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出版者:Cambridge University Press

作者:Bolcskei, H. (EDT)/ Gesbert, D. (EDT)/ Papadias, C. B. (EDT)/ Veen, A. J. Van Der (EDT)

出品人:

页数:612

译者:

出版时间:2006-07-17

价格:USD 96.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521851053

丛书系列:

图书标签:

• MIMO
• Coding
• 2009
• 无线通信
• 时空信号处理
• 多输入多输出 (MIMO)
• 无线网络
• 信道估计
• 空间复用
• 正交频分复用 (OFDM)
• 无线资源管理
• 毫米波通信
• 认知无线电

好的，这是一本关于未来城市交通与能源管理的专业书籍的详细介绍： --- 城市脉动：未来交通网络与能源智能协同管理 导言：复杂系统的交汇点 随着全球城市化进程的加速，城市已不再是简单的钢筋水泥森林，而是高度互联、瞬息万变的复杂生命体。在这一生命体中，交通系统与能源系统是支撑其运转的两大核心支柱。传统的管理模式正在面临前所未有的挑战：交通拥堵加剧、能源分配效率低下、以及日益严峻的环境压力。如何实现这两大关键基础设施的深度融合、智能协同，是构建可持续、高韧性未来城市的关键。 本书《城市脉动：未来交通网络与能源智能协同管理》旨在提供一个前瞻性的、跨学科的框架，深入探讨如何利用前沿信息技术、控制理论和系统工程方法，构建一个高效、绿色、以人为本的城市运行新范式。我们聚焦于实时感知、预测分析、优化调度这三大核心能力，将交通流的动态特性与能源网的供需平衡紧密耦合，为城市规划者、系统工程师和政策制定者提供可操作的理论基础和工程实践指南。 第一部分：城市复杂系统的基础建模与挑战 本部分奠定了理解未来城市交通与能源系统的基础，重点剖析了当前系统的结构性缺陷与数据驱动的挑战。 第一章：城市交通流的非线性动力学 本章首先回顾了经典交通流理论（如Lighthill-Whitham-Richards 模型和Cellular Automata 模型），并引入了基于Agent的交通仿真（ABM）作为分析复杂路网行为的有效工具。我们深入分析了大规模共享出行、自动驾驶车队对路网承载能力的影响，特别是涌现现象（Emergent Phenomena），如“幽灵堵车”的传播机制。此外，探讨了多模态交通（轨道交通、公交、私家车、慢行系统）之间的耦合关系，如何通过需求侧响应来平滑高峰期压力。 第二章：现代城市能源系统的结构与脆弱性 能源系统正经历从集中式向分布式（DERs，如屋顶光伏、社区储能）的转型。本章详细介绍了现代城市配电网的拓扑结构、电压和频率的动态特性。我们重点分析了城市能源系统的韧性（Resilience）问题，包括极端天气或网络攻击下的局部故障如何快速蔓延至整个区域。同时，对电动汽车（EV）充电负荷的随机性与集中性，如何对配电网造成严重冲击进行了定量建模。 第三章：数据驱动的融合基石：感知与度量 构建智能协同系统的首要条件是准确、实时的数据。本章全面梳理了城市交通与能源数据采集的最新技术，包括：高精度GPS/北斗定位、车载传感器网络（V2X）、智能电表（AMI）的深度挖掘。核心内容聚焦于异构数据融合的挑战——如何将速度、排队长度等交通指标，与实时功率、电价、负荷预测等能源数据，在统一的时间尺度和空间分辨率上进行对齐和清洗，为上层决策提供高质量输入。 第二部分：交通与能源的智能耦合机制 本部分是本书的核心，详细阐述了如何实现交通与能源系统的功能性集成，重点关注电动化和需求响应。 第四章：电动汽车与电网的互动：V2G/V2H 的潜力挖掘 电动汽车不再仅仅是能源消费者，它们是巨大的移动储能资源。本章详细分析了车网互动（V2G, Vehicle-to-Grid）的潜在效益和技术壁垒。我们构建了基于概率分布的EV到达与离开模型，并提出了优化的调度算法，旨在最小化对电网峰值负荷的贡献，同时最大化用户便利性。讨论了双向充电的通信协议安全性以及区域性的智能充电站集群管理策略。 第五章：需求侧响应（DR）在交通需求管理中的应用 如何通过经济激励或其他方式引导用户改变出行习惯以匹配能源供应能力？本章探讨了基于实时电价（RTP）和激励机制的交通需求管理。我们设计了将交通拥堵费率与可再生能源发电波动性挂钩的动态定价模型。具体案例研究了在可再生能源出力不稳定的情况下，如何通过微调公共交通班次频率或鼓励错峰出行，实现能源与交通系统的协同平衡。 第六章：智能基础设施的赋能：信号控制与储能的集成 信号灯控制是交通流管理的关键节点。本章提出了“能源感知型”智能交通信号控制系统。该系统不仅考虑路口排队长度，还实时接收附近区域电网的负荷状态。例如，在电网紧急状态下，系统可以适度延长特定方向的绿灯时间，以分散区域内大规模EV集中充电可能带来的瞬时负荷激增。讨论了城市级分布式储能（BESS）的选址优化，使其既能为电网提供调频服务，又能为特定交通走廊提供可靠的应急电源。 第三部分：面向未来的协同优化与控制策略 本部分将理论模型转化为实际可操作的控制算法，聚焦于系统级、预测性优化。 第七章：预测控制与多目标优化框架 协同管理本质上是一个多目标优化问题：最小化拥堵时间、最小化能源成本、最大化系统韧性。本章引入模型预测控制（MPC）框架，用于处理交通与能源系统的动态耦合。我们提出了一个多层级（区域级、路网级、设备级）的优化目标函数，并利用对偶理论来解耦复杂的耦合约束，实现了在存在不确定性（如天气突变、突发事件）下的实时调整能力。 第八章：网络化控制与去中心化决策 随着系统规模的扩大，集中式控制的计算负担和单点故障风险日益突出。本章探讨了基于分布式优化和多智能体系统（MAS）的协同控制方法。每个交通信号控制器或每个微电网都可以作为一个智能体，通过本地信息交互和博弈论原理，达成全局最优或近似最优的协同状态。重点分析了在缺乏中央通信的情况下，局部路口如何自发地调整其信号配时，以缓解区域性的电能短缺导致的交通减速。 第九章：韧性评估与主动防御机制 城市脉动系统的稳定运行依赖于其抵御和快速恢复的能力。本章从系统工程的角度出发，定义了交通-能源耦合系统的韧性指标。我们设计了主动防御策略，例如，在预测到大规模停电风险时，系统自动触发“交通降级模式”——优先保障关键服务车辆（如应急、公交）的能源供应和通行权，并通过动态信息引导（VMS、导航App）疏散非关键交通流，实现风险的平滑过渡。 结语：迈向可持续的智慧城市 本书的结论部分总结了当前研究的局限性，并展望了下一代技术对城市协同管理的影响，包括边缘计算在实时决策中的作用，以及建立跨部门数据共享机制的政策建议。我们坚信，通过对交通和能源系统的深度融合与智能协同管理，城市将能够以更少的资源消耗，提供更高质量的公共服务，真正实现可持续发展的愿景。 --- 目标读者： 交通工程、电力系统工程、控制科学与自动化、城市规划、计算机科学等相关领域的研究人员、研究生以及政府与行业的技术决策者。

