随着人们交通出行需求日益增长,高速公路承载的出行交通量也逐年增加。对于部分高速公路路网来说,网络中的交通流量在时间和空间上都存在分布的不均衡性,究其原因,除了刚性出行时间以外,多数是由于收费、距离等不同而造成,显然这种现象会导致高速公路资源的浪费,路网的最优通行效益难以得到充分发挥。为解决上述问题,本文结合预约出行和道路差异化定价收费的理念,提出基于预约的高速公路差异化定价方法,通过对预约和非预约用户分别实行差异化定价收费,利用价格杠杆,调节用户出行时间和出行路径,进而调节各路段及各时段的流量,达到平衡使用高速公路路网时空资源,发挥路网最大通行效益的目的。本文主要研究工作包括:(1)分析国内外预约出行与高速公路定价收费发展现状,结合相关文献研究成果,总结当前预约出行和高速公路定价收费制度的效果和存在的问题,确定本文的研究思路为:通过实行基于预约的差异化定价收费来实现路网流量在时空上的合理分配。(2)构建了基于预约的高速公路差异化定价体系,阐述进行预约以及差异化定价的主要流程,系统梳理了该体系研究的理论基础,并分析获取了预约出行以及高速公路差异化定价的实施条件。(3)构建基于预约的高速公路差异化定价模型,模型分为三大部分,分别为交通需求预测模型、预约用户定价模型以及非预约用户定价模型。通过交通需求预测模型预测未来出行需求,为预约以及差异化定价收费提供数据支撑;借鉴拥堵收费模型的形式,构建预约用户定价模型,对预约用户分时段路段通行费率以及预约出行名额进行求解;以系统总出行成本最小为目标,构建动态用户最优双层规划模型来求解非预约用户的分时段路段费率。本文设计启发式算法求解上述模型,并通过简单路网算例以及广州、佛山之间高速公路实际路网数据对差异化定价费率进行计算,并与固定费率收费方式比较,验证了差异化定价收费的实际效果。实际案例分析结果表明,通过差异化定价的收费方式,可明显降低路网上路段饱和度的方差,高峰期的降幅可达70%。除此之外,通过调整预约用户比例进行多次实验,证明存在使系统总成本最小的最佳预约用户比例,通过合理配置预约用户出行名额,可使系统总成本减小25%。本文的研究有助于调节交通流量在高速公路网络上的均衡分配,对于改善高速公路日渐拥堵的态势、提高路网资源的利用效率具有一定的参考意义,可为实施高速公路预约出行和差异化定价收费提供依据。