城市快速路作为大和特大城市道路网络的骨架,具有速度快、流量大等特点。但随着社会经济发展、车辆增多,快速路在一些城市的优势已受到影响,尤其在早晚高峰时期,车流量急剧增多极易造成局部拥堵-向上游蔓延形成大面积拥堵,同时快速路的封闭性又使出行者-驾驶员没有其它路径可供选择即很难离开快速路,形成的拥堵通过出入口匝道影响到城市一般道路,使城市快速路的通行效率大大降低,交通事故发生的概率急剧增加。单匝道控制由于具有单入口匝道控制的特点,难以覆盖上游区域,致使在拥堵情况下单匝道控制不能有效抑制拥堵提高快速路通行效率。传统协调控制中多入口匝道协调效果最明显,但存在模型复杂求解繁琐、依赖于预测精度、不具备反馈机制、难于大规模网络应用抑或需提前指定协调控制信号施加范围等不足,且均不涉及复杂网络系统理论及其同步控制。因此,本文提出基于元胞传输模型(Cell Transmission Model,CTM)的城市快速路复杂网络耦合模型,并验证其同步性。以天津市快速路的西北小环为研究对象,对拥堵下的城市快速路的协调控制进行研究,提出了新的控制方法,主要涉及以下几个方面的内容:(1)在借鉴国内外学者已有研究成果的基础上,深入分析了城市快速路的交通流特性和复杂网络特性及其统计指标。为城市快速路建立复杂网络节点耦合模型提供理论基础。(2)结合已有CTM、各元胞长度不同的改进型元胞传输模型(Modifed Cell Transmission Model,MCTM)和城市快速路交通流特性以及复杂网络特性,建立了包含入口匝道、出口匝道或立交桥和主线元胞等不同组合的城市快速路节点耦合模型,并分析不同组合下交通流变化。为研究城市快速路协调控制提供了模型基础。(3)在已有协调控制器设计的基础上,提出以广义同步为目标的多入口匝道协调控制器并确定控制策略,其中牵制节点对应需施加控制信号的入口匝道,推导出城市快速路网络系统同步的稳定性条件,以此得到牵制节点和反馈增益矩阵。(4)以天津市城市快速路西北小环为研究对象,对拥堵下城市快速路的复杂网络的同步控制进行研究,在实验对象交通需求变化的情况下,分别采用牵制控制、全局控制和CORDIN控制等控制算法对其进行控制,并对这些控制方式的控制效果进行比较。实验表明:采用本控制方式可以最小的控制范围代价达到抑制交通拥堵提高道路通行效率的目的,效果优于传统协调控制方式,可进一步推广到大规模城市快速路。