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这本书的封面设计，那是一种难以言喻的吸引力。深邃的宇宙背景，点缀着若隐若现的星云和闪烁的恒星，仿佛将整个宇宙的时空压缩在了这方寸之间。而“Space-Time Wireless Systems”这几个字，以一种未来感十足的字体呈现，金属质感的光泽在星光下流转，既有科学的严谨，又不失艺术的想象。我迫不及待地翻开扉页，期待着一场跨越时空的无线通信之旅。这本书，不仅仅是一本技术手册，更像是一扇通往未知世界的窗口，让我得以窥探那些曾经只存在于科幻小说中的概念，如今正一步步走向现实。当我凝视着封面，脑海中已经开始勾勒出那些超越光速的信号，穿越虫洞的通信方式，以及在遥远的星系中，我们的文明如何通过无线电波彼此连接的宏伟蓝图。这种视觉上的冲击力，是许多技术书籍所不具备的，它成功地在读者心中种下了一颗好奇的种子，激起了对书中内容的无限遐想。这种将科学概念与艺术表现手法巧妙结合的封面设计，无疑是这本书成功吸引读者的第一步，也是至关重要的一步。它让我相信，这不仅仅是一本关于“Space-Time Wireless Systems”的书，更是一本关于未来、关于无限可能性的书，一本值得我投入时间和精力去探索的书。

