客观准确的分析高速公路交通服务水平不仅在高速公路交通工程设计中起着非常重要的作用，而且在高速公路运营管理中能够为实现交通监控系统的优化控制提供依据。监控系统通过实时的监测高速公路的动态服务水平，根据高速公路运行状况制定优化控制策略，从而发挥其控制作用和交通服务功能，达到加强和改善高速公路管理的目的。本论文首先以监控系统实测数据为基础，建立了速度与影响因素关系的模型，并通过回归分析给出了定量方程。其次，通过对三类高速公路的散点图研究，分析了三类高速公路的交通流特性，并通过插值法描述出标准速度下的交通流特性。再次，根据数据的离散程度将高速公路的服务水平划分为四个等级。并以道路系统为研究对象，提出系统服务水平的概念，给出了相关的分类标准。最后，采用BP神经网络方法对交通服务水平进行综合判定，并用实测数据进行了验证，结果表明其对实时的动态服务水平判定具有较好的准确性，可以为高速公路监控系统的优化提供相应的理论依据和判定方法。