郭鵬　邵浩松　郝新月　徐梓瀠　方涵

摘 要：本文探討海豚為了提高捕食的效率，彼此間相互合作，配合行動(dòng)追趕沙丁魚群時(shí)的運(yùn)動(dòng)行為。根據(jù)MATLAB仿真模型，動(dòng)態(tài)模型，交互模型，我們對(duì)海豚的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了深入研究。

關(guān)鍵詞：MATLAB仿真 交互模型 集群運(yùn)動(dòng) 動(dòng)態(tài)模型

圍捕策略和目標(biāo)攔截策略

一、問題分析

第一步，我們了解到海豚聲納的回聲機(jī)制。海豚使用回聲定位方法來判斷魚群的整體位置，在向魚群移動(dòng)的同時(shí)，沙丁魚群會(huì)聚成球形的形態(tài)。

第二步，在海豚追趕沙丁魚群的過程中，海豚會(huì)使用自身的超聲波準(zhǔn)確地知道沙丁魚群和自己同伴的準(zhǔn)確方位。假設(shè)有一頭海豚充當(dāng)“驅(qū)趕者”身份，其余海豚會(huì)充當(dāng)“障礙物”身份，“驅(qū)趕者”海豚會(huì)將四周的沙丁魚趕向障礙海豚所形成的包圍圈里，從而組成口袋型的包圍圈。然后驅(qū)趕者會(huì)將沙丁魚群慢慢趕進(jìn)包圍圈。

第三步，在海豚確定沙丁魚群中沙丁魚的數(shù)量夠多并且沙丁魚群無處可逃時(shí)，海豚團(tuán)體組成“口袋”的戰(zhàn)友就會(huì)迅速縮小包圍圈，這樣它就會(huì)乖乖成為“囊中之物”了。

二、模型建立與求解

模型一：圍捕策略和目標(biāo)攔截策略

模型二的建立

海豚接近沙丁魚群后，沙丁魚群包圍成一個(gè)完美的球形形態(tài)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，海豚們各司其職，進(jìn)行圍捕和目標(biāo)攔截當(dāng)沙丁魚群和海豚的距離較短時(shí)，海豚“追捕者”將沙丁魚群追趕至包圍圈的方向，并且將周圍較小的沙丁魚群也追趕至包圍圈中。這一階段我們研究沙丁魚群與海豚之間的交互模型和海豚團(tuán)體的圍捕策略和軌跡預(yù)測(cè)的目標(biāo)攔截模型。

當(dāng)沙丁魚群感知到海豚的威脅時(shí)，以完美的球形形態(tài)運(yùn)動(dòng)，并將沙丁魚群視為個(gè)體研究。

追捕者下一時(shí)刻的位置：

運(yùn)用MATLAB模擬，可得：

模型二： 交互模型。

模型三的建立

魚群中有一部分沙丁魚最先感知到海豚的存在，并以一定速率遠(yuǎn)離海豚.由于沙丁魚個(gè)體之間有運(yùn)動(dòng)聯(lián)系，靠近信息豐富者的個(gè)體會(huì)感知到鄰居的運(yùn)動(dòng)，會(huì)首先向信息豐富者靠攏，并使自身的運(yùn)動(dòng)向信息豐富者的運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)移，使更多的沙丁魚個(gè)體向遠(yuǎn)離海豚方向運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離海豚運(yùn)動(dòng)后，剩下的大部分離信息豐富較遠(yuǎn)的個(gè)體，由于必須向整體中心和平均方向靠攏的原則，所以這部分個(gè)體會(huì)先向整體靠近，然后感知到遠(yuǎn)離海豚運(yùn)動(dòng)的鄰居，接著使自己的位置和速度方向向遠(yuǎn)離海豚方向轉(zhuǎn)移。信息豐富者速度不能太快，否則，就不能達(dá)到帶動(dòng)群體的效果，以最大速度的1/8作為信息豐富者的速度。

當(dāng)然魚群的這種群體活動(dòng)在面對(duì)海豚個(gè)體時(shí)是非常有利的，但是當(dāng)海豚是以海豚群包圍的模式出現(xiàn)在魚群面前時(shí)，遠(yuǎn)離海豚運(yùn)動(dòng)就是大部分魚跟著信息豐富者向海豚包圍圈的中心運(yùn)動(dòng)，當(dāng)魚群發(fā)現(xiàn)不對(duì)勁的時(shí)候已經(jīng)于事無補(bǔ)，海豚群迅速收縮將這群處于蒙圈狀態(tài)的魚群飽食在腹中。

信息豐富者下一時(shí)刻的位置：

（8）

參考文獻(xiàn)

[1] 趙建，曾建潮，魚群集群行為的建模與仿真，太原科技大學(xué)

[2] 班曉娟，寧淑榮，涂序彥，人工魚群高級(jí)自組織行為研究

[3] 王小紅，基于多Agent的人工魚群自組織行為研究，北京大學(xué)

[4] 陳世明，群集行為的建模與控制方法綜述，華東交通大學(xué)

作者簡(jiǎn)介：

郭鵬（1999-）男，河北省邢臺(tái)人，現(xiàn)為北華航天工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院在讀學(xué)生；

邵浩松（1997-）男，河北省石家莊人，現(xiàn)為北華航天工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院在讀學(xué)生；

郝新月（1998-）女，河北省唐山人，現(xiàn)為北華航天工業(yè)學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理系在讀學(xué)生；

徐梓瀠（1999-）女，江蘇省靖江人，現(xiàn)為北華航天工業(yè)學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理系在讀學(xué)生；

方涵（1999-）女，湖北省隨州人，現(xiàn)為北華航天工業(yè)學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理系在讀學(xué)生。