[發(fā)明專利]一種基于個(gè)體模式的魚類運(yùn)動(dòng)與空間分布模擬方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610975295.3
• 申請(qǐng)日: 2016-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN106611079B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳求穩(wěn);林育青;胡柳明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 32204 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于個(gè)體模式的魚類運(yùn)動(dòng)與空間分布模擬方法及系統(tǒng)，其基于魚類的生態(tài)行為，構(gòu)建魚類動(dòng)態(tài)空間顯式模型，通過(guò)與水環(huán)境模型耦合，模擬魚類個(gè)體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，獲得魚群的時(shí)空動(dòng)態(tài)分布。本發(fā)明在構(gòu)建模擬模型的過(guò)程中，考慮模型參數(shù)的易獲得性和參數(shù)的實(shí)際生態(tài)學(xué)意義，彌補(bǔ)基于個(gè)體魚類模型“各自為政”的散亂局面，具有普適性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及魚類模擬，尤其涉及一種基于個(gè)體模式的魚類運(yùn)動(dòng)與空間分布模擬方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

魚類是水生態(tài)系統(tǒng)的重要指示性物種，其生理生態(tài)行為具有高度復(fù)雜性和非線性。傳統(tǒng)的模擬采用空間集總式模型，在模擬過(guò)程中將種群豐度或生物量作為靜態(tài)變量考慮，并僅以極少的狀態(tài)參數(shù)來(lái)描述生物種群內(nèi)部和種群間的相互作用，對(duì)種群動(dòng)態(tài)的模擬非常有限。

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和空間數(shù)據(jù)采集能力的進(jìn)步，基于個(gè)體的模型快速發(fā)展。基于個(gè)體模式的魚類運(yùn)動(dòng)模型能夠克服傳統(tǒng)集總式模型的缺點(diǎn)，在系統(tǒng)變量、時(shí)間域和空間域上離散，以個(gè)體為對(duì)象，用數(shù)學(xué)物理方程定量描述個(gè)體的特征如年齡、尺寸的變化以及其行為如運(yùn)動(dòng)、捕食和逃避等，研究其時(shí)間演變和空間運(yùn)動(dòng)，從而獲得系統(tǒng)的時(shí)空格局。類似于流體力學(xué)中的拉格朗日方法。這種模式已經(jīng)日益廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)的定量研究。例如，McDermot模擬了多種魚類在Mendota湖十年的種群動(dòng)態(tài)，并嘗試給出了加拿大白鮭突然死亡的解釋。又如，基于個(gè)體的鮭魚模型，用來(lái)預(yù)測(cè)河流中鮭魚的棲息地分布情況，得出了鮭魚運(yùn)動(dòng)的自我控制過(guò)程，幼魚時(shí)期密度依賴的死亡率、生長(zhǎng)率以及不同年齡層的鮭魚對(duì)棲息地的選擇。基于個(gè)體魚類模型的發(fā)展除了解釋生態(tài)現(xiàn)象和模擬生態(tài)過(guò)程外，對(duì)現(xiàn)代漁業(yè)也產(chǎn)生了積極的影響。

基于個(gè)體魚類模型雖然應(yīng)用廣泛，但是只是為了解決特定問(wèn)題而建立模型。不同研究者建立的模型各不相同，模型之間缺乏共同性，無(wú)法進(jìn)行結(jié)果或者結(jié)構(gòu)的比較，這使得基于個(gè)體魚類模型的發(fā)展離普適性模型還有一段距離。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種基于個(gè)體模式的魚類運(yùn)動(dòng)與空間分布模擬方法及系統(tǒng)，普適于不同種群的魚類模擬，其通過(guò)魚類個(gè)體的運(yùn)動(dòng)模擬，可以得到各個(gè)時(shí)間段魚類的空間分布、死亡率等，對(duì)現(xiàn)代漁業(yè)產(chǎn)生了積極的影響。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的基于個(gè)體模式的魚類運(yùn)動(dòng)與空間分布模擬方法包括步驟：

(1)獲取魚類個(gè)體所生活的水環(huán)境區(qū)域，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其中每個(gè)網(wǎng)格都被賦予水深和流速；

(2)從預(yù)設(shè)的魚類不同生命階段—喜好流速范圍映射表中查找魚類個(gè)體當(dāng)前的生命階段對(duì)應(yīng)的喜好流速范圍；

(3)獲取魚類個(gè)體當(dāng)前所在網(wǎng)格的水流流向，并判斷若魚類個(gè)體在預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)按照水流流向的逆方向運(yùn)動(dòng)，是否能達(dá)到流速為魚類喜好流速范圍內(nèi)的網(wǎng)格；若是，則將魚類個(gè)體模擬運(yùn)動(dòng)至該網(wǎng)格，若否，則執(zhí)行步驟(4)；

(4)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)格的流速和魚類個(gè)體的趨流率從預(yù)設(shè)的游動(dòng)方向表中查找出魚類個(gè)體的游動(dòng)方向，并判斷若魚類個(gè)體在預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)按照查找的方向運(yùn)動(dòng)，是否能達(dá)到流速為魚類喜好流速范圍內(nèi)的網(wǎng)格；若是，則將魚類個(gè)體模擬運(yùn)動(dòng)至該網(wǎng)格，若否，則執(zhí)行步驟(5)；

(5)將魚類個(gè)體模擬運(yùn)動(dòng)至最近可滿足生存要求的網(wǎng)格；

(6)返回(3)進(jìn)行循環(huán)判斷和運(yùn)動(dòng)，到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)刻時(shí)，停止模擬魚類個(gè)體運(yùn)動(dòng)，得到當(dāng)前魚類個(gè)體的運(yùn)動(dòng)位置；

(7)匯總眾多魚類個(gè)體各個(gè)時(shí)刻的位置，得到魚群的時(shí)空動(dòng)態(tài)分布。

進(jìn)一步的，該方法還包括步驟：

若網(wǎng)格水域所容納的生物量超過(guò)了網(wǎng)格水域的生態(tài)承載力，則將魚類個(gè)體的運(yùn)動(dòng)方向排除掉該網(wǎng)格水域；

若魚類個(gè)體所在網(wǎng)格水域所容納的生物量超過(guò)了網(wǎng)格水域的生態(tài)承載力，則將魚類個(gè)體隨機(jī)概率的向外運(yùn)動(dòng)重新尋找流速為魚類喜好流速范圍內(nèi)的網(wǎng)格或標(biāo)記為死亡并停止運(yùn)動(dòng)模擬。