仿真进一步说明了这个问题。论文还提出了预防和缓解交通阻塞的“四步模型”,这个四步模型对缓解城市交通阻塞问题,提高城市网络的可靠性和居民出行效率等方面都有着重要的意义。最后论文总结了本研究的主要研究成果以及不足,本文的研究主要可以应用于城市信号交叉口自适应主动交通控制、城市道路主动交通管理以及城市道路网络交通分析及状态预测等方面。不过论文也存在一些不足,对于不同情况下一些应用上细节问题还需要进一步研究。另外在本论文的基础上,主动交通工程研究、交通预报研究和多来源数据的融合等方面研究也是在本论文的后续研究的主要方向。