一种基于移动机器人行为的人员疏散的元胞自动机模型

紧急情况(如火灾等)下的人员疏散研究可为减少人员受到伤害提供必要的指导. 提出一种基于移动机器人行为的人员疏散的元胞自动机模型. 将疏散的人员看作是智能移动机器人, 其运动模式包括目标制导、避障、绕行和紧张行为驱动人员与环境的相互作用. 将移动机器人的运动模式与元胞自动机理论结合, 建立人员疏散模型. 针对不同移动速度的人员疏散模拟研究表明, 提出的模型能够比较准确地预测紧急情况下的人员疏散现象.     

122号初等元胞自动机的复杂性分析

动用符号动力学和形式语言等工具证明１２２号初等元胞自动机的极限语言不但是非正规的,而且是非上下文关的。     

考虑溶质原子拖拽效应及各向异性的元胞自动机法模拟钛合金单相区静态粗化

晶粒静态粗化是一种重要的物理现象,严重影响微观结构的演化和材料的力学性能.如何有效模拟这一过程已经成为该领域的研究热点.本文通过考虑溶质原子拖拽效应和晶界迁移各向异性对晶粒粗化的影响,建立了元胞自动机模型,并对钛合金单相区静态粗化过程进行了模拟.为了描述不同溶质原子的拖拽效应对粗化的影响,文中将溶质原子在beta相中的扩散速度等效转化成钛原子的迁移速度.为此,提出了定量描述溶质原子扩散速度与钛原子迁移速度之间转化关系的数学表达式.其中,表达式中考虑了影响溶质原子扩散速度的因素如溶质原子的半径、原子质量及晶格类型.通过引入参数c0考虑晶界迁移各向异性对粗化的影响.当c0为1时,则认为晶界迁移为各向异性,若为0时则认为是各向同性.将上述表达式应用到元胞自动机模型中,模拟钛合金(包括TC4,Ti17,TG6和TA15)在单相区的静态粗化现象.预测结果包括粗化动力学和组织演化与试验进行了对比,而且较为吻合.最后,讨论了时间、温度和化学成分对粗化的影响,以及本文元胞自动机模型预测粗化的局限性.     

基于元胞自动机的火灾中人员逃生的模型

在已有的元胞自动机交通流模型和行人流模型的基础上，提出了一个模拟火灾中人员逃生的基本模型，并介绍了其扩展模型的应用，主要特点是引入了“总危险度图”的概念，使得模型在确定人员逃生路线方面更加合理、方便。模型所有规则的确定都遵循一个总的原则：逃生的人员总是尽可能以最快的速度往最安全的地方运动。模型具有很强的扩展能力，可以很好模拟人员的智能性以及火灾场景的作用。用模型对大房间内人员的疏散过程进行了模拟，表明本模型具有较强的实用性。     

考虑人员行为的元胞自动机行人运动模型

相对于车辆运动, 行人在变速、转向方面更加智能和灵活, 且轻微的推撞是可以接受的, 不像车辆那样受车道的严格限制, 此外其受周围环境包括一些潜在的意外或突发现象的影响更加多样和复杂, 从而显得混乱, 因此给模拟带来困难. 提出的二维行人运动的元胞自动机模型通过一些简单的规则制订和给定的参数, 研究了两向行人运动(包括从左向右和从下向上的行人运动)中出现的自组织和临界现象, 在本文给出的尺度范围内发现随着系统尺度和人群密集度的增大, 临界密度基本保持不变.     

基于多智能体的微观交通流模拟模型

在分析传统跟驰模型和元胞自动机模型不足的基础上, 提出了基于多智能体的微观交通流模型. 在模型中创建了一种新的跟驰方法, 设计了具有推理机制的汽车换道策略, 模拟城市主干路和高速公路交通流. 实验结果表明, 本模型比元胞自动机模型有更高的模拟精度, 在研究复杂交通流方面优于传统跟驰模型, 能较好地模拟堵塞、自由流和同步流等车流现象.     

GPU-CA模型及大尺度土地利用变化模拟

在全球变化研究中,对省和国家尺度的土地利用变化过程进行模拟具有重要的意义.但大尺度的土地利用变化模拟存在数据量大、计算复杂、计算时间长等难点,由于计算能力和传统基于CPU计算模式的制约,在普通计算机中难以执行这样的模拟.把最新发展的GPU高性能计算技术与元胞自动机(CA)模型相结合,提出了GPU-CA大尺度土地利用变化模拟模型,并将其应用到省级尺度的土地利用变化模拟中.介绍了模型的问题映射、需解决的关键技术问题和计算的流程,并分析了GPU-CA模型在计算性能上的优势.通过全广东省的土地利用变化模拟,对GPU-CA模型进行了验证.实验表明,GPU-CA模型可以将原有一般CA模型的运行效率提高30倍以上,能够有效地应用于省和国家级的土地利用变化模拟,为全球变化模型提供重要的地表景观变化信息.     

