本文以高速公路菱形互通式立交相关技术指标及交通量适应性为出发点,以现场实测及实地实验数据为基本依据,采用数理统计、系统理论分析及仿真技术相结合的方法,对我国高速公路菱形互通式立交中关键―瓶颈‖部位进行了深入地研究,主要内容包括高速公路菱形互通式立交减速匝道及平面交叉交通运行特性、菱形互通式立交无信号控制平面交叉交通量适应性、菱形互通式立交收费站交通量适应性、菱形互通式立交多指标决策选型理论、菱形互通式立交无信号交叉口减速匝道长度确定方法及考虑标志遮挡问题的标志设置要求等。通过室内外实验获取驾驶员生、心理特性,包括眼动及生、心理及视觉知觉中瞳孔直径近似熵参数等方面数据,分析了菱形互通式立交减速匝道驾驶员感知、心理、视觉交通特性,运用基于驾驶员绩效理论的生、心理锲入点的实验方法,得出驾驶员生、心理参数近似熵及视觉知觉中瞳孔直径近似熵的驾驶员特性;从客观原因及主观原因出发分析了菱形互通式立交平面交叉区域交通事故机理模型及模型的应用,并提出菱形互通式立交平面交叉事故机理与事故形态关系,运用Logistic回归方法建立平面交叉左转弯可接受间隙模型,并分析了由可接受间隙引起冲突的驾驶行为机理。从菱形互通式立交无信号控制平面交叉的冲突出发,通过分析冲突区中的优选权,得出饱和状态和非饱和状态下单个冲突组和多个冲突组通行能力理论计算方法,运用间歇接受理论及冲突技术理论对模型中的参数进行标定,利用VISSIM仿真技术标定无信号控制交叉口冲突适应的交通量,得出大型车混入率为10%时,交通量适应性为328pcu/h。通过分析菱形互通式立交收费站处的交通行为及服务时间,建立收费站交通量模型,运用VISSIM仿真技术对模型参数进行标定,通过改变ETC通道数、交通流中ETC用户比例及车辆组成等控制因素,得出MTC和ETC混合条件下不同比例车辆组成交通量适应性,仿真结果与理论计算结果较为接近。从菱形互通式立交选型原则出发,分析菱形互通式立交的分类及选型影响因素,利用多指标决策理论对菱形互通式立交选型中的影响因素进行分析,将菱形互通式立交中制约选型的影响因素分解,利用多指标决策理论确定各种制约因素的权重,并建立基于多指标决策理论的菱形互通式立交选型方案定量化计算模型;以南京绕城高速公路的石杨路立交为例,利用多指标决策理论分析该菱形互通式立交方案,并分析各种可行方案的优劣性,对于已建菱形互通式立交采用改建方案时,应首先提高管理措施,其次采用土建工程措施;对于新建菱形互通式立交应该在规划和设计阶段结合远期适应的交通量运用多指标决策理论分析各种因素对方案的影响,确定最佳菱形互通式立交选型方案。从菱形互通式立交无信号控制平面交叉冲突出发,提出了冲突临界间隙理论,通过对菱形互通式立交无信号交叉口条件假设,建立冲突延误模型,把无信号交叉口由于冲突引起的延误分为排队延误、等待延误加减速延误,并分析了交通量为330pcu/h,不同大、中、小型车车辆组成条件下冲突引起的延误时间,并计算运行速度为51.5km/h减速匝道最小长度为263m;针对菱形互通式立交主线桥梁上跨无信号控制区域平面交叉视距及大型车遮挡标志问题,建立基于概率的大车遮挡相应标志的识别视距计算模型,并对模型进行假设,计算小车在标志识别区,大车在小车前方一定距离内不同车道遮挡小车的概率,计算识别视距值,通过算例分析计算菱形互通式立交无信号控制平面交叉区域识别视距值及大车被遮挡概率,对被遮挡概率较高路段,应重复标志的设置降低交通标志信息被遮挡的概率,同时应配合标志灵活设置提高驾驶员对交通信息的获取。