基于元胞自动机模型的沙堆稳定模型建立
一种基于OpenGL的三维元胞自动机模型
一种基于OpenGL的三维元胞自动机模型
许林;郭洪民;杨湘杰
【期刊名称】《计算机工程与科学》
【年(卷),期】2005(027)010
【摘要】本文以Visual C++为编译平台,运用OpenGL图形函数库建立了一种三维元胞自动机模型.该模型具备了经典元胞自动机的基本特征,因此可以根据需要进行扩展.文中运用该模型进行了简化的枝晶生长模拟,并与二维的模拟结果进行比较,验证了该模型的正确性.
【总页数】3页(P85-86,89)
【作者】许林;郭洪民;杨湘杰
【作者单位】南昌大学机电工程学院,江西,南昌,330029;南昌大学材料科学与工程学院,江西,南昌,330047;南昌大学机电工程学院,江西,南昌,330029
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.一种基于OpenGL的渐开线齿轮三维几何模型构建方法 [J], 王永超
2.一种基于OpenGL的三维模型转化方法 [J], 朱长德;叶钦媚
3.基于OpenGL的三维图形应用程序中的一种空间曲线绘制方法 [J], 田鑫;张方
4.一种基于OpenGL光纤陀螺测斜仪的井眼轨迹三维可视化方法 [J], 郑颖;史晓锋
5.一种基于LabWindows/CVI和OpenGL的六自由度机械手三维建模的方法 [J], 伍文伟;朱志杰;伍良伟
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基于元胞自动机模型的土地利用变化模拟以大连经济技术开发区为例
研究方法
3、参数设置：根据研究目的和前人研究成果，设置模型参数，如邻域半径、 转换规则等。
研究方法
4、模拟分析：运用元胞自动机模型对大连经济技术开发区的土地利用变化进 行模拟，并分析模拟结果。
结果与讨论
结果与讨论
通过对大连经济技术开发区的土地利用变化数据进行模拟分析，我们发现以 下规律：
结果与讨论
基于元胞自动机模型的土地利 用变化模拟——以大连经济技
术开发区为例
01 引言
03 研究方法 05 结论与展望
目录
02 文献综述 04 结果与讨论
引言
引言
土地利用变化研究对城市规划和自然资源管理具有重要意义。了解土地利用 变化的过程和机制，有助于我们预测未来发展趋势，为政策制定提供科学依据。 元胞自动机模型作为一种复杂的空间动力学模型，能够模拟系统中多个要素之间 的相互作用，适用于土地利用变化研究。本次演示以大连经济技术开发区为例， 运用元胞自动机模型对土地利用变化进行模拟分析。
结论与展望
结论与展望
本次演示运用元胞自动机模型对大连经济技术开发区的土地利用变化进行了 模拟分析。结果表明，该地区的城市面积不断扩大，土地利用效率得到提高，但 同时也给生态环境带来了一定的影响。
结论与展望
未来研究方向包括：（1）进一步优化元胞自动机模型，提高模拟精度；（2） 考虑多要素相互作用，如人口、政策等对土地利用变化的影响；（3）探讨如何 在保护生态环境的前提下实现可持续的土地利用。此外，本研究也存在一定的局 限性，例如数据来源和处理方式可能存在误差，未来研究可以加以改进。
1、城市扩张：随着时间的推移，大连经济技术开发区的城市面积不断扩大， 部分农业用地和生态用地转化为建设用地。
结果与讨论
元胞自动机沙堆matlab代码
一、介绍元胞自动机及其在沙堆模拟中的应用元胞自动机（Cellular Automaton）是一种由一些简单的规则控制的离散计算模型。
它由一个二维或三维的规则阵列、一组在这个阵列上移动的“元胞”以及一组确定元胞状态变化的规则组成。
元胞自动机最早由数学家约翰·冯·诺伊曼提出，后来由斯蒂芬·沃尔夫勒姆等人进行了大量的研究和应用。
在沙堆模拟中，元胞自动机可以用来模拟沙堆的堆积和坍塌过程。
沙堆模型是一个简单而又重要的研究对象，在物理学和复杂系统中有着广泛的应用。
