在交通强国战略和公路行业高质量发展背景下，我国开展了新一代智慧高速公路试点工程的建设。作为智能交通环境感知设施的一部分，交通气象观测站的科学选址对于提高智慧高速公路的通行能力和服务水平有着不可忽视的作用。针对车路协同和自动驾驶、全天候通行和主动交通管控以及伴随式信息服务三种典型的智慧高速公路应用场景，以及可维护性和交通需求等影响因素，提出由建设运营总成本最小、所选站点组成系统的可靠性最大和所覆盖路段的总车辆里程数最大组成的三个目标。以规划期内允许建设的最大站点数、两站点间的建议最短距离作为关键约束条件，构建了多目标优化模型，并采用带精英策略的非支配排序遗传算法进行求解。将正在建设的潍青高速主体部分交通气象观测站的布设作为算例，在PyCharm中进行编程计算，得到了一个非劣解集。以其中一个非劣解作为布设方案，在12个候选点中选出了7个布设位置并为每个站点配置了一种类型的传感器，对应的总成本为109.175万元，可靠性为0.99379，总车辆里程数为31809.75百万千米。最后讨论了最大布设个数对目标函数值的影响，结果表明，三个目标值随着最大布设个数的增加会有不同的增加趋势；当最大布设个数由9增加到10和11时，对可靠性的增加作用较小。