基于計算思維的集裝箱碼頭物流系統(tǒng)建模仿真與控制決策
定 價：110 元
叢書名：博士后文庫
- 作者：李斌，李文鋒，楊家其著
- 出版時間：2016/10/1
- ISBN：9787030503046
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：U656.1
- 頁碼：295
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
集裝箱碼頭物流系統(tǒng)（container terminal logistics system，CTLS）的控制決策是其裝卸作業(yè)的靈魂，具有高度的非線性、隨機(jī)性、動態(tài)性、耦合性和復(fù)雜性�，F(xiàn)有的運(yùn)籌規(guī)劃、系統(tǒng)仿真、智能優(yōu)化和基于仿真的優(yōu)化等方法對于CTLS的調(diào)度決策都有一定的局限性，且缺乏通用性，所提出的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法的可移植性不強(qiáng)，故無論是從理論研究還是從工程實(shí)踐的角度來看，都亟須新的研究思路和解決方案�！恫┦亢笪膸欤夯谟嬎闼季S的集裝箱碼頭物流系統(tǒng)建模仿真與控制決策》從計算思維（computational thinking）的角度重新審視了CTLS的計劃調(diào)度，將集裝箱碼頭內(nèi)的裝卸作業(yè)看做一種廣義的“計算”，提出了利用計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度和資源分配思想展開對CTLS建模的基礎(chǔ)理論，給出了基于計算思維對CTLS進(jìn)行建模仿真和決策優(yōu)化的系統(tǒng)方法。在此理論框架下，面向集裝箱碼頭的單個作業(yè)環(huán)節(jié)和協(xié)同作業(yè)生產(chǎn)調(diào)度，進(jìn)行了大量的仿真實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，驗(yàn)證了所提理論方法的可行性、可信性、適用性與優(yōu)越性。
《博士后文庫：基于計算思維的集裝箱碼頭物流系統(tǒng)建模仿真與控制決策》是利用計算思維對復(fù)雜交通／物流系統(tǒng)進(jìn)行建模優(yōu)化與計算實(shí)驗(yàn)的一次重要嘗試，研究視角較為獨(dú)特，具有一定的創(chuàng)新和學(xué)術(shù)價值，可作為交通運(yùn)輸工程、物流工程與管理，工業(yè)工程等專業(yè)教師、博士后、研究生的參考書，也可供從事交通運(yùn)輸工程、物流工程與管理、工業(yè)工程等專業(yè)研究方向的專業(yè)技術(shù)人員參考。
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博士后制度已有一百多年的歷史。世界上普遍認(rèn)為，博士后研究經(jīng)歷不僅是博士們在取得博士學(xué)位后找到理想工作前的過渡階段，而且也被看成是未來科學(xué)家職業(yè)生涯中必要的準(zhǔn)備階段。中國的博士后制度雖然起步晚，但已形成獨(dú)具特色和相對獨(dú)立、完善的人才培養(yǎng)和使用機(jī)制，成為造就高水平人才的重要途徑，它已經(jīng)并將繼續(xù)為推進(jìn)中國的科技教育事業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮越來越重要的作用。
中國博士后制度實(shí)施之初，國家就設(shè)立了博士后科學(xué)基金，專門資助博士后研究人員開展創(chuàng)新探索。與其他基金主要資助“項(xiàng)目”不同，博士后科學(xué)基金的資助目標(biāo)是“人”，也就是通過評價博士后研究人員的創(chuàng)新能力給予基金資助。博士后科學(xué)基金針對博士后研究人員處于科研創(chuàng)新“黃金時期”的成長特點(diǎn)，通過競爭申請、獨(dú)立使用基金，使博士后研究人員樹立科研自信心，塑造獨(dú)立科研人格。經(jīng)過30年的發(fā)展，截至2015年底，博士后科學(xué)基金資助總額約26.5億元人民幣，資助博士后研究人員5萬3千余人，約占博士后招收人數(shù)的1／3。截至2014年底，在我國具有博士后經(jīng)歷的院士中，博士后科學(xué)基金資助獲得者占72.5%。博士后科學(xué)基金已成為激發(fā)博士后研究人員成才的一顆“金種子''。
在博士后科學(xué)基金的資助下，博士后研究人員取得了眾多前沿的科研成果。將這些科研成果出版成書，既是對博士后研究人員創(chuàng)新能力的肯定，也可以激發(fā)在站博士后研究人員開展創(chuàng)新研究的熱情，同時也可以使博士后科研成果在更廣范圍內(nèi)傳播，更好地為社會所利用，進(jìn)一步提高博士后科學(xué)基金的資助效益。
中國博士后科學(xué)基金會從2013年起實(shí)施博士后優(yōu)秀學(xué)術(shù)專著出版資助工作。經(jīng)專家評審，評選出博士后優(yōu)秀學(xué)術(shù)著作，中國博士后科學(xué)基金會資助出版費(fèi)用。專著由科學(xué)出版社出版，統(tǒng)一命名為《博士后文庫》。
