由于市场经济的发展以及民众生活水平的提升,导致了道路交通需求量的快速增加,在城市道路和高速路上产生了严重的交通拥堵问题,从而引发了环境污染和道路交通安全问题。为了缓解交通拥堵,提高道路资源的利用率,需要对交通拥堵的成因进行分析,探究引起交通状态变化的规律,找到控制交通拥堵的方法。利用分支理论对交通流状态突变的情况进行分析研究,对于发现交通流状态变化的机理及缓解交通拥堵有着重要意义。本文从分支理论的角度对交通流的状态变化进行研究,对交通流状态的变化逻辑进行分析,探索交通流状态变化的原理,针对交通参数与交通流稳定性之间的关联关系进行讨论。本文的主要工作如下:（1）使用一种相平面分析方法对交通流在小扰动下稳定性状态变化情况进行研究。利用变量变换将Payne提出的传统交通流模型转换为适用于相平面分析的新模型,将交通流问题转化为交通流系统稳定性问题。分别分析了不同初始密度下的交通流变化情况,研究交通流的局部集簇效应,在变量变换之后,系统参数的变化与系统稳定性状态之间的关系在相平面图中表现的更加明显。（2）针对驾驶员在道路上面对的复杂信息,提出一种改进密度梯度连续宏观交通流模型。在考虑车辆相对速度和距离的影响,对密度梯度连续体模型进行了改进,加入速度差因子,得到改进的密度梯度连续交通模型,并对新模型进行了数值模拟。证明了新模型能够模拟加入小扰动后均匀交通流的变化,对模型进行行波变换,得到模型的平衡点,并分析了其类型与稳定性。讨论了Hopf分支和鞍结分支的存在性,结果表明该模型存在Hopf分支和鞍结分支,并判断了Hopf分支的类型。通过对分支点附近相平面图的分析,发现了Hopf分支和鞍结分支对交通流状态的影响。结果表明,分支理论可以分析交通流状态的变化,描述非线性交通流现象。（3）基于一种速度梯度交通流模型进行了分支分析,并结合实际交通数据对理论分析作了验证。对模型进行行波变换,获取模型的平衡点,对鞍结分支存在性进行证明,并对分支点附近的交通流变化进行仿真模拟。使用拍摄的城市高架桥上的车流视频,获取到道路上车辆的平均密度、平均流量、行波速度等数据,利用数据对理论分析的鞍结分支进行验证,发现了交通状态变化与鞍结分支之间的对应关系,验证了理论模型的可用性,证明分支现象在实际交通流中是实际存在的。