对理论物理中一个自组织临界模型的标度行为的研究

在理论物理中,本文对具有随机倒塌过程的二维自组织临界米堆模型的临界行为进行了数值模拟研究。雪崩大小的概率统计分布服从幂次规律。但是矩分析的结果表明系统的临界行为不能由简单的有限尺寸标度律来表征,而展示出一种复杂的标度行为。     

自组织临界性一维砂堆模型中微观态的等几率假设

本文从一维砂堆模型出发，研究自组织临界性，对系统状态，路落粒子数，扰动范围，进行计算机模拟计算，引入几率平均假设，所得结果与实验吻，从而得了一维砂堆模型的初步理论解释，进一步获得了一些理论上的结认     

二维准流体的自组织临界性

在二维ＢＴＷ模型的基础上建立了准流体系统的计算机仿真模型．研究了临界点的存在性和系统的临界指数行为,建立了一个新的临界参量,确定了具体的算法和程序,得到了一些有意义的曲线．结果表明,二维准流体确实存在自组织临界性．     

米堆模型中由无序性引起的一种转变

采用矩分析方法对米堆模型进行了大尺度的数值模拟研究,考虑了不同的驱动机制:固定位置驱动、两个位置随机驱动、等问距的多个位置随机驱动和系统全部位置随机驱动.结果表明,系统的临界行为,随着外在无序性的增加,从一种简单的有限大小标度行为,转变为一种不规则的复杂行为.     

交通流中的自组织临界性研究

交通流元胞自动机模型呈现出显著的车流自组织临界性及从自由运动相到堵塞相的相变行为。由于交通流模型中车辆之间的复杂耦合作用所引起的高阶时空关联,采用传统的考察局域点车辆占据状态的动力学演化方法,尚未有任何国内外学者得到过高速车辆的一维和二维交通流模型的相变基本图的精确解析描述。作者摒弃传统思路,采用以相邻车辆距离为变量的全局动力学演化考察方法, 通过完全严格的逻辑推理及统计力学细致平衡条件的运用,首次给出了允许高速车随机减速的一维交通流Fukui-Ishibashi元胞自动机模型相变基本图曲线的解析平均场方程,所得结果与模型的直接数值模型可以精确地吻合。基于交通流中实际车辆的加速及延迟行为,进一步提出两种新的一维交通元胞自动机模型－限制加速模型和追尾车随机减速模型。应用考察车距动力学演化的方法,仍然能够得到两个新模型相变基本图的精确解析平均场方程。这些精确解析结果的获得既对于交通流复杂系统的自组织临界性和相变行为提供了基本的物理理解,又对于高速公路实际交通运输的信息管理和控制具有指导意义。     

用准真实沙堆模型的自组织临界特性研究流域水华暴发行为

在引入多象限、优先级和表观摩擦系数等概念的基础上,重构了更具物理意义和更能反映自组织临界性的棱锥形准真实沙堆模型.通过大量仿真计算,研究了颗粒投放区域相对大小对沙堆自组织临界特性的影响规律,并借助内能、结构熵和自由能的概念,对沙堆系统进行了热力学分析.数值计算显示,沙堆模型的自组织临界特性与富营养污染流域暴发水华时的某些复杂非线性关系(例如藻类数量与pH值的关系,水库输出的氮磷物质的量之比与光合固碳消耗营养盐的速率系数的关系)和热力学规律(流域系统熵的变化)具有一致性.结果表明:沙堆模型的自组织临界性与实际流域中水华暴发现象之间存在很强的关联,因而自组织临界性理论有可能为研究水华暴发提供一种新方法.     

自组织临界模型用于聚合物的介电弛豫

用极值动力学模型引入自组织临界中OFC模型的能量传递能量a,得到了同时与KWW方程和幂律均相关的介电驰豫的函数关系,理论分析与用时域介电谱方法测量的聚丙烯在－15℃－90℃慢极化电荷的驰豫过程基本相同,由此可知KWW方程的参量β反映了外界温度对材料驰豫单元的影响;参量a反映了能量传递的大小及温度的影响。     

自组织临界性与大规模森林火灾的防治

对经典的自组织临界性森林火灾模型进行了数值模拟,在此基础上,重点对我国1960,1970,1980和1987年前后,以及日本1995年前后的森林火灾发生情况进行了比较,分析了大规模森林火灾的发生频率与中小型森林火灾之间的联系.结果表明森林火灾模型可以描述森林火灾系统的自组织临界性,并与真实的森林火灾数据符合得较好.森林火灾系统的自组织临界性对火灾防治有一定的指导作用.     

沙堆实验的自组织临界性与水华暴发行为的关系研究

用圆柱形铝粒和铁粒进行沙堆物理实验，均得到高相关性的幂率函数K=a（Δw）^b，表明沙堆系统具有自组织临界性.在此基础上考察沙堆系统行为与不同颗粒及不同底盘的关系，并对统计数据a和b进行了重构得到在文中定义为水华暴发趋势的协同参数^{Y₁和Y₂.Y₁与L/d}（表征迁入水域系统的营养盐量）呈较好的线性正相关，Y₂与D（表征水域环境对营养盐的负荷量）呈较好的线性负相关.结合文献资料对比分析可以证明：L/d值越大（迁输入量越大）水华暴发趋势Y1越高；D值越大（系统负荷能力越高）水华暴发趋势（可能性）Y₂越低.     