目錄
《博士后文庫》序言
序
前言
第1章 緒論1
1.1集裝箱運(yùn)輸1
1.2集裝箱碼頭物流系統(tǒng)概述2
1.3研究現(xiàn)狀5
1.3.1集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的建模與決策方法5
1.3.2集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的建模與決策對象7
1.4研究趨勢與共性核心問題15
1.5本書研究的目的與意義16
1.5.1研究目的16
1.5.2研究的實(shí)際價值與理論意義17
第2章 計算思維框架下的集裝箱碼頭物流系統(tǒng)19
2.1集裝箱碼頭物流系統(tǒng)分析19
2.1.1集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的運(yùn)作描述及其轉(zhuǎn)化模型19
2.1.2港口集裝箱流20
2.2集裝箱碼頭物流系統(tǒng)與信息物理系統(tǒng)22
2.3集裝箱碼頭集成服務(wù)系統(tǒng)25
2.4計算思維與集裝箱碼頭計算物流29
2.4.1計算思維29
2.4.2計算物流29
2.4.3面向集裝箱碼頭的計算物流30
2.4.4面向CTLS的廣義計算思維30
2.5面向計算思維的CTLS抽象定義31
2.5.1CTLS的運(yùn)作模式31
2.5.2面向CTLS的統(tǒng)一指令級體系結(jié)構(gòu)32
2.5.3面向CTLS的通用計算指令集33
2.6本章小結(jié)34
第3章 CTLS和計算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與調(diào)度機(jī)制相似分析35
3.1引言35
3.2兩系統(tǒng)總體視圖比較37
3.2.1系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)比較37
3.2.2頂層視圖映射38
3.2.3CTLS和計算機(jī)系統(tǒng)的互連結(jié)構(gòu)映射39
3.3系統(tǒng)組成與體系結(jié)構(gòu)比較43
3.3.1整體結(jié)構(gòu)比較43
3.3.2碼頭前沿與中央處理器43
3.3.3碼頭堆場和存儲器44
3.3.4碼頭集裝箱進(jìn)出端口與外設(shè)45
3.3.5CTLS的體系結(jié)構(gòu)分析46
3.4集裝箱碼頭生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)與計算機(jī)操作系統(tǒng)比較47
3.4.1基于排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)理論的集裝箱碼頭生產(chǎn)調(diào)度47
3.4.2碼頭前沿調(diào)度與處理機(jī)調(diào)度49
3.4.3堆場管理與內(nèi)存管理50
3.4.4水平運(yùn)輸與總線調(diào)度51
3.4.5集裝箱碼頭集疏運(yùn)與輸入輸出設(shè)備管理51
3.4.6CTLS生產(chǎn)調(diào)度層次52
3.5差異性淺析54
3.6本章小結(jié)54
第4章 基于哈佛體系結(jié)構(gòu)和Agent計算的CTLS建模55
4.1引言55
4.2多Agent系統(tǒng)與CTLS55
4.2.1分布式人工智能與多Agent系統(tǒng)55
4.2.2基于Agent的計算及其應(yīng)用研究56
4.2.3將智能Agent引入CTLS57
4.2.4基于Agent的建模與仿真方法57
4.3面向CTLS的Agent建模58
4.3.1CTLS中的Agent分類58
4.3.2核心Agent的功能分析59
4.4基于哈佛體系結(jié)構(gòu)和Agent計算的整體建模思想69
4.5基于哈佛體系結(jié)構(gòu)和Agent計算的CTLS的建模體系結(jié)構(gòu)70
4.5.1CTLS與計算機(jī)系統(tǒng)的組成映射關(guān)系70
4.5.2基于哈佛體系結(jié)構(gòu)和Agent計算的CTLS的建模體系結(jié)構(gòu)71
4.6CTLS中各Agent間的交互和協(xié)作描述73
4.6.1Agent間的相關(guān)性73
4.6.2Agent間的通信方式74
4.6.3Agent間的通信交互定義74
4.7基于屬性的有阻塞的混合流水車間的集裝箱碼頭生產(chǎn)調(diào)度建模78
4.7.1基于屬性的有阻塞的混合流水車間問題78
4.7.2中央處理器與集裝箱碼頭前沿裝卸79
4.7.3集裝箱碼頭生產(chǎn)調(diào)度的基于屬性的有阻塞的混合流水車間描述80
4.7.4基于屬性的有阻塞的混合流水車間的雙層集裝箱碼頭生產(chǎn)調(diào)度模型83
4.8本章小結(jié)85
第5章 集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的控制決策計算模型86
