基于CA-ANN喀斯特石漠化时空格局的动态模拟和预测

分析了石漠化成灾综合机理,以GIS为平台,结合元胞自动机和神经网络模型,对石漠化灾害的空间格局进行动态模拟和预测.鉴于元胞自动机转换规则的难于确定的特点,利用神经网络来训练和获取石漠化转化的规则,进一步提高元胞自动机动态模拟能力.同时,由于GIS中嵌入元胞自动机,GIS的空间分析功能得到增强.     

基于元胞自动机的启发式算法的改进

将元胞自动机应用于机器人路径规划,对移动机器人及其周围环境建立元胞自动机模型。机器人环境空间完全已知时,利用启发式算法与元胞自动机模型结合的方法,通过反复遍历具有最低耗费值的一系列元胞生成最优路径。并利用多层次的交互式元胞自动机,在方向有约束和地形耗费不同的环境中实现机器人的路径规划。     

基于元胞自动机的拓扑排序算法

目的 利用元胞自动机的特性,找到一种新的拓扑排序算法.方法 将AOV网构造成一个元胞自动机模型,采用经过改造的邻接链表作为元胞的数据结构,并在其中引入随机编号项,所有元胞依据随机编号顺序地遵守演化规则进行演化,实现拓扑排序.结果 利用元胞自动机的时空局部规则和并行计算特性,设计并验证了拓扑排序算法.结论 与传统算法相比本算法在时间、空间复杂性上都有较大改善,并且在应用元胞自动机理论解决图的问题方面有所贡献.     

基于三维元胞自动机的垃圾焚烧烟气扩散模拟

利用三维元胞自动机模型对垃圾焚烧中烟气的扩散进行模拟,首先确定元胞空间及其状态,考虑风向、风速、降雨以及湍流的影响,建立了烟气扩散规则,然后根据此规则通过中心元胞周围10个邻居来确定下一元胞状态,由此实现了基于三维元胞自动机的对烟气扩散的建模,最后利用该模型对垃圾焚烧厂周围环境状况进行了动态模拟,实现了对烟气污染的实时监控.     

基于地理空间实体的矢量元胞自动机研究

元胞自动机是能模拟复杂行为的离散动力学模型，GIS与元胞自动机的集成对于模拟地理时空过程具有很大的优势。但是标准CA的一些限制因素如空间尺度、精度及数据量问题、邻居定义等制约了其模拟真实世界的能力。本文通过分析地理现象和元胞自动机之间的关系，从元胞及状态、元胞空间、邻居、转换规则、离散时间五个方面对标准元胞自动机的组成部分进行了扩展，构建了在不规则的地理空间中基于地理实体的元胞自动机模型，同时提出了一个通用的基于地理实体的元胞自动机模型和地理信息系统集成的框架。     

地理元胞自动机研究综述

从地理元胞自动机的应用范围、地理元胞自动机转换规则的获取、地理元胞自动机空间划分、元胞自动机与GIS的集成等方面回顾了地理元胞自动机模型的研究,对地理元胞自动机模型研究的发展趋势进行了分析,认为地理元胞自动机模型研究在以下几个方面需要进一步深入：（1）应用范围应进一步扩大;（2）在确定地理元胞自动机的转换规则时应综合考虑自然因素和社会经济因素;（3）应加强地理元胞自动机与多智能体系统的集成研究;（4）应加强对地理元胞自动机的尺度划分及尺度效应的研究;（5）应进一步深化地理元胞自动机与GIS的集成研究。     

基于元胞自动机模型的城市土地利用变化模拟

为了研究城市发展带来的城市土地利用空间格局变化,综合运用元胞自动机、多维驱动力分析和情景分析方法,构建了城市土地利用变化模拟系统。建立了宏观、中观和微观3个尺度上的驱动力量化和耦合作用函数。通过识别驱动力变化与城市空间发展特征的关联性,解决了元胞自动机模型参数的时间效应问题。结合情景分析方法,确定城市不同发展情景下的参数取值,进而对未来城市土地利用变化进行了系统模拟。4种预测情景的用地总量分别为220.32km2、253.28km2、231.52km2、310.52km2。研究结果表明:城市土地利用变化受经济增长、空间管制政策等驱动力影响明显,同心圆、组团式发展模式的用地集约水平较高,沿主要对外交通轴线带扩展模式的用地扩张问题较为突出。     

基于元胞自动机的物流系统选址模型

元胞自动机是可模拟复杂结构和过程的模型.在分析现代物流发展特点的基础上,建立基于元胞自动机的物流系统选址模型.应用元胞自动机模拟技术及MATLAB,对物流系统的选址模型进行了仿真研究,并获得了合理和有益的结论,可为实际应用提供建模参考.     

