gwr模型用什么做_Science:几万人的马拉松,起跑为什么不乱?用流体力学模型来解释!...
马拉松开赛前,一眼看望不到头的选手队伍
导语
马拉松比赛参与人数众多,往往有好几万人,它的起跑阶段是怎么做到秩序俨然的?以往人们通过多主体建模的方式来研究类似问题,而在近期的一篇 Science 文章中,研究者发现,人群运动竟然可以用流体力学来模拟。
马拉松起跑区为何井然有序?
一场马拉松比赛往往有上万人参加,可是道路不过几十米宽,如何让起跑时不拥挤呢?惯常的做法是,根据过往成绩,将参与者分为专业、精英、大众等多个等级,分组起跑。
如何减轻群体之间的相互影响,防止踩踏等恶性时间的发生呢?工作人员在每一方阵前组成人墙,随着工作人员组成的方阵边界前移,后面的参赛者走到前一方阵的场地。这样就可以有效控制每次起跑的人数。
马拉松开赛现场,起跑区有特殊节奏感
人群运动看起来非常有节奏感,但原因仅仅是工作人员的引导吗?
2019年1月,法国物理学家 Nicolas Bain 和 Denis Bartolo 在 Science 上发表了一篇论文,深入研究了马拉松起跑区的人群移动规律,提出了用流体来模拟人群运动的新方法。
论文原题:
Dynamic response and hydrodynamics of polarized crowds
论文地址:
https://science.sciencemag.org/content/363/6422/46
秩序背后:人群如水流
马拉松是一类特殊运动,每个人都朝着同一个方向运动,这与水流十分相似。
Bain 和 Bartolo 通过收集近年的大型马拉松赛事数据,观察到在比赛开始时,每组运动员在一排工作人员的引导下,按照一定的节奏走向起跑线,这种时快时慢的节奏,具有一定的周期性,就像流体一样,似乎在波动。
研究者选取马拉松的出发区域作为观察窗口,系统观察了4个不同赛事,将近15万名参赛者的移动。
2016年芝加哥马拉松起跑区域
图 B 是图 A 的局部放大,身穿黄背心的组织者引导运动员走向起跑区域,工作人员通过控制自己的速度,影响了整个方阵的速度和密度。而这种影响是以波的形式在人群中传播的,从方阵的开头传到方阵的结尾。
研究者把人群看作连续介质(continuum),忽略任何个体层面的行为或交互;用人群的局部密度和速度,表示人群的宏观运动,来研究人群是如何响应人墙的移动。
将人群运动抽象为介质波动
研究者测量了方阵的人群密度,发现所有方阵的平均密度惊人地相似,在不同种族之间也几乎没有变化(图1C)。然而,前方的边界运动会向整个方阵传播,影响整体的密度和速度。
速度波向后传播到整个方阵
之所以选择马拉松出发区域作为研究对象。首先是因为,马拉松的出发区域的形状十分规则,参赛者集中在200米长、20米宽的方形场地。其次,研究者也可以对比同个比赛的多年数据,并与其他比赛比较。最后,在这个过程中,参赛者需要依照工作人员的指示移动,这种移动是可以标准化的。
相比于以往更注重个体的研究,Bain 和 Bartolo 没有把重点放在个体身上,而是建立了一个针对人群整体的流体力学(hydrodynamics)模型,来分析马拉松参赛者的起跑数据。这种方法回避了关于群体运动的一些似是而非的假设,提供了构建集体行为的新框架。
群体运动模型变迁——从多主体到流体力学
社会性动物的集体行为,特别是协调的组织运动,是自然界最引人注目的现象之一。如果你曾经被成群结队的椋鸟或沙丁鱼吸引注意力,就会同意这个结论。
从理解社会行为的生物学基础,到改进算法、设计并控制机器智能,人们需要建立适当的模型,来解释现象、预测。而建立群体运动的预测模型有两种相反的策略。
一种是根据个体间的相互作用规律,即所谓多主体(multi-agent)建模,这是描述集体行为的主要范式。多主体方法曾在一些动物群体的分析上取得过成功,包括鸟群、鱼群、羊群和虫群。但是,决定人群运动的规则仍然没有找到。无论是实地勘测,还是实验室模拟,都没有发现人与人之间相互作用的稳定规律。
