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基于计算思维的集装箱码头物流系统建模仿真与控制决策


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基于计算思维的集装箱码头物流系统建模仿真与控制决策
  • 书号：9787030503046
    作者：李斌,李文锋,杨家其
  • 外文书名：
  • 装帧：平装
    开本：B5
  • 页数：316
    字数：300
    语种：zh-Hans
  • 出版社：
    出版时间：2016-11-08
  • 所属分类：
  • 定价： ￥110.00元
    售价： ￥86.90元
  • 图书介质:
    纸质书

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集装箱码头物流系统（container terminal logistics system，CTLS）的控制决策是其装卸作业的灵魂，具有高度的非线性、随机性、动态性、耦合性和复杂性。现有的运筹规划、系统仿真、智能优化和基于仿真的优化等方法对于CTLS的调度决策都有一定的局限性，且缺乏通用性，所提出的数学模型和优化算法的可移植性不强，故无论是从理论研究还是从工程实践的角度来看，都亟须新的研究思路和解决方案。本书从计算思维（computational thinking）的角度重新审视了CTLS的计划调度，将集装箱码头内的装卸作业看做一种广义的“计算”，提出了利用计算机体系结构、操作系统任务调度和资源分配思想展开对CTLS建模的基础理论，给出了基于计算思维对CTLS进行建模仿真和决策优化的系统方法。在此理论框架下，面向集装箱码头的单个作业环节和协同作业生产调度，进行了大量的仿真实验和数据分析，验证了所提理论方法的可行性、可信性、适用性与优越性。
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    《博士后文库》序言
    序
    前言
    第1章 绪论1
    1.1集装箱运输1
    1.2集装箱码头物流系统概述2
    1.3研究现状5
    1.3.1集装箱码头物流系统的建模与决策方法5
    1.3.2集装箱码头物流系统的建模与决策对象7
    1.4研究趋势与共性核心问题15
    1.5本书研究的目的与意义16
    1.5.1研究目的16
    1.5.2研究的实际价值与理论意义17
    第2章 计算思维框架下的集装箱码头物流系统19
    2.1集装箱码头物流系统分析19
    2.1.1集装箱码头物流系统的运作描述及其转化模型19
    2.1.2港口集装箱流20
    2.2集装箱码头物流系统与信息物理系统22
    2.3集装箱码头集成服务系统25
    2.4计算思维与集装箱码头计算物流29
    2.4.1计算思维29
    2.4.2计算物流29
    2.4.3面向集装箱码头的计算物流30
    2.4.4面向CTLS的广义计算思维30
    2.5面向计算思维的CTLS抽象定义31
    2.5.1CTLS的运作模式31
    2.5.2面向CTLS的统一指令级体系结构32
    2.5.3面向CTLS的通用计算指令集33
    2.6本章小结34
    第3章 CTLS和计算机系统的体系结构与调度机制相似分析35
    3.1引言35
    3.2两系统总体视图比较37
    3.2.1系统层次结构比较37
    3.2.2顶层视图映射38
    3.2.3CTLS和计算机系统的互连结构映射39
    3.3系统组成与体系结构比较43
    3.3.1整体结构比较43
    3.3.2码头前沿与中央处理器43
    3.3.3码头堆场和存储器44
    3.3.4码头集装箱进出端口与外设45
    3.3.5CTLS的体系结构分析46
    3.4集装箱码头生产调度系统与计算机操作系统比较47
    3.4.1基于排队网络理论的集装箱码头生产调度47
    3.4.2码头前沿调度与处理机调度49
    3.4.3堆场管理与内存管理50
    3.4.4水平运输与总线调度51
    3.4.5集装箱码头集疏运与输入输出设备管理51
    3.4.6CTLS生产调度层次52
    3.5差异性浅析54
    3.6本章小结54
    第4章 基于哈佛体系结构和Agent计算的CTLS建模55
    4.1引言55
    4.2多Agent系统与CTLS55
    4.2.1分布式人工智能与多Agent系统55
    4.2.2基于Agent的计算及其应用研究56
