考虑折返行为的元胞自动机人员疏散模型

为研究行人折返行为对疏散的影响,考虑多出口对行人的吸引力、人员相互作用力、火源蔓延威胁以及折返场吸引力的共同影响,在元胞自动机模型的基础上提出基于静态场、动态场、火源场以及折返场共同作用的行人疏散场域模型,研究不同折返比例、折返区域、人员密度、出口数量和位置情况下折返行为对疏散进程的影响。研究结果表明:少量折返行为对总疏散时间影响较小,而群体性折返行为的存在会增加总体疏散时间,随着折返比例的增加,疏散时间随之增加。折返区域离出口越近,对总体疏散效率的影响越小。折返行为对疏散进程的影响效果,随着人员密度的增加不断增强。在双出口条件下,对侧设置出口位置能有效减少折返行为对疏散进程的负面影响。研究结果可为提高紧急情况下的疏散效率提供参考。

基于改进的王正非模型结合元胞自动机的林火蔓延预测

【目的】针对当前我国林火蔓延预测仍存在预测精度不高、普适性差等问题,基于王正非速度模型结合多维元胞自动机的林火蔓延预测模型进行改进,研究了不同区域和分辨率下该模型的有效性,增强了该模型对于不同分辨率数据的适应能力,从而更好地对森林火灾蔓延进行预测,并为林区的火灾蔓延预测和管理提供一种科学合理的技术手段。【方法】使用黑龙江省大兴安岭地区2011年10月28日发生的森林火灾(分辨率500 m)与四川省凉山地区2022年3月29日发生的森林火灾(分辨率30 m)作为数据源,提取发生火灾时刻以及蔓延过程的火线。引入归一化植被指数(NDVI)对王正非模型进行改进,并利用反卷积算法对元胞自动机算法进行改进,将改进后模型输出的结果与实际结果进行精度对比,并比较不同分辨率下的模型精度表现。【结果】改进后的模型精度有明显的提升,其中,黑龙江省大兴安岭试验改进后模型的kappa系数提高了0.0297,面积误差率降低了21.33%,火场预测火点170个,平均过火速度0.75 m/min。四川省木里县试验改进后模型的kappa系数提高了0.1165,面积误差率降低了37.08%,火场预测火点1795个,平均过火速度为4.00 m/min。【结论】改进后的林火蔓延预测模型可以更有效地预测火灾蔓延并计算出最可能过火的火点位置,其预测结果具有高度的一致性和准确性,提高了林火蔓延模拟预测的实用性。与原始模型相比,改进后的模型很好地提高了在不同分辨率数据下的预测精度,能为林火预防和管理提供科学依据。

基于改进元胞自动机的城市区域疏散时序规划模型研究

为解决灾前城市大规模人群有效疏散的难题,考虑实际路网、人口等因素对疏散的影响对传统元胞自动机疏散模型进行改进,构建以各疏散组整体疏散时间最短且不发生拥堵为目标的城市区域疏散时序规划模型,并选取武汉市某滨江地区进行疏散仿真模拟以验证突出模型的有效性与适用性。研究结果表明:提出的模型可以显著减少各疏散组的整体疏散时间和道路拥堵概率,同时得到具体的分阶段疏散方案。研究结果可为制定城市大灾巨灾的应对预案、构建灾害情景等工作提供参考。

基于灰色模型-元胞自动机模型的佛山市土地利用情景模拟分析

通过模拟土地利用变化情景,了解土地利用变化趋势,可为制定科学的土地利用管理策略提供支持,根据近年来建设用地扩张在佛山市土地利用类型变化中占主导地位的特点,选择灰色模型作为数量模型,元胞自动机模型作为空间模型,设定3种建设用地扩张情景:适度约束、中度约束和强力约束,结合数量模型和空间模型的优点,模拟2015年土地利用空间布局。研究结果表明:在设定的3种建设用地扩张情景下,建设用地增加的面积分别为278.3、216.5和154.6km2,相应来源于耕地的比率分别为42.28%、48.38%和55.96%,说明耕地仍然是建设用地增加的主要来源,也即耕地保护和经济发展的矛盾将会进一步增大,可为政府和土地管理部门制定政策提供一定的参考,从而采取更有针对性的措施。

