Cellular automata modeling of pedestrian＇s crossing dynamics

Cellular automata modeling techniques and the characteristics of mixed traffic flow were used to derive the 2-dimensional model presented here for simulation of pedestrian's crossing dynamics. A conception of "stop point" is introduced to deal with traffic obstacles and resolve conflicts among pedestrians or between pedestrians and the other vehicles on the crosswalk. The model can be easily extended, is very efficient for simulation of pedestrian's crossing dy-namics, can be integrated into traffic simulation software, and has been proved feasible by simulation

量子元胞自动机三输入标准函数的优化设计

量子元胞自动机(quantum cellular automata,QCA)以其小尺寸、低功耗、高速度等特点被认为是一种有望取代互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor,CMOS)的新兴技术,但是其电路设计中导线交叉一直是个难点问题,该问题不仅带来相当高的设计成本,还会增加电路的复杂性和噪声敏感性。文章通过使用一些全新的逻辑门,重新设计了13种三输入标准函数,新设计实现了无导线交叉的目标,并且与之前最好的设计相比,在总的元胞数量、电路面积和延迟等方面分别优化了18.4%、15.4%、21.2%。

双层交叉细胞自动机的伪随机数发生方法

提出一种基于两层交叉细胞自动机(twi-layer cross cellular automa,TLCCA)结构的伪随机发生器(pseudorandom numbers generator,PRNG).TLCCA的复杂性介于一维细胞自动机与二维细胞自动机之间,而且输出方式简单;细胞间采用了一种新的对称交叉式的邻居关系,该结构一方面保证了对称性,另一方面减少了相邻细胞间的相关性.并利用多目标遗传算法对邻居关系结构进行了优化,最终的实验结果表明该结构的PRNG可以高效地生成高质量的伪随机数,而且易于用硬件实现.

一种基于受限网络的移动对象索引

为了有效地支持城市交通网络中移动对象的过去、现在和将来的轨迹查询,在基于模拟预测的位置表示模型基础上,提出了一种两层R树加上一个表结构的复合索引结构AUC(Adaptive Unit Compounding)。根据城市交通网的特征,采用了一种带有环形交叉口的元胞自动机模型模拟移动对象的将来轨迹,并用线性回归和圆弧曲线拟合分别得到对象在规则路段和交叉口的轨迹预测方程;根据移动对象的运动特性,采用了一种新的自适应单元(AU)作为索引结构的基本单位。实验表明,AUC索引的查询和更新性能都要优于TPR树和TB树。

信号交叉口人车交互运行元胞自动机模型构建

为了确定过街设施的形式,分析了十字信号交叉口行人步行速度及机动车排队净空间距、转向车头时距等交通运行特性,通过对人车冲突行为调查与分析,构建了行人过街可插间隙选择概率模型.以人车交互运行特性为理论基础,建立了双向6车道行人正向前进、避让、侧向前进和机动车停车线前慢启动跟驰、停车线后转向跟驰、目标车道选择规则,引入了人行横道处行人和机动车冲突判定选择规则,将行人过街规则和机动车通行规则进行了叠加,构建信号交叉口人车交互运行元胞自动机模型.以主主相交的双向6车道十字信号交叉口为例,分析了采用行人过街专用信号相位和立体过街设施形式的适用性.结果表明:当交通量不小于4 500 pcu·h-1、右转车比例不小于70%、信号周期不小于90 s、左转相位绿信比不小于50%、行人流量不小于2 700人·(h·m)-1时,应采用立体过街设施形式.

