本文是在三相交通流理论框架下利用元胞自动机模型对于高速公路交通流进行的研究。研究要点概括如下:(1)首先介绍了交通流理论研究的背景和研究方法,比较了基本图方法和三相交通流理论区别与联系,并对三相交通流理论的基本假设和各种交通相的临界特征做了详细地阐述。(2)通过描述几个经典的三相交通流理论框架下的元胞自动机模型,从实际交通具体现象以及理论分析两个角度指出了上述模型存在的局限性,进而建立了一个新的元胞自动机模型。该模型将道路交通流运行分为考虑安全条件下的速度适应行为与车辆扰动两个部分。在速度适应行为中引入了线性同步作用距离的概念,同步作用距离范围内的速度适应行为使得车流保持稳定行驶,达到稳定的同步交通流;车辆扰动部分主要考虑车辆的反应延迟对于交通流影响,车辆在保持当前行驶状态超过一定的时间后,则驾驶员会对外界的刺激变得不灵敏,进而产生过度加速或者减速的扰动。在对上述模型进行数值模拟前,我们计算了模型的稳态解,其结果类似于一些经典的三相交通流元胞自动机模型。数值模拟的结果表明:该模型可以模拟出自由流相、同步流相、宽运动堵塞相以及相关一阶相变现象;虚拟探头测得的数据符合三相交通流的各种基本假设和分析;对处于同步流时的交通流变量进行自相关和互相关分析,发现不存在长程的相关关系,符合同步流的基本假设。因此我们认为该模型是一个三相交通流理论框架下的元胞自动机模型。(3)在上述单车道DS模型的基础上,我们提出了双车道交通流模型。实际交通中,多车道对比单车道行驶的主要区别是各种交通状况下的换道行为,因而研究多车道交通的重点之一在于研究换道规则对于道路交通流产生的影响。在本文中,我们建立的换道规则是一种非对称的换道规则,分为换道条件和安全距离两个部分。在参考Kerner对于多车道三相交通流中关于换道引发相变的假设上,我们参考并定义了换道可能性的概念,利用换道可能性研究换道行为对于道路交通流的影响。结果表明自由流时车辆的换道可能性始终大于同步流相;而同步流相换道可能性随机分布一个二维区间中;在宽运动堵塞区域,换道可能性大量减低并趋向于0。该结果满足Kerner关于换道行为与道路交通流相变特征关系的假设。由此可以证明换道可能性的大量降低是导致相变的原因之一。之后我们利用车辆的时空轨迹从微观的角度分析了换道行为对于道路交通流的影响,发现换道行为对于双车道交通存在着双重作用:能够维持车流状态或导致交通瓶颈处产生拥堵的扰动,进一步阐明了换道与相变之间的联系。