一种高产棉花株行距配置优化方法技术

本发明专利技术公开了一种高产棉花株行距配置优化方法，涉及农业信息化技术领域，以棉花群体籽棉产量最大化为目标函数，以株距和行距作为优化目标参数，基于目标地点往期的棉花植株三维形态数据，构建棉花主栽品种在不同生态点的株行距配置下的棉花三维模型，输入当前棉花植株的株距数据和行距数据，得到棉花植株三维冠层模型，进行棉花植株三维冠层模型的光合生产力计算分析，利用梯度下降法使得棉花植株籽棉产量最大化，实现棉花种植株行距优化。实现棉花种植株行距优化。实现棉花种植株行距优化。

【技术实现步骤摘要】
一种高产棉花株行距配置优化方法


[0001]本专利技术涉及农业信息化
，特别涉及一种高产棉花株行距配置优化方法。

技术介绍

[0002]棉花是我国重要的经济作物和纺织工业原料，是全国1亿多棉农收入的主要来源，对国民经济的发展具有重要意义。棉花群体的产量和棉铃的品质是棉花品种、种植环境和管理综合共同作用下的结果，合理的棉花株行距配置不仅能够充分挖掘棉花群体增产潜力，还能够在有助于提高机械化作业质量的同时降低产量损失。棉花株行距的确定是棉花生产全程机械化的重要一环，根据种植地区的光热资源和棉花品种的株型特征对株行距进行定量优化配置，能够提升棉田光热资源利用效率，促进棉花全程机械化和高产高效协同。
[0003]棉花的株距：棉花的密度与群体结构密切相关，直接关系到光能利用和产量品质的形成。若密度太小不利于高产，密度过高导致棉花生长过旺，不利于田间管理，且造成冠层郁闭，进而影响到棉铃品质。研究表明在一定范围内，种植密度的增加会带来棉铃数量增加，进而使籽棉产量呈线性增加趋势，而密度增加到一定程度籽棉产量可达到最大值，此后籽棉产量进入稳定的平台期，若进一步增加密度反而会引发严重遮阴，导致产量下降。
[0004]棉花的行距：调整行距配置是实现作物合理密植，确保其与机械采收技术相结合的重要手段。在棉花生产机械化程度较高的地区，行距一般由采棉机采摘头决定，如新疆高密度下机采棉主要运用(66cm+10cm)、(68cm+8cm)等配置方式。然而，高密度下田间行距较小容易造成脱叶剂喷施效果差、棉株干枯叶较多、挂枝叶较多等问题，导致机械采收前落叶率达不到机采要求、所采籽棉杂质含量较高，对机采棉品质造成严重影响。本领域技术人员通过开展规模田间试验，明确了增大行距、减少行数或等行距种植对于提高产量品质具有显著成效，通过选取不同品种开展了不同行距的比较试验研究，结果表明等行距低密度下杂交棉花产量最高。
[0005]目前，本领域的研究人员主要通过分析多年多点的栽培试验数据来优化棉花株行距，此种方式存在着费时耗力、成本高昂、优化精度不足等问题，并难以形成精确的优化模式。此外，在全程化控塑型技术的大面积推广应用的背景下，传统的田间试验分析受到多种因素综合作用的影响，已经无法满足开展大规模株型育种和塑型栽培研究的要求，迫切需要信息化手段提供技术支撑。
[0006]因此，针对上述问题，本申请提供了一种高产棉花株行距配置优化方法，通过构建棉花主栽品种在不同生态点的株行距配置下的棉花三维模型，结合三维冠层光合模型进行光合生产力计算分析，实现棉花种植株行距优化。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种高产棉花株行距配置优化方法，通过构建棉花主栽品种在不同生态点的株行距配置下的棉花三维模型，结合三维冠层光合模型进行光合生产力计算分析，实现棉花种植株行距优化。
[0008]本专利技术提供了一种高产棉花株行距配置优化方法，包括如下步骤：
[0009]获取棉花植株三维形态数据，构建棉花植株三维模型；
[0010]输入当前棉花植株的株距数据和行距数据至棉花植株三维模型，得到棉花植株三维冠层模型；
[0011]基于棉花植株三维冠层模型，输入棉花植株的各器官对光合有效辐射的透射率和反射率，进行光合生产力计算，得到棉花植株籽棉产量；
[0012]采用梯度下降法逐步调节棉花植株的株距数据和行距数据，直至当前棉花植株籽棉产量达到最大值，输出棉花植株最优的株距数据和行距数据。
[0013]进一步地，所述获取优化目标地点往期的棉花植株三维形态数据，构建棉花植株三维模型的步骤，包括：
[0014]获取优化目标地点往期的棉花植株三维形态数据；
[0015]根据往期的棉花植株三维形态数据的变化，求取优化目标地点棉花叶片和节间的发育和生长速率数据；
[0016]基于优化目标地点棉花叶片和节间的发育和生长速率数据随时间的变化规律，构建棉花植株三维模型。
[0017]进一步地，所述棉花植株三维形态数据包括：叶片拓扑结构图、柱式图、株高、主茎节间长度、主茎节间直径、果枝节间长度、果枝节间直径、主茎叶片数、果枝叶片数、叶长、叶宽、叶型、叶倾角和方位角。
[0018]进一步地，所述基于优化目标地点棉花叶片和节间的发育和生长速率数据随时间的变化规律，构建棉花植株三维模型的步骤，包括：
[0019]采集优化目标地点往期的棉花植株的不同叶位叶片的图像信息；
