交通流理论研究的目标在于建立能够描述实际交通一般特性的交通流模型,以揭示控制交通流运动的基本规律,从而有效地指导交通工程实践,预防和缓解交通堵塞,为社会的和谐发展提供基本保障。Kerner等人提出的三相交通流理论,作为现代交通流理论研究的热点,可以用来较好地解释相当一部分实测交通现象。然而,人们对于三相交通流理论,尤其是对于三相交通流理论中同步流等现象的内在机理的认识还不够充分。因此,还需要从理论上对三相交通流理论做更为深入的研究和探讨。以元胞自动机为工具对其进行研究,不失为一种有益的探索。基于元胞自动机的交通流模型作为一类新兴的交通流微观模型,在保留了复杂交通系统非线性特征的同时,具备计算机模拟速度快、规则灵活等诸多优点,已被交通科学家广泛采用。本文在综合分析了现有部分元胞自动机模型的基础之上,以元胞自动机为工具,对三相交通流理论进行了建模与模拟。通过计算机模拟,重现了大量三相交通流理论框架中典型的交通现象。本文主要工作如下:1.发现了一个可能导致同步流现象产生的机制:司机对于时间间距的敏感反应而采取的过度减速行为会导致同步流现象的产生。在此基础上,提出了一个根据时间间距进行随机慢化的单车道元胞自动机模型。考虑到实际交通条件下司机对于时间间距这一因素比较敏感的特性,在新模型中根据时间间距来确定车辆的随机慢化概率。模拟结果表明,该模型能够较好地重现同步流现象。利用慢启动规则对该模型进行改造之后,该模型还可以重现从同步流到宽运动堵塞的自发以及扰动相变,模拟结果同三相交通流理论基本吻合。2.采用本文提出的基于时间间距的元胞自动机模型对入口匝道交通瓶颈处的交通模式进行了建模与模拟。根据模拟结果,绘制了相关的相图以及时空图。经过分析发现,该模型较好地重现了三相交通流理论框架中入口匝道交通瓶颈处各种复杂的时空特征。3.提出了一个基于模糊推理机制的单车道元胞自动机模型。考虑到实际交通条件下司机对于速度、距离等信息的感知是模糊的,将模糊推理机制引入到车辆的随机慢化过程中。既考虑到了车辆速度更新过程中的随机性因素,又试图将模糊推理的思想应用到车辆更新速度的过程中去。模拟结果显示,该模型不仅可以较好地重现时走时停等实测的交通现象,而且在一定的密度条件下还可以模拟出同步流现象。