元胞自动机模型

摘要： 铸造过程期望获得细小均匀的等轴晶粒,但晶粒尺寸难以直接测量。因此,建立可靠的数学模型来预测晶粒尺寸是必要的。基于元胞自动机(CA)模型模拟枝晶生长,该模型在基于枝晶生长动力学基础上模拟铝合金凝固过程中的微观组织演变,以此获得平均晶粒尺寸。CA模型模拟结果与Lipton Glicksman Kurz(LGK)模型结果基本吻合,对AA5182铝合金搭建重力铸造实验,验证了模型的准确性。铸造过程中的晶粒形态根据温度梯度和冷却速度变化,进行一定规模计算总结平均晶粒尺寸与温度梯度、冷却速率的关系以预测铝合金铸件的平均晶粒尺寸。计算结果显示,降低温度梯度和增加冷却速度有助于细小晶粒尺寸的形成。

摘要： 针对非机动车交通流中传统元胞自动机模型主观定义时空参数,粗略划分自行车虚拟车道,导致仿真精度偏差的问题,构建了精细元胞自动机模型。基于NaSch模型的更新规则,考虑二维空间内异质自行车间的错位冲突及动态换道行为特征,细化了模型网格密度及模拟时间步长。产生换道需求的自行车可以换至满足安全侧向换道条件及前行需求条件的横向位置,随后综合考虑各位置前向及侧向间隙选取最优的目标位置执行换道。在周期边界条件下,量化时空参数取值对混合自行车交通流仿真结果的影响。在镇江市正东路开展观测实验,并基于实测数据获得轨迹时空图,在宏观与微观层面验证模型的可靠性。结果表明:网格密度及时间步长取值对仿真流量影响显著,仿真流量与纵向网格密度呈正相关,与横向网格密度呈负相关,而全局网格密度的影响反映了横向与纵向网格密度的复合效应;当道路占有率为0.1时,仿真流量几乎不受时间步长的影响,而当道路占有率为0.3,0.5和0.7时,仿真流量随着时间步长的增大先增加后减小;自行车适度换道可以提高道路通行能力,但换道过于频繁则会导致交通拥堵,不同道路占有率条件下的轨迹时空特征存在明显差异,自行车流越密集,走停现象越显著;当全局网格密度为5,时间步长为0.5 s时,模拟与实测的交通流量平均绝对百分比误差为14.84%,此时拟合效果最优。

摘要： 结伴行为和逆行行为是两种常见的骑行方式,容易引起自行车流的局部自组织现象和通行效率下降。为研究结伴行为(包括左右结伴和前后结伴)和逆行行为共存对自行车流运动机理和交通特性的影响,建立同时考虑结伴和逆行行为的自行车流元胞自动机模型。通过仿真实验,分别分析左右结伴和前后结伴与逆行共存对自行车流的影响。研究表明:左右结伴和逆行共存会显著降低自行车流的通行能力、增加旅行时间和降低平均速度;前后结伴和逆行共存仅在高车流密度条件下减少平均速度,且引起自行车流轻微振荡;上述负面影响同结伴尺寸、结伴比例、逆行比例和自行车平均到达率等因素有关。这些研究结果有助于更好地管理自行车流,特别是逆行行为管理。

摘要： 随着计算机技术水平的飞跃发展和人们对动画特效的迫切需求,人群建模引发了空前的研究热潮。人群运动建模和仿真已成为计算机图形学,安全科学和人工智能的研究热点。本文从人群运动仿真的意义出发,回顾了人群运动仿真的传统研究方法,并对常用传统模型的基本原理、优缺点以及相关应用进行了介绍。讨论了现阶段人群运动仿真的研究热点,包括现今极为火热的基于大数据驱动的新型仿真模型以及融入情绪传染的仿真方法。分析了人群运动仿真领域现阶段存在的不足,重点指出了当今对于情绪研究只重视情绪的感染方式而忽略了情绪差异下行人行为异质性的问题。最后,对人群仿真未来的研究方向进行了展望。

