基于元胞自动机模型的城市空间变化模拟研究进展

元胞自动机(CA)是一种时间、空间、状态都离散,空间的相互作用及时间上的因果关系皆局部的网格动力学模型,其“自下而上”的研究思路,强大的复杂计算功能、固有的平行计算能力、高度动态以及具有空间概念等特征,使得它在模拟空间复杂系统的时空动态演变方面具有很强的能力.在城市空间动态变化的模拟研究方面,CA模型已应用到除非洲、南极洲的所有大洲的城市模拟研究当中.CA模型和G IS的集成,一方面增强G IS的空间模型运算及分析能力,另一方面,G IS提供的强大空间处理能力可以为CA模型准备数据和定义有效的元胞转换规则以及对模拟结果进行可视化.同时CA模型还可以与神经网络、主成分分析、遗传算法、模糊逻辑以及其他研究方法相结合,以增强其在城市空间变化模拟研究方面的能力.将CA与MAS技术相结合,建立一个能够模拟多个不同参与因子(自然系统)、不同决策者(人文系统)共同影响下的城市发展模型,以此来模拟与预测城市发展的真实状况,将是CA模型在城市空间变化模拟与预测研究中的未来发展趋势.     

贝叶斯概率与元胞自动机的非线性转换规则

利用朴素贝叶斯分类器(NBC)、高斯径向基函数和离散模型获取城市CA模型的非线性转换规则,提出NBC—CA模型,并将该模型应用于深圳市1988-2010年城市演变的动态模拟中。研究结果表明,所提出的CA模型能反映复杂城市系统的非线性、不确定性特点,模型模拟的结果要比传统MCE方法模拟精度高。NBC—CA模型中的径向基参数可解释不同空间变量的作用下,城市发展的集中区域以及空间变量对城市发展的影响范围,能够反映城市发展的模式和特征。     

营口城市用地扩展模拟预测研究

基于CA原理,结合GIS与RS技术,在ArcGIS平台中进行二次开发,构建了GIS-CA模型系统.以营口市为研究区域,对其城市用地扩展进行了模拟和预测.研究表明:GIS与CA集成,增强了GIS的时空动态建模功能,CA模型和GIS耦合是研究城市扩展动态模拟与预测的较为可行的研究方法;利用GIS-CA模型模拟和预测了营口城市用地变化趋势,对营口城市用地扩展模拟的结果比较合理,模拟的精度达到70％以上.     

基于城市流模型的城市群扩张模拟——以武汉城市圈为例

随着区域城市化和城市区域化的不断发展,城市群扩张已成为中国城市化进程研究中备受关注的课题,城市群的扩张模拟也成为一个热点研究问题.在传统的城市扩张模拟中,CA(cellular automaton, 元胞自动机)模型以其独特的规则简单,可扩展性强等优点,在城市扩张模拟方法中逐渐占据主导地位,但目前CA模型主要应用于对单一城市的扩张模拟,对大范围区域内城市群的综合扩张模拟精度不高.该文引入了城市流模型对传统CA模型加以改进,将空间相互作用力量化并嵌入CA模型的转换规则中,并以武汉城市圈为例,应用改进模型模拟了武汉城市圈的扩张变化.结果显示,相比传统的Logistic-CA模型,该文提出的模型精度更高,说明城市群内部空间作用力对城市群扩张影响显著,同时,预测了武汉城市圈2020年的城市扩张情况.研究表明,未来城市扩张将集中在中心城市边缘地带.     

城市元胞自动机模型的构建及其应用研究进展

 元胞自动机(CA)模型对模拟和预测城市空间变化以及进行城市规划具有重大的现实意义。对中国知识基础设施工程(CNKI)中出现城市CA研究以来的期刊文献的年度分布、期刊分布进行统计分析,概述了城市CA模型的构建思路,回顾和总结了城市CA中土地利用、交通、疾病和灾害方面的相关研究成果。同时,分析了城市CA模型应用研究中的主要特点,并根据其存在问题探讨了城市CA未来的发展趋势。研究结果表明,城市CA在中国的应用研究前景良好,尽管近12年中研究情况存在波动,但整体呈增长态势。     

