元胞自动机

摘要： 采用Monte Carlo方法建立了超高性能混凝土(UHPC)细观随机骨料模型,在此基础上,考虑材料组分和骨料等随机分布对氯离子扩散效应的影响,提出了基于细观尺度的UHPC氯离子侵蚀预测CA模型。利用CA模型对四种不同配比的UHPC的氯离子侵蚀过程进行了模拟,并将模型模拟结果与Fick第二定律解析解和试验值进行了比较。研究结果表明:本工作所提出的CA模型能够反映骨料、纤维、界面过渡区的随机分布对氯离子扩散效应的影响;CA模型能准确描述截面平均氯离子浓度随深度的变化以及不同深度处氯离子浓度的详细概率分布;氯离子在UHPC截面内的分布大致可分为快速下降、平稳下降和稳定三个阶段;提出的模型和方法对氯盐等腐蚀性环境下UHPC结构的耐久性设计具有一定的借鉴意义。

摘要： 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。

摘要： 为增强数字图像在通信传输中的安全性,提出了一种结合了Hénon映射和元胞自动机优良特性的图像加密算法.该算法先将明文图像转换为二进制矩阵,根据外部密钥使用Hénon映射采取逐级迭代法产生伪随机序列,依据伪随机序列采用初等元胞自动机演化规则对图像信息逐行逐列地进行扩散,迭代3次后得到加密图像.经过仿真实验表明,该图像加密算法所需伪随机序列短,加密速度较快,并且对密钥、明文和密文均具有良好的敏感性,与测试指标的理论值最大相对误差仅为0.0417%,能够有效地抵抗各类被动攻击.

摘要： 为研究结伴行为以及障碍物对疏散过程的影响,建立考虑2人结伴行为的双出口元胞自动机疏散模型。模型在静态场中引入危险度模拟行人路径选择,设置个体和2人结伴疏散人群,研究不同行人密度下二者的疏散过程,比较疏散效率;分析相同密度下不同结伴比例的行人疏散过程,得到最优比例;设置横向、竖向和横竖3种障碍物排列方式,模拟个体疏散和结伴疏散2种情况,得到障碍物最佳排列。结果表明:对于个体疏散和结伴疏散,行人密度增加会增加疏散时间,相同行人密度下个体疏散优于结伴疏散;相同结伴比例下,行人疏散时间随着行人密度的增加而增加,结伴比例小于0.6时,疏散效率较高;最佳障碍物排列方式为横竖排列,建议结伴行人比例为0.4。

摘要： 鉴于全概率模型方法计算存在共因失效的机械系统可靠度时,存在多重积分计算难度大以及复杂系统难以建模的问题,本文从Monte Carlo数值仿真的角度出发,在对全概率模型方法进行分析的基础上,通过仿真发现Monte Carlo算法能否准确计算共因失效可靠度的关键是引起共因失效的随机因素在仿真过程中的抽样方式能否体现共因失效特性。结合元胞自动机在处理复杂网络可靠性评估方面的优势,本文构建存在共因失效的串联、并联和复杂混联机械系统可靠度数值仿真算法,并就共因失效对不同类型机械系统可靠度影响展开研究。结果表明算法精度与全概率模型方法相当,且适用于更加复杂的系统。在此基础上通过与经典可靠度方法对比发现,共因失效对串联系统可靠度影响程度大于对并联系统可靠度的影响程度。

摘要： 本文根据元胞自动机模型划分方法,将二维图像分解为2×2矩阵单元结构.提出了几种逻辑运算式,用以分类由黑白二值点构成的2×2矩阵图形.通过CNN神经网络的多层结构形式,分析了金字塔结构逻辑在相似的组合形式下,对二值图形边缘检测和池化的功能.通过同步脉冲形式能将灰度图像,分解为多个时间维度的二值图形,方便多层金字塔逻辑运算处理.分析了如何采用延时继电器使金字塔结构逻辑具有记忆的特性.讨论了3×3输入金字塔模型,在不规律脉冲情况下,通过逻辑运算对线性交点检测的可能.

