随着我国经济的高速增长，人民生活水平的日益提高，人均车辆保有量也日益增加，高速公路交通事故屡见不鲜。交通事故导致高速公路交通拥堵、人员伤亡以及二次事故等问题给高速公路交通管理部门带来了巨大的压力，交通事故的增加以及交通警力资源缺乏等问题对传统粗放型交通勤务工作模式提出了巨大挑战。传统大多单独考虑巡逻车站点选择、路径选择及车辆配置问题的优化，较少看到三者的组合研究，且大多未考虑出警导致的巡逻车失效问题。如何在警力资源有限的条件下科学合理地设置巡逻设施选址点、优化巡逻路径及配置警力，以缩短事故响应时间、减少交通延误及人员伤亡是高速公路交通管理部门提升其管理水平和工作效率的主要目标，也是相关科研人员努力研究和探索的科研方向。
　　本文针对高速公路路网内交通事故、尤其是多交通事故情景下的巡逻车辆路径及车辆配置协同优化问题进行深入研究，具体研究内容如下：
　　（1）以高速公路网总事故平均响应时间为目标，将路径选择及车辆配置这两个最关键的问题整合到一个模型中，对高速公路巡逻车路径选择及车辆配置协同优化问题进行深入研究。在回顾车辆路径优化问题建模基础上，将高速公路网中的路段作为需求点，把高速公路巡逻路径问题转化为一种mTSP问题，基于mTSP问题中子路径消除约束对巡逻路径问题建模。并以Sioux Falls经典路网为例，采用有序整数编码方式对巡逻路径进行编码，采用改进遗传算法对模型进行求解，求解结果与情景假设、模拟退火算法、大规模邻域搜索算法及双基贪婪算法求解结果进行对比，分析本文编写的遗传算法性能。
　　（2）研究了交叠巡逻情景高速公路巡逻车路径选择及车辆配置协同优化问题模型及方法。遵循公平性原则，以全路网事故平均响应时间为目标，提出了允许多条路径同时对某条或某些路段进行巡逻的非线性混合整数完全覆盖模型。采用序数编码与矩阵编码相结合的方式对遗传算法进行编码，实现了交叉、变异等遗传操作，采用拆分技术确保路径连通性，并通过调用LINGO实现了对车辆分配算法的求解。基于Sioux Falls经典有向路网对算法进行应用，并将结果与无交叠巡逻模式遗传算法及模拟退火算法求解结果进行比对分析。
　　（3）高速公路多起突发交通事故情景下，针对巡逻车处于出警状态时，该巡逻车负责的其他路段发生事故时其需求将得不到响应这一问题，本文提出优化区域允许一部分巡逻车停在优化后的站点内随时待命、另外一部分巡逻车负责在路面上来回巡逻的组合巡逻模式，构建了多事故情景的高速公路巡逻车路径选择及车辆配置协同优化模型，以期在最优巡逻路径及最少人力物力下，达到高速公路交通事故总平均响应时间最短的目的。基于拉格朗日松弛算法、分枝定界算法、最短路算法、动态规划算法及遗传算法对模型进行求解。最后通过实例研究，讨论了模型及方法的可行性，并给出了分析结果。
　　（4）以吉林省部分高速公路网为例，开展了基于高速公路交通事故响应速度的巡逻路径与车辆配置协同优化实例研究。通过结合现有路政科/交警部门管辖范围及车辆配置现状，对比分析了高速公路网总交通事故平均响应时间。针对现有警力对优化结果的影响分析，为高速公路相关管理部门的管理实践提供了政策建议。
　　本文以国内外相关研究成果为基础，以调查统计及优化建模为研究手段，对高速公路网交通事故快速响应问题进行深入挖掘与研究。在理论层面上具有一定的创新和承接意义，在实践应用层面对于提高交通事故响应速度、提升高速公路管理实践的科学水平具有重要的现实意义。