5.1引言86
5.2集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的計算邏輯視圖86
5.2.1集裝箱碼頭操作系統(tǒng)和計算機(jī)操作系統(tǒng)86
5.2.2集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的分層微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)88
5.2.3集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的客戶/服務(wù)器計算模型90
5.2.4集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的執(zhí)行模式91
5.3基于多Agent的集裝箱碼頭操作系統(tǒng)計算模型92
5.3.1基于Agent的計算和集裝箱碼頭操作系統(tǒng)92
5.3.2集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的多Agent系統(tǒng)計算模型94
5.3.3集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的通用控制結(jié)構(gòu)97
5.4模型評估與仿真分析98
5.4.1仿真模型設(shè)計98
5.4.2應(yīng)用實(shí)例背景99
5.4.3仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)101
5.4.4系統(tǒng)性能評估103
5.4.5負(fù)載均衡分析105
5.5本章小結(jié)111
第6章 集裝箱碼頭物流調(diào)度決策計算體系112
6.1引言112
6.2面向進(jìn)程和線程的集裝箱碼頭生產(chǎn)調(diào)度112
6.2.1集裝箱碼頭物流服務(wù)的進(jìn)程與線程定義112
6.2.2面向進(jìn)程與線程的集裝箱碼頭物流調(diào)度計算框架114
6.2.3集裝箱碼頭生產(chǎn)調(diào)度體系結(jié)構(gòu)116
6.3集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的通信交互模式118
6.4集裝箱碼頭操作系統(tǒng)的消息和事件處理機(jī)制121
6.5本章小結(jié)122
第7章 基于哈佛體系結(jié)構(gòu)和Agent計算的CTLS前沿生產(chǎn)調(diào)度123
7.1引言123
7.2CTLS中資源分配的基本思想124
7.3動態(tài)泊位-岸橋調(diào)度模型126
7.4多泊位指派問題128
7.4.1基于計算機(jī)操作系統(tǒng)調(diào)度策略的泊位指派129
7.4.2基于群集智能的泊位指派132
7.5泊位-岸橋聯(lián)合調(diào)度問題136
7.6碼頭前沿泊位-岸橋配置研究137
7.6.1計算機(jī)設(shè)計的量化原則137
7.6.2CTLS生產(chǎn)調(diào)度中的指導(dǎo)原則138
7.6.3仿真實(shí)例139
7.7本章小結(jié)141
第8章 基于哈佛體系結(jié)構(gòu)和Agent計算的集裝箱碼頭核心設(shè)備調(diào)度142
8.1引言142
8.2水平運(yùn)輸集卡調(diào)度模型143
8.3集卡動態(tài)調(diào)度仿真研究147
8.3.1仿真場景147
8.3.2集卡動態(tài)調(diào)度機(jī)制148
8.3.3仿真結(jié)果149
8.3.4仿真分析152
8.4水平運(yùn)輸集卡調(diào)度的量化評估157
8.5基于仿真的優(yōu)化——集卡調(diào)度159
8.6集裝箱碼頭場橋調(diào)度模型與算法162
8.6.1場橋作業(yè)概述162
8.6.2場橋調(diào)度限制條件與基本原則164
8.6.3場橋調(diào)度與磁盤臂調(diào)度165
8.6.4數(shù)學(xué)模型165
8.6.5調(diào)度算法168
8.7仿真實(shí)驗(yàn)169
8.7.1仿真實(shí)例169
8.7.2仿真分析171
8.7.3場橋作業(yè)配置研究172
8.8綜合仿真實(shí)例173
8.8.1仿真平臺173
8.8.2仿真實(shí)例174
8.8.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析175
8.9本章小結(jié)177
第9章 基于多處理器片上系統(tǒng)的集裝箱碼頭作業(yè)體系178
9.1引言178
9.2集裝箱碼頭裝卸作業(yè)發(fā)展趨勢178
9.3面向計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的CTLS建模思想180
9.4異構(gòu)多處理器片上系統(tǒng)與集裝箱碼頭物流系統(tǒng)182
9.4.1多處理器片上系統(tǒng)視角下的集裝箱碼頭平面布局182
9.4.2異構(gòu)多處理器協(xié)同計算與集裝箱碼頭裝卸工藝183
