城市交通信号控制系统是提高城市交通运行效率的重要途径之一，也是解决交通流拥堵、保证交通安全的重要手段之一。而交通信号的相位设计及配时方案的设计则是交通信号控制系统设计的核心部分。本论文在分析城市交通及其解决办法的基础之上，以交叉口为研究对象，对城市道路稀疏交叉口的信号相位设计及相位配时进行了深入的研究。本论文的主要工作如下：（1）在介绍城市交通信号控制系统发展历史的基础上，分析了交通信号控制系统的研究现状，并对当前信号控制系统的控制机制及优化方法进行了分析。（2）针对城市道路中交通流比较稀疏的交叉口，分析了定时控制方案中所存在的问题，并就存在的问题提出了基于车辆驱动的信号相位配时方案及基于车辆分组的信号配时方案的优化方案，并采用悲观准则对信号配时方案进行求解。（3）基于VC++6.0开发工具，设计并实现了基于车辆分组信号配时方案的计算机仿真系统，并给出了该信号配时方案的性能分析，验证了基于车辆分组的信号配时方案能够有效的降低非饱和交叉口车辆的平均延误时间。（4）采用赋色Petri网建立了城市交通信号控制的CPN模型，实现了两交叉口的交通信号控制系统的协调控制，并研究了各路段车辆的到达时间随相位差的变化规律，验证了通过调整当前信号灯的状态，控制车辆的通行与放行，可以有效的防止交叉口交通的拥堵。