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随着阅读的深入，我发现这本书的叙述风格极其引人入胜。作者似乎拥有一种与读者对话的魔力，即使在探讨极其复杂的物理理论时，也能用一种清晰、流畅且充满逻辑性的语言来阐述。它不像某些学术著作那样枯燥乏味，而是将抽象的概念具象化，通过生动的比喻和恰当的类比，让那些深奥的知识变得易于理解。例如，在解释时空曲率如何影响信号传播时，作者并没有直接给出爱因斯坦的场方程，而是将时空比作一张弹性的薄膜，将质量比作放置在这张薄膜上的重物，生动地描绘了质量如何导致薄膜向下凹陷，从而影响了周围时空的几何形状，进而影响了信号的路径。这种“化繁为简”的能力，在科学著作中是极为难得的。而且，作者在叙述过程中，并没有回避潜在的挑战和未解决的问题，反而以一种开放的态度，鼓励读者一同思考，一同探索。这种叙事方式，让我在阅读过程中，不仅是知识的接收者，更是思想的参与者，充满了探索的乐趣。我甚至会因为一个精彩的解释而拍案叫绝，或者因为一个悬而未决的问题而陷入沉思。

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这本书在内容组织和结构安排上，给我留下了深刻的印象。它采用了一种递进式的叙述方式，从基础概念的介绍，到复杂理论的推导，再到前沿技术的展望，层层递进，环环相扣。每一个章节都紧密联系着前一章节的内容，使得整个知识体系显得非常连贯和完整。作者在每章的开头，都会清晰地阐述本章的学习目标和主要内容，而在章节的结尾，则会进行总结，并为下一章的内容做铺垫。这种结构化的编排，极大地提高了阅读的效率和理解的深度。此外，书中还穿插了一些案例研究和思想实验，这些内容生动形象，能够帮助读者更好地理解抽象的概念。我尤其欣赏的是，书中并没有采用过于僵化的章节划分，而是根据内容的逻辑性，灵活地调整了结构的安排，使得阅读过程更加自然流畅。这种精心的设计，让这本书成为一本既有学术深度，又极具可读性的佳作。

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书中对于“Space-Time Wireless Systems”的未来设想，简直是令人惊叹的。它并非简单地罗列一些遥不可及的科幻场景，而是基于现有的科学理论和技术趋势，进行了一系列富有逻辑性的推演。作者探讨了利用引力波进行通信的可能性，这种通信方式不受常规电磁波的限制，理论上可以在宇宙尺度上实现远距离、无衰减的传输。此外，书中还涉及了量子纠缠在信息传递中的应用，虽然目前仍处于理论研究阶段，但其潜在的应用前景是巨大的，例如实现瞬时的信息传输，甚至构建超光速通信网络。最让我着迷的是，书中还大胆地设想了利用虫洞或者其他时空捷径来加速通信的可能性。虽然这些概念在目前看来仍然是高度推测性的，但作者通过严谨的数学推导和物理学原理的阐释，让这些设想听起来并非空穴来风，而是有科学依据的探索。它让我感觉，这本书不仅仅是关于“Space-Time Wireless Systems”的技术，更是关于人类如何利用最前沿的科学知识，去突破宇宙的边界，去实现前所未有的连接。

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这本书在处理基础概念时，表现出了极大的细致和严谨。在我看来，任何关于“Space-Time Wireless Systems”的探讨，都离不开对时空本身特性的深刻理解。这本书恰恰在这一点上做得非常出色。它从相对论的基石出发，循序渐进地讲解了狭义相对论和广义相对论的核心思想，包括时间膨胀、长度收缩、质能方程，以及引力如何弯曲时空。作者并没有止步于理论的陈述，而是用大量的数据和实验证据来佐证这些理论的正确性。我特别欣赏书中对光速不变原理的解释，以及它如何成为理解时空结构的关键。同时，书中也详细阐述了电磁波的传播规律，以及经典电动力学在相对论框架下的修正。对于一些读者可能不太熟悉的数学工具，书中也提供了必要的背景介绍和辅助说明，确保读者能够跟上思路。这种深入浅出的讲解方式，让我对时空和无线通信的基本原理有了更扎实的掌握。即使我之前对这些领域有所了解，通过这本书的解读，也感觉像是进行了一次彻底的“刷新”，发现了许多之前未曾注意到的细节和联系。

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书中对“Space-Time Wireless Systems”的实际应用场景的描绘，同样是令人着迷的。它并没有将这些前沿技术束之高阁，而是将其与我们未来的生活息息相关。例如，作者设想了在深空探索中，如何利用这些先进的通信技术，实现与远方探测器和宇航员的实时、高效通信，彻底摆脱现有通信方式的延迟限制。书中还探讨了在宇宙尺度的网络构建，例如星际互联网的设想，以及如何通过这些系统实现跨越星系的协同工作和信息共享。此外，书中也提及了在地球上，如何利用时空本身的特性来优化现有无线通信，比如在极端环境下，或者需要高精度定位的场景下，这些技术可能发挥的作用。这些设想，让原本可能显得遥远的科学概念，变得触手可及，并充满了强大的现实意义。它让我看到，这本书不仅仅是关于理论的探索，更是关于如何将这些理论转化为能够改变我们世界、甚至改变我们生存方式的实际应用。

