信号交叉口交通流受驾驶技术、交通组成、信号控制、交通管理、交通环境等诸多因素影响，导致交通流在时间和空间内通常具有多态特征。现有的信号控制方法因未能充分考虑交叉口交通流分布特征，造成交叉口成为道路网络交通延误增长的主要区域，影响整个路网的运营效益。为了解决现有的控制方法不能适应多态交通条件下交叉口信号控制问题，本文依托国家自然科学基金项目《混合交通环境下行驶工况的仿真及控制策略研究》（No.70771036）和《平面交叉口交通流片段仿真及管理措施实证研究》（No.71071044）课题，通过分析多态交通流特性，研究交叉口通行能力模型及交通流预测方法，进一步提出多态交通条件下交叉口信号控制方法及延误分析理论。本文研究工作主要表现在以下几个方面：（1）通过分析多态交通流时间和空间分布多态特性，从人、车、路三个方面分析影响交通流多态特性影响因素；提出了多态交通流与相对稳态交通流的界定方法，标定了车头时距、交通流量两项统计指标的界限值。（2）结合稠密特性函数可以任意精度逼近任何分布特征数据的特点，引入稠密性无限混合Gamma分布函数，提出了基于极大似然算法的交通流车头时距拟合方法，并通过实际调查数据证明了拟合方法的精确性。（3）基于可穿越间隙理论，采用无限混合Erlang稠密性分布函数，分析了次要道路交通流可穿越主路交通流车头空隙的概率，建立了无信号交叉口通行能力模型。（4）基于小波分析理论，采用RBF神经网络和Markov链预测方法，建立了短时多态交通流组合预测模型。（5）根据多态交通流在日交通流量统计序列的变化特性，通过小波分析对日交通流量序列信号进行降噪处理，结合F.Webster-B.Cobber信号配时理论提出了多态交通特性信号交叉口控制时段划分方法。（6）根据交叉口多态交通流分布特征和时空资源条件，分定时控制、感应控制和预测控制三种类型提出了信号控制方法：①针对非对称多态交通流交叉口，根据交通流量通过调整交叉口空间资源，利用相位优化技术提出了交叉口信号伴随相位定时控制方法。②针对交通流量多变、进口车道较少的小型交叉口，基于交叉口车辆排队理论建立了交叉口每相位主流向通行综合效益PI函数，依据交叉口流向冲突关系，提出了相位自组织优化的交叉口感应信号控制方法。③针对进口车道较多的多态交通交叉口，通过在交叉口进口设置多功能进口车道，依据排队理论和多态交通流预测结果，建立以交叉口总运行延误最小为优化目标的多功能车道流向选取模型。在相位有效绿灯时间满足最大排队长度通行条件下，滚动优化每相位并逐步实施，提出了设置多功能车道的交叉口时空资源动态优化的预测控制方法。（7）基于随机过程理论，提出了多态交通流量稠密特性函数概率统计方法；结合定时控制、感应控制与预测控制不同策略下信号相位变化状态，建立了多态交通流信号控制延误模型。（8）使用Vissim及相关软件对多态交通流信号控制方法和延误分析理论进行仿真，证明了控制方法的有效性和延误分析理论的精确性。