面对仅依靠传统新建和扩建方式增加道路资源以维持交通需求日益增长的局面和交通拥堵日渐成常态的现状,文中以高速公路特殊路段为研究对象,在深入分析特殊路段交通流运行特性的基础上,运用改进的元胞自动机理论对特殊路段交通流特性及空间演进机理进行了仿真研究,模拟了在不同运行规则及限行条件下的交通流集结与消散的全过程,并针对具体情形提出了对应的管制对策,可为公路决策者科学合理调控路网流量时空分布、缓解高峰时段交通拥堵、实现道路资源优化配置提供一定的参考。本文研究的内容主要包括:论文的缘起、意义及思路的提出。从高速公路交通流研究的理论方法、仿真手段及管控治理等层面入手分析,结合现阶段交通实际,详细阐述了论文的研究内容、基本思路及实现方法。高速公路交通流相关理论综述。从宏观、介观和微观方面对交通流理论及模型进行了阐述;从起源、原理及发展方面对交通波理论进行了分析;从定义、特征、分类及应用方面对元胞自动机理论进行了综述。高速公路交通流特性分析及其CA模型的构建。从基本路段交通流特性入手分析,以交通波理论为指导,对高速公路施工养护路段及隧道路段交通流进行了深入研究。以双向四车道高速公路为例,重新定义了特殊路段内车流的运行状态,通过分析路段内车流的时空分布特征,揭示了特殊路段各关键节点处车流状态间的转化机理。针对施工养护路段,建立了考虑封闭车道数、养护时间及上游路段交通流大小的时空影响模型,对特殊路段上游车流排队长度及影响时间进行了推理和确定。在此基础上充分考虑特殊路段的运行规则及限行条件,构建了改进的元胞自动机高速公路特殊路段交通流模型,为开展进一步深入研究提供了先提条件。高速公路特殊路段交通流仿真研究。基于改进的CA模型,分别就高速公路基本路段和特殊路段内交通流的时空演化过程进行了模拟研究。针对基本路段的仿真结果表明随着车流密度的增加,快慢车道内的交通流都呈现出不同程度的拥堵态势;针对施工养护路段,分别就封闭路段比例不同和封闭车道类型不同两种情形进行了仿真分析,研究发现施工养护对路段车流运行有明显影响,在[0.05,0.45]的密度区间内改变尤为显著,且封闭快车道对车流的影响要比在同水平下封闭慢车道时小,同时发现封闭路段越长对车流的影响就越大;针对隧道路段,就车流到达密度不同和车种混行比例不同两种情形进行了模拟,结果显示隧道出入口处的明暗效应对车流的影响尤为明显,增加车辆在出口处的驶离概率是解决方法之一,同时发现隧道内车辆的通行效率随车种混行比例S及参与隧道长度的增加而降低。最后针对特殊路段在交通管制方面存在的不足提出了相应的对策及建议。