近年来,随着城市化进程的加快,越来越多的人来到城市,导致城市人口急剧增加。同时,大规模的人群聚集随处可见,例如地铁。一旦地铁事故在隧道中发生,地铁车厢内的乘客必须通过0.6米宽的疏散平台以单列的运动形式进行疏散。在之前的研究中,由于伦理道德等影响因素,实验条件下的恐慌行人疏散研究很少,而非人类生物系统研究方法则被认为是研究紧急情况下人员疏散的有效方法之一。在自然界中,最简单的运动形式为单列运动,在本论文中,我们主要以蚂蚁(非人类生物)为对象研究正常情况和高温刺激下的蚂蚁单列行为。比较不同温度刺激条件下的蚂蚁行为,为紧急情况下的行人疏散提供参考。第二章通过描述427只蚂蚁的移巢实验研究蚂蚁在正常情况下的单列运动。其中,通过蚂蚁移巢实验和模型模拟,得到了蚂蚁运动基本图。在蚂蚁移巢实验中,我们发现蚂蚁倾向于跟随前方蚂蚁运动,但没有观察到超越行为。从实验蚂蚁交通基本图中可以得到最大流量所对应的临界密度为0.69,大于车辆、行人交通的0.5。不同于车辆和行人交通基本图(拱形对称),蚂蚁的流量-密度曲线呈现出非对称的拱形。为了深入了解这一现象,我们提出了基于多格子模型和传统的NS模型的多格子NS(MG-NS)模型,用来理解蚂蚁的单列运动。多格子模型可以用来细化时间和空间,因此,一个个体(蚂蚁)可以占据多个格子,从而对它们的运动进行更详细地计算。基于MG-NS模型,得到流量和密度的理论关系随延迟时间的变化。而且,当延迟时间为tj=0.25(n=4)时,MG-NS模拟结果与蚂蚁移巢实验基本图结果一致。延迟时间tj(更大的n)越小,流量、速度和临界密度越大。通过稳定性分析,延迟时间tj越小代表个体反应更快,并且更容易保持交通系统的稳定。在传统的NS模型中,由于网格的大小等于个体的身体尺寸,延迟时间总是等于或大于一个时间步长。但是对于反应比较灵敏的个体(延迟时间小),传统的NS模型将不再适用。相反,本章提出的MG-NS模型是传统模型的一个改进,可以克服这一缺点,因此,MG-NS模型可以更加详细地揭示交通机制。在第三章中,我们研究了高温刺激下的蚂蚁(日本弓背蚁)单列运动。主要研究蚂蚁在宽6 mm、长100 mm狭窄通道中的运动行为,通过通道宽度限制蚂蚁的运动方式,即单列运动。首先,将蚂蚁放置在一个房间内,然后以高温为刺激驱动蚂蚁迅速进入狭窄通道,并快速通过。结果表明,蚂蚁在狭窄通道的进口和出口处速度(小于8 mm/s)小于其在中间部分的运动速度(大于16 mm/s)。在高温的刺激下,一些蚂蚁以不正常的方式运动,即在通道中倒退运动。与行人运动不同(相关系数约为0.8),相邻蚂蚁速度之间的相关性趋于零,表明没有明显相关性。此外,我们还观察到蚂蚁之间存在触碰行为。当前方的蚂蚁被跟随蚂蚁触碰,它们会加速前进,相反,后方的跟随蚂蚁会减速、停止甚至后退。通过比较多只蚂蚁和单只蚂蚁的平均运动速度发现,蚂蚁交通中的触碰行为与车辆交通中的喇叭效应有相似的作用,即多蚂蚁实验中的触碰行为提高了疏散效率。在充满烟气的建筑火灾中,为了减小烟气对人的伤害,行人主要采取爬行的运动形式进行疏散。因此,在第四章我们介绍了学生以膝盖-手爬行的单列运动实验,用以模拟火灾烟气环境下的人员疏散。在本章中,膝盖-手爬行运动是主要的研究内容。实验参与者为三组不同年龄的学生:小学生、中学生和研究生。有趣的是,在个体运动过程中,小学生和中学生直立行走和膝盖-手爬行的平均速度均大于研究生。可能的原因包括对于实验要求的遵守程度,对安全的认知和对研究生而言的高度限制。与直立行走的速度相比,膝盖-手爬行的速度明显更小,因此,当人员从发生火灾且充满烟气的建筑中疏散时,膝盖-手爬行行为将大大减小他们的疏散效率。膝盖-手爬行的单列实验中,中学生在自由运动段的速度(0.91 m/s)高于小学生的运动速度(0.81 m/s)。此外,比较小学生和中学生的适应时间发现,中学生有更小的适应时间(0.44 s),表明他们对小的前向距离反应更强烈。为了更好的模拟火灾烟气环境中的人员疏散行为,可以将本章研究的结果考虑到疏散模型中。结合直立行走单列运动,我们比较了蚂蚁和行人之间的相似性和差异性。该研究展示了蚂蚁在不同条件下的行为差异,可以为紧急情况下的行人疏散提供参考。最后对未来的研究进行了展望。