信号交叉口控制是城市道路交通控制系统的最基本单元。信号交叉口的控制效果是决定道路通行能力、行车延误、交通安全和城市可持续发展的关键因素。目前我国大多城市交叉口仍采用单交叉口定时信号控制方式。如何在现有交通控制设施的基础上,通过改进信号控制方案提高道路交通通行能力、缓解城市交通压力,是亟待解决的交通难题。本课题充分考虑我国城市交通控制现状,本着低投入、高成效的原则,深入研究了各种信号配时参数的设计方法,最终建立了基于动态时段划分的单交叉口信号控制方案。按照多时段信号控制系统的设计流程,本论文对单个交叉口的时段划分和信号优化配时方案的生成依次进行了深入研究,建立了基于鲁棒思想的多目标优化配时模型,并通过实例验证了该方案的有效性。首先,在分析动态交通流特点和研究交通流预处理方法的基础上,重点研究和改进了Fisher聚类算法,并将其应用到交通时段划分中。通过实例仿真,验证了改进算法的可行性和有效性。其次,在分析总结现有交叉口延误计算模型的基础上,考虑了模型对不确定性交通流适应性,研究并建立了基于鲁棒的交叉口均衡延误模型,提高了配时模型对不断变化的交通流的鲁棒性。进而,通过分析交叉口通行能力、车辆延误两个控制目标与信号周期之间的关系,建立了以车辆平均延误最小和交叉口通行能力最大为目标的多目标优化配时模型。再次,重点研究了NSGA-II算法在多目标优化模型求解中的应用。针对该算法的不足,提出了改进方案；并将改进后的NSGA-II算法应用到多目标优化配时模型的求解中。通过对比和分析仿真结果,验证了多目标优化配时模型的有效性。最后,总结了作者所做的主要研究工作及创新之处,并对该课题的后续工作进行了展望。