论地理系统模拟基本模型*

地理计算模型和地理信息系统（GIS）的集成是实验地理学研究急需解决的技术难点。地理系统丰富的内容、复杂的结构和功能的多样性,给人们分析、模拟地理系统带来了挑战。本文针对众多地理计算模型侧重表达、地理分析,多方法应用、众多模型无法筛选等现状, 从计算地理学、地图学、地理信息科学等前沿需求出发, 将地理系统模拟的基本模型归纳为在GIS平台支持下由点[CD*2]多智能体（AB）、面[CD*2]元胞自动机（CA）、流[CD*2]系统动力学（SD）构成的地理系统模拟基本模型,并探讨了地理系统模拟基本模型的框架、结构与通讯,深入解析了各模型的原理、集成的关键技术与应用途径, 为地理系统模型进一步发展及地理系统模拟平台研制与开发提供参考。     

流行病传播模型与SARS

本文讨论流行病传播模型的发展历史,认为它主要经历了决定论模型、原胞自动机模型和复杂网络模型这三个阶段,同时简要介绍了本课题组和其他课题组分别运用决定论模型、原胞自动机模型或复杂网络模型模拟北京市的SARS传播过程的一些例子,拟说明这三个阶段中取得的认识进展都有利于对SARS传播建立模型、进行预测、探讨规律,然而不同的模型又各具特点.在复杂网络模型模拟的介绍中重点叙述近年来的重要认识,即网络的"小世界性"、"无标度性"、"高团簇性"对流行病传播的影响,并且报道了本课题组在模拟SARS传播时得到的相应结果.     

复杂系统研究的重要工具：细胞自动机及其应用

复杂现象是由具有许多不同状态的大量基本单元在非线性作用下形成的有机整体,因而以非线性相互作用为基础对复杂系统进行多角度、多方法描述是必要的.细胞自动机正是以复杂系统的特点而设计的用计算机可以模拟的研究复杂系统的极为有用的方法.本文阐述细胞自动机的基本原理、特征及其在经济与管理中的应用.     

中国森林火灾的自组织临界性

研究了中国1950-1989年40年间森森火灾的自组织临界性,详细分析了自组织临界性的稳定性、尺度不变性以及受外界因素的影响情况。森林火灾元胞自动机模型是研究自组织临界性的一个经典模型,考虑到树种、环境和人为因素对森林火灾的影响,对经典模型进行了修正,并构造出新的模型,将中国的森林火灾“频率-面积”数据同经典模型、修正模型的演化计算结果进行了比较,结果表明：中国的真实森林火灾具有自组织临界性,修正模型改善了计算结果与真实数据的一致性。     

有限尺度效应对森林火灾模型自组织临界性的影响

以经典森林火灾模型为基础,研究了有限尺度效应（finite-size effects）对平均火灾面积、火灾发生频率以及临界状态时的森林密度、森林形态等的影响.在森林尺度远大于森林相关长度的前提下,保持森林尺度L,点火概率f和种树概率p等参数不变,将森林等分成N×N个尺度为L/N的子块.通过将N的值从1逐渐增加、森林子块的尺度逐渐减小,模拟和分析了有限尺度效应.在森林子块尺度小于森林相关长度的条件下,发现了一类新的现象:单峰的有限尺度效应.提出“隔离性能” 的概念,用以表示火灾通过子块边界的难易程度,分析了隔离性能对有限尺度效应的抑制作用.研究“有限尺度效应”和“隔离性能”及两者间的定量关系可以对真实森林中防火隔离带的设置和森林火灾的防治起到一定的指导作用.     

中国北方土地利用/覆盖变化的情景模拟与预测

以北方13省(市)为研究区, 借助系统动力学(SD: System Dynamics)、人工神经网络(ANN: Artificial Neural Network)和元胞自动机(CA: Cellular Automata)模型建立了 “自上而下“和“自下而上”相结合, 数量变化与空间分布相结合的不同情景下土地利用/覆盖变化时空演变规律的动态模拟模型, 并对研究区多种土地利用/覆盖类型变化的时空特征进行模拟. 模型充分发挥了各子模型的特点和优势, 综合了土地利用/覆盖变化的宏观驱动因素与微观格局演化特征, 较全面地考虑了多种土地利用/覆盖变化驱动因子, 并引入CA模型中, 利用BP神经网络简化了CA模型模拟过程中参量权重确定问题, 提高了参量权值确定的精度和模拟结果的可靠性, 模拟精度约74%, 在一定程度上反映了大区域土地利用/覆盖变化的空间格局演变特征, 对脆弱生态区土地利用/覆盖变化的复杂性和生态环境响应研究具有一定参考价值. 模拟结果表明, 未来30 a中城建用地、林地、水体将明显增加, 耕地和未利用地将不断减少, 草地的数量则在波动变化中相对保持稳定; 空间上, 农牧交错带和东-南部地区变化最为显著.     

