交通是国民经济的命脉。交通系统是否完善，交通管理是否先进，是一个国家现代化程度的重要标志。随着我国现代化建设的高速发展，机动车的拥有量不断提高，道路拥堵现象日益严重。道路建设不足和交通管理的相对滞后，已经成为制约我国城市可持续发展的重要因素。因此，如何提高道路的车流量和通行的安全性，建立更为符合实际的交通模型，从中发现交通流的内部机制及其规律，是目前科学研究的一个重要课题。本文用元胞自动机对高速公路交通系统进行研究，在现有元胞自动机交通流模型的基础上，根据公路交通的实际情况，提出改进的元胞自动机模型，并进行数值模拟和理论分析。 全文主要工作如下： 一、研究优先随机慢化及预测间距对交通流的影响。在周期性边界条件下，通过引入预测车辆间距对Noise-First模型进行改进，数值模拟了不同参数下的交通情形。研究表明，引入预测间距的Noise-First模型更能真实地反映实际交通状况，不仅再现了启止波、同步流，而且出现了亚稳态、非平衡相变等与实际道路交通一致的非线性现象。 二、研究了正弦和余弦规律控制下的随机延迟概率对交通流的影响。基于Nagel-Schreckenberg交通流模型，建立了两种改进的元胞自动机交通流模型。借助于计算机数值模拟，得到了正弦和余弦规律控制下交通流模型的基本图，并对不同规则下的交通流特性进行了分析和讨论。 三、对自动巡航混合交通系统进行研究。基于自动驾驶原理，建立了单车道上由两种长度，可分别以不同最大速度行驶，具有自动巡航驾驶功能的车辆构成的混合交通流模型。通过计算机数值模拟，得到了混合车流在不同参数下交通流模型的基本图，并借助平均场理论对其解析，理论结果与实验模拟相一致。 最后，总结了全文的工作，对今后交通流的研究进行展望，并提出研究设想。