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高速公路基本段服务水平是分析高速公路通行能力的重要内容．首次将灰色聚类理论引入分析高速公路基本段服务水平，建立了基于灰色聚类的高速公路基本段服务水平的多目标决策分析模型．在构造白化矩阵和白化函数的基础上，计算出聚类权系数和聚类系数，并利用聚类系数确定出高速公路基本段服务水平的综合分析情况．最后通过算例进行了计算分析，验证了该模型的有效性、客观性和适用性，并归纳了模型的特点及适用范围，对分析高速公路基本段服务水平具有一定的借鉴意义．