设置收费站的缺点在于会降低车速和通行能力,因此提高其通行能力和提升交通安全,是改善高速公路交通运行状况的有效方法。一方面,运用交通流理论研究收费站通行能力的方法主要是排队论模型、跟驰模型等,而排队论模型、跟驰模型存在静态、前提条件多等缺点。另一方面,国内外在收费站交通安全方面的研究主要集中在基于事故统计的直接安全评价。基于事故统计的直接安全评价方法,具有小样本、大区域、长周期、低信度等缺点,明显地表现为对小区域交通安全评价的不适应性,尤其是收费站。鉴于这两方面的考虑,本文以宁杭高速南京收费站为研究对象,通过构建元胞自动机模型对混合收费站的通行能力和交通安全进行仿真研究。首先,论文介绍了宁杭高速公路概况,南京混合收费站的结构。随后对混合收费站进行拍摄视频,采集与整理得到交通流数据,为下文的仿真建模提供了实例和数据。其次,论文以宁杭高速南京收费站为参考实例,构建混合收费站元胞自动机模型。首先初始化参数,分别是道路参数与车辆参数。然后进行道路初始化,把实际空间转化成元胞空间,构建元胞空间矩阵。按照车型比例和车道比例在元胞空间中投放车辆,然后确定换道规则为:车辆选择前方空元胞数最多车道、ETC车辆与MTC车辆分流、货车走最右侧两个车道。各种车型的车辆在不同的位置按照调查以及等价处理后的车速运行,根据车速和换道规则更新车辆。对三种不同情境下的混合收费站交通流运行状态进行仿真,通过对比元胞自动机仿真结果与实际观测值在二维动态、各收费通道通行车辆数、排队车辆数、车辆总换道次数四个方面的拟合情况,说明该模型能够较好仿真混合收费站交通流实际运行状态。再次,在CA模型中设计通行能力参数模块。然后将混合收费站实际通行能力的影响因素进行分类,分为输入端变量和终端变量。将MTC通道开闭组合情景分为三类(第一种情景:关闭MTC最右侧通道;第二种情景:关闭MTC中间通道;第三种情景:关闭MTC最左侧通道)。按照正交实验表格进行仿真得到仿真结果,基于Minitab软件,对仿真结果进行直观分析和方差分析,得到三种情景下通行能力与发车频率、车型比例、ETC车辆比例、ETC通道数目、MTC通道数目对通行能力的影响大小。最后,论文提出研究混合收费站交通安全的必要性,并对影响收费站交通安全的因素进行了详细的分析,在此基础上提出运用交通冲突的概念研究收费站车辆冲突的机理,分别给出交通冲突的定义、分类及混合收费站的交通冲突分析,提出了新的混合收费站交通安全评价参数。其次,运用元胞自动机模型对混合收费扎进行交通仿真,构建交通安全参数模块,进行多次仿真得到大量的仿真结果。最后基于SPSS软件,对仿真结果中进行拟合研究,得到了换道总次数(因变量)和三个自变量影响因素之间的关系(发车频率、高速公路小汽车车速、渐变率)。结果显示,发车频率和换道总次数之间存在正相关关系,高速公路小汽车车速以及渐变率与换道总次数之间存在负相关关系。