高速公路交通流状态的元胞自动机模型仿真与推演

文章提出了一个新的元胞自动机模型即AD模型。该模型最主要的改进在于车辆的减速方式更加合理。本研究使用SUMO进行微观交通仿真。文章假设了3种可能的下游场景,包括车道封闭、限流瓶颈和限速瓶颈,并使用AD模型、IDM模型和SUMO默认的Krauss模型分别进行分析。结果表明在限速瓶颈场景下,使用AD模型可以得到最好的仿真效果。这一成果对未来的高速公路交通流管控工作具有重要的参考价值。

面向宽窄交替航道的船舶交通元胞自动机模型

为了提高宽窄交通航道的通行效率,针对宽窄交替的结构特点,以基尔运河为例,根据其航道宽窄段交替结构的特点,建立了双向船舶交通流元胞自动机模型,研究基尔运河的船舶交通流仿真。根据基尔运河的实际结构建立元胞空间,并基于固定闭塞理论和移动闭塞理论建立演化规则。基尔运河的结构导致大型船舶无法在狭窄的区间内同时通过,为了描述该现象,在元胞自动机模型中建立了合适的等待规则。在仿真分析中,主要讨论了不同船舶入流率、大小船舶比例、船舶间安全距离的影响。在仿真结果的基础上,进一步研究了基尔运河船舶交通流改善的瓶颈识别和改进策略。结果表明,基尔运河窄段长度过长是瓶颈所在,其使得运河内船舶大量停泊等待。

基于元胞自动机模型的电影院小团体疏散策略研究

为了提高电影院人员的疏散效率,基于元胞自动机模型,以电影院中小团体为研究对象,研究疏散过程中小团体行为对疏散结果的影响,并提出相关的疏散策略。疏散模拟实验结果表明,小团体内部人数的增多会降低总体疏散效率;规模不同的小团体在比例不同的情况下,将规模大的小团体优先安排在离出口近的座位上有利于提高整体疏散率。

考虑绕行效应的人员疏散元胞自动机模型研究

在传统的元胞自动机疏散模型中,行人只考虑临近的4个网格状态以做出运动决策,而在实际疏散过程中,每个人会从更大的感知范围内收集信息,并会主动避开障碍物,从而选择更合理的路径。针对此问题,建立考虑绕行行为的元胞自动机模型(DCA模型),模型引入行人感知范围参数,用于反映行人对障碍物的反应程度或绕行倾向;通过建立单门疏散场景,研究绕行效应对疏散的影响。研究结果表明:考虑绕行效应时,行人能够更好地绕过障碍物,在出口前形成典型的拱形聚集形态;感知范围越大,拱形聚集形态形成的越快;通过将DCA模型与经典的无后退的有偏随机行走模型和场域模型分别进行比较,DCA模型可以减少不必要和不合理的后退运动行为,这与实际更为一致。

摩擦时间依从的地震活动性细胞自动机模型

设计了一个改进的单断层地震孕育过程细胞自动机（ＣＡ）模型，通过设计外界通过 施加应力与模型间进行的能量交换和模型的细胞之间存在的非线性力学作用，试图理解地震 活动特性的力学机制．与早期细胞自动机模型相比，改进了参数的取值方式，将摩擦时间依 从的理论引进模型，使该细胞自动机模型更接近实际的孕震系统．研究表明参数取值方式对 人工地震序列和各细胞破裂事件的非均匀时间特性有重要影响，较小震级和较大震级范围中 的事件分别遵从明显不同的累积频度一震级关系．

舆论传播的元胞自动机模型(Ⅰ)

提出舆论传播的元胞自动机模型 .在周期边界条件下 ,对二维四方格子两种邻域 (5邻域、9邻域 )的情况 ,按少数服从多数的演化规则进行了计算机模拟 .模拟结果表明 ,具有不同赞成率的随机初始态随时间的演化都会达到相应稳定的终态 .但终态的赞成率随初态的赞成率的不同而处于不同的相 ,各相存在的参数区间 ,因影响邻域的不同而不同 .

