随着我国社会经济迅速发展和城市结构形态的不断调整变化,许多城市道路上的交通流呈现出较为明显的非均衡运行特性并引发交通拥堵。例如高峰与平峰时期同一进口道各转向车流交通量波动明显导致某转向车流排队过长而引发拥堵,而其他车道利用率则较低,或进(出)城方向的道路上呈现出明显的潮汐特性导致常发性拥堵,而相反方向的道路利用率则较低。传统的信号控制方法对于上述交通拥堵的改善作用有限,需要结合可变车道技术对车道功能进行变换,以适应交叉口交通流转向不均以及路段交通流方向的非均衡性。因此,如何对交叉口的车道功能配置及信号控制进行综合优化,对于提高交叉口的时空资源利用率,改善交叉口运行效率具有现实意义。论文首先梳理了国内外较为典型的车道配置与信号控制综合优化模型,并对非均衡交通流的常用相位方案进行分析,接着分析了不同相位方案可选择的车道功能划分模式及车道功能类型,为下文建立车道配置与信号配时综合优化模型提供了理论基础。然后以有叠加相位的放行方案为例,考虑车道长度、进出口车道数等约束,以备用容量(通行能力)最大为目标,建立了车道配置与信号配时综合优化模型。该模型为线性目标下带有非线性约束的优化问题,可转化为有限个二元混合整数线性规划问题,能采用CPLEX等商业求解器很快求解。为提高前述模型对一定交通需求波动的适应性,论文接下来分析了交叉口在适应一定时段内的需求波动时不必频繁变动车道配置方案的合理性,由此确定可变信号配时的逻辑控制框架,进而在第三章的求解基础上建立信号配时优化模型,模型以各子时段的车均延误总和最小为目标。此模型为非线性目标下带有非线性约束的优化问题,能通过遗传算法较快地求解。最后以成都市金泉路-金芙蓉大道交叉口为例,分别应用第三章和第四章的模型进行控制。VISSIM仿真结果表明,第三章的优化方案相比交叉口现有方案,交叉口平均延误减少了22.6%,最大排队长度最高降低了39.7%,同时车流排队长度始终小于对应短车道长度;第四章的优化方案相比第三章的优化方案,交叉口平均延误改善了16%~44%,最大排队长度也基本维持在较低水平,由此验证了第三章模型及第四章信号控制方法的有效性。