随着全球经济的快速发展,海上贸易日益频繁,大量船舶频繁的来往于各大港口,给港口交通带来巨大的压力,例如港口吞吐率不能满足需求、服务效率低下、船舶碰撞事故频发等。目前港口交通问题是全球关注的热点问题,港口交通问题已经严重制约了各国经济的发展。传统的以流体力学为基础的数学模型在研究港口交通状况时存在一定的局限性,不能够准确地反映港口交通的实际特征,因此研究港口交通流系统特点,建立新的有效的港口船舶运动仿真模型已经成为必然趋势。元胞自动机技术是起源于计算机科学技术领域的新技术,元胞自动机结构简单,演化规则灵活,它可以通过大量简单的、离散的元件相互作用模拟出丰富而复杂的现象,现在已经成功的应用于众多领域。基于元胞自动机技术的交通流研究正在积极的开展,在道路交通流的研究中已经取得了很多成果,很多技术已经应用到了工程实践中,并且取得了良好的效果,但是将元胞自动机技术应用于港口交通系统的研究还相对较少,很多技术还处于研究的初级阶段。论文首先对港口船舶交通流特性进行了研究分析,重点分析了船舶在港口的运动状态、影响船舶航行的主要因素和港口交通系统的组成和特征,然后参考现有道路交通流模型,分别对基于184号规则、基于NaSch、基于慢启动、基于三相交通流的港口交通流模型进行了建模分析,在建模分析的基础上,参考港口交通流实际特征,分别建立符合港口船舶交通系统实际特征的交通流模型,对各个模型进行了仿真研究,并且对各个的模型的特征进行了研究分析。然后,在建立港口船舶交通流模型的基础上,结合港口交通系统的实际特征,分别建立了基于跟驰思想和基于排队论的港口船舶交通流模型,并且分别对模型进行了仿真研究,特别就密度、减速概率、服务时间、安全距离等因素对港口交通流状态的影响进行了仿真研究,并且总结了各个模型的特点。最后,基于Windows下VC6.0软件开发平台,应用软件工程学方法,设计了基于人机交互界面的港口船舶交通流可视化仿真系统,并分别对基于跟驰思想和基于排队论的元胞自动机港口船舶交通流模型进行了可视化仿真,仿真结果表明基于跟驰思想和基于排队论的元胞自动机港口船舶交通流模型能够真实地模拟出港口船舶运动的排队、拥挤、堵塞等状况。