混凝土内氯离子传输过程的元胞自动机模拟

提出一种模拟混凝土内氯离子传输的新方法,即元胞自动机模型(cellular automata model,简称CA模型).根据元胞自动机原理,将混凝土块及其周边环境看成是一个由大量均匀元胞构成的元胞空间,共分3个区域,即混凝土块内元胞、混凝土边界元胞和混凝土块外元胞.选用一维和二维von Neumann型元胞邻居进行模拟.首先,完美演绎出氯离子传输方程,即Fick第二定律(FSL),从理论上佐证元胞自动机模型的正确性;其次,用该模型模拟结果与在除冰盐、盐湖或海洋等氯离子环境下混凝土中的氯离子浓度实测值进行比较.结果表明,模拟结果与实测值基本相符,从而验证了本文元胞自动机模型的可行性和有效性.     

标准元胞自动机模型的缺陷及拓展研究

具备时空计算特征的元胞自动机模型（CA）与GIS集成将极大促进GIS对地理过程的模拟能力。标准元胞自动机在元胞形态、邻居规则等方面的定义存在极大限制，制约了元胞自动机对真实世界的模拟和应用能力。论文充分研究了空间模型与元胞邻居描述的关系，发现元胞邻居在空间关系上存在拓扑邻接、空间邻近和复杂相离三种关系，传统思路的模型扩展很难完全解决CA的局限性，尤其是复杂相离关系。为此，论文在面向对象的思想基础上提出了基于地理实体的元胞自动机概念模型。     

基于偏最小二乘地理元胞模型的城市生长模拟

提出了一种基于偏最小二乘回归(PLS)方法的地理元胞(cellular automata,CA)模型PLS-CA,并用来模拟城市生长和扩展.CA模型的定义涉及存在严重相关性的众多空间变量,而传统的多准则判别技术(MCE)和主成分分析(PCA)不能够彻底地解决变量相关性问题.利用偏最小二乘回归从空间变量中提取线性无关的主成分,从而获取地理元胞自动机(CA)的转换规则,在地理信息系统(GIS)环境下建立PLS-CA模型,可以优化城市生长和扩展的模拟.利用提出的PLS-CA模型,模拟了上海市嘉定区1989年与2006年城市生长和扩展情况.     

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。     

基于元胞自动机的城市扩展研究

在传统的元胞自动机模型的基础上,结合GIS技术、城市扩展原理建立了研究区的GIS-CA城市扩展模型,模型综合运用灰色局势决策、层次分析法与CA模型确定元胞转变规则。在VS2010平台上,使用VB.NET语言,基于ArcGIS Engine组件开发了研究区城市扩展模拟系统,可模拟与预测研究区的城市扩展情况。使用研究区长春市的实际数据进行了验证,采用1993年、2005年遥感影像作为基础数据,应用GIS-CA城市扩展模型预测了研究区2005年城市用地情况,并进行了对比分析。实验结果显示,采用元胞自动机原理结合GIS技术研究城市扩展情况具有合理性、可行性。     

基于时间短时尺度的城市快速路路段元胞自动机交通流速度变化概率分析

元胞自动机交通流运动是利用交通流基本参数来研究加速规则、减速规则、换道规则和车辆移动的变化规律,最重要的是利用车辆速度v来确定不同时间不同交通流条件下的车辆速度变化特性.结合国、内外有关元胞自动机交通流研究的经验和方法,通过分析在同一地点、时间尺度为1 min的交通流在t与t+1时刻的平均速度变化关系来确定基于时间短时尺度的元胞自动机城市快速路路段交通流的速度变化概率,并总结出不同条件下的加、减、匀速概率P,为研究基于时间尺度的元胞自动机城市快速路路段交通流模型提供重要的数据分析基础.     

