随着国家“一路一带”海洋战略的提出,我国的航运事业将进入一个新的时代,这对于每一个航运企业来说既是机遇也是挑战。“一路一带”战略的实施将大大拉动我国沿海港口以及周边港口的货运需求,同时由于近年来我国逐渐放宽航运市场的政策限制,国外航运企业正加大在华投资,这就使得市场的竞争更加激烈。航运企业为了生存,不得不从自身下手,根据营运区域内的货运需求,通过选择合适挂靠港口、优化挂靠次序以及合理配置运行船舶等方法来优化设计集装箱班轮航线,从而降低运营成本、提高运输服务质量。港口货运时间窗特性给集装箱班轮航线的优化设计带来了很大的不确定性。各港口间的货运需求量会因为船舶挂靠港口的时间而不同,因此在航线设计的时候就不能只考虑挂靠港口的顺序。集装箱班轮航线设计的对象是一个由港口、船舶、集装箱构成,需要从路径构建、资产配置、运营操作3个层面一体确定挂靠港口、挂靠顺序、舱位分配、船舶配置、箱量配备,才能实现优化运作的运营系统。本研究重点讨论了集装箱班轮运输的特点,并引入港口货运需求时间窗这一概念,通过分析港口货运需求时间窗影响因素,说明考虑该港口货运需求时间窗是符合实际的。然后本文利用整数规划、车辆路径选择理论、非线性规划等一系列数学理论对加入港口货运需求时间窗的航线优化问题进行数学建模,同时将单位时间单舱利润最大作为目标函数值进行优化。在模型的求解上本文采用双层遗传算法,并借助数学软件求解出航线设计问题包含的挂靠港口选择、挂靠顺序确定、舱位分配、船型及船队规模等方案。最后将该方法应用到实际当中,进行航线优化设计,通过数字实验,论证本文的实际应用价值。