作为跨国/地区之间的主要贸易运输手段,集装箱运输在全球现代化物流中扮演着越来越重要的角色。集装箱港口是集装箱运输系统中的枢纽,它利用自身的空间资源(泊位、堆场、仓库、锚地)和设备资源(装卸设备、运输设备等)对集装箱货物进行装、卸、运输等操作。其中集装箱堆场作为堆放、存贮、中转集装箱的重要场地,是集装箱港口最为重要的空间资源。近年来,全球货物贸易的不断增长,但集装箱港口的空间资源受物理条件和城市发展等因素所限,难以大幅增加。面对不断增长的港口货物吞吐量,各大港口都致力于对堆场运作的科学管理和优化,研究如何合理使用集装箱堆场有限的空间资源,提高集装箱堆场的作业效率具有很强的现实意义。为了提高集装箱堆场的空间资源利用率和作业效率,本文首先针对堆区作业量分配问题进行了研究。综合考虑了堆区作业量平衡及减少船舶滞港时间两个影响港口整体服务质量的因素,根据集装箱堆场作业特点,本文按属性将集装箱分组,并考虑船舶与客户两端以及进、出口两类集装箱,在此基础上建立数学模型。针对这一模型设计了两种启发式算法求解问题。最后通过算例实验来分析算法的效果与效率,并得出相关结论。在对堆场作业量分配问题的研究基础上,研究了确定性条件下的堆区堆位分配问题。在确定性条件下,进/出口集装箱组的作业次序和作业时间段都是确定的,提出了场吊装卸作业时间窗约束、作业设备干涉约束及堆场空间约束等,并建立了整数规划模型。针对这一模型设计了禁忌搜索算法对问题进行求解。最后通过数值实验表明改进后的算法在对大规模问题求解时具有良好的效果,且算法效率较高。在堆区堆位分配问题的研究中引入了进口箱到达时间这一不确定性因素。分析了问题的相关不确定性,并定量的描述了进口箱到达时间分布,在此条件下建立了仿真模型,并设计了基于仿真的动态调度方案对模型进行求解。设计了仿真数值试验,比较了静态调度方法和动态调度方法,数值试验结果表明动态调度方法优于静态调度方法。