一种基于元胞自动机的改进遗传算法

针对遗传算法中存在搜索效率和解精度低的问题,结合元胞自动机模型,提出了一种改进的遗传算法——竞争杂交算法。在适应度函数中运用元胞自动机模型进行竞争复制,在确定交叉算子时进行杂交,依此来对遗传算法进行改进。仿真结果表明,竞争杂交算法在搜索速度和概率上比简单遗传算法要高一些。

元胞自动机图的蛋白质二级结构类型预测

蛋白质结构预测是后基因组时代的一项重要任务,蛋白质二级结构预测是蛋白质结构预测的关键步骤。利用氨基酸数字编码模型生成蛋白质序列的元胞自动机图(Cellular Automata Image,CAI),提出了一种基于灰度共生矩阵(Gray Level Co-occurrence Matrix,GLCM)提取纹理图像特征的方法。用扩大的协方差算法进行预测,仿真结果显示有较好的分类效果,Jackknife检验的预测成功率达到94.61%。

量子元胞自动机干支型交叉线及应用

量子元胞自动机(QCA)耦合功能阵列是一种二维的纳米尺度计算范式,可靠性较低的共面交叉线结构是QCA电路交叉互连时的薄弱环节。信号分布网络是实现交叉线功能的一种新方法,但面临元胞随机翻转干扰问题。为解决该问题,首先分析了QCA基本器件逻辑功能实现机理,并提出了一种干支型交叉线。该器件可以在两路信号相遇时选通干路信号屏蔽支路信号,从而达到抑制干扰信号的目的。通过仿真实验得出了其鲁棒功能结构和时钟分配原则。然后利用干支型交叉线改进了异或门设计,仿真结果进一步验证了其逻辑功能。

学区交叉口行人流元胞自动机模型

基于学区交叉口上下学时间段家长和儿童混合行人流过街特性,利用元胞自动机建立了学区交叉口行人过街模型.在模型中引入空格参数、方向参数和同向吸引参数,并综合考虑家长和儿童成对组合过街时的行为规则.通过仿真研究在双向行人流不均衡,以及家长和儿童组合比例不同的条件下,行人流速度—时间、速度—密度,流量—密度的关系,分析家长和儿童组合对过街行人流的影响.结果显示,当行人流中家长和儿童的组合超过一定比例时,会降低行人流过街的平均速度,加速行人流的拥堵,使得系统的临界密度值有所下降,并对行人流平均速度和流量在临界密度点的变化趋势有一定的影响.

考虑行人跨越障碍物能力的元胞自动机模型

为深入研究不同类型的行人跨越障碍物行为,建立改进的元胞自动机模型,利用Dijkstra算法计算静态场,根据跨越障碍物能力不同将行人分为强跨越能力、弱跨越能力和无跨越能力3类,通过调查大型商场出入口相关尺寸参数和障碍物分布情况,构建商场疏散通道的疏散场景,分析可跨越障碍物的摆放方式与长度、行人密度和在障碍物可跨越条件下出口大小等因素对疏散过程的影响。研究结果表明:考虑跨越障碍物行为更符合疏散实际情况,且具有不同跨越能力的行人达到一定比例时最有利于疏散;行人密度越小,可跨越障碍物的位置对疏散影响越明显;出口在一定大小时就已经满足疏散要求,增大出口对疏散促进作用较小。

基于量子元胞自动机的真随机数发生器设计

量子元胞自动机(quantum-dot cellular automata,QCA)是一种典型的纳米器件,有望成为VLSI设计中CMOS晶体管的替代者。文章基于QCA的内禀属性,以QCA交叉耦合结构为理论依据,设计一种真随机数发生器(true random number generator,TRNG),从基础单元的设计和仿真到最终实现位拓展的功能,全程都基于QCA-Designer软件平台加以实现。与之前类似的研究成果相比,该文所设计的电路结构大大降低了延迟、功耗和元胞面积,具有一定的优势。最终收集的仿真结果要经过行业标准测试,由美国国家标准技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)提供评估标准,证明了产生的随机序列具有优良的随机性。

