我国城市交通拥堵问题是影响人们出行顺畅的主要因素,城市交通拥堵主要是因为现阶段我国的经济快速发展,全国各大城市以及地方城市逐渐扩大规模,与此同时汽车保有量逐年上升。道路出现堵塞带来的一系列交通问题、出行者出行时间延误问题、经济损失问题、环境污染问题等给人们的日常生活造成很大影响。为此,只有对道路交通拥堵的产生机理、传播特征进行详细深入的研究,才能制定出科学的方案来满足出行者的出行需求。由此可见研究城市交通拥堵问题对城市发展以及社会前进有重要意义。当前国内外诸多学者和学术界对城市交通拥堵这个热点问题进行关注和研究,本文是在借鉴和吸收国内外学术研究成果的基础上,以元胞自动机理论、复杂网络理论以及交通流理论为指导,以Matlab计算机平台为主要仿真方法,对经典NaSch模型和BML模型以及改进的NaSch和BML耦合模型进行了探讨、通过分别模拟交通事故点的时空分布与路网相继故障问题对城市交通网络的影响,分析并得到了重要结论。论文的主要研究内容如下:首先介绍了元胞自动机理论在交通中的应用,在分析了城市交通系统复杂性与复杂网络之间关系的基础上,阐明了城市交通拥堵问题的实质就是复杂网络中级联失效问题,并在下文中从两个不同的学术方面对交通拥堵问题进行详细阐述;同时对交通流理论中的重要指标进行了介绍,为下文城市交通复杂网络拥堵特性及控制方法的研究提供了新的思路和方向。其次借用Nagatani的建模思想,建立NaSch和BML耦合模型的扩展模型(ChSch模型),给出改进的NaSch和BML耦合模型建立的初始条件,交通事故的定义和事故点空间分布的定义,深入探讨并研究了ChSch模型的全局集簇现象和路网中交通流发生相变的临界密度,数值模拟了交通事故数量、交通事故时间分布、交通事故空间分布对于城市路网交通流的影响,最终得出了一些有意义的结论。最后采用复杂网络理论中的对偶法将传统的城市道路交通网络构造成为具有小世界特性的逻辑网络图,并构造出城市道路交通的复杂网络。在分析该网络模型并对比其它复杂网络后,提出道路交通复杂网络具有时延性、恢复性等特性,运用复杂网络相继故障模型进行仿真模拟。模拟结果显示,不同的时延、不同的事故消散因子以及不同的道路负荷能力可以合理的避免相继故障的发生,并且能够更好的解除相继故障所产生的影响。对道路交通网络的构建以及对道路网络相继故障的预防、解除具有一定的参考意义和理论指导价值。针对第3章和第4章研究的结论,论文最后给出了一些治理拥堵的策略,分别从拥堵的预防和疏导两个方面进行了详细的探讨,这为交通管理者制定拥堵措施以及对城市交通拥堵的预防和消散具有重要的参考价值。