摘要： 近些年航空航天对轻质高强抗疲劳铝合金的需求日益迫切,铸造缺陷的预测与抑制技术受到广泛重视。铝合金凝固过程中产生的氢气孔缺陷是疲劳失效的主要裂纹源,其预测与控制技术是高品质铝合金制备加工的核心工艺技术。在国外,元胞自动机(CA)等具有物理意义且计算效率较高的微观组织结构模型已成功地应用于先进铸造工艺的设计,如飞机发动机单晶叶片、飞机发动机涡轮盘,以及飞机蒙皮高强轻质铝合金工艺窗口优化。总结了计算模型应用于铝合金凝固过程中缺陷的预测及最新研究进展,提出了未来缺陷预测模型的发展方向。

摘要： 目的:探究烟草对口腔微生物多样性形成与演替影响机制。方法:追踪调查了吸烟和非吸烟者各20例4个月口腔的5个常见菌属——链球菌属、普氏菌属、嗜血杆菌属、罗氏菌属和韦荣氏菌属的比生长速率、胞内脂类物质含量及种群数量变化。结果:非吸烟者口腔微生物胞内的脂类物质含量显著增高,而比生长速率却有不同的变化,而各菌群动态呈现出明显的异步波动趋势。非吸烟者口腔微生物多样性形成与维持包括两种基本动力学机制:一是底物分解产物对种群的负反馈调节,二是微生物对口腔环境发生的时滞响应。而吸烟者恰恰相反,口腔菌群多样性降低且有紊乱的趋势。结论:吸烟对口腔菌群多样性产生负面影响,不易形成稳定种群多样性;非吸烟者口腔微生物群落中的各菌种数量呈现异步趋同波动,从而大大减弱菌群内部的种间竞争,在口腔中形成与维持较高的物种多样性。

摘要： 森林火灾威胁森林安全,导致生命财产与环境损失,动态模拟森林火灾对于预判森林火灾发展趋势,减少森林火灾危害,科学开展森林火灾灭火工作具有重要理论与现实意义.为更加形象、直观地展示林火三维可视化,将地理信息系统(geographic information system,GIS)三维可视化与元胞自动机模拟功能相结合来模拟林火蔓延,并借助王正非与毛贤敏模型,定义元胞状态转换规则函数,计算中心燃烧元胞单元在8邻域方向上的蔓延速度分量,最后以云南省安宁市温泉镇为案例区域,针对云南省"3·29"火灾,选择温泉镇地形、气象和植被等数据,模拟了"3·29"火灾林火蔓延三维可视化过程,在森林火灾实时动态监测方面具有重要指导意义.

摘要： 随着科技的不断发展,智能驾驶汽车逐渐开始投入使用。为研究车流中自动驾驶汽车占比对交通效率的影响,文章建立了考虑随机慢化现象的单车道元胞自动机模型和可变换车道的双车道元胞自动机模型,考虑了车辆超车、加速、减速等情况,运用曲线拟合方法,逐步探究在不同交通任务的情况下,自动驾驶汽车所占比例对交通效率的影响。研究表明:单车道在自动驾驶汽车占比60%的情况下交通效率最好;双车道在自动驾驶汽车占比越多的情况下,交通效率越好。此结论可作为继续研究自动驾驶汽车在车流中的占比对交通效率的影响。

摘要： 本文根据人工驾驶与自动驾驶汽车的行驶特点,建立元胞自动机模型,对高速公路上人工驾驶与自动驾驶汽车相互协作行驶进行仿真,并分析了自动驾驶车辆占比对美国5号、90号、405号和520号公路系统的影响.本文利用平均速度衡量道路的拥挤程度,模拟结果表明,路段的交汇与汇入与拥堵有关,而当人工驾驶汽车与自动驾驶汽车协作时,自动驾驶汽车占比的增加有助于降低道路的拥堵程度.

摘要： 本文根据人工驾驶与自动驾驶汽车的行驶特点,建立元胞自动机模型,对高速公路上人工驾驶与自动驾驶汽车相互协作行驶进行仿真,并分析了自动驾驶车辆占比对美国5号、90号、405号和520号公路系统的影响。本文利用平均速度衡量道路的拥挤程度,模拟结果表明,路段的交汇与汇入与拥堵有关,而当人工驾驶汽车与自动驾驶汽车协作时,自动驾驶汽车占比的增加有助于降低道路的拥堵程度。

摘要： 在二元合金元胞自动机模型的基础上,通过改进界面胞对周围液相胞的捕获方式,建立了二元合金改进元胞自动机模型,为验证模型的准确性,自由枝晶生长与经典LGK模型相对比.结果表明,该模型计算出的自由枝晶尖端生长速度与LGK模型相吻合.并且揭示出过冷度、择优方向对单个等轴晶和柱状晶的生长规律以及柱状晶一次枝晶臂和二次枝晶臂间之间的溶质微观偏析规律.

