我国收费公路的发展，极大地改善了道路交通条件，但同时也引发了效率和公平问题的争论。本论文围绕着收费公路存在条件以及收费费率合理定价问题，运用经济学、博弈论、最优化和模糊理论，进行了初步的理论探讨。首先，研究公路收费的可行性。从公路的基本属性出发，结合我国公路的供求现状，分析收费公路存在的外在客观条件；并从社会福利角度，定性比较政府管制和非管制、收费还贷型和收费经营型公路的经济效率，讨论收费经营型公路存在的理论边界条件，指出收费公路是当前一种有益的制度安排，其存在具有一定的时间和地域局限性。其次，研究合理费率的形成和确定。从供求角度，系统分析收费公路市场费率的影响因素，指出市场费率存在着市场失灵，需要政府管制，并提出合理费率的概念模型，证明合理费率是一种纳什均衡；在回顾总结收费公路费率决定主要模型的基础上，运用双层规划方法，结合交通网络平衡分配理论，建立以基本车型计算的合理费率决定模型，并通过实例进行验证；针对不同车型收费系数的确定，提出一种AHP和ANN相结合的计算方法；在已知以基本车型计算的一般费率水平和收费交通量、以及不同车型的交通量换算系数和收费系数条件下，考虑到不同车型交通量构成比例因素，在保持收费收入不变的情况下，确定不同车型的具体费率和收费交通量，从而将合理费率的一般均衡解推导到特殊解；运用FCM聚类方法，深入探讨了收费公路车型分类的公平合理性。最后，针对合理费率模型中的假设条件，分析合理费率的形成风险，指出特许经营制度可以有效地规避和分担风险；并针对政府和收费公路运营企业成本信息上的不对称，运用不完全信息静态博弈方法，建立识别不同边际成本类型运营企业的直接机制，鼓励企业主动表明自己真实的成本类型，从而减少合理费率形成过程中的不确定性风险；提出借鉴价格帽管制方法，对合理费率进行动态调整。