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。

基于模糊元胞自动机的电网连锁故障控制策略

为了减小电网连锁故障发生的频率及规模,考虑初始故障后元件及电网运行状态的变化和故障传递程度,结合模糊理论和元胞自动机理论构造基于模糊元胞自动机的电网故障模型,并基于潮流传输原理提出连锁故障演化过程中减少停电事故的切负荷控制规则和无功补偿控制规则,进而确定控制策略使用的时间、位置及调整量。基于IEEE 39节点系统进行停电事故仿真,仿真结果显示,采用控制策略后,电网承受100次故障的天数由4300 d增加到7000 d,同时一定次数的电网事故中产生较大损失负荷的故障次数明显减少,提高了电网的稳定性。

基于模糊元胞自动机的电网故障演化模型

为了构建与实际电网更加接近的电网故障模型,将模糊理论及元胞自动机(CA)理论相结合,提出并建立了用于模拟电网故障演化的模糊元胞自动机模型,并定义了模型中元胞状态、电网状态及故障传递程度的模糊规则库,同时进行了基于IEEE39节点系统的电网故障传播演化过程仿真。仿真结果进一步验证了电网的自组织临界性(SOC),同时结果表明,该模型较不采用模糊规则的电网故障模型其损失负荷幂律特性曲线斜率绝对值增大了17%,电网更加稳定,该模型与电网实际运行情况更加接近。

耦合约束动态地块分裂和矢量元胞自动机的城市扩张模拟

矢量元胞自动机模型(VCA)能精细地模拟城市土地利用变化,在VCA中引入合理的地块分裂规则更符合城市扩张高度破碎化的特点。由于地块破碎及其模拟实现的复杂性,目前已有研究尚未考虑地块的动态分裂。该文提出了一种对地块分裂进行约束的矢量元胞自动机模型(Constrained Dynamic Land Parcel Subdivision and Vectorbased Cellular Automata,CDLPS-VCA),通过形状、坡度、邻域来约束动态地块分裂过程,采用逻辑回归模型挖掘转换规则,并耦合矢量元胞自动机进行城市扩张模拟。该模型被应用于深圳市宝安区2009-2014年的城市扩张模拟,结果表明:与VCA和DLPS-VCA相比,CDLPS-VCA能获得最高的模拟精度(FoM=0.266,分别提高了0.046和0.020)和最相似的空间格局(al=86.08%,分别提高了11.30%和3.11%),说明在VCA中有机融合合理的地块分裂过程,能更精确地模拟土地利用变化;同时,基于模拟结果识别出了宝安中心组团、西部工业组团、西部高新组团3个城市发展热点区域。该方法能准确地模拟城市化进程,为城市土地利用监测和城市发展规划提供依据。

基于模糊元胞自动机的多出口人员疏散模型

考虑人员在疏散过程中获取的决策信息的模糊性,构建了以距出口距离、目标方向密度和出口前人员密度为输入,以方向选择可能性为输出的模糊元胞自动机多出口人员疏散模型,通过方向调节因子和决策因子对选择可能性修正,使模型对疏散过程的描述更加合理。对教室中学生疏散行为的模拟仿真表明,模型是有效和实用的。

元胞自动机模型的尺度敏感性分析

以深圳市龙华镇为案例区,构建了土地利用/覆被变化的元胞自动机模型,从时间和空间两个方面定量研究了LUCC模型的尺度效应。通过改变模型输入数据的空间分辨率和模型模拟的时间长度,探讨了尺度对土地利用变化模型的影响。分别采用龙华镇1990年30,60,90,120,150,180,210和240 m空间分辨率的土地利用数据作为元胞自动机模型的输入,模拟研究区1995年和2000年的土地利用变化状况以诠释CA模型内在的尺度依赖特征,并依据模型的点对点模拟精度、Kappa系数、实际变化元胞的模拟精度3个指标评价了该模型的尺度敏感性,最后分析了CA模型尺度敏感性的来源。结果表明:空间尺度上,元胞的空间分辨率越高,模型的模拟精度越高,时间尺度上,模型模拟的实际时间跨度越长,精度越高;孤立元胞的路径依赖是CA模型空间尺度敏感性的重要来源;特定地理过程在不同时间段的发展规律是CA模型时间尺度敏感性的重要来源。研究结果对元胞自动机的尺度选择具有重要意义。

基于模糊元胞自动机的网络舆情传播模型研究

考虑到信息在传递过程中普遍存在模糊性的特点,结合经典元胞自动机理论和模糊推理算法,设计网络舆情传播的元胞自动机结构,定义环境适应度k和偏好度h 2个输入变量,建立网络舆情传播的模糊元胞自动机模型。对网络舆情传播中个体观点的演化过程进行Matlab仿真与分析,结果表明,在经过交流与讨论(对应于元胞进行足够多次数的迭代和演化)后,群体的观点和意见会出现归一的现象,归一不是归于处在2个极端的赞成或反对,而是向中间聚拢,最后形成一个折中的意见。该模型可以更好地描述网络舆情的实际传播过程。