9.4.3集裝箱碼頭的并行硬件體系結(jié)構(gòu)185
9.4.4面向多處理器多線程的集裝箱碼頭生產(chǎn)調(diào)度187
9.5面向多處理器的CTLS并行體系結(jié)構(gòu)分析和異步并行計算模型187
9.6面向多線程編程模型的集裝箱碼頭任務(wù)調(diào)度190
9.6.1馮·諾依曼計算機(jī)體系下的港口作業(yè)190
9.6.2CTLS的并行編程模型190
9.6.3集裝箱碼頭任務(wù)調(diào)度模型191
9.6.4面向高性能的集裝箱碼頭作業(yè)組織194
9.7仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析195
9.7.1集裝箱碼頭生產(chǎn)實(shí)例195
9.7.2基于計算思維的綜合調(diào)度算法196
9.7.3性能評估與行為分析197
9.8本章小結(jié)202
第10章 面向并行可重構(gòu)計算的集裝箱碼頭生產(chǎn)調(diào)度204
10.1引言204
10.2港口生產(chǎn)與并行計算204
10.3并行可重構(gòu)計算視角下的碼頭作業(yè)206
10.4面向混合流水車間的港口并行協(xié)同作業(yè)207
10.4.1混合流水車間調(diào)度與CTLS控制決策207
10.4.2基于屬性的有阻塞的動態(tài)可重構(gòu)混合流水車間的港口生產(chǎn)調(diào)度208
10.4.3面向基于屬性的有阻塞的動態(tài)可重構(gòu)混合流水車間的多層雙向作業(yè)體系210
10.5計算實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析213
10.5.1實(shí)驗(yàn)場景213
10.5.2仿真結(jié)果214
10.5.3進(jìn)一步分析215
10.6本章 小結(jié)217
第11章 集裝箱碼頭通用決策框架及其典型調(diào)度算法218
11.1引言218
11.2生產(chǎn)調(diào)度通用框架219
11.3基于處理器關(guān)聯(lián)的調(diào)度決策模式221
11.3.1處理器親和性221
11.3.2基于處理器關(guān)聯(lián)的調(diào)度決策模式221
11.4基于PID控制的調(diào)度決策體系與模式222
11.4.1面向相似理論的移植應(yīng)用222
11.4.2PID控制223
11.4.3面向PID控制的調(diào)度決策基本框架和實(shí)時作業(yè)負(fù)載系數(shù)223
11.4.4基于PID控制的調(diào)度決策算法225
11.4.5基于PID控制的調(diào)度決策子模式227
11.5仿真實(shí)驗(yàn)Ⅰ228
11.5.1實(shí)驗(yàn)場景228
11.5.2VV&A實(shí)驗(yàn)229
11.5.3性能分析230
11.5.4負(fù)載均衡233
11.6仿真實(shí)驗(yàn)Ⅱ235
11.6.1實(shí)驗(yàn)場景235
11.6.2VV&A實(shí)驗(yàn)236
11.6.3通過能力分析237
11.6.4綜合性能評估238
11.7本章小結(jié)243
第12章 面向PID控制和仿真優(yōu)化的集裝箱碼頭作業(yè)調(diào)度244
12.1引言244
12.2基于仿真的優(yōu)化與CTLS244
12.3面向CTLS的基于仿真的優(yōu)化整體體系246
12.4面向CTLS的基于仿真的優(yōu)化的參考模型247
12.5PID控制與基于仿真的優(yōu)化249
12.5.1經(jīng)典的PID控制249
12.5.2基于仿真的優(yōu)化250
12.5.3本質(zhì)的統(tǒng)一與融合250
12.6基于仿真優(yōu)化的調(diào)度決策廣義計算實(shí)驗(yàn)體系252
12.6.1計算實(shí)驗(yàn)和基于仿真的優(yōu)化252
12.6.2面向計算思維的統(tǒng)一決策框架252
12.6.3面向CTLS的廣義計算實(shí)驗(yàn)254
12.7面向PID控制的港口調(diào)度決策優(yōu)化254
12.7.1基于PID控制的調(diào)度決策算法254
12.7.2基于PID控制的調(diào)度決策目標(biāo)定義256
12.7.3基于PID控制的調(diào)度決策模式參數(shù)整定258
12.8前沿裝卸作業(yè)抽象260
12.9計算實(shí)驗(yàn)263
12.9.1生產(chǎn)實(shí)例263
12.9.2參數(shù)優(yōu)化263
12.9.3性能評估265
12.9.4資源利用與負(fù)載均衡267
12.9.5參數(shù)整定魯棒性268
12.10本章小結(jié)269
第13章 總結(jié)與展望271
13.1本書的研究成果271
13.2進(jìn)一步的研究工作272
參考文獻(xiàn)274
近十年的主要科研工作291
編后記296
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