基于投资分析的股票市场演化元胞自动机模型

本文用元胞自动机作为复杂系统的研究工具,在己有的关于股票市场演化的基本模型基础上,建立了基于投资分析的股票市场演化模型,并对以从众行为规则作为模型的底层平台作了进一步的阐述。本文以兖州煤业股票市场为例开展了应用研究,现实市场与虚拟市场中的分形维的比较分析,反映演化模型与现实市场的吻合程度已经从总体上达到了较高的水平,表明投资分析技术能合理地体现在股票市场的元胞自动机模型中,为深入探索股票市场的复杂性提供了一种有效工具。

基于双尺度自动机模型的植物花序模拟

花序的模拟是“虚拟植物生长”的重要研究内容 .以往的研究主要集中在怎样应用“L系统”模拟植物花序 .但L系统用字符串表示的产生式具有难以理解和使用的缺点 ,特别是模拟花序的生长和开花顺序时 ,结构复杂且模型参数不易确定 .而“双尺度自动机模型”是一种基于植物生长机理的植物形态发生模型 .该模型结构简洁明了 ,形象直观 ,易于理解和编程实现 .该文以几种典型花序的模拟为例 ,探讨了应用双尺度自动机模型模拟花序的方法 .通过在双尺度自动机模型中引入“同步生长机制”和“重复生长机制” ,能够模拟所有植物学中给出的花序类型 .并通过应用“生长延时机制” ,实现了“向顶开花”和“向基开花”两种开花顺序的模拟 ,避免了L系统用成花信号控制的缺点 .最后通过与L系统的比较 。

基于交通流元胞自动机模型的车辆当量换算

将一维元胞自动机模型用于模拟周期性边界条件下高速公路的车流运动,用随机慢化FI模型对一定交通环境下车流的车速与密度之间的关系进行仿真分析。探讨了不同车型和车速对道路最大流量(最大通行能力)的影响。依据不同车型在同一道路上的不同通行能力,提出了一种不同车型车辆之间当量换算系数的确定方法。在模拟仿真过程中,考虑不同类型车辆的最大行驶速度及所占空间不同,仿真模型具有不同的参数。通过计算机模拟,得到不同车型的交通流基本图,根据相同道路条件下的最大流量值,给出了以通行能力作为基准时当量换算系数的计算公式。

变形、冷却条件下低碳钢铁素体相变的元胞自动机模型

建立了一个二维元胞自动机模型 ,模拟了低碳钢在形变与快冷作用下铁素体最终微观结构 ,讨论了不同初始奥氏体γ晶粒尺寸对于奥氏体γ→铁素体α相变后微结构的影响·分析了模拟结果与实验存在一定偏差的原因·模拟结果表明 ,形变前的奥氏体晶粒尺寸粗大 ,相变后铁素体转变不完全 ,铁素体晶粒粗大且不均匀 ;形变前的奥氏体晶粒细小 ,相变后铁素体转变较为完全 ,铁素体晶粒细小·

基于元胞自动机模型的城市空间变化模拟研究进展

元胞自动机(CA)是一种时间、空间、状态都离散,空间的相互作用及时间上的因果关系皆局部的网格动力学模型,其“自下而上”的研究思路,强大的复杂计算功能、固有的平行计算能力、高度动态以及具有空间概念等特征,使得它在模拟空间复杂系统的时空动态演变方面具有很强的能力.在城市空间动态变化的模拟研究方面,CA模型已应用到除非洲、南极洲的所有大洲的城市模拟研究当中.CA模型和G IS的集成,一方面增强G IS的空间模型运算及分析能力,另一方面,G IS提供的强大空间处理能力可以为CA模型准备数据和定义有效的元胞转换规则以及对模拟结果进行可视化.同时CA模型还可以与神经网络、主成分分析、遗传算法、模糊逻辑以及其他研究方法相结合,以增强其在城市空间变化模拟研究方面的能力.将CA与MAS技术相结合,建立一个能够模拟多个不同参与因子(自然系统)、不同决策者(人文系统)共同影响下的城市发展模型,以此来模拟与预测城市发展的真实状况,将是CA模型在城市空间变化模拟与预测研究中的未来发展趋势.

基于元胞自动机模型的公交车在站延误研究

文章运用元胞自动机模拟公交停靠站站长及公交车在站停靠乘客上下车的过程,考虑交叉口与公交车站距离过近致使公交车成簇式到达对停靠站的影响,并改变站台容纳数和乘客到达数量得到相应的公交车站内站外延误。对模拟得到的延误数据进行分析,结果表明当公交车成簇式到达时,站台容纳数的增大并不能根本改善公交车在站延误,且使公交车站内延误增大。模拟结果说明公交车在停靠站的到达状况对公交车在站延误具有决定性作用,对公交停靠站的改善应充分考虑交叉口对公交车行车及停靠站的影响。

人口条件约束下的城市元胞自动机模型研究

城市化过程中人口的流动和转移,改变了不同地域上的人口分布,同时对原有用地需求和用地格局产生影响,使得土地利用方式发生相应的变化,因此探讨人口变动是研究非城市用地向城市用地变迁的一个重要方面。近几十年来,人们尝试利用元胞自动机模型来模拟,预测城市用地的扩张,但是标准的元胞自动机仅通过初始状态和既定不变的演化规则很难模拟出日渐复杂的城市系统,本文尝试将人口分布和就业结构的变化作为一种限制因素来控制元胞自动机的演化,并以北京市城市建成区的扩展为例,通过为不同的区域赋予不同的限制值从而更加准确地模拟城市化过程中城市用地的扩张。