基于UPCA模型的城市空间形态动态模拟研究

回顾和总结了目前的城市CA模型.从城市规划角度,通过引入规划控制层,将传统的自下而上CA模型设计成自下而上和自上而下相结合的城市规划CA模型(UPCA),简化了传统CA城市模拟模型的计算数据;将整个城市空间划分成不同组团片区,提高了模型的模拟精度,取得了较好的实证模拟结果.城市规划CA模型的控制规划层将根据城市规划调整保持适时动态更新,并为各组团片区设定了一个规划约束系数,可以产生不同规划控制方案,增加了模型的规划决策功能,并且将丰富的城市规划信息量引入模型,使模型具备了一定的社会经济分析功能.     

基于CAS理论与CA模型的城市增长仿真

将复杂适应系统(CAS)理论与元胞自动机(CA)模型结合,构建了一个城市增长仿真模型.并将该模型应用于西安的城市规划中,从局部城市化单元的自适应变化及宏观外部约束因素两方面对西安市的城市增长过程进行了仿真.结果表明,在CA中引入适应性思想更加能够反映城市发展的客观规律,尤其是对"城市空心化"的模拟;其中的一些结论对城市规划具有积极的指导意义.     

地理元胞A动机及空间动态转换规则的获取

以东莞市黄江等镇城市发展为例，利用逐步逻辑回归方法，获取分区的元胞自动机动态规则，用分区的动态规则CA模拟了研究区1988—2004年的城市扩张，采用逐点对比法和MoranI指数对模拟结果进行了评价。结果表明，分区的空间动态转换规则比统一的静态转换规则能获得更高的模拟精度，动态转换规则克服了传统静态转换规则无法反映区域内部城市发展差异的缺陷。     

元胞自动机和粗集支持下的土地利用变化研究

元胞自动机(CA)可以有效地模拟城市土地利用类型的演变过程,在土地演变过程中需要确定转换规则.该文是用粗集理论来确定元胞自动机(CA)不确定性转换规则的方法,再利用得出的转换规则在matlab中进行编程对城市土地利用类型的演化进行模拟预测.分析结果表明,利用粗集理论得出的转换规则在进行模拟预测后,用卡帕系数得到的结果评价是0.664 6,为高度一致性,用混淆矩阵得到的总精度结果评价为83.49%,与实际情况比较相符.粗集和CA的结合对城市土地利用变化的模拟和预测具有相应的借鉴意义.     

DLA和DBM模型与城市生长的分形模拟－关于城市分形形态模拟方法的一个理论探讨

国外学者先后将DLA模型和DBM模型引入城市地理学领域用以模拟城市生长的分形形态,并认为在城市扩展模拟方面DBM较之DLA模型更为优趣,本文经过对比分析和理论探讨认为,DLA作为CA模型的特别形式适于一般城市分形形态的模拟,而DBM则更适合于模拟交通网络,由于城市生长是用地扩展和交通渗透的双重互动过程,在应用中最好通过综合集成技术将DLA和DBM联结起来,据之模拟现实城市的分形生长与形态。     

格值自动机的产生式推理建模方法

针对多规则多结论的复杂产生式推理,将形式化语言识别能力和产生式推理结合起来,提出一种基于格值自动机的产生式推理建模方法.首先,利用格值自动机理论优点,将复杂产生式推理过程用格值自动机的格值语言描述出来,从而建立通用的产生式推理模型;其次,给出模型的规则间逻辑正确性验证方法,以及模型随规则库更新而更新的方法;最后,用实例验证建模方法的正确性.结果表明:该方法可以充当专家系统的辅助决策系统,具有较好的现实意义和实用价值.     

