交通拥堵是大中城市发展过程中不可回避的一个现实问题,其不仅造成人们出行不便,而且还会带来交通事故、空气污染等一系列的社会问题,可见交通问题严重制约着一个城市的健康发展。国内外城市交通发展的实践经验和教训证明,解决城市交通问题,必须在先进交通理论指导下,进行交通规划、控制和管理,充分有效地利用现有的交通资源,挖掘现有交通设施的潜力。现代交通流理论就是在这种背景下发展起来的。上世纪90年代以来,元胞自动机交通流模型异军突起,以其规则简单、易于扩展以及计算效率高等特性,越来越受到交通学者和工程师的青睐。本文主要是针对我国城市主干路交通拥堵的特点,运用元胞自动机理论,围绕车辆跟驰以及解决交叉口堵塞的问题进行建模和分析,从理论和应用两个方面展开研究。在阅读了大量国内外相关文献之后,发现相对于应用研究,解决城市道路拥堵的元胞自动机交通流模型的理论研究比较匮乏,这正是本文研究的重点,并完成了以下工作：(1)以元胞自动机理论为基础,把车辆在城市道路交通流中运动的变化规律表述为元胞自动机的演化规则,建立了基于元胞自动机理论的城市道路交通流模拟模型,标定了元胞长度和最大速度等参数；(2)建立了二维单向交通流模拟模型,详细研究了元胞自动机在城市道路交通模拟中的应用,设计出了基于元胞自动机理论的新的车辆运行规则,包括车辆在路段交通流中以及在平面十字交叉路口交通流中的运行规则；(3)利用MATLAB软件编程,实现了本文中二维单向交通流模型的模拟。模拟结果符合实际交通流的特点,仿真结果较为理想；(4)运用本文提出的交通流模型,应用到实际的城市道路中,并对模拟得出的结果加以分析和讨论,充分说明了细胞自动机在交通领域拥有极其广泛的应用前景。