高速公路收费站作为高速公路不可或缺的附属设施，是高速公路还贷资金、养护资金、运营资金的主要筹措渠道。同时由于收费延误对通行能力的影响，使得其成为了高速公路的瓶颈之所在。合理的收费站设计不仅能够提高收费站的通行能力，更可以减少收费站前期建设与后期维护的资金投入，减少不必要的资源浪费，为用户与管理者提供舒适的服务与工作环境。为了探讨适合我国国情的收费站设计模式，本文在对收费通道进行了充分的调查分析的基础上，合理选取排队论模型计算分析了计重收费通道的通行能力，并与MTC收费通道进行了比较分析，并提出了故障车辆复称新方法；在复式收费通道中，由于复式收费通道内收费时间最长的车辆对其他收费车辆的收费时间有很大影响，而单纯的排队论计算又很难解决此类问题，本文因此而采用了数值仿真的方法分析得出了复式收费通道最优收费亭数目。针对于收费站使用成本与运行成本的矛盾，本文采用建立了以总成本最低为原则的目标函数，并利用成本分析和计算机仿真的方法对参数进行了标定，从而得出了最低成本下的最优收费亭开启数量。本文通过现场调查的方法搜集了大量的ETC收费通道交通流数据，并以此为依据，分析并评价了ETC通行能力以及收费通道开启数目对收费站通行能力的影响，经与基本通行能力计算结果对比，证明了计算机模拟在分析ETC收费通道通行能力方面的优势。在完成论文的过程中，分别采用了MATLAB、C语言、paramics等软件对改进模型进行了论证与评价。研究结果具有一定的科研与应用价值为具体的收费站设计与改建提供了依据与参考。