元胞自动机模型在森林景观生态规划中的应用

元胞自动机是有时空特征的离散型动力学模型,具有模拟复杂系统时空演化过程的能力,对于有空间特征的森林空间结构模拟及景观生态规划具有极大的应用价值。运用GIS描述和处理静态空间信息,元胞自动机模型(CA)则为动态的模型,CA与GIS集成将极大促进GIS对森林景观过程的模拟能力。文章论述了用元胞自动机模型进行森林景观生态规划的基本构想。     

基于元胞自动机的林火蔓延时空演变研究

以林火蔓延时空演变过程的计算机模拟为研究目的,提出一种 GIS空间分析功能和元胞自动机模拟功能相结合的林火蔓延模拟方法.探讨影响林火蔓延的因素,将林火蔓延影响因子概括为土壤特性、可燃物特性、气象因子、地形因子和地理阻隔因素;分析林火蔓延模型,选取毛贤敏的王正非修正模型进行模拟;结合元胞自动机和GIS空间分析技术,对元胞属性赋值;根据林火蔓延的特点,设置元胞的状态;利用元胞扩散算法对元胞扩散过程进行模拟;最后,开发了一个原型系统,对林火蔓延的时空演变过程进行展示.结合 GIS空间分析功能和元胞自动机技术能够较好地对林火的时空演变过程进行模拟.     

基于元胞自动机与智能体的水污染可视化模拟仿真

【目的】建立水污染可视化扩散模型,以刻画水污染突发事件的复杂性及满足其应急决策平台对可视化的需求。【方法】构建基于元胞自动机和智能体的三维水污染可视化扩散模型,用元胞自动机刻画研究区流域及所在区域地形,并从元胞空间、元胞状态、演化规则方面扩展普通元胞自动机模型,应用水质Agent描述流域中携带污染物的水体,在此基础上结合3S技术充分展现污染物的扩散运移过程,并将文中模型在渭河宝鸡段水污染事件中进行实例应用。【结果】基于元胞自动机和智能体的三维水污染可视化扩散模型充分展现了流域水污染扩散模拟现象的动态性、复杂性、非线性特点。模型在渭河宝鸡段水污染事件中的应用表明,静态水面元胞层和水下元胞层以及动态水质Agent的结合,简化了污染物在水面及水下不同的扩散运移现象,所建模型合理、可靠,能有效预测及模拟污染物的运移扩散过程;同时利用3S技术对流域空间信息进行了展示分析,满足突发水污染事件应急平台对事件模拟高效率、可视化的要求。【结论】所建模型可以为突发水污染事件提供一种预测和模拟方法。     

基于规则学习的林火蔓延元胞自动机模型

由于元胞自动机模型本质上的自组织特性与林火行为很接近,近年来基于元胞自动机的林火蔓延模型引起了广泛的关注.典型的元胞自动机是按照确定的映射规则自主地随时间演进的.当环境发生变化的时候规则需要由人工静态地进行调整、修正,因此效率低、对环境变化的适应能力差,模型的可移植性也不令人满意.这是基于CA的林火蔓延模型难以推广的主要原因之一.本文提出了一种应用人工免疫机制对元胞自动机规则进行自适应调节的方法,并在此基础上建立了一个林火蔓延实验模型.仿真实验表明经过规则学习,该模型具有了一定的火线形状的自纠正能力.     

高压脉冲电场处理果蔬元胞自动机模拟研究

研究旨在利用具有时空特征的元胞自动机动力学模型对高压脉冲电场处理的果蔬介质进行仿真,模拟果蔬介质计算过程,为高压脉冲电场技术在果蔬保鲜、干燥以及杀菌中的应用提供理论依据。在考虑高压脉冲电场处理果蔬产生细胞电击穿现象以及电击穿原理的基础上,通过元胞空间、状态和规则的制定,构建了元胞自动机果蔬介质击穿模型。结果表明,该试验的模拟结果符合高压脉冲处理果蔬介质的击穿特征,与实际情况对比拟合度高,误差较小。利用元胞自动机仿真高压脉冲电场处理果蔬介质模型,反映了果蔬介质的击穿过程,有利于高压脉冲电场技术在果蔬领域的应用及推广。     

基于元胞自动机复合模型的村镇土地利用变化模拟

为向村镇土地利用规划和管理提供合理决策依据,开展村镇土地利用空间格局变化进行模拟研究。在元胞自动机模型基础上,引入马尔科夫模型和多标准评价方法,构建元胞转移数量规则及空间位置规则,从自然环境、社会经济与政策等3方面分析土地利用影响因子,构造元胞自动机复合模型;选取北京市房山区为研究区,以村镇为单元对其土地利用空间格局进行模拟。结果显示:房山区的耕地、林地面积不断减少,建设用地占用农用地现象突出;人口集中、农业资源丰富的平原区各村镇土地利用变化明显。研究表明,多标准评价方法使元胞转移空间位置有规律可循,并有效避免模拟结果中大量错误斑点的产生;以村镇为单元进行分析,模拟的结果更加精细和合理。     

集合种群理论研究的数学模型(专论)

集合种群理论是近二十几年发展起来的一种空间生态学理论框架,随着全球范围生境的破坏和破碎,集合种群研究已经成为当今国际生态学的研究前沿与热点,其理论模型为研究保护生物学提供重要技术支撑和理论基础.本文系统地阐述了集合种群理论的几种数学模型,包括Levins模型、斑块模型、元胞自动机模型、联合映射网格模型、概率转移模型和关联函数模型.各种模型有它们各自的侧重点和适用范围,Levins模型、元胞自动机模型、概率转移模型和关联函数模型忽略局域种群动态,斑块模型和联合映射网格模型考虑到局域种群动态;Levins模型和斑块模型只考虑了抽象的空间斑块,忽略了斑块的大小、位置以及斑块之间的距离等信息;元胞自动机模型和联合映射网格模型关注的是斑块之间的相对位置,考虑了生物个体的局部迁移;概率转移模型和关联函数模型考虑到了斑块的空间位置和斑块的大小.     

