A cellular automata models of evolution of transportation networks

• Autorzy: Topa P. , Paszkowski M.

Warianty tytułu

PL

Modele ewolucji sieci transportowej wykorzystujące automat komórkowy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

We present a new approach to modelling of transportation networks. Supply of resources and their influence on the evolution of the consuming environment is a principal problem considered. We present two concepts, which are based on cellular automata paradigm. In the first model SCAMAN (Simple Cellular Automata Model of Anastomosing Network), the system is represented by a 2D mesh of elementary cells. The rules of interaction between them are introduced for modelling of the waterflow and other phenomena connected with anastomosing river. Due to limitations of SCAMAN model, we introduce a supplementary model. The MANGraCA (Model of Anastomosing Network with Graph of Cellular Automata) model beside the classical mesh of automata, introduces an additional structure: the graph of cellular automata, which represents the network pattern. Finally we discuss the prospective applications of the models. The concepts of future implementation are also presented.

PL

Prezentujemy nową koncepcją modelowania sieci transportowych. Głównym, rozważanym przez nas problemem jest dostarczanie zasobów do konsumującego je środowiska oraz ich wpływ na jego ewolucję. Proponujemy dwie koncepcje oparte na paradygmacie automatów komórkowych (Cellular Automata). W pierwszym z proponowanych modeli, nazwanym SCA­MAN (Simple Cellular Automata Model of Anastomosing Network), system jest reprezentowany przez klasyczną dwuwymiarową siatką automatów. Zdefiniowane zostały reguły interakcji między automatami w celu modelowania przepływu wody oraz innych zjawisk związanych z rzekami anastomozującymi. Ograniczenia modelu SCAMAN spowodowały, że zdefiniowaliśmy drugi model. W modelu MANGraCA (Model of Anastomosing Network with Graph of Cellular Automata) oprócz klasycznej siatki automatów wprowadzona została dodatkowa struktura: graf automatów komórkowych, który reprezentuje wzór sieci rzecznej. Przedyskutowane zostały możliwości przyszłych zastosowań proponowanych modeli oraz koncepcje ich implementacji.

Słowa kluczowe

EN

cellular automata; transportation network; anastomosing network

PL

automat komórkowy; sieci transportowe; sieci anastomozujące

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Science
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 4
• Strony: 7--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Topa P.

• Institute of Computer Sciences, University of Mining and Metallurgy, Cracow

autor

Paszkowski M.

• Institute of Geological Sciences (Cracow Research Centre)
• Polish Academy of Sciences, Cracow

Bibliografia

• [1] Helbing D., Henmann H.J., Schreckenberg M., Wolf D. (eds): TraJJic and granular flow'99. Berlin, Springer 2000
• [2] Yang H., Bell M.G.H.: Model and algorithms for mad network desing: a review and some new developments. Transportation Reviews, 18, 1998, 257-278
• [3] Schrijnen P.M.: Infrastructure networks and red green patterns in city regions. Landscape and Urban Planing, 48, 2000, 191-204
• [4] Manna S.S.: Branched tree structures: from polymers to river network. Physica A, 1998, 254
• [5] Banavar J.R., Maritan A., Rinaldo A.: Size and form in efficient transportation networks. Nature, 339, May 1999, 130-132
• [6] Dodds P.S., Rothman D.H.: Geometry of river networks I: Scaling, fluctations, and deviatons. Phys. Rev. E, January 2001, http://segovia.mit.edu.
• [7] Rodriguez-Iturbe I., Rinaldo A.: Fractal River Basins. Chance and Self-Organizations. Cambridge, Cambridge University Press 1997
• [8] Makaske B.: Anastomosing Rivers: Forms, Pmcesses and Sediments. The Royal Dutch Geographical Society, Faculty of Geographical Sciences University of Utrecht 1998
• [9] Gradziński R., Baryła J., Danowski W., Doktor M., Gmur D., Gradziński M., Kędzior A., Paszkowski M., Soja R., Zieliński T., Żurek S.: Anastomosing System of the Upper Narew River, NE. Poland. Annales Societatis Geologorum Poloniae, 70, 2000, 219-229
• [10] Jones L.S., Schumm S.A.: Causes of avulsion: an overview. Int. Ass. Sediment. Spec. Publ, 28, 1999, 171-178
• [11] Carmeliet P.J.: Angiogenesis in cancer and other diseases. Nature 407, September 2000, 249-257
• [12] Yancopoulos G.D., Davis S., Gale N.W., Rudge J.S., Wiegand S.K., Holash J.: Vascular- specific gmwth factors and blood vessel formation. Nature, 407, September 2000, 242-248
• [13] Mandelbrot B.: The Fractal Geometry of Nature. New York, W.H. Freeman and Co. 1982
• [14] Wolfram S.: Two-dimensional cellular automata. Journal of Statistical Physics, 38, 5-6, March 1985, 901-946
• [15] Topa R: River flows modelled by cellular automata. [In:] Bubak M., Mościński J., Noga M. (eds), Proceedings of The First Worldwide SGI Users' Conference, Kraków, Poland, October 2000, Academic Computer Centre - CYFRONET
• [16] Di Gregorio S., Serra R.: An empirical method for modelling and simulating some complex macmscopoc phenomena by cellular automata. Future Generation Computer Systems, 16, 1999, 259-271
• [17] Miyamoto H. Sasaki S.: Simulating lava flows by an improved Cellular Automata method. Computers & Geosciences, 23, 3, 1997, 283-292
• [18] Masselot A., Chopard B.: Celular automata modelling of snow transport by wind. [In:] Dongarra J., Madsen K., Wasniewski J. (eds), Applied Parallel Computing: computation in physics, chemistry and engineering sciences: PARA'95: Proceedings, vol. 1041 of Lecture Notes in Computer Sciences, Berlin, Springer 1996, 408-418
• [19] Chopard B., Droz M.: Cellular Automata model for heat conduction in fluid. Phys. Lett. A, 126, 1996
• [20] Chopard B., Dupuis A., Luthi R: A Cellular Automata for urban traffic and its aplication to the city of Geneva. [In:] Schreckenberg M., Wolf D.E. (eds), Proceedings of Traffic and Granular Flow'97, Springer-Verlag 1998, 153-168
• [21] Bubak M., Czerwiński P.: Traffic simulation using cellualar automata and continous model. Computer Physics Communications, 121-122, 1999, 395-98
• [22] Caldareli G., Giacometti A., Maritan A., Rodriguez-Iturbe I., Rinaldo G.: Cellular models for River Networks. Submitted to Water Resource Research, 2001
• [23] Kramer S., Marde M.: Evolution of river networks. Phys. Rev. Lett., 68, 1992, 205-209
• [24] Marder S.P.: Nonlinear models of river networks. Austin, University of Texas, 1993 (Ph.D. thesis)
• [25] Dzwinel W, Alda W., Kitowski J., Yuen D.A.: Using discrete particles as a natural solver in simulating multiple-scale phenomena. Molecular Simulation, 25, 2000, 361-385
• [26] Spezzano G., Talia D.: Programming cellular automata algorithms on parallel computers. Future Generations Computer Systems, 16, 2-3, Dec. 1999, 203-216