一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法技术

本发明专利技术公开了一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法，包括选取模拟动物：选取模拟人群流动与疏散的实验动物；建立相似准则：分析所选取实验动物和人体形态特征，确定特征长度和相似比例；搭建实验场景模型：根据相似准则，设计搭建实验设施；确定水层高度：解决模拟动物层叠行动的问题。本发明专利技术的有益效果是：斑马鱼从感官、反应、行为等多方面特征与人类颇为类似，在应急疏散模拟中能够更好地反应人类的群体行为规律；基于特征尺寸分析建立的相似准则，使得模型的设计更为合理，更具可比性；利用水生动物生存空间的特点，能够有效克服动物模拟人群疏散中的“层叠”现象。

An experimental method of using zebrafish to simulate human flow

【技术实现步骤摘要】
一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法
本专利技术涉及一种实验方法，具体为一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法，属于公共安全与应急管理

技术介绍
随着城市化的快速发展，大规模人群流动和疏散成为公共安全和应急管理的重大问题和研究热点。人群疏散理论建模困难，数值模拟可靠性不确定，实验一直是重要的研究手段，包括组织真实人群的演练实验和动物模拟仿真实验。传统的疏散实验主要以人为实验对象，在公共安全研究领域广为应用，即“疏散演习”活动。具体操作方法也有大量的先例可循，不仅在科研领域，国内外几乎任何一个小学、初中、高中都应该有过不止一次的“火灾演习”、“地震演习”、“毒气泄漏疏散演习”等等。但该方法存在明显不足：参与演练的人员在疏散演习实验全过程中，难以避免地知晓真实情况的，即“这只是个演习”，将对该演习实验的还原度造成根本性影响。例如在真实的突发灾难场景中，根据各种易于获取的受灾场景回放来看，受灾的人群是惊慌的、无序的、乃至不知所措的，体现在其具体行为特征上，就是受灾人群往往以大于于平时的行走速度、远弱于平时的理智程度，朝向着个人自己想象中的、与真实情况往往有很大偏差的“出口方向”，作较混乱的运动。反观“疏散演习”中的情况，由于人群主观上是知晓此次疏散的真实目的的，便导致人群缺乏真实的危机感与恐慌感，从而导致疏散演习中，人群的心理状况和行为特征跟真实灾难疏散时的状况有着巨大落差。对这一点，专业研究学者也有着清醒的认识，从而对疏散演习的可信度存在不同意见。因此，人们考虑用更多依赖本能的动物模拟应急状态下的人群行为，比较成功的是使用阿根廷蚁。但这种模拟动物存在一个显著问题，蚁类在密度较大的集群行动中经常发生层叠，也就是可以“踩”在别“人”头上行走，这是蚁群常见行为方式，但不符合人群行动特点，且显著影响疏散结果。事实上，现在使用的模拟动物大都绕不开这个问题，是动物模拟实验的技术瓶颈。而根据大量生物学科的研究人员所发表的成果，在一般情况下，斑马鱼在游动过程中对绝大部分需要规避的障碍物和需要作出反应的外加刺激的识别方式，都是视觉识别。斑马鱼的惊恐反射、逃避反射等这些在疏散模拟实验中必然会利用到的行为，都是来源于斑马鱼的视觉反应行为，与人类反应和行动的机理相似，且斑马鱼在学习与记忆能力方面也与人类有一定相似。在较短的时间内，如果对斑马鱼连续加以同种刺激，我们发现斑马鱼对该刺激所做出的反应烈度逐次递减。这一点与人类疏散过程中的现象基本吻合：若需令同一个人对持续发出的某种刺激作出相等强度的识别和反应，该刺激的强度必须随时间作类指数增长。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法，包括以下步骤：步骤一、选取模拟动物：选取模拟人群流动与疏散的实验动物；步骤二、建立相似准则：分析所选取实验动物和人体形态特征，确定特征长度和相似比例；步骤三、搭建实验场景模型：根据相似准则，设计搭建实验设施；步骤四、确定水层高度：解决模拟动物层叠行动的问题。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤一中，所选取的模拟实验动物为斑马鱼，且斑马鱼的身体长度尺寸在2厘米到4厘米之间，正常平行游动时竖直于地面的方向身体高度不超过1厘米。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤一中，所选取用于模拟实验的斑马鱼在非实验时间中只需要保持适宜的水温即可饲养。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤二中，建立相似准则包括以下步骤：(1)、以三维坐标系为基准定义所选取的模拟实验动物斑马鱼，取每条斑马鱼重心为坐标原点，鱼尾至头方向取作x轴正方向，水平面上垂直于x轴方向取作y轴方向，垂直于xy平面向上取作z轴正方向；(2)、以同样的方式定义人体。以立正站姿为基准，人体重心坐标原点，左肩至右方向取作x轴正方向，背后至胸前取作y轴正方向，由脚部至头部方向取作z轴正方向；其中，当选用斑马鱼作为实验对象进行模型搭建时，需要利用特征长度将斑马鱼的尺寸和人的尺寸进行统一，斑马鱼的体型参数特征值：x方向4cm，y方向0.5cm，人体的几何参数特征值：x方向50cm，y方向20cm，并且在二维运动，z轴方向上的特征长度不计。作为本专利技术进一步的方案：通过所述特征尺寸分析，定义个体运动的影响域：指在二维平面内，斑马鱼或人体绕其水平面内中心z轴进行旋转，鱼身或人体所掠过的平面空间范围；相当于以个体中心为圆心，在水平面内以最大特征尺度为直径所划出的圆形区域，该最大特征尺度称为个体运动影响半径；其中，在个体运动影响域及影响半径的定义下，可以计算用斑马鱼模拟人体的几何尺度相似比例为4cm/50cm＝0.08。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤三中，在搭建实验设施时，以长方体鱼缸模拟常见的大规模人群密集场所，并根据相似准则确定实验模型尺寸。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤四中，在确定水层高度时，将水面控制在1cm。本专利技术的有益效果是：该使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法设计合理，斑马鱼从感官、反应、行为等多方面特征与人类颇为类似，在应急疏散模拟中能够更好地反应人类的群体行为规律；基于特征尺寸分析建立的相似准则，使得模型的设计更为合理，更具可比性；利用水生动物生存空间的特点，能够有效克服动物模拟人群疏散中的“层叠”现象。附图说明图1为本专利技术流程结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法，包括以下步骤：步骤一、选取模拟动物：选取模拟人群流动与疏散的实验动物；步骤二、建立相似准则：分析所选取实验动物和人体形态特征，确定特征长度和相似比例；步骤三、搭建实验场景模型：根据相似准则，设计搭建实验设施；步骤四、确定水层高度：解决模拟动物层叠行动的问题。进一步的，在本专利技术实施例中，所述步骤一中，所选取的模拟实验动物为斑马鱼，且斑马鱼的身体长度尺寸在2厘米到4厘米之间，正常平行游动时竖直于地面的方向身体高度不超过1厘米，身体尺寸合适，适合于开展实验室研究，一次使用大量斑马鱼进行实验时所需要的活动面积不会太大，又可以较容易地观察和锁定每一条参与实验的斑马鱼，便于图像的采集记录及后期的数据分析。进一步的，在本专利技术实施例中，所述步骤一中，所选取用于模拟实验的斑马鱼在非实验时间中只需要保持适宜的水温即可饲养，从实验准备的角度来看，使用斑马鱼进行模拟实验的实现难度和实现成本都相对较低，斑马鱼相对其他模拟动物更易于获取、更易于维护，且饲养斑马鱼所需要的条件也并不苛刻，也为开展大量工况模拟实验提供了可行条件。进一步的，在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤一、选取模拟动物：选取模拟人群流动与疏散的实验动物；/n步骤二、建立相似准则：分析所选取实验动物和人体形态特征，确定特征长度和相似比例；/n步骤三、搭建实验场景模型：根据相似准则，设计搭建实验设施；/n步骤四、确定水层高度：解决模拟动物层叠行动的问题。/n

