脑控技术在鸽群运动中的应用研究
发布时间：2021-08-30 14:47
生物群体在空间的大规模集群运动是自然界的神奇现象之一。鸟群作为空中集群的典型代表,其集群飞行的内在机制广受关注,是交叉学科前沿的热点问题之一。鸽子具有良好的归巢和负重等能力,存在规律的集群运动现象,是集群运动现象研究过程中理想的实验对象。现有的家鸽集群研究大多是依靠对自然状态下鸽群的飞行数据进行记录和分析,尚未有对实验对象加入人为可控参数进行研究的方法。本文针对通过人工可控参数研究鸽子集群运动现象的空白,提出了利用鸽子脑控技术在鸽子集群运动中引入人工可控参数的方法,细化方法的关键步骤,并验证其可行性。首先通过对鸽群自由飞行的详细时空数据进行方向相关分析,得到鸽群的领导-跟随层级关系,并从中选取处于领导层级的鸽子;然后利用鸽子脑控技术将其改造成运动诱导鸽,设计调控流程并进行引入运动诱导鸽的鸽群飞行实验,对上述方法步骤完成验证。论文首先优化了鸽子背载模块。新模块体积更小（30.0mm*30.0mm*15.0mm）、重量更轻（12.5g）,易于家鸽背负。新模块的采样率从1Hz提高到了5Hz,大大提高了记录飞行轨迹的时空分辨率,有利于鸽群层级关系的分析。新模块采用了我国拥有自主知识产权的北斗模...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自然界集群运动现象
通过水下观察资料表明，鱼群在不断运动过程中，鱼群的整体空间结构会发生各种变化，如密集球状、沙漏状、中空包围状、爆炸式扩散等，如图1.2。例如当鲜鱼遭受捕食者进攻时，它们便形成了密集球状，捕食者便会因此选择放弃或者只是进攻了鱼团中分散的单个个体。通过对这些现象的大量观察提出，鱼类集群是一种自组织社会行为。在鱼群集群运动过程中，整个群体是“领导者”，单个个体是“跟随者”，个体随整体而动，看似鱼群整体前端位置的个体担任领导作用，其实不多久，“领导的地位”就会被其他个体代替，因而实际上，鱼群不存在 “领头羊”。这种现象被称为自组织现象，还有很多学者对该现象进行了研究和概述[47]。图 1. 2 鱼群遇到外来者时的动态形态图[46]最后，详细介绍与本文直接相关的鸟类集群运动现象的研究过程。对于鸟类集群飞行的研究
Ballerini等人[59]利用计算机视觉技术记录了椋鸟群的飞行，如图1.3，通过对其运动数据的统计分析得出结论：椋鸟的相互作用距离不是参考简单的空间距离，而是一种拓扑距离，即每只椋鸟仅与若干固定数量的邻居相互作用，该结论很好地解释了椋鸟之间的相互作用机制。图 1. 3 典型的椋鸟群及其 3D 重建[59]图1.3(a)和(b)是椋鸟群的照片，两张照片分别由相距25米的两台不同相机同时拍摄所得。(c-f) 从四个不同的角度对椋鸟群进行3D重建。在3D模型中重建椋鸟群时，左边每只鸟的图像与右边相应鸟的图像相匹配，红色小方块表示五对匹配的椋鸟。其中(d)为与(b)相同的角度重建的椋鸟群。
【参考文献】：
期刊论文
[1]昆虫飞行能力研究进展[J]. 刘莎,吕召云,高欢欢,翟一凡,刘倩,杨普云,李萍,郑礼,李强,于毅. 环境昆虫学报. 2018(05)
[2]仿生机器人研究现状与发展方向分析[J]. 刘冬梅. 时代农机. 2018(07)
[3]集群运动:唯像描述与动力学机制[J]. 李耕,狄增如,韩战钢. 复杂系统与复杂性科学. 2016(02)
[4]仿生机器人技术发展概况[J]. 王颖,王硕. 高科技与产业化. 2016(05)
[5]普氏原羚集群的群体决策过程[J]. 尤文远,石建斌,路飞英,董世魁,李晓文,张子慧. 兽类学报. 2013(04)
[6]鱼类集群行为的研究进展[J]. 周应祺,王军,钱卫国,曹道梅,张仲秋,柳玲飞. 上海海洋大学学报. 2013(05)
[7]电刺激家鸽中脑诱导运动的初步研究[J]. 董满收,蔡雷,王浩,戴振东,王文波. 生物学杂志. 2012(04)
[8]电刺激大壁虎中脑诱发相反方向脊柱侧弯的研究[J]. 王文波,范佳,蔡雷,戴振东. 四川动物. 2011(04)
[9]电刺激大壁虎（Gekko gecko）中脑诱导转向运动的研究[J]. 王文波,戴振东,郭策,谭华,蔡雷,孙久荣. 自然科学进展. 2008(09)