摘要： 土地利用的空间变化是土地利用变化的最大特征.为实现对研究区土地利用空间变化的模拟,本文通过构建元胞自动机模型,并设定模型的元胞状态和空间、元胞邻居选择规则、元胞状态转移规则,分析元胞遗传属性、邻居欲望、自然属性、人类干扰等对状态转移的影响,同时使用土地利用需求预测的土地利用规模结果来确定模型的演化周期,实现了地理元胞自动机模型对研究区的土地利用格局演变的模拟.研究结果表明,提高区域土地科学、节约、集约利用程度,进行合理的土地利用布局,加大土地整理力度是缓解这种矛盾的有效手段.

摘要： 本文构建了在线社交网络的信息传播模型,该模型结合了传统的传染病传播机理和元胞自动机模型,研究了网络中各节点在健康、感染、免疫这三种状态中的转变,进而追溯了信息的传播途径.本文创新之处在于对元胞自动机各个状态的衡量,并非用离散的点表示,而是引入了连续区间,用区间表示对信息持有各个态度的程度;同时,考虑了元胞之间的社会关系,在元胞的影响概率中,考虑了其自身影响力因子的作用,并且这一因子随着信息传播而呈现动态的变化.实验结果表明:信息在在线社交网络中势必能得到传播,最终达到稳态;中心元胞在在线社交网络中的影响力是不容忽视的,对信息传播具有一定的促进作用;初始免疫元胞数目较大时,会导致中心元胞整体影响力降低,甚至会随着时间呈现下降的趋势.该研究能帮助进一步了解信息在在线社交网络中的传播行为.

摘要： 本文运用遗传元胞自动机模型模拟沪深300相关股,并用派氏加权指数编制技术,构建了沪深300指数演化模型,接着以沪深300指数为研究基础,对沪深A股的动力学特征及其与从众心理的相关关系进行了探讨.研究结果表明,以复杂性科学建模思想为指导构建沪深A股演化指数是可行的；基于模型的复杂性研究是可靠的；从众心理有足够的波动空间,但必须在一定的限度以内才能维持市场的稳定.

摘要： 研究了元胞自动机模型中行人的碰撞检测与避让问题，通过对博弈理论和实际需求的分析，提出了一种借鉴博弈思想，同时避免复杂数学计算的简化处理方法，并在仿真系统中加以实现和应用，使得仿真模拟效果更具真实性。

摘要： 人群演化、任务处理是两个不同领域的过程,但两者又是互相影响的,实现人群-任务互动的模拟,是研究组织管理的基础,为此,本文设计元胞自动机模型,模拟人群行为、人性特性演化过程:采用传统离散模拟方法,模拟任务处理过程,设计元胞自动机和离散模拟的混合模拟方法,模拟人群-任务互动过程.元胞的规模能根据人群规模任意设置,人群成员分为工作型和交际型两类,任务性质描述为不同程度的硬性和软性,根据排队系统的特征,任务有到达间隔时间、类型、工艺处理时间等参数.用Anylogic开发系统,设计了系统验证方法,通过群体特性、行为演化的视觉效果,对系统进行了验证,最后总结了系统的特征和不足之处.

摘要： 以元胞自动机模型为基础,提出了一种改进的行人仿真模型.模型中考虑了一些行人个体因素的影响,如舒适度,保持既有运动方向,碰撞处理等.利用此模型,在PKPM3D图形平台上研究开发了城市轨道交通枢纽的行人仿真系统.并利用该系统进行仿真实验,结果表明改进后的模型更加合理、适用.

