Date post: | 02-Jan-2016 |
Category: |
Documents |
Upload: | alan-brooks |
View: | 61 times |
Download: | 0 times |
Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava
Diplomová práce
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
LENKA PUSTĚJOVSKÁ, GM 560AUTORKA DIPLOMOVÉ PRÁCE
ING. DAVID VOJTEK, PH.D.VEDOUCÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE
Květen 2008
OBSAH PREZENTACE:
Úvod do problematiky Cíle diplomové práce Definice a historie celulárních automatů Charakteristiky celulárních automatů Využití celulárních automatů Datové zdroje Programové vybavení Kritéria ovlivňující stékání kapaliny po povrchu Navržený celulární automat Celkové zhodnocení
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
ÚVOD DO PROBLEMATIKY:
poznávání okolního světa
snaha zachytit realitu
příroda jako forma výpočtu
predikce a modelování různých situací pomocí celulárních automatů
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
CÍLE DIPLOMOVÉ PRÁCE:
seznámení s problematikou a historií celulárních automatů
zjištění pravidel a vstupů, které budou sloužit pro simulaci stékání kapaliny po zemském povrchu
příprava obecně fungujícího celulárního automatu pro modelování stékání kapaliny po reliéfu v programu ArcGIS
testování správnosti vytvořeného celulárního automatu
na uměle vytvořených datech na reálných datech
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
DEFINICE CELULÁRNÍCH AUTOMATŮ:
Celulární automat je matematický model fyzikálního systému, jehož prostor a čas jsou diskrétní, a fyzikální veličiny nabývají diskrétních hodnot z konečné množiny.
Vladimír Drábek
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
HISTORIE CELULÁRNÍCH AUTOMATŮ:
Průkopníci celulárních automatů:
John von Neumann Modelování sebereprodukce
Stanislaw Ulam Rozšíření von Neumannovy koncepce
John Horton Conway Game of Life
Stephen Wolfram Klasifikace chování 1D celulárního
automatu
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
Vstupní hodnoty:o živá buňka
o neživá buňka
Pravidla celulárního automatu:o buňka zůstane živá, jestliže má 2 nebo
3 sousedy živé, jinak umírá
o buňka oživne, pokud má 3 živé sousedy
Game of life
CHARAKTERISTIKA CELULÁRNÍCH AUTOMATŮ:
tvořeny elementárními buňkami (cell) se specifickou geometrií
jednorozměrná struktura dvourozměrná struktura třírozměrná struktura
každá buňka obsahuje proměnnou - omezena rozpětím hodnot
celulární automat se vyvíjí v diskrétních časových krocích
nová hodnota buňky závisí na její předchozí hodnotě a na předchozích hodnotách nejbližších sousedů
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
1D
2D 3D
VYUŽITÍ CELULÁRNÍCH AUTOMATŮ:
simulace v biologii
simulace v chemii
simulace v medicíně
simulace ve fyzice
simulace v dopravě
modelování různých sociologických dějů
zpracování a generování obrazu
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
DATOVÉ ZDROJE:
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
Digitální model území 1:25 000 (DMÚ 25) Vrstevnice → dmt
Testovací data Libovolně navržený terén v závislosti na
sledovaném pravidle
PROGRAMOVÉ VYBAVENÍ:
ArcGIS 9.2 příprava dat vytvoření celulárního automatu testování správnosti na odlišných datech
Python Scripter 1.9.5.0 vytváření skriptů
Poznámkový blok 5.1
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
KRITÉRIA STÉKÁNÍ KAPALINY PO ZEMSKÉM POVRCHU:
směr toku
vyplňování bezodtokých míst
rychlost toku
absorpce povrchu
teplota vzduchu
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
NAVRŽENÝ CELULÁRNÍ AUTOMAT:
model A příprava vstupních dat
model B_bez_BM model B bez bezodtokých míst slouží pro práci s hydrologicky
čistými daty model B_s_BM
model B s bezodtokými místy model se používá pro práci
s hydrologicky nevyčištěnými daty
skripty
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
MODEL A:
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
DMR
Výpočet odtoku a přítoku pro každou buňku
Výpočet hydrologicky čistého DMR
Výpočet odtoku a přítoku pro každou buňku
Doplňkové výpočty pro následnou analýzu (pro
model B_s_BM)
1
2
3
MODEL B (BEZ BEZODTOKÝCH MÍST):
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
Přítok (skutečný)
Výpočet šíření kapaliny od zdroje
Přiřazení informace o množství zdroje
Zdroj poloha
Stanovení výsledku
Výpočet nového zdroje
1
2
Zdroj množství
Oprava množství ve zdroji
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
STÉKÁNÍ KAPALINY PO RELIÉFU:Ukázkový příklad – terén bez bezodtokých míst
MODEL B (S BEZODTOKÝMI MÍSTY):
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
Přítok (skutečný)
Výpočet šíření kapaliny od zdroje
Přiřazení informace o množství zdroje
Zdroj poloha
Výpočet aktuálního objemu nad bezodtokými
oblastmi
Výpočet šíření kapaliny z bezodtokých oblastí
1
2Přítok
(vyrovnaný)
Výpočet nového zdroje Stanovení výsledku
35 4
Zdroj množství
Oprava množství ve zdroji
STÉKÁNÍ KAPALINY PO RELIÉFU:
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
Ukázkový příklad – terén s bezodtokými místy
CELKOVÉ ZHODNOCENÍ:
modelování reality není jednoduchá záležitost
nejasnosti při modelování
vytvořený celulární automat je zatím schopen modelovat pouze základní jevy
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu
ZDROJE DAT:
DRÁBEK, V.: Vlastnosti a použití binárních celulárních automatů. Habilitační práce, FEI VUT Brno, 1997, 80 stran.
HAWKINS, A., ROFF, D., GUNDRY, A.: Cellular Automata and Spatial Epidemics. 2005, [cit. 19. 10. 2007]. Dostupné na www:
<http://people.bath.ac.uk/amg24/ma10126/CellularAutomataAndSpatialEpidemics.pdf>
LI, J.: Cellular Automata. [cit. 19. 10. 2007]. Dostupné na www:
<http://www.control.hut.fi/Hyotyniemi/publications/04_report145/Chapter7.pdf>
SCHATTEN, A. [cit. 12. 2. 2008]. Dostupné na www:
<http://www.schatten.info/info/ca/ca.html>
TORRENTS, B.: Geosimulation. John Wiley & Sons, 2004, 287 stran.
[cit. 19. 10. 2007]. Dostupné na www: <http://en.wikipedia.org/wiki/Cellular_automata>
Implementace celulárních automatů při modelování stékání kapaliny po zemském povrchu