由于高速公路收费站通行能力不能很好的匹配高速公路主线车流量,节假日等高峰时段收费站常发生拥堵和延误,收费站一直都是高速公路的瓶颈路段。现有的研究不能很好的减少收费站车辆产生的延误和排放,为了更好的提高收费站的运营效率,减少运营成本,在“取消省界站”的大环境下,亟需对收费站的整体运营进行研究分析,制定出合理的运营控制策略。为了解决上述问题,本文参考相关资料及国内外研究成果,首先分析了收费站区域的系统构成、收费制式、收费车道等。根据对计划“取消省界站”的收费站实地调查,分别对撤站前后的收费站交通流特性进行研究,主要包括:车辆组成、车辆到达特性、收费站区域车辆运行、驾驶行为、换道行为。其次,引入交通流宏观参数和微观参数,对自由流主线收费站、出入口收费站的通行能力进行分析。通过分析ETC车辆最小安全车头间距和ETC车辆制动过程,建立了ETC单车道通行能力计算模型,并确定了不同因素下ETC车道的通行能力折减系数;基于M/G/K排队理论,确定了MTC多车道通行能力计算公式、以MTC车道开启数目和MTC车道平均排队长度为变量的收费服务矩阵;得出收费站总通行能力计算公式。最后建立了VISSIM仿真模型,通过撤站前后交通流仿真模拟,对撤站前后的通行能力、延误、排放进行了验证,并总结了撤站前省界主线收费站运营效率低的原因;建立了新旧出入口收费站车道数设置策略方法及车道控制方案。研究结果表明,省界收费站的取消能够有效减少主线站的车辆拥堵、尾气排放、提高速通行效率;在保证出入口收费站服务水平的前提下,可以根据车流量、ETC使用率、车流高低峰时间,动态控制ETC、ETC/MTC车道的开启转换,以减少收费运营成本;所以应当大力推广ETC、匝道预支付等在取消省界站中需要应用的新技术,加快取消省界站的建设进程。本文的研究结果对“取消省界站”后的收费区域整体运营控制具有借鉴作用。