带断层的细胞自动机模型及算法复杂性

用带断层的细胞自动机模型模拟地震活动，得到一些具有普适性的结果．证实地震活动具有某些有序性，说明断层的存在及相互位置都对地震活动总体特征有明显的影响，并用自组织临界状态理论解释了模型各演化阶段的特征，最后用算法复杂性分析了模型所产生的序列，初步表明算法复杂性ＡＣ可以用作地震活动图象及其演化的研究．

顾及城市空间结构信息的元胞自动机模型构建及其应用

利用衡量新增斑块空间邻接关系的多阶景观扩张指数定量识别城市组团的空间特征,结合城市组团所表现出的城市空间结构信息,构建基于MLEI的元胞自动机城市扩展(MLEI-CA)模型。针对武汉市1990、2000、2013年3期遥感影像数据,运用MLEI-CA对武汉市城市扩展进行模拟,通过与Logistic-CA模型对比验证该模型的适用性。研究结果表明,MLEI-CA模型更加准确地揭示城市扩展的空间演变过程,MLEI-CA模型精度优于Logistic-CA模型,Kappa系数、城市用地的精度分别提高6%和4%。

基于GPU的虚拟植物生长的双尺度自动机模型实现方法

为提高双尺度自动机模型绘制植物图形的速度,给出其基于图形处理器(GPU)的并行实现方法。该方法将拓扑结构与归一化植物器官相结合构造三维植物图形:首先在GPU顶点着色器(vertexshader)中构造拓扑结构,然后在GPU几何着色器(geometryshader)中实现几何造型,最后将几何结构数据渲染到帧缓存中显示。选取植物学家给出的一株白杨进行基于GPU的生长模拟试验。结果显示,随绘制顶点数的增加,采用GPU进行绘制,相对CPU而言,其加速比可以从几倍扩大到十几倍以上。该方法可进一步应用于大规模自然场景绘制、虚拟农业等领域。

考虑安全移动距离的交通流元胞自动机模型

在Na Sch模型的基础上,分析车辆移动距离与车辆速度的关系,考虑驾驶的安全性,定义减速过程和位置更新规则,提出一种新的元胞自动机模型。该模型通过车辆前一步时的速度和当前速度计算车辆的移动距离。对该模型进行模拟仿真,得到车速、流量和密度数据及其相互关系,最大流量接近实测数据,显示了亚稳态、滞后效应、相分离以及同步流等更复杂的实际交通现象。仿真结果表明,车辆在行驶过程中能够相对均匀地分布在道路上,保持自由流状态,道路资源的利用率高,交通流量大,具有一定的合理性和实效性。

入匝道系统元胞自动机模型的换道规则研究

基于入匝道系统的元胞自动机交通流模型,从安全距离的角度提出四种换道规则,探讨四种换道规则对匝道系统的影响。模拟计算结果表明,匝道上的不同换道行为对匝道交通流模型有重大影响。安全距离为零的换道行为,能使匝道路段的流量获得最大值,但是却会抑制主道上游路段和下游路段的车辆流量;同时考虑了与前后车有安全距离的换道行为,不仅能让主道上下游路段的流量达到最大值,还能使整个匝道系统的流量达到最大值。

元胞自动机模型方法及其在材料组织结构模拟中的应用

元胞自动机是复杂体系的一种理想化模型 ,它对处理那些难以用数学定量描述的复杂动态体系问题如材料的组织结构演变问题有独到之处 ,并且特别便于计算机模拟实施。本文介绍了元胞自动机的基本思想、分类与特征 ,并综述了元胞自动机模型方法在材料的凝固结晶、再结晶和晶粒长大以及相沉淀和相分解的模拟研究中的应用。

模拟青霉素发酵过程中菌体生长动态的细胞自动机模型

在青霉素发酵生产机理及其动力学微分方程模型的基础上,建立了模拟青霉素分批发酵过程中菌体生长动态的细胞自动机模型(CABGM)。CABGM采用三维细胞自动机作为菌体生长空间,采用Moore型邻域作为细胞邻域,其演化规则根据青霉素分批发酵过程中菌体生长机理和动力学微分方程模型设计。CABGM中的每一个细胞既可代表单个的青霉素产生菌,又可代表特定数量的青霉素产生菌,它具有不同的状态。对CABGM进行了统计特性的理论分析和仿真实验,理论分析和仿真实验结果均证明了CABGM能一致地复现动力学微分方程模型所描述的青霉素分批发酵菌体生长过程。最后,对所建模型在实际生产过程中的应用问题进行了分析,指出了需要进一步研究的问题。