[0020]从往期的棉花植株的不同叶位叶片的图像信息中，提取出棉花植株主茎叶和果枝叶在不同时期的叶型参数，构建棉花叶片模板库；
[0021]根据棉花叶片模板库中棉花叶片扩张和节间伸长随时间的变化规律，得到逻辑斯蒂增长曲线；
[0022]根据逻辑斯蒂增长曲线构建棉花植株三维模型。
[0023]进一步地，所述棉花植株三维冠层模型，包括：
[0024]棉花主茎叶长、叶宽和主茎节间长度随主茎节位的分布函数；
[0025]主茎节间直接随主茎节位的分布函数；
[0026]利用连续两片叶片之间的积温(℃d)控制棉花生长节元发生的发生函数；
[0027]采用逻辑斯蒂增长曲线描述棉花叶片扩张和节间伸长随时间的分布函数。
[0028]进一步地，所述棉花植株三维冠层模型，包括：
[0029]棉花主茎叶长、叶宽和主茎节间长度随主茎节位的分布函数：
[0030][0031]其中，L
i
表示第i主茎节位上的叶长、叶宽和节间长度，Lm表示各节位叶长、长宽和节间长度的最大值，r表示节位序，r
m
表示取得最大叶长、叶宽和节间长度所在节位的节位序，b为经验参数；
[0032]主茎节间直接随主茎节位的分布函数：
[0033][0034]其中，W
i
表示第i主茎节位上的茎直径，Wm表示主茎基部节间直径最大值，k和r0为经验参数，r为主茎节位序；
[0035]利用连续两片叶片之间的积温(℃d)控制棉花生长节元的发生，控制函数如下：
[0036]phyllo＝TT
n+1
‑
TT
n
[0037]其中，TTn+1和TTn分别为第n+1片叶和第n片叶所需积温；
[0038]采用逻辑斯蒂增长曲线描述棉花叶片扩张和节间伸长随时间的分布函数：
[0039][0040]其中，L
i,tt
为第i节位的主茎叶片在叶龄达到tt时的长度，b和tt
m
为经验参数。
[0041]进一步地，所述基于棉花植株的各器官对光合有效辐射的透射率和反射率，采用棉花植株三维冠层模型进行光合生产力计算，得到棉花植株籽棉产量的步骤，包括：
[0042]基于蒙特卡洛反向追踪算法和棉花植株的各器官对光合有效辐射的透射率和反射率，构建辐射数据驱动模型；
[0043]采集逐日气象数据，所述逐日气象数据包括：气温、降雨量、日照时数；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高产棉花株行距配置优化方法，其特征在于，包括如下步骤：获取棉花植株三维形态数据，构建棉花植株三维模型；输入当前棉花植株的株距数据和行距数据至棉花植株三维模型，得到棉花植株三维冠层模型；基于棉花植株三维冠层模型，输入棉花植株的各器官对光合有效辐射的透射率和反射率，进行光合生产力计算，得到棉花植株籽棉产量；采用梯度下降法逐步调节棉花植株的株距数据和行距数据，直至当前棉花植株籽棉产量达到最大值，输出棉花植株最优的株距数据和行距数据。2.如权利要求1所述的一种高产棉花株行距配置优化方法，其特征在于，所述获取棉花植株三维形态数据，构建棉花植株三维模型的步骤，包括：获取优化目标地点往期的棉花植株三维形态数据；根据往期的棉花植株三维形态数据的变化，求取优化目标地点棉花叶片和节间的发育和生长速率数据；基于优化目标地点棉花叶片和节间的发育和生长速率数据随时间的变化规律，构建棉花植株三维模型。3.如权利要求2所述的一种高产棉花株行距配置优化方法，其特征在于，所述棉花植株三维形态数据包括：叶片拓扑结构图、柱式图、株高、主茎节间长度、主茎节间直径、果枝节间长度、果枝节间直径、主茎叶片数、果枝叶片数、叶长、叶宽、叶型、叶倾角和方位角。4.如权利要求2所述的一种高产棉花株行距配置优化方法，其特征在于，所述基于优化目标地点棉花叶片和节间的发育和生长速率数据随时间的变化规律，构建棉花植株三维模型的步骤，包括：采集优化目标地点往期的棉花植株的不同叶位叶片的图像信息；从往期的棉花植株的不同叶位叶片的图像信息中，提取出棉花植株主茎叶和果枝叶在不同时期的叶型参数，构建棉花叶片模板库；根据棉花叶片模板库中棉花叶片扩张和节间伸长随时间的变化规律，得到逻辑斯蒂增长曲线；根据逻辑斯蒂增长曲线构建棉花植株三维模型。5.如权利要求1所述的一种高产棉花株行距配置优化方法，其特征在于，所述棉花植株三维冠层模型，包括：棉花主茎叶长、叶宽和主茎节间长度随主茎节位的分布函数；主茎节间直接随主茎节位的分布函数；利用连续两片叶片之间的积温(℃d)控制棉花生长节元发生的发生函数；采用逻辑斯蒂增长曲线描述棉花叶片扩张和节间伸长随时间的分布函数。6.如权利要求5所述的一种高产棉花株行距配置优化方法，其特征在于，所述棉花植株三维冠层模型，包括：棉花主茎叶长、叶宽和主茎节间长度随主茎节位的分布函数：
其中，L
i
表...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立祯，高新程，王雪姣，张长波，陈泳帆，张泽山，
申请(专利权)人：北京飞花科技有限公司，
类型：发明
国别省市：