随着船舶大型化趋势的发展以及港口货物吞吐量的逐年增长,大多数港口的发展现状已无法满足自身的发展需求,船舶滞港现象时有发生,具有较大吨位的船舶需借助潮汐进出港口,船舶进出港效率已逐渐成为制约港口船舶服务水平的瓶颈之一。而鉴于大多数港口仅具备一条单向航道且大型泊位数量十分有限,如何在满足船舶单向航道通航限制下,考虑进出港时段切换条件、船舶航行的安全性、大型船舶乘潮进出港口以及船舶减载移泊等因素,制定有效的船舶进出港调度方案,提高船舶进出港效率,改善船舶服务质量,已逐渐成为港口调度领域的热点问题。本文通过对研究背景的介绍引出了研究单向航道港口船舶进出港次序优化问题的重要意义,并从泊位服务效率研究综述、航道服务效率研究综述、泊位与航道等港口资源协调调度研究综述三个方面对已有文献进行述评,突出本文研究的贡献。其次,本文分析了船舶进出港的作业流程及影响该问题的因素,并介绍了传统遗传算法、模拟退火算法以及和声搜索算法,为算法的设计提供理论保障。之后,逐步研究了单向航道非潮汐港口船舶进出港调度问题、考虑潮汐的单向航道港口船舶进出港调度问题、考虑减载移泊的单向航道港口船舶进出港调度问题,论述了这三个问题之间的内在联系与差异,并分别构建了混合整数规划模型。在问题的求解方面,针对船舶进出港调度问题的特点,分别设计了启发式规则同传统启发式算法相融合的混合算法,并改进了部分算法框架。最后,针对这三个问题分别设计了数值实验,通过算法有效性实验、算法优越性实验以及方案有效性实验,将本文算法及方案同下界、现有算法、现有调度方案进行对比,验证了本文方法的有效性与实用性;通过敏感性分析实验,分析了船舶乘潮比例、固定进出港时段长度、完工时刻密集度以及关联泊位数对方案的影响,为港口船舶调度方案的制定等提供建设性意见。论文的研究成果有助于提高港口的船舶进出港效率,为单向航道港口船舶进出港调度计划的制定提供决策支持,也可间接提高港口泊位资源与航道资源的利用率;同时,论文所构建的混合整数规划数学模型以及所设计的启发式求解算法对其他相关领域的研究,具有理论和方法上的借鉴意义。