基于生长模型的单茎植物数字化构建方法技术

基于生长模型的单茎植物数字化构建方法，它涉及农业信息技术领域。它采用以下步骤：(1)对实验观测数据进行预处理，并利用SPSS统计软件建立单茎植物的生长模型；(2)构建基于植株结构的同化物再分配模型；(3)对植株形态变化进行重构并建立单茎植物数字化模型；(4)对单茎植物进行数字化实现。它通过实验观测获得植物生长模型，构建能如实反映植物生长机理的植物数字化模型，利用该模型实现植物生长过程的计算机仿真，从而依据植物数字化结果对不同外部环境条件下的植物生长发育进行预测。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术涉及农业信息
，尤其涉及一种。
技术介绍
:随着数字农业的快速发展，农林数字化技术逐渐应用于农业相关领域，如数字植物有利于植株株型的改良、对预测适宜植物生长的外部环境条件可提供直观的科学依据等。“植物数字化”作为现代农业技术与信息技术相结合的有机体，是指将植物生长信息进行重构以便采用直观的可视化方式在计算机上对其进行仿真。目前，现有的植物数字化方法多出于某一个方面目的而对植物进行仿真，如为了达到逼真的仿真效果而提出了一些静态的虚拟植物方法或模型，然而，在对植物生长过程进行数字化仿真方面仍然没有较好的模型或方法，如尚未形成如实反映单茎植物生长规律的植物数字化构建方法。1968年，美国生物学家Lindenmayer提出了 L系统理论，并成为植物形态数字化建模的一般框架，该方法主要通过语言描述规则和采用字符串迭代的形式对植物进行数字化模拟。在实际应用中该方法又逐步演变发展成为以下系列形式；上下文敏感的L系统(Context-sensitive L-system)以便对植物的根到叶(自下而上)以及叶到根(自上而下)的信息传输进行模拟；参数化的L系统(Parametric L-system)对植物生长发生的形态变化过程进行模拟；开放式的L系统(Open L-system)对植物与环境的交互作用过程进行模拟；时变L系统(Time-changing L-system)主要通过计算机动画形式对植物生长过程进行绘制；随机L系统(Stochastic L-system)通过产生给定参数对植物形态结构变化进行仿真。随后又有很多专家提出生成植物图形的各种方法和模型来模拟植物的生长过程，其中最具有代表性的是:20世纪90年代，Prusinkiewicz领导的加拿大Calgary大学虚拟植物实验室对不同的L-system理论以及应用进行了综述，对植物生长过程的模拟取得一些进展，但也仅限于对一些简单的植物进行模拟，在模拟具体植物的生理生态特性方面存在不足；20世纪末，法国国际农业发展研究中心de Reffye等人开发了基于参考轴技术的AMAP植物生长软件系统，该系统能对常见的23种类型的植物形态及其拓扑结构进行模拟，但在对植物的生理生态特性方面的模拟依然存在不足，大多数变化规律是基于经验数据或基于美学观点设置，与植物实际的生长规律难以建立联系，尤其是无法真正模拟植物与环境之间的相互作用而导致的植物形态结构及其生态生理变化。采用L系统系列方法对植物进行数字化方面的不足之处:由于建模时未有效利用实验观测所得到的植物生长模型，所构建的植物数字化模型无法如实地反映植物生长机理，从而难以实现植物生长过程的计算机仿真，从而也无法通过植物数字化结果对不同外部环境条件下的植物生长发育进行预测
技术实现思路
:本专利技术的目的是提供一种，它通过实验观测获得植物生长模型，构建能如实反映植物生长机理的植物数字化模型，利用该模型实现植物生长过程的计算机仿真，从而依据植物数字化结果对不同外部环境条件下的植物生长发育进行预测。为了解决
技术介绍
所存在的问题，本专利技术是采用以下技术方案:它采用以下步骤:(I)对实验观测数据进行预处理，并利用SPSS统计软件建立单茎植物的生长模型；(2)构建基于植株结构的同化物再分配模型；(3)对植株形态变化进行重构并建立单茎植物数字化模型；(4)对单茎植物进行数字化实现。本专利技术根据单茎植物的茎杆、叶面积指数、植株干物质量等均受累积生长度日变化影响，由此可以建立单茎植物的生长模型；在对单茎植株生长过程进行适度简化后，构建基于植株结构的同化物再分配模型；建立节间、叶片和叶鞘的形态模拟模型，进而获得基于同化物分配的植株形态构建模型；运用信息可视化技术对植株生长信息进行重构，建立单茎植物数字化模型；利用单茎植物数字化模型在计算机上实现了单茎植物生长的数字化显示，并完成了不同外部环境作用下植株生长过程的仿真。