对高速公路异常事件导致的车辆排队长度变化情况进行预测,是交通管理人员对道路实施及时且有效管控的重要依据。以往的研究大都适用于道路环境简单、数据采集齐全的环境中,而实际上受到事件发生地点的影响,高速公路获取的数据并不一定完整,因而往往无法直接使用现有模型进行预测。为此,在现有的设备和数据受限的条件下,建立有效的排队长度预测模型,对于改善高速公路环境、提升高速公路运行效率具有重要实际意义。本文针对发生于匝道收费站入口与主线交汇区下游的异常事件导致的车辆排队情况进行研究,对于排队长度预测所需的事发地上游的交通参数,通过分析匝道流量对于主线道路流量的影响,提出针对目标断面的流量估计方法以及针对目标区域的速度估计方法;对于排队长度预测所需的事故路段的实际通行能力,通过分析主线道路上的隧道对道路实际通行能力影响,提出考虑隧道影响的道路实际通行能力估计方法;对于目标场景下的排队长度预测模型,通过对比基于经典理论的排队长度预测模型的适用性,结合目标场景的特点及实际数据条件选取适合的模型作为基础模型并进行改进,从而实现对目标场景下车辆排队长度变化情况的有效预测。本文的主要工作如下:（1）匝道入口与主线交汇后断面交通参数估计。对目标区域交通流量进行估计首先需要分析匝道车流量对于主线道路车流量的影响,本文在此基础上提出基于OD矩阵及一次指数平滑模型的针对目标断面的车流量估计方法;通过考虑目标区域所具备的数据条件及速度参数在排队长度预测中具体应用,提出基于收费数据以及同质交通流理论的平均速度估计方法;对于密度参数的估计主要是基于宏观交通流模型进行的,因此本文首先对比分析几种常用的宏观交通流模型的特点,然后结合示范道路的特点最终选取Van Aerde模型作为对目标路段车密度的估计模型,并基于实际数据验证了所提出的车流量以及速度估计方法的有效性,为后续排队长度预测奠定部分研究基础。（2）高速公路主线隧道路段通行能力估计。本文针对道路中存在一定长度隧道的路段的实际通行能力,通过考虑在宏观层面易被忽视的隧道与外场道路之间在道路特性上存在的差异,结合传统的实际通行能力估计方法分析隧道对于道路实际通行能力产生的影响,然后在此基础上基于时空消耗法建立了一种考虑路段中包含不同等级道路的路段实际通行能力估计模型,选用Trans Modeler仿真平台进行仿真实验,结果表明模型具有一定的效性,为后续排队长度预测部分奠定部分研究基础。（3）高速公路检测设备稀疏条件下的排队长度预测。针对发生于匝道入口与主线交汇区下游的事件导致的车辆排队情况。在检测设备稀疏条件下,为一定程度上解决由异常事件的地点随机性带来的难以获取事件发生路段交通参数的问题,本文提出依据示范路段的车检器及匝道收费站的相对位置将道路划分成不同的模态的方法。然后通过对比两种基于经典理论的预测模型的适用性,结合目标场景的有限数据条件及相对复杂的实际道路环境选取MAEQL模型作为基础模型进行改进,建立针对目标场景下的排队长度预测模型,并通过目标场景下的实际数据验证了模型具有一定的效性和稳定性。