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。     

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.     

非洲猪瘟舍内传播元胞自动机仿真研究

为了研究非洲猪瘟在封闭式猪舍内传播的规律,本文通过引入SI模型,并在此基础上进行改进,结合猪舍内猪只的移动规律及个体体质的差异,分析猪舍内猪只感染非洲猪瘟的概率;设计猪只个体接触后的感染规则,构建元胞自动机模型进行仿真,模拟非洲猪瘟在猪舍的传播情况;通过将元胞自动机模拟的非洲猪瘟的传播仿真结果与传统SI模型的传播数据进行对比分析。结果表明,元胞自动机仿真非洲猪瘟舍内传播能够与传统的SI模型传播数据可以实现较好的拟合,拟合度为0.96,同时使用元胞自动机作为非洲猪瘟的传播模型在预测方面具有优势,可以通过迭代对传播过程可视化,进而实时预测非洲猪瘟在密闭猪舍的传播轨迹,为相关传染病的仿真研究提供了理论指导。     

交通元胞自动机类型的研究

详细地介绍了元胞自动机的基本定义及特点,着重论述了三种不同类型的交通元胞自动机及其元胞状态更新的原则,探讨了其应用上的区别,并对不同元胞自动机所采用的随机选择过程与同时更新模型做了比较。     

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。     

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。     

基于元胞自动机理论的协同设计任务调度模型

分析了设计任务调度的特点,提出了基于元胞自动机理论的调度模型。对元胞自动机任务调度模型进行了数学描述,对设计任务调度的策略进行了分析,建立了元胞自动机目标调度模型,通过具体算例对所提出的模型进行了验证,表明元胞自动机模型可以有效地进行任务调度的优化。     

一种基于元胞自动机的谣言动态传播模型

谣言的社会传播是一个典型的复杂系统,适合用元胞自动机模型进行描述.利用元胞自动机模型,制定动态的元胞状态演变规则,更加真实地模拟谣言社会传播的过程.首先将元胞划分为谣言传播者、不知情者、将信将疑者和免疫者4类对象,并对4类对象赋予不同的权值;其次,元胞状态的转变依赖于其周围8个邻元状态的权值和.仿真实验表明,谣言不会无休止地传播,传播者最终会因被免疫者包围而使谣言无法继续传播;当传播者的状态因辟谣等方法而转变时,谣言的传播会在短期内迅速停止.     

基于扩展CA模型的武汉市城市土地集约优化配置研究

许多地理现象的演变与其影响要素之间存在着复杂的关系,并往往具有时空动态性.本文针对城市土地集约优化配置的实际情况,引入元胞自动机(CA)模型,对其主要参数元胞、状态、转换规则、平滑规则等进行修正,提出了基于GIS和CA的城市土地集约优化配置思路;并以武汉市为例进行了实证研究,经构建CA优化配置模型后进行局部优化,结果表...     

基于元胞自动机法的凝固微观组织模拟

本文介绍了元胞自动机（Cellular Automation,简称CA）法模拟枝晶形核和生长的原理和模型,并将部分模拟结果与前期的试验结果进行了相应的对比。对比表明,CA方法能够较好的模拟枝晶形核和长大的过程,是一种简便、有效的模拟方法。     

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.     

高速公路意外事件所致堵塞的消散策略研究

通过建立交通意外事件影响下的交通流仿真模型,对拥堵传播及有效的干涉控制措施进行仿真.分析了非稳态交通条件下的车辆行为特性;并对现有主流元胞自动机模型规则进行改进,建立起一种新的元胞自动机交通流模型.该模型能够较好地仿真拥堵传播与消散过程,有效地探索拥堵的消散规律;利用该模型对各种控制措施的堵塞消散效率的研究结果表明,限流限速组合控制策略具有较优的堵塞消散效果.     

元胞自动机与神经网络相结合的土地演变模拟

提出了将数据挖掘技术应用于元胞自动机（CA）进行地理模拟的新方法.基于CA原理,利用学习矢量量化神经网络,从不同时相遥感数据中挖掘土地利用演变的内在规律,自动找到土地利用元胞的转换规则,并以该规则反演和预测土地利用格局.在上海市区典型边缘带的应用显示,挖掘出的元胞转换规则,与同期上海城市发展状况相吻合.表明该模型可以满足土地利用演变模拟预测的要求,大大缩短了建立CA转换规则所需时间.     

城市CA模型建模原则与模拟结果检验方法研究

元胞自动机（CA）所独有的特征和构模方式使其在模拟复杂性系统如城市系统等方面表现出强大的模拟能力，作者通过分析CA的特点及其在城市模拟中的应用，着重探讨了城市CA模型的建模原则和城市CA模型模拟结果的检验方法。     

初等元胞自动机在加法规则下的演化

本文总结了经典元胞自动机模型理论,并在此基础上定义了初等元胞自动机的加法规则。引入代数方法探讨了初等元胞自动机在其中一种加法规则下的演化性质,由此推出了一些相关性的结论。它是初等元胞自动机在其加法规则下所特有的,使其在模拟事物时更具有方向性,不但丰富了初等元胞自动机的理论,而且为研究元胞自动机的理论提供了可行的方案。为了便于直观的验证某些结论,本文利用了初等元胞自动机的状态迁移图来加以描述它的演化过程。     

材料微观组织CA法模拟的研究现状

建立微观组织演变模型,模拟晶粒形核生长过程及组织分布和偏析情况在近年来已经成为国内外科研工作者的研究热点。在微观组织的模拟方法中,常用的有蒙特卡罗(MC)法和元胞自动机(CA)法。CA法由于其模型结构简单,在空间和时间尺度上都不受限制,适合于大型机的并行计算,而受到更多研究者的青睐。研究表明CA法在金属凝固,静态再结晶及轧制变形所引起的动态再结晶等过程的模拟中,表现出了其特有的优越性。概述了元胞自动机(CA)方法在微观组织模拟中的建模方法及应用,并综述了目前此方面研究工作的进展现状。     

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。