摘要： 长期以来国内城市规划思想受西方理性主义影响,在城市增长模拟研究中引入元胞自动机(CA)模型,对城市空间转换规则还停留在空间增长的一般规律法则,而忽视了城市所固有的复杂性与特殊性.本文基于对城市复杂适应性主体的认知,从宏观和微观两个层面出发,构建了基于复杂适应系统(CAS)转换规则的CAS-CA模型.宏观层面,将用地适宜性评价等级和用地规模作为规划师主体和政府主体的适应性控制因素,来模拟城市与自然环境的和谐共生;微观层面,依据城市社会公众、开发商、政府和规划师等四类主体的主导适应性行为模式来制定模型的转换规则,并引入概率控制作为模型参数.进而利用CAS-CA模型对长汀县城区城市增长进行了实证模拟,模拟结果与规划方案对比表明两者在结构上基本一致,均符合城市发展的态势和主体作用规律.研究可为长汀一类的中小城市的总体规划与管理提供科学依据与决策支持.

摘要： 长期以来国内城市规划思想受西方理性主义影响,在城市增长模拟研究中引入元胞自动机(CA)模型,对城市空间转换规则还停留在空间增长的一般规律法则,而忽视了城市所固有的复杂性与特殊性.本文基于对城市复杂适应性主体的认知,从宏观和微观两个层面出发,构建了基于复杂适应系统(CAS)转换规则的CAS-CA模型.宏观层面,将用地适宜性评价等级和用地规模作为规划师主体和政府主体的适应性控制因素,来模拟城市与自然环境的和谐共生;微观层面,依据城市社会公众、开发商、政府和规划师等四类主体的主导适应性行为模式来制定模型的转换规则,并引入概率控制作为模型参数.进而利用CAS-CA模型对长汀县城区城市增长进行了实证模拟,模拟结果与规划方案对比表明两者在结构上基本一致,均符合城市发展的态势和主体作用规律.研究可为长汀一类的中小城市的总体规划与管理提供科学依据与决策支持.

摘要： 长期以来国内城市规划思想受西方理性主义影响,在城市增长模拟研究中引入元胞自动机(CA)模型,对城市空间转换规则还停留在空间增长的一般规律法则,而忽视了城市所固有的复杂性与特殊性.本文基于对城市复杂适应性主体的认知,从宏观和微观两个层面出发,构建了基于复杂适应系统(CAS)转换规则的CAS-CA模型.宏观层面,将用地适宜性评价等级和用地规模作为规划师主体和政府主体的适应性控制因素,来模拟城市与自然环境的和谐共生;微观层面,依据城市社会公众、开发商、政府和规划师等四类主体的主导适应性行为模式来制定模型的转换规则,并引入概率控制作为模型参数.进而利用CAS-CA模型对长汀县城区城市增长进行了实证模拟,模拟结果与规划方案对比表明两者在结构上基本一致,均符合城市发展的态势和主体作用规律.研究可为长汀一类的中小城市的总体规划与管理提供科学依据与决策支持.

摘要： 本发明公开了一种基于元胞自动机的环形WSN脉冲耦合振荡器时间同步模型，属于无线网络通讯技术领域。模型为将每一个振荡器看做为一个元胞，且在元胞自动机中用方格表示振荡器系统中的每一个振子；在脉冲耦合振荡器网络同步演进的过程中，符合同步条件的节点在受到“一耦即增”的激励耦合机制下，系统会出现多个振荡器组，直到最终只有一个振荡器组时逐渐实现同步状态；设定N个振荡器节点组成环形拓扑的最邻近耦合网络；将整个元胞自动机系统达到的稳定状态，映射到脉冲耦合振荡器最近邻网络的同步中；在环形网络拓扑的无线传感器网络中，构建脉冲耦合振荡器最近邻网络同步模型，得到应用于环状网络拓扑的WSN脉冲耦合振荡器最近邻网络时间同步模型。

摘要： 本发明公开了一种耦合时空高斯模型和斑块元胞自动机的城镇扩张模拟方法，包括以下步骤：①将城市土地划分为若干同心环带；②根据研究期某年度新增城市土地密度高斯函数计算各环带内新增城市土地预期面积及其总和；③根据该年度新增城市斑块频率高斯函数抽取一个环带用于布局城市土地；④检测该环带内已布局的城市土地并计算模拟量；⑤调用斑块生成引擎生成相应面积的城市斑块；⑥重复上述步骤直至完成该年度模拟任务。此模型将宏观尺度的城市需求波形模式与基于斑块的微观城市分配引擎相结合，可更加真实地模拟城市扩张动态，并可通过调整参数控制城市空间发展的时空格局，模拟具有不同发展强度、空间紧凑性和连续性以及蔓延程度下的城市景观。

