元胞自动机模型及其在城市道路交通流中的应用进展

元胞自动机方法和相关建模技术是描述、认识和模拟复杂系统行为的强有力方法。如今,已被广泛用于交通系统的研究。交通流理论研究的目标是建立能描述实际交通一般特性的交通流模型,寻找交通流的基本规律,以揭示交通拥堵产生的机理。为了模拟更为符合实际的交通状况,各种交通流模型被提出。本文介绍经典的元胞自动机交通流模型及其在城市交通流中最新应用进展。     

三车道有管理元胞自动机交通流模型的研究

在三车道元胞自动机交通流模型的基础上,将第1车道规定为超车道,对超车道上车辆换道进行管理,提出了一种三车道有管理元胞自动机交通流模型.并分析了车辆减速概率、换道概率对交通流的影响,结果表明,对超车道上车辆进行管理,并没有改变系统的交通流特性,而是增加车辆驾驶的安全性.     

弯道动力学模型及能耗的研究

基于元胞自动机Nagel-Schreckenberg交通流模型(简称NaSch模型),提出了元胞自动机弯道模型和含弯道交通流的能耗公式,对弯道交通流的能耗进行研究.通过计算机数值模拟,研究了具有不同曲率半径、不同弧长和不同摩擦系数的弯道对能耗的影响.模拟结果显示,弯道曲率半径、弧长、摩擦系数对交通流能耗的影响都很大.     

元胞自动机交通流混合模型的研究

在一维元胞自动机交通流NS模型、FI模型和VDR模型的基础上,考虑不同车辆的驾驶员具有其个性的驾驶方式和习惯,具体表现在不同的驾驶员采用适合于自己行车规则的交通流模型在道路上驾车行驶,从而分别对道路上不同车辆的驾驶员按NS模型和FI模型、NS模型和VDR模型、FI模型和VDR模型的混合驾驶进行了研究和讨论。结果表明,FI-VDR的混合模型更能反映道路畅通、车流增大及描述交通流的复杂非线性现象。     

考虑前车效应的一维元胞自动机混合交通流模型研究

针对以往一维元胞自动机交通流模型中急刹车的问题,考虑了混合交通流中两个连续车辆之间的速度差以及加速行为差异,基于慢启动规则提出了一个新的元胞自动机交通流模型,减速幅度大小及慢化概率与速度差相关.通过计算机数值模拟,从基本图中分析发现大型车辆占比对于系统的道路占有率临界值与最大平均流量影响显著,并且新模型提高了中高密度区域的流量;得出的时空图及速度统计表明新模型可以抑制阻塞的形成,延缓了完全静止阻塞现象的发生,使得小集团阻塞稳定存在于系统中并提高了交通系统的稳定性.     

基于CA的复杂槽形铣刀片规则梯度热源温度场分析

根据铣刀片的边界条件,结合元胞自动机理论、传热学理论、切削理论,建立铣刀片前刀面规则梯度热源的元胞自动机模型。采用VC＋＋与MATLAB混合编程对算法进行可视化仿真,得到基于元胞自动机算法的铣刀片温度场。为直接重构铣刀片三维槽形打下基础。     

基于元胞自动机的环形交叉口通行能力分析

为了描述环形交叉口交织区交通流运行态势的复杂性和不稳定性,采用微观元胞自动机模型模拟交织区的车流运行规律。首先基于环形交叉口圆环形结构和车流流向,建立六边形元胞空间替代传统矩形元胞空间以及定义多值元胞状态,进而提出基于改进间隙接受理论的元胞规则分析交叉口交织区通行能力,最后利用Matlab编程进行数值模拟仿真。仿真结果表明：所建立的六边形元胞空间能够有效地模拟交织区交通流运行;改进的元胞规则能够准确地描述交织区的通行能力波动性和变化曲线,为环形交叉口信号控制和协调优化提供基本依据。     

基于元胞自动机的微博舆情传播研究

采用元胞自动机理论进行微博舆情传播的研究,设计微博元胞自动机模型结构,包括元胞状态、元胞空间、元胞邻域和演变规则。在微博舆情的倾向度演化中,定义了坚定性系数与影响系数,在不同的坚定性系数和影响系数分布下,进行了倾向度演化实验与分析。同时,对影响力较大的微博在倾向度演化中的作用,以及多邻域分布下倾向度的演化进行了研究。       

基于元胞自动机的交通流分析

结合元胞自动机的理论,对车辆运行建立了交通流数学模型.通过C++软件描述了运行车辆除超车之外靠右行规则下,交通流量随换道概率变化的情况;通过Matlab软件进行仿真模拟,揭示了交通密度在右行规则控制下所形成的交通流的规律性.结果表明:在靠右行驶规则下,适当的转向概率和车速有利于交通流量的提升.     

一种元胞自动机规则的免疫自适应调节方法

典型的元胞自动机是按照一套确定的规则自主地随时间演进的,因此当系统环境改变时就需要由人工进行静态的调整、修正,效率低、对环境的适应能力差,这是制约元胞自动机应用的主要原因之一.本文针对二维元胞自动机提出了规则免疫学习的方法,实现了规则的自适应调节.实验表明,在简单情况下二维元胞自动机的规则获得了一定的环境适应能力.     