通过元胞自动机模拟沙堆的行为，可以观察到沙堆中颗粒的运动规律、堆积形态和临界状态等重要现象。
二、沙堆模型的基本原理沙堆模型的基本原理是将一定数量的颗粒投放到一个局部平坦的表面上，通过不断的增加颗粒数目，观察颗粒的堆积和坍塌过程。
在这个过程中，一些稳定的结构和现象会逐渐显现出来。
通过模拟沙堆的行为，可以研究出现这些结构和现象的规律，并且揭示出复杂系统中的一些普遍规律。
三、元胞自动机沙堆模拟的基本原理元胞自动机沙堆模拟的基本原理是将沙堆表面分割成一个个的格子，每个格子就是一个元胞。
在元胞自动机模拟中，每个元胞有一个状态变量表示其高度，而且每个元胞的状态都受到相邻元胞状态的影响。
通过设定适当的规则，可以模拟出沙堆颗粒的堆积和坍塌过程。
四、元胞自动机沙堆模拟的matlab代码```matlab创建一个10x10的元胞数组cells = zeros(10,10);设置沙堆初始高度为5cells(5,5) = 5;模拟沙堆的坍塌过程for i = 1:100遍历每个元胞for x = 1:10for y = 1:10如果当前元胞高度大于3，则进行坍塌if cells(x,y) > 3当前元胞高度减4cells(x,y) = cells(x,y) - 4;上方元胞高度加1if x > 1cells(x-1,y) = cells(x-1,y) + 1;end下方元胞高度加1if x < 10cells(x+1,y) = cells(x+1,y) + 1;end左方元胞高度加1if y > 1cells(x,y-1) = cells(x,y-1) + 1;end右方元胞高度加1if y < 10cells(x,y+1) = cells(x,y+1) + 1;endendendendend输出模拟结果cells```以上是一个简单的用matlab实现的元胞自动机沙堆模拟代码。
自组织过程的随机元胞自动机模拟
收稿日期: 1995-11-04. 李才伟, 男, 1957 年生, 副教授; 武汉, 华中理工大学机械科学与工程学院( 430074) . * 国家 863 高技术计划( 智能机主题) 资助项目( 863-306-05-09-2A ) .
第 9 期 李才伟等: 自组织过程的随机元胞自动机模 拟 6 5
当然也可以在正方形的 CA 的四周边 ( 而不 是在圆周) 上随机释放自由粒子, 这时长出的 DL A 分形近似方形. 还可在底线上放满种子, 从 顶线上释放自由粒子, 并将向心概率改为向底概 率, 长出的 DL A 分形形如荆丛. 3. 2 M PDA 的随机 CA 模型
在此, 认为 MP DA 是比 DL A 更接近真实过 程的一种分形凝聚模型, DL A 实际上可以看成是 对粒子浓度非常低的 M 而且在达到临界状态后, 一次崩塌时状 态值发生改变的元胞个数和掉落台外的沙粒数的 时间序列确实近似于 1/ f 噪声.
3 分形凝聚
自组织与混沌过程的结果往往是一些分形形 态, 它 们在自然界中 是普遍存 在的. 1981 年 T . A. Witt en 等人提出的扩散限制凝聚 ( Dif fusionL imited A g greg at ion, 以下 简称为 DL A ) 模型[ 6] 及 1984 年 R. F . Voss 提出的多粒子扩散凝聚 ( M ulti-P article Dif fusio n Agg regat io n, 以下简称
图 1 粒子的随机扩散( 50×50 网格) 上排—单组分系统; 下排—四 组分系统
2 沙堆崩塌
沙堆 ( sandpile) 作为一个经典模型, 常被用 来研究自组织临界现象. 1990 年 G. A . Held 等 人设计了一台精密装置, 对沙堆崩塌进行了仔细 的实验研究[ 4] . P . Bak 等人曾用 CA 模拟过沙堆 崩塌[ 5] , 但使用的是一种确定性的演化规则, 与物
《基于空间细化元胞自动机的行人疏散建模与仿真》范文