摘要： 为对硫酸盐腐蚀环境下混凝土结构耐久性进行模拟与分析.利用元胞自动机原理和硫酸根离子在混凝土中的扩散特点以及混凝土损伤演变规律,建立了用于模拟混凝土内硫酸根离子扩散过程与损伤演变的元胞自动机模型.利用该模型对硫酸盐浸泡环境下混凝土内硫酸根离子扩散过程进行了模拟,并将模型模拟结果与试验结果和Fick第二定律计算结果进行了比较.研究结果表明:元胞自动机可以用来模拟混凝土内硫酸根离子在混凝土中的传输和损伤演变过程,且精度较高;硫酸根离子浓度随侵蚀深度的增加而减小,随侵蚀时间的增加而增大;硫酸根离子沿截面深度的变化大致可分为快速减小阶段(距表面5 mm)和稳定阶段(大于5 mm);混凝土损伤度随侵蚀时间的增加而增大,随侵蚀深度的增加而减小.混凝土损伤度沿侵蚀深度的变化大致可分为完全损伤、损伤和未损伤等三个阶段;建议的模型为硫酸盐等侵蚀环境下的混凝土结构耐久性分析提供了一种新的分析方法.

摘要： 文章通过研究目前危险天气对航路航线的影响,在分析最优航线选取的基础上,细化航路航线的选取方向,定义空域元胞尺寸和速度位置演化的规则,构造危险天气元胞自动机模型,在此基础上,利用改进蚁群算法进行最优路径规划。提出了基于空域元胞位置演化规则的动态局部航路规划方法。在建模环境下的仿真结果表明,基于此元胞自动机演化规则的方法,能够完成在动态环境下的最优路径选取的任务,并且在路径的长度上有较为明显的改善,快速高效的规划并选取出一条路径,并随环境的变化相应的改变,具有一定的稳定性和很强的适应能力。

摘要： 为了研究直线式公交站点及上游区域内公交车与非机动车的冲突关系,选取福州市区两个典型的直线式公交站点,利用无人机获取公交车辆进站和非机动车的行驶轨迹,提取公交车换道点的实际位置。将完全信息静态非合作博弈与元胞自动机仿真模型相结合,探求冲突双方的纳什均衡值,并改进元胞自动机换道规则,提出了一种基于完全信息静态非合作博弈的改进型元胞自动机模型,用于模拟公交车占用非机动车道停靠情况下交通流运行状态。以换道点空间分布比例作为校验指标,校验结果表明,仿真值与实际值的误差均低于8%,说明改进型元胞自动机仿真模型能较好反映交通流实际运行情况;并以公交车近距离换道概率为指标,仿真结果表明,公交车近距离换道概率与非机动车交通量正相关。

摘要： 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。

摘要： 以栅格DEM为计算单元,将每个栅格作为一个子流域处理,对基于超渗产流机制的大伙房模型进行栅格化,构建栅格型大伙房产流模型.采用元胞自动机模型实现汇流模拟,以栅格产流计算结果作为每个元胞的产流输入,利用二维圣维南方程作为转换规则,充分考虑地表径流、壤中流、地下径流3种水源之间的蓄渗关系,实现元胞之间的水量交换,最终构建基于元胞自动机和大伙房模型的分布式洪水预报模型.以大伙房水库为研究区域,采用历史30场典型洪水对模型进行参数率定及精度验证,利用空间信息和粒子群算法进行参数优选.研究表明:新建模型与大伙房模型具有相同的预报趋势,而且新建模型各项指标的拟合程度均比大伙房模型有所提高,说明利用新建模型进行洪水预报是可行的.

摘要： 元胞自动机(CA:Cellular Automaton)作为一种提取空间规律与演绎空间发展进程的有效工具,近二十年已介入一系列的城乡空间形态研究.目前,该方法在城市空间研究中的应用模式初现僵化,而在村落空间研究中尚未充分发挥其作用.本文分别探讨元胞自动机在城乡两类空间研究中的应用问题,分析问题的本源,并基于既往研究在模型的结构、算法、有效性校验方法以及应用方式等方面提出相应的对策.本研究认为:城市CA模型不仅需要在模型中增加辅助性结构以应对模型与城市在空间动力机制上的差异性问题,还需在模型的应用上强化"what-if"式的基于不同策略的空间发展预测机能,深入探讨模型参数的调节依据;村落CA模型的应用需先行夯实研究开展之数据基础,为适应零散布局、跳跃生长的村落形态,模型内嵌算法应从判别式为主转向生成式为主,且模型校验需加入一定的容忍误差.