基于元胞自动机的距离变换方法

借助元胞自动机模型，通过扩展状态记录元胞的归属状态，利用其动力学特性提出了一个删格空间上对点、线、面等复杂实体的加权距离变换方法．实证研究分析表明，基于元胞自动机的距离变换方法能够较好地实现删格空间上加权复杂实体图的距离变换．     

基于元胞自动机的井巷火灾仿真

提出了一种基于元胞自动机的井巷火灾可视化仿真方法.在矿井巷道可视化的基础上,通过对火灾元胞进行表征,综合考虑可燃物类型与投放密度、井巷通风、井巷坡度等因素对井巷火源引燃效果的影响及双扩散作用、井巷通风、浮力作用和节流作用等因素对火灾烟气蔓延效果的影响,采用概率函数进行元胞自动机建模,构建了表达元胞温度的井巷火源燃烧模型和表达元胞浓度的井巷火灾烟气蔓延模型.基于火源元胞燃烧演化规则和烟气元胞蔓延演化规则,通过可视化手段展示了井巷火灾火源燃烧和有害气体浓度的时空发展变化.同时以矿山实际数据进行检验,说明了基于元胞自动机的井巷火灾仿真的可行性与有效性.     

基于元胞自动机模型的开采沉陷模拟

 开采沉陷模拟对矿区的环境治理和生态恢复具有重要意义.本文将开采沉陷理论与地理元胞自动机相结合,基于GIS平台,以VS2010为开发工具,利用面向对象的方法,构建了开采沉陷元胞空间,探讨了开采沉陷元胞自动机模型的框架结构及实现方法,构建了开采沉陷模拟对象关系图,建立了开采沉陷元胞自动机演化模型.以山西某煤矿为例,开发了开采沉陷元胞自动机原型系统,根据研究区的煤层条件和开发方法,进行了模拟实验,分析未来开采沉陷的演变过程,为土地复垦和生态修复提供依据.结果表明,采用面向对象的方法能够较好地进行开采沉陷系统分析和开发,基于GIS和CA进行开采沉陷模拟,开发方便,系统兼容性好,能够展示更多的时空信息,便于数据管理.在空间划分上,CA模型能够与传统的预计方法有机融合,较为准确地预测未来的地表塌陷损毁情况,为塌陷区治理提供依据.由于开采沉陷涉及的学科较多,未来还需进一步完善演化模型,探讨三维空间下的系统演化过程,提高模拟的真实感和实用性.     

面向对象的有限空间内高密度人群流动元胞自动机模型研究与分析

基于面向对象技术,在已经有的元胞自动机交通流模型和行人流模型的基础上,建立一个在有限空间内高密度人群流动模型.对所提出的模型进行了计算机模拟验证.主要特点是1.面向对象思想的采用,使得大规模人群流动的元胞自动机模型具有良好的适用性,扩展性和复用性.2.根据出现高密度人群的一般情况和控制对象的需求,提出"元胞控制块"的概念,使整个模型架构具有很强的应用转化能力.     

基于元胞自动机模型的广州市用地变化模拟研究

基于2000年及2009年广州市TM影像解译得到的土地利用类型图,生成城市用地类型数据,选取道路、水系、城镇政府机构以及城市用地现状等影响因子,借助元胞自动机技术,构建城市用地变化的逻辑回归元胞自动机模型,模拟2009年广州市的城市用地变化,并验证预测结果;再基于2009年城市用地类型图,预测2018年广州城市用地情形．结果显示元胞自动机模型在城市用地变化的预测方面是可行的;若按照前一时段的发展趋势,至2018年时,建设用地面积将达25．215％,超过最新一轮城市规划拟定的指标,表明未来城市发展过程中,城市节约集约利用土地的必要性、迫切性;研究还表明,元胞状态发生转变的概率阈值的进一步研究是十分有价值的．     

CA在流行病传播研究中的应用

本文首先介绍了基于标准元胞自动机的流行病传播模型,并讨论了标准元胞自动机模型空间建模的局限性,针对局限性对CA进行扩展,最后介绍CA与GIS集合研究流行病传播的方法。