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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

2.5.1 CTLS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

3.2.3 CTLS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

3.3.5 CTLS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

3.4.6 CTLS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

4.3.1 CTLS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

4.5.1 CTLS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

4.6 CTLS中各Agent间的交互和协作描述73

4.6.1 Agent间的相关性73

4.6.2 Agent间的通信方式74

4.6.3 Agent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

7.2 CTLS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

7.6.2 CTLS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

9.6.2 CTLS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

11.4.2 PID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

11.5.2 VV&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

11.6.2 VV&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

12.5 PID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