基于正交试验设计的土地利用变化元胞自动机模拟过程的尺度敏感性分析

采用正交试验设计,提出一种探测土地利用变化元胞自动机模拟过程中的尺度敏感性分析方法,系统地分析了元胞自动机模型各尺度因素之间的关系以及尺度组合对模拟精度的影响,并检验了模型中不同尺度因素相互之间存在的相关性。结果表明在利用元胞自动机来模拟土地利用变化过程中,模拟结果对各因素的尺度敏感性由大到小依次为转换规则、元胞大小、邻域大小和邻域形状,且转换规则同元胞大小之间、以及同邻域大小之间都存在明显的尺度交互影响。

基于元胞自动机的个体移动异质性传染病传播模型

利用元胞自动机原理,建立了同时具有异质性和移动性的SEIR传染病传播模型.考虑到个体自身的传染能力、对传染病的抵抗能力等不同因素的影响,通过感染概率来体现个体的异质性;限制种群移动的范围,添加种群移动的比例来实现种群的移动,扩展了随机行走元胞自动机.结合甲型H1N1流感的传播特征,模拟了其传播过程.模拟结果与官网公布的实际数据相吻合,验证了模型的合理性和有效性.利用该模型还分别考察了种群移动比例和种群移动最大距离对传染病传播的影响,相比较种群移动比例对传染病传播的影响更加显著,加速了传染病的传播.

基于元胞自动机的电力系统自组织临界特性仿真模型

将元胞自动机理论应用到电力系统大停电机理研究中,提出并建立了用元胞自动机来模拟电网故障演化的电网故障元胞自动机模型,定义了电网故障元胞自动机模型中元胞、元胞空间、规则和邻居等的构成方法。利用电网故障元胞自动机模型,仿真研究了电网故障的传播演化过程,并对电网故障的自组织临界性(SOC)进行了验证。

基于元胞自动机的模糊控制换道模型

根据元胞自动机理论建立改进的交通流模型,给出每辆车的演化规则。在此基础上依据实际车辆行为建立换道规则,利用模糊推理来模拟人在换道过程中的主观判断过程,建立换道模型。仿真表明该方法能较好的模拟车辆的实际行为。

基于动态约束的元胞自动机与复杂城市系统的模拟

为获得复杂城市系统更理想的模拟效果,提出时空动态约束的城市元胞自动机(CA)模型。用不同区域、不同时间新增加的城市用地总量作为CA模型的约束条件,形成时空动态约束的CA模型,并利用该模型模拟1988—2010年东莞市和深圳市城市扩张过程。结果表明,利用CA模型模拟的1993年城市用地总精度比静态CA模型提高了5.86%,而且模型中的动态约束条件可以反映城市发展的时空差异性。

基于模糊规则的元胞自动机网络舆论传播模型研究

针对现实生活中人们获得信息的模糊性,在传统元胞自动机模型的基础上加入模糊推理的思想,并引入观点倾向度和倔强度两个模糊变量,提出了模糊规则下网络舆论的元胞自动机传播模型,最后仿真分析了网络舆论形成中个体观点的演化过程。仿真结果表明,群体在经过讨论后,群体中持中立态度的人会逐渐减少,持极端态度的人会逐渐增加,形成"群体极化";另外,舆论的形成往往在交流初期,即一旦群体间产生信息交换,就很可能发生意见的"群体极化",因此对于网络舆论的引导必须在早期。

散粒体的自组织临界性与非均匀介质的元胞自动机模型

目前,普遍认为自组织临界性的发生与尺度效应和组织原则有关。尺度效应以各国开展的沙堆试验为基础,而组织原则未见有人讨论。首先,进行了不同级配的散粒体沙坡试验,发现散粒体自组织临界性与粒径的非均匀系数有关。随着非均匀系数的逐渐增大,散粒体呈现出不同的试验现象和统计结果,并且散粒体系统的动力行为由准周期到自组织临界性再到准周期进行演化。其次,设计了能够描述非均匀介质和体现非均匀系数的元胞自动机模型,即引入由于摩擦力造成的能量损耗作为表征沙粒表面不同粗糙度的物理量。通过调整能量损耗和半径的取值,可以进行不同非均匀系数、不同规模的元胞自动机数值模拟,其统计结果与真实散粒体沙堆试验相类似。通过沙堆试验和计算机模拟,发现组织原则与系统的鲁棒性和敏感性是否达到平衡有关。只有当非均匀散粒体维持整体的鲁棒性和敏感性的平衡时,才可能突破尺度局限,使大尺度的系统仍呈现自组织临界性;但当非均匀系数继续增大,使系统的鲁棒性占优,而敏感性消失或减弱,两者的平衡被破坏时,非均匀散粒体仍不能呈现自组织临界性现象。因此系统的鲁棒性和敏感性达到平衡是系统呈现自组织临界性现象的必要条件之一。