摘要： 本文采用三维元胞自动机模型从介观的角度对湿大气腐蚀环境中输油管道表面蚀坑的生长演化过程进行研究.模拟中主要金属溶解和钝化、质量转移以及化学电化学效应,基于元胞自动机将物理模型转化为离散的数学模型.在三维模型下,研究在不同溶液浓度、溶解及钝化概率下蚀坑随模拟时间的生长规律,其结果表明为服从线性关系,当腐蚀溶液浓度c、溶解概率Pd越大,而钝化概率Pp越小时,蚀坑等效半径越大,蚀穿时间越短.同时提出了蚀坑对比深度βd等一系列腐蚀损伤参数,确定出βd值约为1.5～2.5.

摘要： 针对城市地表特征复杂,传统的二维浅水方程求解困难,耗费计算资源的特点,根据元胞自动机和浅水运动理论,提出了基于元胞自动机的高效城市地表二维雨洪模拟数值模型,并在MATLAB平台上实现.该模型采用简化的状态转移函数代替传统的二维浅水方程数值求解,并采用可变时间步长保证数值求解稳定.同时引入图形处理器(GPU)加速计算技术提升计算速度.将该模型应用于一个标准测试案例并分析了模型的适用性,结果表明:合理的坡度阈值和空间步长下,模型模拟结果与理论解吻合很好,最小RMSE达到了0.0042m;模型计算精度和计算效率受空间步长及坡度阈值影响,在实际应用时需选择合适的坡度阈值,并且可以择较大的空间步长来提高模型的计算效率;引入状态更新间隔显著的提高了计算效率并且没有降低模型的精度.总体而言本模型可适用于大型城市地区的快速洪水分析,在指导城市规划、暴雨洪水预警、雨洪管理和海绵城市建设等方面具有重要的应用价值和广阔的前景.

摘要： Mo单晶具有良好的蠕变性能,被用作空间热离子反应堆的燃料元件的组分.减少焊缝中离散晶粒的产生,实现单晶连接,是提高燃料原件使用寿命的主要途径.本文基于概率形核、枝晶生长理论,采用元胞自动机(CA)法模拟Mo焊接熔池快速凝固过程.模拟结果显示,CA法是一种有效、可靠的研究方法,可很好地模拟Mo焊接过程.同时,实现Mo单晶焊缝生长过程的可视化,有助于焊缝组织的优化和控制及材料机械性能的改善.

摘要： 本文基于可移动元胞自动机法,采用自制程序研究了铜基制动闸片摩擦表面磨屑颗粒数量对其摩擦性能的影响.假定摩擦表面磨屑颗粒的直径一致,颗粒的变形为弹性变形的条件下,模拟结果表明当表面颗粒数量增大时,材料的摩擦系数增大,摩擦速度的增大,会引起材料摩擦系数的增大和摩擦系数的波动.

摘要： 聚落空间生成是一个非常复杂的过程,合理的空间排布方式对聚落空间的良好发展及资源的合理配置具有重要的意义.该研究提出了一种新的基于元胞自动机模型的加权L-system生成算法,该方法通过元胞自动机演化中元胞状态的变换来标识其空间归属,以此确定聚落的空间生长方式,并以蔡甸动植物王国门区规则设计为例进行了实证研究.以空间生成内在逻辑为起点,最大限度探索空间规则的可能性,实现设计过程的量化分析及动态控制.运用自下而上的设计方法,以基地相关信息为线索,研究聚落空间生成机制,并编码成能生成多个强排方案的生成引擎,用遗传算法求得最优解,生成承载基地信息、与周边环境形成动态关联的聚落空间,旨在为复杂系统聚落的强排方案探索一种自组织的设计方法和思路.目前，针对聚落尺度的研究，多是从现有的聚落特征进行研究，生成式设计研究较少。以蔡甸动植物王国门区规划设计为例，运用参数生成式设计方法，从设计过程的内在逻辑出发，采取适用于聚落空间的元胞自动机算法进行建筑空间生成，运用L-system算法进行路网生成，最后将各个子系统叠加调整，运用遗传算法得出最优解，研究元胞自动机的聚落生成机制，旨在探索一种新的复杂系统聚落生成式设计方法。

摘要： 随着中国城市化进程加快,城市不透水面积比重大增,地表径流增加,加重了洪涝灾害、水体污染和地下水补给不足的威胁.通过绿色基础设施建设改善城市雨水环境成为目前城市建设中的热点问题.但目前规划设计研究多强调透水地面占比或具体的技术设施应用,对于现实城市形态条件下绿地空间布局的优化研究及相关工具较少.本文采用元胞自动机原理建立模型,将城市绿地布局与降雨过程相结合,用以研究不同透水地表布局的城市雨水地表径流规律.本文构建的模型依据一定的现实条件进行抽象化构建,元胞的基本物理属性包括高程、下垫面种类与渗透率等,并按照雨水径流形成过程运行.模型采用单坡地形对集中式和分散式建筑及绿地布局下的排水状况分别进行了计算,获得动态积水深度数据,并进行了可视化处理.结果表明,本模型可作为后续城市透水地表布局优化研究的有效工具.