基于元胞自动机的城市土地利用预测模型研究——以美国佛罗里达州Orange County为例

长期以来,作为城市规划研究热点,城市土地利用和交通之间相互影响的研究相对脱节.近年来,该状况逐渐得到改观,研究人员开始将交通规划与城市用地布局方式相联系.本研究主要模拟给定城市区域土地利用的时空变化过程,帮助正确认识及处理城市交通发展与土地利用的相互关系.研究针对美国佛罗里达州Orange County 1990年与2000年土地利用类型的变化,利用元胞自动机(CA)在微观土地利用,空间格局等方面的优势,采用地理信息系统动态模型来实现海量数据的获取、储存以及更新.同时,借助MatLAB软件的数学计算能力,开发出基于逻辑回归的元胞自动机土地预测模型.基于实际土地利用的模拟结果表明,该模型充分利用元胞自动机的特点及优势,合理考虑土地利用系统中时空变量的复杂性,结果可靠,为正确理解土地利用变化提供了很好的帮助.

基于约束条件的元胞自动机土地利用规划布局模型

分析了我国当前土地利用规划布局的不足,对标准的元胞自动机模型的元胞涵义、规则定义等进行了扩展,探讨了元胞自动机模型在政策及相关规划约束、邻域耦合、适宜性约束、继承性约束及土地利用规划指标约束下的土地利用规划布局的元胞自动机模型。以广西东兴市为例进行了模型的仿真运行和结果分析。

基于元胞自动机复合模型的土地利用演化模拟——以北京市海淀区为例

为了在土地利用空间格局演化模拟的基础上,为未来城市土地利用规划及管理提供更为科学合理的决策依据,本文以北京市海淀区1996年、2002年及2008年3期土地利用数据为数据源,重点采用元胞自动机复合模型CA-Markov模型与多标准评价方法相结合的手段,构建元胞转移数量规则及空间位置转化规则,并分别构造3种不同大小的元胞邻域集合,进行土地利用格局的模拟及预测。试验中2008年土地利用模拟结果与实际土地利用数据Kappa系数高达0.856 1,表明CA-Markov模型结合多标准评价方法的模拟手段可行性较高,同时元胞邻域空间大小对模拟结果的精度有明显的影响。土地利用结构数据及模拟预测结果表明城市集约化现象明显,建设用地迅速扩张,占用大量耕地、园地用地,因此迫切需要促进城市土地利用的可持续发展。

基于区块特征的元胞自动机土地利用演化模型研究

针对传统元胞自动机模型中栅格式规则空间模拟复杂地理元素精度不高的问题,提出一种基于土地区块特征的非规则空间元胞自动机模型,以地理单元实质不规则实体形状作为元胞空间单元,进行土地利用变化的仿真模拟,运用MapInfo建立非规则空间元胞自动机模型的应用软件。对头灶镇土地利用演化的实证研究表明,非规则空间元胞自动机模型可以更真实地描述元胞地理信息、局部空间关系和演化规则,可为城市规划提供决策支持。

土地利用变化预测元胞自动机模型的适应性

针对复杂的时空动态变化地理现象却难以模拟的问题,基于地理信息系统和元胞自动机有机集成的CA模型,模拟锦州市土地利用变化的动态演化过程.本文首先通过分析实验区土地利用的特点,并利用马尔科夫方法从量上对实验区进行了初步的模拟预测,找出土地利用变化的方向和幅度,为下一步的模拟和预测奠定了基础.同时针对CA模型中的转换规则,应用蒙特卡罗方法确立了规则转换函数,从而建立CA模型系统,对实验区土地利用变化进行了预测.