    4.2.3将智能Agent引入CTLS57
    4.2.4基于Agent的建模与仿真方法57
    4.3面向CTLS的Agent建模58
    4.3.1CTLS中的Agent分类58
    4.3.2核心Agent的功能分析59
    4.4基于哈佛体系结构和Agent计算的整体建模思想69
    4.5基于哈佛体系结构和Agent计算的CTLS的建模体系结构70
    4.5.1CTLS与计算机系统的组成映射关系70
    4.5.2基于哈佛体系结构和Agent计算的CTLS的建模体系结构71
    4.6CTLS中各Agent间的交互和协作描述73
    4.6.1Agent间的相关性73
    4.6.2Agent间的通信方式74
    4.6.3Agent间的通信交互定义74
    4.7基于属性的有阻塞的混合流水车间的集装箱码头生产调度建模78
    4.7.1基于属性的有阻塞的混合流水车间问题78
    4.7.2中央处理器与集装箱码头前沿装卸79
    4.7.3集装箱码头生产调度的基于属性的有阻塞的混合流水车间描述80
    4.7.4基于属性的有阻塞的混合流水车间的双层集装箱码头生产调度模型83
    4.8本章小结85
    第5章 集装箱码头操作系统的控制决策计算模型86
    5.1引言86
    5.2集装箱码头操作系统的计算逻辑视图86
    5.2.1集装箱码头操作系统和计算机操作系统86
    5.2.2集装箱码头操作系统的分层微内核体系结构88
    5.2.3集装箱码头操作系统的客户/服务器计算模型90
    5.2.4集装箱码头操作系统的执行模式91
    5.3基于多Agent的集装箱码头操作系统计算模型92
    5.3.1基于Agent的计算和集装箱码头操作系统92
    5.3.2集装箱码头操作系统的多Agent系统计算模型94
    5.3.3集装箱码头操作系统的通用控制结构97
    5.4模型评估与仿真分析98
    5.4.1仿真模型设计98
    5.4.2应用实例背景99
    5.4.3仿真验证实验101
    5.4.4系统性能评估103
    5.4.5负载均衡分析105
    5.5本章小结111
    第6章 集装箱码头物流调度决策计算体系112
    6.1引言112
    6.2面向进程和线程的集装箱码头生产调度112
    6.2.1集装箱码头物流服务的进程与线程定义112
    6.2.2面向进程与线程的集装箱码头物流调度计算框架114
    6.2.3集装箱码头生产调度体系结构116
    6.3集装箱码头操作系统的通信交互模式118
    6.4集装箱码头操作系统的消息和事件处理机制121
    6.5本章小结122
    第7章 基于哈佛体系结构和Agent计算的CTLS前沿生产调度123
    7.1引言123
    7.2CTLS中资源分配的基本思想124
    7.3动态泊位-岸桥调度模型126
    7.4多泊位指派问题128
    7.4.1基于计算机操作系统调度策略的泊位指派129
    7.4.2基于群集智能的泊位指派132
    7.5泊位-岸桥联合调度问题136
    7.6码头前沿泊位-岸桥配置研究137
    7.6.1计算机设计的量化原则137
    7.6.2CTLS生产调度中的指导原则138
    7.6.3仿真实例139
    7.7本章小结141
    第8章 基于哈佛体系结构和Agent计算的集装箱码头核心设备调度142
    8.1引言142
    8.2水平运输集卡调度模型143
    8.3集卡动态调度仿真研究147
    8.3.1仿真场景147
    8.3.2集卡动态调度机制148
    8.3.3仿真结果149
    8.3.4仿真分析152
    8.4水平运输集卡调度的量化评估157
    8.5基于仿真的优化——集卡调度159
    8.6集装箱码头场桥调度模型与算法162
    8.6.1场桥作业概述162
    8.6.2场桥调度限制条件与基本原则164
    8.6.3场桥调度与磁盘臂调度165
    8.6.4数学模型165
    8.6.5调度算法168
    8.7仿真实验169
    8.7.1仿真实例169
    8.7.2仿真分析171
    8.7.3场桥作业配置研究172
    8.8综合仿真实例173
    8.8.1仿真平台173
    8.8.2仿真实例174
    8.8.3实验结果及分析175
    8.9本章小结177
    第9章 基于多处理器片上系统的集装箱码头作业体系178
    9.1引言178
    9.2集装箱码头装卸作业发展趋势178
