高速公路作为城市与城市交通之间的纽带,同时也是同城跨区域交通的重要载体。近年来,高速公路不断延伸发展,但仍然不能满足日益增长的道路交通需求,高速公路瓶颈路段的交通拥堵问题日益凸显。可变限速作为一种动态控制手段,在改善交通拥堵、提高行车安全方面具有重要意义。首先,论文以高速公路瓶颈区域为研究对象,研究了瓶颈区域的结构类型及特征,并提出多种判断瓶颈区域的方法,在此基础上研究了瓶颈区域交通拥堵的产生和推移过程,提出可变限速的控制结构及控制系统,并对可变限速下限速值确定的各个控制要素进行了分析。其次,确定以METANET模型作为高速公路的交通流仿真模型,结合高速公路瓶颈路段在高峰时期的交通流参数变化以及可变限速对交通流的影响,对模型进行修正,使其更加符合道路的真实交通流状态,并结合仿真数据对模型参数进行标定。接着,结合实验数据确定以环境效益即在某一速度下车辆尾气排放中二氧化碳的排放量占比大且车辆油耗低、道路总行程时间以及道路总通行流量为可变限速研究的控制目标函数,为保证限速策略的前摄性,提出一种基于MPC算法的控制目标—控制策略的反馈算法模型对限速值进行优选。最后,以西汉高速为例,建立道路VISSIM仿真进行模型参数标定,根据可变限速控制要素确定多个控制策略,结合Matlab程序对不同的控制策略进行仿真分析,结果显示:实施可变限速不仅可以改善道路交通运行状况,同时基于各个控制目标的优选限速值可以使限速更加可靠。