城市交叉口是城市交通拥挤的高发区域。交通信号控制是缓解交叉口拥堵的必要手段。现有信号配时在控制方式上大多采用静态约束的方式,缺少对信号配时的动态约束;在控制指标上,常以车辆排队长度为控制优化指标,存在着车辆放行数量与放行时间不一致的问题。为此,本文基于车队经过交叉口的实际状态,建立交通流约束模型,分析交叉口车辆放行数量与放行时间之间的对应关系,并探讨交通流模型用于交叉口信号配时动态约束问题的可能性。论文的主要工作如下:1.道路是实现交通运行的重要载体,对交通流的稳定性具有重要影响。利用跟驰模型和格子模型,我们分别建立了相关模型以研究倾斜道路和弯曲道路对交通失稳、拥堵相变的影响机理。(1)根据倾斜道路上的车辆之间的安全间距往往受到坡度的影响这一实际情况,以及相对速度对交通流的稳定性具有重要作用,我们利用交通流跟驰模型研究了倾斜道路对交通流稳定性的影响。研究结果表明,相比于水平道路,车辆间的安全间距在上坡情况下会变小,而下坡情况下则会变大;在上坡情况下,交通流随着倾斜角的增大而变得稳定,而下坡情况下正好相反;相对速度对交通流的稳定性起到积极作用。(2)在实际交通环境中,考虑到地形条件、经济因素以及驾驶安全,道路经常会建造成弯曲道路。弯道交通流与直道交通流具有明显差异。格子模型是建立在跟驰模型基础上的一类模型。利用已有格子模型,我们建立了一种考虑弯道交通流问题的格子模型。与以往的工作不同,我们不但考虑了弯道半径以及道路摩擦系数对交通流的影响,还研究了入弯角度、弯道弧度以及长度对交通流的影响。数值仿真和理论分析的结果表明入弯角度、弯道弧度及长度对交通流的稳定性有重要的影响。最大理论流量和速度也受到上述因素的影响。同时,我们分别针对上述两种考虑道路对交通流影响的模型,利用实测数据对模型进行对比分析。与实测数据的对比结果表明,改进的模型较原来模型更能反映实测数据。2.提出两种新的交通流跟驰模型以研究驾驶员对交通流的影响。(1)根据驾驶员在对车头间距、车速等因素作出反应具有一定的时间滞后性这一客观事实,建立了一种考虑驾驶员反应延迟时间的优化速度差(OVDD)模型。研究结果表明,该模型可以有效消除原有模型在交通流低密度区域内出现的不切实际的负速度现象,还可以描述交通中出现的交通失稳、拥堵演变以及时走时停等现象。(2)在行车过程中,驾驶员特别是不熟练的驾驶员对自身车速的估计往往存在偏差。针对这一现象,我们建立了一种考虑驾驶员速度估计偏差的交通流跟驰模型。该模型能够很好地反映车辆启动波速和延迟时间,正确地预测车辆加速和减速过程,并能够消除全速度差(FVD)模型出现的不切实际的高减速现象以及在交通流低密度区域内出现的不切实际的负速度现象。同时,理论分析的结果表明模型能够描述初始小扰动对整个交通流稳定性的影响以及各种非线性密度波产生的机理。同时,我们分别针对上述两种考虑驾驶员因素对交通流影响的模型,利用实测数据对模型进行对比分析。3.行人流与交通流具有相似之处,它们都属于复杂自驱动多粒子问题。行人流建模中的一个主要任务是能够预测步行设施的服务水平(Level of Service,简称LOS)。作为典型的LOS指标,行人密度是行人安全和客户满意度的一个重要因素。与以往的工作不同,借助车辆跟驰理论所建立的格子模型,我们提出了一种双向行人流格子模型以研究行人流的密度差对行人流系统稳定性的影响。该模型能够描述行人流的密度差对堵塞演变、行人流失稳等现象的影响。研究结果表明,随着密度差的增大,行人流会变得稳定,而最大理论流量和速度会减小。4.在通过信号交叉口时,车辆基本采取跟驰的方式。通过实测数据,我们分析了影响信号周期内通过交叉口的车辆数目的主要因素,研究了跟驰模型用于交叉口信号配时动态约束的可能性。进一步地,我们研究了基于OVDD模型动态约束的交叉口信号配时问题。数值仿真的结果表明,利用OVDD模型,在相同信号周期内通过的车辆数比实际情况有所提高。同时,我们给出了信号周期时长和绿信比等参数的设计方案。研究结果表明,OVDD模型通过考虑头车驾驶员对信号的反应灵敏度、头车的启动快慢以及车队的跟驰紧密程度等因素,对信号交叉口的信号配时优化有一定的帮助。