计重收费是我国高速公路收费历程上一次成功的变革,从首次提出到国内全面铺开不到十年的时间里,计重收费正发挥着越来越重要的作用。但是,计重收费的理论远落后于实践,国内外相关研究大多局限于定性和局部分析。因此,对计重收费的基础理论进行系统而深入的研究显得十分重要。本文利用经济学、运筹学、管理学等理论,从系统的角度研究并解决计重收费实施过程中所面临的一系列关键问题。在高速公路计重收费价格形成机制分析的基础上,从宏观和微观层面分别分析计重收费的作用机理,划分并评价了计重收费的三种实施模式；分别对正常车辆和超限车辆建立计重收费定价模型,构建包含额定总重法、实测总重法和对比分析法在内的正常装载车辆计重收费基本费率的定价方法,并依托调研数据对进行了实证分析；提出高速公路超限运输外部成本与外部收益构成体系的概念并构建相应的测算模型,同时,对超限车辆补偿费率结构进行构造并改进,在此基础上,以社会福利最大化为目标建立超限车辆补偿费率的定价模型,在实证分析中验证其合理性；从系统的观点,兼顾货物需求对价格的弹性,分析路网货物运输业主的运输收益和运输成本,设计货物运输弹性需求函数,建立货运需求的网络均衡配流模型,以社会效用最大化为上层规划目标,用户盈余最大化为下层规划目标构建超限车辆补偿费率双层规划定价模型,并设计相应的模拟退火求解算法；对计重收费标准的调整依据、调整时机、调整方式以及调整的实施策略等计重收费标准调整相关问题进行分析；将遗传算法和神经网络有机结合起来对高速公路短期流量进行预测,构建符合高速公路短期流量特点的预测模型,在此基础上采用排队论模拟高速公路收费过程,结合短期流量预测及收费站排队模型,建立收费员动态最优配置模型。论文为我国高速公路计重收费的实施提供科学依据,完善了计重收费的定价和调整方法体系,对高速公路收费理论特别是补偿收费理论进行了有效的拓展,有利于最大限度地发挥计重收费在治理超限运输中的经济杠杆作用,引导货物运输业主合理的使用道路资源,减轻超限运输给高速公路系统所带来的负外部性。同时,本文的研究有助于提高计重收费的实施效率,引导和规范我国高速公路的计重收费实践,为计重收费在我国高速公路进一步科学实施提供政策参考。