交叉口是交通流汇合、转向、疏散的聚集地，是城市道路交通的关键点。同时也是城市道路网的瓶颈，事故多发点和交通拥堵的起源地。保证交叉口交通的畅通无阻是提高整个城市路网通行能力和运行质量的关键。因此，交叉口交通状况的改善、交通组织的优化，是提高路网总体容量和运行效率的最有效措施之一。本文研究对象为城市平面信号交叉口。首先分析了平面信号交叉口交通特性，包括交叉口交通流特性、交叉口通行能力、交叉口运行效率和交叉口安全特性，为平面交叉口的渠化和信号周期优化奠定了理论基础，并揭示了评价交叉口运行效率和安全性的四个指标：平均延误、排队长度、停车次数和冲突次数。其次，分别从交叉口空间渠化和时间信号周期优化两方面入手，提出了相应的优化措施方法。在渠化设计方面，以车辆运行效率和安全性为出发点，分别针对机动车、非机动车和行人提出了适应不同情况下的平面交叉口渠化方法。在信号周期优化方面，通过对传统信号配时方法的研究，提出了基于Webster延误修正模型的信号周期时长优化模型，模型针对不同交通状态下的交叉口信号周期时长进行了优化。为检验渠化和信号周期时长优化后交叉口运行效率和安全性是否有所提升，本文3.5、4.3节分别进行了实例验证，提出了基于交通仿真和统计检验的平面交叉口改善效果评价方法。最后，以西安市某交叉口为案例，综合设计其优化方案，依据交叉口运行效率和安全性指标，采用VISSIM仿真、SSAM分析和统计检验的方法验证了交叉口渠化和信号周期时长综合优化的效果。通过本文的研究可以为平面交叉口的改善提供参考依据。