【技术特征摘要】
1.一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、选取模拟动物：选取模拟人群流动与疏散的实验动物；
步骤二、建立相似准则：分析所选取实验动物和人体形态特征，确定特征长度和相似比例；
步骤三、搭建实验场景模型：根据相似准则，设计搭建实验设施；
步骤四、确定水层高度：解决模拟动物层叠行动的问题。


2.根据权利要求1所述的一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法，其特征在于：所述步骤一中，所选取的模拟实验动物为斑马鱼，且斑马鱼的身体长度尺寸在2厘米到4厘米之间，正常平行游动时竖直于地面的方向身体高度不超过1厘米。


3.根据权利要求1所述的一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法，其特征在于：所述步骤一中，所选取用于模拟实验的斑马鱼在非实验时间中只需要保持适宜的水温即可饲养。


4.根据权利要求1所述的一种使用斑马鱼模拟人群流动的实验方法，其特征在于：所述步骤二中，建立相似准则包括以下步骤：
(1)、以三维坐标系为基准定义所选取的模拟实验动物斑马鱼，取每条斑马鱼重心为坐标原点，鱼尾至头方向取作x轴正方向，水平面上垂直于x轴方向取作y轴方向，垂直于xy平面向上取作z轴正方向；
(2)、以同样的方式定义人体。以立正站姿为基准，人体重心坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：周睿，方乐，邓哲明，韩一铭，诸葛弘亮，陈景明，王瀚达，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11