土壤壓實對作物地下組織構型作用建模與動態仿真

《土壤壓實對作物地下組織構型作用建模與動態仿真》是依託昆明理工大學，由戈振揚擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：土壤壓實對作物地下組織構型作用建模與動態仿真
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：戈振揚
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

土壤與作物地下組織組成的根土系統建模是數字農業研究的基礎之一。一般的虛擬植物根系模型多是通過對根系或其圖像進行處理後得到根構型參數獲得的，是對植物根系可認知構造的三維建模，未將土壤特性結合在模型中，難以適應農學上對複雜根土系統結構及功能進行動態仿真要求；特別是對作物生長情況檢測、土壤性能評估中對作物地下組織構型功能的模擬分析，都需要參考作物生理和土壤物理等相關領域知識。本課題擬在根構型模擬模型研究基礎上，結合與土壤壓實對作物地下組織構型作用相關的領域知識建立知識庫，根據先驗知識來指導和約束在土壤壓實作用下作物地下組織構型的模型構建並建立數位化根土系統動態仿真平台，繼而研究運用領域知識來指導作物地下組織構型變化模型構建的基本方法，探討土壤壓實對作物地下組織構型與功能仿真的核心思路，對作物地下組織在不同土壤壓實中生長情況進行互動時實動態仿真，獲得栽培作物的合理土壤壓實範圍。

結題摘要

本課題在根構型模擬模型研究基礎上，進行了有關研究。結合與土壤壓實對作物地下組織構型作用相關的領域知識建立了知識庫。利用領域知識方法進行數據挖掘，構建根系—土壤領域知識庫，採用Apriori性質的多維關聯規則，將複雜外界作用分解為單影響因子作用，基於OpenAlea 利用根系構型信息，建立根系構型模型並實現可視化模擬。以土壤壓實為外界作用的單因素進行對比實驗，結果表明該方法能速效完成根系生長的可視化模擬。根據先驗知識指導和約束在土壤壓實作用下作物地下組織構型的模型構建方法，建立了數位化根土系統動態仿真平台。一方面，採用體著色三維重建的方法獲取變態根點雲，提出並實現了去除變態根點雲噪聲、離群點和修補孔洞的預處理通道，並對預處理後的點雲進行曲面重建，構建曲面模型，進而提取變態根的構型參數，對重建後的曲面模型進行可視化模擬。另一方面，利用基於圖像的建模技術，採用不同視點處的圖像建模，通過不同視點處稀疏分布的根系圖像中對應枝幹及其枝幹中點的對應關係求解來重建根系三維模型系統，以作物根係為對象進行的實驗結果表明該方法可行、有效，可為建立完整植株可視化系統提供參考。研究了運用領域知識指導作物地下組織構型變化模型構建的基本方法，探討了土壤壓實對作物地下組織構型與功能仿真的核心思路，針對作物地下組織的形態特徵和生長特點，提出了一種基於形態特徵參數的作物地下組織三維建模方法，用面向對象語言C++和Mesa圖形庫，建立了在Linux下基於FLTK的作物地下組織仿真系統，實現了作物地下組織生長過程的可視化動態仿真，不僅能生動地顯示作物地下組織動態生長三維結構，而且還能揭示土壤壓實對作物地下組織生長的作用。對作物地下組織在不同土壤壓實中生長情況進行互動時實動態仿真，獲得栽培作物的合理土壤壓實範圍。 　　該項目工作已基本完成了項目計畫的各項相關研究內容，達到了項目目標，取得的成果超過了計畫要求。目前該研究已取得46項成果，其中發表論文27篇，獲得授權專利10個，獲得相關碩士學位論文9篇。