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。     

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.     

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。     

元胞自动机在区域电能质量评估的应用

为了解决区域电能质量评估模型忽略电能评价指标之间相互影响而带来评价结果不准确的问题,提出了元胞自动机区域电能质量评估模型;并定义了评估模型中元胞、元胞空间、规则和邻居等的构成方法。利用元胞自动机"自下而上"的研究思路和自组织特性,并考虑元胞的状态和损伤概率及元胞间的相互影响,动态模拟电能评价指标间的相互作用,得出区域电能质量排序。通过实例比较计算,该评价模型计算简便、适用性强、评价结果综合了各评价指标之间的关系,更为客观准确,为电能质量综合评价决策提供一条新的方法与思路。     

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．     

基于元胞自动机的某装备供电系统脆性建模

装备供电系统中,由于某一个子系统或元器件的故障而导致整个系统连锁故障的事故时有发生,表现出很强的脆性。为了降低供电系统脆性事故发生率,实现简洁高效的保障,关键在于研究供电系统的脆性机理,实现针对性的保障。基于此,将元胞自动机理论应用到某型装备供电系统的脆性研究之中,提出并建立了应用元胞自动机来模拟供电系统脆性作用及其崩溃机理的元胞自动机模型。在本模型中,定义了元胞、元胞空间、元胞规则、元胞邻居及时间等的构成方法。利用装备供电系统脆性元胞自动机模型,仿真研究了供电系统在受到干扰或攻击情况下的脆性传播过程,探讨了供电系统不同子系统的脆性特性,证实了该模型是研究装备供电系统脆性的一种行之有效的方法。     

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.     

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.     

基于元胞自动机的行人流疏散模拟研究

根据二维元胞自动机的Moore邻居确定行人运动规则,建立基于元胞自动机的行人流疏散模型,对房间内人员疏散过程进行模拟研究,得到了疏散时间与房间出口宽度、人员密度之间的变化关系.该模拟结果对紧急情况下的人员疏散具有一定的指导意义.     

三维元胞自动机及其在材料模拟中的应用

元胞自动机是一种时空、状态离散的数学模型,适于计算机模拟实施。特别适合于处理那些难以用数学定量描述的复杂动态体系问题,如材料微观组织的演变。本文阐述了元胞自动机法的产生和发展及其在材料模拟中的应用情况。并以Visual C 为编译平台建立了一种三维元胞自动机模型。该模型具备了经典元胞自动机的基本特征,因此可以根据需要进行扩展。文中运用该模型进行了简化的枝晶生长模拟,并与二维的模拟结果进行比较,验证了该模拟的正确性。     

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.     

基于模糊逻辑的元胞自动机用于图像处理

提出了一个基于模糊逻辑的元胞自动机模型用来处理图像处理中的图像分割问题。将元胞自动机原理中的元胞状态转化为模糊元胞状态,并将演化规则转化为模糊规则从而建立模糊元胞自动机模型,使图像中灰度水平介于目标和背景之间的像素得以较好地归类,从而得到一种新的图像分割方法。     

基于模糊逻辑的元胞自动机用于图像处理

提出了一个基于模糊逻辑的元胞自动机模型用来处理图像处理中的图像分割问题。将元胞自动机原理中的元胞状态转化为模糊元胞状态,并将演化规则转化为模糊规则从而建立模糊元胞自动机模型,使图像中灰度水平介于目标和背景之间的像素得以较好地归类,从而得到一种新的图像分割方法。     

自适应元胞遗传算法与股票价格行为分析

与以往侧重于刻画从众模仿行为的元胞自动机价格模型不同,论文基于Moore型邻居投资者分布结构,以预测精度为切入点,将遗传算法引入到元胞自动机股票价格模型中,投资者与“邻居”沟通和分享信息,并由遗传算子来优化其对股价进行预测的各要素权重;研究了两种预测模式下的权重演化行为。以及权重交叉概率对股价行为（收敛性、波动性等）的影响;模拟了预期驱动下,股价与市场情绪的关系．研究认为：元胞遗传算法的引入,较好地驱动着股票价格回归基本价值,减轻了股票市场的波动性．     

基于元胞自动机的期权定价模型

针对期权定价难于模拟基础资产价格波动随机性的问题,设计了基于元胞自动机的期权定价模型．该模型将市场参与者看作一个个的元胞,使用元胞规则来模拟金融市场中交易者之间的交互行为。从而在总体上模拟出基础资产价格的变化．比较了模型产出的数据和Black-Scholes模型的计算结果,检验了模型产出数据的正态性,发现基于元胞自动机的期权定价模型不仅具有可行性,而且比Black-Scholes模型更有效．     

基于宏观运动波和微观元胞自动机的双车道交通流混合建模

基于运动波理论和线性元胞自动机模型,提出了一种宏观与微观空间表现尺度相结合的双车道交通流混合建模方法.在交通流供需理论框架下,定义了考虑车辆变道行为和元胞自动机空间离散性影响的宏观/微观边界转换条件.该边界条件能够克服在引入车辆变道行为和应用离散化的微观元胞自动机模型时所引起的交通流质量损失问题.应用混合模型模拟双车道堵塞和单车道关闭引起的交通流瓶颈现象.结果表明,交通波在经过模型空间尺度发生变化的边界时能够连续传播,传播速度并未出现降低或者振荡现象,并且交通流质量守恒.混合建模能根据各路段所需表现的空间尺度不同,应用不同空间层次的交通流模型分别模拟,有效提高了大型交通流网络的模拟效能.     

拉索钢丝电化学腐蚀进程的元胞自动机模拟方法

为了模拟拉索在实际环境中的腐蚀演化进程并探究氯离子在索体腐蚀过程中的催化作用,基于金属电化学腐蚀的基本原理建立了模拟拉索钢丝电化学腐蚀进程的元胞自动机模型,将腐蚀系统中的关键元素抽象成4种元胞类型,并将整个拉索腐蚀系统离散成500×500的元胞网格,通过定义的局部规则模拟钢丝在介观尺度上的腐蚀演化过程,分析了腐蚀性溶液浓度和腐蚀概率对钢丝腐蚀进程的影响,研究发现：当元胞自动机特征参数选取合理,并适当加大中心元胞与切线方向上的邻居元胞的接触概率,蚀坑形貌也就越接近真实形貌。元胞自动机模拟产生的蚀坑形貌与实际蚀坑形貌十分接近;钢丝腐蚀面积随时间不断变大的同时腐蚀速率也将逐步增快,表明一旦钢丝腐蚀出现蚀坑,钢丝腐蚀面积越来越大的同时其腐蚀速率也将越来越快;在拉索腐蚀的过程中具有氯离子的腐蚀性元胞具有主导地位,无氯离子的腐蚀元胞的腐蚀概率对钢丝腐蚀速率的影响不大,控制并减少周边环境中氯离子的浓度是减缓拉索腐蚀的有效途径。     

一维交通流元胞自动机NS模型的统计平均解耦处理

将文献[12]提出的统计平均解藕处理方法推广应用到一维交通流元胞自动机NS模型，根据概率论的定义，建立一维交通流元胞自动机NS模型多格点耦合的空间关联函数，得出t→∞情况下平均速度随减速概率和车辆密度变化的平均场方程，通过近似解耦处理得出车辆密度、速度及刹车概率三者的关系，模拟结果表明，车流平均速度与理论结果符合得较好。