基于虛擬模型的水稻株距優(yōu)化系統(tǒng)的設計與實現.pdf

1、近年來，隨著計算機技術的快速發(fā)展，如何更好地將計算機技術運用于傳統(tǒng)農業(yè)，已成為國內外研究的重要課題。我國是水稻種植的大國，在傳統(tǒng)水稻葉面積統(tǒng)計和種植株距優(yōu)化的過程中，研究人員主要采用人工采集和田間試驗的方法，雖然能夠獲得冠層葉面積、葉面積指數、適宜種植株距等相關參數，但是工作繁瑣、耗時長，無法快速有效的獲得試驗結果。結合計算機技術，通過虛擬水稻去模擬真實水稻的生長形態(tài)和生理過程，在計算機中去改變種植條件，可以快速直觀地獲得測量和優(yōu)化的結

2、果。由于水稻結構復雜，種類繁多，目前對水稻葉片面積統(tǒng)計和種植株距優(yōu)化方面的相關研究還比較欠缺。本文基于水稻的結構模型和生理模型，在虛擬環(huán)境中完成了對水稻冠層葉面積的計算和種植株距的優(yōu)化，得到的結果可以為水稻的田間種植提供一定參考。
　　本研究主要內容包括：⑴建立虛擬水稻模型。首先通過田間試驗獲取葉片的形態(tài)參數，基于試驗獲取的葉片數據，構建形態(tài)結構與真實葉片相近的葉片模型。其次，根據莖在地面的生長位置、莖的長度、莖的寬度和傾斜角等參

3、數構建水稻的單莖。最后，根據植株各器官的拓撲關系，構建出虛擬水稻形態(tài)結構模型。⑵提出一種基于虛擬水稻模型的葉面積計算方法。首先，根據水稻葉片的參數信息，確定該水稻葉片在空間中的位置。其次，根據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的葉面積大小。然后，對該虛擬水稻模型所有的葉片進行遍歷，求解該水稻模型在冠層不同高度范圍內葉片面積的大小。該方法也可以對單株水稻的葉片面積進行統(tǒng)計。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構模型，建立水稻群體生長的虛擬場景；然后，利用遺傳算法，將種植株距和行距作為遺傳因子，建立二進制的染色體編碼方案，將種植區(qū)域內單位面積的光合產量作為適應度函數，實現以輪盤賭選擇、精英選擇、相異位交叉、競爭為核心的進化過程；最后，在一定優(yōu)化代數內，獲得單位種植面積產量較高的種植方案。⑷提出一種基于虛擬水稻模型的封行時間計算方法。首先，根據農學相關理論，結合本文提出的葉面積計算方法對農業(yè)上封行的概念進行量化；