基于元胞自动机的开放型城市街区交通流模拟

科学合理的交通流疏导是衡量可持续性发展城市街区尤其是开放型街区紧凑度的重要考量因素,提出了一种从强度、连接性和复杂度3个方面建立开放型街区道路通行的指标体系,运用元胞自动机算法原理对交通流模拟进行优化。该算法根据交通规则和司机的行为倾向对NaSch模型的车辆行驶规则进行了改进,加入了交通灯、街区内部内行驶限制等规则,能够描述出交通堵塞的物理效应,准确地模拟出排队形成、排队消散和路口延迟等交通动力学特性。     

行车规则对十字路口交通流的影响

建立了由两个单车道构成的单个十字路口交通流模型,其中一条东向车道的车子最大速度为2,另一条北向车道的车子最大速度为1.在周期边界条件下,系统中的两条车道按无信号灯管制下并行更新,用元胞自动机确定性FI模型进行了模拟.模拟的结果表明:东向车道上车子的流量分布分为三种情况;和文献\[8\]相比,流量分布更为复杂;可见,模型中不同的行车规则对十字路口交通流有着重要影响.     

基于元胞机的大型机械构件生产车间柔性调度求解

运用元胞自动机求解大型机械构件生产车间柔性调度问题.根据大型机械构件生产车间作业 调度的特点, 建立基于由工位元胞、缓存元胞、工件粒子及自组织演化规则即作业调度规则构成的 元胞自动机的柔性调度仿真模型.演化规则包括工位选择规则、工件排序规则和任务触发规则.设 计各规则的程序图, 通过算例说明模型的演化过程中元胞及粒子的状态属性值的变化过程.以某大 型燃气轮机部件生产车间为背景, 通过仿真模型求解某月镗铣区的作业调度方案, 比较现实方案, 验证元胞机在求解大型机械构件生产车间柔性调度问题中的有效性.     

基于元胞自动机的字符图像平滑

建立了字符平滑的元胞自动机模型,用于处理字符图像中常见的黑白噪声,通过分析元胞自动机的局部转换函数,编写了相应的演化规则和算法,最后利用MATLAB编程分别对不同的含黑白噪声图像进行了处理,平滑效果良好,并与传统中值滤波方法进行比较,说明将元胞自动机用于字符图像平滑是一种非常有效的方法,同时元胞自动机适合并行计算,该方法也为图像处理的VLSI电路实现提供了一种新的途径.     

基于元胞自动机的同构无线传感网络生命周期仿真与分析

提出一种基于元胞自动机理论的同构无线传感网络生命周期仿真模型.在分析传感器网络主要属性、部署方式、能量消耗模型、拓扑结构与通信以及休眠/唤醒机制等因素的基础上,该模型首先给出了同构无线传感网络的元胞自动机表示方法,然后定义了同构无线传感网络动态演化过程中的能量更新规则和状态更新规则.试验表明,该模型能够对同构无线传感网络的整个生命周期内传感器状态变化、网络覆盖与拓扑变化以及网络的运行周期进行有效仿真.     

轨迹分析与元胞自动机在土地利用动态模拟中的应用

元胞自动机模型是一种时间、空间、状态都离散,空间上相互作用及时间上因果关系皆局部的网络动力学模型.在该类模型研究中,经常将其与其他类型模型相结合使用,以提高模拟有效性.轨迹分析是一种可用来分析时序动态变化的新方法.本文在总结、分析元胞自动机与轨迹分析模型各自特点的基础上,探讨了两者在土地利用动态变化研究中联合应用的可能性,为以后建立基于轨迹分析与元胞自动机的土地利用动态模型奠定理论基础.通过对天津滨海新区土地利用变化进行初步模拟,证实了该理论的可行性.     

元胞自动机与计算机模拟

元胞自动机是时间和空间都离散、物理参量只取有限数值集的物理系统的理想化模型,在该系统中每个元胞都具有其内在状态,并由有限数量的信息位组成。近年来,元胞自动机模型应用于各个领域,特别在计算机模拟中取得了较大进展。本文将从介绍元胞自动机理论入手,探讨元胞自动机技术应用于计算机模拟。     

基于模糊元胞自动机的复杂图案,纹理生成实现

结合模糊规则和元胞自动机的机理,分析了模糊元胞自动要的基本原理,根据元胞自动机的不同构形,提出多种模糊元胞自动机演化规则,并根据这些基本规则,分别用３邻元,５邻元以及９邻元进行元胞状态更新,生成了多颜色,复杂,漂亮的图 织物纹理,其结果在针织织物设计中意义重大。     

二维正则伊辛模型的元胞自动机模拟

提出一种研究伊辛(Ising)模型的元胞自动机演变规则:在二维正方格阵的每个格点上放置一个Ising自旋磁子,设定该系统中磁子的状态和演化规则.这样,就可以直观地显示伊辛模型的自发磁化演化过程,并且观察到二维正则伊辛模型的临界相变,得到了系统磁化率相图.文章描述的方法丰富了元胞自动机模型研究伊辛模型的演化规则,得到了较好的结果,并为三维伊辛模型的仿真计算打下基础.     

元胞自动机与计算机模拟

元胞自动机是时间和空间都离散、物理参量只取有限数值集的物理系统的理想化模型，在该系统中每个元胞都具有其内在状态，并由有限数量的信息位组成：近年来，元胞自动机模型应用于各个领域，特别在计算机模拟中取得了较大进展。本文将从介绍元胞自动机理论入手，探讨元胞自动机技术应用于计算机模拟。