高速公路隧道路段由于其狭长封闭的特殊环境及出入口位置迅速切换的光线条件,影响驾驶员生心理状态,致使隧道路段具有较高的行车风险,往往为事故高发路段。鉴于此,本文以提高高速公路隧道交通安全水平为目标,针对当前在定量评价高速公路隧道安全的方法欠缺,通过建立考虑数据零膨胀特征和异质性的事故频数模型及相应的风险因素安全效应量化指标体系,对高速公路隧道安全状况进行了定量分析并提出了相应的改善措施,开展的研究工作如下:（1）确定高速公路隧道事故频数建模变量并建立隧道事故数据集。基于广东省四条典型山区高速公路的76座单洞隧道的事故数据、设计特征、道路条件、交通状况及天气条件数据构建多维隧道数据集。采用同质法划分隧道路段的基础上,分析事故次数与路段长度的理论关系与实际关系的契合度确定路段的合理长度范围,并将优选的建模变量匹配至相应的隧道路段单元;检验建模变量的共线性,删除强相关变量形成最终的隧道事故数据集。（2）考虑隧道事故数据显著的零膨胀特征,确定事故数的基础分布形式。从事故产生的概率特征出发,阐述了事故发生的泊松过程;基于事故的过离散性,构建了负二项模型;考虑统计数据中样本事故数的零膨胀特性,引入了Lindley分布与负二项分布结合构建了负二项-Lindley模型。采用贝叶斯方法作为模型的参数估计方法,引入偏差信息准则、平均绝对误差、均方根误差作为模型拟合优度评价指标,采用弹性系数和边际效应量化风险因素的安全效应。最终,根据各候选模型的拟合优度指标确定事故数据的最佳基础分布形式。（3）在考虑数据零膨胀特征的基础上,进一步分析非结构化异质性及结构化异质性的来源及其对模型参数估计的影响。通过将模型的过离散参数及变量回归系数的随机化,分别构建随机效应负二项-Lindley模型及随机参数负二项Lindley模型,以考虑样本间的非结构化异质性。对比分析了各候选模型的拟合优度,以验证参数随机化的方式对异质性的改进效果。在考虑结构化异质性时,以随机参数负二项-Lindley模型为基础,在模型的链接函数中嵌入具有条件自回归先验（CAR）的空间项以考虑空间效应,形成考虑空间效应的随机参数负二项Lindley模型;嵌入具有线性时间趋势的时间项及时空交互项以考虑时间效应及时空交互效应,形成考虑时空相关性的随机参数负二项Lindley模型。（4）对候选模型的拟合优度进行检验,结果表明本文提出的时空交互作用下的随机参数负二项Lindley模型拟合效果最优,模型能有效处理隧道事故数据突出的零膨胀特征并识别出了数据中显著的非结构化异质性及结构化异质性。最后,基于改进模型鉴别出了11个对隧道交通安全存在显著影响的因素,得到了各因素对高速公路隧道交通事故的影响规律,并针对性地提出隧道路段的交通安全改善措施。