高速公路运营过程中存在行程延误、安全性降低、环境恶化、交通拥挤等种种负面效应，以及实现企业经营效益的压力，交通运行分析作为实现决策支持的有效工具，在绩效评估、投融资分析、改善方案选择、交通运行控制、区域路网调度等很多方面有着广泛应用。但是，已有研究多关注运行指标的计算和指标所包含的运行信息，而较少考虑到高速公路信息化建设的阶段性对运行分析的影响，高速公路运营管理中运行性管理与经营性管理两类管理内容的运行分析方法的不同。因此，论文以国内高速公路运营管理的实际需要为研究目标，适应高速公路信息发展水平，采用系统的分析方法，综合信息熵法、多样本统计检验、交通系统模拟、管理系统仿真、投入产出分析等多学科知识，从交通运行分析的数据采集系统布局入手，研究面向工程技术要求的交通运行方法，以及面向经济管理要求的交通运行分析方法。论文主要研究工作如下：　　 分析高速公路信息数据消费结构所包括的政府决策层、运营管理层、实时控制层的层次特征，提出分阶段分层次的固定型交通信息采集点布局方法；根据信息采集点检修建设时序及功能的不同，实施信息采集点三级布局，形成信息采集点初始布局方案；在此基础上，建立以检测效果、检测精度和布设费用为目标的优化模型，应用交通仿真工具设计了迭代求解算法。　　 将运行分析基础指标归纳为设施服务型指标、交通流动态指标及相互作用指标三类，系统地阐述了各指标的运行分析特征，揭示了高速公路实际运行分析指标的适用条件与应用范围；在多维空间尺度下，分析单一分析指标的空间假设和直观特征，研究表明单一指标的选择随着运行分析过程中使用偏好、运行目标、观测条件的改变而发生变化；采用情景假设和统计量检验方法实现单一分析指标的筛选，应用信息熵计算单一指标信息量的大小，以测度不同运行指标对交通运行复杂状况的刻画程度，分析运行指标一周熵值变化和随观测窗口的熵值变化情况；通过对基础指标集的测验与结构优化，提出信息化条件下的综合分析指标体系，并运用先划分运行状态，后基于差异驱动原理确定指标权重，进行交通运行动态综合分析，实现了运行指标一维分析向多维分析的扩展。　　 选用数据包络模型作为基本分析工具研究高速公路交通运行投入与产出要素间的相互联系。在截面静态数据的运行效率分析中，对非期望变量进行处理，通过相对无效单元向生产前沿面的投影讨论投入要素的变动对运行结果的影响，进而找出一致性改进方向，优化分析单元的投入产出要素；在时序动态数据效率评估中，采用超效率模型结合质量控制图方法可监控交通运行绩效的动态变化；在混合面板数据的运行效率分析中，通过构筑决策单元的Malmquist指数模型以连续优化混合分析单元的投入产出要素。　　 建立了系统动力学模型研究高速公路交通运行系统的结构特征及其社会经济子系统、交通运营子系统、交通供给子系统、交通需求子系统的构成和相互作用。通过对交通运行系统特征分析，确定系统边界，建立了变量间的因果关系，研究了系统关键参数的获取与标定方法；最后采用历史数据进行系统模拟，验证了模型的可行性。