电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection,ETC)是国际上通用的公路和桥隧全自动收费系统。我国于1996年开始研究高速公路ETC系统,创建了具有自主知识产权的组合式联网电子不停车收费理论和技术标准体系,并实现全国29省市ETC系统联网。随着ETC使用率提高,部分ETC车道出现排队拥堵情况。为提高车道通行效率,充分发挥ETC系统缓解拥堵和节能减排作用,研究ETC车辆通过收费站时的交通流特性,分析ETC车道系统工作模式,提出基于通行效率分析的ETC车道设计方案,并在工程中进行实践验证,为ETC车道系统工程改造和建设提供参考和借鉴。本文完成的主要研究工作包括以下几个方面:(1)分析ETC车道组成及功能、通信过程、交易流程和车道布局模式,确定车道关键组成和功能,归纳ETC交易五个阶段关键流程,总结了三种ETC车道布局模式的适用性,为优化车道方案奠定了基础。(2)围绕ETC车辆通过收费站时的交通特性,确定影响ETC车道通行效率的主要因素,给出了通行效率分析计算方法,从理论分析上得出了在现有收费站和车道条件下,ETC车道可能达到的最大通行效率及对应车速。(3)根据车道系统研究和通行效率分析,从车道工作流程、交易流程和车道布局三个方面设计了ETC车道优化方案,并在工程中实现。(4)对优化改造后的车道进行交易流程、通行速度和通行效率测试。基于本方案改进的车道符合收费站区交通特征,明显提高了ETC车道通行效率,实现了交通工程理论与ETC车道系统设计相互协调,促进了ETC系统发挥缓解交通拥堵和节能减排的作用。