生物集群行为作用机理

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生物集群行为作用机理

自然界中社会性群居生物群体所展示出的集群行为中蕴涵着潜在的内部运行机理，群体智能是对生物个体遵循的简单行为规则并经由局部交互涌现出的群体智能现象的抽象。将已有生物群体行为研究成果与集群智能技术相结合，面向盐湖采卤及盐田监测的特定应用，依据集群智能原则及技术与采盐船-机器鱼群体的控制二者间的映射关系，结合“母船-鱼群”式混合型智能群体系统的特色，将既有的多机器鱼的协调协作控制中的相关研究成果进行拓展，通过建模、设计优化算法、仿真、实验验证等步骤制定出相应的协调控制策略，进而将其应用到目标系统的研究中。该思路的可行性和有效性还需要进一步进行验证。

察尔汗盐湖液体矿区地处高寒、缺氧、气候干燥的区域，生态环境脆弱，自然环境恶劣，让采盐船-机器鱼智能群体系统在湖区配合采盐船开采盐湖里汇集的以氯化物为主的钾、钠、镁、硼、锂等盐类矿产资源，就须制定出合理的协调合作控制策略实施保障。首先，基于自底向上分析方法将集群智能优化算法进行扩展并综合机器鱼运动学特性后作为采盐船-机器鱼群体的建模和分布式控制工具；然后，基于自上向下的综合方法及结合机器鱼单体进行控制算法与控制器的设计；最后，基于实验验证法检验采盐船-多机器鱼群体在盐湖环境中协同作业时的性能。 此处仅就采用“母船-鱼群”式混合型智能群体系统在盐湖环境中的联合采卤及盐田监测中的协调合作控制问题进行了初步的探讨，后续还有大量的研究工作。

文中基于集群智能技术与采盐船-机器鱼群体的控制二者间的映射关系，围绕面向盐湖采卤及盐田监测的采盐船-机器鱼群体间组合而成的“母船-鱼群”式的混合型智能群体系统体系结构及其协调合作控制问题，给出了机器鱼 3D 仿真平台的结构，设计了采盐船-机器鱼群体间协调合作控制的整体体系框架、算法、作业机制和策略；分析并讨论了“母船-鱼群”式混合型智能群体系统的可行性。 鉴于智能群体系统的实际应用兼具理论意义及社会效益，就为作者今后的研究工作指明了努力的方向。

分析、比较了以集群行为为研究对象的群体系统的主要动力学建模方法的特征异同，结合剖析智能个体与生物集群个体间的属性差异及协同行为机理的相似性，分别基于拉格朗日框架和欧拉框架构建了感知环境模型和三种不同的群体动力学模型，即感知环境的营养面模型、有限感知群体模型、全局感知指数型群体模型和全局感知互惠扩散群体模型。

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