[10]蚂蚁的化学通讯[J]. 尚玉昌. 生物学通报. 2006(06)
博士论文
[1]蚂蚁群体运动规律的实验与模拟研究[D]. 王姝洁.中国科学技术大学 2016
[2]鸽子运动脑区探索及其自由清醒状态的运动诱导研究[D]. 蔡雷.南京航空航天大学 2014
硕士论文
[1]基于预编程的鸽子机器人户外飞行调控研究[D]. 李俊杰.南京航空航天大学 2017
[2]鸽子机器人户外飞行调控工具的开发与应用[D]. 邵静丹.南京航空航天大学 2014
本文编号：3372977
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自然界集群运动现象
通过水下观察资料表明，鱼群在不断运动过程中，鱼群的整体空间结构会发生各种变化，如密集球状、沙漏状、中空包围状、爆炸式扩散等，如图1.2。例如当鲜鱼遭受捕食者进攻时，它们便形成了密集球状，捕食者便会因此选择放弃或者只是进攻了鱼团中分散的单个个体。通过对这些现象的大量观察提出，鱼类集群是一种自组织社会行为。在鱼群集群运动过程中，整个群体是“领导者”，单个个体是“跟随者”，个体随整体而动，看似鱼群整体前端位置的个体担任领导作用，其实不多久，“领导的地位”就会被其他个体代替，因而实际上，鱼群不存在 “领头羊”。这种现象被称为自组织现象，还有很多学者对该现象进行了研究和概述[47]。图 1. 2 鱼群遇到外来者时的动态形态图[46]最后，详细介绍与本文直接相关的鸟类集群运动现象的研究过程。对于鸟类集群飞行的研究
Ballerini等人[59]利用计算机视觉技术记录了椋鸟群的飞行，如图1.3，通过对其运动数据的统计分析得出结论：椋鸟的相互作用距离不是参考简单的空间距离，而是一种拓扑距离，即每只椋鸟仅与若干固定数量的邻居相互作用，该结论很好地解释了椋鸟之间的相互作用机制。图 1. 3 典型的椋鸟群及其 3D 重建[59]图1.3(a)和(b)是椋鸟群的照片，两张照片分别由相距25米的两台不同相机同时拍摄所得。(c-f) 从四个不同的角度对椋鸟群进行3D重建。在3D模型中重建椋鸟群时，左边每只鸟的图像与右边相应鸟的图像相匹配，红色小方块表示五对匹配的椋鸟。其中(d)为与(b)相同的角度重建的椋鸟群。
【参考文献】：
期刊论文
[1]昆虫飞行能力研究进展[J]. 刘莎,吕召云,高欢欢,翟一凡,刘倩,杨普云,李萍,郑礼,李强,于毅. 环境昆虫学报. 2018(05)
[2]仿生机器人研究现状与发展方向分析[J]. 刘冬梅. 时代农机. 2018(07)
[3]集群运动:唯像描述与动力学机制[J]. 李耕,狄增如,韩战钢. 复杂系统与复杂性科学. 2016(02)
[4]仿生机器人技术发展概况[J]. 王颖,王硕. 高科技与产业化. 2016(05)
[5]普氏原羚集群的群体决策过程[J]. 尤文远,石建斌,路飞英,董世魁,李晓文,张子慧. 兽类学报. 2013(04)
[6]鱼类集群行为的研究进展[J]. 周应祺,王军,钱卫国,曹道梅,张仲秋,柳玲飞. 上海海洋大学学报. 2013(05)
[7]电刺激家鸽中脑诱导运动的初步研究[J]. 董满收,蔡雷,王浩,戴振东,王文波. 生物学杂志. 2012(04)
[8]电刺激大壁虎中脑诱发相反方向脊柱侧弯的研究[J]. 王文波,范佳,蔡雷,戴振东. 四川动物. 2011(04)
[9]电刺激大壁虎（Gekko gecko）中脑诱导转向运动的研究[J]. 王文波,戴振东,郭策,谭华,蔡雷,孙久荣. 自然科学进展. 2008(09)
[10]蚂蚁的化学通讯[J]. 尚玉昌. 生物学通报. 2006(06)
博士论文
[1]蚂蚁群体运动规律的实验与模拟研究[D]. 王姝洁.中国科学技术大学 2016
[2]鸽子运动脑区探索及其自由清醒状态的运动诱导研究[D]. 蔡雷.南京航空航天大学 2014
硕士论文
[1]基于预编程的鸽子机器人户外飞行调控研究[D]. 李俊杰.南京航空航天大学 2017
[2]鸽子机器人户外飞行调控工具的开发与应用[D]. 邵静丹.南京航空航天大学 2014
本文编号：3372977
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