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在我阅读过程中，本书最让我印象深刻的，莫过于作者对于科学研究精神的倡导。这本书不仅仅是关于“Space-Time Wireless Systems”的知识传递，更是在传递一种对未知的好奇心，对真理的执着追求，以及勇于挑战权威的科学精神。作者在书中反复强调，科学的进步来自于不断的提问、不断的实验和不断的修正。他鼓励读者不要满足于现有的认知，要敢于质疑，敢于探索，即使面对巨大的困难，也要坚持不懈。书中还引用了一些伟大的科学家在研究过程中的故事，这些故事充满了智慧和启迪，让我深受感染。这种对科学研究精神的强调，使得这本书不仅仅是一本技术书籍，更是一本能够激发读者内在潜能、点燃求知欲的励志之作。它让我明白，掌握“Space-Time Wireless Systems”的知识，最终的目的是为了更好地理解宇宙，更好地服务人类，而这一切，都离不开那份永不熄灭的探索精神。

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这本书在论证某些前沿概念时，展现出了一种令人信服的批判性思维。作者并不是盲目地接受所有现有的理论，而是会深入分析其局限性，并提出新的思考方向。例如，在讨论信息在弯曲时空中传播的延迟效应时，作者会详细分析相对论方程的解，并指出在极端引力场下，我们可能需要更精细的数学模型来描述信号的传播。对于一些尚未成熟的理论，比如某些关于超光速旅行或超光速通信的设想，作者会非常谨慎地进行审视，指出其可能存在的悖论和物理学上的障碍，但同时也会保留对这些可能性进行进一步探索的空间。这种严谨的态度，让我对书中的每一个论点都充满了信任。它不像一些“硬科幻”作品那样，仅仅是描绘一个美好的愿景，而是通过对科学原理的深刻理解和逻辑推演，去构建一个可信的未来图景。这种对科学的尊重，以及对未知的好奇心，在这本书中得到了淋漓尽致的体现。

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这本书的引言部分，就以一种近乎诗意的语言，勾勒出了人类对时空和通信的永恒追问。它并没有一开始就抛出晦涩的公式或抽象的概念，而是从人类最原始的对远方的渴望，以及对超越时空限制沟通的梦想谈起。我仿佛看到古代的烽火狼烟，再到电报、电话的发明，每一个通信技术的飞跃，都是人类试图打破距离枷锁的呐喊。引言中提到，我们是否能够利用时空的涟漪，或者弯曲时空本身，来传递信息？这种设想，足以让任何一个对科学充满好奇心的人热血沸腾。它将“Space-Time Wireless Systems”这一略显生硬的技术术语，升华为一种对人类终极梦想的追求。书中在引言部分巧妙地穿插了一些哲学上的思考，比如关于因果律、关于信息的本质，以及我们如何理解宇宙的宏大尺度。这种跨学科的视角，让这本书不仅仅局限于技术层面，更上升到了对科学本质的探讨。它促使我去思考，当我们谈论时空无线系统时，我们真正想要实现的是什么？是更快的速度？更广阔的覆盖？还是某种我们尚未想象到的、全新的交流方式？引言的最后，作者用一个富有哲理的问题结尾，留下了深刻的思考空间，让我迫不及待地想翻阅接下来的章节，寻找答案。

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书中对于“Space-Time Wireless Systems”所面临的挑战和限制的讨论，同样是非常深刻和真诚的。作者并没有回避其中的困难，而是将其坦诚地摆在读者面前。例如，在探讨利用引力波进行通信时，作者详细分析了产生和探测引力波所需的巨大能量和精密设备，以及如何克服其中的技术瓶颈。在讨论量子纠缠的通信应用时，书中也指出了量子退相干等问题对信息传输的严重影响，以及如何实现稳定的量子态的制备和传输。甚至对于一些更加大胆的设想，如虫洞通信，作者也列举了相关的理论困难，比如虫洞的稳定性问题，以及如何安全地通过虫洞等。这种对技术挑战的细致分析，让这本书充满了现实主义色彩，它没有给人虚假的希望，而是让我们了解，实现这些宏伟的目标需要付出巨大的努力和持续的探索。这种对科学现实的清醒认知，反而让我对未来的研究方向更加充满信心，因为我知道，每一个进步都将是来之不易的。

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