《基于空间细化元胞自动机的行人疏散建模与仿真》篇一一、引言随着城市化进程的加速，大型公共场所如商场、体育场馆、地铁站等人员密集区域的安全问题日益突出。
行人疏散模拟是评估这些场所安全性的重要手段之一。
本文旨在介绍一种基于空间细化元胞自动机的行人疏散建模与仿真方法，通过对元胞自动机模型进行空间细化处理，提高模型精度，以更真实地反映行人疏散过程。
二、空间细化元胞自动机模型元胞自动机是一种模拟空间和时间演化的模型，通过定义元胞的状态和转换规则来模拟复杂系统的行为。
在行人疏散建模中，元胞通常代表空间中的一个小区域，每个元胞具有特定的状态，如空闲、占用等。
本文所提的空间细化元胞自动机模型，在传统元胞自动机模型的基础上进行了空间细化处理。
具体而言，通过对空间进行更细致的划分，使得每个元胞的大小和形状更接近于真实场景中的空间布局。
这样，模型可以更准确地描述行人在不同空间环境下的行为和决策过程。
三、建模过程1. 定义模型参数：包括元胞大小、形状、数量以及行人的基本属性（如速度、视野范围等）。
2. 构建空间网络：根据实际场景的空间布局，构建元胞自动机模型的空间网络。
3. 设定转换规则：根据行人的行为特征和决策过程，设定元胞状态转换的规则。
例如，当某个元胞被行人占用时，其状态从空闲变为占用；当行人离开该元胞时，其状态重新变为空闲。
4. 初始化模型：将行人和元胞的状态进行初始化，设定初始时刻的场景状态。
5. 模拟疏散过程：根据设定的转换规则和时间步长，逐步模拟行人的疏散过程。
四、仿真实验与结果分析为了验证空间细化元胞自动机模型在行人疏散建模与仿真中的有效性，我们进行了仿真实验。
实验场景为一个大型公共场所，具有复杂的空间布局和多种出口。
我们将空间细化元胞自动机模型应用于该场景，并与其他模型进行了对比。
仿真结果表明，空间细化元胞自动机模型能够更真实地反映行人疏散过程。
在模拟过程中，我们观察到行人在不同空间环境下的行为和决策过程得到了较好的体现，尤其是在拥挤区域的疏散过程中，模型的准确性得到了进一步提高。
基于元胞自动机模型的城市土地利用变化模拟_刘毅
（ ） １
β θ ｎ 烆 其中 ： 指该驱动因子对土地利用变化的约束力 大 μ
β θ １ 烄 β θ ２ ］ ０， １ ． θ ｉ ∈ ［ μ＝烅 ， …
本模型通过对遥感影像的解译， 获得不同历史 时期 的 土 地 利 用 、 交 通 路 网 等 空 间 信 息。 然 后 以 对研究区域进行网格划分并量化 Ｃ Ｇ Ｉ Ｓ 为平台 ， Ａ 模型驱 动 力 。 再 运 用 Ｌ ａ ｔ ｉ ｎ超立方采样和 Ｍ ｏ ｎ ｔ ｅ 分别以 Ｔ Ｃ ａ ｒ ｌ ｏ 随机采样 ， １ 为基准年 、 Ｔ ２ 为预测年 、 ， 和以 Ｔ 为 基 准 年 为 预 测 年 率 定 模 型 参 数。 ２ Ｔ ３ 最后结合 ２ 组参 数 ， 规 划、 政 策 等 宏 观 发 展 信 息， 识 别参数与城 市 发 展 特 征 的 关 联 ， 制 定 情 景 方 案， 以 对 城 市 未 来 的 土 地 利 用 进 行 预 测。 Ｔ ｉ 年为基准年 ， 技术路线图见图 １。
／ １ ４ ２ ６ ７ ７ ７ ２ －基于ຫໍສະໝຸດ 胞自动机模型的城市土地利用变化模拟
刘 毅， 杨 晟， 陈吉宁 ， 曾思育
（ ） 清华大学 环境学院 ，北京 １ ０ ０ ０ ８ ４
摘 要 ：为 了 研 究 城 市 发 展 带 来 的 城 市 土 地 利 用 空 间 格 局 变化， 综合运用元胞自动机、 多维驱动力分析和情景分析方 法， 构建了城市土地利用变化模拟系统。建立了宏观、 中观 和微观３个尺度上的驱动力量化和耦合作用函数。通 过 识 别驱动力变化与城市空间发展特征的关联性， 解决了元胞 自动机模型参数的时间效应问题。结合情景 分 析 方 法， 确 定城市不同发展情景下的参数取值， 进而对未来城市土地 利 用 变 化 进 行 了 系 统 模 拟 。４ 种 预 测 情 景 的 用 地 总 量 分 别
沙堆模型综述
