近年来,随着高速公路里程的飞速增长,其给人们的生活生产带来便捷的同时,伴随而来的交通事故和安全隐患等问题亦不容忽视。在既有高速公路事故风险相关研究中,研究对象主要聚焦于特定地理地貌或单一路段类型,忽略了区域类型特征差异对高速公路事故致因分析、事故征兆因子识别以及交通安全水平评估带来的影响,并且缺乏各区域类型间并行层面比较。随着高精度交通流数据的获取成为可能,静态、被动的传统高速公路安全提升方法逐渐被基于实时动态交通数据的主动安全控制技术取代,但在动态交通流特征与交通安全关系的研究中,仍然存在区域类型差异针对性不强的问题。此外,传统的高速公路交通安全评价研究主要集中在微观路段层面,多以“事故强度分析”思路为主,缺乏考虑宏观区域类型差异的高速公路综合交通安全水平评价相关研究。因此,传统的高速公路交通安全分析方法难以对不同区域类型高速公路的安全管理工作提供精确指导。鉴于此,本文以区域类型差异条件下的高速公路为研究对象,依照“事故致因差异判断—动态交通流事故风险识别—交通安全水平评价”的逻辑,逐层展开研究。重点解答如下关键科学问题:不同区域类型高速公路风险因子与事故间的关联关系是否相同;事故维度及致因维度各变量间存在何种深层次的自相关规律;各区域类型高速公路的交通流运行状态与交通安全之间的关系存在何种差异;如何利用高精度交通流数据对不同区域类型和交通状态下的高速公路动态事故风险机理进行有效研判;区域类型差异条件下的高速公路交通安全水平如何定量判别。具体研究内容主要包括以下四个方面:(1)基于改进WODMI-Apriori关联规则挖掘算法的区域类型差异条件下的高速公路交通事故致因分析将研究区域分为城区、乡区和山区高速公路,提出了一种考虑定向约束和指标赋权的多维度交互改进Apriori关联规则挖掘算法(Weighted Orientated Multiple Dimension Interactive-Apriori,WODMI-Apriori),以基于区间层次分析法(IAHP)和灰色关联度的主客观联合赋权模型对数据字段进行权重优化,应用改进的关联规则挖掘算法,分别对三个不同区域类型的高速公路进行了全映射事故致因角度、维度交互角度、事故维度自相关角度等多维度交互的关联规则挖掘计算。挖掘结果显示,不同区域类型高速公路具有不同的事故发生机理,其中的各维度层次,也都具有不同的关联规律。结果表明,改进的WODMI-Apriori算法能更好的揭示不同区域类型高速公路中事故致因和风险的差异性,其算法精确度较传统Apriori关联规则算法在城区、乡区、山区高速公路条件下分别提高了82.7%、88.5%、80.5%。(2)区域类型特征差异条件下的高速公路交通流状态安全风险评估首先基于六级服务水平将交通状态划分为饱和流与非饱和流,结合三个区域类型的划分共建立了6个待评单元;进而应用病例—对照配对方法对交通流和事故数据进行了数据匹配和样本结构化设计;最后利用基于MCMC的条件Logistic回归定量评估了不同区域类型和交通状态下的高速公路事故风险。结果表明:流量、速度和占有率与高速公路区域类型及交通状态都具有高度相关性,高速公路区域类型和交通状态均与交通安全存在显著相关性。其中,运行在城区/饱和流状态下的事故风险最大,其事故风险是乡区/非饱和流状态下事故风险的29.6倍。(3)基于动态交通流特征的不同区域类型高速公路交通事故内在机理研究首先,从交通流基础信息、交通流中车队、车辆变道行为、交通流变量短时间内的突变、车辆跟驰行为等反映交通流动态特征的5个维度,共选取了20个相关的交通流变量;随后,利用随机森林算法计算了不同区域类型和交通状态下的事故征兆交通流变量;最后,根据随机森林分析结果中筛选的事故征兆变量,针对不同区域类型和交通状态分别以贝叶斯Logistic回归方法进行建模,构建了交通流变量与事故风险在不同区域类型和交通状态下的统计关系。结果显示,不同区域类型中,影响交通安全的因素各不相同,且同一因素在不同区域类型中的重要度也存在差异,进一步验证了不同区域类型高速公路具有不同的事故发生机理。此外,多个模型结果均表明,同时考虑高速公路区域类型和交通状态差异的实时事故风险评估方法能够更加全面准确地捕捉交通流动态特征与交通安全的关系。(4)考虑区域类型差异的高速公路交通安全评价方法选取5个不同区域类型高速公路作为待评单元,从安全、效率、经济、环境4个方面共考虑了8项评价指标,构建了高速公路综合交通安全评价体系;应用信息熵权重理论,对传统的密切值模型进行了改进,提出了一种基于熵权改进的密切值评价模型;分别从年度、季度划分两个视角对各区域高速公路进行了综合交通安全水平评价。评价结果显示,在年度视角与季度划分视角的结果中,各路段的优劣排序各有不同,各指标在评价过程中也体现出了不同的重要程度,说明不同区域类型高速公路的交通安全水平存在显著差异。此外,改进密切值法计算结果与传统密切值法存在明显差异,主要是由于传统密切值法将评价指标进行了等权重处理,为避免造成结果偏差,有必要对传统密切值模型进行权重优化改进。密切值法无需确定主观参量、计算快捷、结果分辨率高,可作为高速公路交通安全评价工作中行之有效的一种方法。论文共包括图75幅,表48个,参考文献235篇。