一种基于虚拟模型的水稻封行时间计算方法技术

一种基于虚拟模型的水稻封行时间计算方法，通过田间试验获取的植株的形态参数，结合已有的单株植株的水稻功能结构模型，构建出水稻群体的虚拟生长场景，根据农业上植株封行时间与植株叶片接受光照量之间的关系，对封行时间的计算进行量化，利用计算机技术，通过对虚拟水稻生长场景的模拟，计算出植株群体的封行时间。相比于传统田间试验方法，如利用盆栽和纱布遮盖处理植株来控制封行时间的实验，减少了人力、操作工序和实验持续时间。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟模型的水稻封行时间计算方法
本专利技术涉及一种基于虚拟模型的水稻封行时间计算方法，该方法适用于田间水稻群体封行时间的确定。技术背景虚拟植物模型是利用计算机技术在计算机中生成的真实植物的虚拟模型。利用虚拟植物模型，不仅可以真实的再现自然景观、生成游戏场景、制作影视动画、构建园林规划等，还可以利用植物的生理结构模型，可视化表达植物动态的生长过程，从而对主要生产环节进行动态调控，为农林业的生产服务。虚拟植物在诸多领域都表现出了较好的应用前景，无论从科学还是技术的角度，虚拟植物的研究都是重要且极具挑战性的研究方向。封行是农业上分析作物群体间受光状况的一个重要概念，让大田适时封行对优化水稻的栽培具有重要意义。由于我国的水稻种类繁多，不同种类水稻的优良特性在适宜的生态环境和合理的栽培条件下才能充分表现出来。目前生产上封行时间的确定，大多根据种植经验及田间试验确定，耗时且工作繁琐，不能快速地针对不同的株型选择适合其生长的种植方案。基于水稻的虚拟模型，从种植株距影响植株间叶片光照吸收的角度，将农业上植株封行的概念与植株叶片面积之间建立定量的联系，提出一种不同株距下水稻群体封行时间的计算方法，为实际水稻种植株距的优化提供参考。
技术实现思路
为了克服目前农业上封行时间的确定大多根据种植经验及田间试验确定，耗时且工作繁琐，不能快速地针对不同的株型选择适合其生长的种植方案的问题，本专利技术提出了一种基于虚拟模型的水稻封行时间计算方法，该方法根据农学相关理论，结合本文提出的叶面积计算方法对农业上封行的概念进行量化，基于虚拟水稻模型，可以快速计算出当前种植株距下植株的封行时间。本专利技术为了解决上述技术问题提供的技术方案为：一种基于虚拟模型的水稻封行时间计算方法，利用虚拟水稻模型，构建出水稻群体的生长场景，将农业上植株封行的概念与相邻植株相交区域叶面积之间的关系，计算植株群体的封行时间，其中，所述的基于虚拟水稻模型的相邻植株相交区域叶面积的计算包括以下步骤：(1.1)对于两株相邻的水稻，获取当前时刻两株水稻的株型参数，包括水稻rice1的茎的数量StemNun1，第i个茎包含的叶片数量LeafNum1[i]，水稻rice2的茎的数量StemNum2，第j个茎包含的叶片数量leafNum2[j]；(1.2)遍历植株rice1和植株rice2的每个茎上的所有叶片，判断处于相交区域的叶片段，并计算两株植株相交部分叶片面积的大小。(1.3)计算植株rice1和植株rice2相邻区域内的所有叶片的叶面积和；所述基于虚拟模型的封行时间计算方法包括以下步骤：(2.1)计算两株植株相交部分面积占左右两株植株在行间的总叶面积的百分比Pn：(2.2)计算水稻群体每处相交部分对应的百分比Pn的值，令当Pn的值大于相交部分面积占相交区域总叶面积的临界值p0时，认为两株植株相交并且遮挡了行间的地面；当水稻群体中遮挡地面的相邻植株的数量超过90％时，认为该区域已经封行，p0的值可以根据不同的株型进行设定。进一步，所述步骤(1.1)中，水稻模型的构建基于田间试验获取的真实结构参数，叶片和茎的空间位置及叶面积大小反应出真实水稻植株的特点。更进一步，所述步骤(1.2)中，所述相交区域包含叶片段和叶面积的计算包括下列操作内容：(1.2.1)分别确定两株植株在相邻区域内投影长度最长的叶片的投影点a和点b；(1.2.2)遍历植株rice1和rice2的每个茎的每个叶片，计算投影落在区间a和b之间的叶片段的叶面积之和。再进一步，所述步骤(2.2)中，相交部分面积占左右两株植株在行间的总叶面积的百分比临界值p0，根据农业上叶片光照吸收状况与交错叶片间互相遮挡的关系确定。本专利技术的有益效果表现在：1)本专利技术利用虚拟水稻模型来模拟真实水稻的生长过程，将水稻叶面积与农业上水稻的封行时间进行结合，在计算机中完成对水稻封行时间的计算。2)利用虚拟水稻模型来模拟真实水稻的生长，可以较为快速的计算出水稻群体的封行时间，为大田封行时间的确定提供一定参考。附图说明图1是5*5的水稻群体俯视的示意图，H为水稻间的行距，D为水稻间的株距，代表单株水稻，Scross为水稻植株行间交叉区域内相交部分叶面积的大小。图2是为两株株距为d的植株rice1和rice2的单茎示意图，点O1和O2分别为两株植株的生长点，点b和点a分别为两株植株的所有叶片中，在地面上的投影点距离生长点最远的叶片在地面上的投影位置。图3是水稻叶片的示意图，左图是水稻叶片弯曲时的叶脉形态，右图为叶片拉直状态下的形态。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。