随着我国经济的快速发展,交通需求的急剧增加,便捷、快速的高速公路成了出行者的首要选择。高速公路路网内交通量的增长给收费站的车辆通行带来了更大的压力。电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection,简称ETC)的引入有效的解决了车辆停车、排队所引发的时间、环境等问题,同时也避免了扩建收费站和增加收费人员所带来的成本费用的增多。因此本文通过建立仿真模型研究了收费站所需的最优ETC车道数量,以及ETC车道的布局形式。 　　本文首先对ETC系统工作原理、交通工程和道路几何设计理论进行了研究,提出了适合我国国情的两种ETC专用车道、一种ETC/MTC混合车道的布局形式。其次,分析了高速公路收费广场交通流特性,建立了普遍适用的基于Arena的收费站仿真模型,并实现了收费站二维动态模拟,更直观的展示了车辆在收费站系统中的交通运行状态。再次,通过Arena仿真模型比较研究了收费车道的数量及布局形式、ETC车辆的比例、MTC车辆误入ETC车道的比例等因素对收费站排队长度、车辆延误时间的影响。最后,本文还对设有8个进口、13个出口的收费站进行了实例分析,研究了该收费站平均日小时收费车道的数量。针对实例收费站从驾驶员方、收费站管理方、社会三方的角度研究了 ETC系统引入的经济价值,并对目前该收费站的建设和运营提出了合理的优化意见。 　　本文共有六章,可分为四部分： 　　第一部分：第一、二章,阐述研究的意义、内容,国内外研究现状及相关的理论； 　　第二部分：第三、四章,分析了高速公路收费广场的交通流特性,确定了评价收费站服务水平的标准,建立了Arena仿真模型,并对模型进行了验证； 　　第三部分：第五章,针对实际收费站进行研究,并对该收费站的建设及优化提出了合理的意见； 　　第四部分：第六章,总结论文,并对研究进行了展望。 　　本论文受到河北省自然科学基金项目“集装箱港口物流系统建模仿真与优化研究”(F2009000123)的资助。