交通运输系统是一个复杂的大系统，也是一个时变非线性系统。随着经济全球化和科学技术迅速发展，作为社会经济系统运行支撑体系之一的交通运输系统也日益错综复杂，其突出表现是运输需求更加瞬息万变，运输市场的供给需求矛盾更加激烈，运输问题日益严重。目前，交通需求与交通能力的增长越来越不均衡，交通运输系统的各个环节也出现了许多亟待解决的新问题。因此，建设满足需要和完善的交通运输系统，实现交通运输可持续发展不仅是社会经济发展的要求，而且是交通运输部门和顾客共同关注的重要问题。交通运输系统的构建、发展及相关问题，已成为包括交通运输工程学在内的多学科研究重点。相应地，在交通运输系统中也需要引入新的理论和方法，通过改善调控技术，优化资源配置，来缓解社会所面临的日益尖锐的交通压力。　　 论文针对交通运输系统的基础理论问题进行研究，目的是运用系统科学理论、稳定性理论以及灰色理论并采用交通运输工程学方法建立交通运输系统分析基本思路和发展框架。基于交通运输系统的复杂性，本文主要对交通运输系统所表现出来的非线性动力学特性进行研究。全文主要内容如下：　　 1）回顾宏观交通运输系统的非线性动力学演化特性研究的一般方法以及交通流混沌的识别研究现状等，阐述了目前在交通运输系统方面存在的不足，分析了交通运输理论、系统科学理论、稳定性理论及灰色理论等对研究交通运输非线性动力学特性的支撑作用。　　 2）以系统科学理论为基础对交通运输系统的结构、目标、环境、地位、作用、特性以及交通运输系统宏观、中观和微观三个层次进行了分析。　　 3）从系统科学理论和协同学思想以及复杂系统理论出发，结合最优组合赋权法，提出了交通运输子系统之间及系统整体的协调发展程度计量模型，给出了评价交通运输系统协调发展程度的计算方法，并通过调整各子系统的结构使其协调度最优为目的，建立了合理的各子系统的权重的优化模型来预测和指导调整方向。　　 4）将非线性动力学理论和方法、稳定性理论与交通工程学相结合，建立了宏观交通运输系统自组织性演化模型及宏观交通运输系统下各子系统自组织演化动力学模型。具体对公路和铁路运输两种子系统在时不变综合系数和时变综合系数条件下的动力学模型进行了稳定性分析与演化态势研究，并通过数值仿真验证了理论分析结果。　　 5）利用灰色理论具有小样本性，基于灰色GM（1，1）模型的混沌特性提出了一种基于灰色GM（1，1）模型的识别混沌的方法，并通过理论交通流时间序列、实测交通流时间序列进行了实证分析。　　 6）针对交通流数据特征向量的提取需要，提出了一种最佳聚类数目的蚁群聚类算法，并将聚类中心作为特征向量。　　 7）为了更加准确识别混沌的需要，提出了一种对原始灰色GM（1，1）模型的改进的算法，求得的待估参数使得模型的精确性更高。　　 8）充分利用数据流提供的特征向量和已计算得到的结果、结合递推算法对GM（1，1）模型的参数进行估计，并提出了一种实时快速识别混沌的方法，可以在混沌形成之初检测到混沌，所以该方法可以很好地满足实时性检测要求，可以尽快捕捉到产生混沌的时刻以便及时进行控制。