大流量机非混合流是我国城市道路交通流的重要特征之一，我国交叉口内部没有明确的机非行驶空间划分，导致非机动车在通过交叉口时常常占用机动车通行空间，非机动车流具有显著的‘膨胀’特征。这种现象导致交叉口内部常常处于一种混乱的状态，不仅削减了交叉口的通行能力，而且存在极大的安全隐患。现有的理论研究针对膨胀现象的行为建模与仿真比较匮乏，大多没有详细描述膨胀现象，难以量化膨胀现象造成的影响。为了能够量化评价膨胀现象对交叉口通行效率和安全的影响，评估交叉口通行能力和安全水平，以此指导优化交叉口交通设施，需要一种高精度的二维连续微观仿真模型再现这种现象。此外，为了满足自动驾驶技术仿真测试的需求，向自动驾驶车辆提供足量、可信的场景库，高精度的非机动车流仿真平台不可或缺。
　　本文在国内外相关研究的基础上，通过实证数据分析交叉口非机动车膨胀现象，分析膨胀现象时空变化规律，解析膨胀现象产生机理。在此基础上搭建环境感知-行为决策-动作执行三层行为框架模型，再现交叉口非机动车流的膨胀现象。最后，利用实证数据对模型的参数进行标定，验证模型的有效性，并列出了不同方案对模型进行应用。本文主要研究内容与结论如下：
　　(1)采集典型交叉口运行视频，提取轨迹数据，通过数据处理的方式，得到了交叉口的道路、交通基本信息，提出了膨胀度的基本概念及计算方法。通过对膨胀现象的观察和数据分析，发现膨胀现象在时空分布上具有一定的规律性。在空间分布上，膨胀度呈现出先增大后减小的趋势，表现出非机动车运行时存在膨胀-收缩的行为。电动车在空间范围分布更广且分散，自行车则较窄且密集。在时间分布上，非机动车流在绿灯放行初期有较明显的膨胀现象，随着排队车辆的消散，膨胀现象逐渐消失。在速度分布上，呈现高速车流靠外侧行驶，低速车流靠内侧行驶的趋势。最后，总结出了非机动车流启动的溢出行为以及超车行为是膨胀现象产生的原因。
　　(2)运用环境感知-行为决策-动作执行三层结构的行为模型框架，用以描述非机动车流在交叉口内部的膨胀-收缩行为过程。其中，感知层包括对交叉口内部安全骑行空间和所在位置的感知、以及骑行者对周边环境及交互对象的感知，分别采用舒适空间模型和弹性边界模型实现；决策层提出了基于规则的非机动车超车、跟车等行为决策模型，以及基于决策树模型的非机动车收缩决策模型；执行层基于力学的思想及数学表达式，提出了驱动力、排斥力、超车力、返回力、跟驰力及边界力模型对应不同行为的行为执行模型。最后根据轨迹数据，利用遗传算法标定模型。
　　(3)利用Matlab数值仿真平台搭建交叉口机非运行仿真平台，选取单个车辆行为特征，轨迹，通过时间，膨胀度空间分布等指标，对比实际数据，验证模型的有效性。结果表明交叉口非机动车仿真模型能够准确地描述非机动车流膨胀特征，整体轨迹精度达到93.28％以上，膨胀度整体误差10%，通过时间均无显著性差异。最后，通过改变模型的输入，分析道路、交通环境对交叉口安全、效率的影响，进一步验证的模型的有效性。