近年来,机动车保有量高速增长使得城市交通拥堵日益严重,同时机动车尾气排放也是城市主要污染源,雾霾天气给人们生活和健康造成了严重影响。直行待行区已成为提高大型信号交叉口通行能力的常见手段,然而车辆进入直行待行区的过程无疑增加了起停次数,从而可能加重尾气排放,本文从PM2.5排放和交通效益两个方面研究直行待行区的设置,使其合理发挥最大效用。本文首先从理论上分析了直行待行区的原理、设置原则、设置长度和直行待行区设置后的交通组织,在总结相关交通仿真模型和排放模型的经验基础上,选取VISSIM和MOVES作为本文仿真模型。通过实地调研提取数据,建立仿真模型,并对模型进行本地化校正,建立了实验交叉口设置直行待行区前后的仿真模型,并分析了直行待行区设置对相邻进口道左转车的影响,得出:直行待行区的设置会对相邻进口道的左转车带来一定程度影响,尤其在左转车道通行能力不足的情况下,需慎重考虑设置直行待行区。通过对直行待行区的设置条件,设置待行区后的信号配时方案,直行待行区的信号优化这几种情况建模研究,分析交通指标和PM2.5排放,得出结论:直行车道饱和度大于0.5时,设置直行待行区车辆延误和PM2.5排放都会降低;当设置直行待行区后绿灯间隔时间增加,选择合适的信号配时方案可以使PM2.5排放、车辆延误和停车次数三个指标同时取得最优;设置直行待行区后,优化直行待行区的信号使排队首车一次通过交叉口,车辆的延误和排放将进一步得到降低。在考虑交通和环境两方面背景下,本文研究为进一步指导直行待行区的设置和优化有着实际参考意义。