参照图1和图2，一种基于虚拟模型的水稻封行时间计算方法，利用虚拟水稻模型，构建出水稻群体的生长场景，将农业上植株封行的概念与相邻植株相交区域叶面积之间的关系，计算植株群体的封行时间，其中，所述的“相邻植株相交区域叶面积”的计算包括以下步骤：(1.1):获取当前时刻两株水稻的株型参数，包括水稻rice1的茎的数量StemNun1，第i个茎包含的叶片数量LeafNum1[i]，水稻rice2的茎的数量StemNum2，第j个茎包含的叶片数量leafNum2[j]。(1.2):遍历植株rice1的每个茎上的所有叶片，计算叶片在O1和O2之间的投影长度大小，得到投影长度最长的叶片的投影点b；遍历植株rice2的每个茎上的所有叶片，计算叶片在O1和O2之间的投影长度大小，得到投影长度最长的叶片的投影点a；所述相交区域包含叶片段和叶面积的计算包括下列操作内容：(1.2.1)分别确定两株植株在相邻区域内投影长度最长的叶片的投影点a和点b；(1.2.2)遍历植株rice1和rice2的每个茎的每个叶片，计算投影落在区间a和b之间的叶片段的叶面积之和(1.3):遍历植株rice1和rice2的每个茎的每个叶片，计算投影落在区间a和b之间的叶片段的叶面积之和Scross。所述计算植株群体的封行时间包括以下步骤：(2.1)计算两株植株相交部分面积占左右两株植株在行间的总叶面积的百分比Pn：(2.2)计算水稻群体每处相交部分对应的百分比Pn的值，令当Pn的值大于相交部分面积占相交区域总叶面积的临界值p0时，认为两株植株相交并且遮挡了行间的地面；当水稻群体中遮挡地面的相邻植株的数量超过预设阈值(取值90％)时，认为该区域已经封行，p0的值根据不同的株型进行设定。所述步骤(2.2)中，相交部分面积占左右两株植株在行间的总叶面积的百分比临界值p0，根据农业上叶片光照吸收状况与交错叶片间互相遮挡的关系确定。左右两株植株在行间的叶片的总叶面积计算算法步骤如下：(3.1):遍历植株rice1和rice2茎上的叶片，判断叶片是否落在O1和O2之间，如果是，则判断是植株rice1还是植株rice2的叶片，将植株rice1的叶片保存到集合leafarea1，将植株rice2的叶片保存到集合leafarea2中；如果否，则遍历下一片叶片。(3.2):利用下面公式对落在O1和O2之间的叶片面积进行累加，然后计算两株植株位于O1和O2之间的所有叶片面积之和Sall：其中，leafarea1[j][i]和leafarea2[j][i]分别为植株rice1和rice2第j个茎上第i个叶片的叶面积大小。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟模型的水稻封行时间计算方法，其特征在于：利用虚拟水稻模型，构建出水稻群体的生长场景，将农业上植株封行的概念与相邻植株相交区域叶面积之间的关系，计算植株群体的封行时间，其中，所述的基于虚拟水稻模型的相邻植株相交区域叶面积的计算包括以下步骤：(1.1)对于两株相邻的水稻，获取当前时刻两株水稻的株型参数，包括水稻rice1的茎的数量StemNun1，第i个茎包含的叶片数量LeafNum1[i]，水稻rice2的茎的数量StemNum2，第j个茎包含的叶片数量leafNum2[j]；(1.2)遍历植株rice1和植株rice2的每个茎上的所有叶片，判断处于相交区域的叶片段，并计算两株植株相交部分叶片面积的大小；(1.3)计算植株rice1和植株rice2相邻区域内所有叶片的叶面积和；所述计算植株群体的封行时间包括以下步骤：(2.1)计算两株植株相交部分面积占左右两株植株在行间的总叶面积的百分比Pn：

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟模型的水稻封行时间计算方法，其特征在于：利用虚拟水稻模型，构建出水稻群体的生长场景，将农业上植株封行的概念与相邻植株相交区域叶面积之间的关系，计算植株群体的封行时间，其中，所述的基于虚拟水稻模型的相邻植株相交区域叶面积的计算包括以下步骤：(1.1)对于两株相邻的水稻，获取当前时刻两株水稻的株型参数，包括水稻rice1的茎的数量StemNun1，第i个茎包含的叶片数量LeafNum1[i]，水稻rice2的茎的数量StemNum2，第j个茎包含的叶片数量leafNum2[j]；(1.2)遍历植株rice1和植株rice2的每个茎上的所有叶片，判断处于相交区域的叶片段，并计算两株植株相交部分叶片面积的大小；(1.3)计算植株rice1和植株rice2相邻区域内所有叶片的叶面积和；所述计算植株群体的封行时间包括以下步骤：(2.1)计算两株植株相交部分面积占左右两株植株在行间的总叶面积的百分比Pn：(2.2)计算水稻群体每处相交部分对应的百分比Pn的值，令当Pn的值大于相交部分面积占相交区域总叶面积的临界值p0时，认为两株植株相交并且遮挡了行间的地面；当水稻群体中遮挡地面的相邻植株的数量超过预设阈值时，认为该区域已经封行，p0的值根据不同的株型进行设定。2.如权利要求1所述的基于虚拟模型的相邻植株相交区域叶面积的计算方法，其特征在于：所述步骤(1.1)中，水稻模型的构建基于田间试验获取的真实结构参数，叶片和茎的空间位置及叶面积大小反应出真实水稻植株的特点。3.如权利要求1或2所述的相邻植株的相交区域内的叶面积计算方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁维龙，谢涛，徐岩，徐利锋，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33