互通立交作为高速公路的重要组成部分,承担着实现交通转换的重要功能。互通立交出口是车辆驶离高速公路主线的主要途径,由于高速公路主线与出口匝道设计速度相差较大,驶出车辆需要进行减速,而驾驶员的个性差异与限速标志设置的不规范造成在互通立交出口处车辆之间速度离散性大,交通冲突多,因此互通立交出口是发生交通事故的集中区域。为避免车辆速度产生较大突变,使车辆从主线行驶速度能够逐渐减小到匝道限速值以内,提高互通立交出口行车安全性,本文基于驾驶模拟及理论计算对高速公路互通立交出口梯级速度过渡区的设置方案进行了系统的研究。首先结合研究需求确定了主线及匝道设计速度,并通过对陕西省周边高速公路互通立交减速车道形式进行统计,确定了研究场景中的减速车道类型。利用无人机采集到实际高速公路互通立交出口视频,通过Tracker软件提取了车辆运行参数,对车辆行驶数据进行分析,总结了互通立交出口处驶出车辆行为特性。针对于出口处交通流混乱的现状,本文提出了梯级速度过渡区设置的概念从而对车辆速度进行控制和规范,根据我国相关标准规范及工程经验初步提出了不同梯级速度过渡区设置方案。其次根据初步梯级速度过渡区设置方案结合对运行车速影响因素的分析,利用UCwin/Road软件搭建了驾驶模拟场景。招募了20位驾驶员进行驾驶模拟实验,采集到不同梯级速度过渡区下车辆行驶数据共计360条,利用实车采集数据验证了驾驶模拟数据的有效性。基于车辆行驶数据与驾驶员认知反应过程对驾驶行为进行了分析,利用驾驶模拟数据建立了减速度预测模型及对限速标志影响模型参数进行了标定。结合两个辅助模型及驾驶员认知反应过程构建了梯级速度过渡区长度计算模型,确定了各梯级速度过渡区内最优长度。最终对优化后的梯级速度过渡区设置方案再次进行驾驶模拟实验。选取车速离散性、分流鼻运行速度及减速度等指标构建了互通立交出口安全评价指标体系。基于CRITICTOPSIS的评价模型对优化前后的各梯级速度过渡区设置方案的安全性进行了横纵向对比,发现优化后的各级速度过渡区设置方案较优化前的安全性都有所提高,且选出了适于本文研究场景的最优方案即优化后四级速度过渡区设置方案。