城市交通拥堵已经成为困扰大中型城市发展的重要难题。长期以来,交通问题一直被视为工程类问题,大多是用系统工程的方法进行问题的分析与求解；研究往往分而治之,只考虑交通领域的某一个方面；提出的建议或措施缺乏系统的机理分析,更多时候仅仅考虑交通效率最大化的问题。随着交通问题形式的诸多呈现,交通系统是一个复杂的社会工程和人类活动系统的观点逐渐得到国内外学者的认同。城市交通问题是多种社会文化因素的共同作用结果,并且多数是以人的交通活动为中心的社会问题,具有较强的社会性、人文性和复杂性。本文从社会对于交通问题的诉求、常见交通情景和交通社会行为知识等现象层面入手,对城市交通(特别是道路交叉口)进行技术复杂性和社会复杂性两个层次的解析。基于软系统方法设计交通情景和交通社会行为知识的形式化描述模型,并以此概念模型为元胞自动机模拟的设计基础,将形式化描述的交通情景和交通社会行为知识转化为元胞自动机规则运用到模拟系统之中,验证与优化相应的交通情景,进一步优化交通系统的整体涌现状态。由于道路交叉口是城市交通问题的瓶颈,本文即以交叉口为主要研究对象,进行面向元胞自动机模拟的交通情景和交通社会行为知识的形式化描述及应用的研究。首先,本文从不同视角、不同层面解析城市交通的复杂性,即不仅具有工程型,还具有社会性；其次,基于软系统方法,创新性的提出SMART描述模型,进行交通情景形式化描述的模型设计,并以图片或组图为例,进行交通情景形式化描述的实例探究,为后续CA模拟提供初始状态与验证优化分析依据；然后,基于CA模型的理想模型、参与者特征模型和参与者交互模型三层架构对于不同交通社会行为知识的需求,分种类、分层次的进行其形式化的描述与组织,建立了范畴主题词表；最后,本文结合项目现有素材和实现目标,对具有社会复杂性及复杂知识的道路交叉口CA模拟进行概念模型和逻辑模型的设计,实现将交通情景和交通社会行为知识的形式化描述成果应用于CA模拟中的目的。