交通仿真最早起源于20世纪50年代的交通流理论研究，属于系统仿真和交通科学相结合的交叉学科。经过半个多世纪的发展，交通仿真已经成为交通管理领域的一个重要分支。推动交通仿真建模发展的5个因素包括：交通流理论、计算机软件技术、计算机硬件技术、信息技术设施和交通管理需求等。当前，这些因素都在飞速发展。尤其是近几年来，信息技术迅猛发展，使得更为复杂的交通流仿真建模成为可能；交通管理规划决策对交通流仿真的仿真粒度、效率和可扩展性等也提出了更高的要求。因此，充分利用系统仿真技术和计算机处理技术的进步，构建自主可控的道路交通流仿真模型，支持当前交通发展中面临的各种问题的分析，具有重要的现实意义和理论研究价值。论文从路段、静态路网和动态路网等三个层次入手，充分利用了蒙特卡罗仿真和离散事件仿真等系统仿真技术，开展了道路交通流仿真建模研究。本文的主要研究工作包括：考虑车辆行为差异化的路段交通流仿真建模与系统实现研究；基于复杂网络的静态路网仿真建模与系统实现研究；基于O-D估计的动态路网交通流仿真建模及系统实现研究。三个层次的仿真模型共同组成了统一的道路交通流仿真模型。在道路交通流仿真模型构建的基础上，本文进一步以路段交通污染排放和路段拥堵治理策略分析为例，开展了仿真模型的应用研究。在路段交通流仿真建模中，本文基于蒙特卡罗仿真方法，提出了一个能够考虑车辆行为差异化的微观交通流仿真模型。道路上的交通流特性通过统计道路上行驶的车辆特性而得到。而车辆的仿真特性通过一组变量表示。表示车辆特征的变量在仿真过程中以马尔科夫过程进行变化。仿真系统通过离散时间机制进行推进。仿真系统通过引入随机变量，实现车辆行为的差异化模拟，并且能够方便地进行仿真模型扩展，使之能够在具体交通问题分析中得到应用。在静态路网交通流仿真模型构建中，本文通过将路段阻抗引入复杂网络理论，实现了能够同时考虑路段交通流量和路网拓扑结构的静态路网交通流仿真模型。交通路网测量研究结果表明，目前的交通路网呈现出明显的复杂网络结构。已有的研究工作主要关注路网拓扑结构特性研究，缺乏对交通流量与路网拓扑之间的联系的关注。本文提出了将路段交通阻抗概念引入交通网络拓扑模型的仿真模型构建方法，从而实现交通流量对路网拓扑结构的影响的模拟。路段交通阻抗是车辆通过路段的时间延迟，与路段的设计特性和其上运行的交通流量密切相关。路段对应于复杂网络中的边，相应地路段阻抗可以看做是边的权重。交通流量的变化，将会影响路段阻抗的变化，进而影响路网中边的权重，最终影响路网拓扑结构的变化。在构建路网仿真模型的基础上，还进一步提出了基于虚拟测试车辆路网遍历时间的路网拥堵仿真评估方法，并实现了仿真系统。在动态路网交通流仿真模型构建中，本文在静态路网交通流仿真模型构建的基础上，进一步构建了能够考虑交通出行需求的路网交通流动态仿真模型。该仿真模型通过将交通需求估计重力模型引入仿真系统，并结合最短阻抗路径选择方法，实现了交通出行需求到交通网络流量的映射。论文最后还基于离散事件仿真的方法实现了仿真系统，相对于已有的路网交通流仿真系统，论文提出的路网交通流仿真系统能模拟从社会经济因素到路网交通流量演进的全部动态过程。在仿真模型应用研究中，本文选择了目前交通管理领域最受关注的交通污染排放和交通拥堵控制两个方面开展了仿真模型应用研究。通过将车辆排放因子引入车辆模型，本文构建了路段污染排放仿真模型。路网交通污染排放可以由路段排放结果叠加得到。潮汐路段、交通拥堵收费等交通管理措施本质上都可以看作是基于路网拓扑结构控制的交通管理措施。基于路网拓扑结构控制的交通管理措施的顺利实施，需要准确地了解路网拓扑结构与其交通承载能力之间的复杂关系。论文利用路网交通流仿真模型，从交通路网拓扑结构的可达性和畅通性两个方面对路网拓扑结构与其交通承载力之间的关系进行了系统的研究，为基于路网拓扑结构控制的交通拥堵管理措施的制定和决策分析提供了支持。