自组织临界性的相空间重构

作者通过采用相空间重构法对具有自组织临界性的BTW沙堆模型进行了分析,根据仿真得到的沙崩关联长度这个一维时间序列,用时延技术进行吸引子重构,得到了重构相空间的嵌入维数和关联维数,说明关联维数越低,系统的层次越高,趋势越明显．用相空间重构法可以用来分析其他具有自组织临界性的系统,在进行短期预测上有一定的意义．     

Self-organized criticality of forest fires in China

Self-organized criticality (SOC) of forest fires in China from 1950 to 1989 is studied. The stability, scaleinvariant character of SOC and external effects on SOC of forest fires in China are analyzed in detail. Forest-fire cellular automata model is a typical model for the research of SOC. Based on the traditional forest-fire model, an improved model, in which effects of tree species, meteorological conditions and human efforts on forest fires are considered, is introduced. Actual forest fire data in China are compared with simulation results of the two models. It is shown that forest fire data in China have SOC behavior and simulation results of the improved model accord better with actual forest fire data than those of the traditional model.     

Self-organized criticality judgment and extreme statistics analysis of major urban fires

The spatial (economic loss) and temporal characteristics of urban fires were analyzed employing relevant statistical methods. A fractal structure in terms of the power-law relation between fire frequency and economic loss was found on a spatial scale, and an exponential relation between frequency and time interval was found on a temporal scale. Thus, urban fire does not meet the rigorous criteria of self-organized criticality. In addition, based on the spatial power-law distribution characteristics, a correlation model of the frequency and scale of loss due to urban fire was established using the extremum statistical method. This model was then applied to the case analysis of Hefei and the probability of major fire incidents in the future was predicted.     

一类二维风险模型的破产概率

本文讨论了含正、负风险的和二维风险模型的破产概率问题．定义了三种不同的破产概率,并运用一维风险过程的结果得到这些破产概率的简单边界．引进参数a=（a1,a2）,利用鞅方法讨论破产概率ψa（a1u1＋a2u2）,得到一个关于生存概率Фa（a1u1＋a2u2）的积分-微分方程．     

Self-organized criticality of power system faults and its application in adaptation to extreme climate

This paper analyzes the statistics of faults in a transmission and distribution networks in central China, unveils long-term autocorrelation and power law distribution of power system faults, which indicates that power system fault has self-organized criticality (SOC) feature. The conclusion is consistent with the power systems data in 2008 with ice storm present. Since power systems cover large areas, climate is the key factor to its safety and stability. In-depth analysis shows that the SOC of atmosphere system contributes much to that of power system faults. Extreme climate will be more intense and frequent with global warming, it will have more and more impact upon power systems. The SOC feature of power system faults is utilized to develop approaches to facilitate power systems adaptation to climate variation in an economical and efficient way. Supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2009CB219701), National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50595414), and Youth Scientific & Technological Innovation Project of CSEE     

一种Ad hoc网络自组织密钥管理方案的新节点加入安全算法

基于PGP的“信任关系”理论,利用（t,n）门限秘密共享体制,提出一种Ad hoc网络自组织密钥管理方案的新节点加入安全算法。该算法通过对新节点的多点信任认证以及对身份标识的一致性、唯一性判断,保证了Ad hoc网络中新节点的安全性,并健全了自组织的密钥管理方案。仿真结果表明,这一算法在对新节点安全认证的同时保证了认证的成功率,由此提高了网络的安全性。     

多模块式移动机器人系统的自组织协作行为

设计了一种新颖的、由4个基本功能模块组成的模块式移动机器人.针对多模块式移动机器人系统在复杂环境下的自组织协作行为,提出了目标趋向控制、多障碍物避障和自组织协调3种运动策略.分析了多机器人目标趋向运动的方向选择规则;描述了基于“感知 动作”的多障碍物避障控制策略,实现了多机器人连续避障并到达指定目标点;研究了多机器人的协调运动策略,通过多机器人协作完成了单机器人无法完成的搬重物、过台阶等任务.三维仿真结果表明了该控制策略对不同环境、多障碍物条件下多机器人协作行为的适应性.     

群机器人Flocking行为研究综述

主要回顾了群机器人自组织flocking行为的研究。首先,介绍群机器人学的含义及关键特征;然后,指出flocking行为在生物学上及机器人学上的意义,之后对目前的研究现状进行介绍。最后,按照以下的三个分类对群机器人flocking行为进行总结:行为控制,硬件设备及交流策略。     

耗散型自组织系统耗散参量的临界指数刻划

引入一个无量纲的量MD(耗散参量)来反映一般自组织系统远离平衡时的相对耗散强度。分析结果表明，当系统趋于耗散结构的临界点时，耗散参量MD会出现跃变，即在耗散结构的临界点MD有奇异行为。因此MD在临界点的变化特征可由临界指数来刻划。