基于元胞自动机的生物质颗粒慢速热解模型

以数字矩阵作为元胞自动机的表现形式,以演化概率函数模拟反应速率系数,用元胞自动机模拟了生物质颗粒的慢速热解过程,并与微积分的方法作了对比。结果表明,元胞自动机能够逼真地模拟该过程,得到的热解曲线与微积分方法得到的结论一致,且和试验结果吻合;所提出的元胞自动机及其演化程序为进一步的深入研究提供了理论基础。     

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。     

基于GEOCA和GIS的土壤侵蚀空间演化模拟

传统的土壤侵蚀研究主要是运用水土流失通用方程,对研究区域的各种影响指标进行研究并取一定的数值,计算其侵蚀量.实际上,土壤侵蚀是1个影响因素众多,边界条件复杂的连续不间断的不确定过程.研究了用地理元胞自动机来模拟土壤侵蚀的原理、方法和工作流程,并在GIS技术支持下采用标准的Von.Neumann邻居定义,着重探讨元胞状态转化所遵循的规则和土壤侵蚀从1种强度到另1种强度这一微观动态变化过程,最终形成GeoCA-Soil Ero-sion系统.以重庆合川市为例,用元胞空间与研究区域相一致的地理元胞自动机模型,得出了重庆合川市土壤侵蚀等级图并分析了土壤侵蚀与其背景的空间关系.并运用ArcView软件作为开发平台与之集成,将这一过程可视化表达.     

城市景观格局分析与动态模拟方法研究简

从景观生态学的视角,探讨了城市景观格局的分析方法以及景观格局研究的尺度问题,并以元胞自动机模型为重点,讨论了城市景观变化定量模拟,以期为城市景观的生态规划和科学管理提供依据。     

基于元胞自动机的SA动态演化模型的构建

软件演化是指软件进行渐变并达到所希望形态的过程，是软件的基本属性。软件体系结构SA成为软件进行演化的重要依据和有效途径。SA动态演化已成为软件工程领域研究的热点，针对SA动态演化展开了相关研究工作。介绍了SA的基本概念及目前SA演化方面的研究，结合元胞自动机理论，建立了一个基于元胞自动机的SA动态演化模型。     

基于可控邻域作用元胞自动机模型的城市扩张模拟

提出了一种城市元胞自动机（CA）模型,使用二分Logistic回归从历史数据中挖掘位置特征变量对元胞状态转换的影响,引入邻域因子,实现了可控邻域作用。采用该模型对长沙市区及部分周边地区的城市扩张进程进行了模拟和预测,并对预测结果进行了评价。     

基于GIS和元胞自动机的土地利用/覆盖变化模拟——以滇西北香格里拉县为例

选取林地面积减少较为严重的滇西北香格里拉县为例,对研究区的土地利用变化驱动机制进行了分析,并集合GIS技术,尝试运用元胞自动机理论构建Loit模型对研究区的土地利用空间格局进行了模拟和预测.模拟的Kappa指数为0.79,表明CA模型在土地利用/覆盖变化的预测方面有巨大优势.     

一类细胞自动机的门限秘密共享方案

利用一维可逆线性记忆自动机的原理,提出了一种新的门限秘密共享方案。该方案以一维可逆线性记忆细胞自动机的原理为基础,利用中国剩余定理,将一个大秘密分解成若干子秘密;以二进制文本形式将这些子秘密分别作为k阶一维可逆线性记忆细胞自动机的k个初始配置之一,进化出秘密共享份额,通过其反向迭代功能恢复这些子秘密后进而重构大秘密。分析结果表明,该方案构建方法简单,易于实现,且在计算上是安全的。     

基于选择性随机减速的元胞自动机交通流模型

在一维元胞自动机交通流SDNS模型的基础上,建立了基于选择性随机减速的元胞自动机模型(Select-CA模型).驾驶员可根据与前车的间距变化选择不同的随机减速方式,并定义了不同随机减速方式的选择条件.通过计算机数值模拟发现,当减速方式可变时,模型模拟得到的交通流流量较大,且流量、速度和车辆比例与随机减速概率密切相关.与SDNS模型相比,Select-CA模型减少了车流的阻塞现象,提高了道路的通行能力.     

基于ANN-CA模型的滨海新区土地利用预测

利用遥感和地理信息系统技术获取1993～2008年滨海新区城市土地利用现状数据,基于Matlab 2008a,耦合地理信息系统、人工神经网络和地理元胞自动机,在黎夏等提出的ANN-CA模型基础上进行调整,模拟了滨海新区的土地利用变化趋势。该模型综合考虑了影响城市土地利用变化的社会、经济和自然3个层面的10个空间变量,并加入了不同的随机扰动项,进行模型训练和未来预测。研究表明,未来15年滨海新区仍将经历城市扩张的过程,大量的耕地、盐田等非城市用地将会转化为新兴的城市化地区,但扩张速度有所放缓,土地利用变化从规模型向效益型转变。