本专利技术提供的方法，既能够如实地反映不同外部环境条件下的植物生长过程，又能够为预测适宜植物生长的外部环境条件提供直观而科学的依据，具有较好的实用性。本专利技术通过实验观测获得植物生长模型，构建能如实反映植物生长机理的植物数字化模型，利用该模型实现植物生长过程的计算机仿真，从而依据植物数字化结果对不同外部环境条件下的植物生长发育进行预测。附图说明:图1为本专利技术的技术方案流程图；图2为实施例中芦苇在营养生长阶段的节间数与累积生长度日关系图；图3为实施例中同化物的初分配和再分配虚拟流程图；图4为实施例中节间长度与直径之间的指数曲线关系图；图5为实施例中形态系数μ e随不同节序号的变化示意图；图6为实施例中形态系数Ve随不同节序号的变化图；图7为实施例中不同株龄时节间密度随节序号的变化图；图8为实施例中叶片长度与干重之间的对数曲线关系图；图9为实施例中叶鞘长度与干重之间的对数曲线关系图；图10为实施例中节间的纵向伸长和横向增粗生长过程示意图；图11为实施例中节间上的形态特征点及其所在圆柱面的展开示意图；图12为实施例中节间形态结构信息图形化算法流程图；图13为实施例中叶鞘的纵向伸长和横向变化过程示意图；图14为实施例中叶片生长的形态变化示意图；图15为实施例中叶片上的形态特征点及其分布示意图；图16为实施例中叶片形态结构信息图形化算法流程图；图17为实施例中虚拟植物生长的拓扑结构演变过程示意图；图18为实施例中植株的拓扑结构信息图形化流程图；图19为实施例中虚拟植物生长数字化仿真系统工作原理图20为实施例中气象统计数据输入文件格式图；图21为实施例中系统参数设置与数字化结果交互对话框示意图；图22为实施例中植株在其营养期内的生长数字化仿真结果图；图23为实施例中植株生长的拓扑变化数字化仿真结果图；图24为实施例中植株各位置器官生长到其最大周期数时的形态变化图；图25为实施例中叶片和叶鞘生长到最大周期时由枯黄到凋谢的过程图；图26为实施例中设置不同角度及比例系数后的叶片和叶鞘形态数字化结果图；图27为实施例中设置叶片的不同形态系数后植株生长数字化结果对比图。具体实施方式:参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案:它采用以下步骤:(1)对实验观测数据进行预处理，并利用SPSS统计软件建立单茎植物的生长模型:具体包括:单茎植物茎杆高度、节间数随累积生长度日变化关系模型；叶面积指数动态模型，即叶面积指数随累积生长度日变化关系模型；植株的干物质量随累积生长度日变化关系模型；植株干物质分配动态模型，即植株干物质分配随累积生长度日变化关系模型；(2)构建基于植株结构的同化物再分配模型:在实验时仅对地上部植株的生长进行观测，对植株形态结构及生长过程进行适度简化，并依据植株生长规则建立植株同化物再分配模型；(3)对植株形态变化进行重构并建立单茎植物数字化模型:建立节间、叶片和叶鞘的形态模拟模型，并依据基于同化物分配的植株形态构建模型，运用信息可视化技术对植株生长信息进行重构，由此建立单茎植物数字化模型；(4)对单茎植物进行数字化实现:利用所构建的单茎植物数字化模型，在计算机上对单茎植物进行数字化仿真，并对仿真结果进行分析预测。本具体实施方式根据单茎植物的茎杆、叶面积指数、植株干物质量等均受累积生长度日变化影响，由此可以建立单茎植物的生长模型；在对本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于生长模型的单茎植物数字化构建方法，其特征在于它采用以下步骤：(1)对实验观测数据进行预处理，并利用SPSS统计软件建立单茎植物的生长模型；(2)构建基于植株结构的同化物再分配模型；(3)对植株形态变化进行重构并建立单茎植物数字化模型；(4)对单茎植物进行数字化实现。

【技术特征摘要】
1.关于生长模型的单茎植物数字化构建方法，其特征在于它采用以下步骤:(1)对实验观测数据进行预处理，并利用SPSS统计软件建立单茎植物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐卫东，李萍萍，刘昌鑫，刘清，
申请(专利权)人：唐卫东，李萍萍，刘昌鑫，刘清，
类型：发明
国别省市：