作为城市道路网络的节点，交叉口汇集了行人、非机动车及机动车等不同方式、不同特性、不同方向且相互冲突的混合交通流。但因缺乏集交通组织、空间布局、安全保障和信号控制为一体的交叉口综合优化设计，无法对混合交通流进行合理有效的组织、分流、引导及控制，导致交叉口效率低下、事故频发，成为瓶颈中的瓶颈。因此，平面交叉口虽是道路交通网的重要枢纽点，也是交通事故的多发点。更为严重的是，发生在交叉口的局部问题(比如拥堵和事故)能借助网络的开放性，以非线性模式朝周围迅速扩散和积累，若处理不当往往造成交通系统功能大范围长时间受损甚至完全瘫痪，故交叉口也是城市综合交通系统“矛盾的集中地、问题的发生源”，因而交叉口综合优化设计是提升城市路网乃至整个综合交通系统功能的关键。 根据系统论，在一定范围内随着系统结构复杂性的增加，系统功能稳定性增强，但超过一定临界点时，系统结构复杂性增加会导致系统功能稳定性降低。因此，作为微观系统，交叉口的空间布局和运行组织并非越复杂越好，这一点在以往没有引起足够重视。针对我国目前交叉口研究现状，本文从宏观及微观两个层面着手研究交叉口不同类型交叉口冲突点数量及不同交通流条件下的冲突概率，提出复杂度的概念并阐述其内涵，建立复杂度的计量模型从而可评价交叉口的运行状态。为了衡量交叉口时空资源的利用程度，本文提出了交叉口通行效率的概念并建立了计算模型，分析其与交叉口复杂度之间的关系，从而可将交叉口复杂度控制在一个合理范围内选择通行效率最大的交叉口作为设计目标。因此本课题的研究可分为交叉口冲突点(冲突区域)研究、冲突概率研究、复杂度研究、通行效率研究以及复杂度与通行效率关系研究5部分。 本文以机动车与机动车、非机动车及行人这3种交通方式的交叉冲突点为主，从宏观层面分析了冲突点与交叉口空间布局型式的关系，主要包括不同相交道路条数、不同机动车道数及不同相位设置三个方面，从理论上得出了交叉口各类冲突点的数量与空间布局之间的关系。但由于非机动车自身的特性使得其在交叉口的行驶轨迹较不固定，因此机动车与非机动车冲突点的位置并不固定，而是分布在某些区域内。本文应用摄影测量方法建立了其不同时刻在交叉口行驶位置的图像坐标与大地坐标的联系，通过采集非机动车图像坐标数据获得了非机动车不同时刻在交叉口行驶位置的实际坐标，将所有坐标点描绘于交叉口范围内，其分布较为密集的区域则为非机动车行驶区域，与机动车行驶区域交叉部分则为机非冲突区域。 在冲突点及冲突区域研究成果基础上，论文从微观角度研究了3种交通方式的交通流在冲突点及冲突区域发生冲突的概率。通过理论分析，以机动车车头时距、临界间隙、非机动车及行人冲突区域占用时间等参数建立了冲突概率的计算模型，并基于大量调查数据求解了各种类型的冲突概率。 基于以上两方面的研究成果，本文从宏观及微观两个层面建立了交叉口复杂度计量模型，并运用该模型分别从单点及整个路网两个层次计算了不同类型的交叉口在不同交通需求下的复杂度数值，分析了在不同条件下交叉口复杂度的变化趋势。 为了衡量交叉口时空资源的利用程度，本文提出了交叉口通行效率的概念及计算模型，由于通行效率与交通冲突有较大的相关性，为了表征交通流在有无冲突两种情形下的延误大小，本文提出了冲突强度的概念，通过大量数据得出交通流在有无冲突情形下的功能区平均运行时间可用来计算冲突强度。由于通行效率模型不仅考虑了交通流在交叉口功能区的流量，同时也考虑了其在功能区的运行速度(运行时间)，更能全面地对交叉口时空资源利用的合理性作出评价。 基于复杂度及通行效率模型，论文计算了单点及整个路网交叉口在不同控制方式及不同交通需求条件下对应的复杂度及通行效率数值，分析了不同情况下通行效率与复杂度之间的关系。基于以上的研究，在进行交叉口设计时可选择若干种复杂度在合理范围之内的交叉口，再以通行效率为指标选择最佳的型式，从而可实现基于复杂度控制的交叉口优化设计。