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收费站作为高速公路上的重要组成部分,其通行能力限制着高速公路的交通运行状况。由于车辆的交费延误降低了收费站的通行能力,使其成为高速公路交通的瓶颈。电子不停车收费(Electronic Toll Collection,ETC)技术和复式收费方式(Tandem Toll Collection, TTC)的推广应用有效缓解了这一状况。论文旨在讨论现有条件下如何提高收费站的通行能力和服务水平,并探讨了车道合理配置和优化的问题。本文根据收费站设计规范和实地调研成果,深入分析各种车道的交通流运行特性和收费广场车道的布设形式,确定了收费口车辆的到达分布以及服务时间、离去时间的分布。考虑车型差异对交通流的影响,对通过收费站的车辆类型进行了合理分类,并基于通行耗时的方法,给出了不同交通条件下收费站车辆折算系数(Passenger Car Equivalents,PCE)的参考值。为了符合实际收费站的交通特性,运用理论分析法分别构建ETC通道和复式通道通行能力的计算模型,上述模型综合了车辆通过收费站的交通特性、交通行为等多种因素,可为收费站的改扩建提供参考。对于收费站系统的通行能力,合理的选取M/G/1排队模型进行求解。考虑到ETC车道限制速度与车道位置对收费站系统通行能力的影响,结合实地调查数据标定参数,建立VISSIM仿真模型。以ETC使用率、ETC通行速度、ETC车道位置及交通流量为输入变量,设计不同情况下收费站通行能力的仿真方案,将仿真结果进行对比分析,验证了排队模型的适用性,对收费站的服务水平进行了理论划分,确定了 ETC车道的最佳配置方式,为收费站规划设计与运营管理提供理论依据。针对收费站车道配置的问题,构建了基于收费站运营成本和司机排队成本最小化的非线性整数规划模型,得出针对不同时段交通量的最佳通道开启方案。考虑到未来交通量增长这一影响因素,通过对收费站车辆等待时间进行灵敏度分析来检验通道开启方案的有效运行时长。最后,将MTC用户逐步转换为ETC用户,得到满足各通道预定服务水平的收费站的长期运营方案,实现了车道的优化配置。