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中文摘要：
交通拥堵、交通事故及交通所造成的环境污染已成为现代社会的公害，虽然城市交通新增了许多道路、扩展了路面，增加了地铁和高架路等交通设施，交通阻塞情况有所缓解，但是还存在"大动脉畅通，微血管阻塞"的现象。而且我国的城市交通属于低速混合型，机动车流－非机动车流－行人流的干扰，会阻碍交通畅行。因此，非常有必要对城市运输系统的交通状况进行研究。通过对城市交通的调查，对实测数据的理论分析、参数辨识，借鉴国内外的交通流模型和运输系统交通模拟的计算技术，综合应用多学科的理论和研究方法，整体和局部相结合，分析各种复杂的交通因素，包括交通瓶颈、路段路口的约束，非机动车流、行人流的干扰等所产生的交通波和交通相变。从优化车速、流量等变量入手，用高性能计算机和并行计算，对城市交通系统进行数值模拟，以建立交通优化的模拟器，作为智能交通的应用理论基础。
结论摘要：
利用元胞自动机、跟驰模型和流体力学模型系统研究交通相变和非线性密度波。通过交通测量研究公交车停靠时间的分布；通过改变NaSch模型随机减速步骤的顺序，得到的解析解和数值模拟表明优先考虑随机减速导致交通流呈现的三相自由流动相、低速流动相（同步流）和交通阻塞，弛豫时间和序参量计算表明三相的相变具有临界性，弛豫时间的标度指数与确定NaSch模型同属一类；而随机减速在确定减速前，导致交通亚稳态；通过时空关联函数、序参量、时空车间距和功率谱的计算，研究了引入慢启动规则的元胞自动机模型具有的相变特性；通过车间距、车速等干扰因素对随机减速概率的影响，发现加速转变到跟驰的车辆越多，流量越大，在阻塞区域存在不同速度的激波；通过多车辆耦合作用的跟驰模型和流体力学格子模型的解析和数值模拟研究，表明多车辆的耦合提高交通流的稳定，有利于智能交通应用，交通阻塞对应于mKdV方程描述的纽结－反纽结密度波；通过多车道混合交通流的研究，发现两车道上车辆密度的不对称性对交通流的影响；通过走廊逃生人流的研究，得到拥堵临界时间与走廊宽度和行人最大速度的关系；通过应用各向异性流体力学模型于交叉口，发现作用于主干道的交通挤压。
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