沙堆模型综述Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GTSandpile模型综述摘要：本文主要介绍了Repast仿真工具、论述了基于Repast建立的Sandpile仿真模型的原理以及对该模型在核裂变学科研究领域的典型应用进行了阐述。
关建字：Sandpile；repast；地震；电力系统；水华暴发水污染一、Repast仿真工具简介Repast（RecurslvePorousAgentSimulationToolkit）是芝加哥大学社会科学计算研究中心研制的多主体建模工具，它提供了一系列用以生成、运行、显示和收集数据的类库，并能对运行中的模型进行“快照”，记录某一时刻模型的当前状态，还可以生成模型运行过程中状态动态演化的视频资料。
Repast项目拟订了三个设计目标：使用方便、容易学习和容易扩展。
设计者通过让模拟软件的底层结构具备抽象性、可扩展性以及“良好”的表现来实现这些目标。
1．抽象性RePast的设计借鉴了很多别的主体建模软件，汲取了各个软件中最优秀的设计思想。
类库设计时充分应用了面向对象和设计模式的思想，因此RePast的整个类库的结构非常明晰优美。
类库提供了普通常用的底层抽象库（如安排时序、显示、数据收集等类库），类库还提供了一些用以建立表层元素的常用类。
这些类可直接使用，也可以根据需要继承和扩展。
与Swarm一样，Repast 还设计了一些关键的抽象数据结构，其中一些结构直接模仿了Swarm，如时序表等。
2．可扩展性关键数据结构的抽象设计让Repast具备了可扩展的能力。
为了充分从Swarm的抽象结构中获得方便，Repast继承了Swarm时间测试的设计方法，这对于提高其扩展性十分有利。
此外，Repast还引人了设计模式中的一些经典抽象结构，使得其扩展性得到进一步的提高。
如用设计模式中的综合模式实现时序的安排机制（时序表对象和各种行为类），由于这种综合模式允许终端用户在建模编程时，能够对单独行为和复合行为进行统一编码处理，因此模型中的时序安排机制便变得很清晰直观，且易于扩展。
基于元胞自动机的土石坝溃决模拟
第２９卷第７期２ ０ １ １年７月水 电 能 源 科 学Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ＰｏｗｅｒＶｏｌ．２９Ｎｏ．７Ｊｕｌ．２ ０ １ １文章编号：１０００－７７０９（２０１１）０７－００５３－０４基于元胞自动机的土石坝溃决模拟王占军１，朱 杰２，袁 辉１，刘火箭１（１．南京水利科学研究院，江苏南京２１００２９；２．南京市水利规划设计院有限责任公司，江苏南京２１００１６）摘要：基于元胞自动机理论，结合土石坝实际状况，模拟了导致土石坝溃决的主要要素，建立了土石坝溃决演化模型，并以大洼水库为例，采用该模型模拟了漫顶溃决和渗流破坏引起的土石坝溃决。
结果表明，模拟结果与现场试验结果吻合较好。
关键词：土石坝；元胞自动机；溃决；模拟中图分类号：ＴＶ８；ＴＶ６４１；ＴＶ１３文献标志码：Ａ收稿日期：２０１０－１２－２４，修回日期：２０１１－０２－２８基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９０９０６６）作者简介：王占军（１９８６－），男，硕士研究生，研究方向为大坝安全，Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｈｒｉｗｚｊ＠１２６．ｃｏｍ 土石坝的溃坝模拟对土石坝失事后果的评估和灾害的最小化研究等具有非常重要的意义。
由于土石坝溃决机理复杂，目前主要通过溃坝物理模型试验和数值模拟进行研究。
但溃坝物理模型试验费用较高，且实施难度较大，因此数值模拟成为研究溃坝的主要方法。