鱼群的涌现行为
多主体建模方法成果丰硕,但模型结果可以被接受不意味着模型就是正确的。多主体模型常常需要对动物行为做假设,而这些假设即使不错,也至少是过于简化的。近年来,一些研究人员试图通过测量真实的动物群体来获得更好的假设,但仅仅通过观察群体行为获取个体交互规则,是非常复杂的。
与其把一个群体看做是具有自身规则的个体的集合,不如把一个群体作为一个实体本身。群体的属性当然来自于个体之间的相互作用,但建立模型不需要知道所有具体属性的来源。
为了描述水的运动,我们不需要考虑水分子之间的相互作用,相反,我们可以用守恒定律宏观地研究水,并且用经验观察来约束它们。这种方法不能捕捉到水分子的行为,但如果目标是建立流体的动力学预测理论,那就足够了。
这就引出了预测群体运动的另一种方法——忽略了个体间相互作用,而直接描述生物群体的宏观运动规律。在 Bain 和 Bartolo 的这项研究中,将群体看做连续的流体,试图用流体力学模型来预测群体运动。
现有的流体力学理论,成功解释了微观运动群体中的斑图涌现机制,例如游动的细菌、细胞组织和合成的自推动颗粒。然而,流体力学方法的成果仅限于微观物体,这篇论文是应用在宏观的生物群体研究中一个尝试。
2016-2018年的芝加哥马拉松起跑时刻,模式很相似
而结果表明,这个流体力学模型的预测能力非常好:通过巴黎马拉松的速度波,就可以定量预测数月后的芝加哥和亚特兰大马拉松的方阵运动。
如何管理大型人群
通过这项研究,我们很容易得到这样的假设:引导方向 = 个体方向 = 起点方向。这种简化忽略了波动的方向性,但清晰地展现了密度和速度的刺激如何在人群中传播。
Bain 和 Bartolo 的模型可以应用于群体管理。人群运动建模对群体性事件的危险预防和电影工业中的视觉效果渲染都至关重要。
比如,在人群最前端进行引导,可以实现最优的信息传递;在两侧引导则效果不大。研究证明:引导人员必须向整个人群提供方向线索,想要通过局部信号,立刻改变极化人群的方向是不可能的。还可以通过边界信息,预测一定量的人群运动和停止所需时间。
除了这些预测以外,将人群看作连续统一体也有助于阐明:人群对大幅扰动的反应,以及从流体到无序杂乱的非晶态固体的转变。这两种情况下,群体动力学都很危险,容易发生踩踏事件。
每一次大型马拉松赛事,主办方都是提心吊胆,参赛者都谨小慎微,透彻认识人群运动的规律,安全问题就不用担心了。
参考文献
Bain, N., & Bartolo, D. (2019). Dynamic response and hydrodynamics of polarized crowds. Science, 363(6422), 46-49.
作者:Elena
编辑:杨清怡
gwr模型用什么做_Science:几万人的马拉松,起跑为什么不乱?用流体力学模型来解释!...相关推荐
- gwr模型用什么做_如何对好文章做信息处理,用好文章摘录模型
晚上跟李公子聊了一会,他刚写了一篇好文章摘录模型,通过幕布对长文章进行进一步处理,进行知识管理. 以前也写过类似的文章,用的最多的黄金三分法,还提出阅读十问,都是类似的文章处理模型. 正文 作者:李公 ...
- gwr模型用什么做_虎钳的三维模型制作你会吗?用UG软件来做这个轻松搞定
虎钳作为机加工行业中最频繁出现的夹具,相信大家一定都不陌生,用的次数估计也不少,那么你了解UG是怎么做出虎钳模型的吗? 今天就带大家来看看虎钳模型是怎么用UG做出来的,赶紧学习起来吧! 建模过程: 一 ...
- gwr模型用什么做_为什么我的 CV 模型不好用?没想到原因竟如此简单……
计算机视觉模型表现不佳的原因有很多,比如架构设计缺陷.数据集代表性不足.超参数选择失误等.但有一个很简单的原因却常常被人们忽略:图像的方向.机器学习专家 Adam Geitgey 近日发布了一篇文章探 ...
- gwr模型用什么做_建筑信息模型是什么?能做什么?
