高速公路里程的逐年增长及汽车保有量的增加大大推动了社会经济的发展和人民生活水平的提高。与此同时,造成的交通问题也日益突出,尤其是交通事故带来了巨大的生命和财产损失。如果不能及时对交通事故进行应急处置,则可能影响交通通行导致交通堵塞,甚至引发火灾、爆炸等更大规模事件,造成巨大损失。由于交通事故发生时会在时间和空间维度产生影响,挖掘事故发生后的时空演化规律有助于交通管理部门有针对性地制定应急措施,从而减少损失甚至避免伤亡事件发生,因此有必要对交通事故发生时在时间维度和空间维度的演化进行研究。首先论文基于历史交通事故数据,从原始事故详细记录信息中挖掘出更多与事故相关的属性并结构化,从事故类型、时间、道路和环境维度对交通事故严重程度进行深入分析,并对事故属性数据进行了相关性分析和显著性检验,确定了影响交通事故的关键因素。其次,在时间维度,结合专家经验与事故属性相关性分析结果,基于贝叶斯理论建立通用事故演化模型,并学习此模型的最优参数;另外由于隧道中危化品泄露发生火灾情况较为特殊,其造成的损失往往更大一些,因此论文特对危化品泄露事故演化概率进行梳理,并就火灾发生时烟气扩散规律、温度变化规律以及对隧道滞留人员疏散逃生可靠性进行了分析。接着,在空间维度,基于Van Aerde交通波模型分析了高速公路交通事故发生时对上游路段和路网交通通行的影响传播,并给出了典型情况下事故造成的最大排队长度;另外,结合现有文献给出的事故占用不同数量车道时通行能力的折损情况与路段排队长度估计了交通拥堵消散时间。最后,基于真实事故和泛化的规模较大的火灾事故,验证事故演化贝叶斯网络模型,并基于Pyrosim软件建立模型对火灾发生时烟气扩散情况、温度变化情况、隧道能见度情况及人员逃生情况进行了分析。同时,基于空间演化模型对事故影响范围进行探究并对开放不同数量车道时拥堵消散时间进行了估计。论文对高速公路发生交通事故时的时空演化规律进行了研究,所提出的时空演化模型能够表现出在未实施人为管控情况下交通事故的演化过程,研究成果将有助于交管部门在事故发生时制定高效的应急策略。