利用三维细胞自动机模拟地震活动性

在由弹簧—滑块—阻尼器组成的平面网络非线性动力学模型研究的基础之上,对细胞自动机模型的演化规则进行了修改,并将其由二维拓广到三维。设计了100×100×40 网格的三维大型地震细胞自动机模型, 生成了 13540 个“地震”事件。结果表明, 三维空间“地震”事件的时空分布与天然地震有许多类似的特征,满足震级与频度的G－R关系,且有分形分布规律。由此可见,三维地震细胞自动机比二维模型更符合实际。     

细胞自动机及其理论研究进展

细胞自动机固有的组成单元的简单性,单元之间作用的局部性和信息处理的高度并行性,并表现出复杂的全局特性等特点使得其广泛应用于物理模型模拟、密码学和内建式自测试等领域。本文简述了细胞自动机的基本概念,研究了细胞自动机的分析理论和细胞自动机的综合理论。     

基于细胞自动机模型的自适应生产调度问题

用细胞自动机来建模生产调度问题,通过把调度序列分散到规则网络中,相邻细胞之间相互影响,可以避免细胞的早熟.当进化过程出现扰动时,可以通过控制器自行修改相关参数加以响应,实现自适应调度.介绍了细胞自动机的建模原理,并结合遗传算法的运算因子和进化规则,讨论了基于遗传细胞自动机模型的自适应生产调度方法,用算法的仿真结果验证了模型的有效性和适应性.     

采用元胞自动机机理的针织电脑编织系统

针对针织电脑横机的编织原理,提出一维元胞自动机、二维元胞自动机用于针织横机编织系统的机理,给出一些元胞自动机初值和演化规则生成的新方法,并根据图案颜色的需要生成多彩色的图案,最后将上述结果应用于针织横机编织系统.     

元胞自动机中染色体端粒的动力学方程

通过引入染色体端粒的概念, 建立了一维元胞自动机中染色体端粒的具有齐次性动力学演化方程, 进一步给出染色体长度以及染色体长度变化率的动力学方程.     

面向灾害蔓延仿真的元胞自动机通用模型

为模拟灾害蔓延而建立的元胞自动机模型种类繁多,但尚无一种通用的建模方法。基于此提出了一种面向灾害蔓延仿真的元胞自动机通用模型。首先,通过解析灾害蔓延机理和理论模型,根据灾害动态发展变化过程的相似性,将灾害蔓延分解为灾害量集、时空邻域集、判定规则集、更新规则集4个部分;其次,采用元胞自动机的建模方法将4个部分重新组合,构建灾害蔓延的元胞自动机参数计算仿真模型;最后,利用所提方法改进了A.Ohgai的城市火灾蔓延模型,并进行了实例验证分析。研究结果表明：所提模型只需输入环境数据和灾害起始扰动,就能得到灾害模型中的各项动态参数,可为多种灾害蔓延仿真提供通用建模方法和实现模式。     

Rigorous Modeling of Real-time System Based on UML and PVS

Rigorous modeling could improve the correctness and reduce cost in embedded real-time system development for models could be verified. Tools are needed for rigorous modeling of embedded real-time system. UML is an industrial standard modeling language which provides a powerful expressi-veness, intuitive and easy to use interface to model. UML is widely accepted by software developer. However, for lack of precisely defined semantics, especially on the dynamic diagrams, UML model is hard to be verified. PVS is a general formal method which provides a high-order logic specification language and integrated with model checking and theorem proving tools. Combining the widely used UML with PVS, this paper provides a novel modeling and verification approach for embedded real-time system. In this approach, we provide 1) a timed extended UML statechart for modeling dynamic behavior of an embedded real-time system; 2) an approach to capture timed automata based semantics from timed statechart; and 3) an algorithm to generate a finite state model expressed in PVS specification for model checking. The benefits of our approach include flexible and friendly in modeling, extendable in formalization and verification content, and better performance. Time constraints are modeled and verified and its a highlight of this paper.     

龙门起重机操作培训仿真系统建模问题研究

通过分析目前龙门起重机操作培训系统的不足，讨论了建立计算机仿真系统的必要性，首先通过构造物体曲面来得到几何模型矩阵，然后引入物理特性，对物体运动轨迹进行分析，求出平动和转动矩阵，接着利用几何矩阵和运动矩阵的联合求解进行物体运动仿真，从而用几何建模和物理建模互相结合的方法完成了系统的建模方案，最后介绍了整个仿真系统的架构和建模方案在系统中实现的具体软件工具和方法。