摘要： 本发明提供了一种奥氏体化组织演变的双尺度元胞自动机模型模拟方法，用于对低碳钢退火过程发生的奥氏体化转变的微观组织演变形貌与动力学进行模拟，以解决目前单一尺度元胞自动机模型无法考虑珠光体组织结构特征对奥氏体化转变影响的问题。本发明的方法通过以下步骤实现：步骤一：根据初始组织金相图片建立初始组织几何模型；步骤二：在珠光体组织元胞内定义铁素体和渗碳体亚元胞；步骤三：根据形核、生长以及元素扩散模型，计算奥氏体化过程的界面迁移以及碳元素扩散。相对于传统的单一尺度元胞自动机模拟方法，本发明的方法能够更加准确地反映低碳钢退火过程的微观组织演变特性，并实现对其微观组织形貌演变以及转变动力学的定量预测。

摘要： 本发明提供了一种双尺度元胞自动机模型，用于对低碳钢退火过程材料内部发生的微观组织演变进行定量描述。本发明的模型主要由空间离散的初始组织几何模型、奥氏体形核与生长模型、铁素体和渗碳体溶解的界面迁移模型以及碳扩散模型四部分组成。在模型构建过程中，首先，通过包含双尺度亚元胞的等效元胞对低碳钢的初始微观组织进行空间离散，建立初始组织几何模型；然后，通过形核模型、界面迁移模型以及碳扩散模型，对奥氏体化转变过程的微观组织演变进行描述。相对于传统的单一尺度元胞自动机模型，本发明的模型能够更加准确地反映出低碳钢退火过程的微观组织演变特性，并实现对其微观组织形貌演变以及转变动力学的定量预测。

摘要： 本发明公开了一种基于元胞自动机模型的雾天高速公路协调控制方法，该控制方法以多出入口匝道、主线、与其它高速交汇的互通立交桥、能见度检测设备、广域雷达、视频采集等组成的一条高速公路系统为应用对象，依据高速公路的技术特点，建立各路段雾天CAM，确定各路段不同能见度下的最大限速值和最大容许流量，在具体实施时依据气象和交通流检测感知系统所采集的信息，确定各路段最大限速值和各入口匝道最佳放车量，使高速公路保证交通安全的前提下，实施精细化融合管控措施，满足准全天候高速公路通行的要求，提高高速公路车流量、减少不必要的匝道排队时间。

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： 本发明提供一种不锈钢钝化膜生长及破裂模拟的元胞自动机模型，可以从反应原理上细致的实现不锈钢材料钝化膜生长过程，计算分析不同外加电位对不锈钢材料钝化膜厚度，点缺陷浓度以及钝化膜破裂时间。本发明提供的模型以不锈钢为原型，模拟了其钝化膜生长以及破裂的过程，实现了建立钝化膜形成过程中内部的离子扩散以及反应过程的模型，并实现了外加电位对钝化膜的各属性影响的模拟。

摘要： 本发明公开一种基于元胞自动机的温室土壤水分运动仿真模拟模型和方法，模型采用8邻居定值型边界的有限方形网格，通过元胞自动机模型模拟水体在温室土壤中的水平和垂向的运动过程，通过VM矩阵来表达和反映模拟区的植被空间排列，对土壤进行分层，通过SM矩阵来表达模拟区土壤各土层水分含量。模型设定人工浇水后水体至少经历流动、渗透、植被吸收和蒸发4个过程，通过对上述过程更新各个元胞的含水量的，实现对土壤水体运动的模拟。本发明可以对土壤水体运动的空间分布和时间分布进行仿真模拟，实现补水函数或最优化土壤参数的优化选择，实现温室大棚土壤水体变化的全区域预测。

摘要： 本发明公开了一种基于改进元胞自动机模型的城市交通拥堵空间演化方法，包括加速、减速判断、运动和拥堵长度计算，增加标准车当量数的折算、随机车造成拥堵、对慢化概率的改进和优化，得出了本发明的改进元胞自动机模型的城市交通拥堵空间演化方法。与传统的元胞自动机模型相比，改进后的模型能更加精确地、稳定地反映交通事故造成的道路拥堵情况，为交通管理部门处理交通事故提供支撑和帮助。