我国90%以上的集装箱进出港口是由集卡完成运输的,受集卡到达时间的不确定性及随机性影响,高峰时段码头拥堵严重,导致码头作业效率降低,并且加重了环境污染。集卡预约能有效缓解码头拥堵,降低外部集卡在码头的周转时间,目前在国内外港口已经应用。然而集卡预约是一个复杂的系统,涉及码头作业环节较多,影响因素较复杂,不仅受到自身多排队影响,还受码头内部作业计划的影响。因此,预约机制下,如何构建码头集卡服务的排队模型,实现各环节与集卡的协同调度是亟待解决的问题。本文以揭示预约机制下集卡到达与服务规律为目标,从三个方面构建预约机制下码头集卡服务的排队模型。首先,考虑集卡在闸口排队过程与堆场排队过程互相影响,构建集卡基于排队网络的集卡预约优化模型。该模型以减少集卡在码头周转时间为目标,优化集卡预约份额。为求解模型,设计基于遗传算法及逐点固定流体近似算法的启发式算法,并利用算例验证了该模型及算法的有效性。其次,预约机制下,考虑码头内部作业计划对集卡预约的影响,构建基于内外集卡协同服务的集卡预约优化模型,利用休假式排队方法描述龙门吊同时服务内外集卡过程。在同时考虑闸口能力、内部集卡在堆场的装卸计划及外部集卡在堆场的作业计划的情况下,优化码头外部集卡预约份额。为求解模型,设计基于遗传算法的求解方法,并利用算例验证模型与算法的有效性。最后,结合码头内部作业计划,考虑码头堆场龙门吊在内外集卡装卸任务的分配情况,建立基于堆场作业资源分配的集卡预约优化模型,利用带休假策略的排队论描述龙门吊服务内外集卡时的分配情况。考虑龙门吊调度、闸口能力、码头装卸计划,优化码头外部集卡预约份额及龙门吊分配。为求解模型,设计基于启发式算法的求解方法并验证模型与算法的有效性。研究结果表明,集卡预约能有效降低码头拥堵,提高码头作业效率。预约机制下,相关排队理论能有效刻画码头的排队过程,本文建立的预约优化模型可为码头管理集卡到达提供借鉴。