基于準(zhǔn)確光輻射傳輸?shù)姆焉L結(jié)構(gòu)功能模型研究.pdf

1、近年來，虛擬植物的研究為作物冠層結(jié)構(gòu)提供了精確的3D幾何描述，使得與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中用于真實(shí)感繪制的光照模型相結(jié)合、準(zhǔn)確計(jì)算作物冠層內(nèi)的光輻射傳輸與分布成為可能；在此基礎(chǔ)上建立作物生長的結(jié)構(gòu)功能模型，有利于準(zhǔn)確模擬光合作用和考察光信號(hào)在作物形態(tài)建成與發(fā)育中的調(diào)節(jié)作用，也是研究植株形態(tài)結(jié)構(gòu)與其生理生態(tài)功能相互影響關(guān)系的一個(gè)有效方法。 本文以溫室園藝作物番茄為研究對(duì)象，并考慮到光照對(duì)其生長發(fā)育有較強(qiáng)的影響，建立了基于準(zhǔn)確光輻射傳輸?shù)姆?/p>

2、茄生長結(jié)構(gòu)功能模型，具體的研究工作包括以下幾個(gè)方面： 1.建立番茄生長的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)與可視化模型，并通過田間試驗(yàn)對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行提取，為精確研究冠層內(nèi)光的輻射傳輸與分布打下了基礎(chǔ)。 2.采用先進(jìn)的基于層次實(shí)例化結(jié)構(gòu)的輻射度模型(HierarchicalInstantiationforRadiosity，簡稱HI輻射度模型)，作為番茄植株冠層的光輻射傳輸模型，并對(duì)結(jié)構(gòu)模型與HI輻射度模型的關(guān)鍵接口技術(shù)進(jìn)行研究：利用番茄結(jié)構(gòu)模型

3、生成植株場景的層次實(shí)例化結(jié)構(gòu)，大大提高了冠層內(nèi)光輻射傳輸與分布的計(jì)算效率，節(jié)省了內(nèi)存的消耗。采用基于圖像的光照技術(shù)來獲取冠層頂部的入射輻射，該方法是獲取溫室內(nèi)復(fù)雜光源分布的一種有效方法。采用光譜分析技術(shù)，對(duì)番茄植株器官的光學(xué)特性進(jìn)行了測定，確定了番茄葉片反射及透射系數(shù)。通過上述各項(xiàng)技術(shù)將番茄結(jié)構(gòu)模型與HI輻射度模型進(jìn)行有效融合，能夠計(jì)算植株上不同位置和不同葉齡3D葉片上的光截獲量。 3.在器官水平上，提出并建立了基于準(zhǔn)確光輻射傳

4、輸?shù)姆呀Y(jié)構(gòu)功能互反饋模型。其中在3D葉片的光截獲基礎(chǔ)上，建立了物質(zhì)生產(chǎn)模型-MPRAD(MatterProductionBasedonPlantRad)模型。該研究將植株形態(tài)結(jié)構(gòu)-光環(huán)境-功能有機(jī)融合于一體，使模型真正具備結(jié)構(gòu)功能相互影響、相互反饋的作用機(jī)制。 4.提出基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多植株目標(biāo)的模型參數(shù)估算方法，提高了模型參數(shù)估算的穩(wěn)定性與可靠性，為模型最終得以驗(yàn)證和具有預(yù)測功能打下了基礎(chǔ)。該方法尤其可用于具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但

5、具有相同遺傳特性的作物生長參數(shù)的優(yōu)化研究上。 5.對(duì)基于準(zhǔn)確光輻射傳輸?shù)姆焉L模型參數(shù)進(jìn)行了校準(zhǔn)和優(yōu)化，取得較滿意的擬合效果，而且光分布計(jì)算結(jié)果與實(shí)際觀測數(shù)據(jù)相吻合；另一方面，與GreenLab基于比爾定律的物質(zhì)生產(chǎn)模型校準(zhǔn)的結(jié)果進(jìn)行了比較，器官匯強(qiáng)等參數(shù)一致性較好，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的正確性和有效性。 6.試驗(yàn)設(shè)計(jì)了番茄植株生長的兩種受光環(huán)境，文中對(duì)這兩種不同輻射截獲下的模型參數(shù)和植株形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：光照