基于元胞自动机的降雨-径流模型对城市淹没过程的模拟

针对现有的基于元胞自动机(CA)的径流模型无法随时应用于复杂的城市环境,提出了一种基于CA的新型降雨-径流模型(RRCA)来模拟洪水淹没。该模型考虑了12种城市情景而非单一土地利用类型的精细径流生成过程,通过水资源供需的新过渡规则(WS-WD)模拟汇流过程。将RRCA与基于CA的洪水模型(E2DCA)进行比较,结果表明,RRCA和E2DCA与基准模型具有良好的一致性,R^(2)大于0.9,且RRCA在模拟效率和准确性上表现更好。因此,在城市内涝管理中,可通过精准模拟有效识别排水困难区域,从而及时采取相应措施。

基于改进C5.0的元胞自动机模型研究——以土地利用问题为例

元胞自动机模型是通过局部的相互作用及变化来模拟全局的变化,是复杂结构来源于简单系统的重要体现。元胞自动机模型的核心是转换规则的获取,获取转换规则的方法有多种。建立一种基于改进C5.0决策树的元胞自动机模型,基于属性值的相似性对C5.0决策树算法进行改进,以期提高元胞自动机的模拟精度,该模型适用于多种复杂系统的模拟问题研究。最后以土地利用问题为例演示了模型的应用。

基于元胞自动机的高速公路主线同侧连续入口间距研究

针对高速公路主线同侧连续入口处车辆行驶安全与通行效率问题,对高速公路主线同侧连续入口间距进行了研究。通过建立元胞自动机仿真模型,分析了主线与匝道设计速度的差异以及高速公路主线匝道连续入口间距各部分长度对交通冲突率、平均拥堵车辆数和平均速度的影响;提出了不同主线与匝道设计速度组合下的主线同侧连续匝道入口间距推荐值;并对不同间距组合下的工况进行了仿真对比分析。研究结果表明:当主线与匝道设计速度的差异较大时,现有规范中的高速公路主线同侧连续入口间距难以满足交通安全与通行效率要求;相比采用规范中的一般值,采用文中推荐值时的主线车辆平均速度由81.39 km/h上升到95.29 km/h,匝道车辆冲突率由0.0335次/(km·veh)下降到0.0256次/(km·veh),匝道车辆平均拥堵数由0.0077 veh/s下降到0.0022 veh/s,提高了车辆通行效率,降低了车辆发生事故的风险。

基于元胞自动机的旅客登机模型研究

为精准模拟旅客登机过程,对经典的元胞自动机登机模型进行改进,重新定义了过道元胞大小,优化了旅客移动规则,建立了新的登机模型,体现了旅客的差异性。利用MATLAB进行仿真,从登机时间、过道干扰次数、人均登机时间三个方面对不同登机策略的效率进行对比,最后分析了登机时间对行李分布数量变化的敏感性。模型为优化旅客登机过程、提高登机效率提供了依据。

基于土地适宜性评价与元胞自动机模型的城市开发边界划定方法

城市开发边界的划定可以在一定程度上引导城市空间的良性扩张。为了研究边界划定的方法,以我国某港口城市作为研究区域,在空间增长模拟的方向进行探索。研究中借助土地适宜性评价和元胞自动机边界工具,构建既符合生态资源环境要求又符合城市发展需要的边界划定,同时,为了实现城市用地健康和动态管控举措,提出了建立健全土地用地管理机制的要求。

基于元胞自动机的网络舆论激励模型

为了研究网络舆论的传播过程及发展趋势,建立了一个基于元胞自动机的网络舆论激励模型,用于模拟网络舆论形成过程中个体发表言论数的变化以及个体观点的变化。在模型中,将网络空间的个体抽象为以情感描述的元胞,用情感倾向度和情感倾向度门限来确定元胞发表言论的状态,用情感激励来描述元胞的移动规则。同时,该模型考虑了个体数量增减和社会突发事件对网络舆论传播的影响,从而更能准确地模拟网络现实事件。

