交通系统的良性发展与城市和人类的可持续发展息息相关,然而,如今在大多数的大中城市中,随着社会经济、生活水平的提高以及汽车制造业和城市基础设施建设的不断发展和扩大,私家车的数量与日俱增,使得越来越多的城市出现交通堵塞而导致出行者行程时间变长、路怒现象频发、环境和噪声污染严重,造成了极大的经济负影响,导致社会生产力降低。随着计算机技术、系统理论、控制理论的不断发展,通过提高现有交通资源利用率来缓解拥挤的方法越来越受到交通领域工程师、研究人员和管理者的青睐。因此,如何建立一个准确、高效的城市交通系统优化模型对城市交通的管理具有深刻的理论意义和实际意义。本文以城市交通信号为研究对象,主要研究内容为两个方面:一是基于多目标优化算法的单交叉口信号配时问题研究,该项研究为后续的针对城市干线道路交通的信号协调优化问题研究提供了必要的理论和应用基础;二是根据对单点信号优化问题的研究结论和经验,将研究内容进行深化和扩展,进行了基于多目标优化算法的城市干线道路交通的信号协调优化问题研究。本文所完成的主要任务和创新点如下:(1)将量子计算的相关理论引入到多目标遗传算法中,利用多目标量子遗传算法对单个交叉口进行多目标寻优。首先利用量子的多态性和随机性,将初始种群量子化;接着利用量子旋转门的概念,对种群进化过程进行改进;在此基础上,提出了基于量子理论的多目标遗传算法;最后,基于某实际交叉口路的统计数据,对交叉口的信号配时优化进行了实例仿真研究。(2)针对干线的交通流状态辨识提出了一种基于双层模糊结构的城市干线交通流状态辨识模型,首先利用模糊综合评价法和模糊层次分析法建立下层辨识结构得出干线两个方向的交通流运行状态,然后在上层结构中运用模糊逻辑和模糊规则对两个方向的状态进行整合评估,得出针对此状态的最合适的干线信号协调优化方案。最后,选取某一理想干线作为仿真对象进行仿真实验,利用VISSIM的仿真输出数据作为模型输入,进行状态辨识,并于VISSIM的仿真动画进行对比,证明了模型的准确性和有效性。(3)提出了一种基于车辆运行特征的城市干线信号协调优化模型,综合考虑车辆因素和环境因素,并对车辆延误模型进行了深入研究,提出了一种基于图解法的车辆延误模型,并将所提延误模型作为本章的车辆平均延误指标模型;随后对某一理想干线进行研究,利用多目标优化算法对传统协调模型和新模型进行优化,并通过VISSIM仿真平台进行仿真模拟,结果显示新模型可以较好地兼顾干线和支线,并在处理双向不对称车流状态下的干线协调优化问题有着较好的协调效果。