本文以高速公路交通安全设计和安全评价理论和方法需求为出发点,以实地调研资料和现场实验为基本依据,采用数理统计、理论和系统分析以及仿真相结合的方法,对我国高速公路交通安全几个急需解决的关键问题进行了深入地研究,内容包括高速公路中间带型式与安全性、特定上坡路段安全设计、小间距互通式立交区域安全评价方法和高速公路三维视距检验方法等。通过中间带交通事故调查、碰撞仿真实验及路段安全侧向净距实测,从安全角度,对高速公路中间带型式进行了安全分析,提出了适合我国高速公路的合理中间带结构型式。基于ADAMS软件,建立了适合护栏碰撞仿真实验的三维汽车模型、三维护栏模型、路缘石模型；不同的碰撞角度和速度的碰撞仿真实验结果表明护栏外有路缘石的中间带行车速度应小于60km/h,且高速公路中间带护栏外侧不宜设置栏式路缘石。通过在不同实验路段实测超车道上不同车型的行驶速度与相应的内侧净距,建立了不同车型行驶时的内侧净距与车速的关系模型,研究了路缘石型式对内侧净距的影响,提出了适合我国国情的高速公路中间带安全侧向净距值。根据中间带排水方式、波形梁护栏形式、防眩方式的不同选择,应用中间带安全侧向净距研究成果,提出了设置组合型波形梁护栏和分设型波形梁护栏的合理最窄中间带结构型式及其宽度组成。纵坡设计关键参数的合理确定和爬坡车道的合理设置是特定上坡路段安全设计的关键。通过对货车上坡运行特性的调查分析,提出了以货车功率质量比为纵坡设计关键参数的计算模型和实地试验方法。以陕北地区高速公路货车功率质量比试验调查为例,由15%位货车功率质量比值得出了该地区高速公路纵坡设计主导车型的功率质量比约为8.0～8.33kw/t；结合路段交通组成调查和未来载货车的发展趋势,拟定了额定载质量12t的载货车作为陕北地区纵坡和爬坡车道设计的主导车型,其功率重量比为8.05kw/t。从理论上确定了主导车型的爬坡性能曲线图,提出了不同速度折减量下的临界坡长值；通过实地速度观测分析,确定了高速公路坡底货车的平均行驶速度；根据陡坡上容许的速度折减量,提出了陕北地区高速公路各设计速度下不同纵坡坡长限制建议值。通过分析特定上坡路段交通流的影响因素和通行能力的计算需求,提出了容量算法作为仿真特定上坡路段车辆折算系数的算法；通过微观仿真模型参数的标定,提供了一个特定上坡路段的仿真研究环境；选择有代表性的非标准车主导车型大货车和拖挂车作为研究对象,提出了主导车型在不同设计速度、不同纵坡、不同交通组成条件下的车辆折算系数。提出了连续上坡路段等效坡度、坡长计算的简化模型；提出了特定上坡路段基于主导车型爬坡性能和通行能力的爬坡车道设置条件。以新建小间距互通式立交区域为研究对象,结合交通冲突技术,运用微观交通仿真软件VISSIM模拟了小间距互通式立交区域的交通冲突,建立了基于VISSIM的交通冲突仿真流程。根据小间距互通式立交区域的交通特性,提出了冲突率安全评价指标；针对小间距互通式立交区域交通安全信息不完全、数据较少的特点,运用灰色聚类理论,提出了小间距互通式立交区域交通安全评价方法,并提出了保障小间距互通式立交区域安全的对策措施。运用空间解析几何原理,结合高速公路平、纵、横面线形,推导了三维视距表达公式,建立了新的三维视距计算模型；通过检验三维视线上任意一点与其对应高速公路上点的高程关系,判断路面或路侧是否对视线造成遮挡,提出了三维视距检验评价的流程。该模型和算法简洁直观,易于实现,为自动检验三维视距提供了实现手段,同时也为利用三维视距进行安全性评价提供了技术支撑。