摘要： 为了分析川藏铁路地区考虑混凝土冻融影响的耐久性,本文基于元胞自动机理论,建立了考虑混凝土结合能力、时间依赖性参数以及冻融对氯离子扩散效应影响的耐久性分析模型,并借助MATLAB软件编写了计算程序.以铁路32m混凝土简支箱梁为例,分析了氯离子在混凝土箱梁截面内的扩散过程,并对其进行了寿命预测.研究结果表明:冻融环境对氯离子扩散效应的影响较大,冻融环境下混凝土结构耐久性使用寿命较普通环境减小了约2/3,仅为35年;按照现有规范进行冻融环境下混凝土耐久性设计与施工将很难满足结构的耐久性要求.

摘要： 本文采用元胞自动机(Celluar Automata,简称CA)方法建立一维和二维扩散模型.首先将CA模型数值计算结果与解析解进行对比,发现二者基本吻合,即验证了该模型的可行性;其次分析了不同截面尺寸对混凝土中氯离子扩散规律的影响,结果表明,距离混凝土表面相同深度处的氯离子浓度,尺寸效应大的截面内氯离子浓度值反而小;最后研究了不同暴露条件及混凝土掺和料对具有不同几何形状的混凝土内氯离子浓度及使用寿命的影响,分析发现外界环境及混凝土组成材料对混凝土耐久性的影响程度与混凝土截面几何形状有关.

摘要： 本发明公开了一种基于元胞自动机的手动‑CACC自动驾驶车辆混合流仿真方法，其包括以下步骤：步骤1、确定手动驾驶车辆与CACC自动驾驶车辆的安全距离；步骤2、建立手动驾驶车辆的元胞自动机模型；步骤3、建立CACC自动驾驶车辆的元胞自动机模型；步骤4、将需仿真交通流数值输入步骤2和步骤3模型，对车辆混合的交通流进行仿真。本发明提供了结合CACC自动驾驶跟驰模型与元胞自动机模型对手动驾驶‑CACC自动驾驶车辆混合交通流进行建模的方法，并考虑到CACC自动驾驶车辆的出现对手动驾驶者的影响造成对混合交通流特性的影响，对车辆混合流进行了合理仿真。

摘要： 本发明公开了一种基于元胞自动机的信息门户自动构建以及动态构建方法，基于元胞自动机的信息门户自动构建方法包括以下步骤：S1、构建以用户访问频率为基准的元胞自动机模型网格图M

摘要： 本发明公开了一种基于元胞自动机的手动‑CACC自动驾驶车辆混合流仿真方法，其包括以下步骤：步骤1、确定手动驾驶车辆与CACC自动驾驶车辆的安全距离；步骤2、建立手动驾驶车辆的元胞自动机模型；步骤3、建立CACC自动驾驶车辆的元胞自动机模型；步骤4、将需仿真交通流数值输入步骤2和步骤3模型，对车辆混合的交通流进行仿真。本发明提供了结合CACC自动驾驶跟驰模型与元胞自动机模型对手动驾驶‑CACC自动驾驶车辆混合交通流进行建模的方法，并考虑到CACC自动驾驶车辆的出现对手动驾驶者的影响造成对混合交通流特性的影响，对车辆混合流进行了合理仿真。

摘要： 本发明实施例公开了一种输电线路路径自动选择方法及元胞自动机模型，包括：通过GIS对地理信息处理生成栅格数据，并在选择标记点元胞的预设搜索长度内，选择满足预定规则的多个元胞作为邻居元胞；根据局部成本最优机制、全局方向控制机制、蚁群算法信息素机制计算多个邻居元胞的成本控制系数、方向控制系数和信息素控制系数，以计算多个邻居元胞的转换概率，采用轮盘赌方法在多个邻居元胞中确定标记点元胞的转化元胞；可见，通过GIS提供的处理后的地理信息，导入元胞自动机模型进行搜索，能自动的选择输电线路路径，提高电网规划的科学性和建设经济性，克服人工进行输电线路路径设计时需考虑的信息复杂困难，工作量大的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于元胞自动机的信息门户自动构建以及动态构建方法，基于元胞自动机的信息门户自动构建方法包括以下步骤：S1、构建以用户访问频率为基准的元胞自动机模型网格图M

