现阶段我国货物运输结构不合理,公路占比过大,铁路货运无法发挥中长距离优势。铁路集装箱运输由于其运输安全、方便货物装卸、简化包装、适合多式联运等优点是未来铁路货运发展的方向,但空箱调运问题却始终制约着铁路集装箱运输的发展,在导致空箱调运的诸多因素中,铁路集装箱运输系统中的不确定因素是空箱调运产生的根本原因。随着铁路货运的市场化改革,铁路集装箱运输系统中不确定因素逐渐增强,故对影响铁路集装箱运输的不确定因素进行研究,在不确定条件下制定空箱调运方案具有理论价值和现实意义。为此在对铁路集装箱运输中的不确定因素如空箱供应需求不确定性、空箱运输时间不确定性、集装箱货物组织形式不确定性、离散性异常等不确定因素分析的基础上,本文研究在不确定条件下优化铁路集装箱空箱调运方案。首先,针对铁路集团间宏观空箱调运方案,由于铁路集团间制定宏观空箱调运方案时供应需求量均采用预测量,误差存在导致传统确定性条件下空箱调运方案不可行,无法有效解决问题。故以各铁路集团的预测供应需求量作为净需求量,依据预测的误差合理设定扰动范围,应用两阶鲁棒优化方法,根据决策者的保守程度,选择不同的风险偏好来制定空箱调运方案,同时制定补偿措施,寻求不确定条件下铁路集团间宏观调整方案最优性和可行性之间的平衡。算例表明虽然为防范不确定性付出了“鲁棒的代价”,但不确定性发生时能降低空箱调运的总费用。其次,针对铁路集团内各集装箱办理站间实时动态空箱调运方案,由于实时需求量不确定性较强,时效性要求高,故建立两阶段优化模型,第一阶段采用模糊库存管理模型对模糊环境下各集装箱办理站空箱库存进行管理,确定各集装箱办理站最优空箱调运量和最优缺箱量;第二阶段采用含时间窗的鲁棒优化模型,研究制定不确定空箱运输时间下各集装箱办理站间的实时调运方案。算例表明,模糊库存管理降低了空箱调运的总费用,说明了对空箱进行库存管理的必要性;而不确定空箱运输时间会提升空箱调运的总费用,恰恰说明了保证空箱准时运输的重要性。