H5N1血凝素蛋白切割位点的序列研究

血凝素(hemagglutinin, HA)能否被切割成HA1和HA2是决定禽流感病毒高致病性的重要因素. 分析切割位点的序列, 研究其进化规律可以让我们更深入地了解H5N1的高致病性. 本研究先通过元胞自动机的方法将HA的基因序列转化为图形, 并在图上找到了一段H5N1亚型仅有的特征基因片段. 这个特征基因片段包含30个碱基, 主要由A和G组成, 其对应的氨基酸主要是带正电荷的碱性氨基酸. 这个特征氨基酸片段正好处于HA的酶切位点上. 通过3D结构的同源模拟, 发现H5N1 HA蛋白的切割位点较为暴露, 非常有利于各种酶对其进行剪切. 本研究还构建了切割位点的分子表面, 以进一步分析可能的氨基酸突变将如何影响表面的电荷分布. 结果表明, 某些突变较大地改变了电荷的表面分布, 可能使病毒失去高致病性. H5N1特征氨基酸片段突变情况的统计表明, 在时间上, 2005年突变案例的比例比前几年上升了许多; 而在地域上, 中国大陆的突变病毒案例占了绝大比例. 这些结果都有助于我们研究病毒高致病力的进化情况.     

基因调控网络的生物信息学研究

DNA微阵列技术和蛋白质质谱技术为基因调控网络的研究提供了可能的技术装备.基因调控网络的研究试图以系统的观点为出发点,从基因之间相互作用的角度揭示复杂的生命现象.基因调控网络是功能基因组学研究的重要内容,也是当前生物信息学研究的前沿.本文着重从生物信息学的角度对基因调控网络的研究从源起内容到方法进行了全面的回顾和总结.     

交通方式划分的影响因素及其预测方法

从城市交通规划的角度对交通方式划分的影响因素进行了分析,并研究了交通方式划分的预测方法,分析了集计方法与非集计方法的应用特点,最后结合实例阐述了非集计模型中的LOGIT模型在交通方式划分上的应用步骤。     

交通方式划分的影响因素及其预测方法

从城市交通规划的角度时交通方式划分的影响因素进行了分析,并研究了交通方式划分的预测方法,分析了集计方法与非集计方法的应用特点,最后结合实例阐述了非集计模型中的LOGIT模型在交通方式划分上的应用步骤.     

过渡金属元素和非过渡金属元素间二元化合物形成规律

应用扩充的Miedema合金相元胞模型,以电负性φ、Wagnet-Seitz元胞电子云密度为nwa^1/3、原子半径R、价电子数Z及其函数张成多维空间,总结过渡金属元素和非过渡金属元素间二元经合物的形成规律,寻找中间化合物形成区域的数学模型,求得的数学模型可用于同类型的“未知”二元合金系化合物形成的预报,其效果比Miedema的二参数模型有较大的改善。     

攀登交通科学高峰——访同济大学张小宁教授

<正>举世瞩目的中国2010年上海世界博览会近日召开了,本次世博会希望呈现的城市发展及其城市人的生活主题将成为一段时间内人们热议的话题。凑巧的是,我上周访问的入选2009年度启明     

考虑危险源的城市应急交通疏散风险评价模型

临界簇模型用道路结构和紧急情况下需要疏散的人口数所决定的道路容量需求来表征区域疏散风险, 具有参数较少、方法简单、通过局部寻优而实现全局优化的特点, 为针对开放空间的应急交通疏散问题的解决提供了有力工具. 鉴于城市中的各种危险源已成为威胁城市安全水平的重要因素, 本文在临界簇模型的基础上, 引入事故风险影响因子和疏散方向, 建立了考虑危险源的城市应急交通疏散风险评价模型. 事故风险影响因子从根本上考虑了其与距离的负相关关系, 表达了危险源对应急交通疏散的影响; 疏散方向则体现了避难人群总是背离危险源疏散的基本原则, 通过疏散路径的可行解来确定. 本文还在GIS的支持下, 对北京市的道路交通网进行了简单的模型应用.