基于元胞自动机的莫莫格湿地土地覆被预测模拟

本文运用元胞自动机结合人工神经网络方法,利用1986年和2004年两时期的ETM遥感影像,对莫莫格国家级湿地自然保护区的土地覆被变化进行了动态的模拟和预测,探讨了元胞自动机模型在湿地土地覆被变化预测和湿地资源保护方面的重要作用,为湿地资源的动态监测与可持续发展提供参考和决策支持。在模型实现过程中,以正六边形元胞取代传统的四边形元胞,克服了传统四边形元胞各向异性的先天不足,减小了模型预测的误差。应用BP神经网络与元胞自动机相结合自动挖掘出元胞自动机模型的转换规则,不仅降低建立多种土地覆被类型预测模拟的难度,而且减少了人为的主观因素,提高了准确性。将模型应用到莫莫格湿地保护区,预测的结果与实际土地覆被类型比较得出预测精度达到约80%,通过对该地区未来34年土地覆被变化的预测,反映出了该地区耕地面积增大、湿地减少的生态环境变坏的趋势,为该保护区的管理和发展提供了参考。

地理特征元胞自动机及城市土地利用演化研究

将综合了几何和非几何属性的地理特征概念引入元胞自动机 ,构建了地理特征元胞自动机概念模型。通过对深圳特区土地利用演化的实证研究表明 ,地理特征CA可以更真实地描述元胞地理信息、局部空间关系和演化规则 ,理论上是可行的 ;

基于跟车思想的一维元胞自动机交通流模型

提出一个改进的一维元胞自动机模型来模拟周期性边界条件下高速公路上车流运动· 基于跟车模型的思想 ,根据所研究车辆与其前方紧邻车辆之间的间距和相对速度来确定该车的运动 ,间接地反映了次近邻车辆的影响· 通过引入安全间距来描述高速运动车辆接近前方缓行车辆时的减速行为 ,并利用随机减速概率来反映减速行为中的随机因素· 由于安全间距的引入 ,当减速概率大于零时在较高密度下就出现完全的阻塞相· 同时在本模型中采用的是有条件减速 ,因而可以较好描述交通实测中观察到的现象· 在临界密度附近 ,车流运动处于亚稳态并呈现出滞后现象· 由于本模型对于车辆微观运动的合理描述 。

基于InVEST模型和元胞自动机的城市扩张对陆地生态系统碳储量影响评估——以广东省为例

基于InVEST模型探索了广东省1980-2010年陆地生态系统的碳储量变化及城市扩张对碳储量的影响,并借助元胞自动机模型(CA)模拟了广东省2040年城市用地的分布,评估未来城市增长对碳储量的作用。结果表明:1980-2010年,引起碳储量减少的土地利用变化中,城市扩张所占比重持续上升,从1980-1990年的28.11%增长到2000-2010年的46.13%,表明城市扩张对生态环境的压力在不断加剧。其中,珠江三角洲城市扩张导致的碳储量减少占全省总量的80%以上。进一步结合CA模拟结果发现,2010-2040年城市扩张导致的碳储减少量比1980-2010年有所增加。其中,新增城市用地面积的来源以高碳密度的林地为主,由此导致的碳储减少量占总量比重为55.07%,比1980-2010年增长了近一倍。模拟结果也表明未来珠江三角洲仍然是碳储量减少的主要区域,其减少量占全省的70.27%。

基于元胞自动机交通流模型的车辆换道规则

将元胞自动机模型应用于周期性边界条件下的高速公路交通的换道规则模拟,并对不同条件下交通流的平均速度和流量进行仿真。基于驾驶员的性格差异,提出了更灵活的弹性换道规则,并探讨了不同换道规则对交通流流量等参数的影响。在计算机仿真过程中,通过变换交通流密度,得出了与不同换道规则对应的交通流基本图。结果表明:相对于以前的模型,遵循2种新规则的模型均可不同程度地改善道路的通行能力,提高道路资源的利用效能;从安全性角度进行对比分析,可得出较优的换道规则。