近年来,越来越多的大中型城市面临的交通拥堵问题日益突出,给城市的可持续健康发展造成重大危害。作为一项重要的交通需求管理手段,拥堵收费已在新加坡、伦敦等地区成功实施,一定程度上缓解了当地的交通拥堵。拥堵收费的实施效果与收费方案类型、实施区域划定以及费率设置有很大关系。鉴于此,本文通过合理设定拥堵收费警戒线的范围,并针对单纯基于出行距离收费方案存在的缺陷,对警戒线内的出行者征收出行距离费用和出行时间费用,以期提供更有效的拥堵收费方案。首先,论文介绍了交通拥堵收费的研究背景、目的与意义,对国内外研究现状进行了总结与评述,从而明确了论文的主要研究内容与技术路线;对交通拥堵收费理论、交通流分配理论以及交通拥堵收费方法进行了阐述;分析了路网拥堵特征、出行OD分布特征、路网基础属性特征对警戒线范围的影响,在此基础上提出警戒线范围的确定流程,并为定量化确定警戒线范围,给出了利用GPS数据识别出行热点区域的方法以及路段TTI、平均速度、流量等数据的获取方法。其次,假设出行者的路径选择行为遵循基于Logit的随机用户平衡,采用网络变换法,提出联合出行距离与时间收费下基于起点的凸规划;并将其作为约束条件,以预期总出行时间最小为目标,建立一个具有平衡约束的数学规划模型来表述联合出行距离与时间的最优拥堵收费设计问题;为求解该模型,将其等价地转化为半无限规划模型,并应用混合切线和切平面逼近法进一步松弛半无限规划模型,进而利用增量约束法进行求解。最后,以西安市为例,利用晚高峰期间滴滴轨迹数据识别出行热点区域,考虑警戒线范围的影响因素,并结合路段基础属性数据、交通流运行数据,合理确定警戒线范围;针对提出的联合出行距离与时间的最优拥堵收费设计问题,利用Matlab编码并调用CPLEX优化求解,结果表明,相较于单纯的基于出行距离拥堵收费方案,联合出行距离与时间拥堵收费方案的预期总出行时间下降3.1%,警戒线内各相同节点间较长路径上的流量增加16.3%-37.5%,较短路径上的流量减少9.8%-24.5%,警戒线内拥堵路段的饱和度降低,服务水平升高,整体交通量分布更加均匀。