数值模拟大致可分为基于参数和基于物理过程两种模拟类型，基于参数的模型主要有ＤＡＭＢＲＫ模型［１］和ＳＭＰＤＢＫ模型［２］，这类模型较简单，仅需输入一些关键参数，使用较方便，但未涉及溃坝机理，计算结果不够精确，仅适用于初步计算；基于物理过程的典型模型主要有ＢＥＥＤ模型［３］、ＢＲＥＡＣＨ模型［４］和ＢＲＥＳ模型［５］等，这类模型结构较复杂，能准确详细地模拟溃坝过程，但均受到当前对土石坝溃坝机理认识程度的限制。
元胞自动机（ＣＡ）是在随机初始条件下，通过构造数学规则来描述系统内部单元间的自组织演化过程的一种建模方法。
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基于元胞自动机模型的沙堆稳定模型建立
摘要：
世界上任何一个有休闲海滩的地方，似乎都有人在海边建沙堡。
不可避免地，海浪的流入和涨潮侵蚀了沙堡。
然而，并非所有沙坑对波浪和潮汐的反应都是一
样的。
本文旨在通过建立数学模型来建立更稳定的沙堡。
为了保持沙堡基础在波浪和潮汐作用下的稳定性，从结构力学和流体力学的
知识出发，有必要尽可能减轻水流对地基的影响，减少地基砂的损失，保证地基
的稳定。
受鱼流线的启发，基座是由四分之一椭圆曲线和旋转180°的抛物线组成
的半旋转结构。
建立了半旋转体D0的最大半径、四分之一椭圆的半长轴LE、抛
物线的水平投影长度LR、地基的总长度L和冲击力与地基体积的比值之间的函数
关系。
采用最优模型求解地基的最小冲击力与体积比D0= 0.22L，LE＝0.63L，LR= 0.37 L，是最佳的三维砂土地基模型。
利用元胞自动机模拟砂土地基的形成过程，对砂地基模型进行优化，以两个
砂桩的塌陷间隔长度为指标，测量砂桩基础的稳定性；从而确定了雨作用下沙基
基础最稳定的三维形状。
关键词：流线结构、元胞自动机模型
一、问题分析
我们针对海浪和潮汐对沙堆基础的影响分析中，我们主要考虑了来自侧向的
水流冲击力对基础的影响，此时保持沙堆基础稳定性的一大主要因素是沙堆水平
方向上的粘接力，如果将沙堆基础视为一个整体，那么基础整体与沙滩的水平向
摩擦力保持了沙堆基础的稳定性。
而雨水对于沙堆的作用力主要表现垂直方向上
的冲击力，如果将沙堆基础视为一个整体，那么沙滩对沙堆垂直向上方向的支持
力作为保持沙堆基础稳定性的主要因素。
由受力结构分析，第一问所建立的模型
为流线型结构，对雨水垂直向下的的作用有一定缓解作用，但显然不是抵抗雨水
的最优结构。
我们对上述模型进行优化，假设沙堆基础受到每一滴雨水的性质相同，那么
基础结构仍为半旋体结构，为了方便分析我们对沙堆基础的侧面进行分析。
二、模型建立
我们这里使用元胞自动机对沙堆模型进行模拟，从上至下掉落的沙粒将使沙
堆不断堆积，当达到一定的临界高度后沙堆即发生崩塌，我们认为崩塌后的沙堆
基础本身是一个比较稳定的结构，而两次崩塌之间的时间间隔的长度也就代表了
沙堆基础的稳定型结构。
假设元胞个体的堆积和崩塌的最微小的运动都发生在一个 4×4 的单元块内，每次将一个 4×4 的元胞块做统一处理。
这个小单元的划分方式是：在每个周期，单元
区域分别向右和向下移动一格，在所有周期中循环这一过程，得到两次崩塌时间
间隔最长的模型。
我们假设雨水的性质都是相同的，因此抵抗雨水的最优沙基模型应为上述最稳定
模型绕中心竖轴旋转过后所形成的三维图形。
三、模型分析：
利用元胞自动机模拟砂堡基础的形成过程，计算两个坍塌时间，确定最稳定
的砂基模型。
根据以上分析，我们将该模式的优缺点总结如下：
优点：根据相关公式和规律对问题进行了仿真分析，证明了模型的有效性；利用MATLAB软件对砂桩模型进行仿真，生动地展示了砂桩的形成过程；模型通过合
理的假设和简化，使复杂的Sandburg稳定性问题易于分析，并通过一定的计算得到了一些具有指导意义的结论。
缺点：我们的模型忽略了潮汐周期、温度等多种环境因素的影响，着重分析了沙堡本身的性质，
由于影响Sandburg稳定性因素的复杂性，虽然我们考虑了很多因素，但仍需进一步研究。
参考文献：
周晓峰。
元胞自动机沙堆模型的Matlab仿真[J]。
智库时代，2019（41）：195-196。