随着我国高速公路的发展,收费站排队拥堵问题日益加剧。站前广场作为收费站区域中的关键部分,站前广场通行能力和排队长度的研究是解决收费站区域排队拥堵问题的基础。现有文献关于站前广场通行能力和排队长度的研究使用的是传统模型且是将收费站区域当作一个整体来研究,未考虑到收费站是一个多路段复合区域,且路段之间的交通流特性差异较大。因此,在以往的收费站研究中存在一定的缺陷和不足。本文在既有研究和交通流理论的基础上,对收费站区域的一般布局、交通流特性和通行能力影响因素进行了研究,基于传统通行能力计算方法的缺陷,建立了基于元胞的匝道收费站站前广场通行能力模型,而后基于等效通行能力的思想,建立了适用于匝道收费站的改进双排队模型。本文提出的站前广场通行能力模型和双排队模型,具有创新性和实用性,为缓解收费站排队拥堵问题提供了一定的理论依据。首先,本文对收费站区域的一般布局和不同类型车道的设计标准进行了分析,对不同车道类型所对应的收费方式和车辆组成进行了讨论。得出了匝道收费站布局的基本参数和不同类型车道的设计参数,为后文分析匝道收费站区域的交通流特性和通行能力做铺垫。其次,本文将匝道收费站区域进行拆分,分为匝道上游路段、站前广场和收费口三个主要路段,分别对三个路段的通行能力进行分析。随后对站前广场通行能力的关键因素进行了探讨,得出站前广场长度、收费车道的配置以及匝道车道数是影响站前广场通行能力的关键因素。于是,本文借助元胞思想建立了基于元胞的站前广场通行能力模型,利用Vissim仿真对交通流关键参数进行了标定。通过理论模型,对不同站前广场长度,不同收费车道配置以及不同匝道类型的情况下的理论通行能力进行了计算并得出了理论值。对实际收费站通行能力进行仿真,得出了仿真结果并进行了误差分析。最后,本文根据等效通行能力的概念,将不规则的站前广场区域等效为规则路段。从匝道出口处至收费口入口处的路径,以匝道上游路段为上游队列,收费口处为下游队列,并根据收费站区域特性对双排队模型进行了改进,建立了基于站前广场的双排队模型。随后,利用Dss Cloud远程监控软件,对宁夏省多个存在排队拥堵情况的收费站进行了远程实时监控,对各收费站布局、驶入率、驶出率、排队长度等数据进行了采集。对所得数据进行的处理和分析,带入双排队模型进行验证。研究结果表明,站前广场通行能力是收费站区域通行能力的关键。通过对仿真结果与理论结果进行对比,得出通行能力误差在合理范围内,该模型具有一定的指导意义。当其他情况相同时,在匝道车道数量越多、站前广场长度越长、ETC车道数量越多这三种情况下,该站前广场通行能力越大。排队长度方面,匝道总体出现排队情况较站前广场相比较少,且排队车辆数也较少。当收费站排队情况不严重时,双排队模型的准确率较高。当收费站排队长度较长,拥堵情况较严重时,准确率会下降。