随着经济发展水平和人们生活水平的不断提高,特别是在经济高速发展的中东部地区,家庭汽车拥有量、自驾汽车出行量不断攀升,为满足部分地区交通量不断增长的需要,对现有高速公路进行拓宽改建显得很有必要。而基于我国土地资源相对缺乏的现状,相对于新建高速公路,在原路基础上进行拓宽扩建更能充分利用原有资源、减少建设用地、缩短建设周期。所以,目前我国高速公路除了新建线路里程高速增长外,对原有线路的改扩建也是一大亮点；甚至在不久的将来,改扩建工程将成为高速公路建设的主流。针对在高速公路体系下对高速公路改扩建决策局限性等难题,本文分别从主要交通运输方式经济技术特征、区域交通网络规划方法及高速公路改扩建影响因素三个方面提出了在高速公路改扩建中进一步落实综合交通运输体系协调发展的方针,主要有以下三个方面的研究成果：首先,针对目前主要交通运输方式未能合理配置的现状,提出了在铁路、公路、水路、航空、管道等主要交通方式协同考虑的综合交通运输体系下进行高速公路改扩建决策。其次,针对目前高速公路改扩建量化决策缺乏的情况,构建了以广义费用最小(即,区域网络系统的总阻抗最小、网络连接度最大)为上层模型目标函数,以公众出行时间最少为下层模型目标函数,以建设资金、服务水平、土地占用情况、环境影响状况等为约束条件的综合交通体系下高速公路改扩建决策模型。并应用遗传模拟退火算法和相继平均法(MSA)完成高速公路改扩建双层规划模型最优问题的求解。最后,通过长平高速公路改扩建工程的实例分析验证,双层规划模型相对于单层次系统决策考虑更多的影响因素,使最终的决策更现实、趋于最优。