基于虛擬模型的水稻株距優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，如何更好地將計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，已成為國(guó)內(nèi)外研究的重要課題。我國(guó)是水稻種植的大國(guó)，在傳統(tǒng)水稻葉面積統(tǒng)計(jì)和種植株距優(yōu)化的過(guò)程中，研究人員主要采用人工采集和田間試驗(yàn)的方法，雖然能夠獲得冠層葉面積、葉面積指數(shù)、適宜種植株距等相關(guān)參數(shù)，但是工作繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)，無(wú)法快速有效的獲得試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)虛擬水稻去模擬真實(shí)水稻的生長(zhǎng)形態(tài)和生理過(guò)程，在計(jì)算機(jī)中去改變種植條件，可以快速直觀地獲得測(cè)量和優(yōu)化的結(jié)

2、果。由于水稻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類繁多，目前對(duì)水稻葉片面積統(tǒng)計(jì)和種植株距優(yōu)化方面的相關(guān)研究還比較欠缺。本文基于水稻的結(jié)構(gòu)模型和生理模型，在虛擬環(huán)境中完成了對(duì)水稻冠層葉面積的計(jì)算和種植株距的優(yōu)化，得到的結(jié)果可以為水稻的田間種植提供一定參考。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立虛擬水稻模型。首先通過(guò)田間試驗(yàn)獲取葉片的形態(tài)參數(shù)，基于試驗(yàn)獲取的葉片數(shù)據(jù)，構(gòu)建形態(tài)結(jié)構(gòu)與真實(shí)葉片相近的葉片模型。其次，根據(jù)莖在地面的生長(zhǎng)位置、莖的長(zhǎng)度、莖的寬度和傾斜角等參

3、數(shù)構(gòu)建水稻的單莖。最后，根據(jù)植株各器官的拓?fù)潢P(guān)系，構(gòu)建出虛擬水稻形態(tài)結(jié)構(gòu)模型。⑵提出一種基于虛擬水稻模型的葉面積計(jì)算方法。首先，根據(jù)水稻葉片的參數(shù)信息，確定該水稻葉片在空間中的位置。其次，根據(jù)該葉片的輪廓曲線方程和空間位置，求解該葉片在冠層不同高度范圍內(nèi)的葉面積大小。然后，對(duì)該虛擬水稻模型所有的葉片進(jìn)行遍歷，求解該水稻模型在冠層不同高度范圍內(nèi)葉片面積的大小。該方法也可以對(duì)單株水稻的葉片面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。⑶提出一種基于遺傳算法的株距優(yōu)化方法。

4、首先，基于已有的單株水稻的功能結(jié)構(gòu)模型，建立水稻群體生長(zhǎng)的虛擬場(chǎng)景；然后，利用遺傳算法，將種植株距和行距作為遺傳因子，建立二進(jìn)制的染色體編碼方案，將種植區(qū)域內(nèi)單位面積的光合產(chǎn)量作為適應(yīng)度函數(shù)，實(shí)現(xiàn)以輪盤賭選擇、精英選擇、相異位交叉、競(jìng)爭(zhēng)為核心的進(jìn)化過(guò)程；最后，在一定優(yōu)化代數(shù)內(nèi)，獲得單位種植面積產(chǎn)量較高的種植方案。⑷提出一種基于虛擬水稻模型的封行時(shí)間計(jì)算方法。首先，根據(jù)農(nóng)學(xué)相關(guān)理論，結(jié)合本文提出的葉面積計(jì)算方法對(duì)農(nóng)業(yè)上封行的概念進(jìn)行量化；