无芯棒楔横轧铝合金空心轴微观组织演变规律

铝合金空心轴在楔横轧轧制过程中,其微观组织的演变对轧件的力学性能有重要影响。为得到无芯棒楔横轧铝合金空心轴的微观组织演变规律,通过有限元软件Deform-3D构建有限元模型。对微观组织演变过程进行数值模拟,研究了轧制温度、断面收缩率、展宽角和成形角4个参数对轧件平均晶粒尺寸的影响规律。并通过元胞自动机法揭示了工艺参数与微观组织演变内在的联系,为优化铝合金空心轴类件轧制工艺参数和提高成形质量提供参考依据。结果表明,轧件平均晶粒尺寸随轧制温度的升高而增大,随断面收缩率的增大而减小,随展宽角的增大呈现先减小后增大,随成形角的增大而变化不大。

以行人为中心的十字路口行人过街模型研究

此文根据元胞自动机[1]论分析道路交通流,以行人利益为中心,方便行人为第一前提,从双向行人需求、车辆需求、行人车辆交互三方面建立行人过街方式模型,研究设计同时满足行人和车辆需求的交通管制方案的可行性,并给出了特例分析。模型考虑了行人产生概率、违规概率、群聚违规概率对车流和行人流的影响,提出了在保证行人安全便捷的前提下提高道路交通效率的意见方法。

BRT车站口交叉行人模型仿真研究

BRT车站口到达和离去的多方向行人流通常存在交叉现象,特别是在车站人流量高峰时段易造成出入口拥堵,给进出车站的行人带来不便,同时也给车站组织工作造成压力。文章通过分析车站口的行人特性,结合元胞自动机理论提出交织行人元胞的移动更新规则,建立了车站口交织行人的元胞自动机模型,并研究了交织区长度对系统的影响。研究发现,通过改变交织区段的长度可以提高交织行人的速度和临界密度。

钛合金楔横轧工艺参数对微观组织演变规律的影响探究

楔横轧工艺成形钛合金轴类件时,其工艺参数直接影响着钛合金轴件的微观组织,进而影响轴件的各项力学性能。基于元胞自动机模型,在Deform-3D有限元软件中进行模拟轧制,对比模拟结果和轧件金相实验结果得出了轧制温度、轧制速度和断面收缩率三个重要的工艺参数对微观组织演变规律的影响。在β单相区内,轧件的晶粒尺寸随着轧制温度的升高而增加,随着轧制速度和断面收缩率的增大而减小。该研究结论有助于在楔横轧生产TC4钛合金轴类产品时通过调节工艺参数来提高质量。

信号交叉口行人过街形式适用性分析

为确定十字信号交叉口行人过街形式的适用条件,基于行人过街和机动车通行的服务水平分级,提出了不同行人过街形式适用性的判别依据;通过对人车冲突行为分析,构建了信号交叉口人车交互运行元胞自动机模型。按照单因素影响下的多变量梯度变化分析的方案构建思路,选取机动车流量、右转车比例、信号周期、左转相位绿信比、行人流量作为机动车和行人主导影响因素,建立了多变量组合影响下的仿真方案。以主主相交的双向六车道信号交叉口为例,确定了信号交叉口行人过街形式适用性方案。结果表明:交叉口机动车流量、右转车比例、信号周期、左转相位绿信比、行人流量等5个主导影响因素值确定时,可根据其对应的机动车服务水平和行人过街服务水平组合,确定具体的行人过街形式。

基于CA的无信号灯控制路段行人过街横道处动态博弈礼让行为

分析了机动车驾驶员与过街行人在人行横道交通冲突区域的交通特性,将参与博弈的驾驶员分为礼让与不礼让两种类型,还引入了机动车礼让比例。同时,在原元胞自动机NCA(Non-game theory cellular automata model)模型的基础上,引入动态博弈更新规则,建立GCA(Game theory cellular automata model)模型,克服NCA模型必须通过空间位置关系来描述双方冲突关系,无法深入分析两者间复杂冲突-博弈过程的问题。综合分析表明,GCA模型比NCA模型更符合实际,能更好地模拟驾驶员与过街行人在无信号灯控制的人行横道处的交通冲突。