BULETINUL POMPIERILOR - IGSU

APLICAŢIILE AUTOMATELOR CELULARE ÎN STUDIULŞI SIMULAREA UNOR SITUAŢII DE URGENŢĂDr. ing. Ioana DOGARU – B & C Microsystems S.R.L., colaboratorextern U.P.B. –Facultatea de Electronică şi TelecomunicaţiiLocotenent colonel drd. ing. Cristian DAMIAN – I.G.S.USubject 20: The paper presents the main applications of cellular automates in the study and simulations ofemergency.În ultimii ani, în domeniile procesării şi utilizării informaţiei au avut loc deschideri tehnologice şievenimente cu implicaţii largi pentru acest domeniu de vârf. S-au obţinut progrese deosebite la nivel deconcept, dar au fost aplicate şi în practică unele cercetări mai ales cele legate de realizarea unor calculatoaremoleculare şi biomoleculare. Au apărut o serie de idei noi privind apariţia "vieţii artificiale", ca un domeniu desine stătător al ştiinţei şi tehnologiei. Rolul important al acestor descoperiri ştiinţifice l-a jucat şi automatulcelular (AC), o aplicaţie pe cât de simplă, pe atât de deosebită a calculatorului. Automatul celular a stat la bazaapariţiei calculatorului neuronal, a algoritmilor genetici şi în final la un cuplaj complex şi controversat deoamenii de ştiinţă numit «viaţa artificială».Automate celulare. Concepte fundamentaleAutomatul celular este o construcţie abstractă, cu proprietăţi complexe şi de multe ori greu accesibile. Unautomat celular este de fapt un algoritm numeric care constă dintr-o reţea de celule a căror stări pot lua diferitevalori, evoluând în timp în concordanţă cu o lege fixă, bine definită. După tipul de reţea ele pot fi:unidimensionale (1-D), bidimensionale (2-D) sau tridimensionale (3-D). Studiul comportării automatelorcelulare este util în caracterizarea diferitelor procese naturale, cum ar fi reacţii chimice neliniare, tranzacţii defază, creşterea dendritică a cristalelor, evoluţia galaxiilor, structura spaţială a fluidelor turbulenţe.Automatele celulare pot rezolva probleme ştiinţifice, deoarece ele tind să capteze elementele esenţiale alesistemului în care comportamentul global este rezultatul cumulării interacţiunilor la nivelul componentelorsimple. Automatele celulare pot oferi un mediu de implementare al aplicaţiilor, studiind fenomene complexe,bazate pe folosirea discretă a timpului şi spaţiului. Ele sunt implicit paralele, de aceea se mapează foarte bine pecomputere paralele.Trăsăturile fundamentale ale automatelor celulare sunt singularitatea şi omogenitatea. Unitateacomputaţională de bază a unui automat celular este celula. Aceasta este un sistem dinamic non-linear. Dinamicacelulelor poate fi continuă în timp – şi în acest caz, e descrisă matematic prin ecuaţii diferenţiale ordinare, saudiscrete în timp şi în acest caz dinamica e descrisă de o ecuaţie diferenţială. Dinamica ieşirii unui automatcelular discret în timp este bazată pe o sumă ponderată a tuturor ieşirilor celulelor învecinate, la un momentanterior. Vecinătatea este reprezentată printr-un set de valori, iar un indice unic se alege pentru a identificacelulele vecine dintr-o vecinătate specificată.O astfel de celulă se numeşte autonomă atâta timp cât nici o intrare nu-i modifică dinamica. În condiţiileîn care excitaţia de la intrare şi starea iniţială se menţin nemodificate, dinamica celulelor poate fi influenţatăsemnificativ de valorile luate de anumiţi parametri.În definirea unui sistem celular este foarte important să definim clar domeniul de variaţie al variabilelorde stare şi de ieşire. Celula poate fi definită ca un sistem dinamic discret în timp sau ca o tabelă de tranziţii, unset de reguli locale, ultimele două moduri de abordare fiind specifice formalismelor automatelor celulare. Estefoarte important să se stabilească modul în care celulele interacţionează cu vecinii, descriind condiţiile defrontieră. Alegerea acestor condiţii poate influenţa dinamica sistemului celular, de aceea acestea trebuie bineprecizate de la început. Există două variante:- folosirea unor condiţii de frontieră periodice;171