    9.3面向计算机体系结构的CTLS建模思想180
    9.4异构多处理器片上系统与集装箱码头物流系统182
    9.4.1多处理器片上系统视角下的集装箱码头平面布局182
    9.4.2异构多处理器协同计算与集装箱码头装卸工艺183
    9.4.3集装箱码头的并行硬件体系结构185
    9.4.4面向多处理器多线程的集装箱码头生产调度187
    9.5面向多处理器的CTLS并行体系结构分析和异步并行计算模型187
    9.6面向多线程编程模型的集装箱码头任务调度190
    9.6.1冯·诺依曼计算机体系下的港口作业190
    9.6.2CTLS的并行编程模型190
    9.6.3集装箱码头任务调度模型191
    9.6.4面向高性能的集装箱码头作业组织194
    9.7仿真实验与结果分析195
    9.7.1集装箱码头生产实例195
    9.7.2基于计算思维的综合调度算法196
    9.7.3性能评估与行为分析197
    9.8本章小结202
    第10章 面向并行可重构计算的集装箱码头生产调度204
    10.1引言204
    10.2港口生产与并行计算204
    10.3并行可重构计算视角下的码头作业206
    10.4面向混合流水车间的港口并行协同作业207
    10.4.1混合流水车间调度与CTLS控制决策207
    10.4.2基于属性的有阻塞的动态可重构混合流水车间的港口生产调度208
    10.4.3面向基于属性的有阻塞的动态可重构混合流水车间的多层双向作业体系210
    10.5计算实验与结果分析213
    10.5.1实验场景213
    10.5.2仿真结果214
    10.5.3进一步分析215
    10.6本章 小结217
    第11章 集装箱码头通用决策框架及其典型调度算法218
    11.1引言218
    11.2生产调度通用框架219
    11.3基于处理器关联的调度决策模式221
    11.3.1处理器亲和性221
    11.3.2基于处理器关联的调度决策模式221
    11.4基于PID控制的调度决策体系与模式222
    11.4.1面向相似理论的移植应用222
    11.4.2PID控制223
    11.4.3面向PID控制的调度决策基本框架和实时作业负载系数223
    11.4.4基于PID控制的调度决策算法225
    11.4.5基于PID控制的调度决策子模式227
    11.5仿真实验Ⅰ228
    11.5.1实验场景228
    11.5.2VV&A实验229
    11.5.3性能分析230
    11.5.4负载均衡233
    11.6仿真实验Ⅱ235
    11.6.1实验场景235
    11.6.2VV&A实验236
    11.6.3通过能力分析237
    11.6.4综合性能评估238
    11.7本章小结243
    第12章 面向PID控制和仿真优化的集装箱码头作业调度244
    12.1引言244
    12.2基于仿真的优化与CTLS244
    12.3面向CTLS的基于仿真的优化整体体系246
    12.4面向CTLS的基于仿真的优化的参考模型247
    12.5PID控制与基于仿真的优化249
    12.5.1经典的PID控制249
    12.5.2基于仿真的优化250
    12.5.3本质的统一与融合250
    12.6基于仿真优化的调度决策广义计算实验体系252
    12.6.1计算实验和基于仿真的优化252
    12.6.2面向计算思维的统一决策框架252
    12.6.3面向CTLS的广义计算实验254
    12.7面向PID控制的港口调度决策优化254
    12.7.1基于PID控制的调度决策算法254
    12.7.2基于PID控制的调度决策目标定义256
    12.7.3基于PID控制的调度决策模式参数整定258
    12.8前沿装卸作业抽象260
    12.9计算实验263
    12.9.1生产实例263
    12.9.2参数优化263
    12.9.3性能评估265
    12.9.4资源利用与负载均衡267
    12.9.5参数整定鲁棒性268
    12.10本章小结269
    第13章 总结与展望271
    13.1本书的研究成果271
    13.2进一步的研究工作272
    参考文献274
    近十年的主要科研工作291
    编后记296
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