摘要： 一种基于图神经网络元胞自动机的粒子轨道发现方法，利用高能物理探测器记录粒子碰撞事件中产生的多个粒子命中数据，包括粒子在其命中点上的位置、方向和动量；使用多次粒子碰撞事件中产生的多个粒子命中数据有监督训练图神经网络，并等效计算生成图神经元胞自动机；将该图神经元胞自动机转换规则加入转换规则库；从转换规则库中选择多个图神经元胞自动机转换规则，等效计算生成对应的多个图神经网络；将步骤三中的多个图神经网络应用于一次新的粒子碰撞实验中，将一次新的粒子碰撞实验中得到的同一粒子的多组测量值输入多个图神经网络，得到多个不同的预测轨道，根据粒子已知的物理学特性，从不同的预测轨道中发现粒子的真实轨道。

摘要： 本发明公开了一种基于元胞自动机的土壤养分流失仿真模拟方法，本发明不仅可对降雨、土壤入渗与径流等水文过程与土壤养分、坡度等地形条件间的相互作用关系进行梳理，提高了土壤养分动态变化模拟的鲁棒性，并且仿真模拟的过程阐明了土壤养分在降雨、土壤入渗与径流作用下的变化过程，实现了对土壤养分动态变化的全过程反映，准确度高；且本发明还可对区域内部每块土壤与其周边区域在径流作用下的养分流失或聚集关系进行确定，可实现对土壤养分空间分布的全区域预测。

摘要： 本发明公开了一种基于元胞自动机和嵌入ROI位置的医学图像加密方法，首先根据块均值阈值选取感兴趣区域(ROI)并记录相应标记信息，将得到的感兴趣区域重组为长宽最为接近的矩形，然后进行二进制转换，将其转为多个具有相同构形的位平面。将这些位平面两两分组作为元胞自动机的初始输入，根据密钥和明文图像的hash值计算得到局部规则，利用元胞自动机的迭代轮数进行加密，结合非感兴趣区域(RONI)形成初步的密文图像，利用直方图平移技术将ROI的标记信息嵌入到密文图像中，最后输出密文图像。该方法的图像加密效率高。

摘要： 本发明公开了基于无人机视频图像的元胞自动机模型校正方法及装置，方法包括：获取的无人机视频图像与初始元胞自动机进行关联叠加，确定元胞对象；对各个所述元胞对象进行标记和划分，确定不同类型的元胞及各种元胞对应的车辆驾驶路径；通过所述元胞自动机生成车辆模拟路径；将所述车辆模拟路径与所述车辆驾驶路径一致时的视频图像以及路径输出；将所述车辆模拟路径与所述车辆驾驶路径不一致时的视频图像标记为元胞自动机模型的待优化数据，输出该车辆模拟路径对应一致的路径以及视频图像；对所述视频图像的行驶距离进行修正后，计算各个目标车辆在视频图像中行驶路径的过程中的视频帧数；根据修正后的行驶距离以及所述视频帧数，确定单位时间步中对应的校正后的拟合结果。本发明能够缩小模拟结果的偏差程度，可广泛应用于计算机技术领域。

摘要： 本发明涉及一种基于元胞自动机的森林火灾蔓延模拟方法首先根据历史火灾燃烧情况获取已燃烧区域和燃烧边界的地理数据分别作为标签为1和标签为0的训练数据，然后通过机器学习模型对其进行训练；获取待预测区域的地理数据并构建原始元胞，获取初始起火点并开始模拟；根据元胞转换规则进行模拟，若一个元胞在下一个时间步长可能被点燃，则将该元胞对应的地理数据作为模型的输入，模型输出即为该元胞在下一时间步长被点燃的概率大小；根据实际风力风向对点燃概率进行修正，修正过后的燃烧概率若大于预设阈值则该元胞在下一时间步长状态为燃烧状态，重复之前两个步骤，直至模拟结束。本发明可以快速实时预测山林火灾蔓延趋势。