建筑信息模型是什么?能做什么?建筑信息模型是空间涵构与维运决策的整合平台,除了将链接端所提供的信息储存,并且利用了建筑模型中的对象编号将真实数据与件信息进行链接,而建筑信息模型中的空间数据同时能在虚拟 ...
- gwr模型用什么做_做玻璃钢雕塑都用什么树脂
玻璃钢雕塑是雕塑的一种成品类型大道艺术工艺品,具有质轻,耐腐蚀,成本相对较低的特点.又称FRP,学称纤维增强塑料,国内在习惯上称之为玻璃钢.它是以合成树脂为基体材料,以玻璃纤维及其制品为增强材料组成的 ...
- 在腾讯做只有10万人用的产品,这群工程师竟然还很高兴
鱼羊 明敏 发自 凹非寺 量子位 | 公众号 QbitAI 用眼睛打字是一种怎样的体验? 用眼睛按顺序盯一下键盘上的"a"."l"."g", ...
- 电话面试 做自我介绍 万人竞聘淘汰率95%
自我介绍 想要从这1万多份简历中脱颖而出,绝对可以用惨烈来形容.阿里巴巴技术男的学历比例大致是这样的:70%的硕士研究生,另外30%是本科生和博士生. 所以想成为阿里人,首先在学历上就要过硬.学生投递 ...
- 百度大脑险胜最强大脑背后:200万人2亿照片做训练
百度大脑险胜最强大脑背后:200万人2亿照片做训练 2017-01-08 12:56 来源:第一财经 分享 摘要:在AlphaGo的升级版化身"神秘棋手"Master以60胜 ...
- 2021北京智源大会圆满闭幕,现场8千人,参会7万人,发布「悟道2.0」全球最大万亿级模型...
句点,是下一行诗篇的开始. 6月3日晚上10点整,2021北京智源大会正式闭幕,为北京乃至中国人工智能发展画上浓重一点. 定位于"内行的AI盛会",北京智源大会以国际性.权威性.专 ...
- 游戏模型师是做什么的?薪资高不高?
游戏建模师是做什么的? 最近有很多小伙伴过来咨询游戏制作,虽然对游戏行业非常感兴趣,但是还不明白其中细分的建模师到底都做些什么.今天我就给你说说游戏建模师都具体负责哪些分工. 我从最近来咨询的人当中了 ...
最新文章
- Ios应用网络安全之https
- WPF加载相对路径的图片的解决方法
- 深度学习中常见的损失函数
- python画图网格线设置_Matplotlib可视化入门,看这一篇就够了
- java变量不声明可以直接使用吗_我们可以在不使用Java进行初始化的情况下声明最终变量吗?...
- ajax传递json对象 php,ajax 和 php 相互传递 JSON对象(转载)
- 已知a类被打包在packagea_2021考研干货:199管理类联考综合逻辑归纳习题(1)
- 字节大牛教你手撕Java学习,神操作!
- 7.7-11 重定位过程描述+可执行目标文件的加载+共享库动态链接
- 58同城显示服务器繁忙,58同城推出神奇面试间 智能招聘服务大幅提升企业招聘效果...
- 怎么增加淘宝店铺标签权重
- NepCTF2022
- 如何快速写出一篇好作文
- 追求得到之日即其终止之时, 寻觅的过程亦即失去的过程。——村上
- 元件之AT24CXX
- Canvas画布、SVG图片
- 大数据技术之Hadoop(快速入门)
- [渝粤教育] 东北大学 现代科学运算—MATLAB语言与应用 参考 资料
- MKS PI V1.0使用说明书
- 增值税发票开票软件(税务UKey版) 发邮件提示连接邮件服务器失败
热门文章
- LIO-SAM探秘第三章之代码解析(一) --- utility.h + imageProjection.cpp
- 图像超分辨率重构(一)原理及方法总结
- Java线程基础(二)
- 在函数中如何获取 线程对象、线程唯一ID
- 【绝迹篇】RSA加密算法(私钥加签公钥验签)
- Beta阶段 - 博客链接合集
- (BFS) bzoj 1102
- 程序员求职之道(《程序员面试笔试宝典》)之程序设计基础(static的使用)?...
- 关于socket中阻塞,非阻塞,同步,异步的概念
- 3D物理引擎JiglibFlash