记忆原理的元胞自动机优化算法及其收敛性证明

为了求解大规模优化问题,根据记忆原理与元胞自动机的特点构造了求解优化问题的全局收敛算法。在该算法中,将优化问题的理论搜索空间划分为离散搜索空间,该空间定义为元胞空间,其中的每个元胞对应着一个候选解。将记忆原理的记忆、遗忘规律用于控制每个元胞的状态转移;元胞的状态由其空间位置、位置修正量以及记忆残留值构成,该值分为瞬时记忆、短时记忆和长时记忆3种状态类型,并依据元胞接受刺激的强度被加强或衰减;记忆残留值低于某个阈值的元胞时被遗忘,不再被处理。在元胞演化过程中,元胞从一个状态转移到另一个状态实现了元胞空间对理论搜索空间的搜索。应用可归约随机矩阵的稳定性条件证明了本算法具有全局收敛性。测试结果表明本算法是高效的。

MAUP效应在城市扩张元胞自动机模拟中的敏感性分析

利用元胞自动机模型进行城市扩张模拟时,其使用的栅格数据格式和基于统计的转换规则提取方法必然会导致可变面积单元问题(the Modifiable Areal Unit Problem,MAUP)的出现。采用系统的敏感性分析方法对该问题的粒度效应、划区效应和综合效应进行了分析,研究表明:1)MAUP问题在CA模拟时是客观存在的,且会对模拟结果造成影响,研究时不能忽视该问题。应进行系统的敏感性分析,获取其对研究问题的影响,寻找适宜的研究粒度和分区方案。2)该研究中粒度效应会呈现明显的尺度阈值,尺度域内的拟合优度和模拟精度较为稳定。尺度阈值在最精细粒度后随即出现,且该阈值与景观指数的尺度阈值一致,反映了景观对象大小对城市扩张模拟的重要影响。3)良好的划区方案能够提高拟合优度和模拟精度,其划区方案应使区域内城市扩张规律差异最小,区域间城市扩张规律差异最大。在大尺度城市扩张模拟时更应采用合理的划区方案以提高模拟精度。4)粒度效应和划区效应的综合影响表现为各区域模型的拟合优度和模拟精度在粒度范围内所受到的影响存在差异,但大多数区域都较为明显地表现出相同的尺度阈值。

基于模糊元胞自动机的网络舆情演化模型

本文利用模糊元胞自动机模型研究网络舆情的演化行为，包括当前元胞的情感倾向、自信度和周边元胞的影响度以及周边元胞的情感倾向等四个主要要素，利用模糊理论建立起了当前元胞情感倾向被周边元胞影响规则。借鉴心理学方面专家的支持，一共建立了70条不同权重的模糊规则。同时，对元胞自动机的领域半径R以及有向小世界网络随机重连概率P等因素对网络舆情演化结果的影响进行了讨论。网络舆情演化的模拟结果表明，网络舆情呈现集中化、极性化特点，比较符合网络舆情演化的真实情境。

土石坝施工运输系统元胞自动机模糊仿真模型研究

针对土石坝施工运输系统存在的模糊性以及传统的仿真方法难以将时间、空间和系统行为有机地结合起来的缺陷 ,提出了基于元胞自动机模型的施工运输系统的模糊仿真方法 .用离散型模糊分布取代传统的概率分布以适应实际数据较少或系统参数概率分布难以确定的场合 ,并充分利用现场知识和经验 ,用元胞自动机模型描述土石坝施工运输系统 ,将运输系统的时间、空间和系统行为有机地联系在一起 ,形象、直观、精确地完成运输系统的仿真 .

分形元胞自动机在自组织临界性中的应用

基于元胞自动机分形模型,探讨了散粒体自组织临界性(SOC)的机制.不同级配散粒体单面坡的已有试验表明,散粒体的SOC与非均匀系数有关.应用分形理论计算了沙堆颗粒级配的分维数,结果表明,呈现SOC的沙堆,颗粒级配具有分形特征.进而假设:若大尺度非均匀沙系统的组构特征具有分形特性,系统也能呈现SOC.为解释此假设,建立了既能表征非均匀系数又具有分形组构特征的元胞自动机沙堆模型.数值模拟表明,元胞排列方式服从分形时,沙堆模型呈现SOC,而等间隔排列的模型不呈现SOC,结果与假设一致.最后对SOC的判据进行了讨论,认为系统组构特征具有分形特性是大尺度非均匀沙系统呈现SOC的必要条件.

基于模糊控制规则的元胞自动机模型

针对单车道道路交通流提出了一种新的基于模糊控制规则的元胞自动机模型。与NaSch模型不同,新模型中的随机慢化概率是根据模糊控制规则计算得来的。在新模型的模糊控制规则中,将当前车辆的车间距以及其与前车的速度差作为输入因素,经过模糊推理从而计算出当前车辆本时间步的随机慢化概率。经过计算机仿真发现,新模型的基本图和时空图较好地重现了现实道路交通流中的某些宏观特性,如时走时停波、回滞以及亚稳态等现象。